CN112983282B - 一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头及其施工方法 - Google Patents

一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头及其施工方法，属于岩土打孔钻头领域。本发明的三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头，钻头采用三段可拆式结构，由下往上依次包括下段筒状先导钻头、中段锥形六翼扩孔钻头和上段锥形六翼保径钻头，利用下、中、上三段钻头实现二级碎岩扩孔钻进过程中的上、中、下三段导正作用，同时满足了扩孔的保径要求，增强了钻头的互换性与扩孔导向稳定性，具有现场操作方便、钻头互换性好、扩孔功效高、导正作用强、反循环排渣效果好和钻孔质量好等优点，比较适合于钻孔灌注桩、水文水井等大直径钻孔工程施工，在同等条件下可比普通扩孔钻头提高钻孔效率30～45％，其钻进时效可达5～15m/h，可使钻头成本降低35～69％，经济效益显著。

Description

一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头及其施工方法
技术领域
本发明涉及钻孔灌注桩、水文水井等大直径钻孔工程施工领域，更具体地说，涉及一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头及其施工方法。
背景技术
对于钻孔灌注桩、水文水井等大直径钻孔工程的施工，钻进的地层主要是第四纪沉积土层、砂砾石层、风化岩石等岩土层，钻孔深度10～300m，钻孔直径
Figure BDA0002963406070000011
由于此类工程孔的钻孔直径较大，不能一次成孔，需要预先钻进先导孔，然后经1～2次扩孔才能达到设计的钻孔直径。常规的扩孔钻进主要采用普通翼板式扩孔钻头，即在钻头体外侧直接焊接3～4个扩孔翼板(翼板上镶嵌硬质合金片)，如中国专利号ZL201620212579.2公开的“一种新型组合钻头”、中国专利申请号202010102130.1公开的“一种大直径反循环钻进多吸渣口翼状钻头及其使用方法”等，此类扩孔钻头在扩孔钻进时为单段(或两段)导正，其导正性较差，保径能力较弱，当钻具上提遇到缩径、探头石移位等情况发生时，也无法实现边扫孔边上提钻具。
为了解决上述钻具的上提问题，中国专利号ZL201810009375.2公开了“一种防止钻孔灌注桩卡钻的施工方法”，其包括以下步骤：第一步，准备钻头组件的各组成部分，钻机定位后，将钻头组件的各组成部分吊至钻机旁且方便起吊的位置；第二步，定位三翼刮刀钻头；第三步，安装配重；第四步，安装钻头连接杆和螺旋锥体；第五步，将钻机动力装置与钻头连接杆连接；第六步，检测垂直度；第七步，连接钻杆；第八步，钻头接触孔底后准备开钻。该申请案的防止钻孔灌注桩卡钻的施工方法，能够解决因塌孔、护筒砂土体剥落以及溶洞地层原因所产生卡钻问题，避免了卡钻的传统处理方式对桩基质量的影响。然而，该申请案采用配重段实现导正作用，结构设计较为复杂，加工制作难度大，且配重段由于没有硬质合金片等来破碎岩土层，其导正性和保径能力较差。此外，因扩孔翼板工作负荷大，磨损也较快，要进行整体更换钻头，致使钻孔效率低，钻头使用成本高。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有大直径扩孔钻头存在导正性和保径能力较差、钻具结构复杂、使用成本高等不足，提供一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头及其施工方法，采用本发明的技术方案，钻头采用三段式可拆式结构，由下往上依次包括下段筒状先导钻头、中段锥形六翼扩孔钻头和上段锥形六翼保径钻头，利用下、中、上三段钻头结构实现二级碎岩扩孔钻进过程中的上、中、下三段导正作用，同时满足了扩孔的保径要求，增强了钻头的互换性与扩孔导向稳定性，具有现场操作使用方便、钻头互换性好、扩孔功效高、导正作用强、反循环排渣效果好和钻孔质量好等优点，比较适合于钻孔灌注桩、水文水井等大直径钻孔工程施工。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头，包括由下往上依次连接的下段筒状先导钻头、中段锥形六翼扩孔钻头和上段锥形六翼保径钻头，其中，
所述的下段筒状先导钻头包括下段中心管和柱状钻头体，所述的下段中心管的下端固设有柱状钻头体，所述的柱状钻头体的底唇面上间隔布置有若干出水口；
所述的中段锥形六翼扩孔钻头包括中段中心管、扩孔翼板、扩孔硬质合金块、扩孔防护罩和加强板，所述的中段中心管的外壁上沿周向均匀设有6组呈辐状分布的扩孔翼板，所述的扩孔翼板的外侧下部为斜线段，中部为直线段，所述的扩孔翼板的下部斜线段和中部直线段外侧均镶焊有扩孔硬质合金块，相邻所述的扩孔翼板之间通过扩孔防护罩和加强板固定连接，所述的扩孔防护罩为设于扩孔翼板直线段处的弧形钢板，所述的加强板为设于扩孔翼板斜线段中部的水平钢板；
所述的上段锥形六翼保径钻头包括上段中心管、保径翼板、保径硬质合金块和保径防护罩，所述的上段中心管的外壁上沿周向均匀设有6组呈辐状分布的保径翼板，所述的保径翼板的外侧上部为斜线段，中部为直线段，所述的保径翼板的上部斜线段和中部直线段外侧均镶焊有保径硬质合金块，相邻所述的保径翼板之间通过保径防护罩固定连接，所述的保径防护罩为设于保径翼板直线段处的弧形钢板；
所述的中段锥形六翼扩孔钻头的最大外径与上段锥形六翼保径钻头的最大外径相等，所述的下段中心管与中段中心管之间、中段中心管与上段中心管之间、上段中心管与钻杆之间分别采用丝扣或法兰盘连接。
更进一步地，所述的柱状钻头体的外壁上沿周向均匀设有4～8组肋骨片，所述的肋骨片的侧面和柱状钻头体底唇面上均镶焊有先导硬质合金块。
更进一步地，所述的下段中心管、中段中心管和上段中心管的管径相等，下段中心管、中段中心管和上段中心管的外径均为φ89～330mm，管壁厚度均为10～20mm；所述的下段中心管、中段中心管和上段中心管连接后的总长度为1200～3800mm。
更进一步地，所述的下段筒状先导钻头的最大外径与预钻先导孔的设计直径相匹配，所述的预钻先导孔设计直径为φ200～400mm，所述的下段筒状先导钻头的柱状钻头体顶面与中段锥形六翼扩孔钻头的扩孔翼板底面距离为300～1100mm。
更进一步地，所述的扩孔翼板为梯形平板结构，且扩孔翼板与中段中心管外壁相连的长边总长度为200～1200mm，扩孔翼板的长边与短边之间的宽度为100～850mm，所述的扩孔翼板的厚度为15～30mm；所述的保径翼板为梯形平板结构，且保径翼板与上段中心管外壁相连的长边总长度为100～1000mm，保径翼板的长边与短边之间的宽度为100～850mm，所述的保径翼板的厚度为15～30mm；所述的中段锥形六翼扩孔钻头与上段锥形六翼保径钻头的最大外径均为φ400～2000mm，所述的上段锥形六翼保径钻头的保径翼板底面与中段锥形六翼扩孔钻头的扩孔翼板的顶面距离为150～800mm。
