CN115749582A - 一种矩形成孔的潜孔锤钻具 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种矩形成孔的潜孔锤钻具，属于地质钻孔设备的领域，其包括包括钻杆、冲击锤头和驱动机构，所述钻杆位于钻杆的一端且二者相对滑动，滑动方向为所述钻杆的长度方向，所述驱动机构用于控制钻杆的移动和推头相对钻杆的移动，所述冲击锤头背离钻杆的一侧与土层或岩层抵接，所述冲击锤头对土层或岩层的撞击区域于钻杆移动方向上的投影为矩形。本申请在地下连续墙成槽施工的过程中，采用连续钻成矩形孔的方式，使得地下连续墙成槽的槽壁上几乎不残留齿边结构，也省去了单独的齿边清理工序，提高了施工效率并节省了施工成本。

Description

一种矩形成孔的潜孔锤钻具

技术领域

本申请涉及地质钻孔设备的领域，尤其是涉及一种矩形成孔的潜孔锤钻具。

背景技术

地下连续墙作为一种既可止水又能承重的围护结构，随着深基坑工程的增加，应用日渐广泛。地下连续墙能够提高地下工程的安全性，可以大大节约工程造价，缩短施工工期，防止周围地基出现下沉，是一种很有发展前途和推广价值的深基坑支护技术。

地下连续墙成槽施工遇到深厚岩层的时候，一般采用旋挖钻机旋转取芯成孔，再用冲击钻方锤冲击修孔，最后使用抓斗清槽，使最终成孔截面达到设计要求呈矩形，方便地连墙钢筋笼的下放和连续墙混凝土浇捣成墙施工。具体操作过程如图1所示：第一步：旋挖钻机或者潜孔锤钻机依次钻进若干第一序列孔；第二步：旋挖钻机或者潜孔锤钻机依次钻进若干第二序列孔，第一序列孔和第二序列孔的排布方向均为连续墙的长度方向；第三步：冲孔桩机或液压抓斗冲击残余齿边修孔成槽。

针对上述中的相关技术，发明人认为：此施工工艺需要多种施工设备交叉配合施工，流程复杂、进度较慢且成本较高。

发明内容

为了改善上述问题，本申请提供一种矩形成孔的潜孔锤钻具。

本申请提供的一种矩形成孔的潜孔锤钻具采用如下的技术方案：

一种矩形成孔的潜孔锤钻具，包括钻杆、冲击锤头和驱动机构，所述钻杆位于钻杆的一端且二者相对滑动，滑动方向为所述钻杆的长度方向，所述驱动机构用于控制钻杆的移动和推头相对钻杆的移动，所述冲击锤头背离钻杆的一侧与土层或岩层抵接，所述冲击锤头对土层或岩层的撞击区域于钻杆移动方向上的投影为矩形。

通过采用上述技术方案，通过冲击锤头对土层或岩层的撞击区域于钻杆移动方向上的投影为矩形的设置，在钻具运行的过程中，可在地下冲钻出截面为矩形的孔，由此，钻机携带钻具沿连续墙的长度方向定向移动并依次钻孔时，整体形成的地下连续墙成槽的槽壁上几乎不会留下明显的残余齿边，无需为了清理残余齿边而另设工序，节省了流程步骤，提高了施工效率。

优选的，还包括基础架，所述基础架朝向地底的一端固定连接有导向框，所述导向框的内缘轮廓为正方形，所述钻杆和冲击锤头的截面为勒洛三角形，所述钻杆包括导向转子，所述导向转子位于远离冲击锤头的一端，且所述导向转子的截面的边缘弧线半径与导向框内缘轮廓的边长相等，所述导向转子的侧壁与导向框的内缘侧壁抵接；所述驱动机构包括驱动电机和万向联轴器，所述驱动电机与基础架固定连接，所述万向联轴器的一端与驱动电机的输出轴连接，另一端与导向转子的中心点连接。

通过采用上述技术方案，钻杆在驱动机构的作用下转动，同时，截面为勒洛三角形的导向转子在导向框的引导下，转动过程中将扫出截面为正方形的区域，冲击锤头能够最终作用到的区域形状为正方形，即本钻具可成型出截面为正方形的孔洞。

优选的，所述驱动机构包括助力气管，所述助力气管的一端连接气源，另一端与导向框固定连接且此端管口位于导向框的内侧壁上，在沿钻杆长度方向上的投影中，所述助力气管朝向导向框内侧的管口朝向与驱动电机的输出轴转向相同。

