CN101250983A - 可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头 - Google Patents
可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头 Download PDFInfo
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Abstract
一种可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头，包括其内具有空腔(7)的钻头本体(1)，钻头本体(1)壁上设有高压喷嘴(5)，钻头本体(1)下端设有钻尖(2)，钻头本体(1)下部和钻尖(2)内沿轴向设有与空腔(7)相连的浆液通道(8)，钻尖(2)的壁上设有与浆液通道(8)相连的辅助注浆孔(6)，浆液通道(8)内设有液控截止阀(10)，液控截止阀(10)在空腔(7)内流体压力达到或高于设定值时关闭浆液通道(8)。其目的在于提供一种在钻进过程中能够对钻头进行润滑及冷却，钻进效率高，能够通过液控很方便的关闭辅助注浆孔，注浆量可根据需要进行调节的可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于土木工程领域、能够进行竖向、倾斜、水平和上仰高压喷射注浆施工、可通过液控开启或关闭辅助注浆孔的单管全方位钻进高压喷射注浆的钻头。
背景技术
在交通、市政、建筑、水电、矿山工程的基坑、边坡、隧道和地下管线工程建设中，高压喷射注浆技术已经得到广泛的工程应用，近年来高压喷射注浆锚杆和水平高压喷射注浆技术也开始在我国投入工程应用。然而国内现有的倾斜、水平及上仰单管高压喷射注浆技术在工程实践中仍存在诸多问题，这些问题主要包括：
1)在水平及上仰方位的高压喷射注浆施工的钻孔过程中，可以通过钻头的高压喷嘴和钻尖的辅助注浆孔连续提供低压水或低压浆液；但在钻头达到设计深度后，由于钢球不能在重力作用下通过钻杆进入钻头关闭辅助注浆孔，故无法采用投钢球的方法关闭辅助注浆孔，由于辅助注浆孔处于开启状态，当提高高压泥浆泵压力进行高压喷射注浆时，会导致通过高压喷嘴的注浆压力大幅下降，以致无法达到设计旋喷直径；
2)在高压旋喷过程中，无法选择、控制浆液通路，注浆量也无法根据施工要求进行调节。
目前对于上述问题的主要解决途径有：
a)采用双重管法或双管法，分别为浆液提供低压润滑冷却通道和高压喷射注浆通道，但这种方法需要增加中低压泵，并且施工工艺繁琐，施工成本较高。
b)采用单管法，放弃在钻尖处设置辅助注浆孔，这种方法可以保证高压喷嘴的注浆压力无损耗，然而却忽略了对钻头的润滑、冷却处理，导致钻头磨损加大，钻进效率降低，从而影响了施工工效，增加了施工成本。
c)采用钻孔设备和旋喷设备分别实施钻孔和高压喷射注浆工序，这种方法施工效果好，但是所用施工设备多，工期长，成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在钻进过程中可对钻头进行润滑及冷却，钻进效率高，能够通过液控方式很方便的关闭或开启辅助注浆孔，注浆量可根据需要进行调节，质量可控，经济环保，实用性强的可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头。
本发明的可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头，包括钻头本体，钻头本体内具有空腔，钻头本体的侧壁上设有与空腔相连的高压喷嘴，钻头本体的下端设有钻尖，钻头本体的下部和钻尖内沿轴向设有与钻头本体内空腔相连的浆液通道，钻尖的壁上设有与浆液通道相连的辅助注浆孔，所述浆液通道内设有液控截止阀，液控截止阀在所述空腔内流体压力达到或高于设定值时关闭所述浆液通道。
本发明可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头，其中所述辅助注浆孔与所述浆液通道的中部相连，所述液控截止阀包括阀座和阀芯，阀座安装在所述浆液通道内的上部，阀座的中部沿轴向设有过液孔，所述阀芯的中部穿过过液孔，阀芯的上部设有与阀座相配合的封闭阀头，所述浆液通道的下部具有导向孔，所述阀芯的下部能滑动地插装在导向孔内，阀芯的底端与导向孔的底端之间设有弹簧。
本发明可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头，其中所述钻头本体的底端具有外侧壁带螺纹的圆柱，所述钻尖的上部具有内侧壁带螺纹的圆柱套，钻尖与所述钻头本体之间采用螺纹连接，所述导向孔的下部设有与外界相通的排液孔。
本发明可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头，其中所述封闭阀头为圆柱形，所述阀座的上端面的中部设有圆柱形的沉孔，所述封闭阀头的下端面与沉孔的底部相配合。
本发明可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头，其中所述封闭阀头为球形，所述阀座的上端面的中部设有半球形的沉孔，所述封闭阀头的球面的下部与沉孔相配合。
本发明可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头，其中所述高压喷嘴的数量为1-4个，高压喷嘴的内径为1-3mm，所述辅助注浆孔的数量为1-4个，辅助注浆孔的内径为3-20mm。
