CN113565441B - 上下同直径的全套管成孔施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钻井施工的技术领域，公开了上下同直径的全套管成孔施工方法，具体步骤如下：1)、采用钻机配合钢套管在土层跟管钻进；2)、从钻孔中提出钻机的钻斗，将微扩孔钻头更换在钻斗的底部；3)、朝上提升钢套管至设定高度；4)、利用钻机朝下钻进岩层至设计深度；5)、朝上提升钻斗完成钻孔；采用钻机配合钢套管在土层跟管钻进，到达岩层时，将旋挖钻机的钻斗提出钢套管更换为微扩孔钻头，继续进入钢套管钻孔；在岩层钻进前，提升钢套管至设定高度，微扩孔钻头下放至岩层进行钻孔，微扩孔钻头的插入段缩进轨槽朝上移动至极限位置，使端头偏离连接头的外侧壁朝外偏出钢套管口外，实现钻孔与钢套管直径相同。

Description

上下同直径的全套管成孔施工方法

技术领域

本发明专利涉及全套管的技术领域，具体而言，涉及上下同直径的全套管成孔施工方法。

背景技术

随着建筑业界的发展，基坑深度越来越深，支护结构嵌固深度也越来越深，支护结构也开始产生嵌岩要求。

现有的技术中，采用普通的搓管机虽然垂直度控制较好，但是无法入岩钻探；如采用全套管全回转钻机，虽然垂直度精度控制好，但是效率低，成本高；目前很多项目采用旋挖硬咬合入岩，但是，因为没有钢套管，所以垂直度不好控制，精度不高，尤其是遇到岩石等复杂地层，垂直度更差；如果采用旋挖液压驱动器下钢套管，虽然效率高，但是难以入岩，只能到达土岩交界面。

针对钢套管只能到达岩面无法在岩层内继续钻进的工程，在进行岩层部分钻进时，需要钻头在钢套管提前钻进，在钻进过程中，钻斗为了进入钢套管，直径需要小于钢套管内径7-15cm，从而，导致钻头直径小于套管内径，因此，不能实现上下同直径的全套管成孔在岩层钻进的工程。

发明内容

本发明的目的在于提供上下同直径的全套管成孔施工方法，旨在解决现有技术中，钻头不能与钢套管上下同直径的全套管成孔在岩层钻进的问题。

本发明是这样实现的，上下同直径的全套管成孔施工方法，其特征在于，包括以下施工步骤：

1)、采用钻机配合钢套管在土层跟管钻进，形成上钻孔，直到所述上钻孔的底部到达岩面为止，所述钢套管套在所述上钻孔内；

2)、将钻机的钻斗从上钻孔中提出，将微扩孔钻头更换在钻斗的底部；所述微扩孔钻头包括连接在钻斗底部的连接头以及活动连接在所述连接头上的活动头，所述活动头包括插入段以及连接在插入段底部的端头，所述端头上凸设有钻齿；所述连接头上设有上下延伸布置且供所述插入段活动插入的轨槽，所述插入段自下而上插设在所述轨槽中；所述连接头具有朝外布置的外侧壁；当所述插入段朝上移动至极限位置时，所述端头偏离所述连接头的外侧壁朝外偏出布置，当所述插入段朝下移动至极限位置时，所述端头偏离所述连接头的外侧壁朝内偏入布置；

将钻机的钻斗重新置于上钻孔内，所述连接头的外侧壁与所述钢套管之间具有间隙；

3)、将所述钢套管朝上提升设定高度，所述微扩孔钻头的端头朝下抵压在岩面上，所述插入段沿着所述轨槽朝上移动至极限位置，所述端头偏离所述连接头的外侧壁朝外偏出至所述钢套管外，抵接着所述上钻孔的侧壁，所述端头位于所述钢套管的下方；

4)、利用钻机朝下钻进岩层，形成下钻孔，直至下钻孔钻至设计深度；

5)、朝上提升钻斗，所述插入段沿着所述轨槽朝下移动至极限位置，所述端头偏离所述连接头的外侧壁朝内偏入至所述钢套管内。

进一步的，所述钻机为全回旋钻机或旋挖钻机。

进一步的，所述施工步骤4)中，所述钻机在岩层钻进的过程中，利用搓管机驱动钢套管同步跟钻，保持所述钢套管的底部位于所述端头的上方；所述施工步骤5)中，当所述端头被提升至所述钢套管内后，利用搓管机将所述钢套管的底部下压至下钻孔的底部。

