CN112942477B - 一种钢管桩遇到孤石快速的破碎工具及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钢管桩遇到孤石快速的破碎工具，包括电机、钻头组件、在钻头工作中为电机提供后坐力的固定机构；钻头组件包括：轴向设有盲孔的钻头、设置在该盲孔内腔的第二气囊、向第二气囊充气的第二进气管；钻头的周壁上开设多个开口，该开口与盲孔连通，第二气囊通过第二进气管充气后从每个开口向外膨胀，第二气囊在每个开口处形成膨胀气囊腔；电机与钻头连接，固定机构与电机或钻头连接。本发明还公开了钢管桩遇到孤石快速的施工方法。本发明当钻头进入到孤石一定深度时，给第二进气管充气，第二气囊通过开口往外膨胀，形成多个膨胀气囊腔，多个膨胀气囊腔把外界的坚硬岩石崩开，从而有效的把硬质岩石破碎成有效的小型石块。

Description

一种钢管桩遇到孤石快速的破碎工具及施工方法

技术领域

本发明涉及钢管桩施工领域，尤其涉及一种钢管桩遇到孤石快速的破碎工具及施工方法。

背景技术

传统的钢管桩遇到孤石的破碎工具及施工方法：

1.一般采用旋转钻机。旋转钻机的适用范围：用于露天矿山岩石硬度系数f≤6的岩层钻孔，同时也可钻f＝7～11的硬夹层岩石。钻进时施加回转力矩与轴压力，使钻头作旋转与进给运动，来切割岩石。

施工中存在的问题：施工工序复杂且施工中需要综合考虑众多因素。

2.当施工中遇到大孤石时，靠硬钻是很难钻的，这时采用冲击钻钻孔。冲击钻孔法的适用范围：孔径100cm～300cm，最大钻孔深度50m。

施工中存在的问题：在整个施工过程中，钻进是比较复杂的技术，因为钻进成孔质量和效率与很多因素有关，不仅与岩土层类别、钻具种类、施钻工艺有关，而且也与作业人员的操作经验、操作习惯、技术水平有关。钻具中最重要的是选择合适的钻头。选好合适的钻头后还要选择合适的钻进参数，包括钻压、钻速、洗井参数等。其中最关键的钻进参数是钻压，应按照地层的岩性和构造进行选择，初钻时应低压慢进，正常后再恒压钻进，在不同地层交界处容易产生井斜，这时应当降低钻压或减少钻头刀具数量。

目前的技术是在插打钢管桩的施工过程中遇到孤石时，根据具体工程实际情况选择旋转钻机或是选用冲击钻钻孔，这两种工艺所采用的设备体积大，因此需要选择合适的打桩船，这就耗费了大量的人力、财力、增加了施工周期。

基于此，有必要提供一种钢管桩遇到孤石快速的破碎工具及施工方法，与现有技术相比本发明装置具有便于操作，施工效率高，省去了租用大型设备所耗费的设备成本以及人工成本，缩短了施工周期。

发明内容

本发明提供了一种钢管桩遇到孤石快速的破碎工具及施工方法，当施工中遇到孤石时运用旋挖钻机或是冲击钻钻孔施工过程复杂且需要考虑众多因素的问题，避免了这些原因所引起的施工质量以及施工事故多的问题。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种钢管桩遇到孤石快速的破碎工具，包括电机、钻头组件、在钻头工作中为电机提供后坐力的固定机构；

所述钻头组件包括：轴向设有盲孔的钻头、设置在该盲孔内腔的第二气囊、向第二气囊充气的第二进气管；

所述钻头的周壁上开设多个开口，该开口与盲孔连通，第二气囊通过第二进气管充气后从每个开口向外膨胀，第二气囊在每个开口处形成膨胀气囊腔；

所述电机与钻头连接，所述固定机构与电机或钻头连接。

本发明当钻头进入到孤石一定深度时，给第二进气管充气，由于第二进气管直接连接到钻头内壁的第二气囊里面的，充气就会使其第二气囊膨胀，由于钻头侧壁上开始有开口，那么第二气囊就会通过开口往外膨胀，形成多个膨胀气囊腔，这些第二气囊膨胀出的多个膨胀气囊腔把外界的坚硬岩石崩开，从而有效的把硬质岩石破碎成有效的小型石块。

