钻孔内壁加固结构及加固方法
阅读说明：本技术 钻孔内壁加固结构及加固方法 (Borehole inner wall reinforcing structure and method ) 是由 李文鹏 谢勋 惠庆生 徐英俊 张辉能 于 2021-09-22 设计创作，主要内容包括：本申请涉及地质勘察钻探的领域,尤其是涉及一种钻孔内壁加固结构及加固方法,其中钻孔内壁加固结构包括沿钻孔轴线方向延伸的塑形件,塑形件与钻孔的内壁之间通过浇筑混凝土形成有加固层,塑形件上开设有用于填充混凝土的注浆口,塑形件的两端分别设有用于封堵加固层混凝土的封堵圈；塑形件包括具有弹性的塑形筒和多条肋板,封堵圈具有弹性且套设在塑形筒的外侧壁上,塑形筒内还设有扩撑组件。本申请的方案中,利用塑形件浇筑混凝土形成加固层加固钻孔内壁,同时塑形件可在钻孔内移动时收缩,以减小移动塑形件时的阻力,从而方便了施工人员的作业。(The application relates to the field of geological exploration and drilling, in particular to a drill hole inner wall reinforcing structure and a reinforcing method, wherein the drill hole inner wall reinforcing structure comprises a shaping piece extending along the axis direction of a drill hole, a reinforcing layer is formed between the shaping piece and the inner wall of the drill hole through concrete pouring, a grouting port for filling concrete is formed in the shaping piece, and two ends of the shaping piece are respectively provided with a plugging ring for plugging the concrete of the reinforcing layer; the shaping piece comprises an elastic shaping barrel and a plurality of rib plates, the plugging ring has elasticity and is sleeved on the outer side wall of the shaping barrel, and an expanding component is further arranged in the shaping barrel. In the scheme of this application, utilize moulding to pour concrete and form the back up coat and consolidate the drilling inner wall, mould the piece simultaneously and can shrink when removing in the drilling to resistance when reducing to remove the piece of moulding, thereby made things convenient for constructor's operation.)
技术领域
本申请涉及地质勘察钻探的领域，尤其是涉及一种钻孔内壁加固结构及加固方法。
背景技术
钻探是指利用机械设备在岩层中钻孔，并取出岩芯或者土样了解地质情况的手段，是工程地质勘探的一种勘探方法。
钻探穿越的地层一般较为复杂，处于地质软弱松散地层的钻孔内壁容易失稳塌陷，将会给钻探施工造成严重影响。目前加固钻孔内壁的主要方式泥浆护壁和钢套筒护壁，针对不同的工况采用不同的加固方式。当钻孔已穿越易坍塌和渗漏的复杂地层，需要继续钻进，采用泥浆护壁无效时，为防止上部孔壁失稳破坏，则采用钢套筒护壁措施。