更进一步地，所述的扩孔翼板的外侧上部也为斜线段，且扩孔翼板的下部斜线段与垂直边夹角α为30°～60°，上部斜线段与垂直边夹角β为45°～70°，所述的扩孔翼板的中部直线段长度为100～300mm；所述的保径翼板的外侧下部也为斜线段，且保径翼板的下部斜线段与垂直边夹角γ为45°～70°，上部斜线段与垂直边夹角θ为45°～70°，所述的保径翼板的中部直线段长度为100～300mm。
更进一步地，所述的扩孔防护罩的宽度与扩孔翼板的中部直线段长度相等，且扩孔防护罩的厚度为10～30mm，所述的扩孔防护罩安装后所形成的外圆直径比扩孔翼板所形成的最大外圆直径小15～50mm；所述的加强板的上下宽度为30～60mm，加强板的厚度为15～35mm；所述的保径防护罩的宽度与保径翼板的中部直线段长度相等，且保径防护罩的厚度为10～30mm，所述的保径防护罩安装后所形成的外圆直径比保径翼板所形成的最大外圆直径小15～50mm。
本发明的一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头的施工方法，包括以下步骤：
1)将钻杆与下段筒状先导钻头通过丝扣或法兰盘连接起来，开动钻机加压并回转钻具，同时向孔内输送护壁泥浆，通过下段筒状先导钻头钻进先导孔，先导孔直径为φ200～400mm；
2)将下段筒状先导钻头、中段锥形六翼扩孔钻头和上段锥形六翼保径钻头依次通过丝扣或法兰盘连接起来，形成完整的钻具，并将钻杆与上段锥形六翼保径钻头的上段中心管通过丝扣或法兰盘连接起来，开动钻机加压并回转钻具，使下段筒状先导钻头进入先导孔中，同时向孔内输送护壁泥浆，中段锥形六翼扩孔钻头开始破碎岩土层进行扩孔钻进，扩孔直径为φ400～2000mm，并依靠下段筒状先导钻头的外侧面、中段锥形六翼扩孔钻头及上段锥形六翼保径钻头的中部圆柱形翼面实现扩孔的三段导正作用；
3)采用反循环排渣方式进行扩孔钻进时，开动砂石泵，通过在钻杆内孔形成负压，将中段锥形六翼扩孔钻头破碎下来的岩土渣抽吸上来，孔底泥浆裹夹着泥渣通过吸渣管进入下段筒状先导钻头的内孔，并从钻杆内孔排到地面泥浆循环系统；经沉淀池净化后的泥浆再通过钻杆与孔壁的环状间隙，以及上段锥形六翼保径钻头的保径翼板的间隙、中段锥形六翼扩孔钻头的扩孔翼板的间隙，进入孔底及下段筒状先导钻头的内孔，以此继续进行反循环排渣，致使扩孔深度不断增加；
4)扩孔完成后，当钻具上提遇到缩径、探头石移位等情况发生时，依靠上段锥形六翼保径钻头的保径翼板上部倒锥形翼面进行扫孔保径钻进，边上提钻具边回转钻进，确保全部钻具提出地面。
更进一步地，步骤2)中钻具的回转转速为40～150r/min，冲洗液泵量为80～300m3/h，钻压为10～200kN，当扩孔达到一定深度后，可依靠钻具自重加压进行扩孔钻进。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头及其施工方法，钻头采用三段式可拆式结构，由下往上依次包括下段筒状先导钻头、中段锥形六翼扩孔钻头和上段锥形六翼保径钻头，下段钻头采用柱状钻头结构，中段锥形六翼扩孔钻头的扩孔翼板下部具有进行扩孔钻进的锥形翼面，中部具有起到中段导正作用的圆柱形翼面，上段锥形六翼保径钻头的保径翼板中部具有起到扩孔保径及上段导正作用的圆柱形翼面，上部具有扫孔保径钻进以便于提钻的倒锥形翼面，依靠下段筒状先导钻头的外侧面、中段锥形六翼扩孔钻头及上段锥形六翼保径钻头的中部圆柱形翼面实现扩孔的三段导正作用，同时满足了扩孔的保径要求，增强了钻头的互换性与扩孔导向稳定性，具有现场操作使用方便、钻头互换性好、扩孔功效高、导正作用强、反循环排渣效果好和钻孔质量好等优点，比较适合于钻孔灌注桩、水文水井等大直径钻孔工程施工；
(2)本发明的一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头及其施工方法，其下段中心管、中段中心管和上段中心管连接后的总长度为1200～3800mm，扩孔钻头与保径钻头的最大外径均为φ400～2000mm，扩孔适用范围广，实用性强；
(3)本发明的一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头及其施工方法，在各类土层、砂砾石层、风化岩层中钻进大直径桩孔，在同等条件下可比普通扩孔钻头提高钻孔效率30～45％，其钻进时效可达5～15m/h，并且中段锥形六翼扩孔钻头和上段锥形六翼保径钻头的翼板所镶嵌的硬质合金块外边严重磨损后可及时更换，无需更换整个钻头，也可以根据扩孔地层条件优化扩孔钻具的组合，可使钻头成本降低35～69％，经济效益显著。
附图说明
图1为本发明的一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头的结构示意图；
图2为图1中A向的投影结构示意图；
图3为本发明中的扩孔翼板的平面结构示意图；
图4为本发明中的保径翼板的平面结构示意图。
示意图中的标号说明：
1、下段筒状先导钻头；1-1、下段中心管；1-2、柱状钻头体；1-3、肋骨片；1-4、先导硬质合金块；1-5、出水口；
2、中段锥形六翼扩孔钻头；2-1、中段中心管；2-2、扩孔翼板；2-3、扩孔硬质合金块；2-4、扩孔防护罩；2-5、加强板；
3、上段锥形六翼保径钻头；3-1、上段中心管；3-2、保径翼板；3-3、保径硬质合金块；3-4、保径防护罩。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。
本发明属于国家自然科学基金项目(项目编号：51678083)资助研究成果。结合图1所示，本发明的一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头，包括由下往上依次连接的下段筒状先导钻头1、中段锥形六翼扩孔钻头2和上段锥形六翼保径钻头3，下段筒状先导钻头1、中段锥形六翼扩孔钻头2和上段锥形六翼保径钻头3采用可拆式结构连接，能够组成钻具整体，三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头也可根据扩孔岩层的情况来优化组合使用。其中，
下段筒状先导钻头1包括下段中心管1-1和柱状钻头体1-2，下段中心管1-1的下端固设有柱状钻头体1-2，柱状钻头体1-2的底唇面上间隔布置有若干出水口1-5。如果岩层比较稳定，先导孔钻进时不宜发生缩径及泥包钻头的现象，柱状钻头体1-2可以选用普通硬质合金柱状钻头。在本发明中，柱状钻头体1-2的外壁上沿周向均匀设有4～8组肋骨片1-3，肋骨片1-3的侧面、底面以及柱状钻头体1-2底唇面上均镶焊有先导硬质合金块1-4。肋骨片1-3的底面最好与柱状钻头体1-2的底唇面齐平，出水口1-5优选间隔设于相邻肋骨片1-3之间。采用带有肋骨片1-3的柱状钻头体1-2，先导孔钻进过程中能够有效破碎岩土，且柱状的钻头体在钻进过程中能够起到非常好的先导导正作用。下段筒状先导钻头1的外径与先导孔直径相匹配，因此可选用下段筒状先导钻头1进行先导孔钻进成孔。预钻先导孔设计直径设计为φ200～400mm，具体可根据钻杆最大外径、二级碎岩先导孔直径所占的比例等进行确定。下段筒状先导钻头1的柱状钻头体1-2顶面与中段锥形六翼扩孔钻头2的扩孔翼板2-2底面距离为300～1100mm，具体可根据扩孔钻进所需的导正间距要求确定。扩孔钻进时，下段筒状先导钻头1始终处于先导钻孔中起到扩孔的下段导正作用。
