CN110529047A - 一种用于隧道软岩开挖的自进式管棚钻具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于隧道软岩开挖的自进式管棚钻具。包括：圆环结构的扩孔钻头、具有前钻进面和侧壁，前钻进面表面布置有扩孔齿，内表面布置有驱动槽，侧壁末端内侧设置有凹槽结构的卡槽；圆柱形中空结构的连接套件，后端与跟进管联接固定，前端具有与卡槽匹配环接的卡口；还包括与钻杆联接的主钻头，前端布置钻头齿，前端面沿周向边缘间隔布置与扩孔钻头驱动槽匹配的驱动齿；扩孔钻头卡槽与连接套件卡口相互嵌入形成扩孔钻头被主钻头驱动的旋转环。本发明可转动扩孔钻头结构，在软弱地层进行超前管棚支护施工具有较高的施工效率，驱动槽不影响主钻头结构，卡槽与卡口形成的旋转环使扩孔钻头结构特别适用于软弱地层的扩孔钻进。

Description

一种用于隧道软岩开挖的自进式管棚钻具
技术领域
本发明属于建筑施工设备设计技术领域，尤其属于一种施工钻进设备的设计技术，特别涉及一种用于隧道软岩开挖超前钻进支护的自进式管棚钻具。
背景技术
在隧道工程施工中，常常需要对隧道围岩进行支护施工，对于IV和V类围岩，由于其属于软岩一类；采用普通的超前锚杆支护措施，每次超前支护有效长度为2m，工序为先钻孔再清孔及安装，对于软岩隧道通常在清孔过程中出现塌孔现象，这样需要再次钻孔，降低施工效率，费工又费时。
管棚超前支护是近年发展起来的一种在软弱围岩中进行隧道掘进的新技术。管棚钻进最早是作为隧道施工的一种辅助方法，在软岩隧道施工中穿越破碎带、松散带、软弱地层、涌水、涌砂层发挥了重要作用。由于预埋超前管棚做顶板及侧壁支撑，为后续的隧道开挖奠定了坚实的基础，且施工快、安全性高、工期短，被认为是隧道施工中解决冒顶、塌陷的最有效最合理的施工技术。
如何做到快速管棚钻孔安装，同时又可以提高工作效率且满足施工质量，需要针对软岩支护施工设计一种新的钻进工具。
发明内容
本发明根据隧道软岩支护施工的特点设计公开了一种用于隧道软岩开挖的自进式管棚钻具。本发明要解决的问题是提供一种隧道软岩开挖自进式钻进工具，能够提高了施工效率，降低安全风险，提高施工便利性。
本发明提供以下技术方案实现：
用于隧道软岩开挖的自进式管棚钻具，钻具包括：扩孔钻头、连接套件、主钻头和跟进管；其特征在于：
所述扩孔钻头为圆环结构、具有前钻进面和侧壁，前钻进面表面布置有扩孔齿，圆环结构的内表面布置有驱动槽，侧壁末端内侧设置有凹槽结构的卡槽；
所述连接套件圆柱形中空结构，后端与跟进管联接固定，前端具有与扩孔钻头卡槽匹配环接的卡口；
所述主钻头后端与钻杆联接，前端布置钻头齿，前端面沿周向边缘间隔布置与扩孔钻头驱动槽匹配的驱动齿。
进一步所述扩孔钻头卡槽与连接套件卡口相互嵌入形成扩孔钻头被主钻头驱动的旋转环。
所述跟进管末端为螺旋结构用于与管棚延伸管联接。
所述主钻头外径小于或等于扩孔钻头、连接套件、跟进管、延伸管内径。
本发明的有益效果是，本发明采用可转动扩孔钻头结构，由主钻头驱动齿与扩孔钻头的驱动槽匹配驱动，在破碎带、松散带、软弱地层、涌水、涌砂层等软弱地层进行超前管棚支护施工具有十分明显的施工效率。在不改变现有钻头结构的情况下，可配合设计扩孔钻头匹配的驱动槽，极大地方便在不同情况环境下的施工要求，不影响主钻头结构；同时，卡槽与卡口形成的旋转环使扩孔钻头结构更简单特别适用于软弱地层的扩孔钻进。本发明结果设计简单实用，安全可靠，实用性强，能够提高施工效率，节约人力安装成本，将超前管棚施工技术应用到支护施工中，减少扩孔、清孔相关工序，能够大大缩短施工周期。
附图说明
图1是本发明钻具结构示意图；
图2是本发明钻具结构横截面剖视示意图；
图3是本发明钻具钻头部放大示意图；
图4是本发明钻具联接结构分拆结构示意图；
图5是本发明应用状态示意图。
图中，1是扩孔钻头，2是连接套件，3是跟进管，4是延伸管，5是主钻头，6是卡槽，7是卡口，11是扩孔齿，12是驱动槽，51是钻头齿，52是钻头连接螺纹，53是驱动齿，A是本钻具。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。
结合附图。
用于隧道软岩开挖的自进式管棚钻具，钻具A包括：扩孔钻头1、连接套件2、主钻头5和跟进管4；扩孔钻头1为圆环结构、具有前钻进面和侧壁，前钻进面表面布置有扩孔齿11，圆环结构的内表面布置有驱动槽12，侧壁末端内侧设置有凹槽结构的卡槽6；
连接套件2圆柱形中空结构，后端与跟进管3联接固定，前端具有与扩孔钻头1卡槽6匹配环接的卡口7；
主钻头5后端与钻杆联接，前端布置钻头齿51，前端面沿周向边缘间隔布置与扩孔钻头1驱动槽12匹配的驱动齿53。
扩孔钻头1卡槽6与连接套件2卡口7相互嵌入形成扩孔钻头被主钻头驱动的旋转环。
跟进管3末端为螺旋结构用于与管棚延伸管4联接。
主钻头5外径小于或等于扩孔钻头1、连接套件2、跟进管3、延伸管4内径。
下面以一具体结构例说明本发明钻具的结构及其应用。
如图1、图2、图3和图4所示，本例钻进工具的扩孔钻头1采用直径90mm～114mm中空合金钢材通过模具加工而成，外侧端部设计有合金扩孔齿11，内侧设计有卡槽6，用于与连接套件2连接，卡槽6高度2cm；连接套件2为直径90mm～114mm壁厚10mm～13mm长度4.5cm中空钢管，端部有与卡槽6匹配的卡口7用于连接扩孔钻头1连接，后端与跟进管3可采用焊接连接固定；跟进管3为直径90mm～114mm壁厚6mm长度200cm～293cm的中空钢管，一端设计有丝口；根据扩孔要求，可以在跟进管3后端通过螺旋丝扣增加延伸管4，延伸管4为直径90mm～114mm壁厚6mm长度200cm～300cm的中空钢管，一端设计有长度10cm丝口，另一端设计长度10cm内套丝；主钻头5为直径54mm～89mm的合金钻头。
扩孔钻头1与连接套件2通过卡槽6与卡口7连接，连接套件2与跟进管3采用焊接方式连接，跟进管3与延伸管4通过丝口连接，以上组成为超前管棚钻具设计，主钻头5与整个超前管棚钻具通过扩孔钻头1内的驱动槽12驱动联接，主钻头5后端可以通过钻头连接螺纹52和普通钻杆连接；主钻头5为直径54mm～89mm的合金钻头，前部有凸起的钻头齿51，主钻头5前部表面靠近边缘设置与扩孔钻头1内面的驱动槽12匹配的驱动齿53，钻进作业时，驱动齿53与驱动槽12配合驱动扩孔钻头1自进扩孔。
如图5所示，当进行隧道软岩开挖超前支护施工时，将主钻头5安装至钻机钻杆上，将扩孔钻头1、连接套件2及跟进管3组成的装置安装至主钻头5上，进行钻进，根据超前支护的钻进深度可以连接延伸管4达设计钻进深度，钻进完成之后，主钻头5可通过钻机退出，进行下一跟超前管棚钻进施工，减少先成孔，再清孔最后安装超前管棚的工序，一次性将超前管棚钻进软岩内。
本发明钻具A的应用，操作简单，结构设计简单实用，安全可靠，实用性强，提高施工效率，节约人力安装成本，将超前管棚钻进施工技术应用到洞内部分，减少扩孔、清孔相关工序。

