CN101089357A - 一种锚杆施工钻孔方法及锚杆施工钻孔用管状构件 - Google Patents

Abstract

一种锚杆施工钻孔方法，采用钻机驱动前端安装有钻头之管状构件回转钻进，在管状构件上设置有引流通道，通过该引流通道向钻头输送液体；所述经引流通道向钻头端输送之液体或高压液体通过该管状构件或钻头上所设与钻孔轴线方向垂直的出水口或喷嘴流出，并作用于锚孔孔壁，清洗或加糙锚孔孔壁并可进行扩孔；一种锚杆施工钻孔用管状构件，用于连接钻头和钻机，并由钻机驱动进行回转钻进，在所述管状构件上，还设置有用以输送钻孔所需液体的引流通道；本发明提供的方法不需要在使用套管的过程中额外使用高压管来进行扩孔，工序简单、功效高、效果好；而专用于此方法的管状构件，结构简单，其多种结构形式是对本发明方法能够顺利进行的有利支持。

Description

一种锚杆施工钻孔方法及锚杆施工钻孔用管状构件

【技术领域】

本发明涉及一种锚杆施工钻孔方法及应用于该施工方法的施工工具，具体为一种利用带钻头的管状构件来进行钻孔的方法及应用于该方法的锚杆施工钻孔用管状构件。

【背景技术】

现行的锚杆施工钻孔方法，采用钻机驱动前端安装有钻头的钻杆或套管回转钻进，它们都是利用钻杆或套管的中空通道向钻头输送液体或泥浆，其缺点一是不能很好地控制所输送液体或泥浆，使之更好地清洗、加糙锚孔孔壁，造成所施工的锚杆抗拔力降低；二是液体或泥浆的外排必须全部通过钻杆或套管与钻孔孔壁之间的间隙，这样，对土体扰动很大，尤其在土层较软时，还会引起土层的沉降。本申请人于2005年申请的公开号为：CN1718941A的发明专利中，曾披露了一种高压喷射扩大头锚杆的施工方法及装置，其方法是用套管钻孔钻到预定深度，将套管在孔口处卸开，安装喷头在高压管上，伸入高压管至孔内套管钻进的底端由喷头对底端进行扩孔，扩孔完成退出高压管及喷头再放入锚杆杆体并取出套管后灌浆。此方法由于底端扩孔后具有扩大头的功能，灌浆后能够增强锚杆的抗拔力，而且过程中由于套管的存在不易出现塌孔，目前在实际工程中已经广泛应用，但其缺点是工序较复杂，工效较慢。

【发明内容】

本发明目的旨在提供一种工序简单、功效高、使用效果好的用于锚杆施工的钻孔方法及钻孔工具，以解决现有锚杆施工钻孔方法工序复杂、工效慢以及对土层扰动大等问题。

为实现上述目的，本发明所提出的技术方案是：

一种锚杆施工钻孔方法，采用钻机驱动前端安装有钻头之管状构件回转钻进，在所述管状构件上，还设置有引流通道，通过该引流通道向钻头端输送液体。本发明简化了原来套管钻孔后再用高压管扩孔并灌浆的复杂工序，利用管状构件本身携带的引流通道，大大提高了工作效率，并且液体的外排可从管状构件的中空部流出，对土体无扰动。

作为优选方案，本发明进一步设置为：所述经引流通道向钻头端输送之液体通过该管状构件或钻头上所设与钻孔轴线方向垂直或成一定夹角的出水口或喷嘴流出，并作用于锚孔孔壁，清洗或加糙锚孔孔壁；所述管状构件或钻头上出水口或喷嘴与钻孔轴线方向之夹角为90°±0°～90°±45°；所述液体之压力值为1Mpa～7Mpa或以上。

或者，所述管状构件上引流通道所输送的液体为高压液体，其经钻头或管状构件上所设出水口或喷嘴流出后形成高压喷射，冲击锚孔孔壁土体，使锚孔扩大；所述高压液体之压力值为8Mpa～50Mpa。