进一步的，所述轨槽为形成在所述连接头内的槽条，所述槽条贯穿所述连接头的底部，形成底部开口，所述插入段由所述槽条的底部开口插入在所述槽条中。

进一步的，所述施工步骤3)中，所述微扩孔钻头下放至岩层钻进，所述端头触岩时，所述插入段由所述槽条底部自下而上移动，所述槽条及所述插入段分别沿着连接头自上而下的方向朝外弧形布置，所述插入段与所述槽条同弧度弧形布置，所述插入段移动至所述槽条极限位置时，所述端头朝外偏离至钢套管外。

进一步的，所述施工步骤5)中，朝上提升钻斗时，所述微扩孔钻头的所述活动头受重力下垂，所述插入段与所述槽条弧形布置，所述插入段沿所述槽条向下移动至极限位置过程中，所述端头偏离所述连接头的外侧壁朝内偏移，直至偏移至所述钢套管内，钻头在所述钢套管内通过。

进一步的，所述连接头的外侧壁设有连通所述槽条的沉孔，所述沉孔中设有限位头，所述限位头具有穿设置在所述槽条中的限位段，所述插入段具有朝外布置的限位侧壁，沿着所述插入段自上而下的方向，所述限位侧壁呈弧形状；所述限位侧壁上设有限位槽，所述限位槽沿着所述插入段在所述槽条中的移动方向延伸布置，所述限位段活动置于所述限位槽中；

所述连接头的外侧壁的最外侧呈纵向布置，形成纵向壁，所述纵向壁朝内凹陷形成所述沉孔，所述纵向侧壁具有顶侧壁以及底侧壁，所述顶侧壁与所述底侧壁相对布置，沿着自内而外的方向，所述顶侧壁及所述底侧壁朝上同向倾斜布置。

进一步的，所述端头具有朝下及朝外布置的球形面，所述球形面具有朝下抵接岩面的岩面抵接部以及朝外抵接孔壁的孔壁抵接部；所述施工步骤3)中，当所述插入段朝上移动至极限位置时，所述岩面抵接部自上而下抵接在岩面上，所述孔壁抵接部自内而外抵接在孔壁上；所述岩面抵接部以及所述孔壁抵接部分别凸设有所述钻齿。

进一步的，所述球形面具有位于所述岩面抵接部及所述孔壁抵接部之间的过渡抵接部，所述过渡抵接部凸设有所述钻齿，当所述插入段朝上移动至极限位置时，所述岩面抵接部上的所述钻齿朝下倾斜抵接在孔壁与岩面的交接处，所述施工步骤4)中，在钻机在钻进岩层时，所述孔壁抵接部与所述岩面抵接部、所述过渡抵接部上的所述钻齿相互配合对岩层进行多方位研磨。

进一步的，所述端头与所述插入段之间设有对接平台，所述对接平台具有朝上布置的下对接平面，所述连接头的底部具有朝下布置的上对接平面，所述上对接平面呈水平布置；所述施工步骤3)中，当所述插入段朝上移动至极限位置时，所述下对接平面呈水平布置，且自下而上与所述上对接平面贴合对接。

与现有技术相比，本发明提供的上下同直径的全套管成孔施工方法，首先采用钻机配合钢套管在土层跟管钻进，到达岩层时，将旋挖钻机的钻斗提出钢套管更换为微扩孔钻头，继续进入钢套管钻孔；在岩层钻进前，提升钢套管至设定高度，微扩孔钻头下放至岩层进行钻孔，微扩孔钻头的插入段缩进轨槽朝上移动至极限位置，使端头偏离连接头的外侧壁朝外偏出钢套管口外，实现钻孔与钢套管直径相同；往上提升钻斗，微扩孔钻头的插入段沿轨槽朝下移动至极限位置，端头偏离连接头的外侧壁朝内偏入至钢套管内，钻斗得以通过钢套管。

附图说明

图1是本发明提供的上下同直径的全套管成孔施工方法的施工步骤示意图；

图2是本发明提供的上下同直径的全套管成孔施工方法的微扩孔钻头自由悬置示意图；

图3是本发明提供的上下同直径的全套管成孔施工方法的微扩孔钻头的施工状态示意图；

图4是本发明提供的上下同直径的全套管成孔施工方法的活动头示意图。

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。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照图1-4所示，为本发明提供的较佳实施例。

