CN109869109B - 一种打捞钻头的方法及钻头打捞装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种打捞钻头的方法及钻头打捞装置，涉及钻孔桩施工技术领域。利用钻机将钻杆下探，通过钻杆探测多个钻头边缘点的坐标，确定钻头的中心孔坐标后，将钻头打捞器通过柔性连接装置与钻机的钻杆连接。利用钻机带动钻头打捞器在钻头的中心孔位置微移，先将钻头打捞器的下端部落入钻头的中心孔后，再下放钻头打捞器，钻头打捞器在重力作用下滑入钻头的中心孔内，利用钻头打捞器的倒齿结构与钻头中心孔的内螺纹卡接，最后通过钻机提升钻杆，从而将钻头及时、快速地打捞出来，解决倾斜钻头打捞的难题，克服了刚性连接打捞器对倾斜钻头的局限性。

Description

一种打捞钻头的方法及钻头打捞装置

技术领域

本发明涉及钻孔桩施工技术领域，具体涉及一种打捞钻头的方法及钻头打捞装置。

背景技术

钻孔灌注桩在钻孔过程中偶尔会发生钻头与钻杆脱离、钻杆杆体断裂等事故，导致钻头脱落至孔底。一旦出现钻头脱落的情况，必须及时将钻头打捞出来，否则孔壁长期敞开容易导致孔壁坍塌，一方面可能造成钻头无法取出而报废，另一方面还需采取其它复杂技术措施继续钻孔施工，严重时甚至会造成桩基报废而变更设计，不仅延误工期，也会导致巨大的经济损失。现有的钻孔桩钻头脱落后的打捞措施主要有以下几种：

1)当钻头脱落深度较浅且孔壁发生坍塌时，若地面条件允许可采用明挖法将钻头取出。该方法需满足一定条件，适用范围较窄；

2)利用强磁打捞器将金属钻头吸出钻孔外取出，该方法效率较高，但受到强磁打捞器功率限制，若钻头较重或者孔壁发生坍塌埋住钻头时，则无法将钻头取出；

3)利用机械式打捞器，打捞器头与钻机钻杆通过法兰盘刚性连接，将机械式打捞器头插入钻头中心的孔内将钻头取出，若钻头中心孔未处于竖直方向或者由于各种原因导致钻头偏移且难以扶正时，则该打捞方法实施较困难，并且扶正过程中会扰动孔壁土体，容易造成孔壁坍塌。

有鉴于此，当钻杆断裂使钻头脱落至孔底时，由于钻孔空间狭小，利用现有的打捞技术来打捞钻头非常困难，常用的打捞方式均存在局限性。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明解决的技术问题为：如何克服现有钻头打捞的难题，将钻头及时、快速地打捞出来，降低孔壁坍塌的风险。

为达到以上目的，本发明提供的一种打捞钻头的方法，包括以下步骤：

S1：当钻头出现脱落情况时，保持孔内泥浆循环，将钻杆底端与脱落的钻头相接触，根据实际下探进尺与钻头脱落时的进尺，判断脱落的钻头是否处于竖直方向，若钻头未处于竖直方向，转入S2；

S2：通过钻杆探测三个以上钻头边缘点的坐标，根据钻头边缘点的坐标，确定钻头的中心孔坐标，转到S3；

S3：将钻头打捞器通过柔性连接装置与钻机的钻杆连接后，根据钻头的中心孔坐标，先将钻头打捞器的下端部落入钻头的中心孔，再下放钻头打捞器，将钻头打捞器的倒齿结构与钻头中心孔的内螺纹卡接，最后通过钻机提升钻杆，将脱落的钻头从孔底取出。

在上述技术方案的基础上，S1中判断脱落的钻头是否处于竖直方向的具体流程为：在原施工的桩基孔中心位置，利用钻机将钻杆下探，当下探的钻杆底端与脱落的钻头相接触时，若钻杆的实际下探进尺大于钻头脱落时的进尺，则判定脱落的钻头未处于竖直方向，若钻杆的实际下探进尺等于钻头脱落时的进尺，则判定脱落的钻头处于竖直方向。