作为本发明的进一步改进，还包括接头，所述钻头穿过电机与接头连接，所述接头与固定机构连接。

作为本发明的进一步改进，所述接头由转动部和固定部组成，所述转动部和固定部之间联接，所述转动部与钻头连接，所述固定部与固定机构连接。本发明的接头能实现固定机构和电机固定、钻头相对转动，破碎工具工作时，固定机构与钢管桩的内壁固定连接，不发生转动，钻头旋转。

作为本发明的进一步改进，所述第二气囊充气后钻头停止旋转。本发明的第二进气管进气后，电机停止工作，当电机需要再次工作时，进气管放气直至第二气囊完全位于盲孔内，才能开启电机工作。

作为本发明的进一步改进，所述固定机构通过气囊膨胀与钢管桩的内壁牢靠的接触。

作为本发明的进一步改进，所述气囊膨胀后与钢管桩内壁的摩擦力大于钻头和电机工作时的后坐力。

作为本发明的进一步改进，所述固定机构包括：第一气囊、位于第一气囊内腔的通气管、向通气管输送气体的第一进气管，所述第一进气管与通气管连接，所述通气管的周壁上开设若干出气口，通气管内的气体通过出气口进入第一气囊内。

作为本发明的进一步改进，所述第二进气管依次贯穿第一气囊、接头后与钻头内的第二气囊连接。

一种钢管桩遇到孤石快速的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、将破碎工具放入钢管桩内，使钻头与孤石的表面接触，破碎工具为上述任一方案所述的钢管桩遇到孤石快速的破碎工具；

步骤二、把固定机构与钢管桩的内壁紧密接触，使破碎工具固定在钢管桩内；

步骤三、电机带动钻头钻削孤石，钻头钻入孤石内部一定深度后停止钻进；

步骤四、通过第二进气管向第二气囊充气，第二气囊从每个开口向外膨胀，在每个开口处形成膨胀气囊腔，膨胀气囊腔把孤石崩开；

步骤五、把固定机构与钢管桩内壁分离，从钢管桩内腔取出破碎工具，继续进行钢管桩施工。

作为本发明的进一步改进，步骤二固定机构与钢管桩内壁紧密接触的过程是：第一进气管向通气管输气，通气管内的气体通过出气口进入第一气囊，第一气囊膨胀后与钢管桩内壁的摩擦力大于钻头和电机工作时的后坐力。

作为本发明的进一步改进，步骤五中固定机构和钢管桩分离的过程是：第一气囊放气，固定机构与钢管桩分离。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明具有便于操作，施工效率高，省去了租用大型设备所耗费的设备成本以及人工成本，缩短了施工周期。

附图说明

图1为破碎工具的正面结构示意图；

图2为第一气囊打开后的示意图；

图3为破碎工具的剖视图；

图4为第二气囊打开的示意图。

图中，01、钢管桩的内壁；1、电机；2、钻头；3、开口；4、接头；5、通气管；6、第一气囊；7、第一进气管；8、第二进气管；9、第二气囊；10、出气口。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

实施例1：

本实施例提供了一种钢管桩遇到孤石快速的破碎工具，如图1所示，包括电机1、钻头组件、在钻头2工作中为电机1提供后坐力的固定机构；钻头组件包括：轴向设有盲孔的钻头2、设置在该盲孔内腔的第二气囊9、向第二气囊9充气的第二进气管8；钻头2的周壁上开设多个开口3，该开口3与盲孔连通，第二气囊9通过第二进气管8充气后从每个开口3向外膨胀，第二气囊9在每个开口3处形成膨胀气囊腔；电机1与钻头2连接，固定机构与电机1或钻头2连接。

本实施例当钻头2进入到孤石一定深度时，给第二进气管8充气，由于第二进气管8直接连接到钻头2内壁的第二气囊9里面的，充气就会使其第二气囊9膨胀，由于钻头2侧壁上开始有开口3，那么第二气囊9就会通过开口3往外膨胀，形成多个膨胀气囊腔，如图4所示，这些第二气囊9膨胀出的多个膨胀气囊腔把外界的坚硬岩石崩开，从而有效的把硬质岩石破碎成有效的小型石块。

