CN112096277A - 一种双通道水锤钻机及钻孔施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程机械领域，具体公开了一种双通道水锤钻机及钻孔施工工艺。其中双通道水锤钻机包括旋转驱动组件、高压旋转接头、钻杆、水锤和双流转换器，所述的双流转换器包括本体，所述的本体内设有连通第一进液通道和水锤的第一输液通道；所述的本体包括分流段，所述的分流段内设有第二容腔，所述第二容腔与第二进液通道连通；所述本体的外侧面设有若干侧向出液口，所述的侧向出液口通过第二输液通道与第二容腔连通；所述的第一输液通道穿过分流段，并与第二容腔和第二输液通道分别错开设置。以上所述的双通道水锤钻机合理的分配高压水和注浆液的注入通道，实现钻孔注浆一体化施工，提高效率。

Description

一种双通道水锤钻机及钻孔施工工艺

技术领域

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种双通道水锤钻机及钻孔施工工艺。

背景技术

在地层的加固和岩土改良施工过程中，需要使用钻机进行钻孔操作，并在钻孔后进行注浆加固。目前常见的施工方式为钻孔完成后取出钻杆，然后进行注浆操作，这种施工方式不仅操作复杂，而且在钻杆取出后，存在塌孔阻碍注浆的可能，影响注浆效果和施工质量，甚至导致后续施工无法正常进行。

由于钻孔操作过程中，需要持续通入水来冷却钻头，并带走渣土，因此目前市场上的部分钻机，可以在钻孔完成后，利用水通道来输送浆液，完成注浆操作，从而实现一体化作业，提高施工效率。但上述钻机仅适用于软质砂土层的钻孔施工，且钻进深度有限，无法适应硬质地层的钻孔施工。

在铁路、公路、矿山、水利隧道等各种基建工程中，大量存在易破碎、高应力、高涌水、多裂隙或溶洞等复杂危险岩石地质，因此，在基建工程中，广泛存在针对硬质地层进行钻孔注浆操作的需求。

水锤钻机是目前针对硬质地层进行钻孔操作的常用设备，具有推进、旋转和孔底冲击功能，特别适用于复杂地质和硬质岩层的深长孔钻探，钻深可达百米。但水锤钻机对通入其内的高压水纯净度有较高要求，因此在使用水锤钻机的前提下，无法直接使用高压水通道进行注浆。

因此，需要设计一种可以广泛引用于各种复杂地质的钻孔注浆一体化钻机，提高施工效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种双通道水锤钻机及钻孔施工工艺，合理的分配高压水和注浆液的注入通道，实现钻孔注浆一体化施工，提高效率。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：一种双通道水锤钻机，包括旋转驱动组件、高压旋转接头、钻杆和水锤，所述的钻杆包括内壳体和外壳体，所述的内壳体插入外壳体内；所述的内壳体与外壳体之间形成第一进液通道，所述的内壳体内设有沿轴向延伸的第二进液通道；所述的高压旋转接头上设有连接适配件，通过调整连接适配件，所述高压旋转接头的出口在第一进液通道和第二进液通道之间切换；还包括设置在钻杆与水锤之间的双流转换器，所述的双流转换器包括本体，所述的本体内设有连通第一进液通道和水锤的第一输液通道；所述的本体包括分流段，所述的分流段内设有第二容腔，所述第二容腔与第二进液通道连通；所述本体的外侧面设有若干侧向出液口，所述的侧向出液口通过第二输液通道与第二容腔连通；所述的第一输液通道穿过分流段，并与第二容腔和第二输液通道分别错开设置。

通过双流转换器，实现第一进液通道的轴向出液，用以输送较为洁净的高压水驱动水锤冲击工作；同时实现第二进液通道的侧向出液，用以完成注浆操作。高压水和注浆液通道独立设置，在实现钻孔注浆一体化施工的前提下，确保了水锤供水的洁净度，水锤能够稳定持续工作，大大提高了施工效率及设备的使用寿命。

作为优选，所述的内壳体与外壳体同轴设置，且所述内壳体外侧面或外壳体的内壁设有若干用于支撑内壳体的肋板。提高内壳体与外壳体的相对结构稳定性，从而保证内外壳体可以同部连接或拆解，保证第一进液通道和第二进液通道的畅通，供液稳定、持续供液。