中段锥形六翼扩孔钻头2包括中段中心管2-1、扩孔翼板2-2、扩孔硬质合金块2-3、扩孔防护罩2-4和加强板2-5，中段中心管2-1的外壁上沿周向均匀设有6组呈辐状分布的扩孔翼板2-2，扩孔翼板2-2的外侧下部为斜线段，中部为直线段，扩孔翼板2-2的下部斜线段和中部直线段外侧均镶焊有扩孔硬质合金块2-3，相邻扩孔翼板2-2之间通过扩孔防护罩2-4和加强板2-5固定连接，扩孔防护罩2-4为设于扩孔翼板2-2直线段处的弧形钢板，加强板2-5为设于扩孔翼板2-2斜线段中部的水平钢板。具体地，扩孔翼板2-2为梯形平板结构，且扩孔翼板2-2与中段中心管2-1外壁相连的长边总长度为200～1200mm，扩孔翼板2-2的长边与短边之间的宽度为100～850mm，扩孔翼板2-2的总长度尺寸优选略大于其宽度尺寸，扩孔翼板2-2的宽度为扩孔直径与中段中心管2-1外径差值的一半，具体由二级碎岩的扩孔尺寸确定。扩孔翼板2-2的厚度优选为15～30mm。6组扩孔翼板2-2均沿中段中心管2-1的径向等间隔布置，并由扩孔防护罩2-4和加强板2-5进行限位与加强固定，扩孔翼板2-2与中段中心管2-1、扩孔防护罩2-4及加强板2-5均采用焊接方法进行安装固定，扩孔翼板2-2安装后所形成的最大外圆直径为φ400～2000mm，在扩孔翼板2-2的下部与中部外侧均镶焊硬质合金块，扩孔钻进时，扩孔翼板2-2的下部锥形翼面进行扩孔钻进，而扩孔翼板2-2的中部圆柱形翼面起到扩孔的中段导正作用。如图3所示，扩孔翼板2-2的外侧上部也为斜线段，且扩孔翼板2-2的下部斜线段与垂直边夹角α为30°～60°，上部斜线段与垂直边夹角β为45°～70°，扩孔翼板2-2的中部直线段长度为100～300mm，采用上述结构的扩孔翼板2-2，扩孔翼板2-2在中段中心管2-1上的安装更加牢固稳定，扩孔翼板2-2下部锥形翼面的扩孔效率更高，中部圆柱形翼面导正效果更好。扩孔防护罩2-4可采用圆弧形钢板带制成，优选地，扩孔防护罩2-4的宽度与扩孔翼板2-2的中部直线段长度相等，即为100～300mm，且扩孔防护罩2-4的厚度为10～30mm，扩孔防护罩2-4安装后所形成的外圆直径比扩孔翼板2-2所形成的最大外圆直径小15～50mm，不会干扰扩孔翼板2-2的正常扩孔钻进。加强板2-5可采用矩形钢板条制成，加强板2-5的上下宽度为30～60mm，加强板2-5的厚度为15～35mm，加强板2-5一般安装在扩孔翼板2-2下部斜线段的1/2处，以对扩孔翼板2-2形成支撑作用；应当理解，加强板2-5也不应突出扩孔翼板2-2的下部斜线段。通过上述扩孔防护罩2-4和加强板2-5设计，使得中段锥形六翼扩孔钻头2的整体结构强度更高，扩孔作业更加高效，且利于反循环快速排渣。
上段锥形六翼保径钻头3包括上段中心管3-1、保径翼板3-2、保径硬质合金块3-3和保径防护罩3-4，上段中心管3-1的外壁上沿周向均匀设有6组呈辐状分布的保径翼板3-2，保径翼板3-2的外侧上部为斜线段，中部为直线段，保径翼板3-2的上部斜线段和中部直线段外侧均镶焊有保径硬质合金块3-3，相邻保径翼板3-2之间通过保径防护罩3-4固定连接，保径防护罩3-4为设于保径翼板3-2直线段处的弧形钢板。具体地，保径翼板3-2为梯形平板结构，且保径翼板3-2与上段中心管3-1外壁相连的长边总长度为100～1000mm，保径翼板3-2的长边与短边之间的宽度为100～850mm，保径翼板3-2的宽度为扩孔直径与上段中心管3-1外径差值的一半，具体由二级碎岩的扩孔尺寸确定。保径翼板3-2的厚度优选为15～30mm。6组保径翼板3-2均沿上段中心管3-1的径向等间隔布置，并由保径防护罩3-4进行限位与加强固定，保径翼板3-2与上段中心管3-1、保径防护罩3-4均采用焊接方法进行安装固定。中段锥形六翼扩孔钻头2的最大外径与上段锥形六翼保径钻头3的最大外径相等，也就是说，保径翼板3-2安装后所形成的最大外圆直径也为φ400～2000mm，在保径翼板3-2的上部与中部外侧均镶焊硬质合金块，扩孔钻进时，保径翼板3-2的中部圆柱形翼面起到扩孔的保径及上段导正作用。扩孔完成后，当钻具上提如遇到缩径、探头石移位等情况发生时，依靠保径翼板3-2的上部倒锥形翼面进行扫孔保径钻进，即边上提钻具边回转钻进，以确保全部钻具提出地面。如图4所示，保径翼板3-2的外侧下部也为斜线段，且保径翼板3-2的下部斜线段与垂直边夹角γ为45°～70°，上部斜线段与垂直边夹角θ为45°～70°，保径翼板3-2的中部直线段长度为100～300mm。进一步地，保径翼板3-2可采用等腰梯形结构。保径防护罩3-4的结构与扩孔防护罩2-4的结构相同，也采用圆弧形钢板带制成，优选地，保径防护罩3-4的宽度与保径翼板3-2的中部直线段长度相等，即为100～300mm，且保径防护罩3-4的厚度为10～30mm，保径防护罩3-4安装后所形成的外圆直径比保径翼板3-2所形成的最大外圆直径小15～50mm。上段锥形六翼保径钻头3的保径翼板3-2底面与中段锥形六翼扩孔钻头2的扩孔翼板2-2的顶面距离优选为150～800mm，具体可根据扩孔钻进所需的导正间距要求确定。采用上述结构的保径翼板3-2，使得上段锥形六翼保径钻头3的整体结构强度更高，利用扩孔上段导正，同时在钻具上提过程中能够有效进行扫孔保径。
下段中心管1-1与中段中心管2-1之间、中段中心管2-1与上段中心管3-1之间、上段中心管3-1与钻杆之间分别采用丝扣或法兰盘连接。下段中心管1-1、中段中心管2-1和上段中心管3-1的管径相等，下段中心管1-1、中段中心管2-1和上段中心管3-1的外径均为φ89～330mm，优选采用厚壁无缝钢管制作，管壁厚度均为10～20mm；下段中心管1-1、中段中心管2-1和上段中心管3-1连接后的总长度为1200～3800mm。如果各段中心管之间采用法兰盘连接，其法兰盘外径应比先导钻孔设计直径小15～30mm。在本发明中，可以根据扩孔地层条件、扩孔孔径等优化三段中心管连接及钻具的组合，如果扩孔钻进的地层稳定，扩孔孔径较小，不会出现缩径问题，孔壁也没有探头石，依靠下段筒状先导钻头1和中段锥形六翼扩孔钻头2即可满足扩孔导正的要求，可以去掉上段锥形六翼保径钻头3。
下段筒状先导钻头1、中段锥形六翼扩孔钻头2和上段锥形六翼保径钻头3所镶焊的硬质合金块形状可为片状、四方柱状、八角柱状等，下段筒状先导钻头1的肋骨片1-3侧面、中段锥形六翼扩孔钻头2的扩孔翼板2-2的中部与下部侧面、上段锥形六翼保径钻头3的保径翼板3-2的上部与中部侧面为钻头顺时针回转的直接接触岩土层一侧，为硬质合金块的主要镶焊侧面，以利于破碎岩土层。在碎岩过程中，如硬质合金块发生轻度磨损，通过及时修磨可继续使用；如硬质合金块发生重度磨损，可及时更换新的硬质合金块，以延长该三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头的使用寿命。
本发明还公开了一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头的施工方法，包括以下步骤：
1)将钻杆与下段筒状先导钻头1通过丝扣或法兰盘连接起来，开动钻机加压并回转钻具，同时向孔内输送护壁泥浆，通过下段筒状先导钻头1钻进先导孔，先导孔直径为φ200～400mm；