在本方案中，进一步对前一方案进行了优化，管状构件在过程中还可以通过对液体压力的调控，实现不同要求对应不同压力液体，可以对锚孔冲击使得锚孔孔壁粗糙，摩擦阻力增加，使得灌浆后锚杆的抗拔能力大大加强，还可以使锚孔扩大形成扩大头锚杆。

本发明还提供了一种锚杆施工钻孔用管状构件，用于连接钻头和钻机，并由钻机驱动进行回转钻进，其特征在于：在所述管状构件上，还设置有用以输送钻孔所需液体的引流通道；

所述管状构件上之引流通道为设置于管状构件外壁、内壁或内腔之引流管，或为设置于套管侧壁上之轴向孔；

所述管状构件为套合设置的外管和内管，其中内管外径小于外管内径，两套合件之间的夹层为引流通道。

所述管状构件或钻头上设有与钻孔轴线方向垂直或成夹角之出水口或喷嘴，引流通道与该出水口或喷嘴连通，其中：所述管状构件或钻头上出水口或喷嘴与钻孔轴线方向之夹角为90°±0°～90°±45°。本方案中的锚杆施工钻孔用管状构件与锚杆施工钻孔方法配套，所提供的管状构件丰富了本发明的内容，为使用者提供了不同的选择。

本发明提供的一种用于锚杆施工的钻孔方法不需要在锚孔成孔后额外使用高压管来进行扩孔，工序简单、功效高、效果好；而专用于此种方法的锚杆施工钻孔用管状构件，结构简单，其上的引流通道即可代替原来高压管，而且管状构件的结构有多种形式，是对本发明方法能够顺利进行的有利支持。

【附图说明】

图1为本发明施工简易装配图；

图2为本发明管状构件与钻机、钻头连接示意图；

图3为本发明实施例一管状构件径向剖面图；

图4为本发明实施例二管状构件轴向剖视图；

图5为本发明实施例二管状构件另一结构轴向剖视图；

图6为本发明实施例四管状构件轴向剖视图；

图7为本发明实施例五管状构件径向剖面图；

图8为本发明实施例六管状构件径向剖面图；

图9为本发明实施例七管状构件径向剖面图；

图10为本发明实施例七管状构件轴向剖视图。

【具体实施方式】

本发明首先提供了一种工序简单、功效高、效果好的用于锚杆施工的钻孔方法，其是在钻机驱动前端装有钻头之管状构件，在所述管状构件上，还设置有引流通道，该引流通道可以是直通式通道，也可以是环形通道，还可以是分段接合式通道，通过该引流通道，在钻进时向管状构件前端输送液体，以清洗或冲击土层。钻孔所形成的液体或泥浆可从管状构件之中空通道导出。这种施工方法，一方面可避免对土层的扰动，另一方面，由于液体通过引流通道与喷嘴组成的封闭系统流出，可以实现高压喷射，其相对于现有技术中液体从中空通道引入来说，其过流面积小，出口容易形成高压，对土层的冲击力大，可进一步实现扩孔的需要。

为增强锚杆之抗拔力，本发明基于前述发明构思，在管状构件或钻头上，开设一与钻孔轴线方向垂直或成一定的夹角的出水口或喷嘴，其中管状构件或钻头上出水口或喷嘴与钻孔轴线方向之夹角为90°±0°～90°±45°。经引流通道输送之液体可从上述出水口或喷嘴上喷出，使其直接作用于锚孔之孔壁，既可以清洗锚孔孔壁，同时由于钻头不断地旋转，喷出的液体形成一运动轨迹，可对锚孔孔壁进行加糙，以使锚固体和孔壁更好的结合，而且，还可以根据需要在锚孔设计部位进行扩孔，其扩大孔的大小可通过调整高压泵的压力以及钻进或提升速度实现。这种方式与现有技术相比，实施简单易行，且不需要增加额外的工具和工序，便能达到非常理想的效果。一般来说，锚杆所需抗拔力要求不高时，所输送液体之压力值为1Mpa～7Mpa或以上。