在上述技术方案的基础上，S1还包括以下步骤：若钻头处于竖直方向，先将钻头打捞器通过法兰盘与钻机的钻杆刚性连接，再利用钻机将钻杆下探，将钻头打捞器直接插入脱落的钻头的中心孔内，利用钻头打捞器的倒齿结构与中心孔的内螺纹卡接，最后通过钻机提升钻杆，将脱落的钻头从孔底取出。

在上述技术方案的基础上，S2中确定钻头的中心孔位置的具体流程为：利用钻机将钻杆下探，探测钻头边缘任意三个点在水平面的投影坐标分别为a(x₁,y₁)、b(x₂,y₂)和c(x₃,y₃)，则钻头中心孔在水平面的投影坐标o(x,y)为：

在上述技术方案的基础上，所述柔性连接装置包括柔性连接绳和两个带吊耳的法兰盘，柔性连接绳一端穿过一个法兰盘的吊耳，柔性连接绳另一端穿过另一个法兰盘的吊耳，两个法兰盘用于分别与钻头打捞器和钻机的钻杆可拆卸连接。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种钻头打捞装置，包括钻头打捞器和柔性连接装置，钻头打捞器下部为锥形，钻头打捞器中部为圆柱体，且圆柱体的直径小于钻头中心孔的内径，钻头打捞器中部设置有凸出的倒齿结构，倒齿结构包括多个均向上倾斜的尖刺部，柔性连接装置一端与钻头打捞器可拆卸连接，柔性连接装置另一端用于与钻机的钻杆可拆卸连接。

在上述技术方案的基础上，所述柔性连接装置包括柔性连接绳和两个带吊耳的法兰盘，柔性连接绳两端分别穿过一个法兰盘的吊耳，一个法兰盘与钻头打捞器可拆卸连接，另一个法兰盘用于与钻机的钻杆可拆卸连接。

在上述技术方案的基础上，所述钻头打捞器上部设置有环形电磁铁。

在上述技术方案的基础上，所述倒齿结构的尖刺部呈圆球形。

在上述技术方案的基础上，所述柔性连接绳为高强度碳纤维、钢绞线或钢丝绳。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)当脱落的钻头倾角较大时，将钻头打捞器与钻杆通过柔性连接装置连接，利用钻头打捞器在重力作用下滑入钻头的中心孔内，利用向上倾斜的倒齿结构与中心孔的内螺纹卡接，从而将钻头及时、快速地打捞出来，解决倾斜钻头打捞的难题，克服了刚性连接打捞器对倾斜钻头的局限性，也不需要采用扶正装置，避免了扶正施工导致孔壁坍塌的风险；

2)利用柔性连接绳可任意弯曲的柔性特征，将钻头打捞器和钻机的钻杆之间起柔性连接作用，从而解决当脱落的钻头与竖直方向的夹角较大时，钻头打捞器不能插入钻头的中心孔内的难题，通过改变柔性连接绳的长度来适应不同的打捞需要，适用于各种深度的钻头打捞作业，采用法兰盘分别与钻头打捞器和钻机的钻杆可拆卸连接，便于装卸，有利于将钻头及时、快速地打捞出来；

3)利用环形电磁铁产生磁吸力，钻头打捞器在重力和磁力的共同作用下，滑入倾斜的钻头中心孔内，使得钻头打捞器的倒齿结构与中心孔的内螺纹连接更紧密，并在钻头提升过程中仍保持环形电磁铁与钻头的磁吸力，增加了钻头打捞器与脱落的钻头之间的连接力，有效防止钻头在提升过程中滑脱，进而提高打捞的成功率。

附图说明

图1为本发明中柔性连接装置的结构示意图。

图2为本发明中脱落的钻头的结构示意图。

图3为本发明采用柔性连接装置打捞钻头的示意图。

图4为本发明中刚性连接装置的结构示意图。

图5为本发明采用刚性连接装置打捞钻头的示意图。

图中：1-钻杆，2-法兰盘，3-吊耳，4-柔性连接绳，5-环形电磁铁，6-倒齿结构，7-钻头打捞器，8-钻机，9-钻头，10-内螺纹。

具体实施方式

本发明中钻头打捞器为现有技术，在钻头打捞器的中部设置有多个倒齿结构，以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

