專利名稱：旋挖鉆機在硬質巖中的鉆進方法及專用沉渣管牙輪取心鉆頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一 種樁基施工技術，具體涉及一種旋挖鉆機在硬質巖中的鉆進方法 及專用沉渣管牙輪取心鉆頭，屬于土木建筑工程技術領域。
背景技術：
目前，很多工程項目不乏嵌巖樁設計，通常先采用旋挖鉆機完成覆蓋層鉆孔， 再由沖擊鉆機完成鉆孔下端的嵌巖部分鉆孔，這就使旋挖鉆機在工程中充分發(fā)揮便捷高 效的特點受到限制。同時，給施工和項目管理造成很多困難。如果使用旋挖鉆機完成 嵌巖部分的巖石層鉆進，通常采用管形巖石鉆頭、短螺旋巖石鉆頭互補的方式鉆進巖石 地層。這種方法鉆進效率低，殘留孔底鉆渣不易排除，鉆具在工作中產生的高溫無法消 除，導致鉆具材料強度極度降低而嚴重磨損。此外，由于旋挖鉆機所用鉆桿沒有用作 循環(huán)的氣液沖洗通道，在鉆進中，由于鉆渣積聚于孔底而對鉆頭產生很大的回轉摩擦阻 力，使鉆機產生強烈的震動，鉆機容易損傷。因此，在當前技術條件下，旋挖鉆機不適 合在堅硬巖石地層鉆進，鉆進深度也受到一定程度限制。為了解決上述問題，利用空氣 沖洗的鉆進方法解決旋挖鉆機在硬質巖石層中的鉆進難題成為施工選擇，同時需要安裝 氣水接頭和專用沉渣管牙輪取心鉆頭配合這種施工方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種旋挖鉆機在硬質巖中的鉆進方法。本發(fā)明的目的還在于提供一種旋挖鉆機在硬質巖中鉆進方法專用沉渣管牙輪取 心鉆頭。本發(fā)明所說的旋挖鉆機在硬質巖中的鉆進方法包括如下步驟(1)在旋挖鉆機動力頭下端安裝氣水接頭(2)連接專用沉渣管牙輪取心鉆頭(3)將空壓機出氣口用軟管與氣水接頭入口連接(4)將氣水接頭出口用軟管與專用沉渣管牙輪取心鉆頭管道入口連接(5)將鉆頭放入孔底(6)啟動運行空壓機送氣(7)開動旋挖鉆機入巖鉆進(8)鉆進結束，提升鉆頭，去除鉆頭中的巖心和鉆渣(9)重復步驟(1) (8)，直至完成各鉆孔入巖孔段。本發(fā)明的鉆進方法具體描述如下(1)安裝氣水接頭(2)安裝沉渣管牙輪取心鉆頭(3)連接送氣管路，并將鉆頭放入孔底
a、地上部分用地面軟管18將空壓機19供氣口與氣水接頭入口 3相連接；b、孔內部分用孔內軟管20將氣水接頭出口 6與沉渣管牙輪取心鉆頭送氣管接 頭11相連接。C、將鉆頭放入孔底。(4)啟動空壓 機，向孔內送入空氣。并啟動旋挖鉆機開始鉆進。(5)鉆進結束，關閉空壓機，提出鉆頭，打開沉渣管活門16，將沉渣管內的鉆
