CN218407362U - 一种用于超深旋喷注浆桩施工的钻头总成 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于超深旋喷注浆桩施工的钻头总成，钻杆内设置有输气通道、输水通道、高压气通道和高压水通道；钻杆表面安装有高压气喷嘴、高压水喷嘴、水平泥浆喷嘴和上扬泥浆喷嘴；上扬泥浆喷嘴在靠近钻杆底端的位置对称安装有两个，并且分别通过上扬出浆通道与喷浆通道建立输浆通路；水平泥浆喷嘴分别通过水平出浆通道与喷浆通道建立输浆通路；高压气喷嘴分别通过输气通道与对应的高压气通道建立输气通路；高压水喷嘴分别通过输水通道与对应的高压水通道建立输水通路。本发明对喷嘴的位置和数量进行了优化，从而改变了钻杆的整体受力情况，不仅延迟了钻杆的使用说明，而且提高了施工质量和强度，满足了大直径桩体的施工要求。

Description

一种用于超深旋喷注浆桩施工的钻头总成

技术领域

本发明涉及城市地下空间、铁路桥梁、地下隧道等等施工技术领域，具体为一种用于超深超高压旋喷注浆桩施工的钻头总成。

背景技术

超深旋喷注浆桩施工工法是是通过改良的耐高压的多孔管，利用超高压注浆泵及空气压缩机，通过多喷嘴喷射高压浆液及压缩空气，一边喷射，钻杆一边旋转向上提升，最后在土中形成一根圆柱状固结体。同时，可根据浆液喷射流量的不同形成不同直径的桩体，可垂直、倾斜不同角度，桩身截面可形成任意形状扇形或圆形的一种施工工法。

目前的该工法所用的钻头总成的喷嘴设计不合理，使得钻杆承受弯矩，承受压力不超过40MPa，故而存在桩体直径较小（不超过2.4m）且施工质量和强度均不高的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于超深旋喷注浆桩施工的钻头总成，通过合理布置喷嘴位置，优化钻杆受力情况，从而满足大直径桩体的施工要求。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于超深旋喷注浆桩施工的钻头总成，包括钻杆和安装在所述钻杆底端的钻头，所述钻杆的中心设置有喷浆通道；所述钻杆内设置有输气通道、输水通道、高压气通道和高压水通道；所述输气通道、输水通道、高压气通道和高压水通道均为两个；所述钻杆表面安装有高压气喷嘴、高压水喷嘴、水平泥浆喷嘴和上扬泥浆喷嘴；

所述上扬泥浆喷嘴在靠近所述钻杆底端的位置对称安装有两个，并且分别通过上扬出浆通道与所述喷浆通道建立输浆通路；

所述水平泥浆喷嘴设置有两个，并且分别位于对应上扬泥浆喷嘴的正上方，所述水平泥浆喷嘴分别通过水平出浆通道与所述喷浆通道建立输浆通路；

所述高压气喷嘴设置有两个，并且分别位于对应水平泥浆喷嘴的正上方，所述高压气喷嘴分别通过输气通道与对应的高压气通道建立输气通路；

所述高压水喷嘴设置有两个，并且分别嵌套在对应的高压气喷嘴中，所述高压水喷嘴分别通过输水通道与对应的高压水通道建立输水通路。

进一步地，所述上扬泥浆喷嘴的中心轴线与所述水平泥浆喷嘴的中心轴线在距离所述钻杆的中心轴线1.5m处相交；

所述高压气喷嘴与所述水平泥浆喷嘴之间的轴向距离不小于1.2m；

所述水平泥浆喷嘴和上扬泥浆喷嘴之间的轴向距离为5cm。

进一步地，所述输气通道包括出气通道，所述输水通道包括第一出水通道、第二出水通道和第三出水通道；所述第一出水通道、第二出水通道和第三出水通道的外端均贯通至所述钻杆的表面，并且通过堵头封住；

所述出气通道的外端贯通至所述钻杆的表面，并在该端密封安装所述高压气喷嘴，所述出气通道连通对应的第三出水通道和高压气通道，其所述出气通道与第三出水通道的连通处密封安装所述高压水喷嘴；