一种打捞钻头的方法，包括以下步骤：

S1：如图2所示，当钻头9出现脱落情况时，应保持孔内泥浆循环，防止桩基孔的孔壁坍塌，利用钻机8将钻杆下探，下探的钻杆底端与脱落的钻头9相接触，根据实际下探进尺与钻头脱落时的进尺，判断脱落的钻头9是否处于竖直方向，若钻头未处于竖直方向，转入S2，若钻头处于竖直方向，转到S4；

S2：利用钻机8移动钻杆，通过钻杆探测三个以上(多个)钻头边缘点的坐标(本实施例是以桩基孔的地平面中心为原点，建立水平面坐标系)，根据多个钻头边缘点的坐标，确定钻头的中心孔坐标；

S3：如图1所示，将钻头打捞器7通过柔性连接装置与钻机的钻杆1连接后，如图3所示，通过钻机8带动钻头打捞器7在钻头的中心孔位置微移，先将钻头打捞器7的下端部落入钻头的中心孔后，再下放钻头打捞器7，钻头打捞器7在重力作用下滑入钻头的中心孔内，利用钻头打捞器7的倒齿结构6与钻头中心孔的内螺纹10卡接(倒齿结构的尖刺部卡入中心孔的内螺纹槽中)，最后通过钻机8提升钻杆，将脱落的钻头9从孔底取出；

S4：如图4所示，将钻头打捞器7与钻杆刚性连接后，利用钻机8将钻头打捞器7直接插入钻头的中心孔内，如图5所示，利用钻机8将钻杆下探，先将钻头打捞器7直接插入脱落的钻头9的中心孔内，利用钻头打捞器7的倒齿结构6与中心孔的内螺纹10卡接，再通过钻机8提升钻杆，将脱落的钻头9从孔底取出，从而将钻头及时、快速地打捞出来，便于事故的快速处置和打捞，降低桩基孔孔壁坍塌的风险。

在本发明实施例中，当脱落的钻头9倾角较大时，将钻头打捞器7与钻杆通过柔性连接装置连接，利用钻头打捞器7在重力作用下滑入钻头的中心孔内，利用倒齿结构6与中心孔的内螺纹10卡接，从而将钻头及时、快速地打捞出来，解决现有钻头打捞的难题，克服了刚性连接打捞器对倾斜钻头的局限性。此外，本发明的方法不需要采用扶正装置，避免了扶正施工导致孔壁坍塌的风险。

优选的，S1中判断脱落的钻头9是否处于竖直方向的具体流程为：在原施工的桩基孔中心位置，利用钻机8将钻杆下探，当下探的钻杆底端与脱落的钻头9相接触时，若钻杆的实际下探进尺大于钻头脱落时的进尺，则判定脱落的钻头9未处于竖直方向，若钻杆的实际下探进尺等于钻头脱落时的进尺，则判定脱落的钻头9处于竖直方向。

优选的，S2中确定钻头9的中心孔位置的具体流程为：利用钻机将钻杆下探，探测钻头边缘任意三个点在水平面的投影坐标分别为a(x₁,y₁)、b(x₂,y₂)和c(x₃,y₃)，则钻头中心孔在水平面的投影坐标o(x,y)为：

在本发明实施例中，先通过钻杆探测出钻头边缘任意三个点在水平面的投影坐标，计算出钻头中心孔在水平面的投影坐标，确定钻头中心孔在水平面的位置坐标，再根据钻杆的实际下探进尺，得到钻头中心孔在竖直方向的坐标，从而得到钻头中心孔的三维坐标，将三维坐标分解为平面坐标和竖直方向坐标，仅需要探测钻头边缘任意三个点的坐标即可，极大地简化了钻头中心孔的位置坐标的计算过程，便于钻头脱落事故的快速处置，将钻头及时、快速地打捞出来，降低桩基孔孔壁坍塌的风险。

优选的，如图1所示，所述柔性连接装置包括柔性连接绳4和两个带吊耳的法兰盘2，柔性连接绳4一端穿过一个法兰盘的吊耳3，柔性连接绳4另一端穿过另一个法兰盘的吊耳3，两个法兰盘2用于分别与钻头打捞器7和钻机的钻杆1可拆卸连接。

