CN108240180B - 一种正反循环防卡钻三翼刮刀钻头组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正反循环防卡钻三翼刮刀钻头组件，包括钻头连接杆、螺旋锥体、配重、三翼刮刀钻头，钻头连接杆上设有连接杆泥浆通道，螺旋锥体与钻头连接杆相连，螺旋锥体的外表面设有螺旋切削条，相邻的螺旋切削条之间形成螺旋沟槽，在螺旋沟槽内设置有排渣孔，配重设置于螺旋锥体的下方，配重设有配重泥浆通道，配重泥浆通道与连接杆泥浆通道相连通，在配重上还设有垂直度测量装置，三翼刮刀钻头安装于配重的下方，三翼刮刀钻头包括一导管，导管与接杆泥浆通道及配重泥浆通道相匹配，且三者中心在一条竖直线上；导管上安装有一钻头骨架，钻尖设于导管的底部，钻尖上设有合金切削块，本发明能有效解决淤泥、砂砾和黏土地层所产生的卡钻问题。

Description

一种正反循环防卡钻三翼刮刀钻头组件

技术领域：

本发明涉及一种正反循环防卡钻三翼刮刀钻头组件，属于土木工程学科中钻孔灌注桩领域。

背景分析：

随着社会经济的进步基础设施不断增多，大直径钻孔灌注桩广泛地应用于桥梁、铁路、核电站等大型工程，其成孔工艺以泥浆护壁正反循环为主，常用的钻头为三翼刮刀钻头。传统的施工工艺中，遇到砂层、淤泥层等粘结力很低且较松散的地层时，易发生塌孔和“埋钻”现象；对于大直径桩基为了避免此现象，采取埋设护筒后钻进，而钻进过程中，已钻的护筒侧壁会有残余，这部分残渣易剥落沉入钻头上。正反循环施工中泥浆性能难控制，因不可避免因素停工时钻机长时间不运转，泥浆沉淀促使上部比重过低，孔壁易发生坍塌，使得坍塌部分压在钻头上，导致钻头无法拔出。此外，当钻孔灌注桩施工中遇到溶洞地层时，一方面钻头从一侧穿过溶洞层，另一侧未钻穿的溶洞顶板将钻头卡住；另一方面钻头可能斜向进入横洞，导致钻头无法提起，产生吸钻。

为了解决上述卡钻的问题，传统的处理卡钻措施一般包括：①振动锤，卡钻后轻提不动时，利用震动锤松动钻头周围及上部的钻渣后拔出；②反复扫孔、清孔，通过不断地重复扫孔、清孔来清除钻头周围及上部的钻渣，清孔与提钻同时进行；③水下爆破提钻，将防水炸药放钻头的滑槽放到钻头底，之后引爆震松钻头，再利用卷扬机和其他提升设备同时提拉钻头。

上述处理措施虽然在一定程度上能够成功将钻头提出，但是施工过程中不仅增加了多余的劳动力和机械成本，还大大地耽误施工进度，并且很大程度上影响桩基的施工质量。因此，有必要通过改变钻头的形式，从而有效地预防“卡钻”现象。目前一些专利对其进行了相应改进，如CN204225772U、名称“一种防卡钻钻头”，其特征在于，利用钻头本体中部的两侧面相对位置设置的防卡切削齿，实现了在打钻过程中把钻孔形成的碎块利用钻头本体中部的防卡切削齿进行有效的研磨并排走，方便钻头退出钻孔。对于正循环钻孔，其不足之处在于：一是该钻头装置适用于采石打钻、隧道开钻或矿井打钻，不适用于灌注桩的钻孔；二是遇到黏土层，两侧相对位置的通水孔易被黏土粘住，失去排渣的功能，并且容易产生“糊钻”现象；三是该钻头装置只适用于较硬地层，在淤泥、砂砾及黏土地层中效率较低，影响钻孔效率。CN205154037U、名称“施工钻孔灌注桩用的钻头”，其特征在于在填土、淤泥、砂层等松散易垮地层中使用护筒钻进时，利用安装在挡圈上的刮泥板和钢刷组合件有效钻掉护筒和桩孔之间的沙土体。其不足之处在于：一是该钻头装置只是防止护筒侧壁钻渣的剥落，当发生塌孔时，钻头仍无法满足提出；二是遇到溶洞地层，该钻头易被卡住且无法拔出，增加经济成本且影响施工进度和桩基质量。