上下同直径的全套管成孔施工方法，包括以下施工步骤：

1)、首先采用钻机配合钢套管115在土层跟管进行钻进，在土层形成上钻孔，继续钻进，直到上钻孔的底部到达岩面为止；在钻进过程中，钢套管115套在上钻孔内；

2)、将钻机的钻斗从上钻孔中提出进行更换，然后将微扩孔钻头更换在钻斗底部；其中，微扩孔钻头由连接在钻斗底部的连接头108和活动连接在连接头108上的活动头100组成，活动头100包括插入段105以及连接在插入段105底部的端头107，活动头100通过插入段105插到连接头108上，其端头107上凸设有钻齿101，方便钻斗在岩层116进行研磨，提高钻孔效率；连接头108上设有上下延伸布置且供插入段105活动插入的轨槽，且插入段105自下而上插设在轨槽中，插入段105可在轨槽中上下滑动；

连接头108具有朝外布置的外侧壁，外侧壁具有对内部轨槽保护的作用；当插入段105朝上移动至极限位置时，其端头107偏离连接头108的外侧壁朝外偏出布置，此时端头107位于钢套管115管壁下方，且紧贴孔壁114，因此，实现扩大钻孔的效果；当插入段105朝下移动至极限位置时，其端头107偏离连接头108的外侧壁朝内偏入布置，此时端头107朝钢套管115内收缩，微扩孔钻头与钢套管115内壁产生间隙，因此，钻斗能够在钢套管115内通过；更换微扩孔钻头后，将钻机的钻斗重新置于上钻孔内，因为连接头108的外侧壁与钢套管115之间具有间隙，所以钻斗能够在钢套管115内通过；

3)、在钻斗下放进行钻孔前，将钢套管115朝上提升至设定高度，其微扩孔钻头的端头107朝下抵压在岩面上，对端头107形成一种承接力，端头107面对钻斗向下的压力，使与端头107相连接的插入段105沿着连接头108的轨槽朝上移动至极限位置，插入段105完全插进轨槽内，插入段105上的端头107偏离连接头108的外侧壁朝外偏出至钢套管115外，端头107的孔壁114抵接面抵接着上钻孔的侧壁，此时端头107上的钻齿101接触钻孔的侧壁，方便对孔壁114进行研磨，其端头107位于钢套管115的下方，且端头107探出钢套管115的管壁；

4)、在岩层116面利用钻机朝下进行钻孔，钻进岩层116形成下钻孔，直至下钻孔钻至设计深度后，停止钻孔，准备提出钻斗；

5)、完成钻孔后，朝上提升钻斗，活动头100的插入段105沿着连接头108的轨槽朝下移动至极限位置，其端头107偏离连接头108的外侧壁朝内偏入至钢套管115内，连接头108的外侧壁与钢套管115的内侧壁具有间隙，从而钻斗能够从钢套管115中提出。

通过以上施工步骤，上下同直径的全套管成孔施工方法，首先采用钻机配合钢套管115在土层跟管钻进，到达岩层116时，将旋挖钻机的钻斗提出钢套管115更换为微扩孔钻头，继续进入钢套管115钻孔；在岩层116钻进前，提升钢套管115至设定高度，微扩孔钻头下放至岩层116进行钻孔，微扩孔钻头的插入段105缩进轨槽朝上移动至极限位置，使端头107偏离连接头108的外侧壁朝外偏出钢套管115口外，实现钻孔与钢套管115直径相同；往上提升钻斗，微扩孔钻头的插入段105沿轨槽朝下移动至极限位置，端头107偏离连接头108的外侧壁朝内偏入至钢套管115内，钻斗得以通过钢套管115。

在施工中进行钻孔的钻机为全回旋钻机或旋挖钻机，这种钻机可以更换钻头，在土层进行钻孔的过程中采用普通的钻头进行钻孔，当钻孔达到岩面时，取出钻机钻斗，将钻斗上的普通的钻头更换为微扩孔钻头。

在施工步骤4)中，钻机在岩层116钻进的过程中，首先利用搓管机驱动钢套管115与钻斗进行同步跟钻，在跟钻的过程中保持钢套管115的底部位于端头107的上方；在施工步骤5)中，当端头107被提升至所述钢套管115内后，再次利用搓管机将钢套管115的底部下压至下钻孔的底部，从而有利于钻斗从钢套管115中提出。

连接头108上的轨槽为形成在连接头108内的槽条106，槽条106可供插入段105插入，槽条106贯穿连接头108的底部，在连接头108底部形成底部开口，插入段105由槽条106的底部开口插入在槽条106中，插入段105可在槽条106内上下活动。

在施工步骤3)中，将微扩孔钻头下放至岩层116钻进，当活动头100上的端头107触岩时，插入段105由槽条106底部自下而上移动，其中槽条106及插入段105分别沿着连接头108自上而下的方向朝外弧形布置，插入段105与槽条106同弧度弧形布置，因此，当插入段105移动至槽条106极限位置时，端头107朝外偏离至钢套管115外。

