CN202055754U

CN202055754U - 一种高压水射流岩土层扩孔装置

Info

Publication number: CN202055754U
Application number: CN2011200956568U
Authority: CN
Inventors: 马飞; 柳靖; 赵磊; 李勇
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2011-04-02
Filing date: 2011-04-02
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2021-04-02

Abstract

本实用新型属于岩土工程领域，涉及一种具有扩孔功能的土层锚杆钻机。包括钻具机头（3）、杆间联接器（4）、钻头（5）、螺旋钻杆（7），钻具机头通过螺旋钻杆中的杆间联接器与钻头相连，其特征是扩孔装置增加了一个高压泵组（1），并在钻具机头上增设高压水接入口，在钻头上安装了喷嘴（12），喷嘴的安装位置紧靠钻头刀具，采用锥螺纹与钻杆联接。通过对原钻机进行部分改进即可实现水射流扩孔，钻孔和扩孔可以一次完成，操作方便、辅助时间少、成本低、工作效率高。适用于所有岩土层，对扩孔难度较大的含有砾石等杂质的非均匀回填土层更有优势。

Description

一种高压水射流岩土层扩孔装置

技术领域

本实用新型涉及岩土工程领域一种钻机，尤其是具有扩孔功能的土层锚杆钻机。

背景技术

土层锚杆（亦称土锚）是一种埋入土层深处的受拉杆件，它一端与工程构筑物相连，另一端埋入事先钻好的孔洞中，用以承受来自工程构筑物的拉拔力。为了提高土锚的承载力，通常可以增加埋入深度，另一种办法就是进行土层锚杆孔扩孔。土层锚杆孔扩孔是将土层钻孔直径进行二次扩大或局部扩大的岩土施工方法，它的提出是为了在不增加土锚埋入段的长度和直径的情况下，最大程度的提高土锚的承载能力。因此，在实际的施工当中，当钻机钻孔完成之后，必须对孔洞下部进行一次或多次旋切扩大，形成一种深度方向上的阶梯形状。土锚扩孔的方法大致有三种：机械扩孔法，爆破扩孔法和水射流扩孔法。

机械扩孔法是应用最早、较成熟的一种土锚扩孔方法，但其自身仍然存在着不足，如机械扩孔不可避免地存在着如何排出孔内切削物的难题，而且它仅适用于密实土和粘性土层中钻孔的扩孔。爆破扩孔法只适用于制作埋置较深的底端扩大型锚杆，因为接近地面会加大周围土体的破坏区，影响锚杆的固定强度。另外，爆破扩孔法还受到其他因素的限制，如炸药使用方面的安全可靠性、炸药用量、孔穴尺寸的不易确定性等等。目前该技术从商业角度看，还未受到欢迎。

高压水射流技术应用于土锚扩孔还是近几年来刚刚出现的，它是利用高压发生装置产生的高压射流作为切削工具，冲蚀、剥离孔内土体，以达到扩孔目的。因高压水射流扩孔具有柔性切割、柔性破碎兼有清洗等多种功能，克服了机械扩孔中清渣困难、刀具易卡死等难题，因此它是一种较理想的岩土层扩孔方法，尤其适用于含有砾石等杂质的非均匀回填土层。但目前水射流技术在扩孔中的应用多是通过专用扩孔机具来实现的，在钻孔完成后，需要再次向钻孔中投入扩孔设备，这样一来增加操作复杂度和操作时间，二来增加了设备投资，也因此限制了水射流扩孔方法的推广与应用。

发明内容

为了克服现有机械扩孔法清渣困难、爆破扩孔法孔径大小及形状不容易控制、水射流扩孔法操作复杂等不足，本实用新型提供一种水射流岩土层扩孔装置，该装置无需增加专用扩孔机具，且钻孔和扩孔一次完成。

一种高压水射流岩土层扩孔装置，包括钻具机头3、杆间联接器4、钻头5、螺旋钻杆7，钻具机头通过螺旋钻杆中的杆间联接器与钻头相连，其特征是扩孔装置增加了一个高压泵组，并在钻具机头上增设高压水接入口，在钻头上安装了喷嘴12，喷嘴的安装位置紧靠钻头刀具，采用锥螺纹与钻杆联接。