由此可见，传统处理卡钻措施会对桩基质量产生较大的影响，并且耽误工期，增加施工成本。而上述的两个已授权专利，虽然从某种程度上解决了卡钻的问题，但对于正反循环钻孔灌注桩的施工都存在一定的不足。

发明内容：

本发明的目的：为了有效地预防“卡钻”现象，避免传统处理措施增加的额外成本及对桩基质量的影响，另外，针对背景技术中两个授权专利的不足，设计了一种正反循环防卡钻三翼刮刀钻头组件。本钻头组件在钻孔灌注桩的成孔过程中能够有效解决淤泥、砂砾和黏土地层所产生的卡钻问题，同时在遇到溶洞地层所产生的卡钻时，能够迅速完成提钻，很大程度上降低了施工成本，并且在不影响钻孔效率的基础上保证了桩基的质量。

本发明采取的技术方案如下：

一种正反循环防卡钻三翼刮刀钻头组件，其特征在于：包括钻头连接杆、螺旋锥体、配重、三翼刮刀钻头，其中：钻头连接杆上设有连接杆泥浆通道，螺旋锥体与钻头连接杆相连，螺旋锥体的外表面设有螺旋切削条，相邻的螺旋切削条之间形成螺旋沟槽，在螺旋沟槽内设置有排渣孔，配重设置于螺旋锥体的下方，配重设有配重泥浆通道，配重泥浆通道与连接杆泥浆通道相连通，在配重上还设有垂直度测量装置，三翼刮刀钻头安装于配重的下方，三翼刮刀钻头包括一导管，导管与接杆泥浆通道及配重泥浆通道相匹配，且三者中心在一条竖直线上；导管上安装有一钻头骨架，钻尖设于导管的底部，钻尖上设有合金切削块。

进一步的设置在于：

钻头连接杆包括连接杆泥浆通道、连接杆上部法兰盘、连接杆上部螺丝孔、连接杆矩形凸块、连接杆下部法兰盘、连接杆下部螺丝孔，其中：连接杆泥浆通道设置于钻头连接杆内，连接杆泥浆通道与各个钻杆的空心直径相匹配，便于正反循环中泥浆的流通，在钻头连接杆上部设有连接杆上部法兰盘，其尺寸与钻杆的法兰盘尺寸一致，钻头连接杆下部设有连接杆下部法兰盘和连接杆下部螺丝孔，其尺寸与连接杆上部法兰盘和连接杆上部螺丝孔一致。

连接杆上部法兰盘的外围一圈均布8个连接杆上部螺丝孔，利用接杆上部螺丝孔将钻头连接杆与上一节钻杆连接。

连接杆上部法兰盘下方两侧设有一对连接杆矩形凸块，安装过程中可利用伸缩钻机施工平台卡住连接杆矩形凸块，使得钻头连接杆及钻头连接杆以下的连接部分整体平稳放置，以免掉入孔内。

所述螺旋锥体设置于钻头连接杆的外侧，螺旋锥体为钢制圆锥体，在螺旋锥体底部一圈焊有合金切削齿，合金切削齿成牙状，螺旋切削条均布于螺旋锥体的外表面，螺旋切削条为螺旋状、截面为梯形的钢制长条，两个相邻的螺旋切削条之间形成螺旋沟槽，为卡钻时提供排渣通道。