优选的，所述钻杆内开设有动力气流道，所述钻杆朝向冲击锤头的一端开设有容纳空腔，所述冲击锤头背离地底的一侧伸入容纳空腔内，所述动力气流道的一端与容纳空腔连通，所述动力气流道远离容纳空腔的一端端口位于导向框内，所述容纳空腔内设置有导气管和震子活塞，所述导气管与容纳空腔内壁固定连接且同时与动力气流道和容纳空腔连通，所述震子活塞位于容纳空腔内滑动，所述冲击锤头上开设有泄压孔，所述泄压孔的一端位于冲击锤头朝向地底的一侧，另一端与容纳空腔连通。

通过采用上述技术方案，气源所产生的气流最终进入容纳空腔内对震子活塞进行振动驱动，使钻具行驶正常的潜孔锤工作，同时，进入导向框内的气流在导向转子与导向框内壁之间的空腔内形成压力，为导向转子的持续转动提供一定的辅助动力。

优选的，所述动力气流道位于导向框内的端口设有三个且分别位于导向转子的三个侧壁上，所述导向转子上且位于动力气流道内设有单向阀。

通过采用上述技术方案，由于多个助力气管对转动中的导向转子产生不同方向的助推气压，故导向转子的每个侧壁上均开设供气流泄出的孔洞可保持导向转子的相对受力平衡，单向阀的设置提高气流的整体流向的稳定性。

优选的，所述单向阀包括安装座、复位拉簧和活动球，所述安装座可拆卸连接于导向转子上且位于动力气流道的端口处，所述复位拉簧的一端与安装座连接，另一端与活动球连接，所述活动球位于动力气流道内。

优选的，所述冲击锤头朝向地底的一端固定连接有若干硬质球齿，所述硬质球齿上开设有吹沙孔，所述吹沙孔与泄压孔连通。

通过采用上述技术方案，在钻具工作的过程中，动力气流依次从冲击锤头的泄压孔和硬质球齿的吹沙孔喷出，对冲击锤头下方的土质进行冲击，将孔洞内底壁上位于硬质球齿下方的碎土和碎砂吹离，以使得硬质球齿更加直接地与土层中的硬质结构抵接撞击。

优选的，所述钻杆还包括扫土部和容纳部，所述容纳空腔位于容纳部上，所述扫土部位于导向转子和容纳部之间，所述扫土部的截面投影小于容纳部的截面投影，所述扫土部的侧壁上固定连接有若干扫土齿，相邻所述扫土齿之间形成有间隙，在沿所述钻杆长度方向上的投影中，所述扫土齿的端部位于容纳部的边缘。

通过采用上述技术方案，在钻具受驱动而不断转动的过程中，扫土齿可将孔洞内壁上落下的碎土或碎石拨至旁边已经钻孔完成的地下连续墙成槽空间内，减小这些杂物对当前钻进过程中的设备影响。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过冲击锤头对土层或岩层的撞击区域于钻杆移动方向上的投影为矩形的设置，在钻具运行的过程中，可在地下冲钻出截面为矩形的孔，由此，钻机携带钻具沿连续墙的长度方向定向移动并依次钻孔即可，无需为了清理残余齿边而反向移动，节省了流程步骤，提高了施工效率；

2.通过助力气管和动力气流道设置，气源所产生的气流最终进入容纳空腔内对震子活塞进行振动驱动，使钻具行驶正常的潜孔锤工作，同时，进入导向框内的气流在导向转子与导向框内壁之间的空腔内形成压力，为导向转子的持续转动提供一定的辅助动力。

附图说明

图1是本申请背景技术用于体现地下连续墙成槽施工的流程示意图。

图2是本申请实施例中用于体现矩形成孔的潜孔锤钻具的结构示意图。

图3是本申请实施例中用于体现导向框和导向钻子配合结构的示意图。

图4是本申请实施例中用于体现导向框和导向钻子配合结构的剖视示意图。

图5是本申请实施例中用于体现容纳部内部结构的示意图。

附图标记说明：1、基础架；12、导向框；2、钻杆；21、导向转子；22、扫土部；221、扫土齿；23、容纳部；231、容纳空腔；232、导气管；233、震子活塞；24、动力气流道；25、单向阀；251、安装座；252、复位拉簧；253、活动球；3、驱动机构；31、驱动电机；32、万向联轴器；33、助力气管；4、冲击锤头；41、泄压孔；42、硬质球齿；421、吹沙孔。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种矩形成孔的潜孔锤钻具，如图2所示，包括基础架1、钻杆2、冲击锤头4和驱动机构3，冲击锤头4位于钻杆2的一端且二者相对移动，冲击锤头4背离钻杆2的一侧与地底的土层或岩层抵接，基础架1位于钻杆2的另一端；驱动机构3位于基础架1内，其用于控制钻杆2相对基础架1的转动以及冲击锤头4相对钻杆2的移动。