而对于锚杆所需抗拔力较高的情况，所述管状构件上引流通道所输送的液体可采用高压液体，其经喷嘴或出水口流出后形成高压喷射，以达到更好的冲击力，使锚孔扩大或加糙效果更为突出。所述高压液体之压力值为8Mpa～50Mpa。

根据上述施工方法，本发明设计了一种锚杆施工钻孔用管状构件，下面结合附图做进一步详述。

实施例一：

如图1所示，本发明提供了一种锚杆施工钻孔用管状构件2，它是用于连接钻头3和钻机1，并由钻机1驱动其进行回转钻进。如图2、图3所示，所述管状构件2包括一外管2-1，其一端与钻机1接头连接，另一端与钻头3连接。在所述外管2-1之中空腔内，还套设有一内管2-5，该内管2-5之外径小于外管2-1内径，相互之间由若干点状支撑2-3支撑固定，使之形成一整体部件，但又不阻断内、外管之间夹层通道，外管2-1内壁与内管2-5外壁之间所形成的夹层通道便构成引流通道2-2。在钻孔过程中，液体40可通过与钻机1连接的泵4由其中空通道引入引流通道2-2内，并由该引流通道2-2前端出口2-6流出，流出的液体在钻头3向前回转钻进的同时对土层前端冲击，可带走钻孔过程中产生的泥土，回水和所产生的泥浆全部或部分可由内管2-5之中空通道2-4流出，避免或减少了由锚孔孔壁与管状构件2之间的缝隙流出，故而避免或减少了对土层产生的扰动。本发明中钻头3可以是在外管2-1之端头焊接的合金片构成，也可以在外管2-1端头或内管2-5端头上安装独立的钻头(如图2所示)，所述钻机1可通过外管2-1与钻机的回转部件(或称动力头)紧密连接(一般可采用螺纹连接)并密封防漏，内管2-5中空通道可用堵头7封闭，从钻机回转部件之通道输送至管状构件2的液体，可从引流通道2-2输送至钻头方向，回水或泥浆可从管状构件2外端开设的引流口8排出。有时根据施工工况需要，也可以不将内管2-5用堵头7封闭或不完全封闭，通过钻机回转部件之通道输送至管状构件2的液体也可以同时象普通钻孔方法那样从内管2-5中空通道2-4向钻头方向输送。有时根据施工情况，也可以不必在管状构件2上开设引流口8，让钻孔回水和泥浆象现有钻孔方法那样从管壁与孔壁之间外排。

实施例二：

如图4所示，本实施例管状构件亦是用于连接钻头3和钻机1，并由钻机1驱动其进行回转钻进。所述管状构件2亦包括一外管2-1，其一端与钻机1接头连接，另一端与钻头3相接，即钻头3装于管状构件2前端。在所述外管2-1之中空通道内，还套设有一内管2-5，该内管2-5之外径小于外管2-1内径，两者之间所形成的夹层间隙构成引流通道2-2，液体40可通过钻机1引入引流通道2-2内。本实施例在所述外管2-1前端管壁上，开设有一个或多个出水口2-7或喷嘴2-8(如图5所示)，该出水口2-7或喷嘴2-8与钻孔轴线或垂直或成一定的夹角α，α＝90°±0°～90°±45°。同时引流通道2-2前端出口2-6封闭，液体40通过设于外管2-1上出水口2-7或喷嘴2-8流出，液体流出方向垂直于孔壁或与孔壁成α夹角，可冲击锚孔之孔壁。其冲击流可在孔壁的壁面上留下小凹坑，起到加糙作用。这样，可为以后灌浆增加锚杆的摩阻力、提高锚杆的抗拔力打好基础。

实施例三：

本实施例中，所采用管状构件以及其他配套设施均与实施例二基本相同，所不同之处在于：本实施例泵4采用高压泵，高压泵所提供的液体之压力值为0.5MPa～50Mpa之间。本实施例中，高压液体经喷嘴2-8或出水口2-7流出后形成高压喷射，冲击锚孔孔壁土体，更好地对孔壁加糙并可以形成一个扩大的锚孔，能大大提高锚杆的摩阻力、提高锚杆的抗拔力。特别地，当所需锚杆抗拔力很大时，可采用8～50Mpa的高压，在锚固段形成较大的扩大头。如果所需抗拔力不是特别大，可采用0.5～8Mpa的高压，对孔壁加糙，或者形成较小的扩大头即可。