2)将下段筒状先导钻头1、中段锥形六翼扩孔钻头2和上段锥形六翼保径钻头3依次通过丝扣或法兰盘连接起来，形成完整的钻具，并将钻杆与上段锥形六翼保径钻头3的上段中心管3-1通过丝扣或法兰盘连接起来，开动钻机加压并回转钻具，使下段筒状先导钻头1进入先导孔中，同时向孔内输送护壁泥浆，中段锥形六翼扩孔钻头2开始破碎岩土层进行扩孔钻进，扩孔直径为φ400～2000mm，并依靠下段筒状先导钻头1的外侧面、中段锥形六翼扩孔钻头2及上段锥形六翼保径钻头3的中部圆柱形翼面实现扩孔的三段导正作用；
3)采用反循环排渣方式进行扩孔钻进时，开动砂石泵，通过在钻杆内孔形成负压，将中段锥形六翼扩孔钻头2破碎下来的岩土渣抽吸上来，孔底泥浆裹夹着泥渣通过吸渣管进入下段筒状先导钻头1的内孔，并从钻杆内孔排到地面泥浆循环系统；经沉淀池净化后的泥浆再通过钻杆与孔壁的环状间隙，以及上段锥形六翼保径钻头3的保径翼板3-2的间隙、中段锥形六翼扩孔钻头2的扩孔翼板2-2的间隙，进入孔底及下段筒状先导钻头1的内孔，以此继续进行反循环排渣，致使扩孔深度不断增加；
4)扩孔完成后，当钻具上提遇到缩径、探头石移位等情况发生时，依靠上段锥形六翼保径钻头3的保径翼板3-2上部倒锥形翼面进行扫孔保径钻进，边上提钻具边回转钻进，确保全部钻具提出地面。
本发明的一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头的施工方法，步骤2)中钻具的回转转速为40～150r/min，冲洗液泵量为80～300m3/h，钻压为10～200kN，当扩孔达到一定深度后，可依靠钻具自重加压进行扩孔钻进。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
[实施例1]
某钻孔灌注桩工程钻孔直径
Figure BDA0002963406070000081
钻进地层主要是第四纪、第三纪土层及泥岩风化带，钻孔深度60m。选用本发明的三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头进行钻孔工程施工，二级碎岩成孔，先导孔直径为
Figure BDA0002963406070000091
扩孔直径为
Figure BDA0002963406070000092
选用厚壁无缝钢管作为钻具的中心管，中心管外径为φ241mm(9.5″无缝钢管)，管壁厚度15mm，各段钻头体的中心管之间采用法兰盘连接(法兰盘外径为
Figure BDA0002963406070000093
比先导钻孔设计直径小30mm)，上、中、下三段中心管的长度分别为760mm、900mm、340mm，三段中心管连接后的总长度为2000mm。
下段筒状先导钻头1选用6肋骨片1-3硬质合金柱状钻头体1-2，由下段中心管1-1、柱状钻头体1-2、肋骨片1-3、先导硬质合金块1-4组成，柱状钻头体1-2为φ280mm无缝钢管，其壁厚为25mm，柱状钻头体1-2高度为300mm，肋骨片1-3为扁钢带，其长度70mm，宽度40mm，厚度30mm，6组肋骨片1-3等间隔焊接在柱状钻头体1-2的底部侧面，并与钻头底唇面齐平，然后在钻头体唇面、肋骨片1-3的底面及侧面均镶嵌先导硬质合金块1-4，在相邻两个肋骨片1-3中间开设1个出水口1-5(出水口1-5宽度30mm，高度40mm)，共布置6个出水口1-5，下段筒状先导钻头1的最大外径为
Figure BDA0002963406070000094
(与先导孔设计直径相匹配)，下段筒状先导钻头1的柱状钻头体1-2上端与下段中心管1-1的底端采用梯形螺纹连接，扩孔钻进时，下段筒状先导钻头1始终处于先导钻孔中起到扩孔的下段导正作用。
中段锥形六翼扩孔钻头2由中段中心管2-1、加强板2-5、扩孔翼板2-2、扩孔硬质合金块2-3、扩孔防护罩2-4等组成，扩孔翼板2-2为偏梯形，其下部与上部均为斜线状(确定下部的斜线长度为552mm，该边与垂直边夹角为43.5°；上部的斜线长度为408mm，该边与垂直边夹角为68.5°)，中部为直线状(确定直线段长度为200mm)，扩孔翼板2-2长边的总长度为750mm，扩孔翼板2-2的宽度为380mm，扩孔翼板2-2的厚度为20mm，6组扩孔翼板2-2等间隔布置在中段中心管2-1的外侧，并由扩孔防护罩2-4和加强板2-5进行限位与加强固定，扩孔翼板2-2与中段中心管2-1、扩孔防护罩2-4及加强板2-5等均采用焊接方法进行安装固定，扩孔防护罩2-4为圆弧形钢板带(钢板带宽度为200mm，钢板带厚度20mm，钢板带安装后所形成的外圆直径为975mm(比扩孔翼板2-2所形成的最大外圆直径小25mm)，加强板2-5为矩形钢板条(钢板条宽度45mm，厚度20mm，安装在扩孔翼板2-2下部斜线段的1/2处，以对扩孔翼板2-2形成支撑作用)，扩孔翼板2-2安装后所形成最大外圆直径φ1000mm，在扩孔翼板2-2的下部与中部外侧均镶焊扩孔硬质合金块2-3，扩孔钻进时，扩孔翼板2-2的下部锥形翼面进行扩孔钻进，扩孔翼板2-2的中部圆柱形翼面起到扩孔的中段导正作用。
上段锥形六翼保径钻头3由上段中心管3-1、保径翼板3-2、保径硬质合金块3-3和保径防护罩3-4组成，保径翼板3-2为等腰梯形，其下部与上部均为斜线状(斜线长度为408mm，两个斜边与垂直边夹角均为68.5°)，中部为直线状(直线段长度为200mm)，保径翼板3-2总长度为500mm，宽度为380mm，保径翼板3-2的厚度为20mm，6组保径翼板3-2等间隔布置在上段中心管3-1的外侧，并由保径防护罩3-4进行限位与加强固定，保径翼板3-2与上段中心管3-1、保径防护罩3-4等均采用焊接方法进行安装固定，保径防护罩3-4为圆弧形钢板带，钢板带宽度为200mm，钢板带厚度20mm，钢板带安装后所形成的外圆直径为975mm(比保径翼板3-2所形成的最大外圆直径小25mm)，保径翼板3-2安装后所形成的最大外圆直径为φ1000mm，在保径翼板3-2的上部与中部外侧均镶焊保径硬质合金块3-3，扩孔钻进时，保径翼板3-2的中部圆柱形翼面起到扩孔的保径及上段导正作用。扩孔完成后，当钻具上提如遇到缩径、探头石移位等情况发生时，依靠保径翼板3-2的上部倒锥形翼面进行扫孔保径钻进，即边上提钻具边回转钻进，以确保全部钻具提出地面。
下段筒状先导钻头1、中段锥形六翼扩孔钻头2所镶焊的硬质合金块形状为八角柱状，上段锥形六翼保径钻头3所镶焊的硬质合金块形状为四方柱状，下段筒状先导钻头1的肋骨片1-3侧面、中段锥形六翼扩孔钻头2扩孔翼板2-2的中部与下部侧面、上段锥形六翼保径钻头3的保径翼板3-2的上部与中部侧面为钻头顺时针回转的直接接触岩土层一侧，为硬质合金块的主要镶焊侧面，以利于破碎岩土层。
本实施例的一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头的施工方法，具体步骤如下：
1)制作好下段筒状先导钻头1，将钻杆(公称直径φ241mm)与下段筒状先导钻头1通过法兰盘(法兰盘外径为
Figure BDA0002963406070000101
)连接起来，开动钻机加压并回转钻具，钻具回转转速为120r/min，冲洗液泵量为120m3/h，施加钻压150kN，同时向孔内输送护壁泥浆(泥浆为正循环)，通过下段筒状先导钻头1钻进先导钻孔，先导孔直径为φ350mm，钻进深度为60m；