所述第一出水通道连通所述第二出水通道和所述高压水通道；所述第二出水通道连通所述第三出水通道。

进一步地，所述输水通道以所述钻杆的中心轴线为轴中心对称设置。

进一步地，所述钻杆内设置有预留输浆通道和预留输气通道，所述预留输浆通道的底端和预留输气通道的底端分别通过一倾斜通道贯通至所述钻杆的表面，所述倾斜通道在所述钻杆的贯通口处安装有橡胶挡瓣。

进一步地，所述钻杆内设置有压力感应器检测数据线通道和倾角仪感应器数据线通道；所述压力感应器检测数据线通道的底端和倾角仪感应器数据线通道的底端分别通过一安装通道贯通至所述钻杆的表面，所述安装通道中分别安装有地内压力感应器和倾角仪感应器。

进一步地，所述钻杆和所述钻头之间通过若干螺栓和螺母连接。

进一步地，所述钻杆的底端设置有若干下钻杆连接孔，靠近该端的钻杆表面设置有若干与所述下钻杆连接孔一一对应连通的下安装竖槽，所述钻头的顶端设置有若干与所述下钻杆连接孔一一对应的钻头连接孔，所述下安装竖槽的底端设置有一个螺母，所述螺栓依次穿过对应的螺母和下钻杆连接孔后与钻头连接孔螺纹连接。

进一步地，所述钻杆的顶端设置有若干上钻杆连接孔，靠近该端的钻杆表面设置有若干与所述上钻杆连接孔一一对应连通的上安装竖槽。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明对喷嘴的位置和数量进行了优化，从而改变了钻杆的整体受力情况，不仅延迟了钻杆的使用寿命，而且提高了施工质量和强度，满足了大直径桩体的施工要求。

2、本发明中的水泥浆喷嘴采取上下及对称布置，且两者轴线在距离旋转中心1.5米处相交，提高了远端的喷射压力，本发明提高了钻头输浆、输水、输气管道的强度，使得压强最大达到60MPa，从而扩大桩体直径。

3、本发明对输浆管道强度、直径和数量进行了优化，从而改变了钻杆的整体输浆能力，不仅增加了固化剂浆液喷射切削功率，从而满足了大直径桩体的施工要求，而且提高了施工质量和强度。

4、本发明增设预留输气、输浆通道，在出现埋钻时开启输浆、送气功能，使钻杆外壁润滑及时上拔。

5、本发明增设地内压力感应器和感应器检测数据线通道，随时动态反映地内压力，判断孔壁稳定情况。

6、本发明增设钻杆垂直度倾角仪感应器和倾角仪感应器数据线通道，随时监控钻杆垂直度情况。

7、本发明预留成孔直径检测通道，以便随时检测成桩直径。

附图说明

图1为本发明一个优选实施例的结构立体图；

图2为图1中I处的局部放大图；

图3为图1所示实施例的结构主视图；

图4为图3中A-A向的结构剖视图；

图5为图1所示实施例的结构仰视图；

图6为图5中B-B向的结构剖视图；

图7为图6中II处的局部放大图；

图8为图6中III处的局部放大图；

图9为图6中IV处的局部放大图；

图10为图6中V处的局部放大图；

图11为图1所示实施例中高压水流和高压气流的路径示意图；

图12为图1所示实施例在工作时的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至11所示，一种用于超深旋喷注浆桩施工的钻头总成，包括钻杆1和安装在钻杆1底端的钻头2。钻杆1内设置有喷浆通道1.1、输气通道、输水通道、高压气通道1.2和高压水通道1.3。喷浆通道1.1与钻杆1同轴，高压气通道1.2和高压水通道1.3则位于喷浆通道1.1的外围。

如图4所示，本例中相关通道的数量均为两个，并且以钻杆1的中心线为轴中心对称分布，这样能够使钻杆1的内部承压情况更加均衡，提高稳定性。

钻杆1表面安装有高压气喷嘴3、高压水喷嘴10、水平泥浆喷嘴5和上扬泥浆喷嘴6。

上扬泥浆喷嘴6在靠近钻杆1底端的位置对称安装有两个，并且分别通过上扬出浆通道1.10与喷浆通道1.1建立输浆通路。水平泥浆喷嘴5设置有两个，并且分别位于对应上扬泥浆喷嘴6的正上方，水平泥浆喷嘴5分别通过水平出浆通道1.8与喷浆通道1.1建立输浆通路。喷浆通道1.1与外部浆泵连接，浆泵类型为土力泵，采用一拖二设置，功率为400KW，输出压力为55MPa。