实施例四：

在具体施工过程中，如果钻进的深度较短，一段管状构件即可完成，但是，若是钻孔钻进的深度较长，则需要多段较短的管状构件连接组合才方便。在多段连接的过程中，可以采取多种方式，如可在中间各段管状构件2之外管2-1之一端设外螺纹，另一端设内螺纹，两不同的管状构件2的前后两端通过螺纹连接即可。

特别地，在实际制造过程中，由于外管2-1和内管2-5之长度很难加工得完全一致，在多个管状构件2相互套接过程中，很可能外管2-1相互间结合紧密，而相邻两内管2-5之间存在间隙，从而导致引流通道2-2的泄漏。如图6所示，本实施例还提供两管状构件2之间通过一管接头5连接的方案。内管2-5端部设有一垫圈6，在管接头5连接两管状构件2时，内管2-5之间可通过垫圈6密封，从而防止引流通道2-2之泄漏。图6所示，21为连接于上段管的公接头，22为连接于下段管的母接头，在施工中两段管的连接或卸开通过21和22的公母螺纹24实现。

实施例五：

如图7所示，本实施例管状构件与其它相关件连接方式相同，所不同的是，本实施例引流通道2-2是在钻孔用管状构件2内壁设置至少一个引流管9，液体可通过该引流管9通入管状构件2前端，在钻头3钻进的同时对土层进行冲击。同样地，管状构件2或钻头上也可开设出水口或喷嘴，与引流管9相通，同时封闭引流管9的其它出口，液体从上述出水口或喷嘴中流出，对锚孔孔壁加糙或扩孔。

实施例六：

如图8所示，本实施例与实施例五基本相同，所不同的是，本实施例引流通道2-2是在钻孔用管状构件2外壁设置一个引流管9。同样，管状构件2或钻头上也可开设出水口或喷嘴，与引流管9相通，液体从上述出水口或喷嘴中流出，对锚孔孔壁加糙或扩孔。

实施例七：

如图9所示，本实施例之引流通道2-2是在管状构件2的管壁内设置的孔形成。这种结构需管状构件2有较厚的管壁，其厚度足以加工形成引流通道。在上述实施例五、六、七中，管状构件2也可以采用多根较短的分段连接起来，这时应保持各段引流管9或引流通道2-2的连通。当采用可以定位的连接方式时(如卡口定位，螺纹定位)，只需将相邻两段的引流管9或引流通道2-2位置对准即可。如图10所示，当采用非定位的连接方式(如螺纹压紧连接)或定位不准确时，可在相邻两段的钻管接合面横截面上各设置一半圆形状的环形槽11，两管连接后两半圆形状的环形槽11合成一圆形的环形槽，即使两钻管连接后引流管9或引流通道2-2位置错开，但它们通过该环形槽仍然始终保持连通，如图10所示。

具体施工实施例：

设计参数：设计抗拔力950KN，极限抗拔力1700KN，孔深26M，孔径0.13M，扩大头位于孔底，长度5M，直径1.2M。

土层描述：从上至下地层分别为人工填土、淤泥质土、粉土、粘土、稍密-中密的中粗砂，锚杆扩大头位于中粗砂层。

管状构件参数：采用上述实施例一的双重管管状构件，外管直径127mm，内管直径108mm，管壁厚5mm，两管夹层所组成的引流通道7mm。采用分段连接，每段长度为3.0m。第一段为钻头段，在外管端头焊有八片合金钢片作为钻头，并在外管壁距前端100mm处设有一垂直于轴线的径向喷嘴，喷嘴孔径2.2mm，喷嘴与引流通道连通，而引流通道的前端出口全部封闭，引流通道内的水流只能通过喷嘴流出。中间段有8段，它们前接前段，后接钻机。最后一段为堵头段，即用一个堵头封堵住了内管中空通道，使钻机来水不能进入内管中空通道，而全部进入引流通道。在实际施工中，为方便计，堵头段段长应较小，一般应为0.5m左右，以便在钻孔至任意位置需要扩孔或加糙孔壁时，能较方便地在钻机接头与管状构件之间加上堵头段即可。