作为优选，所述的连接适配件包括与第一进液通道对应的第一过渡接头，及与第二进液通道对应的第二过渡接头，所述的第一过渡接头和第二过渡接头分别与高压旋转接头可拆连接。通过更换不同的连接适配件，实现高压旋转结构在第一进液通道和第二进液通道之间的切换。

作为优选，所述本体的外侧套设有与侧向出液口对应的密封套，所述的密封套由弹性材料制成。密封套对侧向出液口起到遮挡保护作用，防止侧向出液口被堵塞，提高设备对恶劣工作环境的适应能力。

作为优选，若干所述的侧向出液口环形均匀分布在本体的外侧面，所述的第二输液通道沿径向设置。侧向出液更均衡，同时第一输液通道的加工也较为方便。

作为优选，所述的本体内还设有第一容腔，所述的第一容腔位于水锤与分流段之间，所述的第一输液通道通过第一容腔与水锤连通；所述的第一容腔和/或第二容腔内设有单向止回结构。单向止回结构的设置可以防止液体和外部异物回流，避免阻塞，起到注浆保压和保护设备的作用。

作为优选，所述的第一容腔和分流段之间还设有缓冲腔，所述的缓冲腔位于第一容腔和第一输液通道之间，并分别与第一容腔及第一输液通道连通。缓冲腔对第二输液通道流入的液体进行收纳缓冲，起到稳定压力的作用。

作为优选，所述的第一输液通道相对于本体的中心线倾斜设置，且所述第一输液通道中心与本体中心之间的距离沿进液端至缓冲腔方向逐渐减小。在总流量不变的前提下，第二输液通道内的液体在经过分流段后，所需的通道内径减小，第二输液通道倾斜设置可以更好的适应水流流动方向和通道尺寸变化。

作为优选，所述的本体包括第一本体和第二本体，所述的第一容腔设置在第一本体内，所述的分流段设置在第二本体内，所述的第一本体和第二本体分体制造并固定连接；所述第一本体和第二本体相对的一端分别凹腔，两个所述的凹腔共同围合成缓冲腔。由于双流转换器的内部结构较为复杂，采用分体制造的形式，可以提高制造的便利性。

一种钻孔施工工艺，采用如上所述的双通道水锤钻机；

具体施工步骤如下：

步骤一 调整连接适配件，使高压旋转接头与第一进液通道连通；

步骤二 高压旋转接头通入高压水，同时双通道水锤钻机工作，钻杆和水锤向前钻进，进行钻孔操作；

步骤二 在钻孔至预定深度后，停止钻孔作业；调整连接适配件，使高压旋转接头切换至与第二进液通道连通；

步骤四 钻杆和水锤后退，同时高压旋转接头通入注浆液，同步进行注浆操作。

附图说明

图1为本实施例双通道水锤钻机的结构示意图；

图2为本实施例双通道水锤钻机中双流转换器的安装示意图；

图3为图2中A-A向剖视图；

图4为图2中B处的局部放大图；

图5为本实施例双通道水锤钻机中双流转换器的结构示意图；

图6为图5中C-C向剖视图；

图7为本实施例双通道水锤钻机中双流转换器另一状态的结构示意图；

图8为本实施例双通道水锤钻机中高压旋转接头与第一进液通道连接的结构示意图；

图9为本实施例双通道水锤钻机中高压旋转接头与第二进液通道连接的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

如图1和图2所示，一种双通道水锤钻机，包括旋转驱动组件4、高压旋转接头5、钻杆3、双流转换器2和水锤1，所述的高压旋转接头5、钻杆3、双流转换器2和水锤1依次设置，所述的旋转驱动组件4用于驱动钻杆3旋转。

如图2、图3和图4所示，所述的钻杆3包括内壳体33和外壳体32，所述的内壳体33插入外壳体32内。所述的内壳体33与外壳体32之间形成第一进液通道31，所述的内壳体33内设有沿轴向延伸的第二进液通道34。所述的内壳体33与外壳体32同轴设置，且所述内壳体33外侧面或外壳体32的内壁设有至少三个用于支撑内壳体33的肋板35。提高内壳体33与外壳体32的相对结构稳定性和同轴度，从而保证第一进液通道31和第二进液通道34的连接同步，供液稳定持续供液。所述的肋板35沿轴向部分或全部覆盖钻杆3，所述的肋板35围绕内壳体33环形均布。