在螺旋沟槽上设置3-5个排渣孔，有助于钻头上部的掉落砂土体或溶洞卡住部分的研磨碎渣排至孔底。

所述的配重为钻头在中硬地层中提供额外钻压，配重包括扶正器、配重芯、配重泥浆通道、配重上部法兰盘、配重上部螺丝孔、配重矩形凸块、配重下部法兰盘、配重下部螺丝孔、垂直度测量装置，扶正器为钢制体，横截面为上下边呈弧线的梯形，其中上边的弧度与配重芯外围适配，下边的弧度与整个组件钻头外围最大直径适配；扶正器满焊在配重芯上，配重芯为高密度的空心圆柱铅制体，配重芯里的圆柱形空心为配重泥浆通道，其直径与连接杆泥浆通道匹配，配重上端和底端分别设有配重上部法兰盘、配重上部螺丝孔和配重下部法兰盘、配重下部螺丝孔，其尺寸均与连接杆下部法兰盘、连接杆下部螺丝孔匹配，上部法兰盘下方两侧设有一对配重矩形凸块，安装过程中可利用伸缩钻机施工平台卡住配重矩形凸块，使得配重或配重及以下的连接部分整体平稳放置。

在配重上部法兰盘侧边对称设有三个垂直度测量装置，三个垂直度测量装置水平夹角为度，每个垂直度测量装置上设有水平的搁置板，其一端为弧形，满焊在配重上部法兰盘侧边，弧度与法兰盘匹配，搁置板另一端竖直焊有挡板，水平仪水平搁置在搁置板上，且通过挡板防止水平仪滑出，通过三个水平仪中的气泡是否居中可判断配重上部法兰盘是否水平，进而可判断整个钻头组件的垂直度。

所述三翼刮刀钻头的钻头骨架，包括在导管的外侧设置有加强圈，加强圈为高度30cm、厚度1cm的盘状体，加强圈与钻头法兰盘之间通过上部加固肋板连接，加强圈与与导管中部通过中部加固肋板连接，加强圈与导管底部通过翼板连接，这样，加强圈能够架起翼板与导管底部、中部加固肋板与导管中部、以及上部加固肋板与钻头法兰盘的连接，形成三翼刮刀钻头的整体骨架。

所述三翼刮刀钻头包括钻头法兰盘、钻头螺丝孔，钻头法兰盘、钻头螺丝孔与配重下部法兰盘、配重下部螺丝孔尺寸匹配，通过螺丝能够将三翼刮刀钻头连接在配重上，加强圈表面一圈焊有个棱柱切削齿，中部加固肋板、上部加固肋板、翼板的厚度均为1cm，钻尖设置于导管的底部，钻尖厚度为2cm，钻尖中部为空心，导管底部和钻尖空心连接处为泥浆口，在三个翼板上焊有6-8个矩形合金切削块，在钻尖上也焊接有合金切削块，钻头法兰盘下方设有卡位法兰盘，安装配重时，通过卡位法兰盘固定在伸缩钻机平台上，以便于配重与三翼刮刀钻头的连接。

本发明的有益效果如下：

本发明的防卡钻三翼刮刀钻头组件，能够解决因塌孔、护筒砂土体剥落以及溶洞地层原因所产生卡钻问题，避免了卡钻的传统处理方式对桩基质量的影响；其次，减少因处理卡钻所带来的人力成本和机械成本，同时加快桩基的施工进度，增加工程效益。