2)制作好中段锥形六翼扩孔钻头2和上段锥形六翼保径钻头3，通过丝扣(或法兰盘)将下段筒状先导钻头1、中段锥形六翼扩孔钻头2和上段锥形六翼保径钻头3连接成钻具整体，下段筒状先导钻头1的柱状钻头体1-2的顶面距离中段锥形六翼扩孔钻头2的扩孔翼板2-2的底面距离为415mm，上段锥形六翼保径钻头3的保径翼板3-2的底面距离中段锥形六翼扩孔钻头2的扩孔翼板2-2的顶面为205mm。将钻杆(公称直径φ241mm)与上段锥形六翼保径钻头3的上段中心管3-1上端用法兰盘(法兰盘外径为
Figure BDA0002963406070000102
)连接起来。开动钻机加压并回转钻具，使下段筒状先导钻头1进入先导钻孔中，同时向孔内输送护壁泥浆，中段锥形六翼扩孔钻头2开始破碎岩土层进行扩孔钻进，扩孔直径为φ1000mm，并依靠下段筒状先导钻头1的外侧面、中段锥形六翼扩孔钻头2及上段锥形六翼保径钻头3的中部圆柱形翼面实现扩孔的三段导正作用；
3)采用反循环排渣方式进行扩孔钻进时，开动砂石泵，通过在钻杆内孔形成的负压，即钻杆内孔产生一定的真空度，将中段锥形六翼扩孔钻头2破碎下来的岩土渣抽吸上来，此时，孔底泥浆裹夹着泥渣通过吸渣管进入下段筒状先导钻头1的内孔，并从钻杆内孔排到地面泥浆循环系统；经沉淀池净化后的泥浆再通过钻杆与孔壁的环状间隙，以及上段锥形六翼保径钻头3的保径翼板3-2的间隙、中段锥形六翼扩孔钻头2的扩孔翼板2-2的间隙，进入孔底及下段筒状先导钻头1的内孔，以此继续进行反循环排渣，致使扩孔深度不断增加。扩孔反循环钻进参数为：回转转速75r/min，冲洗液泵量200m3/h，钻压100kN，当扩孔达到30m深度后，可依靠钻具自重加压进行扩孔钻进，直至扩孔深度达到60m；
4)扩孔完成后，当钻具上提遇到了泥岩缩径及探头石移位等情况发生，回转扩孔钻具，依靠上段锥形六翼保径钻头3的保径翼板3-2的上部倒锥形翼面进行扫孔保径钻进，即边上提钻具边回转钻进，确保全部钻具提出了地面。
该钻孔灌注桩工程钻孔扩孔钻进总时间为4h，扩孔钻进时效达到了15m/h，经检测孔内没有沉渣，孔壁规整。一个钻孔结束后，整个钻头没有发生任何磨损现象。与采用常规钻头钻进相比，钻进效率提高了45％，钻进成本降低了69％，经济效益显著。
[实施例2]
某钻孔灌注桩工程钻孔直径
Figure BDA0002963406070000111
钻进地层主要是第四纪、第三纪土层、泥页岩、砂岩，钻孔深度80m(进入微风化砂岩2m)。选用本发明的三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头进行钻孔工程施工，二级碎岩成孔，先导孔直径为
Figure BDA0002963406070000112
扩孔直径为
Figure BDA0002963406070000113
选用厚壁无缝钢管作为钻具的中心管，中心管外径为φ330mm(13″无缝钢管)，管壁厚度20mm，各段钻头体的中心管之间采用法兰盘连接(法兰盘外径为
Figure BDA0002963406070000114
比先导钻孔设计直径小15mm)，上、中、下三段中心管的长度分别为1200mm、2000mm、600mm，三段中心管连接后的总长度为3800mm。
下段筒状先导钻头1选用8肋骨片1-3硬质合金柱状钻头体1-2，由下段中心管1-1、柱状钻头体1-2、肋骨片1-3、先导硬质合金块1-4组成，柱状钻头体1-2为φ330mm无缝钢管，其壁厚为25mm，柱状钻头体1-2高度为450mm，肋骨片1-3为扁钢带，其长度80mm，宽度45mm，厚度30mm，8组肋骨片1-3等间隔焊接在柱状钻头体1-2的底部侧面，并与钻头底唇面齐平，然后在钻头体唇面、肋骨片1-3的底面及侧面均镶嵌先导硬质合金块1-4，在相邻两个肋骨片1-3中间开设1个出水口1-5(出水口1-5宽度40mm，高度45mm)，共布置8个出水口1-5，下段筒状先导钻头1的最大外径为
Figure BDA0002963406070000115
(与先导孔设计直径相匹配)，下段筒状先导钻头1的柱状钻头体1-2上端与下段中心管1-1的底端采用梯形螺纹连接，扩孔钻进时，下段筒状先导钻头1始终处于先导钻孔中起到扩孔的下段导正作用。
中段锥形六翼扩孔钻头2由中段中心管2-1、加强板2-5、扩孔翼板2-2、扩孔硬质合金块2-3、扩孔防护罩2-4等组成，扩孔翼板2-2为偏梯形，其下部与上部均为斜线状(确定下部的斜线长度为960mm，该边与垂直边夹角为60°；上部的斜线长度为883mm，该边与垂直边夹角为70°)，中部为直线状(确定直线段长度为300mm)，扩孔翼板2-2长边的总长度为1085mm，扩孔翼板2-2的宽度为830mm，扩孔翼板2-2的厚度为30mm，6组扩孔翼板2-2等间隔布置在中段中心管2-1的外侧，并由扩孔防护罩2-4和加强板2-5进行限位与加强固定，扩孔翼板2-2与中段中心管2-1、扩孔防护罩2-4及加强板2-5等均采用焊接方法进行安装固定，扩孔防护罩2-4为圆弧形钢板带(钢板带宽度为300mm，钢板带厚度30mm，钢板带安装后所形成的外圆直径为1950mm(比扩孔翼板2-2所形成的最大外圆直径小50mm)，加强板2-5为矩形钢板条(钢板条宽度60mm，厚度35mm，安装在扩孔翼板2-2下部斜线段的1/2处，以对扩孔翼板2-2形成支撑作用)，扩孔翼板2-2安装后所形成最大外圆直径φ2000mm，在扩孔翼板2-2的下部与中部外侧均镶焊扩孔硬质合金块2-3，扩孔钻进时，扩孔翼板2-2的下部锥形翼面进行扩孔钻进，扩孔翼板2-2的中部圆柱形翼面起到扩孔的中段导正作用。
上段锥形六翼保径钻头3由上段中心管3-1、保径翼板3-2、保径硬质合金块3-3和保径防护罩3-4组成，保径翼板3-2为等腰梯形，其下部与上部均为斜线状(斜线长度为883mm，两个斜边与垂直边夹角均为70°)，中部为直线状(直线段长度为300mm)，保径翼板3-2总长度为905mm，宽度为830mm，保径翼板3-2的厚度为30mm，6组保径翼板3-2等间隔布置在上段中心管3-1的外侧，并由保径防护罩3-4进行限位与加强固定，保径翼板3-2与上段中心管3-1、保径防护罩3-4等均采用焊接方法进行安装固定，保径防护罩3-4为圆弧形钢板带，钢板带宽度为300mm，钢板带厚度30mm，钢板带安装后所形成的外圆直径为1950mm(比保径翼板3-2所形成的最大外圆直径小50mm)，保径翼板3-2安装后所形成的最大外圆直径为φ2000mm，在保径翼板3-2的上部与中部外侧均镶焊保径硬质合金块3-3，扩孔钻进时，保径翼板3-2的中部圆柱形翼面起到扩孔的保径及上段导正作用。扩孔完成后，当钻具上提如遇到缩径、探头石移位等情况发生时，依靠保径翼板3-2的上部倒锥形翼面进行扫孔保径钻进，即边上提钻具边回转钻进，以确保全部钻具提出地面。
下段筒状先导钻头1、中段锥形六翼扩孔钻头2所镶焊的硬质合金块形状为八角柱状，上段锥形六翼保径钻头3所镶焊的硬质合金块形状为四方柱状，下段筒状先导钻头1的肋骨片1-3侧面、中段锥形六翼扩孔钻头2扩孔翼板2-2的中部与下部侧面、上段锥形六翼保径钻头3的保径翼板3-2的上部与中部侧面为钻头顺时针回转的直接接触岩土层一侧，为硬质合金块的主要镶焊侧面，以利于破碎岩土层。