钢套筒护壁使用的套筒直径一般略大于钻孔的直径，以便稳定套筒在钻孔内的位置。但由于套筒与钻孔内壁之间存在的较大摩擦力，套筒在钻孔内移动时阻力较大，将套筒压入钻孔以及从钻孔内提拉出套筒均费时费力，不方便施工人员的作业。
发明内容
为了方便施工人员加固钻孔的内壁，本申请提供一种钻孔内壁加固结构。
一方面，本申请提供的一种钻孔内壁加固结构采用如下的技术方案：
一种钻孔内壁加固结构，包括沿钻孔轴线方向延伸的塑形件，塑形件周侧均与钻孔的内壁间隔设置，塑形件与钻孔的内壁之间通过浇筑混凝土形成有加固层，塑形件上开设有用于填充混凝土的注浆口，塑形件的两端分别设有用于封堵加固层混凝土的封堵圈；塑形件包括具有弹性的塑形筒和周向间隔设在塑形筒内壁上的多条肋板，封堵圈具有弹性且套设在塑形筒的外侧壁上，塑形筒内还设有用于驱使多条肋板同时相互靠近或者相互远离的扩撑组件。
通过采用上述技术方案，施工人员先将塑形件推入到钻孔内需要加固内壁的位置，然后通过扩撑组件使多根肋板相互远离，塑形筒的内径将会变大，两个封堵圈也将跟随变形，直到封堵圈贴紧钻孔内壁后，施工人员通过注浆口开始向塑形筒与钻孔内壁之间注入混凝土，待混凝土凝固形成加固层后，加固层便可起到加固钻孔内壁的作用。
在塑形件进入钻孔内前，施工人员控制多根肋条相互靠近来收缩塑形筒，使得塑形筒小于钻孔的孔径，可以极大减少塑形筒与钻孔内壁之间的摩擦，塑形件则可更加便捷地到达加固钻孔内壁的位置，从而方便了施工人员的作业。在加固层成形后，施工人员再通过扩撑组件收缩塑形筒，以方便将塑形件从钻孔内拉出。
优选的，所述扩撑组件包括穿设于塑形筒内且位置固定的安装杆，安装杆上沿塑形筒的轴线方向间隔排布有两组连接件，连接件包括滑动套设在安装杆上的套环，套环与每根肋板之间均铰接有牵引杆，两组连接件结构镜像对称设置，安装杆上还设有用于驱使两个套环相互靠近或者相互远离的驱动件。
通过采用上述技术方案，套环移动时将会带动多根牵引杆同时转动，每根牵引杆将会带动对应的肋板移动。通过驱动件使两个套环相互靠近或者相互远离时，两组连接件中的牵引杆能够共同驱使多根肋板远离安装杆，以达到扩撑塑形筒的效果，反之塑形筒则会收缩变形。
优选的，所述驱动件包括转动连接在安装杆上的螺杆，螺杆穿过两个套环且与两个套环螺纹配合，螺杆分为旋向相反的两个分段，两个套环分别与两个分段螺纹配合，安装杆上还设置有用于旋转螺杆的电机。
通过采用上述技术方案，电机驱动螺杆旋转后，在螺纹牵引作用下，两个套环将会相互靠近或者相互远离。在停止旋转螺杆后，同样受与螺杆之间螺纹咬合的作用，套环在安装杆上的位置便会固定，进而塑形筒将可持续处于扩张或者收缩状态。
优选的，所述塑形筒与钻孔内壁之间周向间隔设有多根加强筋，加强筋沿平行于钻孔轴线的方向延伸。
通过采用上述技术方案，加强筋可以增强加固层的结构强度，提升加固层抵抗侧向土压力的能力。
优选的，多根所述加强筋之间连接有环形箍筋，箍筋设置为多个且沿加强筋的延伸方向间隔排布。
通过采用上述技术方案，箍筋用于控制加强筋之间的间距和联系加强筋的作用，使得加强筋之间的受力能够通过箍筋良好地传递，加固层、加强筋和箍筋成为一个受力整体，进而可以提升对钻孔内壁的加固效果。
优选的，所述塑形筒的两端分别设有定位圈，定位圈位于两个封堵圈相对的一侧，每根加强筋的端部均与同侧的定位圈连接，每个定位圈分别与相邻的封堵圈连接。
通过采用上述技术方案，首先定位圈起到预先定位每根加强筋相对于塑形件位置的作用，方便后续连接箍筋。其次，加强筋依靠定位圈安装在塑形件上后，与塑形件一同进入到钻孔内，可以确保加强筋在加固层内的保护层厚度，避免加强筋裸露于加固层的混凝土之外。
优选的，所述定位圈靠近相邻封堵圈的一侧周向间隔开设有多个卡接槽，封堵圈靠近相邻定位圈的一侧对应多个卡接槽设有多个卡接部，卡接槽沿定位圈的径向延伸且连通定位圈的内壁，卡接部可与任一卡接槽卡接配合。
通过采用上述技术方案，在安装加强筋时，先连接定位圈与封堵圈，使封堵圈上的每个卡接部对应嵌入定位圈的一个卡接槽内，然后逐根将加强筋固定在两个定位圈之间，以稳定加强筋与箍筋连接后整体的位置。在扩撑塑形筒时，随着封堵圈的扩大变形，每个卡接部在所处的卡接槽内的嵌设深度将会增加。当加固层成形后，再使塑形筒和封堵圈收缩，每个卡接部则将逐渐脱出对应嵌设的卡接槽，直至两个封堵圈与各自相邻的定位圈脱离后，便可顺利地将塑形件从钻孔内取出。