附图说明：

图1是防卡钻三翼刮刀钻头组件的结构示意图；

图2是图1所示钻头连接杆和螺旋锥体的A-A剖面示意图；

图3是配重的结构示意图；

图4是配重的俯视状态图；

图5是垂直度检测装置的结构示意图；

图6是三翼刮刀钻头的结构示意图；

图7是本发明安装钻头组件的施工状态示意图；

图8是本发明安装钻杆和钻机动力装置的施工状态示意图；

图9是本发明一种应用实施例的施工状态图（塌孔、护筒砂土体剥落埋钻示意图）；

图10是本发明另一种应用实施例的施工状态图（溶洞地层卡钻示意图）。

图中标号：1-钻头连接杆，11-连接杆泥浆通道，12-连接杆上部法兰盘，13-连接杆上部螺丝孔，14-连接杆矩形凸块，15-连接杆下部法兰盘，16-连接杆下部螺丝孔；2-螺旋锥体，21-合金切削齿，22-螺旋切削条，23-螺旋沟槽，24-排渣孔；3-配重，31-扶正器，32-配重芯，33-配重泥浆通道，34-配重上部法兰盘，35-配重上部螺丝孔，36-配重矩形凸块，37-配重下部法兰盘，38-配重下部螺丝孔，39-垂直度测量装置，391-搁置板，392-挡板，393-水平仪；4-三翼刮刀钻头，401-导管，402-钻头法兰盘，403-钻头螺丝孔，404-加强圈，405-棱柱切削齿，406-中部加固肋板，407-上部加固肋板，408-翼板，409-钻尖，410-合金切削块，411-泥浆口，412-钻头卡位法兰盘，5-伸缩钻机平台，6-钻孔，7-地层，8-掉落的砂土体，9-溶洞，10-钻杆，20-钻机动力装置，30—吊机，40-一侧通过，50-一侧卡钻，60-上下伸缩杆，70-桁架。

具体实施方式：

如图1-图6所示，一种正反循环防卡钻三翼刮刀钻头组件，包括钻头连接杆1、螺旋锥体2、配重3、三翼刮刀钻头4，其中：

钻头连接杆1包括连接杆泥浆通道11、连接杆上部法兰盘12、连接杆上部螺丝孔13、连接杆矩形凸块14、连接杆下部法兰盘15，连接杆下部螺丝孔16，连接杆泥浆通道11设置于钻头连接杆1内，连接杆泥浆通道11与各个钻杆的空心直径相匹配，便于正反循环中泥浆的流通。在钻头连接杆1上部设有连接杆上部法兰盘12，其尺寸与各个钻杆的法兰盘尺寸一致，优选地，连接杆上部法兰盘12的外围一圈均布8个连接杆上部螺丝孔13，利用接杆上部螺丝孔13将钻头连接杆1与上一节钻杆连接。连接杆上部法兰盘12下方两侧设有一对连接杆矩形凸块14，安装过程中可利用伸缩钻机施工平台卡住连接杆矩形凸块14，使得钻头连接杆1及钻头连接杆1以下的连接部分整体平稳放置，以免掉入孔内。钻头连接杆1下部设有连接杆下部法兰盘15和连接杆下部螺丝孔16，其尺寸与连接杆上部法兰盘12和连接杆上部螺丝孔13一致。

所述螺旋锥体2设置于钻头连接杆1的外侧，螺旋锥体2为钢制圆锥体，螺旋锥体2包括合金切削齿21、螺旋切削条22、螺旋沟槽23、排渣孔24。在螺旋锥体2底部一圈焊有合金切削齿21，合金切削齿21成牙状，能够在卡住部分进行有效地研磨，螺旋切削条22均布于螺旋锥体2的外表面，螺旋切削条22为螺旋状、截面为梯形的钢制长条，在钻头被埋时能够对钻头上部的砂土体进行切割磨碎。两个相邻的螺旋切削条22之间形成螺旋沟槽23，为卡钻时提供排渣通道，螺旋切削条22和螺旋沟槽23皆设置为螺旋状，目的在于提钻时通过钻头的旋转，利用物体的斜面圆形旋转和摩擦力的物理学和数学原理方便钻头循序渐进地提出。优选地，在螺旋沟槽23上设置3-5个排渣孔24，有助于钻头上部的掉落砂土体或溶洞卡住部分的研磨碎渣排至孔底。

所述的配重3为钻头在中硬地层中提供额外钻压，配重3包括扶正器31、配重芯32、配重泥浆通道33、配重上部法兰盘34、配重上部螺丝孔35、配重矩形凸块36、配重下部法兰盘37、配重下部螺丝孔38、垂直度测量装置39。扶正器31为钢制体，横截面为上下边呈弧线的梯形，其中上边的弧度与配重芯32外围适配，下边的弧度与整个组件钻头外围最大直径适配；扶正器31满焊在配重芯32上，起到扶正钻头垂直度的作用，避免产生斜孔；另外，当孔壁坑洼不顺平，通过扶正器31一侧能够对凸出部分进行修正，使得孔壁更加光滑整齐。配重芯32为高密度的空心圆柱铅制体，相同体积下重量较高，为钻头提供额外的钻压，提高较硬地层的钻进效率。配重芯32里的圆柱形空心为配重泥浆通道33，其直径与连接杆泥浆通道11匹配。配重3上端和底端分别设有配重上部法兰盘34、配重上部螺丝孔35和配重下部法兰盘37、配重下部螺丝孔38，其尺寸都与连接杆下部法兰盘12、连接杆下部螺丝孔13匹配。配重3通过配重上部法兰盘34、配重上部螺丝孔35与连接杆下部法兰盘12、连接杆下部螺丝孔13对应，并利用螺丝拧紧，完成配重3与钻头连接杆1的连接。与连接杆矩形凸块14相同，上部法兰盘34下方两侧设有一对配重矩形凸块36，安装过程中可利用伸缩钻机施工平台卡住配重矩形凸块36，使得配重3或配重3及以下的连接部分整体平稳放置。