如图2、3和4所示，钻杆2和冲击锤头4在沿钻杆2长度方向上的投影为勒洛三角形，基础架1朝向地底的一侧一体成型有导向框12，钻杆2从上而下依次包括导向转子21、扫土部22和容纳部23，三者依次同轴固定连接，冲击锤头4位于容纳部23处，导向转子21位于导向框12内。导向框12的外缘轮廓和内缘轮廓在沿钻杆2长度方向上的投影均为正方形，且在此方向上的投影中，向转子的截面的边缘弧线半径与导向框12内缘轮廓的边长相等，导向转子21的侧壁与导向框12的内缘侧壁抵接。驱动机构3包括驱动电机31和万向联轴器32，驱动电机31与基础架1固定连接，驱动电机31的输出轴的轴向与钻杆2的长度方向一致，且其输出轴在自身轴向上的投影位于导向框12的形心处。万向联轴器32的一端与驱动电机31的输出轴同轴固定，另一端固定于导向转子21背离地底一侧的形心处；由此，在驱动电机31开启工作的过程中，其输出轴通过万向联轴器32向导向转子21，导向转子21随之转动，导向转子21的侧壁沿导向框12的内缘侧壁抵接滚动，最终钻杆2和冲击锤头4均在竖直方向投影中扫出正方形的截面形状。

如图2、3和4所示，驱动机构3包括助力气管33，助力气管33的一端连接气源（图中未示出），另一端与导向框12固定连接且此端管口位于导向框12的内缘侧壁上；助力气管33共有四个，单根助力气管33的端口位于导向框12的一个侧壁上的边缘处，且在沿钻杆2长度方向上的投影中，助力气管33朝向导向框12内侧的管口朝向与驱动电机31的输出轴转向相同。在导向转子21转动的过程中，从助力气管33喷向导向框12内的气流可增加导向转子21的侧壁与导向框12内缘侧壁之间的空间内的气压，为导向转子21的持续转动增添辅助动力；图4中，导向转子21的转向为逆时针。

如图3、4和5所示，钻杆2内开设有动力气流道24，容纳部23开设有容纳空腔231，冲击锤头4的上端位于容纳空腔231内，其下端从容纳空腔231内伸出，动力气流道24远离容纳空腔231的一端端口位于导向框12内，且动力气流道24位于导向框12内的端口设有三个，此处的三个端口分别位于导向转子21的三个侧壁上。在导向转子21转动的过程中，自身单个侧壁与导向框12内缘侧壁之间的空间先变大后变小，而助力气管33始终保持通气，源源不断的气流便通过动力气流道24进入钻杆2内部，最终到达容纳空腔231内，作为潜孔锤的动力气流而发挥作用。故为了保持此气流的持续和稳定，导向转子21上且位于动力气流道24内设有单向阀25，单向阀25包括安装座251、复位拉簧252和活动球253，安装座251上开设有通孔，复位拉簧252的一端固定连接于此通孔的孔壁上，另一端与活动球253连接，自然状态下，活动球253将安装座251上的通孔封堵。安装座251呈圆筒状且成型有外螺纹结构，其通过螺纹连接安装在导向转子21上，活动球253位于动力气流道24内。

如图5所示，容纳空腔231内固定连接有导气管232，导气管232的一端与容纳空腔231连通，另一端与动力气流道24连通。容纳腔内还滑动设置有震子活塞233，震子活塞233的一端同轴套设在导气管232外，且震子活塞233内开设有供气流通过的通道，冲击锤头4上开设有泄压孔41，泄压孔41用于供进入容纳腔内的动力气流从钻杆2内排出。本实施例中，导气管232、震子活塞233和冲击锤头4的工作原理和配合机制与常规的潜孔锤类似，此处不再赘述。冲击锤头4朝向地底的一端固定连接有若干硬质球齿42，硬质球齿42上开设有吹沙孔421，吹沙空与冲击锤头4的泄压孔41直接连通，在钻具工作的过程中，动力气流依次从冲击锤头4的泄压孔41和硬质球齿42的吹沙孔421喷出，对冲击锤头4下方的土质进行冲击，将孔洞内底壁上位于硬质球齿42下方的碎土和碎砂吹离，以使得硬质球齿42更加直接地与土层中的硬质结构抵接撞击。

如图2所示，扫土部22的截面投影小于容纳部23的截面投影，扫土部22的侧壁上且位于各棱边处均一体成型有扫土齿221，在沿钻杆2长度方向上的投影中，扫土齿221的端部位于容纳部23的边缘，每相邻两个扫土齿221之间均形成有间隙。在钻具不断向下钻进的过程中，孔洞内壁的土层或岩层结构可因振动等因素不断产生落土或轻微的坍塌，即从孔洞内壁上不断落下碎土、碎石等。在钻具受驱动而不断转动的过程中，扫土齿221可将孔洞内壁上落下的碎土或碎石拨至旁边已经钻孔完成的地下连续墙成槽空间内，减小这些杂物对当前钻进过程中的设备影响。