渣清除。(6)重復上述步驟，直至完成各鉆孔入巖孔段。本發(fā)明的旋挖鉆機在硬質巖中的鉆進方法專用沉渣管牙輪取心鉆頭的結構是這 樣的沉渣管牙輪取心鉆頭由鉆頭方套10、送氣管接頭11、銷軸12、加強筋板13、鉆 頭軸管14、活門鉸鏈15、活門16、中間隔板17等組成。鉆頭軸管14為一空心厚壁鋼 管，它的上端與鉆頭方套10焊連接，端口為封閉狀，其下端與中間隔板17焊連接，端口 為開放狀，氣液可由此通過。在中間隔板17的中上部位開一通孔，與焊連接的送氣管接 頭11相連通。4塊加強筋板13對稱的與鉆頭方套10、鉆頭軸管14以及中間隔板17焊 連接，起組件增強作用。在相對的2塊加強筋板13的邊緣相對的兩面分別焊有活門鉸鏈 15及銷軸孔?；铋T鉸鏈15用來安裝活門16，使活門水平方向開合，銷軸孔用來合上活 門后插入銷軸12鎖定活門形成沉渣管內腔。施工時，鉆頭方套10接受來自鉆桿的機械力并傳遞給鉆頭軸管14以及中間隔板 17,進而再傳遞給巖芯管、破巖刀具、沉渣管等。由地面送來的空氣經送氣管接頭11送 至鉆頭軸管，再經巖芯管送至破巖刀具位置。地面送來的空氣在破巖刀具和巖芯管外側 較狹窄的通道內形成高速氣流，在高速氣流作用下，破巖刀具切削下來的巖石碎屑被向 上舉升至沉渣管口，由于沉渣管口處通道驟然增大，致使氣流速度大幅度降低，巖石碎 屑失去足夠的舉升力便向下沉降落至沉渣管中。本發(fā)明取得的有益效果如下本發(fā)明采用了旋挖鉆機入巖空氣沖洗鉆進，實現了排除孔底鉆渣，消除了孔底 鉆渣對鉆頭阻力，增強了鉆頭散熱效果，從而改變了旋挖鉆機在硬質巖中工作的受力狀 態(tài)和高溫環(huán)境，提高了鉆進速度，降低施工成本，提高工程質量。若與旋挖鉆機成孔至 巖面，再由沖擊鉆機入巖1 2米工序比較，可提高工效1倍以上。所用鉆頭結構簡單、 耐用，易于加工。


圖1是氣水接頭結構示意圖。圖1中的標號代表的含義是1、動力頭下端2、連接鉸鏈3、氣水入口 4、靜止部分5、旋挖鉆桿6、氣水出 口 7、同步轉動部分8、連桿9、平衡調整螺栓。圖2是沉渣管牙輪取心鉆頭結構示意圖。圖2中的標號代表的含義是10、鉆頭方套11、送氣管接頭12、銷軸13、加強筋板14、鉆頭軸管15、活門鉸鏈16、活門17、中間隔板。圖3是系統連接示意圖。圖3中的標號代表的含義是17、氣水接頭18、地面軟管19、空氣壓縮機20、孔內軟管21、沉渣管牙輪取 心鉆頭。
具體實施例方式以下實施例用以說明本發(fā)明。實施例參見圖1、圖2、圖3，旋挖鉆機在硬質巖中的鉆進方法包括以下步驟(1)安裝氣水接頭17(2)安裝沉渣管牙輪取心鉆頭21安裝沉渣管牙輪取心鉆頭與常用旋挖鉆頭安裝方式相同。(3)連接送氣管路，并將鉆頭下放入孔底a、地上部分用地面軟管18將空壓機19供氣口與氣水接頭入口 3相連接；b、孔內部分用孔內軟管20將氣水接頭出口 6與沉渣管牙輪取心鉆頭送氣管接 頭11相連接；C、將鉆頭放入孔底。(4)啟動空壓機，向孔內送入空氣。并啟動旋挖鉆機開始鉆進。(5)鉆進結束，關閉空壓機，提出鉆頭，打開沉渣管活門16，將鉆頭沉渣管內 腔13中的鉆渣清除。(6)重復上述步驟，直至完成鉆孔。本發(fā)明的旋挖鉆機在硬質巖中的鉆進方法專用沉渣管牙輪取心鉆頭的結構是這 樣的參見圖2所示，沉渣管牙輪取心鉆頭由鉆頭方套10、送氣管接頭11、銷軸12、 加強筋板13、鉆頭軸管14、活門鉸鏈15、活門16、中間隔板17等組成。