本实施例的一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头的施工方法，具体步骤如下：
1)制作好下段筒状先导钻头1，将钻杆(公称直径φ330mm)与下段筒状先导钻头1通过法兰盘(法兰盘外径为
Figure BDA0002963406070000121
)连接起来，开动钻机加压并回转钻具，钻具回转转速为100r/min，冲洗液泵量为200m3/h，施加钻压180kN，同时向孔内输送护壁泥浆(泥浆为正循环)，通过下段筒状先导钻头1钻进先导钻孔，先导孔直径为φ400mm，钻进深度为80m；
2)制作好中段锥形六翼扩孔钻头2和上段锥形六翼保径钻头3，通过丝扣(或法兰盘)将下段筒状先导钻头1、中段锥形六翼扩孔钻头2和上段锥形六翼保径钻头3连接成钻具整体，下段筒状先导钻头1的柱状钻头体1-2的顶面距离中段锥形六翼扩孔钻头2的扩孔翼板2-2的底面距离为1050mm，上段锥形六翼保径钻头3的保径翼板3-2的底面距离中段锥形六翼扩孔钻头2的扩孔翼板2-2的顶面为600mm。将钻杆(公称直径φ330mm)与上段锥形六翼保径钻头3的上段中心管3-1上端用法兰盘(法兰盘外径为
Figure BDA0002963406070000131
)连接起来。开动钻机加压并回转钻具，使下段筒状先导钻头1进入先导钻孔中，同时向孔内输送护壁泥浆，中段锥形六翼扩孔钻头2开始破碎岩土层进行扩孔钻进，扩孔直径为φ2000mm，并依靠下段筒状先导钻头1的外侧面、中段锥形六翼扩孔钻头2及上段锥形六翼保径钻头3的中部圆柱形翼面实现扩孔的三段导正作用；
3)采用反循环排渣方式进行扩孔钻进时，开动砂石泵，通过在钻杆内孔形成的负压，即钻杆内孔产生一定的真空度，将中段锥形六翼扩孔钻头2破碎下来的岩土渣抽吸上来，此时，孔底泥浆裹夹着泥渣通过吸渣管进入下段筒状先导钻头1的内孔，并从钻杆内孔排到地面泥浆循环系统；经沉淀池净化后的泥浆再通过钻杆与孔壁的环状间隙，以及上段锥形六翼保径钻头3的保径翼板3-2的间隙、中段锥形六翼扩孔钻头2的扩孔翼板2-2的间隙，进入孔底及段筒状先导钻头1的内孔，以此继续进行反循环排渣，致使扩孔深度不断增加。扩孔反循环钻进参数为：回转转速40r/min，冲洗液泵量300m3/h，钻压200kN，当扩孔达到50m深度后，可依靠钻具自重加压进行扩孔钻进，直至扩孔深度达到80m；
4)扩孔完成后，当钻具上提遇到了泥页岩缩径及探头石移位等情况发生，回转扩孔钻具，依靠上段锥形六翼保径钻头3的保径翼板3-2的上部倒锥形翼面进行扫孔保径钻进，即边上提钻具边回转钻进，确保全部钻具提出了地面。
该钻孔灌注桩工程钻孔扩孔钻进总时间为15h，扩孔钻进时效达到了5.3m/h，经检测孔内没有沉渣，孔壁规整。一个钻孔结束后，整个钻头没有发生任何磨损现象。与采用常规钻头钻进相比，钻进效率提高了30％，钻进成本降低了35％，经济效益比较显著。
[实施例3]
某水文水井钻孔直径
Figure BDA0002963406070000132
钻进地层主要是砂岩、石灰岩等地层，钻孔深度150m(进入微风化石灰岩3m)。选用本发明的三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头进行钻孔工程施工，二级碎岩成孔，先导孔直径为
Figure BDA0002963406070000133
扩孔直径为
Figure BDA0002963406070000134
选用厚壁无缝钢管作为钻具的中心管，中心管外径为φ89mm(3.5″无缝钢管)，管壁厚度为10mm，各段钻头体的中心管之间采用梯形丝扣连接，上、中、下三段中心管的长度分别为400mm、600mm、200mm，三段中心管连接后的总长度为1200mm。
下段筒状先导钻头1选用普通硬质合金柱状钻头(不带肋骨片)，由下段中心管1-1、柱状钻头体1-2、先导硬质合金块1-4组成，柱状钻头体1-2为φ190mm无缝钢管，其壁厚为10mm，钻头体高度为200mm，然后在钻头体唇面及底部侧面均镶嵌先导硬质合金块1-4，间隔开设6个出水口1-5(每个出水口1-5宽度20mm，高度30mm)，下段筒状先导钻头1的最大外径为
Figure BDA0002963406070000141
(与先导孔设计直径相匹配)，下段筒状先导钻头1的柱状钻头体1-2上端通过变径接头与下段中心管1-1的底端采用梯形螺纹连接，扩孔钻进时，下段筒状先导钻头1始终处于先导钻孔中起到扩孔的下段导正作用。
中段锥形六翼扩孔钻头2由中段中心管2-1、加强板2-5、扩孔翼板2-2、扩孔硬质合金块2-3、扩孔防护罩2-4等组成，扩孔翼板2-2为偏梯形，其下部与上部均为斜线状(确定下部的斜线长度为220mm，该边与垂直边夹角为45°；上部的斜线长度为180mm，该边与垂直边夹角为60°)，中部为直线状(确定直线段长度为100mm)，扩孔翼板2-2长边的总长度为345mm，扩孔翼板2-2的宽度为155mm，扩孔翼板2-2的厚度为15mm，6组扩孔翼板2-2等间隔布置在中段中心管2-1的外侧，并由扩孔防护罩2-4和加强板2-5进行限位与加强固定，扩孔翼板2-2与中段中心管2-1、扩孔防护罩2-4及加强板2-5等均采用焊接方法进行安装固定，扩孔防护罩2-4为圆弧形钢板带(钢板带宽度为100mm，钢板带厚度10mm，钢板带安装后所形成的外圆直径为380mm(比扩孔翼板2-2所形成的最大外圆直径小20mm)，加强板2-5为矩形钢板条(钢板条宽度30mm，厚度15mm，安装在扩孔翼板2-2下部斜线段的1/2处，以对扩孔翼板2-2形成支撑作用)，扩孔翼板2-2安装后所形成最大外圆直径φ400mm，在扩孔翼板2-2的下部与中部外侧均镶焊扩孔硬质合金块2-3，扩孔钻进时，扩孔翼板2-2的下部锥形翼面进行扩孔钻进，扩孔翼板2-2的中部圆柱形翼面起到扩孔的中段导正作用。
上段锥形六翼保径钻头3由上段中心管3-1、保径翼板3-2、保径硬质合金块3-3和保径防护罩3-4组成，保径翼板3-2为等腰梯形，其下部与上部均为斜线状(斜线长度为180mm，两个斜边与垂直边夹角均为60°)，中部为直线状(直线段长度为100mm)，保径翼板3-2总长度为280mm，宽度为155mm，保径翼板3-2的厚度为15mm，6组保径翼板3-2等间隔布置在上段中心管3-1的外侧，并由保径防护罩3-4进行限位与加强固定，保径翼板3-2与上段中心管3-1、保径防护罩3-4等均采用焊接方法进行安装固定，保径防护罩3-4为圆弧形钢板带，钢板带宽度为100mm，钢板带厚度10mm，钢板带安装后所形成的外圆直径为380mm(比保径翼板3-2所形成的最大外圆直径小20mm)，保径翼板3-2安装后所形成的最大外圆直径为φ400mm，在保径翼板3-2的上部与中部外侧均镶焊保径硬质合金块3-3，扩孔钻进时，保径翼板3-2的中部圆柱形翼面起到扩孔的保径及上段导正作用。扩孔完成后，当钻具上提如遇到缩径、探头石移位等情况发生时，依靠保径翼板3-2的上部倒锥形翼面进行扫孔保径钻进，即边上提钻具边回转钻进，以确保全部钻具提出地面。
下段筒状先导钻头1、中段锥形六翼扩孔钻头2所镶焊的硬质合金块形状为四方柱状，上段锥形六翼保径钻头3所镶焊的硬质合金块形状为片状，下段筒状先导钻头1的肋骨片1-3侧面、中段锥形六翼扩孔钻头2扩孔翼板2-2的中部与下部侧面、上段锥形六翼保径钻头3的保径翼板3-2的上部与中部侧面为钻头顺时针回转的直接接触岩土层一侧，为硬质合金块的主要镶焊侧面，以利于破碎岩土层。
