CN109989708A - 一种用于夹杂岩石的深层软土地基的钻进系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于土木工程建筑机械领域，具体地涉及一种用于夹杂岩石的深层软土地基的钻进系统。该系统由旋挖钻机装置、辅助破碎装置以及智能控制三部分组成，能够在旋挖过程中遇到岩石层时，对岩石层中夹杂的岩石进行多角度破碎，提高旋挖效率，同时，智能调节子系统通过调节螺杆控制破碎装置的侧展距离，通过速度探测器对旋挖速度进行监控和调节，通过液压元和万向连接装置对液压破碎锤的工作角度和速度进行调节，不仅扩大了破碎装置的工作范围，而且使得其工作更加灵活，工作效率高，节约成本，省时省力。本发明可用于解决沿江沿海地区夹杂岩石的深层软土地基钻进问题，钻进过程不需更换钻头，显著提高了施工进度，在软土地基钻进领域具有较好的工程应用前景。

Description

一种用于夹杂岩石的深层软土地基的钻进系统

技术领域

本发明属于土木工程建筑机械领域，更具体是涉及一种用于夹杂岩石的深层软土地基的钻进系统。

背景技术

饱和软土地基主要分布在我国东部沿江沿海地区，具有抗剪强度低、压缩性大、孔隙比大、含水量高、流变性强等特点，随着我国沿江沿海地区港口、交通以及城市建设的迅速发展，结合施工及使用过程中暴露出来的地基处理问题，我国《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）、《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）、《水运工程地基设计规范》（JTS147–2017）等都对软土地基处理工程的承载力和沉降变形提出了新的要求。对原位地基进行加固处理以改善地基的工程特性是当前研究应用的主要趋势，具体原位地基处理技术包括真空预压法、强夯法、CFG桩等，其中CFG桩应用的最为广泛，但是在夹杂岩石的深层软土地基下，其施工方法就面临钻进周期长、成本过高的问题。因此寻求一种效果良好、施工工期短、综合成本不高、适用于夹杂岩石的深层软土地基的钻进系统已经成为岩土工程领域技术人员急需解决的重要课题。

发明内容

为解决现有地基钻进设备技术结构的不足，本发明提供一种用于夹杂岩石的深层软土地基的钻进系统，在显著提高夹杂岩石的深层软土地基的钻进效率的同时，降低了工程造价，缩短了施工工期，地基处理深度深，地基加固效果好、环保效应明显（振动、噪音、空气污染等）、减少后期维护费用且适应了我国的节能政策。

本发明是通过下述技术方案来实现的：该系统由旋挖钻机装置、辅助破碎装置以及智能调节子系统三部分组成，能够在旋挖过程中遇到岩石层时，对岩石层中夹杂的岩石进行多角度破碎，提高旋挖效率，同时，智能调节子系统通过调节螺杆控制破碎装置的侧展距离，通过速度探测器对旋挖速度进行监控和调节，通过液压元和角度调节装置对液压破碎锤的工作角度和速度进行调节，不仅扩大了破碎装置的工作范围，而且使得其工作更加灵活，工作效率高，节约成本，省时省力。本发明可用于解决沿江沿海地区夹杂岩石的深层软土地基钻进问题，钻进过程不需更换钻头，显著提高了施工进度，在软土地基钻进领域具有较好的工程应用前景。

上述旋挖钻机装置主体为桅杆，桅杆前端设置有旋挖机动力头，旋挖机动力头通过钻杆连有钻头，钻杆以套筒的方式设置于桅杆内部，工作时，旋挖机动力头通过钻杆带动钻头旋转对深层软土地基进行钻进作业，此外，上述钻杆前端还设有速度探测器，用来监测钻头的旋进速度，并将速度数据反馈给智能调节子系统，智能调节子系统通过钻头旋进速度的变化对是否进入夹杂岩石的地基土层进行判断，以便及时调整旋进策略。