如图8和图9所示，所述的高压旋转接头5上设有连接适配件51，通过调整连接适配件51，所述高压旋转接头5的出口在第一进液通道31和第二进液通道34之间切换。

如图8和图9所示，所述的连接适配件51包括与第一进液通道31对应的第一过渡接头，及与第二进液通道34对应的第二过渡接头，所述的第一过渡接头和第二过渡接头分别与高压旋转接头5可拆连接。通过更换不同的过渡接头，实现高压旋转结构在第一进液通道31和第二进液通道34之间的切换。作为另一种实施方式，连接适配件51也可以为三通开关（图中未示出）。

如图5和图6所示，所述的双流转换器2包括本体，所述的本体内还设有第一容腔27，所述的第一容腔27与水锤1连通，所述的第一容腔27与第一进液通道31之间通过第一输液通道23连通。所述的本体包括分流段20，所述的分流段20位于第一容腔27和钻杆3之间。所述的分流段20内设有第二容腔29，所述第二容腔29与第二进液通道34连通，第一容腔27与第二容腔29之间独立设置，相互不连通。如图7所示，所述的第一容腔27和/或第二容腔29内设有单向止回结构22，优选形式为第一容腔27和第二容腔29内均设置单向止回结构22，单向止回结构可以为单向阀。

如图5和图6所示，所述本体的外侧面设有若干侧向出液口，所述的侧向出液口通过第二输液通道21与第二容腔29连通。所述的第一输液通道23穿过分流段20，并与第二容腔29和第二输液通道21分别错开设置。

通过双流转换器2，实现第一进液通道31的轴向出液，用以输送较为洁净的高压水驱动水锤冲击工作；同时实现第二进液通道34的侧向出液，用以完成注浆操作。高压水和注浆液通道独立设置，在实现钻孔注浆一体化施工的前提下，确保了水锤1供水的洁净度，水锤1能够稳定持续工作，大大提高了施工效率及设备的使用寿命。

如图5和图6所示，所述本体的外侧套设有与侧向出液口对应的密封套28，所述的密封套28由弹性材料制成。密封套28对侧向出液口起到遮挡保护作用，防止侧向出液口被堵塞，提高设备对恶劣工作环境的适应能力。在注浆时，注浆液撑开密封套后排出进入已钻好的孔洞内。在工作环境外部压力较小时（外部压力与地层深度正相关），可以仅设置密封套，取消第一容腔内的单向阀，以密封套的保护作用来防止浆液回流。但在外部工作压力较大时，受限于密封套的承压能力，如果单独使用密封套来保护，存在在外部压力作用下密封套破裂的风险，所以需要在第一容腔内设置单向阀来与密封套共同承压，提高安全性。

如图5和图6所示，若干所述的侧向出液口环形均匀分布在本体的外侧面，所述的第二输液通道21沿径向设置。侧向出液更均衡，同时第一输液通道23的加工也较为方便。

如图5和图6所示，所述的本体包括第一本体24和第二本体25，所述的第一容腔27设置在第一本体24内，所述的分流段20设置在第二本体25内，所述的第一本体24和第二本体25分体制造并固定连接，优选采用摩擦焊方式连接。所述第一本体24和第二本体25相对的一端分别凹腔，两个所述的凹腔共同围合成缓冲腔26，所述的缓冲腔26并分别与第一容腔27及第一输液通道23连通。缓冲腔26对第二输液通道21流入的液体进行收纳缓冲，起到稳定压力的作用。

如图5和图6所示，所述的第一输液通道23相对于本体的中心线倾斜设置，倾斜角度为3°~7°，所述第一输液通道23中心与本体中心之间的距离沿进液端至缓冲腔26方向逐渐减小。在总流量不变的前提下，第二输液通道21内的液体在经过分流段20后，所需的通道内径减小，第二输液通道21倾斜设置可以更好的适应水流流向通道尺寸变化。