本实施例的一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头的施工方法，具体步骤如下：
1)制作好下段筒状先导钻头1，将钻杆(公称直径φ89mm)与下段筒状先导钻头1通过变径接头采用梯形丝扣连接起来，开动钻机加压并回转钻具，钻具回转转速为150r/min，冲洗液泵量为80m3/h，施加钻压10kN，同时向孔内输送护壁泥浆(泥浆为正循环)，通过下段筒状先导钻头1钻进先导钻孔，先导孔直径为φ200mm，钻进深度为150m；
2)制作好中段锥形六翼扩孔钻头2和上段锥形六翼保径钻头3，通过梯形丝扣将下段筒状先导钻头1、中段锥形六翼扩孔钻头2和上段锥形六翼保径钻头3连接成钻具整体，其中，在下段筒状先导钻头1的柱状钻头体1-2与下段中心管1-1之间需要通过变径接头实现连接，下段筒状先导钻头1的柱状钻头体1-2的顶面距离中段锥形六翼扩孔钻头2的扩孔翼板2-2的底面距离为330mm，上段锥形六翼保径钻头3的保径翼板3-2的底面距离中段锥形六翼扩孔钻头2的扩孔翼板2-2的顶面为185mm。将钻杆(公称直径φ89mm)与上段锥形六翼保径钻头3的上段中心管3-1上端用梯形丝扣连接起来。开动钻机加压并回转钻具，使下段筒状先导钻头1进入先导钻孔中，同时向孔内输送护壁泥浆，中段锥形六翼扩孔钻头2开始破碎岩土层进行扩孔钻进，扩孔直径为φ400mm，并依靠下段筒状先导钻头1的外侧面、中段锥形六翼扩孔钻头2及上段锥形六翼保径钻头3的中部圆柱形翼面实现扩孔的三段导正作用；
3)采用反循环排渣方式进行扩孔钻进时，开动砂石泵，通过在钻杆内孔形成的负压，即钻杆内孔产生一定的真空度，将中段锥形六翼扩孔钻头2破碎下来的岩土渣抽吸上来，此时，孔底泥浆裹夹着泥渣通过吸渣管进入下段筒状先导钻头1的内孔，并从钻杆内孔排到地面泥浆循环系统；经沉淀池净化后的泥浆再通过钻杆与孔壁的环状间隙，以及上段锥形六翼保径钻头3的保径翼板3-2的间隙、中段锥形六翼扩孔钻头2的扩孔翼板2-2的间隙，进入孔底及下段筒状先导钻头1的内孔，以此继续进行反循环排渣，致使扩孔深度不断增加。扩孔反循环钻进参数为：回转转速120r/min，冲洗液泵量120m3/h，钻压40kN，当扩孔达到100m深度后，可依靠钻具自重加压进行扩孔钻进，直至扩孔深度达到150m；
4)扩孔完成后，直接将钻具提出至地面。由于该钻孔地层比较稳定，扩孔钻进时不会出现缩径问题，孔壁也没有探头石，依靠下段筒状先导钻头1、中段锥形六翼扩孔钻头2即可满足扩孔导正的要求，页可以去掉上段锥形六翼保径钻头3，实现扩孔钻具的组合优化。
该钻孔灌注桩工程钻孔扩孔钻进总时间为15h，扩孔钻进时效达到了10m/h，经检测孔内没有沉渣，孔壁规整。一个钻孔结束后，整个钻头没有发生任何磨损现象。与采用常规钻头钻进相比，钻进效率提高了38％，钻进成本降低了47％，经济效益显著。
本发明的一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头及其施工方法，钻头采用三段式可拆式结构，由下往上依次包括下段筒状先导钻头、中段锥形六翼扩孔钻头和上段锥形六翼保径钻头，利用下、中、上三段钻头结构实现二级碎岩扩孔钻进过程中的上、中、下三段导正作用，同时满足了扩孔的保径要求，增强了钻头的互换性与扩孔导向稳定性，具有现场操作使用方便、钻头互换性好、扩孔功效高、导正作用强、反循环排渣效果好和钻孔质量好等优点，比较适合于钻孔灌注桩、水文水井等大直径钻孔工程施工。在各类土层、砂砾石层、风化岩层中钻进大直径桩孔，在同等条件下可比普通扩孔钻头提高钻孔效率30～45％，其钻进时效可达5～15m/h，并且中段锥形六翼扩孔钻头和上段锥形六翼保径钻头的翼板所镶嵌的硬质合金块外边严重磨损后可及时更换，无需更换整个钻头，也可以根据扩孔地层条件优化扩孔钻具的组合，可使钻头成本降低35～69％，经济效益显著。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头，其特征在于：包括由下往上依次连接的下段筒状先导钻头（1）、中段锥形六翼扩孔钻头（2）和上段锥形六翼保径钻头（3），其中，
所述的下段筒状先导钻头（1）包括下段中心管（1-1）和柱状钻头体（1-2），所述的下段中心管（1-1）的下端固设有柱状钻头体（1-2），所述的柱状钻头体（1-2）的底唇面上间隔布置有若干出水口（1-5）；
所述的中段锥形六翼扩孔钻头（2）包括中段中心管（2-1）、扩孔翼板（2-2）、扩孔硬质合金块（2-3）、扩孔防护罩（2-4）和加强板（2-5），所述的中段中心管（2-1）的外壁上沿周向均匀设有6组呈辐状分布的扩孔翼板（2-2），所述的扩孔翼板（2-2）的外侧下部为斜线段，中部为直线段，所述的扩孔翼板（2-2）的下部斜线段和中部直线段外侧均镶焊有扩孔硬质合金块（2-3），相邻所述的扩孔翼板（2-2）之间通过扩孔防护罩（2-4）和加强板（2-5）固定连接，所述的扩孔防护罩（2-4）为设于扩孔翼板（2-2）直线段处的弧形钢板，所述的加强板（2-5）为设于扩孔翼板（2-2）斜线段中部的水平钢板；
所述的上段锥形六翼保径钻头（3）包括上段中心管（3-1）、保径翼板（3-2）、保径硬质合金块（3-3）和保径防护罩（3-4），所述的上段中心管（3-1）的外壁上沿周向均匀设有6组呈辐状分布的保径翼板（3-2），所述的保径翼板（3-2）的外侧上部为斜线段，中部为直线段，所述的保径翼板（3-2）的上部斜线段和中部直线段外侧均镶焊有保径硬质合金块（3-3），相邻所述的保径翼板（3-2）之间通过保径防护罩（3-4）固定连接，所述的保径防护罩（3-4）为设于保径翼板（3-2）直线段处的弧形钢板；
所述的中段锥形六翼扩孔钻头（2）的最大外径与上段锥形六翼保径钻头（3）的最大外径相等，所述的下段中心管（1-1）与中段中心管（2-1）之间、中段中心管（2-1）与上段中心管（3-1）之间、上段中心管（3-1）与钻杆之间分别采用丝扣或法兰盘连接；
该三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头的施工方法，包括以下步骤：
1）将钻杆与下段筒状先导钻头（1）通过丝扣或法兰盘连接起来，开动钻机加压并回转钻具，同时向孔内输送护壁泥浆，通过下段筒状先导钻头（1）钻进先导孔，先导孔直径为φ200~400mm；
2）将下段筒状先导钻头（1）、中段锥形六翼扩孔钻头（2）和上段锥形六翼保径钻头（3）依次通过丝扣或法兰盘连接起来，形成完整的钻具，并将钻杆与上段锥形六翼保径钻头（3）的上段中心管（3-1）通过丝扣或法兰盘连接起来，开动钻机加压并回转钻具，使下段筒状先导钻头（1）进入先导孔中，同时向孔内输送护壁泥浆，中段锥形六翼扩孔钻头（2）开始破碎岩土层进行扩孔钻进，扩孔直径为φ400~2000mm，并依靠下段筒状先导钻头（1）的外侧面、中段锥形六翼扩孔钻头（2）及上段锥形六翼保径钻头（3）的中部圆柱形翼面实现扩孔的三段导正作用；