作为优选例，如图12所示，上扬泥浆喷嘴6的中心轴线与水平泥浆喷嘴5的中心轴线在距离钻杆2的中心轴线1.5m处相交。高压气喷嘴3与水平泥浆喷嘴5之间的轴向距离不小于1.2m。水平泥浆喷嘴5和上扬泥浆喷嘴6之间的轴向距离为5cm。

高压气喷嘴3设置有两个，并且分别位于对应水平泥浆喷嘴5的正上方，高压气喷嘴3分别通过输气通道与对应的高压气通道1.2建立输气通路。

高压水喷嘴10设置有两个，并且分别嵌套在对应的高压气喷嘴3中，高压水喷嘴10分别通过输水通道与对应的高压水通道1.3建立输水通路。由于水平泥浆喷嘴5和上扬泥浆喷嘴6均为对称设置，因此高压气喷嘴3和高压水喷嘴10也为对称设置。高压气通道1.2与外部空压机连接，由于孔深可达70m，因此宜使用压强为1.8MPa的空压机。高压水通道1.3与外部水泵连接，水泵型号为SG-200SV-C，功率为150KW, 输出压力为44MPa。

作为优选例，如图4所示，输气通道包括出气通道1.6，输水通道包括第一出水通道1.13、第二出水通道1.5和第三出水通道1.4；第一出水通道1.13、第二出水通道1.5和第三出水通道1.4的外端均贯通至钻杆1的表面，并且通过堵头9封住；

出气通道1.6的外端贯通至钻杆1的表面，并在该端密封安装高压气喷嘴3，出气通道1.6连通对应的第三出水通道1.4和高压气通道1.2，其出气通道1.6与第三出水通道1.4的连通处密封安装高压水喷嘴10；

第一出水通道1.13连通第二出水通道1.5和高压水通道1.3；第二出水通道1.4连通第三出水通道1.4。

如图4所示，出气通道1.6、第一出水通道1.13、第二出水通道1.5和第三出水通道1.4均可位于同一平面内，出气通道1.6和第一出水通道1.13的中心轴线相互垂直并且均指向圆心，第二出水通道1.5垂直于第一出水通道1.13，第三出水通道1.4平行于第一出水通道1.5。如图7所示，虽然高压水流与高压气流最终流向相同，但是由于高压水喷嘴10已经将出气通道1.6与第三出水通道1.4的连通处堵死，因此高压水流只能通过高压水喷嘴10喷射出钻杆1，而不会进入任何高压气流流经的通道中。高压气喷嘴3与高压水喷嘴10采用嵌套方式安装，因此在高压气喷嘴3内侧和高压水喷嘴10外侧形成一圈环形通道，使环形通道与出气通道1.6连通，使得高压气流通过该环形通道喷射出，并且能够与高压水流形成混合射流。如图10所示，高压水流的路径为：高压水通道1.3→第一出水通道1.13→第二出水通道1.5→第三出水通道1.4→高压水喷嘴10。高压气流的路径为：高压气通道1.2→出气通道1.6→高压气喷嘴3。

作为优选例，如图2和6所示，钻杆1和钻头2之间通过四个螺栓7和螺母11连接。具体地，钻杆1的底端设置有四个圆周均布的下钻杆连接孔1.9，靠近该端的钻杆1表面设置有四个与下钻杆连接孔1.9一一对应连通的下安装竖槽1.7，下安装竖槽1.7的底端具有一个弧形面，对应的螺母11的底部也有一个相匹配的弧形面。钻头2的顶端设置有若干与下钻杆连接孔1.9一一对应的钻头连接孔2.1，下安装竖槽1.7的底端设置有一个螺母11，螺栓7依次穿过对应的螺母11和下钻杆连接孔1.9后与钻头连接孔2.1螺纹连接。螺母11的弧形面与下安装竖槽1.7的底部弧形面配合后形成防转结构，从而进一步提升螺母11的牢固性，防止发生松动。