本发明可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头，其中所述阀芯下部与所述导向孔之间设有密封圈。
本发明可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头，其中所述阀座安装固定在所述浆液通道上的所述钻尖段，所述阀芯的底端具有盲孔，所述弹簧的上部插装在盲孔内。
本发明可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头，其中所述阀座安装固定在所述浆液通道上的所述钻头本体段，所述阀芯的底端具有导向杆，所述弹簧的上部套装在导向杆上。
本发明可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头，其浆液通道内设有液控截止阀，液控截止阀在空腔内流体压力达到或高于设定值时关闭所述浆液通道。与现有技术相比，本发明能够在钻孔过程中通过钻尖前端的辅助注浆孔喷射低压清水或浆液，对钻头进行润滑、冷却，帮助钻头排渣，提高钻进速度；还能够在竖向、倾斜、水平和上仰钻进施工完成后安全地进行低压到高压的切换，或者在竖向、倾斜、水平和上仰旋喷施工完成后安全地进行高压到低压的切换，开启或关闭辅助注浆孔，注浆量可以根据需要进行自我调节，确保在旋喷过程中高压喷嘴发挥最大高压喷射压力，安全、高质量地完成高压旋喷施工。因此，本发明的可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头能够实现钻喷一体化施工，操作便捷、高效可控，适用于全方位高压喷射注浆工程施工，具有突出的实质性特点和显著的技术进步。
下面结合附图及实施例详述本发明。
附图说明
图1为本发明的可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头的一种实施方式的结构示意图的主视剖面图；
图2为本发明的可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头的另一种实施方式的结构示意图的主视剖面图；
图3为本发明的可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头的又一种实施方式的结构示意图的主视剖面图；
图4为本发明的可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头的再一种实施方式的结构示意图的主视剖面图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头，包括钻头本体1，钻头本体1内具有空腔7，钻头本体1的侧壁上设有与空腔7相连的高压喷嘴5，高压喷嘴5的数量为2个，或者为1个或3个或4个，高压喷嘴5的内径为1-3mm，钻头本体1的下端设有钻尖2，钻头本体1的下部和钻尖2内沿轴向设有与钻头本体1内空腔7相连的浆液通道8，钻尖2的壁上设有与浆液通道8相连的辅助注浆孔6，辅助注浆孔6的数量为3个，或者为1个或2个或4个，辅助注浆孔6的内径为3-20mm，辅助注浆孔6与浆液通道8的中部相连，浆液通道8内设有液控截止阀10，液控截止阀10在正常状态下以及空腔7内流体压力低于设定值时处于常通状态，在空腔7内流体压力达到或高于设定值时，液控截止阀10就会关闭浆液通道8。
液控截止阀10包括阀座11和阀芯3，阀座11安装在浆液通道8内的上部，阀座11的具体安装固定位置可以是在浆液通道8上的钻尖2段，阀座11也可以是如图2所示安装固定在浆液通道8上的钻头本体1段，阀座11的中部沿轴向设有过液孔12，阀芯3的中部穿过过液孔12，阀芯3的上部设有与阀座11相配合的封闭阀头13，封闭阀头13为圆柱形，阀座11的上端面的中部设有圆柱形的沉孔16，封闭阀头13的下端面与沉孔16的底部相配合。浆液通道8的下部具有导向孔14，阀芯3的下部能滑动地插装在导向孔14内，导向孔14的下部设有与外界相通的排液孔18，用于排出渗透到导向孔14内的液体，阀芯3与导向孔14之间的间隙采用密封圈9密封，阀芯3的底端与导向孔14的底端之间设有弹簧4。弹簧4的具体设置方式可以是如图1所示，阀芯3的底端具有盲孔17，弹簧4的上部插装在盲孔17内，或者是如图2或图3所示，阀芯3的底端具有导向杆19，弹簧4的上部套装在导向杆19上。阀芯3可以采用如图1或图3所示让封闭阀头13的顶端顶在钻头本体1底端的方式，阻止阀芯3脱出导向孔14，在这种情况下，可以在封闭阀头13顶端的端面上沿径向开设方便液体通过的横槽，以使浆液通道8处于常通状态。阀芯3也可以采取在浆液通道8内的侧壁上设置挡圈(图中未画出)的方式阻止其脱出导向孔14。
上述钻头本体1的底端具有外侧壁带螺纹的圆柱，钻尖2的上部具有内侧壁带螺纹的圆柱套，钻尖2与钻头本体1之间采用螺纹连接。
如图4所示，本发明的可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头的封闭阀头13也可以为球形，阀座11的上端面的中部则对应地设有半球形的沉孔15，封闭阀头13的球面的下部与沉孔15相配合。阀芯3可以采用让封闭阀头13的顶端顶在钻头本体1底端的方式，阻止阀芯3脱出导向孔14，在封闭阀头13的上部沿径向开设方便液体通过的横槽，以使浆液通道8处于常通状态。