本实施例的破碎工具，除了包括电机1、钻头组件、固定机构外，还包括接头4，钻头2穿过电机1与接头4连接，接头4与固定机构连接。优选接头4由转动部和固定部组成，转动部和固定部之间联接，转动部与钻头2连接，固定部与固定机构连接。本实施例的接头4能实现固定机构和电机1固定、钻头2相对转动，破碎工具工作时，固定机构与钢管桩的内壁01固定连接，不发生转动，钻头2旋转。

在本实施例中，优选第二气囊9充气后钻头2停止旋转。本实施例的第二进气管8进气后，电机1停止工作，当电机1需要再次工作时，进气管放气直至第二气囊9完全位于盲孔内，才能开启电机1工作。

如图2所示，固定机构通过气囊膨胀与钢管桩的内壁01牢靠的接触。气囊膨胀后与钢管桩内壁的摩擦力大于钻头2和电机1工作时的后坐力。固定机构包括：第一气囊6、位于第一气囊6内腔的通气管5、向通气管5输送气体的第一进气管7，第一进气管7与通气管5连接，通气管5的周壁上开设若干出气口10，通气管5内的气体通过出气口10进入第一气囊6内。

如图3所示，第二进气管8依次贯穿第一气囊6、接头4后与钻头2内的第二气囊9连接。

本实施例还公开了一种钢管桩遇到孤石快速的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、将破碎工具放入钢管桩内，使钻头2与孤石的表面接触，破碎工具为上述任一方案的钢管桩遇到孤石快速的破碎工具；

步骤二、把固定机构与钢管桩的内壁01紧密接触，使破碎工具固定在钢管桩内；

步骤三、电机1带动钻头2钻削孤石，钻头2钻入孤石内部一定深度后停止钻进；

步骤四、通过第二进气管8向第二气囊9充气，第二气囊9从每个开口3向外膨胀，在每个开口3处形成膨胀气囊腔，膨胀气囊腔把孤石崩开；

步骤五、把固定机构与钢管桩内壁分离，从钢管桩内腔取出破碎工具，继续进行钢管桩施工。

其中，步骤二固定机构与钢管桩内壁紧密接触的过程是：第一进气管7向通气管5输气，通气管5内的气体通过出气口10进入第一气囊6，第一气囊6膨胀后与钢管桩内壁的摩擦力大于钻头2和电机1工作时的后坐力。

其中，步骤五中固定机构和钢管桩分离的过程是：第一气囊6放气，固定机构与钢管桩分离。

需要说明的是，在钻头向岩石钻进时藏在里面的气囊时把钻头内部整体填塞严实。也就是说气囊在收集合拢状态下的体积近似于钻头内腔的体积，所以在开口3位置处的状态就是气囊把开口3填平的状态。为了防止第二气囊通过开口3往外膨胀时，开口3的周壁刮破第二气囊，本实施例在开口3处做圆滑或者圆弧倒角设计。

在遇到石块或者坚硬的物体之后需要破碎的时候，才把本实施例的破碎工具放下去，完成破碎任务之后就释放气压(或者吸气)，等气囊收缩到一点程度，这时就可以把整个破碎机构取出来了，再次遇到任务时再次的下放即可，再次下放时可以在陆地表面上手工把第二气囊填进原始状态。

实施例2：

在实施例1公开方案的基础上，本实施例公开了提供了一种钢管桩遇到孤石快速的破碎工具及施工方法：如图1-图4所示，首先通过电机1连接的钻头2，实现普通的冲击钻效果，把平时的钻头2进行特殊设置，对钻头2进行中心轴向开孔并在侧壁上开有开口3，此时钻头2是穿过电机的，钻头在电机的另一端设置有接头4，接头4上设置有通气管5，通气管5外侧壁上设置有第一气囊6，通气管5侧壁上开设有出气口10，通气管5的上端头设置有第一进气管7和第二进气管8.第一进气管7直接连接到通气管5内，向第一进气管7通气，气流就会进入通气管5内，然后气流就会进入通气管5的侧壁上的出气口10进入第一气囊6内，第二进气管8直接连通到钻头2内的第二气囊9内。

