深井反向掘进施工时土体沉降监测加固装置及加固方法制造方法及图纸

本申请公开了深井反向掘进施工时土体沉降监测加固装置及加固方法。深井反向掘进施工时土体沉降监测加固装置，包括若干沉降监测仪、第一工控机、第二工控机、电控式的移动车以及电控式的机械钻臂，所述机械钻臂安装在移动车上，所述沉降监测仪与所述第一空工机电连接，所述第二空工机安装于所述移动车上，所述移动车上的电机以及机械钻臂上均与所述第二工控机电连接，所述移动车上存储有蓄电池，所述蓄电池与所述第二工控机电连接，所述第一工控机与第二工控机上均设置有无线通信模块。控机与第二工控机上均设置有无线通信模块。控机与第二工控机上均设置有无线通信模块。

【技术实现步骤摘要】
深井反向掘进施工时土体沉降监测加固装置及加固方法


[0001]本专利技术涉及隧道开挖领域，尤其涉及一种深井反向掘进施工时土体沉降监测加固装置及加固方法。

技术介绍

[0002]专利公告文献CN113982591B中公开了一种大直径深竖井反向掘进施工方法，该文献所公开的施工方法比较适应于全硬岩地形，因为全硬岩地形是一块完整的岩石，这样在开挖时虽然会对开挖转头造成较大的磨损，但是所开挖的井道并不会出现塌方的风险。
[0003]但是现在大部分隧道在开挖深竖井时由于上方的地层不完全是硬岩地层，所以如果隧道上方存在砂石含量较大的地层(即该文说明书第0015段记载的砂石泥土混合层，且砂石的含量大于泥土的含量，比如砂石含量高达70％以上)时，则在开挖过程中井巷有可能出现坍塌的现象，因为砂石含量较大的地层自身内部的粘连性较弱，而在深竖井开挖的过程中又在不断地撞击地面，所以在开挖过程中极易出现井道坍塌，此过程可以参看附图1中所示，附图1中箭头所指的方向即为砂石的流动方向，一旦砂石泥土混合层中的砂石向井道内流动时，就容易出现塌方导致整个井道被堵死，而砂石泥土混合层中的砂石开始出现持续向井道内流动时，一个很明显的现象砂石泥土混合层的上方出现持续的地面沉降现象。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对上述问题，提出了一种深井反向掘进施工时土体沉降监测加固装置。
[0005]本专利技术采取的技术方案如下：
[0006]一种深井反向掘进施工时土体沉降监测加固装置，包括若干沉降监测仪、第一工控机、第二工控机、电控式的移动车以及电控式的机械钻臂，所述机械钻臂安装在移动车上，所述沉降监测仪与所述第一空工机电连接，所述第二空工机安装于所述移动车上，所述移动车上的电机以及机械钻臂上均与所述第二工控机电连接，所述移动车上存储有蓄电池，所述蓄电池与所述第二工控机电连接，所述第一工控机与第二工控机上均设置有无线通信模块。
[0007]具体本装置中自身上安装的用于驱动自身移动的电机，以及机械钻臂上的各台电机(如存在电动气缸、电动伸缩杆之类的电动设备时，则包括这类设备)都与第二工控机电连接，第一工控机与第二工控机之间可以进行无线通信。
[0008]本种装置中，沉降监测仪可以有多种选择，只要能监测土体沉降即可，作为一种优选方式，本装置中采用静力水准仪，利用静力水准仪来测量土体的沉降，而后再将测得的沉降数据传递给第一工控机。
[0009]本装置中，第二工控机、移动车、蓄电池以及机械钻臂形成了一台可移动的电动移动钻井机器人，第二工控机为整台电动移动钻井机器人的控制中心，其中由于第一工控机、第二工控机都自带无线通信模块，所以第一工控机与第二工控机之间可以进行无线通信，所以第二工控机、移动车以及蓄电池之间组成了一台遥控电动移动机器人，可以通过第一
工控机与第二工控机之间的通信来操作这台遥控电动移动钻井机器人。
[0010]具体本装置的方法如下，首先将沉降监测仪放置在隧道的上方，且沉降监测仪围绕着井道分布，沉降监测仪有多个，沉降监测仪将测得的数据传递给第一工控机，第一工控机通过内置的计算机程序分析计算数据，从而判断出某个点位是否出现了沉降，当沉降监测仪测得某个点位发生了沉降时，则需要利用本台电动移动钻井机器人在沉降点附近进行钻孔作业，钻孔完成之后再在孔内塞入
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50℃～
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18℃的冰块，而后再在地表附近附近倾倒0℃～4℃的低温水，利用水+冰的作用将沉降点周沿的土体完全冻结在一起，使得该处的土体完全冻结在一起，使得该处的土体失去流动性，从而避免井道发生坍塌堵住。
[0011]综上所述，本种装置可以对CN113982591B中所示的反向掘进装置工作过程中土体沉降进行监测，当土体出现沉降时，该装置可以及时对出现塌陷处的土体进行加固，加固完成之后即可避免土体发生塌陷，避免土体发生进一步沉降。