配重上部法兰盘34侧边对称设有三个垂直度测量装置39，其包括搁置板391、挡板392、水平仪393。优选地，三个垂直度测量装置39水平夹角为120度，每个垂直度测量装置39上设有水平的搁置板391，其一端为弧形，满焊在配重上部法兰盘34侧边，弧度与法兰盘34匹配，搁置板391另一端竖直焊有挡板392，水平仪393水平搁置在搁置板391上，且通过挡板392防止水平仪393滑出。通过三个水平仪393中的气泡是否居中可判断配重上部法兰盘34是否水平，进而可判断整个钻头组件的垂直度；由于钻杆与本发明的防卡钻三翼刮刀钻头刚性连接，从而通过调整三个水平仪中的气泡居中可保证钻杆及钻头组件整体的垂直度，避免在钻孔过程中产生斜孔。

所述三翼刮刀钻头4均为钢制体，包括导管401、钻头法兰盘402、钻头螺丝孔403、加强圈404、棱柱切削齿405、中部加固肋板406、上部加固肋板407、翼板408、钻尖409、合金切削块410、泥浆口411、卡位法兰盘412。导管401的直径与连接杆泥浆通道11及配重泥浆通道33匹配，且三者中心在一条竖直线上；钻头法兰盘402、钻头螺丝孔403与配重下部法兰盘37、配重下部螺丝孔38尺寸匹配，通过螺丝能够将三翼刮刀钻头4连接在配重3上。在导管401的外侧设置有加强圈404，加强圈404为高度30cm、厚度1cm的盘状体，加强圈404与钻头法兰盘402之间通过上部加固肋板407连接，加强圈404与与导管401中部通过中部加固肋板406连接，加强圈404与导管401底部通过翼板408连接，这样，加强圈404能够架起翼板408与导管401底部、中部加固肋板406与导管中部、以及上部加固肋板407与钻头法兰盘402的连接，形成三翼刮刀钻头4的整体骨架。优选地，加强圈404表面一圈焊有24个棱柱切削齿405，其作用一是保护加强圈404不受孔壁磨损，作用二是能够切削孔壁凸出部分。中部加固肋板406、上部加固肋板407、翼板408的厚度均为1cm，钻尖409设置于导管401的底部，钻尖409厚度为2cm，中部为空心，导管401底部和钻尖409空心连接处为泥浆口411，正反循环施工中钻杆内与孔内的泥浆相互流通都必须经过泥浆口411，反循环施工中通过泥浆口411能够携带钻渣进入钻杆内直至排除孔外。优选地，在三个翼板408上焊有6-8个矩形合金切削块410，在钻尖409上也焊接有合金切削块410，通过合金切削块410能够有效地进行钻进，同时适用于黏土、砂土或淤泥层等软类地层以及全风化、中风化或礁灰岩等中硬地层；钻头法兰盘402下方设有卡位法兰盘412，安装配重3时，通过卡位法兰盘412固定在伸缩钻机平台上，以便于配重3与三翼刮刀钻头4的连接。

结合图7-图10所示，本实施例的正反循环防卡钻三翼刮刀钻头组件的使用方法，包括如下步骤：

第一步，准备钻头组件的各组成部分，护筒埋设完毕、钻机定位后，将本发明组件的各组成部分吊至钻机旁且方便起吊的位置；

第二步，定位三翼刮刀钻头：伸缩钻机平台5张开，通过吊机将三翼刮刀钻头4吊至对准孔中心位置，吊钩下移，直至卡位法兰盘412接近钻机平台5，收缩钻机平台5，此时刚好卡位法兰盘412卡在钻机平台5上，使得三翼刮刀钻头3平稳放置；

