CN106930280A - 一种高压旋喷动力头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高压旋喷动力头，包括依次轴向装配的反打壳体、一体化浆管、套接一体化浆管的钎尾、旋钻机构、蓄能器以及震动机构；旋钻机构包括收容主驱动齿轮的旋钻壳体、对称设置于旋钻壳体两侧以同步驱动主驱动齿轮转动的转动机构，以通过主驱动齿轮所卡接的钎尾带动一体化浆管转动；震动机构轴向装配震动器，震动器通过蓄能器整体驱动钎尾作轴向震动；一体化浆管包括纵长延伸设置的管体以及形成于管体一端端部的接头，管体内部形成在任意一个横截面均呈品字形布置的三个输送通道。通过本发明，实现了对包含岩石或者石块等坚固地基进行高压喷射注浆法，提高了桩柱的施工效率，并有效的提高了对高压水、压缩空气及浆料的输送效果。

Description

一种高压旋喷动力头

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种高压旋喷动力头。

背景技术

旋喷钻机是一种用来输送浆液、压缩空气和清水等介质，在高压的工作条件下，能保证持续的动密性和静密性的一种钻进工具。在旋喷钻机中，钻杆是其中的一个关键部件，其能够对浆液进行运输，并将浆液运送至钻头处使其喷出。

在旋喷钻机中通常包括一个输送浆液的芯轴。传统的芯轴通常具有仅一个通道，该通道用于浆液的流通，并将浆液自喷口处喷出。喷出时，浆液在旋喷钻机提供的作用力的作用下喷出，此时，浆液喷出的距离由该作用力决定。因此，在现有技术的旋喷钻机中，浆液喷出的距离较近、喷射效果较差，从而影响旋喷钻机的工作效率。

同时，传统的旋喷钻机仅能在水平方向中进行旋转运动，在对岩石等坚固地基中旋钻形成桩孔并浇筑以形成桩柱的情形中，传统的旋喷钻机具有很大的局限性。因为，单纯依靠合金钻头的旋钻动作无法对具有岩石或者石块的地基中进行有效钻孔并完成高压旋喷工艺。因此，现有技术中的旋喷钻机存在一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于揭示一种高压旋喷动力头，用以实现对包含岩石或者石块等坚固地基进行高压喷射注浆法，提高桩柱的施工效率，并有效防止对高压水、压缩空气及浆料的输送效果。

为实现上述目的，本发明提供了一种高压旋喷动力头，包括：

依次轴向装配的反打壳体、一体化浆管、套接一体化浆管的钎尾、旋钻机构、蓄能器以及震动机构；其中，

所述旋钻机构包括收容主驱动齿轮的旋钻壳体、对称设置于旋钻壳体两侧以同步驱动主驱动齿轮转动的转动机构，以通过主驱动齿轮所卡接的钎尾带动一体化浆管转动；

所述震动机构轴向装配震动器，所述震动器通过蓄能器整体驱动钎尾作轴向震动；

所述一体化浆管包括纵长延伸设置的管体以及形成于管体一端端部的接头，所述管体内部形成在任意一个横截面均呈品字形布置的三个输送通道。

作为本发明的进一步改进，所述一体化浆管包括：呈纵长设置的芯管，与芯管轴向装配的锁止环，上盖以及定向过渡接头；其中，

所述芯管包括呈纵长延伸设置的管体以及形成于管体一端端部的接头，所述管体内部形成在任意一个横截面均呈品字形布置的三个输送通道，所述接头及锁止环的端部分别轴向装配的密封件及上盖，所述接头与锁止环分别开设一圈具内螺纹的第一通孔，并在所述第一通孔的径向内侧设置至少部分收容密封件并位于三个输送通道外侧的凹槽；

所述上盖开设有与三个输送通道贯通并具内螺纹的第二通孔以及设置在第二通孔外侧的第三通孔，所述上盖通过连接件连续贯穿第三通孔与第一通孔以实现与接头及锁止环的固定连接，所述定向过渡接头轴向安装于第二通孔中。

作为本发明的进一步改进，所述密封件包括的O型密封圈。

作为本发明的进一步改进，三个定向过渡接头轴对称布置。

作为本发明的进一步改进，所述定向过渡接头的喷射角度与管体的中轴线的夹角为45度。

作为本发明的进一步改进，三个输送通道在管体内部呈平行直线平行布置或者螺旋布置。

作为本发明的进一步改进，所述钎尾轴向形成有容置管体的通道，所述钎尾的外侧形成驱动部，所述钎尾的一端端部形成丝牙。

作为本发明的进一步改进，所述转动机构为液压马达或者电机。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过本发明，实现了对包含岩石或者石块等坚固地基进行高压喷射注浆法，提高了桩柱的施工效率，并有效的提高了对高压水、压缩空气及浆料的输送效果。