沉渣管牙輪取心鉆頭由鉆頭方套10、送氣管接頭11、銷軸12、加強筋板13、鉆 頭軸管14、活門鉸鏈15、活門16、中間隔板17等組成。鉆頭軸管14為一空心厚壁鋼 管，它的上端與鉆頭方套10焊連接，端口為封閉狀，其下端與中間隔板17焊連接，端口 為開放狀，氣液可由此通過。在中間隔板17的中上部位開一通孔，與焊連接的送氣管接 頭11相連通。4塊加強筋板13對稱的與鉆頭方套10、鉆頭軸管14以及中間隔板17焊 連接，起組件增強作用。在相對的2塊加強筋板13的邊緣相對的兩面分別焊有活門鉸鏈 15及銷軸孔。活門鉸鏈15用來安裝活門16，使活門水平方向開合，銷軸孔用來合上活 門后插入銷軸12鎖定活門，活門被鎖定并形成沉渣管內腔。
施工時，鉆頭方套10接受來自鉆桿的機械力并傳遞給鉆頭軸管14以及中間隔板 17,進而再傳遞給巖芯管、破巖刀具、沉渣管等。由地面送來的空氣經送氣管接頭11送 至鉆頭軸管，再經巖芯管送至破巖刀具位置。地面送來的空氣在破巖刀具和巖芯管外側 較狹窄的通道內形成高速氣流，在高速氣流作用下，破巖刀具切削下來的巖石碎屑被向 上舉升至沉渣管口，由于沉渣管口處通道驟然增大，致使氣流速度大幅度降低，巖石碎屑失去足夠的舉升力便向下沉降落至沉渣管中。本實施例中旋挖鉆機在硬質基巖中的鉆進方法詳細描述如下(1)如圖1 所示，氣水接頭由連接鉸鏈2安裝于動力頭下端的圓盤1的底部，由 平衡調整螺栓9調整使其與圓盤底面平行并同軸。其靜止部分4是相對動力頭而言的， 它通過連桿8與動力頭支架連接限制其回轉運動。而同步轉動部分7則隨著動力頭一同 轉動。靜止部分4與同步轉動部分7由軸承和密封件實現回轉支撐和密封，并使氣水入 口3和氣水出口6實現靜一動通道，動通道可隨動力頭同步旋轉，避免孔內軟管與鉆桿纏 繞。(2)見圖2，沉渣管牙輪取心鉆頭。鉆進和取心部分與普通鉆頭相同，不同之處 是在鉆頭上部增加了帶活門16的沉渣管，目的是便于清除鉆渣。另外，鉆頭的中心管14 頂部是封閉的，只是從中心管的一側開一圓孔并用小直徑的鋼管將通道引至沉渣管為送 氣管接頭11，以便與孔內軟管20連接。(3)見圖3，本方法應用時送氣管路的連接示意圖。具體描述為①將地面軟管18兩端分別連接于空壓機19排氣口和氣水接頭入口 3，空壓機的 壓縮空氣經軟管輸送至氣水接頭內部。②按照鉆頭深度位置到氣水接頭的距離配置相應長度的孔內軟管20，并將膠管 兩端分別連接于氣水接頭入口 3和鉆頭送氣管接頭11。③做完①②兩項，從空壓機至鉆頭形成完整通道。④啟動空壓機和旋挖鉆機鉆進?？諌簷C排出的壓縮空氣經地上軟管送至氣水接 頭入口 3，再由氣水接頭出口 6經孔內軟管送至鉆頭送氣管接頭11，然后經鉆頭軸管14， 將壓縮空氣送至鉆頭底部，最后進入鉆孔與大氣相通，實現空氣循環(huán)沖洗鉆進。⑤鉆進中，在鉆頭與孔壁間窄小的環(huán)狀斷面中形成相對高的空氣流速，在氣流 的作用下，被鉆頭切削下來的巖渣被攜帶至鉆頭上部。巖渣被攜帶至鉆頭上部后，由于 氣流斷面增大、流速驟然降低而失去對巖渣的舉升力，巖渣側沉落于沉渣管內。