CN104763324A - 一种取芯式入岩的大直径成孔施工设备及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种取芯式入岩的大直径成孔施工设备，采用内、外两个钢筒，将多个小直径潜孔锤安装于内外钢筒之间，并分布于钢筒的周边形成环形取芯钻头；施工时，利于潜孔锤破岩、钢筒旋转和加轴压形成一个环形槽，通过内侧钢筒加侧压将形成的岩芯破断，再由内侧钢筒夹取岩芯，外侧钢筒支护孔壁，形成一个大直径的钻孔。通过本设备进行取芯式入岩的大直径成孔施工，可以有效入岩，节约施工成本，提高工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，具体的来说涉及一种取芯式入岩的大直径成孔施工设备及其施工方法。
背景技术
随着一带一路、城镇化及新能源投资的不断加大，桩基础的工程量越来越大，不仅桩基的深度、直径较大，而且需进入岩体深度也越来越深，对施工工期的要求也越来越高。
对于入岩的大直径桩基，如1.0～2.5m直径的桩基，入岩强度为30mpa以下时，常采用带牙轮的旋挖钻取芯成孔，对于30mpa以上硬岩的成孔只能采用冲击锤冲击成孔法了。目前的成孔法均具有入岩的效率很低，施工速度慢，成本较高等特点。在1m直径以内的入岩桩成孔方法中，以全断面潜孔锤成孔效率高而显示出其优越性，但成孔的成本高仍是其推广应用的障碍。
对于多桩承台的桩基，通过扩大桩径并减少桩数，可以降低承台的造价，从而降低总造价将会具有较高的应用前景；
对于海上风电、核电以及码头桩基要求有较高的水平承载力，2.5～8m直径的大直径桩基是其发展方向，为其需要具有入岩的大直径桩基成孔方法。
目前，对于2.5～8m直径的桩基成孔，只能采用回转牙轮全断面切岩法成孔，效率低，成孔速度慢，成本极高成为阻碍大直径钻孔应用的主要因素。传统的钻爆法成孔由于安全、防水、防塌措施成本高而难以采纳。
因此发明了一种取芯式入岩的大直径成孔设备及施工方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种取芯式入岩的大直径成孔施工设备及其施工方法。
一种取芯式入岩的大直径成孔施工设备，包括一圆环形的取芯钻头，取芯钻头由内、外两个钢筒组成，内外两钢筒之间分布有多个小直径潜孔锤，内、外两钢筒的底部装有球形齿，小直径潜孔锤位于钢筒的底部。
取芯钻头的上部连接有加压的钻杆。钻杆上端与驱动装置相连，输出转动扭矩，带支钻头转动
内钢筒的高度为1.5～5m，直径为1.0～10m，内外两钢筒的半径差大于安装小直径潜孔锤的距离，要保证能提供安装小直径潜孔锤的空间，小直径潜孔锤的直径为120～250mm。
内、外两钢筒为同轴线布置，内钢筒的外侧设置螺旋形叶片。
小直径潜孔锤的动力可以是液压或风压。
加压钻杆的动力可以是液压或风压。
钢筒与潜孔锤的旋转动力由连接钻杆的钻机提供。
取芯式入岩的大直径成孔施工方法如下：
首先将取芯钻头竖直向下旋转压入孔位，利于潜孔锤破岩、内外钢筒旋转并同时施加向下的压力，形成一个环形槽；然后内钢筒加侧压将形成的岩芯破断，此时外侧钢筒支护孔壁；再由内钢筒夹取岩芯，形成一个大直径的钻孔。
当岩芯直径大于3m时，将全断面分成多个小圆，用前述的方法先取芯形成小孔，然后把余下的部分破除，形成一个大直径的孔。
有益效果：通过本设备进行取芯式入岩的大直径成孔，可以快速入岩，与牙轮钻头成孔节约施工成本8倍以上，提高工作效率10倍以上，与全断面冲击锤成孔节约施工成本10倍以上，提高工作效率20倍以上。此外，还解决了大直径入岩成孔的难题，能将入岩钻孔灌注桩的直径由现在的2.5m增加到10m。可作为大直径灌注桩的成孔，隧道施工用盾构端头井，也可施工地下空间开发的各种管道井，输送井，矿山的运输井、通风井等
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明所述的一种取芯式入岩的大直径成孔施工设备结构纵剖面示意图。
图2为本发明所述的施工设备底部结构示意图。
图3a为本发明所述方法第一步示意图；
图3b为本发明所述方法第二步示意图；
图3c为本发明所述方法第三步示意图；
图3d为本发明所述方法第四步示意图；