上述的辅助破碎装置设置于桅杆外侧，通过智能调节螺杆第一端部水平地连接于旋挖机动力头上，由智能调节子系统通过旋挖机动力头对其破碎方式进行调整，所述智能调节螺杆的数量为2~6个，均匀分布于桅杆外周，智能调节螺杆的第二端部连有液压破碎顶锤，液压破碎锤内设有与智能调节子系统数据连接的液压元，液压破碎顶锤前端设有可伸缩的锤杆，在旋进作业过程中，钻头未进入夹杂岩石的土层时，锤杆收缩进液压破碎顶锤中，此时液压破碎顶锤与智能调节螺杆之间夹角成90°，整个辅助破碎装置位于钻头后方，不影响钻头的正常旋进，当钻头进入夹杂岩石的岩石层时，智能调节螺杆通过万向连接装置调整其与液压破碎顶锤之间的角度为90~180°，使液压破碎顶锤的锤杆端伸出钻头外侧，同时锤杆从液压破碎顶锤中伸出，对钻头四周的夹杂岩石实现破碎作业，辅助钻头顺利旋进。

为了使锤杆能对钻头正前方的夹杂岩石实现破碎作业，上述辅助破碎装置还设有滑杆，该滑杆连接于桅杆外侧的智能调节螺杆上方，与智能调节螺杆实现滑动连接，使得智能调节螺杆能够沿滑杆滑动，改变智能调节螺杆与桅杆之间的夹角。通过对智能调节螺杆与桅杆之间的夹角、智能调节螺杆与液压破碎顶锤之间夹角，两个夹角进行调节，可使得顶锤能够对钻头正前方的夹杂岩石实现破碎作业。

上述滑杆垂直设置，智能调节螺杆沿滑杆上下滑动，使得智能调节螺杆与桅杆间的夹角可在60~150°间进行调节。

与现有技术相比，本发明主要用于软土地基的钻探挖掘，在旋挖机动力头和液压破碎顶锤之间增加了可调节结构的螺杆，不仅可以扩大液压破碎顶锤的工作范围而且可以调整工作角度，工作更加灵活。

本发明在钻头的末端安装有速度探测器，探测器的信号及时传递给智能调节子系统，系统对信号源进行分析，得出钻头是否遇上岩石，并作出智能联动响应。

本发明在旋挖机动力头周围均布一定数量的破碎锤，不仅可以提高工作效率，节约了成本，而且对岩层的破坏和钻进迅速，使得本旋挖机工作效率高，节约成本，省时省力。

本发明取得的有益效果是：从时间和空间角度解决了软土地基钻进技术的有效融合问题，主要可用于解决沿江沿海地区夹杂岩石的深层软土地基的钻进问题，整个地基钻进过程不需更换钻头，一次钻进即可完成，显著提高了施工进度，并且技术可靠，便于应用推广，在软土地基钻进领域具有较好的工程应用前景。

四、附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

图1为本发明实施例1采用的深层软土地基钻进系统的结构示意图。

图2为本发明实施例1采用的钻进系统在软土层工作的示意图。

图3为本发明实施例1采用的钻进系统在岩石层工作的示意图。

图4为本发明实施例1实现多角度辅助破碎示意图。

附图说明：1、液压破碎顶锤；2、锤杆；3、桅杆；4、钻杆；5、旋挖机动力头；6、钻头；7、智能调节螺杆；8、速度探测器；9、液压元；10、滑杆；11、万向连接装置；12、软土地基；13、岩石层。

五、具体实施方式

唐山市曹妃甸地区某高层民用住宅项目，地上15层，地下1层，结构形式为框架—剪力墙结构，基础形式为筏板基础，项目红线范围地质主要为典型的夹杂岩石的深层软土地基，且距离地表-20m左右存在大面积夹杂岩石，岩石面积约占红线面积2/3，岩石厚度200mm～400mm不等。假如不破碎岩石，让桩基直接落在岩石上，岩石厚度承载能力有限，时间久了桩基下陷导致建筑物塌陷；现采用本发明公开的一种可以处理夹杂岩石的深层软土地基钻进系统，如图1所示，