附图说明

图1为本发明一种高压旋喷动力头的主视图；

图2为图1所示出的高压旋喷动力的轴向侧视图；

图3为高压旋喷动力头的爆炸图；

图4为图3中的主驱动齿轮的立体图；

图5为图3中的一体化浆管的爆炸图；

图6为图5中的一体化浆管的局部爆炸图；

图7为一体化浆管的另一个局部爆炸图；

图8为套接在芯管外侧并带动芯管转动的纤尾的立体图；

图9为装配于震动机构中的震动器的立体图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

请参图1至图9所示出的本发明一种高压旋喷动力的一种具体实施方式。

参图1与图2所示出的一种高压旋喷动力头，其在使用时可呈垂直或者倾斜装配。高压旋喷动力头通过钎尾6端部所形成的丝牙681旋转套接至少一个钻杆及装配于末端的钻杆上的钻头，并通过钻头旋钻地面形成桩孔，然后通过该高压旋喷动力头中的一体化芯轴65中的三个输送通道651(参6所示)，将高压水、压缩空气及浆料输送至已经形成的桩孔中，最终形成桩柱。该浆料选用42.5普通硅酸盐水泥与水所形成的混合物，水泥的含量约为30％～40％。

在本实施方式中，该高压旋喷动力头，包括：依次轴向装配的反打壳体33、一体化浆管、套接一体化浆管的钎尾68、旋钻机构56、蓄能器51以及震动机构13。旋钻机构56包括收容主驱动齿轮36的旋钻壳体560、对称设置于旋钻壳体560两侧以同步驱动主驱动齿轮36转动的转动机构30，以通过主驱动齿轮36所卡接的钎尾68带动一体化浆管转动。

震动机构13轴向装配震动器62，所述震动器62通过蓄能器56整体驱动钎尾68作轴向震动。一体化浆管包括纵长延伸设置的管体656以及形成于管体656一端端部的接头654。管体656内部形成在任意一个横截面均呈品字形布置的三个输送通道651。

请参图5至图8所示出的一体化浆管。该一体化浆管可轴向装配在高压旋喷动力头中，并通过高压旋喷动力头的驱动装置，例如，实现轴向转动的转动机构30和/或轴向震动的震动机构13的驱动下，对岩石、土壤进行扩孔以形成桩孔，然后向桩孔中注入浆料(包含混凝土等能够形成桩柱的建筑材料)形成桩柱，以作为建筑物或者构筑物的基础。

在本实施方式中，该一体化浆管包括：呈纵长设置的芯管65，与芯管65轴向装配的锁止环69，以及轴向装配在芯管65一端端部的上盖67，以及轴向装配在芯管65另一端端部的上盖67’，并在上盖67及上盖67’分别在上盖67及上盖67’的圆心处螺接固定设置三个定向过渡接头31及三个定向过渡接头31’。芯管65包括呈纵长延伸设置的管体656以及形成于管体656一端端部的接头654。管体656远离接头654的一端设有一个横向贯穿管体656的销孔650。

锁止环69呈圆盘状，并在其圆心处形成卡接芯管65的通孔690，并自锁止环69的侧面径向设置贯通锁止环69并与销孔650配合设置并具有内螺纹的通孔691。内六角螺栓22自通孔691贯通锁止环69并与销孔650螺接或者对向连续贯穿锁止环69及芯管65，以将锁止环69可靠的安装在远离接头654一端的端部。

在锁止环69的缘周处开设有一圈具内螺纹的通孔692。管体656内部形成在任意一个横截面均呈品字形布置的三个输送通道651。接头654及锁止环69的端部分别轴向装配的密封件及上盖。具体的，接头654轴向装配上盖67，锁止环69轴向装配另一个上盖67’。上盖67与上盖67’具有相同结构，并分别对称装配喷口的喷射方向相反的三个定向过渡接头31及三个定向过渡接头31’。

接头654开设有一圈具内螺纹的第一通孔652，锁止环69开设有一圈具内螺纹的第一通孔692。第一通孔652的径向内侧设置至少部分收容密封件41并位于三个输送通道651外侧的凹槽653。锁止环69面向上盖67’的一面也设有一个收容密封件41的凹槽(未示出)。密封件41被收容或者部分收容在上述凹槽653中。