同時， 在氣流流動過程中，鉆頭因摩擦而產生的大部分熱量被空氣帶出。本發(fā)明經過在工程中應用，達到了預想效果。工程樁樁徑1.0米，樁孔深度 9 25米，要求入巖1 3米，巖石為平均單軸抗壓強度60MP，最高90MP的砂巖，使用 10m3/min空壓機供氣，平均鉆速M/60min。而常規(guī)方法則平均M/129min，鉆進效率提 高1倍以上，有效解決了旋挖鉆機在基巖中的鉆進難題，具有顯著的經濟和社會效益。
權利要求
1. 一種旋挖鉆機在硬質巖中的鉆進方法，其特征在于包括以下步驟(1)在旋挖鉆機動力頭下端安裝氣水接頭(2)連接專用沉渣管牙輪取心鉆頭(3)將空壓機出氣口用軟管與氣水接頭入口連接(4)將氣水接頭出口用軟管與專用沉渣管牙輪取心鉆頭管道入口連接(5)將鉆頭放入孔底(6)啟動運行空壓機送氣(7)開動旋挖鉆機入巖鉆進(8)鉆進結束，提升鉆頭，去除鉆頭中的巖心和鉆渣(9)重復步驟(1) (8)，直至完成各鉆孔入巖孔段。
2.一種用于如權利要求1所述的鉆進方法專用沉渣管牙輪取心鉆頭，其特征在于 沉渣管牙輪取心鉆頭由鉆頭方套(10)、送氣管接頭(11)、銷軸(12)、加強筋板(13)、鉆 頭軸管(14)、活門鉸鏈(15)、活門(16)、中間隔板(17)組成，鉆頭軸管(14)為一空心 厚壁鋼管，它的上端與鉆頭方套(10)焊連接，端口為封閉狀，其下端與中間隔板(17)焊 接，端口為開口狀，氣液可由此通過，在中間隔板(17)的中上部位開一通孔，與焊接的 送氣管接頭(11)相連通，4塊加強筋板(13)對稱的與鉆頭方套(10)、鉆頭軸管(14)以 及中間隔板(17)焊接，在相對的2塊加強筋板(13)的邊緣相對的兩面分別焊有活門鉸 鏈(15)及銷軸孔，活門(16)通過活門鉸鏈(15)與加強筋板(13)鉸鏈連接，合上活門 (16)，銷軸孔內插入銷軸(12)，活門被鎖定并形成沉渣管內腔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種旋挖鉆機在硬質巖石中的鉆進方法以及該方法專用沉渣管牙輪取心鉆頭。鉆進方法包括以下步驟(1)安裝氣水接頭；(2)安裝沉渣管牙輪取心鉆頭；(3)將空壓機、氣水接頭、沉渣管牙輪取心鉆頭用送氣軟管連接；(4)將鉆頭放入孔內，啟動空壓機，向孔內送氣，同時開動旋挖鉆機進行鉆進；(5)回次結束，關閉空壓機，提出沉渣管牙輪取心鉆頭，開啟沉渣管活門清除管內沉渣，然后關閉活門；(6)重復上述步驟，直至完成成孔。與常規(guī)方法相比，本方法所用鉆頭結構簡單、耐用，鉆具磨損小，鉆進效率高，散熱好，有效解決了旋挖鉆機在硬質巖石中的鉆進難題。
文檔編號E21B10/06GK102022076SQ20101053955
公開日2011年4月20日 申請日期2010年11月11日 優(yōu)先權日2010年11月11日
發(fā)明者代東, 張春來, 李友東, 李國輝, 王國輝, 田少坤, 聶慶科, 胡建敏 申請人:河北建設勘察研究院有限公司