优选的，所述封堵圈内设置有气腔，封堵圈上设置有用于向气腔内充气的充气口。
通过采用上述技术方案，在封堵圈与钻孔内壁贴紧后，可以通过充气口向封堵圈的气腔内充气，封堵圈可以进一步膨胀变形，封堵圈与钻孔内壁之间仍存有的缝隙则可进一步被密封，提升封堵圈的封堵效果。
另一方面，本申请还提供一种钻孔内壁加固方法，应用于上述钻孔内壁加固结构，其采用如下的技术方案：
S1、将塑形件移动到钻孔内加固内壁的位置，然后通过驱动件移动套环，套环通过牵引杆带动多根肋板远离安装杆，以扩撑塑形筒，直至塑形筒两端的封堵圈与钻孔内壁均贴紧；
S2、通过注浆口向塑形筒与钻孔内壁之间的间隔位置填充混凝土，待混凝土凝固后形成加固层；
S3、通过驱动件再反向移动套环，带动多根肋板同时靠近安装杆，进而使塑形筒收缩而脱离与加固层的接触，再将塑形件提拉出钻孔。
通过采用上述技术方案，在将用于加固钻孔内壁的塑形件移至钻孔内前，收缩可以变形的塑形筒，使其能以与钻孔内壁脱离接触的方式在钻孔内移动，从而减少塑形件在钻孔内移动的阻力，方便施工人员将塑形件推至钻孔内指定的位置。然后通过浇筑混凝土形成加固层，依靠加固层来实现对钻孔内壁的加固，并再将塑形件拉出钻孔内，腾出空间以供在钻孔内可以继续钻进。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
通过塑形件和封堵件的设置，可在钻孔需要加固内壁的位置浇筑混凝土形成加固层，依靠加固层来加固钻孔的内壁，同时塑形筒可涨缩变形的设置，使得施工人员可以便捷地将塑形件移至钻孔内，以及将塑形件从钻孔内取出，从而可以方便施工人员加固钻孔内壁的作业；
通过加强筋和箍筋的设置，可以增强加固层的结构强度，从而可以提升加固层抵抗钻孔内壁坍塌的能力；
通过定位圈的设置，可以方便加强筋的安装，以及稳定加强筋和箍筋连接后整体在钻孔内的位置，同时定位圈与封堵圈通过卡接槽与卡接部连接的方式，使得封堵圈在收缩后可与定位圈脱离，从而方便将塑形件从钻孔内拉出。
附图说明
图1是本申请实施例中钻孔内壁加固结构的剖面示意图；
图2是表示加固组件的结构示意图；
图3是表示塑形件的结构示意图；
图4是表示封堵件的爆炸结构示意图；
图5是主要表示扩撑组件的结构示意图；
图6是主要表示加强筋和箍筋在塑形件上的位置及其安装示意图。
附图标记说明：1、钻孔；2、加固层；3、加固组件；31、塑形件；311、塑形筒；3111、注浆口；312、肋板；32、封堵件；321、封堵圈；3211、气腔；3212、充气口；3213、卡接部；322、定位圈；3221、卡接槽；4、扩撑组件；41、安装杆；42、连接件；421、套环；422、牵引杆；43、驱动件；431、螺杆；432、电机；5、加强筋；6、箍筋。
具体实施方式
以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种钻孔内壁加固结构。参照图1，加固结构包括加固层2和加固组件3，加固层2通过贴合钻孔1内壁浇筑一圈混凝土形成，加固组件3用于与钻孔1内壁间隔出浇筑混凝土的空间。
参照图1、图2和图3，加固组件3包括塑形件31和两组封堵件32，塑形件31沿钻孔1的轴线方向延伸，塑形件31的轴线与钻孔1的轴线相同，塑形件31的周侧均与钻孔1的内壁间隔设置。两组封堵件32分别套设在塑形件31的两端，封堵件32的外侧壁与钻孔1的内壁贴紧，塑形件31和钻孔1内壁及两组封堵件32共同围出用于浇筑加固层2混凝土的空间，封堵件32设置有向该空间注入混凝土的注浆口3111。
将加固组件3移动至钻孔1需要加固内壁的位置，通过注浆口3111注入混凝土，塑形件31充当混凝土的塑形模板，混凝土凝固后则形成贴合钻孔1内壁的一圈加固层2，实现对钻孔1内壁的加固。
参照图3，塑形件31包括塑形筒311和多根肋板312，塑形筒311由弹性材料制成，塑形筒311与钻孔1同轴线，塑形筒311外侧壁与钻孔1内壁间隔设置，注浆口3111设置在塑形筒311上。肋板312由硬质材料制成，多根肋板312周向等角度间隔固定在塑形筒311的内侧壁上，肋板312的长度方向与塑形筒311的轴线平行，肋板312的长度与塑形筒311的长度相同。