3）采用反循环排渣方式进行扩孔钻进时，开动砂石泵，通过在钻杆内孔形成负压，将中段锥形六翼扩孔钻头（2）破碎下来的岩土渣抽吸上来，孔底泥浆裹夹着泥渣通过吸渣管进入下段筒状先导钻头（1）的内孔，并从钻杆内孔排到地面泥浆循环系统；经沉淀池净化后的泥浆再通过钻杆与孔壁的环状间隙，以及上段锥形六翼保径钻头（3）的保径翼板（3-2）的间隙、中段锥形六翼扩孔钻头（2）的扩孔翼板（2-2）的间隙，进入孔底及下段筒状先导钻头（1）的内孔，以此继续进行反循环排渣，致使扩孔深度不断增加；
4）扩孔完成后，当钻具上提遇到缩径、探头石移位发生时，依靠上段锥形六翼保径钻头（3）的保径翼板（3-2）上部倒锥形翼面进行扫孔保径钻进，边上提钻具边回转钻进，确保全部钻具提出地面。
2.根据权利要求1所述的一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头，其特征在于：所述的柱状钻头体（1-2）的外壁上沿周向均匀设有4~8组肋骨片（1-3），所述的肋骨片（1-3）的侧面和柱状钻头体（1-2）底唇面上均镶焊有先导硬质合金块（1-4）。
3.根据权利要求1或2所述的一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头，其特征在于：所述的下段中心管（1-1）、中段中心管（2-1）和上段中心管（3-1）的管径相等，下段中心管（1-1）、中段中心管（2-1）和上段中心管（3-1）的外径均为φ89~330mm，管壁厚度均为10~20mm；所述的下段中心管（1-1）、中段中心管（2-1）和上段中心管（3-1）连接后的总长度为1200~3800mm。
4.根据权利要求3所述的一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头，其特征在于：所述的下段筒状先导钻头（1）的最大外径与预钻先导孔的设计直径相匹配，所述的预钻先导孔设计直径为φ200~400mm，所述的下段筒状先导钻头（1）的柱状钻头体（1-2）顶面与中段锥形六翼扩孔钻头（2）的扩孔翼板（2-2）底面距离为300~1100mm。
5.根据权利要求4所述的一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头，其特征在于：所述的扩孔翼板（2-2）为梯形平板结构，且扩孔翼板（2-2）与中段中心管（2-1）外壁相连的长边总长度为200~1200mm，扩孔翼板（2-2）的长边与短边之间的宽度为100~850mm，所述的扩孔翼板（2-2）的厚度为15~30mm；所述的保径翼板（3-2）为梯形平板结构，且保径翼板（3-2）与上段中心管（3-1）外壁相连的长边总长度为100~1000mm，保径翼板（3-2）的长边与短边之间的宽度为100~850mm，所述的保径翼板（3-2）的厚度为15~30mm；所述的中段锥形六翼扩孔钻头（2）与上段锥形六翼保径钻头（3）的最大外径均为φ400~2000mm，所述的上段锥形六翼保径钻头（3）的保径翼板（3-2）底面与中段锥形六翼扩孔钻头（2）的扩孔翼板（2-2）的顶面距离为150~800mm。
6.根据权利要求5所述的一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头，其特征在于：所述的扩孔翼板（2-2）的外侧上部也为斜线段，且扩孔翼板（2-2）的下部斜线段与垂直边夹角α为30°~60°，上部斜线段与垂直边夹角β为45°~70°，所述的扩孔翼板（2-2）的中部直线段长度为100~300mm；所述的保径翼板（3-2）的外侧下部也为斜线段，且保径翼板（3-2）的下部斜线段与垂直边夹角γ为45°~70°，上部斜线段与垂直边夹角θ为45°~70°，所述的保径翼板（3-2）的中部直线段长度为100~300mm。
7.根据权利要求6所述的一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头，其特征在于：所述的扩孔防护罩（2-4）的宽度与扩孔翼板（2-2）的中部直线段长度相等，且扩孔防护罩（2-4）的厚度为10~30mm，所述的扩孔防护罩（2-4）安装后所形成的外圆直径比扩孔翼板（2-2）所形成的最大外圆直径小15~50mm；所述的加强板（2-5）的上下宽度为30~60mm，加强板（2-5）的厚度为15~35mm；所述的保径防护罩（3-4）的宽度与保径翼板（3-2）的中部直线段长度相等，且保径防护罩（3-4）的厚度为10~30mm，所述的保径防护罩（3-4）安装后所形成的外圆直径比保径翼板（3-2）所形成的最大外圆直径小15~50mm。
8.根据权利要求1所述的一种三段导正双锥六翼大直径扩孔钻头，其特征在于：步骤2）中钻具的回转转速为40~150r/min，冲洗液泵量为80~300m3/h，钻压为10~200kN，当扩孔达到一定深度后，依靠钻具自重加压进行扩孔钻进。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114109258A (zh) * 2021-11-11 2022-03-01 祁东县锋速钻探工具有限公司 一种玄武岩用钻头及其制作方法
CN116733369B (zh) * 2023-06-08 2024-04-26 中建三局集团有限公司 洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备及其作业方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201021602Y (zh) * 2007-01-31 2008-02-13 马永平 钻扩一次成型用扩盘钻头
CN201087696Y (zh) * 2007-08-03 2008-07-16 杨志龙 多节钻扩灌注桩钻扩一次成型装置
CN205422545U (zh) * 2016-03-18 2016-08-03 山东省城乡建设勘察设计研究院 一种新型组合钻头
CN108240180A (zh) * 2018-01-05 2018-07-03 绍兴文理学院 一种正反循环防卡钻三翼刮刀钻头组件
CN210798844U (zh) * 2019-08-29 2020-06-19 宁夏回族自治区核工业地质勘查院(宁夏回族自治区放射性元素研究所) 一种具有导向保径作用的扩孔钻头

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201021602Y (zh) * 2007-01-31 2008-02-13 马永平 钻扩一次成型用扩盘钻头
CN201087696Y (zh) * 2007-08-03 2008-07-16 杨志龙 多节钻扩灌注桩钻扩一次成型装置
CN205422545U (zh) * 2016-03-18 2016-08-03 山东省城乡建设勘察设计研究院 一种新型组合钻头
CN108240180A (zh) * 2018-01-05 2018-07-03 绍兴文理学院 一种正反循环防卡钻三翼刮刀钻头组件
CN210798844U (zh) * 2019-08-29 2020-06-19 宁夏回族自治区核工业地质勘查院(宁夏回族自治区放射性元素研究所) 一种具有导向保径作用的扩孔钻头

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