螺旋钻杆由外螺纹端头8、O形圈9、密封环10、内螺纹端头11组成。外螺纹端头和内螺纹端头之间通过波形锥螺纹联接，内外螺纹端头的另一端与钻杆或钻头焊接。此外在喷嘴与钻杆中心孔相连通的地方设有滤网13。

本实用新型在不影响钻孔机具原有使用功能的基础上，对钻具进行了合理的改进，使其兼具有射流扩孔功能。图1为YTM87型土锚钻机改进后的扩孔装置示意图。水射流由钻机本身所带的泵站或锚杆注浆机提供，产生的高压水通过高压软管接入钻具机头，由螺旋钻杆中心孔输送到改进后的钻头喷嘴处。钻孔时，水射流阀门关闭；需要扩孔时，水射流阀门打开，压力水通过喷嘴高速喷出，并随钻杆旋转，对周围岩土层进行切削，直至孔体扩大到所需直径。

在整个水射流系统中，工作压力很高，为了保证密封设计了中间联接器，图2、图3分别为钻杆和钻杆之间、钻杆和钻头之间联接器构造图，除了波形锥螺纹起到一定的密封作用之外，密封环10是保证密封性能的重要部件。两道O形密封圈配合密封环进一步加强了系统的密封性能。为了提高水射流的切削效果，采用了角型空化喷嘴。角型空化喷嘴由于其具有空化作用，在淹没状态下，可比普通喷嘴的切削效率高出数倍。

本实用新型的有益效果是：

(1) 通过对原钻机进行部分改进即可实现水射流扩孔，钻孔和扩孔可以一次完成，操作方便、辅助时间少、成本低、工作效率高。

(2) 适用于所有岩土层，对扩孔难度较大的含有砾石等杂质的非均匀回填土层更有优势。

(3) 可以沿钻孔轴向形成多个扩大环，而其它扩孔方法难以实现。

附图说明

下面结合附图和实例对本实用新型进一步说明。

图1为YTM87型土锚钻机改进后的扩孔装置示意图

图1中，1——高压泵组，2——高压软管，3——钻具机头，4——杆间联接器，5——喷嘴与钻头，6——钻孔，7——螺旋钻杆

图2为螺旋钻杆杆间联接器构造图。图中，8——外螺纹端头，9——O形圈，10——密封环，11——内螺纹端头

图3为螺旋钻杆与钻头联接方式和喷嘴构造图，图中，8——外螺纹端头，9——O形圈，10——密封环，11——内螺纹端头，12——喷嘴，13——滤网。

具体实施方式：

整个系统在原来的基础上增加了一个高压泵组，并在钻具机头上增设高压水接入口，在钻头上安装了喷嘴12。喷嘴的安装位置紧靠钻头刀具，采用锥螺纹与钻杆联接，此外在喷嘴与钻杆中心孔相连通的地方设有滤网13，以防喷嘴堵塞。高压泵组用来产生高压水（如果钻机本身所带的泵站能够提供足够压力和流量的高压水，可以不设专门的泵组）。产生的高压水通过高压软管接入钻具机头，由螺旋钻杆中心孔输送到钻头喷嘴处。钻孔时，钻具机头给进螺旋钻杆，高压水路阀门关闭，水射流系统不工作；当螺旋钻杆给进到一定深度后若要进行扩孔，即可打开高压水路阀门，高压水通过喷嘴高速喷出，并在螺旋钻杆的旋转作用下，对周围土体进行旋转切削，从而达到扩孔的目的。

Claims

1. 一种高压水射流岩土层扩孔装置，包括钻具机头（3）、杆间联接器（4）、钻头（5）、螺旋钻杆（7），钻具机头通过螺旋钻杆中的杆间联接器与钻头相连，其特征是扩孔装置增加了一个高压泵组（1），并在钻具机头上增设高压水接入口，在钻头上安装了喷嘴（12），喷嘴的安装位置紧靠钻头刀具，采用锥螺纹与钻杆联接。

2.如权利要求1所述一种高压水射流岩土层扩孔装置，其特征是螺旋钻杆（7）由外螺纹端头（8）、O形圈（9）、密封环（10）、内螺纹端头（11）组成；外螺纹端头和内螺纹端头之间通过波形锥螺纹联接，内外螺纹端头的另一端与钻杆或钻头焊接。

3.如权利要求1所述一种高压水射流岩土层扩孔装置，其特征是在喷嘴与钻杆中心孔相连通的地方设有滤网（13）。