第三步，拆卸钻头4上的吊绳和卡环，并转移至配重3上，待吊配重3；

第四步，安装配重3：根据第三步，通过吊机将配重3吊至三翼刮刀钻头4的上方，利用吊机调整配重3的位置使得配重下部法兰盘37对准钻头法兰盘402，连接之前需清理法兰盘表面的杂物或锈渣，避免连接部位出现缝隙，进而导致斜孔；将螺丝一并穿过配重下部螺丝孔38和三翼刮刀钻头4的钻头螺丝孔403，套上每个螺母，利用人力或机械力将螺丝拧紧；

第五步，固定配重3：配重3安装好后，钻机平台5张开，配重3和三翼刮刀钻头4组件随着吊钩而下移，待配重矩形凸块36接近钻机平台5，收缩钻机平台5，配重矩形凸块36卡在钻机平台上，配重3和三翼刮刀钻头4组件平稳放置；

第六步，转移吊点：拆卸配重3上的吊绳和卡环，并转移至钻头连接杆1上，待吊钻头连接杆1；

第七步，安装钻头连接杆1和螺旋锥体2：螺旋锥体2满焊于钻头连接杆1的侧面，两者形成一个整体结构；根据第六步，通过吊机将钻头连接杆1吊至配重3的上方，利用吊机调整钻头连接杆1的位置使得连接杆下部法兰盘15对准配重上部法兰盘34；将螺丝一并穿过连接杆螺丝孔16和配重上部螺丝孔35，套上每个螺母，利用人力或机械力将螺丝拧紧；此时，钻头连接杆1与螺旋锥体2一同安装在配重3上，整体形成刚性的防卡钻三翼刮刀钻头组件，并且三者的中心位于一条竖直线上；

第八步，固定钻头连接杆1：钻头连接杆1安装好后，钻机平台5张开，整个防卡钻三翼刮刀钻头组件随着吊钩而下移，待连接杆矩形凸块14接近钻机平台5，收缩钻机平台5，连接杆矩形凸块14卡在钻机平台5上，防卡钻三翼刮刀钻头组件平稳放置；

第九步，连接钻头连接杆1与钻机动力装置20：拆卸钻头连接杆1上的吊绳和卡环，将钻头连接杆1与钻机动力装置20连接；钻机动力装置20固定在钻机桁架70上，可通过上下伸缩杆60进行上下移动；

第十步，检测垂直度：钻机平台5张开，利用钻机上下伸缩杆60提升钻头组件，将配重3上的三个水平仪393水平放置在三个搁置板391上；观察三个水平仪393中的气泡是否居中，不居中时说明垂直度较差，通过控制动力头和检查螺丝的拧紧状态来进行调整，居中后则可进行下一步骤；

第十一步，连接下一节钻杆：拆卸连接在动力装置20的上连接杆法兰盘12的螺丝和螺帽，将下一节钻杆10的上端法兰盘与钻机动力装置20连接，并将下一节钻杆10调至钻头连接杆1上方，对准下一节钻杆10上的螺丝孔和连接杆上部螺丝孔13，套上每个螺母，利用人力或机械力将螺丝拧紧；

第十二步，重复第十一步，直至钻头接触孔底后准备开钻。

应用实施例：

下面将结合图9和图10对本发明的具体应用作进一步的描述。

应用实施例一：

如图9所示，某跨江大桥主墩桩基直径为2.5m，设计孔深为98m（孔底至护筒顶高度），护筒直径为2.8m，高度为36m；勘察报告显示为上部淤泥、下部黏土、底部全风化岩层的地质，开钻前护筒顶至江底淤泥层高度为12m，护筒标高与施工平台标高一致。钻头连接杆1的高度为2.5m，泥浆通道（a）11的内径为30cm，螺旋锥体2的高度为2m，三翼刮刀钻头4的高度为2.2m。