工作时：当遇到石块或者坚硬的岩土时，把本装置放入石块或坚硬的岩土表面，此时给第一进气管7充气，气流就会把第一气囊6膨胀开，并且沿着管桩内的侧壁形状进行打开一定的形状，此时的第一气囊6由于膨胀开的体积与管桩内壁接触，并且是很紧密的牢靠的接触，这时就会保证本装置处于固定不动的状态。并且由于高气压的充气效果，那么此时启动电机1，即启动冲击钻，电机1连接的钻头2就会转动，把石块及坚硬的岩石进行冲击钻孔，第一气囊6打开与管桩壁良好接触的目的就是保证电机1启动时带动钻头2，对于电机1有一个良好的后坐力的效果，因为冲击钻在作业时必须要有一个良好的扶持力以及良好的后座力来固定，并且对电机1还要有一个的持续的压力，才能有效的将钻头2打入或者钻入被钻的岩石内部。通过第一气囊6达到这个目的，并且持续不断的供气，就可以保证持续不断的后座力。当钻头2进入到一定深度时，给第二进气管8充气，由于第二进气管8直接连接到钻头2内壁的第二气囊9里面的，充气就会使其第二气囊9膨胀，由于钻头2侧壁上开始有开口3，那么第二气囊9就会通过开口3往外膨胀，形成多个膨胀气囊腔，就是这些个第二气囊9膨胀出的多个膨胀气囊腔把外界的坚硬岩石崩开，从而有效的把硬质岩石破碎成有效的小型石块，再顺利的进行下一步的工作。

优选接头4为快插接头，快插接头是一种外购件，比如型号为QSR-1/8-8153404德国FESTO可旋转快插接头，在通气的状态下，即能实现进气的效果，又能实现快插接头相对转动的效果，因为在钻头2转动时，会带动其他与之钻头2连接的转动，为了避免这种情况，选择该快插接头，该快插接头的下端可以相对上端在通气的状态下进行转动，所以达到我们的使用效果和目的。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种钢管桩遇到孤石快速的破碎工具，其特征在于，包括电机、钻头组件、在钻头工作中为电机提供后座力的固定机构；

所述钻头组件包括：轴向设有盲孔的钻头、设置在该盲孔内腔的第二气囊、向第二气囊充气的第二进气管；

所述钻头的周壁上开设多个开口，该开口与盲孔连通，第二气囊通过第二进气管充气后从每个开口向外膨胀，第二气囊在每个开口处形成膨胀气囊腔；

所述电机与钻头连接，所述固定机构与电机或钻头连接；

还包括接头，所述钻头穿过电机与接头连接，所述接头与固定机构连接；

所述固定机构通过气囊膨胀与钢管桩的内壁牢靠的接触；

所述气囊膨胀后与钢管桩内壁的摩擦力大于钻头和电机工作时的后座力；

所述固定机构包括：第一气囊、位于第一气囊内腔的通气管、向通气管输送气体的第一进气管，所述第一进气管与通气管连接，所述通气管的周壁上开设若干出气口，通气管内的气体通过出气口进入第一气囊内。

2.根据权利要求1所述的破碎工具，其特征在于，所述接头由转动部和固定部组成，所述转动部和固定部之间联接，所述转动部与钻头连接，所述固定部与固定机构连接。

3.根据权利要求1或2所述的破碎工具，其特征在于，所述第二气囊充气后钻头停止旋转。

4.根据权利要求1所述的破碎工具，其特征在于，所述第二进气管依次贯穿第一气囊、接头后与钻头内的第二气囊连接。

5.一种钢管桩遇到孤石快速的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、将破碎工具放入钢管桩内，使钻头与孤石的表面接触，破碎工具为权利要求1-4任一项所述的钢管桩遇到孤石快速的破碎工具；

步骤二、把固定机构与钢管桩的内壁紧密接触，使破碎工具固定在钢管桩内；

步骤三、电机带动钻头钻削孤石，钻头钻入孤石内部一定深度后停止钻进；

步骤四、通过第二进气管向第二气囊充气，第二气囊从每个开口向外膨胀，在每个开口处形成膨胀气囊腔，膨胀气囊腔把孤石崩开；

步骤五、把固定机构与钢管桩内壁分离，从钢管桩内腔取出破碎工具，继续进行钢管桩施工；

步骤二固定机构与钢管桩内壁紧密接触的过程是：第一进气管向通气管输气，通气管内的气体通过出气口进入第一气囊，第一气囊膨胀后与钢管桩内壁的摩擦力大于钻头和电机工作时的后座力。

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