CN212563079U - 一种高速深层搅拌钻机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高速深层搅拌钻机，属于桩基施工设备领域，包括底盘、钻机前端、钻机后台、动力系统、桩架、控制平台；所述动力系统包括油缸动力系统、环向回转动力系统、垂向回转动力系统、底盘动力系统、桩架动力系统、钻机附件动力系统；外钻杆内安装有气管、浆管，外钻杆内部的气管靠近动力头一侧安装有恒压阀，与恒压阀对应的外钻杆上安装有排气阀；内钻杆内安装有气管套管、浆管套管，所述油缸筒的顶部和底部均安装有滑轮，油缸筒底部滑轮上缠绕有下放钢丝绳，油缸筒顶部滑轮上缠绕有上拉钢丝绳。本实用新型加压稳定可靠，可适用于多种土层及岩层，降低了成本，提高了钻杆的强度、刚度和使用寿命。

Description

一种高速深层搅拌钻机

技术领域

本实用新型涉及桩基施工设备领域，特别涉及到一种高速深层搅拌钻机。

背景技术

灌注桩噪音小适应性强，得到广泛应用，但桩体开挖难度大，过去一直是人工开挖，尤其是在施工空间有限的地方，比如：隧道内，地铁站地下空间内等，这些地方不能使用高大机械，只能人工加简单机械开挖。人工开挖事故频发，且遇到桩体有动水侵入后开挖难度更大，人工开挖正面临被淘汰和禁止。在地上施工时，需打多深的孔，就必须配多高的钻机塔架。通常钻孔的深度都在20米以上，最深的甚至达30多米，这就需要配置相应高度的钻机塔架，钻机塔架的增高，不仅浪费大量的钢材，增加成本，而且使得长螺杆打桩成孔钻机体积庞大，移动成本也随之增加。

近几年来普遍采用的竖向打桩机，可以在地铁隧道内低矮空间进行作业，其技术关键是配置了可伸缩钻杆，钻杆随着开挖深度自动向下延伸。多节伸缩钻杆在动力头的驱动下，带动回转斗或短螺旋钻头工作。由加压油缸对钻杆实施加压，由主卷扬通过钢丝绳对钻杆进行提升、下放。因此要求钻杆既能传递扭矩，又能传递轴向力，且长度可调整。其性能的好坏直接影响着成孔的质量和钻进能力，影响着整机性能的发挥。

目前已有的多节伸缩钻杆，钻杆为方形钢管，通过摩擦力加压钻进。抗弯及抗扭能力均较小，所以传递扭矩及轴向力的能力均较小。钻进时的轴向力通过钻杆之间的磨擦传递，所以传递的力不稳定，不能产生自锁，钻进时有回缩现象。尤其是遇到坚硬岩层时，钻进效率低，甚至无法钻进，不能满足施工要求。另外，钻深达到一定深度后井内出水，一部分甚至大部分钻杆浸泡在泥水或泥浆中，泥浆进入筒体外滑轨与内滑轨间隙，经反复挤压干化形成越来越厚坚固难容的泥垢，阻碍了筒体的顺利滑行，工作寿命短，施工成本高且严重影响工期。因此，为了解决上述问题，本实用新型提出了一种高速深层搅拌钻机。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型提出了一种高速深层搅拌钻机，克服了现有技术的不足。该设备能够在伸缩状态下传递钻机扭矩，这种结构与现有的打桩成孔钻机相比，可在不增高钻机塔架的前提下，增加钻井深度。这样就节省了大量的用于加高钻机塔架的钢材，大大降低了成本，而且使得打桩成孔钻机体积缩小，移动成本也随之降低。钻杆为圆环形截面，大大提高了钻杆的强度、刚度，从而能有效地传递扭矩和轴向力。且钻进时各节钻杆之间无相对滑动，加压稳定可靠，可适用于多种土层及岩层。通过设置恒压阀和排气阀，使得钻杆内部始终存在压力，钻孔内的水和泥浆无法进入，提高了钻机的工作寿命。