在施工步骤5)中，朝上提升钻斗时，其钻斗上的微扩孔钻头的活动头100受重力的影响而下垂，微扩孔钻头的插入段105与连接头108的槽条106弧形布置，形成弯曲的结构，而插入段105沿着槽条106向下移动至极限位置过程中，微扩孔钻头的端头107偏离连接头108的外侧壁朝内偏移，直至偏移至钢套管115内，钻头得以在钢套管115内通过，实现微扩孔钻头在钢筒管内插进和拔出。

微扩孔钻头的连接头108的外侧壁还设有连通槽条106的沉孔109，其沉孔109中设有限位头110，限位头110用来限制活动头100的插入段105的活动位置；限位头110还具有穿设置在槽条106中的限位段，其限位段在槽条106内限制插入段105的移动轨迹及范围，活动头100的插入段105还具有朝外布置的限位侧壁113，其限位侧壁113沿着插入段105自上而下的方向，且呈弧形状；限位侧壁113上还设有限位槽104，限位槽104沿着插入段105在槽条106中的移动方向延伸布置，用于限位段在限位槽104中活动，实现插入段105在连接头108内的上下弧线移动；

其连接头108的外侧壁的最外侧呈纵向布置，从而形成纵向壁，其纵向壁朝内进行凹陷而形成沉孔109，其沉孔109供限位头110插入实现限制插入段105活动位置的功能；连接头108的纵向侧壁具有顶侧壁111以及底侧壁112，其顶侧壁111与底侧壁112相对进行布置，且沿着自内而外的方向，顶侧壁111及底侧壁112朝上同向倾斜布置，这样对槽条106内形成保护壳，保护插入段105在槽条106内正常活动。

活动头100的端头107具有朝下及朝外布置的球形面102，球形面102与岩面接触面更广，便于接触岩面进行研磨周边的岩石；其球形面102具有朝下抵接岩面的岩面抵接部，以及朝外抵接孔壁114的孔壁114抵接部，通过抵接部与岩面和孔壁114接触方便进行钻探和研磨；

在施工步骤3)中，当插入段105朝上移动至极限位置时，其岩面抵接部自上而下抵接在岩面上，且孔壁114抵接部自内而外抵接在孔壁114上，从而形成对周边的孔壁114和底部的岩面的研磨；岩面抵接部以及孔壁114抵接部分别凸设有所述钻齿101，钻齿101有利于提高钻进的效率以及钻进坚硬的岩石。

球形面102具有位于岩面抵接部及孔壁114抵接部之间的过渡抵接部，过渡抵接部凸设有所述钻齿101，有利于球形面102上的钻齿101与钻孔的孔壁114及岩面充分接触；当插入段105朝上移动至极限位置时，岩面抵接部上的钻齿101朝下倾斜抵接在孔壁114与岩面的交接处，；在施工步骤4)中，在钻机在钻进岩层116时，孔壁114抵接部与岩面抵接部、所述过渡抵接部上的钻齿101相互配合对岩层116进行多方位研磨。

活动头100上的端头107与插入段105之间设有对接平台103，其对接平台103具有朝上布置的下对接平面，连接头108的底部相对具有朝下布置的上对接平面，而上对接平面呈水平布置，这样有利于增大活动头100与连接头108的接触面积；在施工步骤3)中，当插入段105朝上移动至极限位置时，下对接平面呈水平布置，且自下而上与上对接平面贴合对接，使活动头100和连接头108之间在对接平台103处均匀受力。

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 (6)

1.上下同直径的全套管成孔施工方法，其特征在于，包括以下施工步骤：

1）、采用钻机配合钢套管在土层跟管钻进，形成上钻孔，直到所述上钻孔的底部到达岩面为止，所述钢套管套在所述上钻孔内；

2）、将钻机的钻斗从上钻孔中提出，将微扩孔钻头更换在钻斗的底部；所述微扩孔钻头包括连接在钻斗底部的连接头以及活动连接在所述连接头上的活动头，所述活动头包括插入段以及连接在插入段底部的端头，所述端头上凸设有钻齿；所述连接头上设有上下延伸布置且供所述插入段活动插入的轨槽，所述插入段自下而上插设在所述轨槽中；所述连接头具有朝外布置的外侧壁；当所述插入段朝上移动至极限位置时，所述端头偏离所述连接头的外侧壁朝外偏出布置，当所述插入段朝下移动至极限位置时，所述端头偏离所述连接头的外侧壁朝内偏入布置；