一种钻孔施工工艺，采用如上所述的双通道水锤钻机；

具体施工步骤如下：

步骤一 调整连接适配件51，使高压旋转接头5与第一进液通道31连通；

步骤二 高压旋转接头5通入高压水，同时双通道水锤钻机工作，钻杆3和水锤1向前钻进，进行钻孔操作；

步骤二 在钻孔至预定深度后，停止钻孔作业；调整连接适配件51，使高压旋转接头5切换至与第二进液通道34连通；

步骤四 钻杆3和水锤1后退，同时高压旋转接头5通入注浆液，同步进行注浆操作。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双通道水锤钻机，包括旋转驱动组件、高压旋转接头、钻杆和水锤，其特征在于：

所述的钻杆包括内壳体和外壳体，所述的内壳体插入外壳体内；所述的内壳体与外壳体之间形成第一进液通道，所述的内壳体内设有沿轴向延伸的第二进液通道；所述的高压旋转接头上设有连接适配件，通过调整连接适配件，所述高压旋转接头的出口在第一进液通道和第二进液通道之间切换；

还包括设置在钻杆与水锤之间的双流转换器，所述的双流转换器包括本体，所述的本体内设有连通第一进液通道和水锤的第一输液通道；

所述的本体包括分流段，所述的分流段内设有第二容腔，所述第二容腔与第二进液通道连通；所述本体的外侧面设有若干侧向出液口，所述的侧向出液口通过第二输液通道与第二容腔连通；

所述的第一输液通道穿过分流段，并与第二容腔和第二输液通道分别错开设置。

2.根据权利要求1所述的双通道水锤钻机，其特征在于：所述的内壳体与外壳体同轴设置，且所述内壳体外侧面或外壳体的内壁设有若干用于支撑内壳体的肋板。

3.根据权利要求1所述的双通道水锤钻机，其特征在于：所述的连接适配件包括与第一进液通道对应的第一过渡接头，及与第二进液通道对应的第二过渡接头，所述的第一过渡接头和第二过渡接头分别与高压旋转接头可拆连接。

4.根据权利要求1所述的双通道水锤钻机，其特征在于：所述本体的外侧套设有与侧向出液口对应的密封套，所述的密封套由弹性材料制成。

5.根据权利要求1所述的双通道水锤钻机，其特征在于：若干所述的侧向出液口环形均匀分布在本体的外侧面，所述的第二输液通道沿径向设置。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的双通道水锤钻机，其特征在于：所述的本体内还设有第一容腔，所述的第一容腔位于水锤与分流段之间，所述的第一输液通道通过第一容腔与水锤连通；所述的第一容腔和/或第二容腔内设有单向止回结构。

7.根据权利要求6所述的双通道水锤钻机，其特征在于：所述的第一容腔和分流段之间还设有缓冲腔，所述的缓冲腔位于第一容腔和第一输液通道之间，并分别与第一容腔及第一输液通道连通。

8.根据权利要求7所述的双通道水锤钻机，其特征在于：所述的第一输液通道相对于本体的中心线倾斜设置，且所述第一输液通道中心与本体中心之间的距离沿进液端至缓冲腔方向逐渐减小。

9.根据权利要求7或8所述的双通道水锤钻机，其特征在于：所述的本体包括第一本体和第二本体，所述的第一容腔设置在第一本体内，所述的分流段设置在第二本体内，所述的第一本体和第二本体分体制造并固定连接；

所述第一本体和第二本体相对的一端分别凹腔，两个所述的凹腔共同围合成缓冲腔。

10.一种钻孔施工工艺，其特征在于：采用如权利要求1-9中任一项所述的双通道水锤钻机；

具体施工步骤如下：

步骤一 调整连接适配件，使高压旋转接头与第一进液通道连通；

步骤二 高压旋转接头通入高压水，同时双通道水锤钻机工作，钻杆和水锤向前钻进，进行钻孔操作；

步骤二 在钻孔至预定深度后，停止钻孔作业；调整连接适配件，使高压旋转接头切换至与第二进液通道连通；

步骤四 钻杆和水锤后退，同时高压旋转接头通入注浆液，同步进行注浆操作。

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