钻孔：在钻机上套本发明提供之管状构件进行钻孔。首先将第一段即钻头段的管状构件安装在钻机之上，钻孔至2.8M左右后卸开管状构件与钻机，在钻机与第一段之间加入中间段管状构件并连接好后再进行钻进，这样钻至21M左右；在上述过程中，无论是第一段还是中间段连接到钻机上时，来自钻机的水流可以同时从内管的中空通道和引流通道同时向前端输送。当达到孔深21M时，需要进行扩孔，这时将堵头段安装在钻机和中间段管状构件之间，以封闭内管，保证水流或浆液全部进入引流通道从喷嘴流出。同时提高高压泵压力至30Mpa，在钻进的同时利用从喷嘴流出的高压喷射对孔壁进行扩孔，钻出长度为5M的扩大头后在扩大头长度范围内往复两次，以使扩大头直径达到需求的尺寸。在钻孔扩孔至24m时，还需要加一节中间段，这时应将中间段加在堵头段与其它中间段之间。扩孔时，先用高压水进行扩孔。必要时还可以用高压水泥浆再扩孔1～2遍。

注浆：将锚杆经管状构件的内管中空腔放入锚孔内，然后拔出管状构件，并向孔内注水泥浆直至孔口溢浆为止，必要时可间隔一段时间后再注浆一次。凝固后的成形锚杆由于有扩大头锚固段的存在，以及对锚孔的孔壁进行了加糙，锚杆的抗拔力大，位移小。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1、一种锚杆施工钻孔方法，采用钻机驱动前端安装有钻头之管状构件回转钻进，其特征在于：在所述管状构件上，还设置有引流通道，通过该引流通道向钻头端输送液体。

2、根据权利要求1所述的一种锚杆施工钻孔方法，其特征在于：所述经引流通道向钻头端输送之液体通过该管状构件或钻头上所设与钻孔轴线方向垂直或成夹角的出水口或喷嘴流出，清洗或加糙锚孔孔壁。

3、根据权利要求2所述的一种锚杆施工钻孔方法，其特征在于：所述管状构件或钻头上出水口或喷嘴与钻孔轴线方向之夹角为90°±0°～90°±45°。

4、根据权利要求2或3所述的一种锚杆施工钻孔方法，其特征在于：所述液体之压力值为1Mpa～7Mpa。

5、根据权利要求2或3所述的一种锚杆施工钻孔方法，其特征在于：所述管状构件上引流通道所输送的液体为高压液体，其经钻头或管状构件上所设出水口或喷嘴流出后形成高压喷射，冲击锚孔孔壁土体，使锚孔扩大。

6、根据权利要求5所述的一种锚杆施工钻孔方法，其特征在于：所述高压液体之压力值为8Mpa～50Mpa。

7、一种锚杆施工钻孔用管状构件，用于连接钻头和钻机，并由钻机驱动进行回转钻进，其特征在于：在所述管状构件上，设置有用以输送钻孔所需液体的引流通道。

8、根据权利要求7所述的锚杆施工钻孔用管状构件，其特征在于：所述管状构件为套合设置的外管和内管，两套合件之间的夹层为引流通道。

9、根据权利要求7所述的锚杆施工钻孔用管状构件，其特征在于：所述管状构件上之引流通道为设置于管状构件外壁、内壁或内腔之引流管，或为设置于管状构件侧壁上之轴向孔。

10、根据权利要求7或8或9所述的锚杆施工钻孔用管状构件，其特征在于：所述管状构件或钻头上设有与钻孔轴线方向垂直或成夹角之出水口或喷嘴，引流通道与该出水口或喷嘴连通。

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