本申请实施例一种矩形成孔的潜孔锤钻具的实施原理为：

地下墙成槽过程中，采用本方案的钻具进行钻孔，由于钻具所成型出的孔截面为正方形，故在定向依次钻进的过程中，整体形成的地下连续墙成槽的槽壁上几乎不会留下明显的残余齿边，无需进行交叉修补的额外流程。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种矩形成孔的潜孔锤钻具，包括钻杆(2)、冲击锤头(4)和驱动机构(3)，所述钻杆(2)位于钻杆(2)的一端且二者相对滑动，滑动方向为所述钻杆(2)的长度方向，所述驱动机构(3)用于控制钻杆(2)的移动和推头相对钻杆(2)的移动，所述冲击锤头(4)背离钻杆(2)的一侧与土层或岩层抵接，其特征在于：所述冲击锤头(4)对土层或岩层的撞击区域于钻杆(2)移动方向上的投影为矩形。

2.根据权利要求1所述的一种矩形成孔的潜孔锤钻具，其特征在于：还包括基础架(1)，所述基础架(1)朝向地底的一端固定连接有导向框(12)，所述导向框(12)的内缘轮廓为正方形，所述钻杆(2)和冲击锤头(4)的截面为勒洛三角形，所述钻杆(2)包括导向转子(21)，所述导向转子(21)位于远离冲击锤头(4)的一端，且所述导向转子(21)的截面的边缘弧线半径与导向框(12)内缘轮廓的边长相等，所述导向转子(21)的侧壁与导向框(12)的内缘侧壁抵接；

所述驱动机构(3)包括驱动电机(31)和万向联轴器(32)，所述驱动电机(31)与基础架(1)固定连接，所述万向联轴器(32)的一端与驱动电机(31)的输出轴连接，另一端与导向转子(21)的中心点连接。

3.根据权利要求2所述的一种矩形成孔的潜孔锤钻具，其特征在于：所述驱动机构(3)包括助力气管(33)，所述助力气管(33)的一端连接气源，另一端与导向框(12)固定连接且此端管口位于导向框(12)的内侧壁上，在沿钻杆(2)长度方向上的投影中，所述助力气管(33)朝向导向框(12)内侧的管口朝向与驱动电机(31)的输出轴转向相同。

4.根据权利要求3所述的一种矩形成孔的潜孔锤钻具，其特征在于：所述钻杆(2)内开设有动力气流道(24)，所述钻杆(2)朝向冲击锤头(4)的一端开设有容纳空腔(231)，所述冲击锤头(4)背离地底的一侧伸入容纳空腔(231)内，所述动力气流道(24)的一端与容纳空腔(231)连通，所述动力气流道(24)远离容纳空腔(231)的一端端口位于导向框(12)内，所述容纳空腔(231)内设置有导气管(232)和震子活塞(233)，所述导气管(232)与容纳空腔(231)内壁固定连接且同时与动力气流道(24)和容纳空腔(231)连通，所述震子活塞(233)位于容纳空腔(231)内滑动，所述冲击锤头(4)上开设有泄压孔(41)，所述泄压孔(41)的一端位于冲击锤头(4)朝向地底的一侧，另一端与容纳空腔(231)连通。

5.根据权利要求4所述的一种矩形成孔的潜孔锤钻具，其特征在于：所述动力气流道(24)位于导向框(12)内的端口设有三个且分别位于导向转子(21)的三个侧壁上，所述导向转子(21)上且位于动力气流道(24)内设有单向阀(25)。

6.根据权利要求5所述的一种矩形成孔的潜孔锤钻具，其特征在于：所述单向阀(25)包括安装座(251)、复位拉簧(252)和活动球(253)，所述安装座(251)可拆卸连接于导向转子(21)上且位于动力气流道(24)的端口处，所述复位拉簧(252)的一端与安装座(251)连接，另一端与活动球(253)连接，所述活动球(253)位于动力气流道(24)内。

7.根据权利要求4所述的一种矩形成孔的潜孔锤钻具，其特征在于：所述冲击锤头(4)朝向地底的一端固定连接有若干硬质球齿(42)，所述硬质球齿(42)上开设有吹沙孔(421)，所述吹沙孔(421)与泄压孔(41)连通。

8.根据权利要求4所述的一种矩形成孔的潜孔锤钻具，其特征在于：所述钻杆(2)还包括扫土部(22)和容纳部(23)，所述容纳空腔(231)位于容纳部(23)上，所述扫土部(22)位于导向转子(21)和容纳部(23)之间，所述扫土部(22)的截面投影小于容纳部(23)的截面投影，所述扫土部(22)的侧壁上固定连接有若干扫土齿(221)，相邻所述扫土齿(221)之间形成有间隙，在沿所述钻杆(2)长度方向上的投影中，所述扫土齿(221)的端部位于容纳部(23)的边缘。

Images