参照图4，封堵件32包括固定套设在塑形筒311外侧壁上的封堵圈321，封堵件32由弹性材料制成，封堵圈321内设置有气腔3211，封堵圈321上开设有连通气腔3211的充气口3212，通过充气口3212可以向气腔3211内泵送气体。
参照图5，塑形件31内设置有扩撑组件4，扩撑组件4用于驱使多条肋板312同时相互靠近或者相互远离。扩撑组件4包括安装杆41和设置在安装杆41上的两组连接件42，两组连接件42沿安装杆41的长度方向间隔排布，安装杆41通过连接件42与塑形件31连接。
参照图1和图5，安装杆41与塑形件31同轴线，安装杆41的底端穿设于塑形筒311内，安装杆41的顶端位于钻孔1孔口外，以供固定安装杆41的位置。
参照图5，两组连接件42均位于塑形件31内，两组连接件42的结构以垂直于塑形件31轴线的平面镜像对称设置，并且两组连接件42与各自所相邻的塑形件31端面之间的距离相同。连接件42包括滑动套设在安装杆41上的套环421，套环421上铰接有多根牵引杆422，多根牵引杆422与多根肋板312一一对应，牵引杆422朝向远离另一组连接件42的方向倾斜延伸，且与对应的肋板312铰接，牵引杆422两端的转动轴线平行。套环421在安装杆41上滑动时，将带动牵引杆422的一端移动，牵引杆422的另一端将会带动对应的肋板312移动。
当两个套环421相互靠近时，多根牵引杆422将同时远离安装杆41，塑形筒311处于每相邻两根肋板312之间的部分均将被拉伸，塑形筒311连同两个封堵圈321将同步被扩撑，塑形件31的内径将会增大，反之塑形件31的内径将会缩小。在将塑形件31送入钻孔1内前，聚拢肋板312使塑形筒311缩小至小于钻孔1的孔径，可以极大减小塑形件31在钻孔1内移动时的阻力。塑形件31到达钻孔1需要加固内壁的位置后，再扩撑塑形件31，直至封堵圈321与钻孔1内壁贴紧，然后便可开始向塑形件31与钻孔1内壁之间输入混凝土。
在封堵圈321与钻孔1内壁贴紧后，此时可向封堵圈321的气腔3211内泵送气体，封堵圈321可以进一步膨胀变形，能够将封堵圈321与钻孔1内壁之间仍存在的缝隙密封。
参照图5，扩撑组件4还包括驱动件43，驱动件43用于驱使两个套环421相互靠近或者相互远离。驱动件43包括转动连接在安装杆41上的螺杆431，螺杆431与安装杆41平行，螺杆431穿过两个套环421且与两个套环421螺纹配合。螺杆431分为旋向相反的两个分段，两个套环421分别与两段分段螺纹配合。安装杆41上还固定有用于旋转螺杆431的电机432，电机432的输出轴与螺杆431同轴线连接。
启动电机432旋转螺杆431后，两个套环421将会相互靠近或者相互远离。在停止旋转螺杆431后，受制于套环421与螺杆431之间的螺纹咬合，套环421在安装杆41上的位置将会固定，肋板312与安装杆41之间的距离便会不变，进而封堵圈321可以持续贴紧钻孔1的内壁，或者塑形筒311保持持续收缩的状态。
参照图1和图6，为了增强加固层2的结构强度，加固层2内还设置有多根加强筋5，多根加强筋5绕钻孔1的轴线周向等角度间隔排布，加强筋5沿平行于钻孔1轴线的方向延伸。
参照图6，加强筋5之间通过环形箍筋6焊接连接，使得加强筋5之间的受力能够通过箍筋6良好地传递。箍筋6设置为多个且沿加强筋5的长度方向等间距间隔排布，加强筋5位于箍筋6的内侧，箍筋6的外径小于或者等于钻孔1的孔径，本实施例以箍筋6外径小于钻孔1孔径为例，以便减少箍筋6与钻孔1内壁之间的摩擦。
参照图4和图6,封堵件32还包括套设在塑形筒311上的定位圈322，定位圈322位于封堵圈321靠近另一组封堵件32的一侧。定位圈322一侧与相邻的封堵圈321连接，另一侧与每根加强筋5相邻的端部插接连接。
参照图1和图4，定位圈322的外径等于钻孔1的孔径，以减少定位圈322与钻孔1内壁之间的摩擦。此外定位圈322在钻孔1径向上的厚度小于或者等于封堵圈321未形变时的厚度，本实施例以取两者厚度相等为例。
加强筋5连同箍筋6通过安装在塑形件31上的方式，与塑形件31一同进入钻孔1内。在将塑形件31送入钻孔1内之前，先将加强筋5布置在塑形件31的周侧。将加强筋5的两端分别与一个定位圈322插接连接，定位圈322将可起到定位每根加强筋5相对于塑形件31的位置，然后再连接箍筋6与加强筋5。