在本发明实施例中，利用柔性连接绳4可任意弯曲的柔性特征，将钻头打捞器7和钻机的钻杆1之间起柔性连接作用，从而解决当脱落的钻头9与竖直方向的夹角较大时，钻头打捞器7不能插入钻头的中心孔内的难题，通过改变柔性连接绳的长度来适应不同的打捞需要，适用于各种深度的钻头打捞作业。采用法兰盘2分别与钻头打捞器7和钻机的钻杆1可拆卸连接，便于装卸，有利于将钻头及时、快速地打捞出来。

一种钻头打捞装置，如图1所示，包括钻头打捞器7和柔性连接装置，钻头打捞器7中部为圆柱体，且圆柱体的直径略小于钻头中心孔的内径，钻头打捞器7中部设置有凸出的倒齿结构6，倒齿结构6包括多个均向上倾斜的尖刺部，如图3所示，当钻头打捞器7滑入钻头的中心孔内时，倒齿结构的尖刺部能与钻头中心孔的内螺纹卡接(向上倾斜的尖刺部卡入中心孔的内螺纹槽中)；柔性连接装置一端与钻头打捞器7可拆卸连接，柔性连接装置另一端用于与钻机的钻杆1可拆卸连接。

在本发明实施例中，如图3所示，利用柔性连接装置的柔性特征，将钻头打捞器7和钻机的钻杆1柔性连接，当脱落的钻头9与竖直方向的夹角较大时，如图1所示，钻头打捞器7下部为锥形，便于钻头打捞器7在重力作用下滑入倾斜的钻头中心孔内，如图2所示，利用向上倾斜的倒齿结构6与中心孔的内螺纹10卡接，有利于将钻头及时、快速地打捞出来，从而克服现有的刚性连接打捞器对倾斜钻头打捞的局限性。与此同时，本发明不需要采用扶正装置，有效降低了扶正施工导致孔壁坍塌的风险。

此外，本发明实施例中钻头打捞装置还可以应用于上述打捞钻头的方法，将装置与方法进行结合使用，大大提升钻头打捞的效果。

优选的，如图1所示，所述柔性连接装置包括柔性连接绳4和两个带吊耳的法兰盘2，柔性连接绳4两端分别穿过一个法兰盘的吊耳3，一个法兰盘2与钻头打捞器7可拆卸连接，另一个法兰盘2用于与钻机的钻杆1可拆卸连接。

在本发明实施例中，采用法兰盘2分别与钻头打捞器7和钻机的钻杆1可拆卸连接，便于装卸，利用钻头打捞器7中向上倾斜的倒齿结构6与中心孔的内螺纹10卡接，有利于将钻头及时、快速地打捞出来。通过改变柔性连接绳的长度来适应不同的打捞需要，适用于各种深度的钻头打捞作业。

优选的，所述柔性连接绳4为高强度碳纤维、钢绞线或钢丝绳。利用高强度碳纤维、钢绞线和钢丝绳兼具优良的柔软性和抗拉强度，便于钻头打捞器7在重力作用下滑入钻头的中心孔内后，将钻头及时、快速地打捞出来。此外，碳纤维还具有超强的耐腐蚀性，能有效防止柔性连接绳4在野外恶劣施工中锈蚀，延长装置的使用寿命，降低打捞成本。

优选的，如图1所示，所述钻头打捞器7上部设置有环形电磁铁5，当钻头打捞器下端部落入钻头的中心孔后，在下放钻头打捞器7的同时，启动环形电磁铁5产生磁场，环形电磁铁5与脱落的钻头之间产生磁吸力，钻头打捞器7在重力和磁力的共同作用下，滑入倾斜的钻头中心孔内，使得钻头打捞器的倒齿结构6与中心孔的内螺纹10连接更紧密，并在钻头提升过程中仍保持环形电磁铁5与钻头的磁吸力，增加了钻头打捞器7与脱落的钻头9之间的连接力，有效防止钻头9在提升过程中滑脱，进而提高打捞的成功率。