由于本实施例中地质较软，本发明防卡钻三翼刮刀钻头组件不需安装配重3提供钻压。安装完本发明组件后，钻头未接触孔底，继续安装钻杆至第三节钻杆；此时钻头接触孔底，第三节钻杆最上端超护筒顶1.7m。钻至孔底距护筒顶48m时发生塌孔，坍塌下的砂土体和护筒侧壁掉落的砂土体压在钻头上。通过钻机上的动力头旋转钻杆，边旋转边提钻，本发明防卡钻三翼刮刀钻头组件上的螺旋锥体2的螺旋切削条22对砂土体进行切割磨碎；钻渣排至螺旋沟槽23，通过排渣孔24排至孔底，利用物体的斜面圆形旋转和摩擦力的物理学和数学原理方便钻头循序渐进地提出。相比传统处理卡钻方式，节省约12-24h的施工时间，并且节约人力成本和机械成本。

应用实施例二：

如图10所示，东亚某跨海大桥主墩桩基直径为3.2m，设计孔深为88m（孔底至护筒顶高度），护筒直径为3.4m，高度为48m；勘察报告显示为礁灰岩地质，并有溶洞；开钻前护筒顶至海底高度为35m，护筒标高与施工平台标高一致。钻头连接杆1的高度为2.5m，泥浆通道（a）11的内径为40cm，螺旋锥体2的高度为2m，配重3高度为1.5m，三翼刮刀钻头4的高度为2.2m。

本实例中为中硬地质，因而需安装配重3为钻孔提供额外的钻压。将防卡钻三翼刮刀钻头组件安装完成后，钻头未接触孔底，继续安装钻杆至第十节；此时钻头接触孔底，第十节钻杆最上端超护筒顶1.2m。钻至孔底距护筒顶55.2m时出现卡钻现象，且钻杆和钻头无法提出。此时，边旋转钻杆边提钻，螺旋锥体2底部一圈焊有合金切削齿21，合金切削齿21成牙状，能够在卡住部分进行有效地研磨；旋转提钻时通过排渣孔24促使钻头组件上部掉落的砂土体和溶洞地层中合金切削齿21研磨出的钻渣更容易流入孔底；从而，钻头能够有效并快速地提出，节约施工时间。传统处理方式一般采取上下扫孔、清孔的方式解决卡钻问题，依据具有经验的技术人，此情况下传统处理方式一般需要24-36h，甚至无法解决则另外选择损失更高的水下爆破方式提钻。在钻头上焊上合金切削齿21后，实际解决卡钻时间为1-3h，节省大量的施工时间，同时节约因处理卡钻所造成的人力成本和机械成本。

Claims (4)

1.一种正反循环防卡钻三翼刮刀钻头组件，其特征在于：包括钻头连接杆、螺旋锥体、配重、三翼刮刀钻头，其中：钻头连接杆上设有连接杆泥浆通道，螺旋锥体与钻头连接杆相连，螺旋锥体的外表面设有螺旋切削条，相邻的螺旋切削条之间形成螺旋沟槽，在螺旋沟槽内设置有排渣孔，配重设置于螺旋锥体的下方，配重设有配重泥浆通道，配重泥浆通道与连接杆泥浆通道相连通，在配重上还设有垂直度测量装置，三翼刮刀钻头安装于配重的下方，三翼刮刀钻头包括一导管，导管与接杆泥浆通道及配重泥浆通道相匹配，且三者中心在一条竖直线上；导管上安装有一钻头骨架，钻尖设于导管的底部，钻尖上设有合金切削块；

钻头连接杆包括连接杆泥浆通道、连接杆上部法兰盘、连接杆上部螺丝孔、连接杆矩形凸块、连接杆下部法兰盘、连接杆下部螺丝孔，其中：连接杆泥浆通道设置于钻头连接杆内，连接杆泥浆通道与各个钻杆的空心直径相匹配，便于正反循环中泥浆的流通，在钻头连接杆上部设有连接杆上部法兰盘，其尺寸与钻杆的法兰盘尺寸一致，钻头连接杆下部设有连接杆下部法兰盘和连接杆下部螺丝孔，其尺寸与连接杆上部法兰盘和连接杆上部螺丝孔一致；