上盖67开设有与三个输送通道651贯通的三个第二通孔(即图2中位于第三通孔670内侧的第二通孔671、第二通孔672及第二通孔673)，以及设置在第二通孔671、第二通孔672及第二通孔673外侧的一圈第三通孔670。内六角螺栓21自第三通孔670轴向贯穿该上盖67，然后轴向贯穿第一通孔652，以实现将上盖67轴向装配在芯轴65的一端，并通过上盖67与接头654夹持密封件41。当上盖67与芯轴65轴向装配后，第二通孔671、第二通孔672及第二通孔673分别与芯轴65中的三个输送通道651对应设置，并彼此形成三个隔离的输送通道651，并通过上述三个隔离的输送通道651输送高压水、压缩空气及浆料。

同理所示，在芯轴65的另一端端部，上盖67’设有与管体654中的三个输送通道651连续贯通并具内螺纹的第二通孔671’、第二通孔672’及第二通孔673’，以及设置在上述三个第二通孔外侧的一圈第三通孔670’。内六角螺栓16轴向贯穿第三通孔670’及第一通孔692，以实现采用内六角螺栓16连续轴向贯穿上盖67’及锁止环69，并夹持密封件41’。

最终，上盖67、上盖67’通过连接件(上文所述的内六角螺栓21、内六角螺栓16)连续贯穿接头654或者锁止环69，以完成装配。其中，三个定向过渡接头31轴向安装于第二通孔671、第二通孔672及第二通孔673中；三个定向过渡接头31’轴向安装于第二通孔671’、第二通孔672’及第二通孔673’中。三个定向过渡接头31及三个定向过渡接头31’均呈轴对称布置，且喷射角度与管体656的中轴线的夹角为45度。第二通孔671’、第二通孔672’及第二通孔673’分别与管体656内部所形成三个输送通道651连续贯通。三个定向过渡接头31及三个定向过渡接头31’均选自45度定向过渡接头。

在本实施方式中，三个输送通道651在管体656内部呈平行直线平行布置或者螺旋布置，并最优选为平行直线布置，并在管体656沿其装配轴的任意一个横截面上上述三个输送通道651均呈品字形布置。同时，所述密封件41及密封件41’选用O型密封圈，并能够全部或者部分嵌入至凹槽653中。当然，该密封件41及密封件41’也可采用具内翻唇口的密封套或者具外翻唇口的密封套。

参图8所示，钎尾68套接在芯管65外侧并带动芯管65转动的钎尾68，所述钎尾68轴向形成有容置管体656的通道684，所述钎尾68的外侧形成驱动部685，所述钎尾68的一端端部形成丝牙681。具体的，在本实施方式中，该驱动部685具有轴对称设置的六个驱动面。

钎尾68可通过高压旋喷动力头的转动机构30及震动机构13实现转动与震动这两个方向的动作。丝牙681可与高压旋喷动力头的钻杆套接。高压水、压缩空气及浆料这三种介质可经过定向过渡接头31’穿过上述三个输送通道651并从定向过渡接头31处射出，以通过钻杆将上述三种介质输送至通过钻杆所形成的桩孔中，以形成桩柱。

钎尾68的两端端部形成台阶部，并在台阶部中形成若干具内螺纹的盲孔683，钎尾68的一端端部形成收容接头654的凹陷部682。内六角螺栓21及内六角螺栓16可延伸入盲孔683中，以将芯管65与钎尾68实现轴向的套接装配，以通过钎尾68驱动芯管65轴向转动与震动。具销孔650的芯管65的另一端端部穿出钎尾68的另一端端部686，并与锁止环69轴向装配；并且在震动机构13的尾端设置法兰63，钎尾68的另一端端部686从法兰63中穿出，并与锁止环69及上盖67’实现轴向装配。

钎尾68的丝牙681自反打壳体33的内部延伸出反打壳体33，并通过丝牙681旋转套接至少一个钻杆及装配于末端的钻杆上的钻头(未示出)。反打壳体33面向旋钻壳体560的一端径向向外凸伸设置一圈法兰，并在该法兰中开设一圈通孔。该反打壳体33与旋钻壳体560之间轴向配装前盖78。前盖78开设有外圈通孔782与内圈通孔781，内六角螺栓21穿过反打壳体33的通孔后与前盖78所开设的内圈通孔781螺接固定。内六角螺栓20贯穿弹簧垫圈25后与前盖78所开始的外圈通孔螺782接固定，并最终与旋钻壳体560上所开设的盲孔5601螺接固定，从而将前盖78与旋钻壳体560实现装配。