该系统由旋挖钻机装置、辅助破碎装置以及智能调节子系统三部分组成，其中旋挖钻机装置主体为桅杆3，桅杆3前端设置有旋挖机动力头5，旋挖机动力头5通过钻杆4连有钻头6，钻杆4以套筒的方式设置于桅杆3内部，工作时，旋挖机动力头5通过钻杆4带动钻头6旋转对深层软土地基进行钻进作业，此外，上述钻杆4前端还设有速度探测器8，用来监测钻头6的旋进速度。

上述的辅助破碎装置设置于桅杆3外侧，通过智能调节螺杆7第一端部水平地连接于旋挖机动力头5上，由智能调节子系统通过旋挖机动力头5对其破碎方式进行调整，所述智能调节螺杆7的数量为2个，分布于桅杆3两侧，智能调节螺杆7的第二端部连有液压破碎顶锤1，液压破碎锤1内设有与智能调节子系统数据连接的液压元9，液压破碎顶锤1前端设有可伸缩的锤杆2，辅助破碎装置还设有滑杆10，该滑杆10连接于桅杆3外侧的智能调节螺杆7上方，与智能调节螺杆7实现滑动连接，使得智能调节螺杆7能够沿滑杆10滑动，改变智能调节螺杆7与桅杆3之间的夹角。

按如下步骤施工：

（1）距离地表-20m左右为软土地基，由旋挖机动力头5带动钻杆4，钻杆4带动钻头6开始对软土地基进行旋挖，安装在钻头末端的速度探测器实时传递信号至智能调节子系统，其工作状态如图2所示,此时智能调节螺杆与桅杆之间的夹角、智能调节螺杆与液压破碎顶锤之间夹角均为90°。

（2）当钻进至距离地表-20m以下时，速度探测器传递回的信号显示钻头转速缓慢，智能调节子系统分析出钻头遇上岩石层，立即作出智能联动响应。

（3）智能调节子系统作出智能联动响应，液压破碎顶锤1带动锤杆2对岩层进行单一方位破碎，如图3所示，调整智能调节螺杆7与桅杆3之间的夹角为145°、智能调节螺杆7与液压破碎顶锤1之间夹角为15°，当破碎的深度没过锤杆时，液压破碎顶锤1前端的液压元9及时将信号传递至智能调节子系统实时分析并作出智能联动响应。

（4）根据液压元9传递回的信号，智能调节子系统分析出液压破碎锤1在此方位已破碎到了最深处，破碎作业沿着此方向无法继续；智能调节子系统立即做出响应，改变螺杆的伸出长度及角度再次实施破碎作业，如图4所示，使智能调节螺杆7与液压破碎顶锤1之间夹角在90~180°间工作。

（5）当第一次改变角度破碎作业完毕后，智能调节子系统立即做出响应，再次改变螺杆的伸出长度及角度实施破碎作业，使智能调节螺杆与桅杆之间夹角在60~150°间工作。如此反复，实现多方位、多角度破碎、钻孔，产生的碎石由钻杆4带动钻头6将破碎后的岩层旋挖出地面。

整个地基钻进过程不需更换钻头，一次钻进即可完成，显著提高了施工进度。

上述实施案例，只是本发明的一个实例，并不是用来限制本发明的实施与权利范围，凡与本发明权利要求所述内容相同或等同的技术方案，均应包括在本发明保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于夹杂岩石的深层软土地基的钻进系统，其特征在于，该系统由旋挖钻机装置、辅助破碎装置以及智能调节子系统三部分组成。

2.如权利要求1所述的用于夹杂岩石的深层软土地基的钻进系统，其特征在于，所述旋挖钻机装置主体为桅杆，桅杆前端设置有旋挖机动力头，旋挖机动力头通过钻杆连有钻头，钻杆以套筒的方式设置于桅杆内部，工作时，旋挖机动力头通过钻杆带动钻头旋转对深层软土地基进行钻进作业，所述钻杆前端还设有速度探测器，用来监测钻头的旋进速度，并将速度数据反馈给智能调节子系统，智能调节子系统通过钻头旋进速度的变化对是否进入夹杂岩石的地基土层进行判断，以便及时调整旋进策略。