将钻机的钻斗重新置于上钻孔内，所述连接头的外侧壁与所述钢套管之间具有间隙；

3）、将所述钢套管朝上提升设定高度，所述微扩孔钻头的端头朝下抵压在岩面上，所述插入段沿着所述轨槽朝上移动至极限位置，所述端头偏离所述连接头的外侧壁朝外偏出至所述钢套管外，抵接着所述上钻孔的侧壁，所述端头位于所述钢套管的下方；

4）、利用钻机朝下钻进岩层，形成下钻孔，直至下钻孔钻至设计深度；

5）、朝上提升钻斗，所述插入段沿着所述轨槽朝下移动至极限位置，所述端头偏离所述连接头的外侧壁朝内偏入至所述钢套管内；

所述轨槽为形成在所述连接头内的槽条，所述槽条贯穿所述连接头的底部，形成底部开口，所述插入段由所述槽条的底部开口插入在所述槽条中；

所述施工步骤3）中，所述微扩孔钻头下放至岩层钻进，所述端头触岩时，所述插入段由所述槽条底部自下而上移动，所述槽条及所述插入段分别沿着连接头自上而下的方向朝外弧形布置，所述插入段与所述槽条同弧度弧形布置，所述插入段移动至所述槽条极限位置时，所述端头朝外偏离至钢套管外；

所述施工步骤5）中，朝上提升钻斗时，所述微扩孔钻头的所述活动头受重力下垂，所述插入段与所述槽条弧形布置，所述插入段沿所述槽条向下移动至极限位置过程中，所述端头偏离所述连接头的外侧壁朝内偏移，直至偏移至所述钢套管内，钻头在所述钢套管内通过；

所述连接头的外侧壁设有连通所述槽条的沉孔，所述沉孔中设有限位头，所述限位头具有穿设置在所述槽条中的限位段，所述插入段具有朝外布置的限位侧壁，沿着所述插入段自上而下的方向，所述限位侧壁呈弧形状；所述限位侧壁上设有限位槽，所述限位槽沿着所述插入段在所述槽条中的移动方向延伸布置，所述限位段活动置于所述限位槽中；

所述连接头的外侧壁的最外侧呈纵向布置，形成纵向壁，所述纵向壁朝内凹陷形成所述沉孔，所述纵向侧壁具有顶侧壁以及底侧壁，所述顶侧壁与所述底侧壁相对布置，沿着自内而外的方向，所述顶侧壁及所述底侧壁朝上同向倾斜布置。

2.如权利要求1所述的上下同直径的全套管成孔施工方法，其特征在于，所述钻机为全回旋钻机或旋挖钻机。

3.如权利要求1所述的上下同直径的全套管成孔施工方法，其特征在于，所述施工步骤4）中，所述钻机在岩层钻进的过程中，利用搓管机驱动钢套管同步跟钻，保持所述钢套管的底部位于所述端头的上方；所述施工步骤5）中，当所述端头被提升至所述钢套管内后，利用搓管机将所述钢套管的底部下压至下钻孔的底部。

4.如权利要求1至3任一项所述的上下同直径的全套管成孔施工方法，其特征在于，所述端头具有朝下及朝外布置的球形面，所述球形面具有朝下抵接岩面的岩面抵接部以及朝外抵接孔壁的孔壁抵接部；所述施工步骤3）中，当所述插入段朝上移动至极限位置时，所述岩面抵接部自上而下抵接在岩面上，所述孔壁抵接部自内而外抵接在孔壁上；所述岩面抵接部以及所述孔壁抵接部分别凸设有所述钻齿。

5.如权利要求4所述的上下同直径的全套管成孔施工方法，其特征在于，所述球形面具有位于所述岩面抵接部及所述孔壁抵接部之间的过渡抵接部，所述过渡抵接部凸设有所述钻齿，当所述插入段朝上移动至极限位置时，所述岩面抵接部上的所述钻齿朝下倾斜抵接在孔壁与岩面的交接处，所述施工步骤4）中，在钻机在钻进岩层时，所述孔壁抵接部与所述岩面抵接部、所述过渡抵接部上的所述钻齿相互配合对岩层进行多方位研磨。

6.如权利要求1至3任一项所述的上下同直径的全套管成孔施工方法，其特征在于，所述端头与所述插入段之间设有对接平台，所述对接平台具有朝上布置的下对接平面，所述连接头的底部具有朝下布置的上对接平面，所述上对接平面呈水平布置；所述施工步骤3）中，当所述插入段朝上移动至极限位置时，所述下对接平面呈水平布置，且与所述上对接平面贴合对接。