本发明的可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头在竖向、倾斜、水平和上仰钻进施工中，或者在竖向、倾斜、水平和上仰旋喷过程中，如果需要关闭浆液通道8，可以通过高压泥浆泵把空腔7内的浆液压力调高，当压力达到设定值时，安装在浆液通道8内的液控截止阀10的阀芯3，就会在浆液压力的作用下，向下运动并压缩弹簧4，阀芯3上的封闭阀头13会向下运动与阀座11的上端相贴，关闭过液孔12，从而使浆液通道8被截断，空腔7内的高压浆液不再经由浆液通道8流向辅助注浆孔6，而让空腔7内的高压浆液从高压喷嘴5喷出，确保旋喷高压喷嘴发挥最大高压喷射压力，安全、高质量地完成旋喷施工。如果需要开启浆液通道8，可通过高压泥浆泵把空腔7内的清水或浆液压力调低，当压力低于设定值时，安装在浆液通道8内的液控截止阀10的阀芯3，就会在弹簧4的作用下向上运动，阀芯3上的封闭阀头13会向上运动与阀座11的上端分离，开启过液孔12，使浆液通道8处于通畅状态，空腔7内的清水或浆液会经由浆液通道8流向辅助注浆孔6，对钻头进行润滑、冷却，或通过辅助注浆孔6进行注浆。
上面所述的实施例仅仅是对本发明优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1. 可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头，包括钻头本体(1)，钻头本体(1)内具有空腔(7)，钻头本体(1)的侧壁上设有与空腔(7)相连的高压喷嘴(5)，钻头本体(1)的下端设有钻尖(2)，钻头本体(1)的下部和钻尖(2)内沿轴向设有与钻头本体(1)内空腔(7)相连的浆液通道(8)，钻尖(2)的壁上设有与浆液通道(8)相连的辅助注浆孔(6)，其特征在于所述浆液通道(8)内设有液控截止阀(10)，液控截止阀(10)在所述空腔(7)内流体压力达到或高于设定值时关闭所述浆液通道(8)。
2. 如权利要求1所述的可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头，其特征是：所述辅助注浆孔(6)与所述浆液通道(8)的中部相连，所述液控截止阀(10)包括阀座(11)和阀芯(3)，阀座(11)安装在所述浆液通道(8)内的上部，阀座(11)的中部沿轴向设有过液孔(12)，所述阀芯(3)的中部穿过过液孔(12)，阀芯(3)的上部设有与所述阀座(11)相配合的封闭阀头(13)，所述浆液通道(8)的下部具有导向孔(14)，所述阀芯(3)的下部能滑动地插装在导向孔(14)内，阀芯(3)的底端与导向孔(14)的底端之间设有弹簧(4)。
3. 如权利要求2所述的可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头，其特征是：所述钻头本体(1)的底端具有外侧壁带螺纹的圆柱，所述钻尖(2)的上部具有内侧壁带螺纹的圆柱套，钻尖(2)与所述钻头本体(1)之间采用螺纹连接，所述导向孔(14)的下部设有与外界相通的排液孔(18)。
4. 如权利要求3所述的可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头，其特征是：所述封闭阀头(13)为圆柱形，所述阀座(11)的上端面的中部设有圆柱形的沉孔(16)，所述封闭阀头(13)的下端面与沉孔(16)的底部相配合。
5. 如权利要求3所述的可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头，其特征是：所述封闭阀头(13)为球形，所述阀座(11)的上端面的中部设有半球形的沉孔(15)，所述封闭阀头(13)的球面的下部与沉孔(15)相配合。
6. 如权利要求4或5所述的可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头，其特征是：所述高压喷嘴(5)的数量为1-4个，高压喷嘴(5)的内径为1-3mm，所述辅助注浆孔(6)的数量为1-4个，辅助注浆孔(6)的内径为3-20mm。
7. 如权利要求6所述的可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头，其特征是：所述阀芯(3)下部与所述导向孔(14)之间设有密封圈(9)。
8. 如权利要求7所述的可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头，其特征是：所述阀座(11)安装固定在所述浆液通道(8)上的所述钻尖(2)段，所述阀芯(3)的底端具有盲孔(17)，所述弹簧(4)的上部插装在盲孔(17)内。
9. 如权利要求7所述的可液控启闭辅助注浆孔的单管全方位钻进喷射注浆钻头，其特征是：所述阀座(11)安装固定在所述浆液通道(8)上的所述钻头本体(1)段，所述阀芯(3)的底端具有导向杆(19)，所述弹簧(4)的上部套装在导向杆(19)上。
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Owner name: CHINA METALLURGICAL CONSTRUCTION RESEARCH INSTITUT Free format text: FORMER OWNER: CHINA METALLURGICAL CONSTRUCTION GROUP RESEARCH INSTITUTE |
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Granted publication date: 20110119 |
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