[0012]需要特别说明的是当沉降监测仪测得某处出现沉降时，反向掘进装置需要立即停止反向掘进作业，由电动移动钻井机器人来进行钻井作业，完成冻结加固之后方可进一步进行反向掘进作业。
[0013]可选的，所述机械钻臂包括机械臂以及钻头，所述机械臂安装于移动车上，所述钻头安装在所述机械臂上。
[0014]具体钻头可拆卸地安装在机械臂上，这样便于在不同的地形下可以更换不同规格以及强度的钻头，这样可以更好地适应开挖工作。
[0015]可选的，所述钻头的一端的设置有破碎部，所述破碎部呈半球状，所述破碎部上设置有缺口槽。
[0016]在钻头的一端设置破碎部，这样的设计是为了确保钻头对一些硬岩具有一定的破碎能力，确保钻头能够在硬岩地层中掘进。
[0017]一种适用于如上所述监测加固装置的加固方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0018]沉降点位确认步骤，利用沉降监测仪检测得到出现沉降的点位；
[0019]土体加湿步骤，向沉降点位附近的土体倒水；
[0020]在沉降点位附近倒水，这样的作用一则是为了增加地层内砂石与泥土的粘连性，使得机械钻臂在开钻时能够开挖出成型的孔来，因为地层中如果砂石与泥土过于干燥，而在开挖时极易塌方，无法开挖出成型的孔，二则是为了利用水给机械钻臂起到一定的润滑作用；
[0021]钻孔步骤，利用机械钻臂在地表开挖注冰孔，且注冰孔有多个，注冰孔围分布于沉降点位周沿，并且确保注冰孔内不存在积水；
[0022]注冰孔的孔底部可以存在积水，但是注冰孔的孔壁上可以有水珠，注冰孔的孔底不存在积水是为了保证冰块不会在放入注冰孔时就将下方的水冻住，导致注冰孔内无法塞入足够多的低温冰块，使得孔底的冷源温度不够底，无法保证注冰孔的孔底附近冻结层的冻结强度；
[0023]冻结步骤，在注冰孔中放入冰块，冰块的温度低于零下18℃，且确保注冰孔内充满冰块，而后再在地表附近倒水，且水的温度为0℃～4℃，水与冰共同作用将沉降点周沿的土体冻结。
[0024]采用温度低于零下18℃的冰块，并且放完冰块之后，立即向地面处倾倒0℃～4℃
的水，水在自上而下向下渗流的过程中会逐渐的冻结，这样会在砂石泥土混合层内形成一个冻结区甚至会将整个砂石泥土混合层冻结，冻结区域的存在可以有效避免在反向掘进施工过程中砂土向井道内涌动，从而导致塌方的出现。
[0025]可选的，当只有一个沉降点位时，所有的注冰孔的深度不大于砂石泥土混合层的厚度。
[0026]只有一个沉降点位时，即代表只有一处地层稳定性不够好，只需要将该点位处的土体冻结之后，即可保证土体不会出现塌方。
[0027]可选的，当沉降点位大于两个时，且两个沉降点位不相邻时，部分注冰孔的深度大于砂石泥土混合层的厚度，注冰孔围绕着钻杆呈圆环状分布，并且呈圆弧状分布的注冰孔不少于两圈，所有的沉降点位于两圈环状分布的注冰孔之间。
[0028]当出现多个沉降点位，且出现有两个(或以上)沉降点位不相邻时，则代表整个砂石泥土混合层的结构是一个十分不稳定地结构，需要整个进行反向绝境施工的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深井反向掘进施工时土体沉降监测加固装置，其特征在于，包括若干沉降监测仪、第一工控机、第二工控机、电控式的移动车以及电控式的机械钻臂，所述机械钻臂安装在移动车上，所述沉降监测仪与所述第一空工机电连接，所述第二空工机安装于所述移动车上，所述移动车上的电机以及机械钻臂上均与所述第二工控机电连接，所述移动车上存储有蓄电池，所述蓄电池与所述第二工控机电连接，所述第一工控机与第二工控机上均设置有无线通信模块。2.如权利要求1所述的深井反向掘进施工时土体沉降监测加固装置，其特征在于，所述机械钻臂包括机械臂以及钻头，所述机械臂安装于移动车上，所述钻头安装在所述机械臂上。3.如权利要求2所述的深井反向掘进施工时土体沉降监测加固装置，其特征在于，所述钻头的一端的设置有破碎部，所述破碎部呈半球状，所述破碎部上设置有缺口槽。4.一种适用于如权利要求1～3任一项所述监测加固装置的加固方法，其特征在于，包括如下步骤：沉降点位确认步骤，利用沉降监测仪检测得到出现沉降的点位；土体加湿步骤，向沉降点位附近的土体倒水；钻孔步骤，利用机械钻臂在地表开挖注冰孔，且注冰孔有多个，注冰孔围分布于沉降点位周沿，并且确...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢鹏飞，吴小光，袁杰，吴亚华，周煌，王学渊，王明科，赵杰，
申请(专利权)人：核工业井巷建设集团有限公司，
类型：发明
国别省市：