同样地，为了便于钻杆1与其它钻杆相连以延长整体长度，钻杆1的顶端设置有四个圆周均布的上钻杆连接孔1.18，靠近该端的钻杆1表面设置有四个与所述上钻杆连接孔1.18一一对应连通的上安装竖槽1.19。上安装竖槽1.19的顶部也设置有弧面，防止螺母11转动。对于其它钻杆，也在相应的端部设置有相似的结构，进而通过螺栓7和螺母11将两个钻杆连接。

作为优选例，如图4和6所示，钻杆1内设置有平行于钻杆1的中心轴线的预留输浆通道1.14和预留输气通道1.16。预留输浆通道1.14和预留输气通道1.16以钻杆1的中心轴线为轴对称设置。预留输浆通道1.14的底端和预留输气通道1.16的底端分别通过一倾斜通道1.11贯通至钻杆1的表面，倾斜通道1.11在钻杆1的贯通口处安装有橡胶挡瓣12。在出现埋钻时开启输浆、送气功能，浆液和气流会冲开橡胶挡瓣12向外喷射，使钻杆1外壁润滑及时上拔。而关闭输浆、送气功能后，橡胶挡瓣12防止倒灌。

需要说明的是，预留输浆通道1.14和预留输气通道1.16还可以用作预留成孔直径检测通道，以便随时检测成桩直径。如图12所示，当预留输浆通道1.14和预留输气通道1.16用作预留成孔直径检测通道时，将探测针15放入其中一个通道中，例如预留输浆通道1.14，由于其底端连接有倾斜通道1.11，因此探测针15会发生变向继续向外伸出。探测针15的端部设置有温度传感器，桩身由于有水泥凝固产生的水化热，温度高于周边地下土壤恒温4°，当检测到温度较低时，即可认为其到达桩壁。此时根据其倾斜角度α、伸出长度L、通道预留输浆通道1.14与钻杆1的中心距即可计算得到此时的桩径R。

作为优选例，如图1和4所示，钻杆1内设置有平行于钻杆1的中心轴线的压力感应器检测数据线通道1.15和倾角仪感应器数据线通道1.17。压力感应器检测数据线通道1.15和倾角仪感应器数据线通道1.17以钻杆1的中心轴线为轴对称设置。

压力感应器检测数据线通道1.15的底端和倾角仪感应器数据线通道1.17的底端分别通过一安装通道贯通至钻杆1的表面，安装通道中分别安装有地内压力感应器14和倾角仪感应器。地内压力感应器14的数据线通过压力感应器检测数据线通道1.15上传连接设备，随时动态反映地内压力，判断孔壁稳定情况。倾角仪感应器的数据线通过倾角仪感应器数据线通道1.17上传连接设备，随时监控钻杆垂直度情况。

本发明中，相关喷嘴的安装采用螺纹方式安装，从而实现便于更换和便于密封的目的。

本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示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、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。

本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后所要说明的是：以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改和等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种用于超深旋喷注浆桩施工的钻头总成，包括钻杆（1）和安装在所述钻杆（1）底端的钻头（2），所述钻杆（1）的中心设置有喷浆通道（1.1）；其特征在于：所述钻杆（1）内设置有输气通道、输水通道、高压气通道（1.2）和高压水通道（1.3）；所述输气通道、输水通道、高压气通道（1.2）和高压水通道（1.3）均为两个；所述钻杆（1）表面安装有高压气喷嘴（3）、高压水喷嘴（10）、水平泥浆喷嘴（5）和上扬泥浆喷嘴（6）；

所述上扬泥浆喷嘴（6）在靠近所述钻杆（1）底端的位置对称安装有两个，并且分别通过上扬出浆通道（1.10）与所述喷浆通道（1.1）建立输浆通路；

所述水平泥浆喷嘴（5）设置有两个，并且分别位于对应上扬泥浆喷嘴（6）的正上方，所述水平泥浆喷嘴（5）分别通过水平出浆通道（1.8）与所述喷浆通道（1.1）建立输浆通路；