一种高速深层搅拌钻机，其特征在于，包括底盘、钻机前端、钻机后台、动力系统、桩架、控制平台；所述钻机后台包括固化剂搅拌系统、高压气供给系统；所述动力系统包括油缸动力系统、环向回转动力系统、垂向回转动力系统、底盘动力系统、桩架动力系统、钻机附件动力系统；钻机前端包括动力头、回转接头、气管、浆管、液压油管、排气阀、恒压阀、油缸杆、油缸筒、滑轮、油缸导向套、外钻杆、内钻杆、钻杆导向套、气管套管、浆管套管、下放钢丝绳、上拉钢丝绳、钻头；所述外钻杆内安装有气管、浆管，所述外钻杆底部安装有钻杆导向套，所述外钻杆内部的气管靠近动力头一侧安装有恒压阀，与恒压阀对应的外钻杆上安装有排气阀；所述内钻杆内安装有气管套管、浆管套管，所述油缸筒的顶部和底部均安装有滑轮；所述回转接头通过法兰与动力头连接，所述外钻杆与动力头通过法兰连接，所述回转接头通过气管和浆管与外钻杆连接，所述气管、浆管分别与气管套管、浆管套管插接，所述油缸杆的顶部通过销轴与法兰连接，所述回转接头通过液压油管与油缸杆的上部连接，所述油缸筒通过安装在内钻杆上的油缸导向套固定，所述油缸筒底部滑轮上缠绕有下放钢丝绳，下放钢丝绳的一端与外钻杆的靠近动力头一端连接，下放钢丝绳的另一端与内钻杆靠近动力头一端连接，所述油缸筒顶部滑轮上缠绕有上拉钢丝绳，上拉钢丝绳的一端与外钻杆的远离动力头一端连接，上拉钢丝绳的另一端与内钻杆靠近动力头一端连接。

优选地，所述油缸筒的直径小于内钻杆的内径，并且小于油缸导向套内径1-5mm，工作时，油缸杆相对于外钻杆静止，油缸筒相对于外钻杆运动。

优选地，所述气管分为两部分，一部分为回转接头和外钻杆之间的部分，此部分为高压胶管，一部分为外钻杆内部的部分，此部分为钢管；所述浆管分为两部分，一部分为回转接头和外钻杆之间的部分，此部分为高压胶管，一部分为外钻杆内部的部分，此部分为钢管；所述液压油管为高压胶管。

优选地，所述滑轮为3个，油缸筒底部滑轮为1个，与油缸筒轴线一致，油缸筒顶部滑轮为2个，沿油缸筒轴线对称分布。

优选地，所述内钻杆结构为六方钻杆，外钻杆为光圆钻杆，在内钻杆顶部内侧设置油缸导向套，油缸导向套与内钻杆焊接与油缸筒搭接，在外钻杆底部内侧设置钻杆导向套，钻杆导向套与外钻杆焊接与内钻杆搭接。

本实用新型所带来的有益技术效果：

（1）该设备能够在伸缩状态下传递钻机扭矩，这种结构与现有的打桩成孔钻机相比，可在不增高钻机塔架的前提下，增加钻井深度。这样就节省了大量的用于加高钻机塔架的钢材，大大降低了成本，而且使得打桩成孔钻机体积缩小，移动成本也随之降低。（2）钻杆为圆环形截面，大大提高了钻杆的强度、刚度，从而能有效地传递扭矩和轴向力。（3）钻进时各节钻杆之间无相对滑动，加压稳定可靠，可适用于多种土层及岩层。（4）通过设置恒压阀和排气阀，使得钻杆内部始终存在压力，钻孔内的水和泥浆无法进入，提高了钻机的工作寿命。

附图说明

图1为本实用新型一种高速深层搅拌钻机中钻机的示意图。

图2为本实用新型一种高速深层搅拌钻机中钻机前端的剖面示意图。

图3为本实用新型一种高速深层搅拌钻机中下放钢丝绳的绕绳示意图。

图4为本实用新型一种高速深层搅拌钻机中上拉钢丝绳的绕绳示意图。

其中，1-动力头、2-回转接头、3-气管、4-浆管、5-液压油管、6-排气阀、7-恒压阀、8-油缸杆、9-油缸筒、10-滑轮、11-油缸导向套、12-外钻杆、13-内钻杆、14-钻杆导向套、15-气管套管、16-浆管套管、17-下放钢丝绳、18-上拉钢丝绳、19-钻头、20-底盘。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