图4a为本发明破碎大直径岩心第一步示意图；
图4b为本发明破碎大直径岩心第二步示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参看图1和图2，本设备包括内钢筒1、外钢筒2，将多个小直径潜孔锤3安装于内外钢筒之间，并分布于内外钢筒的周边形成环形取芯钻头。内、外两钢筒的上部连接有可加压的钻杆；钻杆上设置有用于加压的伸缩设备4，钻杆上还设置有用于旋转的动力头5，动力头5连接用于驱动的马达6。
在内、外两钢筒的底部装有球形切齿7，小直径潜孔锤位于内外两钢筒的底部。
内钢筒1的高度为1.5～5m，直径为1.0～10m，内外两个钢筒的半径差值为120～250mm，内外两钢筒的半径差大于安装小直径潜孔锤的距离，要保证能提供安装小直径潜孔锤的空间。
内、外两个钢筒1、2为同轴线布置，内钢筒的外侧设置螺旋形叶片，取芯时可以分离，用内钢筒夹住岩芯取出。
小直径潜孔锤的动力可以是液压或风压。
加压钻杆的动力可以是液压或风压。
钢筒与潜孔岩的旋转动力由连接钻杆的钻机提供。
通过本设备进行取芯式入岩的大直径成孔施工方法如下：
切槽施工与破除岩芯的过程如图3a、3b、3c、3d所示。
首先将取芯钻头竖直向下压入孔位如图3a所示，利用潜孔锤破岩，此过程破碎内外钢筒之间的部分岩石；内外钢筒旋转带动潜孔锤变位破岩如图3b所示，此过程进一步破碎内外钢筒之间的岩石；潜孔锤随钢筒旋转不断变位破岩，同时施加向下的压力，此过程将内外钢筒之间的岩石全部破碎，形成一个环形槽如图3c所示；破岩过程产生的岩碴通过循环的泥浆由固定于内侧钢筒上的螺旋叶片带出槽外；切槽达一定深度后，内侧钢筒加侧压推动岩芯，将形成的岩芯破断，再由内侧钢筒夹取岩芯，形成一个大直径的钻孔如图3d所示。
当内部形成的岩芯大于一定尺寸，如岩芯直径3m以上时，切槽后岩芯破除困难时，应采用图4a所示的方法，先将需成孔的全断面划分成多个直径为1.5～3m的圆，用小直径的切槽法先取芯破除，然后采用与设计成孔直径相同的切槽取芯式钻头，把剩余的部分破除，如图4b。
通过本设备进行取芯式入岩的大直径成孔施工，可以高效入岩，克服了全断面破岩效率低成本高的缺点，节约了施工成本，提高成孔效率。可作为大直径灌注桩的成孔，隧道施工用盾构端头井，也可施工地下空间开发的各种管道井，输送井，矿山的运输井、通风井等
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (9)
1.一种取芯式入岩的大直径成孔施工设备，其特征是，包括一个圆环形的切槽取芯钻头，取芯钻头由内、外两个钢筒组成，内外两钢筒之间分布有多个小直径潜孔锤，内、外两钢筒的底部装有球形齿，小直径潜孔锤位于钢筒的底部。
2.根据权利要求1所述的一种取芯式入岩的大直径成孔施工设备，其特征是，取芯钻头的上部连接有加压的钻杆。
3.根据权利要求1所述的一种取芯式入岩的大直径成孔施工设备，其特征是，内钢筒的高度为1.5～5m，直径为0.7～10m，内外两钢筒的半径差大于安装小直径潜孔锤的距离。
4.根据权利要求1所述的一种取芯式入岩的大直径成孔施工设备，其特征是，内、外两钢筒为同轴线布置，内钢筒的外侧设置螺旋形叶片。
5.根据权利要求1所述的一种取芯式入岩的大直径成孔施工设备，其特征是，小直径潜孔锤的动力为液压或风压。
6.根据权利要求1所述的一种取芯式入岩的大直径成孔施工设备，其特征是，加压的钻杆动力为液压或风压。
7.根据权利要求1所述的一种取芯式入岩的大直径成孔施工设备，其特征是，钢筒与潜孔岩的旋转动力由连接钻杆的钻机提供。
8.一种取芯式入岩的大直径成孔施工方法，
首先将取芯钻头竖直向下旋转压入孔位，利于潜孔锤破岩、内外钢筒旋转并同时施加向下的压力，形成一个环形槽；
然后内钢筒加侧压将形成的岩芯破断，此时外侧钢筒支护孔壁；
再由内钢筒夹取岩芯，形成一个大直径的钻孔。
9.根据权利要求8所述的一种取芯式入岩的大直径成孔施工方法，其特征是，当岩芯直径大于3m时，将全断面分成多个小圆，用权利要求8所述的方法先取芯形成小孔，然后把余下的部分破除，形成一个大直径的孔。
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