前盖78在一体化浆管在转动的过程中并不发生转动。该一体化浆管依次通过钎尾68、主驱动齿轮36的转动实现转动。旋钻壳体560的侧部对称设置两个从动齿轮561。转动机构30对称设置在旋钻壳体560的两侧。在本实施方式中，该转动机构30为液压马达或者电机，并进一步优选为液压马达。液压马达的输出轴301驱动从动齿轮561转动，从而通过两个对称设置的两个从动齿轮561协同驱动主驱动齿轮36转动。

主驱动齿轮36的轮齿362与从动齿轮561的轮齿相互啮合。主驱动齿轮36的轴心处形成一个横截面为正六边形的通孔361。正六边形的通孔361的侧壁形成六个驱动面3611。六个驱动面3611与所述钎尾68外侧所形成驱动部685贴合，以通过该正六边形的通孔361收容并带动钎尾68实现轴向转动。

参图3所示，该旋钻壳体560的侧部设置液压油接头组件562，该液压油接头组件562形成四个垂直设置的液压油接口563；其中，两个液压油接头563为两个液压马达提供液压油，以是实现液压马达的转动，另外两个液压油接头563为旋钻壳体560内部所收容的主驱动齿轮36等部件进行润滑，提高旋转过程中的平顺性，避免主驱动齿轮36出现磨损。

该旋钻壳体560、蓄能器51及震动机构13均设置在底板73中。底板73中设有具凹陷部732的支座731。震动机构13卡设在凹陷部732中。支座731的两个肩部中设置螺孔733，压板75与支座13箍扣震动机构13。螺栓74贯穿压板75并延伸旋接入支座731内，压板75通过螺栓74、弹性垫圈27及螺母29实现该压板75与支座731的装配。

蓄能器51设有若干液压油接头511。蓄能器51是液压气动系统中的一种能量储蓄装置。它在适当的时机将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当系统需要时，又将压缩能或位能转变为液压或气压等能量而释放出来，重新补供给系统。当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，以保证整个系统压力正常。在本实施方式中，该蓄能器51选用活塞式蓄能器。

震动机构13设有第一接口131、第二进口132及第三接口133；其中，第一接口131为液压油输入口，第二接口132为液压油输出口，第三接口133与空压机连接，并通过空压机通过该第三接口133向震动机构13内部泵入带有油雾的气体，以实现对震动机构13中轴向装配的震动器62进行润滑。本实施方式中的震动器62参图9所示。

该震动机构13所轴向装配的震动器62为液压活塞，震动器62的一端具有盲孔621，以通过该盲孔621收容钎尾68另一端端部686，以通过震动器62的纵向震动带动钎尾68执行纵向震动。震动器62的中部设置外螺纹622，以通过该外螺纹622与震动机构13进行旋接固定。该震动器62与蓄能器51协同配合对纤尾68实现轴向震动，以通过丝牙681带动钎尾68所旋转套接的钻杆的震动。

施工时，钻进就位，液压马达转动以驱动主驱动齿轮36转动，从而最终通过钎尾68带动钻杆转动。在此过程中，该一体化浆管中三个输送通道651将通过定向过渡接头31’所通过的高压水、压缩空气及浆料输送至钻杆中，并通过钻杆内部所形成的管路向地基中喷射压缩空气高压水，以对地基周围的土壤或者砂石进行切割软化。

于此同时，可通过震动机构13的纵向震动效应，对钻头遇到在旋钻过程中遇到的岩石进行冲击、粉碎，以提高形成桩孔的效率。

当形成桩孔后，通过一体化浆管中的一个输送通道651向桩孔中输入由水泥及水所组成的浆料，以填充桩孔。带浆料固化后就形成了桩柱，该桩柱可为建筑物或者构筑物提供良好的支撑。

本实施方式所示出的一种高压旋喷动力头可带动钻杆在垂直方向或者类似垂直的方向(即纵向)进行震动冲击，也能够在转动机构30的驱动下，驱动钻杆在水平方向(即横向)中进行转动，以形成桩孔。同时，在本实施方式中，通过该一体化浆管实现了对高压水、压缩空气及浆料的输送效果，并克服了传统的软管输送方式中所存存在的软管易出现打结、缠绕且使用寿命不佳的缺陷，提高了高压旋喷动力头在使用高压喷射注浆法形成桩柱的效果。