所述高压气喷嘴（3）设置有两个，并且分别位于对应水平泥浆喷嘴（5）的正上方，所述高压气喷嘴（3）分别通过输气通道与对应的高压气通道（1.2）建立输气通路；

所述高压水喷嘴（10）设置有两个，并且分别嵌套在对应的高压气喷嘴（3）中，所述高压水喷嘴（10）分别通过输水通道与对应的高压水通道（1.3）建立输水通路。

2.根据权利要求1所述的一种用于超深旋喷注浆桩施工的钻头总成，其特征在于：所述上扬泥浆喷嘴（6）的中心轴线与所述水平泥浆喷嘴（5）的中心轴线在距离所述钻杆（1）的中心轴线1.5m处相交；

所述高压气喷嘴（3）与所述水平泥浆喷嘴（5）之间的轴向距离不小于1.2m；

所述水平泥浆喷嘴（5）和上扬泥浆喷嘴（6）之间的轴向距离为5cm。

3.根据权利要求1所述的一种用于超深旋喷注浆桩施工的钻头总成，其特征在于：所述输气通道包括出气通道（1.6），所述输水通道包括第一出水通道（1.13）、第二出水通道（1.5）和第三出水通道（1.4）；所述第一出水通道（1.13）、第二出水通道（1.5）和第三出水通道（1.4）的外端均贯通至所述钻杆（1）的表面，并且通过堵头（9）封住；

所述出气通道（1.6）的外端贯通至所述钻杆（1）的表面，并在该端密封安装所述高压气喷嘴（3），所述出气通道（1.6）连通对应的第三出水通道（1.4）和高压气通道（1.2），其所述出气通道（1.6）与第三出水通道（1.4）的连通处密封安装所述高压水喷嘴（10）；

所述第一出水通道（1.13）连通所述第二出水通道（1.5）和所述高压水通道（1.3）；所述第二出水通道（1.5）连通所述第三出水通道（1.4）。

4.根据权利要求3所述的一种用于超深旋喷注浆桩施工的钻头总成，其特征在于：所述输水通道以所述钻杆（1）的中心轴线为轴中心对称设置。

5.根据权利要求1所述的一种用于超深旋喷注浆桩施工的钻头总成，其特征在于：所述钻杆（1）内设置有预留输浆通道（1.14）和预留输气通道（1.16），所述预留输浆通道（1.14）的底端和预留输气通道（1.16）的底端分别通过一倾斜通道（1.11）贯通至所述钻杆（1）的表面，所述倾斜通道（1.11）在所述钻杆（1）的贯通口处安装有橡胶挡瓣（12）。

6.根据权利要求1所述的一种用于超深旋喷注浆桩施工的钻头总成，其特征在于：所述钻杆（1）内设置有压力感应器检测数据线通道（1.15）和倾角仪感应器数据线通道（1.17）；所述压力感应器检测数据线通道（1.15）的底端和倾角仪感应器数据线通道（1.17）的底端分别通过一安装通道贯通至所述钻杆（1）的表面，所述安装通道中分别安装有地内压力感应器（14）和倾角仪感应器。

7.根据权利要求1所述的一种用于超深旋喷注浆桩施工的钻头总成，其特征在于：所述钻杆（1）和所述钻头（2）之间通过若干螺栓（7）和螺母（11）连接。

8.根据权利要求7所述的一种用于超深旋喷注浆桩施工的钻头总成，其特征在于：所述钻杆（1）的底端设置有若干下钻杆连接孔（1.9），靠近该端的钻杆（1）表面设置有若干与所述下钻杆连接孔（1.9）一一对应连通的下安装竖槽（1.7），所述钻头（2）的顶端设置有若干与所述下钻杆连接孔（1.9）一一对应的钻头连接孔（2.1），所述下安装竖槽（1.7）的底端设置有一个螺母（11），所述螺栓（7）依次穿过对应的螺母（11）和下钻杆连接孔（1.9）后与钻头连接孔（2.1）螺纹连接。

9.根据权利要求1所述的一种用于超深旋喷注浆桩施工的钻头总成，其特征在于：所述钻杆（1）的顶端设置有若干上钻杆连接孔（1.18），靠近该端的钻杆（1）表面设置有若干与所述上钻杆连接孔（1.18）一一对应连通的上安装竖槽（1.19）。

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