此外，当钻头被打捞出来后，通过关闭环形电磁铁5的开关，环形电磁铁5与钻头的磁吸力消失，便于将钻头从钻头打捞器7上取出来。

优选的，所述倒齿结构6的尖刺部呈圆球形，利用微小圆球形的弧度，不仅能减小钻头打捞器7进入钻头中心孔的摩擦力，还能减少尖刺部在卡合过程中对内螺纹槽的损坏。

本发明不仅局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本发明相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种打捞钻头的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：当钻头出现脱落情况时，保持孔内泥浆循环，将钻杆底端与脱落的钻头相接触，根据实际下探进尺与钻头脱落时的进尺，判断脱落的钻头是否处于竖直方向，若钻头未处于竖直方向，转入S2；

S2：通过钻杆探测三个以上钻头边缘点的坐标，根据钻头边缘点的坐标，确定钻头的中心孔坐标，转到S3；

S2中确定钻头的中心孔位置的具体流程为：利用钻机将钻杆下探，探测钻头边缘任意三个点在水平面的投影坐标分别为a（x₁,y₁）、b（x₂,y₂）和c（x₃,y₃），则钻头中心孔在水平面的投影坐标o（x,y）为：

S3：将钻头打捞器通过柔性连接装置与钻机的钻杆连接后，根据钻头的中心孔坐标，先将钻头打捞器的下端部落入钻头的中心孔，再下放钻头打捞器，将钻头打捞器的倒齿结构与钻头中心孔的内螺纹卡接，最后通过钻机提升钻杆，将脱落的钻头从孔底取出。

2.如权利要求1所述的一种打捞钻头的方法，其特征在于，S1中判断脱落的钻头是否处于竖直方向的具体流程为：在原施工的桩基孔中心位置，利用钻机将钻杆下探，当下探的钻杆底端与脱落的钻头相接触时，若钻杆的实际下探进尺大于钻头脱落时的进尺，则判定脱落的钻头未处于竖直方向，若钻杆的实际下探进尺等于钻头脱落时的进尺，则判定脱落的钻头处于竖直方向。

3.如权利要求1所述的一种打捞钻头的方法，其特征在于，S1还包括以下步骤：若钻头处于竖直方向，先将钻头打捞器通过法兰盘与钻机的钻杆刚性连接，再利用钻机将钻杆下探，将钻头打捞器直接插入脱落的钻头的中心孔内，利用钻头打捞器的倒齿结构与中心孔的内螺纹卡接，最后通过钻机提升钻杆，将脱落的钻头从孔底取出。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种打捞钻头的方法，其特征在于：所述柔性连接装置包括柔性连接绳（4）和两个带吊耳的法兰盘（2），柔性连接绳（4）一端穿过一个法兰盘的吊耳（3），柔性连接绳（4）另一端穿过另一个法兰盘的吊耳（3），两个法兰盘（2）用于分别与钻头打捞器（7）和钻机的钻杆（1）可拆卸连接。

5.如权利要求1所述的一种打捞钻头的方法，其特征在于：包括钻头打捞器（7）和柔性连接装置，钻头打捞器（7）下部为锥形，钻头打捞器（7）中部为圆柱体，且圆柱体的直径小于钻头中心孔的内径，钻头打捞器（7）中部设置有凸出的倒齿结构（6），倒齿结构（6）包括多个均向上倾斜的尖刺部，柔性连接装置一端与钻头打捞器（7）可拆卸连接，柔性连接装置另一端用于与钻机的钻杆（1）可拆卸连接。

6.如权利要求5所述的一种打捞钻头的方法，其特征在于：所述柔性连接装置包括柔性连接绳（4）和两个带吊耳的法兰盘（2），柔性连接绳（4）两端分别穿过一个法兰盘的吊耳（3），一个法兰盘（2）与钻头打捞器（7）可拆卸连接，另一个法兰盘（2）用于与钻机的钻杆（1）可拆卸连接。

7.如权利要求5所述的一种打捞钻头的方法，其特征在于：所述钻头打捞器（7）上部设置有环形电磁铁（5）。

8.如权利要求5所述的一种打捞钻头的方法，其特征在于：所述倒齿结构（6）的尖刺部呈圆球形。

9.如权利要求6所述的一种打捞钻头的方法，其特征在于：所述柔性连接绳（4）为高强度碳纤维、钢绞线或钢丝绳。

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