参照图4，定位圈322靠近相邻封堵圈321的一侧侧壁开设有多个卡接槽3221，多个卡接槽3221绕定位圈322的轴线周向等角度间隔设置，每个卡接槽3221均沿定位圈322的径向延伸，并连通定位圈322的内侧壁。封堵圈321靠近相邻定位圈322的一侧固定连接有多个卡接部3213，卡接部3213的长度沿封堵圈321的径向延伸，卡接部3213在垂直于其延伸方向上剖切的横截面呈T形。多个卡接部3213绕封堵圈321的轴线等角度间隔排布，多个卡接部3213与多个卡接槽3221一一对应，每个卡接部3213均可从定位圈322的内侧滑动嵌入任一卡接槽3221。
连接定位圈322与封堵圈321时，先将收缩塑形件31使封堵圈321直径缩小，待定位圈322套在塑形件31上后，调整定位圈322的位置使每个卡接槽3221对应一个卡接部3213，然后扩张封堵圈321适当程度，使卡接部3213嵌入所对应的卡接槽3221内，起到临时连接定位圈322和封堵圈321的作用。并且限制封堵圈321的扩张程度，使此时封堵圈321的外径仍然小于钻孔1的孔径，确保塑形件31进入钻孔1内时，封堵圈321与钻孔1内壁之间不会存在较大摩擦。
塑形件31连同封堵圈321在钻孔1内加固内壁的位置再次被扩撑时，封堵圈321上的每个卡接部3213嵌入对应卡接槽3221的深度将会增大，直至封堵圈321贴紧钻孔1内壁。待混凝土凝固后，此时定位圈322的位置被加强筋5固定，此时通过收缩塑形件31来缩小封堵圈321，封堵圈321上的每个卡接部3213将会从对应的卡接槽3221脱出，然后便可将塑形件31从钻孔1内取出。
本申请实施例的实施原理为：在将塑形件31送入钻孔1内前，通过扩撑组件4将肋板312向安装杆41靠拢来收缩塑形筒311，使塑形筒311小于钻孔1的孔径，塑形筒311在钻孔1内移动的阻力便可极大减小，进而施工人员可以便捷地将塑形件31移至钻孔1需要加固内壁的位置。
塑形件31到达钻孔1需要加固内壁的位置后，再扩撑塑形筒311直至封堵圈321贴紧钻孔1内壁，此时通过塑形筒311上的注浆口3111向塑形筒311与钻孔1内壁之间的间隔空间填充混凝土，形成加固层2。
待加固层2的混凝土凝固后，再次收缩塑形件31，使塑形筒311与加固层2的混凝土脱离接触，然后拉动安装杆41将塑形件31拉出钻孔1，以便可以继续钻进勘探。
本申请还提供了一种钻孔内壁加固方法。
一种基于上述钻孔内壁加固结构的加固方法，其步骤如下：
S1、确定钻孔1内壁的加固长度，准备对应长度的塑形件31和加强筋5；
S2、安装定位圈322，调整封堵圈321的直径大小以供定位圈322能够套在塑形件31上，再将两个定位圈322套在塑形件31上，然后扩撑封堵圈321，使封堵圈321上的每个卡接部3213对应嵌入一个卡接槽3221内，完成定位圈322与封堵圈321的连接；
S3、安装加强筋5和箍筋6，逐根将加强筋5通过与定位圈322插接连接的方式固定在两个定位圈322之间，再将箍筋6逐个套在多根加强筋5的外围，并逐一将箍筋6与加强筋5焊接连接；
S4、先在塑形筒311和封堵圈321上涂抹脱模剂，再将塑形件31移动至钻孔1内加固内壁的位置，然后将安装杆41留在钻孔1外的部分固定，以将塑形件31在钻孔1内的位置固定；
S5、启动电机432来旋转螺杆431，使两个套环421相互远离，每个套筒带动所连的牵引杆422，推动多根肋板312同时远离安装杆41，进而扩撑塑形筒311连同封堵圈321，直至两个封堵圈321与钻孔1的内壁贴紧，此时通过向封堵圈321内泵送气体使封堵圈321进一步变形膨胀，以将封堵圈321与钻孔1内壁之间仍存在的缝隙密封；
S6、通过注浆口3111向塑形筒311与钻孔1内壁之间的空间泵送混凝土，等待混凝土凝固形成加固层2；
S7、加固层2混凝土凝固后，启动电机432在反向输出，使塑形筒311收缩，直至位于塑形件31底端的封堵圈321可从加固层2中穿过，然后通过安装杆41将塑形件31从钻孔1内拉出。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
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