连接杆上部法兰盘下方两侧设有一对连接杆矩形凸块，安装过程中可利用伸缩钻机施工平台卡住连接杆矩形凸块，使得钻头连接杆及钻头连接杆以下的连接部分整体平稳放置，以免掉入孔内；

所述螺旋锥体设置于钻头连接杆的外侧，螺旋锥体为钢制圆锥体，在螺旋锥体底部一圈焊有合金切削齿，合金切削齿成牙状，螺旋切削条均布于螺旋锥体的外表面，螺旋切削条为螺旋状、截面为梯形的钢制长条，两个相邻的螺旋切削条之间形成螺旋沟槽，为卡钻时提供排渣通道；

所述的配重为钻头在中硬地层中提供额外钻压，配重包括扶正器、配重芯、配重泥浆通道、配重上部法兰盘、配重上部螺丝孔、配重矩形凸块、配重下部法兰盘、配重下部螺丝孔、垂直度测量装置，扶正器为钢制体，横截面为上下边呈弧线的梯形，其中上边的弧度与配重芯外围适配，下边的弧度与整个组件钻头外围最大直径适配；扶正器满焊在配重芯上，配重芯为高密度的空心圆柱铅制体，配重芯里的圆柱形空心为配重泥浆通道，其直径与连接杆泥浆通道匹配，配重上端和底端分别设有配重上部法兰盘、配重上部螺丝孔和配重下部法兰盘、配重下部螺丝孔，其尺寸均与连接杆下部法兰盘、连接杆下部螺丝孔匹配，配重上部法兰盘下方两侧设有一对配重矩形凸块，安装过程中可利用伸缩钻机施工平台卡住配重矩形凸块，使得配重或配重及以下的连接部分整体平稳放置；

在配重上部法兰盘侧边对称设有三个垂直度测量装置，三个垂直度测量装置水平夹角为度，每个垂直度测量装置上设有水平的搁置板，其一端为弧形，满焊在配重上部法兰盘侧边，弧度与法兰盘匹配，搁置板另一端竖直焊有挡板，水平仪水平搁置在搁置板上，且通过挡板防止水平仪滑出，通过三个水平仪中的气泡是否居中可判断配重上部法兰盘是否水平，进而可判断整个钻头组件的垂直度；

所述三翼刮刀钻头包括钻头法兰盘、钻头螺丝孔，钻头法兰盘、钻头螺丝孔与配重下部法兰盘、配重下部螺丝孔尺寸匹配，通过螺丝能够将三翼刮刀钻头连接在配重上，加强圈表面一圈焊有24个棱柱切削齿，翼板的厚度为1cm，钻尖设置于导管的底部，钻尖厚度为2cm，钻尖中部为空心，导管底部和钻尖空心连接处为泥浆口，在三个翼板上焊有6-8个矩形合金切削块，在钻尖上也焊接有合金切削块，钻头法兰盘下方设有卡位法兰盘，安装配重时，通过卡位法兰盘固定在伸缩钻机平台上，以便于配重与三翼刮刀钻头的连接。

2.根据权利要求1所述的一种正反循环防卡钻三翼刮刀钻头组件，其特征在于：连接杆上部法兰盘的外围一圈均布8个连接杆上部螺丝孔，利用连接杆上部螺丝孔将钻头连接杆与上一节钻杆连接。

3.根据权利要求1所述的一种正反循环防卡钻三翼刮刀钻头组件，其特征在于：在螺旋沟槽上设置3-5个排渣孔，有助于钻头上部的掉落砂土体或溶洞卡住部分的研磨碎渣排至孔底。

4.根据权利要求1所述的一种正反循环防卡钻三翼刮刀钻头组件，其特征在于：所述三翼刮刀钻头的钻头骨架，包括在导管的外侧设置有加强圈，加强圈为高度30cm、厚度1cm的盘状体，加强圈与钻头法兰盘之间通过上部加固肋板连接，加强圈与导管中部通过中部加固肋板连接，所述中部加固肋板、上部加固肋板的厚度为1cm，加强圈与导管底部通过翼板连接，这样，加强圈能够架起翼板与导管底部、中部加固肋板与导管中部、以及上部加固肋板与钻头法兰盘的连接，形成三翼刮刀钻头的整体骨架。

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