本实施方式所示出的一种高压旋喷动力头可适用于MJS工法。

MJS工法是从综合角度出发，将硬化材料泥浆的配料直至加压输送、喷射、地层切削、混合、强制排泥、集中泥浆这一系列工序作为监控对象。是一种能进行水平地基加固和360°全方位地基加固的施工工法，对于周边环境及地基扰动影响积极微小；能实施大深度地基加固及水面下的施工，并且可以选择排泥场所。

可以实施全方位施工的因素就是具有优秀的排泥处理能力，传统的施工法是由于气升效果，废泥由钻杆与原状土之间的间隙排出，但是，随着施工深度的增加，气升效果会越来越弱，另外，当间隙堵塞的时候，地基压力会增加，高压喷嘴的喷射效率会下降，会造成地面隆起等负作用。

MJS工法能够克服这个难题，它采用多孔管钻进，多孔管中间有一个60mm的泥浆抽取管，在倒吸水和倒吸空气适配器的作用下，能将地下的废泥浆强制抽出。钻头上装有地内压力感应器和排泥阀门，并且能够自由控制排泥阀门大小，当地内压力显示不正常时，调整排泥阀门的大小可顺利的排出泥浆，使地内压力正常。

MJS工法配有后台管理装置，对于地内压力、空气压力及流量、水泥浆压力及流量、倒吸水压力及流量在管理装置面板上能够清楚的显示，这样有便施工的管理和控制，而且还可以作为后期材料保存起来。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种高压旋喷动力头，其特征在于，包括：

依次轴向装配的反打壳体(33)、一体化浆管、套接一体化浆管的钎尾(68)、旋钻机构(56)、蓄能器(51)以及震动机构(13)；其中，

所述旋钻机构(56)包括收容主驱动齿轮(36)的旋钻壳体(560)、对称设置于旋钻壳体(560)两侧以同步驱动主驱动齿轮(36)转动的转动机构(30)，以通过主驱动齿轮(36)所卡接的钎尾(68)带动一体化浆管转动；

所述震动机构(13)轴向装配震动器(62)，所述震动器(62)通过蓄能器(56)整体驱动钎尾(68)作轴向震动；

所述一体化浆管包括纵长延伸设置的管体(656)以及形成于管体(656)一端端部的接头(654)，所述管体(656)内部形成在任意一个横截面均呈品字形布置的三个输送通道。

2.根据权利要求1所述的高压旋喷动力头，其特征在于，所述一体化浆管包括：呈纵长设置的芯管(65)，与芯管轴向装配的锁止环(69)，上盖以及定向过渡接头；其中，

所述芯管(65)包括呈纵长延伸设置的管体(656)以及形成于管体(656)一端端部的接头(654)，所述管体(656)内部形成在任意一个横截面均呈品字形布置的三个输送通道，所述接头(654)及锁止环(69)的端部分别轴向装配的密封件及上盖，所述接头(654)与锁止环(69)分别开设一圈具内螺纹的第一通孔，并在所述第一通孔的径向内侧设置至少部分收容密封件并位于三个输送通道外侧的凹槽(653)；

所述上盖开设有与三个输送通道贯通并具内螺纹的第二通孔以及设置在第二通孔外侧的第三通孔，所述上盖通过连接件连续贯穿第三通孔与第一通孔以实现与接头(654)及锁止环(69)的固定连接，所述定向过渡接头轴向安装于第二通孔中。

3.根据权利要求2所述的高压旋喷动力头，其特征在于，所述密封件包括的O型密封圈。

4.根据权利要求2所述的高压旋喷动力头，其特征在于，三个定向过渡接头轴对称布置。

5.根据权利要求4所述的高压旋喷动力头，其特征在于，所述定向过渡接头的喷射角度与管体(656)的中轴线的夹角为45度。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的高压旋喷动力头，其特征在于，三个输送通道在管体(656)内部呈平行直线平行布置或者螺旋布置。

7.根据权利要求6所述的高压旋喷动力头，其特征在于，所述钎尾(68)轴向形成有容置管体(656)的通道(684)，所述钎尾(68)的外侧形成驱动部(685)，所述钎尾(68)的一端端部形成丝牙(681)。

8.根据权利要求6所述的高压旋喷动力头，其特征在于，所述转动机构(30)为液压马达或者电机。