3.如权利要求2所述的用于夹杂岩石的深层软土地基的钻进系统，其特征在于，所述的辅助破碎装置设置于桅杆外侧，通过智能调节螺杆第一端部水平地连接于旋挖机动力头上，由智能调节子系统通过旋挖机动力头对其破碎方式进行调整，所述智能调节螺杆的数量为2~6个，均匀分布于桅杆外周，智能调节螺杆的第二端部连有液压破碎顶锤，液压破碎锤内设有与智能调节子系统数据连接的液压元，液压破碎顶锤前端设有可伸缩的锤杆，在旋进作业过程中，钻头未进入夹杂岩石的土层时，锤杆收缩进液压破碎顶锤中，此时液压破碎顶锤与智能调节螺杆之间夹角成90°，整个辅助破碎装置位于钻头后方，不影响钻头的正常旋进，当钻头进入夹杂岩石的岩石层时，智能调节螺杆通过万向连接装置调整其与液压破碎顶锤之间的角度为90~180°，使液压破碎顶锤的锤杆端伸出钻头外侧，同时锤杆从液压破碎顶锤中伸出，对钻头四周的夹杂岩石实现破碎作业，辅助钻头顺利旋进。

4.根据权利要求3所述的用于夹杂岩石的深层软土地基的钻进系统，其特征在于，所述辅助破碎装置还设有滑杆，该滑杆连接于桅杆外侧的智能调节螺杆上方，与智能调节螺杆实现滑动连接，使得智能调节螺杆能够沿滑杆滑动，改变智能调节螺杆与桅杆之间的夹角，通过对智能调节螺杆与桅杆之间的夹角、智能调节螺杆与液压破碎顶锤之间夹角，两个夹角进行调节，可使得顶锤能够对钻头正前方的夹杂岩石实现破碎作业。

5.根据权利要求4所述的用于夹杂岩石的深层软土地基的钻进系统，其特征在于，所述滑杆垂直设置，智能调节螺杆沿滑杆上下滑动，使得智能调节螺杆与桅杆间的夹角可在60~150°间进行调节。

6.应用权利要求1-5任一项所述的用于夹杂岩石的深层软土地基的钻进系统对夹杂岩石的深层软土地基进行钻进作业的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）距离地表-20m左右为软土地基，由旋挖机动力头带动钻杆，钻杆带动钻头开始对软土地基进行旋挖，安装在钻头末端的速度探测器实时传递信号至智能调节子系统，此时智能调节螺杆与桅杆之间的夹角、智能调节螺杆与液压破碎顶锤之间夹角均为90°；

（2）当钻进至距离地表-20m以下时，速度探测器传递回的信号显示钻头转速缓慢，智能调节子系统分析出钻头遇上岩石层，立即作出智能联动响应；

（3）智能调节子系统作出智能联动响应，液压破碎顶锤带动锤杆对岩层进行单一方位破碎，调整智能调节螺杆与桅杆之间的夹角为60~150°、智能调节螺杆与液压破碎顶锤之间夹角为90~180°，当破碎的深度没过锤杆时，液压破碎顶锤前端的液压元及时将信号传递至智能调节子系统实时分析并作出智能联动响应；

（4）根据液压元传递回的信号，智能调节子系统分析出液压破碎顶锤在此方位已破碎到了最深处，破碎作业沿着此方向无法继续；智能调节子系统立即做出响应，改变螺杆的伸出长度及角度再次实施破碎作业，使智能调节螺杆与液压破碎顶锤之间夹角在90~180°间工作；

（5）当第一次改变角度破碎作业完毕后，智能调节子系统立即做出响应，再次改变螺杆的伸出长度及角度实施破碎作业，使智能调节螺杆与桅杆之间夹角在60~150°间工作，如此反复，实现多方位、多角度破碎、钻孔，产生的碎石由钻杆带动钻头将破碎后的岩层旋挖出地面。