如图1~4所示，一种高速深层搅拌钻机，其特征在于，包括底盘20、钻机前端、钻机后台、动力系统、桩架、控制平台；所述钻机后台包括固化剂搅拌系统、高压气供给系统；所述动力系统包括油缸动力系统、环向回转动力系统、垂向回转动力系统、底盘动力系统、桩架动力系统、钻机附件动力系统；钻机前端包括动力头1、回转接头2、气管3、浆管4、液压油管5、排气阀6、恒压阀7、油缸杆8、油缸筒9、滑轮10、油缸导向套11、外钻杆12、内钻杆13、钻杆导向套14、气管套管15、浆管套管16、下放钢丝绳17、上拉钢丝绳18、钻头19；所述外钻杆12内安装有气管3、浆管4，所述外钻杆12底部安装有钻杆导向套14，所述外钻杆12内部的气管3靠近动力头1一侧安装有恒压阀7，与恒压阀7对应的外钻杆12上安装有排气阀6；所述内钻杆13内安装有气管套管15、浆管套管16，所述油缸筒9的顶部和底部均安装有滑轮10；所述回转接头2通过法兰与动力头1连接，所述外钻杆12与动力头1通过法兰连接，所述回转接头2通过气管3和浆管4与外钻杆12连接，所述气管3、浆管4分别与气管套管15、浆管套管16插接，所述油缸杆8的顶部通过销轴与法兰连接，所述回转接头2通过液压油管5与油缸杆8的上部连接，所述油缸筒9通过安装在内钻杆13上的油缸导向套11固定，所述油缸筒9底部滑轮10上缠绕有下放钢丝绳17，下放钢丝绳17的一端与外钻杆12的靠近动力头1一端连接，下放钢丝绳17的另一端与内钻杆13靠近动力头1一端连接，所述油缸筒9顶部滑轮10上缠绕有上拉钢丝绳18，上拉钢丝绳18的一端与外钻杆12的远离动力头1一端连接，上拉钢丝绳18的另一端与内钻杆13靠近动力头1一端连接。

优选地，所述油缸筒9的直径小于内钻杆13的内径，并且小于油缸导向套11内径1-5mm，工作时，油缸杆8相对于外钻杆12静止，油缸筒9相对于外钻杆12运动。

优选地，所述气管3分为两部分，一部分为回转接头2和外钻杆12之间的部分，此部分为高压胶管，一部分为外钻杆12内部的部分，此部分为钢管；所述浆管4分为两部分，一部分为回转接头2和外钻杆12之间的部分，此部分为高压胶管，一部分为外钻杆12内部的部分，此部分为钢管；所述液压油管5为高压胶管。

优选地，所述滑轮10为3个，油缸筒9底部滑轮10为1个，与油缸筒9轴线一致，油缸筒9顶部滑轮10为2个，沿油缸筒9轴线对称分布。

优选地，所述内钻杆13结构为六方钻杆，外钻杆12为光圆钻杆，在内钻杆13顶部内侧设置油缸导向套11，油缸导向套11与内钻杆13焊接与油缸筒9搭接，在外钻杆12底部内侧设置钻杆导向套14，钻杆导向套14与外钻杆12焊接与内钻杆13搭接。

一种高速深层搅拌钻机的施工方法，其特征在于，采用一种高速深层搅拌钻机进行施工，具体施工步骤如下：

步骤一：启动钻机，钻机根据设计要求就位，调整桩架和底盘20，保证钻机整体处于水平状态以及钻杆处于垂直状态，试运行钻机5-10分钟；

步骤二：将动力头1提升至桩架顶部，启动油缸动力系统，推动油缸筒9与滑轮10向下移动，进而通过下放钢丝绳17推动内钻杆13及钻头19向下滑动，当钻头19距离地面1.0-3.0m时，启动环向回转动力系统、垂向回转动力系统，使得动力头1正向转动的同时向下移动；

步骤三：当钻头19完全进入土体后启动固化剂搅拌系统和高压气供给系统，依次回转接头2、气管3、浆管4及钻头19向土体泵送固化剂及高压气，使固化剂高效、均匀的掺加至土体中；与此同时启动恒压阀7，使得外钻杆12空腔内保持设定压力；

步骤四：当油缸筒9向下移动至最大行程后，对油缸筒9进行锁止，通过动力头1继续带动外钻杆12、内钻杆13及钻头19旋转并向下移动，直至搅拌至设定深度；

步骤五：调节垂向回转动力系统和环向回转动力系统使得动力头1反向转动，并带动外钻杆12、内钻杆13及钻头19旋转并向上移动，固化剂搅拌系统和高压气供给系统继续通过钻头19向土体泵送固化剂及高压气；

步骤六：将动力头1提升至桩架顶部，关闭垂向回转动力系统使得动力头1和外钻杆12停止向上移动，启动油缸动力系统，推动油缸筒9与滑轮10向上移动，进而通过上拉钢丝绳18拉动内钻杆13及钻头19向上滑动；

步骤七：当钻头19完全脱离土体后关闭固化剂搅拌系统和高压气供给系统，关闭恒压阀7的同时打开排气阀6，使得外钻杆12空腔内的压力与外接大气保持一致；

步骤八：当油缸筒9向上移动至最大行程后，关闭环向回转动力系统使得动力头1停止转动，对油缸筒9进行锁止后，启动垂向回转动力系统使得动力头1、外钻杆12、内钻杆13和钻头19向下移动设定距离，以保证钻机整体重心下移；