Claims (4)

1.一种用于隧道软岩开挖的自进式管棚钻具，钻具包括：扩孔钻头、连接套件、主钻头和跟进管；其特征在于：
所述扩孔钻头为圆环结构、具有前钻进面和侧壁，前钻进面表面布置有扩孔齿，圆环结构的内表面布置有驱动槽，侧壁末端内侧设置有凹槽结构的卡槽；
所述连接套件圆柱形中空结构，后端与跟进管联接固定，前端具有与扩孔钻头卡槽匹配环接的卡口；
所述主钻头后端与钻杆联接，前端布置钻头齿，前端面沿周向边缘间隔布置与扩孔钻头驱动槽匹配的驱动齿。
2.根据权利要求1所述的用于隧道软岩开挖的自进式管棚钻具，其特征在于：所述扩孔钻头卡槽与连接套件卡口相互嵌入形成扩孔钻头被主钻头驱动的旋转环。
3.根据权利要求2所述的用于隧道软岩开挖的自进式管棚钻具，其特征在于：所述跟进管末端为螺旋结构用于与管棚延伸管联接。
4.根据权利要求3所述的用于隧道软岩开挖的自进式管棚钻具，其特征在于：所述主钻头外径小于或等于扩孔钻头、连接套件、跟进管、延伸管内径。
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