步骤九：对固化剂搅拌系统、回转接头2、浆管4及钻头19采用清水进行冲洗，平整搅拌桩附近场地，钻机移位进行下一根搅拌桩施工；

步骤十：重复步骤一至步骤九直至完成施工。

优选地，所述油缸动力系统推动内钻杆13及钻头19向下滑动的速度不大于动力头1向下移动的速度，油缸动力系统拉动内钻杆13及钻头19向上滑动的速度不大于动力头1向上移动的速度。

优选地，所述外钻杆12空腔内的压力随着搅拌深度的增大而增大，最小压力不小于0.2MPa，最大压力不大于0.8MPa。

优选地，所述上拉钢丝绳18、下放钢丝绳17的抗压强度均大于钻机最大提拉力及最大下压力，上拉钢丝绳18、下放钢丝绳17设定有初始预紧力，初始预紧力范围为0-100kN。

本实用新型一种高速深层搅拌钻机，该设备能够在伸缩状态下传递钻机扭矩，这种结构与现有的打桩成孔钻机相比，可在不增高钻机塔架的前提下，增加钻井深度。这样就节省了大量的用于加高钻机塔架的钢材，大大降低了成本，而且使得打桩成孔钻机体积缩小，移动成本也随之降低。钻杆为圆环形截面，大大提高了钻杆的强度、刚度，从而能有效地传递扭矩和轴向力。且钻进时各节钻杆之间无相对滑动，加压稳定可靠，可适用于多种土层及岩层。通过设置恒压阀7和排气阀6，使得钻杆内部始终存在压力，钻孔内的水和泥浆无法进入，提高了钻机的工作寿命。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种高速深层搅拌钻机，其特征在于，包括底盘、钻机前端、钻机后台、动力系统、桩架、控制平台；所述钻机后台包括固化剂搅拌系统、高压气供给系统；所述动力系统包括油缸动力系统、环向回转动力系统、垂向回转动力系统、底盘动力系统、桩架动力系统、钻机附件动力系统；钻机前端包括动力头、回转接头、气管、浆管、液压油管、排气阀、恒压阀、油缸杆、油缸筒、滑轮、油缸导向套、外钻杆、内钻杆、钻杆导向套、气管套管、浆管套管、下放钢丝绳、上拉钢丝绳、钻头；所述外钻杆内安装有气管、浆管，所述外钻杆底部安装有钻杆导向套，所述外钻杆内部的气管靠近动力头一侧安装有恒压阀，与恒压阀对应的外钻杆上安装有排气阀；所述内钻杆内安装有气管套管、浆管套管，所述油缸筒的顶部和底部均安装有滑轮；所述回转接头通过法兰与动力头连接，所述外钻杆与动力头通过法兰连接，所述回转接头通过气管和浆管与外钻杆连接，所述气管、浆管分别与气管套管、浆管套管插接，所述油缸杆的顶部通过销轴与法兰连接，所述回转接头通过液压油管与油缸杆的上部连接，所述油缸筒通过安装在内钻杆上的油缸导向套固定，所述油缸筒底部滑轮上缠绕有下放钢丝绳，下放钢丝绳的一端与外钻杆的靠近动力头一端连接，下放钢丝绳的另一端与内钻杆靠近动力头一端连接，所述油缸筒顶部滑轮上缠绕有上拉钢丝绳，上拉钢丝绳的一端与外钻杆的远离动力头一端连接，上拉钢丝绳的另一端与内钻杆靠近动力头一端连接。

2.根据权利要求1所述的一种高速深层搅拌钻机，其特征在于，所述油缸筒的直径小于内钻杆的内径，并且小于油缸导向套内径1-5mm，工作时，油缸杆相对于外钻杆静止，油缸筒相对于外钻杆运动。

3.根据权利要求1所述的一种高速深层搅拌钻机，其特征在于，所述气管分为两部分，一部分为回转接头和外钻杆之间的部分，此部分为高压胶管，一部分为外钻杆内部的部分，此部分为钢管；所述浆管分为两部分，一部分为回转接头和外钻杆之间的部分，此部分为高压胶管，一部分为外钻杆内部的部分，此部分为钢管；所述液压油管为高压胶管。

4.根据权利要求1所述的一种高速深层搅拌钻机，其特征在于，所述滑轮为3个，油缸筒底部滑轮为1个，与油缸筒轴线一致，油缸筒顶部滑轮为2个，沿油缸筒轴线对称分布。

5.根据权利要求1所述的一种高速深层搅拌钻机，其特征在于，所述内钻杆结构为六方钻杆，外钻杆为光圆钻杆，在内钻杆顶部内侧设置油缸导向套，油缸导向套与内钻杆焊接与油缸筒搭接，在外钻杆底部内侧设置钻杆导向套，钻杆导向套与外钻杆焊接与内钻杆搭接。

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