专利名称：一种环切钻头、旋挖钻机及配合静态爆破的钻岩方法
技术领域：
本发明主要涉及工程机械领域，特别涉及一种环切钻头、旋挖钻机及配合静态爆破的钻岩方法。
背景技术：
旋挖钻机是一种适合在建筑基础工程中取土成孔灌注桩施工的机械，广泛地应用 于公路桥梁、高层建筑等施工工程中，旋挖钻机靠钻杆带动回转斗旋转切削土石，然后提升至孔外卸载土石的周期性循环作业。旋挖钻机的工作装置主要包括变幅机构、桅杆、主卷扬、辅卷扬、动力头、加压装置、钻杆和钻具。钻孔工作时，钻具随桅杆到达桩位，动力头为钻杆提供扭矩、加压装置通过加压动力头的方式将加压力传递给钻杆、钻头，钻头回转破碎岩土，然后取土，重复工作直至钻至设计深度。目前，嵌岩灌注桩数量越来越多，旋挖钻机嵌岩施工时破岩效率偏低，振动厉害，对旋挖钻机损伤严重。目前的石材开采中，多采用静态爆破法。这是近时期发展起来一种破碎岩石或混凝土的新方法，有的利用化学破碎剂，有的利用液压胶管等。然而，现有的静态爆破技术仅针对破碎岩石，而没有针对旋挖钻机配合使用，在硬岩地层的钻进施工中没有充分发挥旋挖钻机的用途，尤其是在大孔径硬岩地层钻进施工中，旋挖钻机破岩施工的效率有待提高。
发明内容
本发明旨在提供一种环切钻头、旋挖钻机及配合静态爆破的钻岩方法，本发明能够充分发挥旋挖钻机优势，提高旋挖入岩效率。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。本发明一方面提供了一种旋挖钻机配合静态爆破的钻岩方法，包括步骤1，利用旋挖钻机钻取中心孔和环形孔，所述中心孔的直径小于设计桩径，并且所述中心孔位于所述环形孔的内部；步骤2，向所述中心孔内投入静态爆破物；步骤3，触发所述静态爆破物，挤破岩芯；步骤4，捞出破碎的岩渣；步骤5，依次重复上述步骤，直至完成预定深度的桩孔。进一步地，所述环形孔的圆心与中心孔的圆心均处于设计桩孔的圆心处。进一步地，所述步骤I中的钻取环形孔采用环切钻头完成所述环切钻头包括依次固定连接的连接方头、钻筒和钻齿，所述钻齿设置在所述钻筒的下方，所述钻筒为双层筒壁结构，具有内壁、外壁以及所述内壁和外壁之间形成的容渣腔。进一步地，所述步骤2具体为向所述环形孔放置捞渣筒，所述捞渣筒包括筒壁和筒底，所述捞渣筒开口向下，所述筒底设置有沿所述捞渣筒轴向的导向管；放置后所述导向管与所述中心孔位置对应，通过所述导向管的导向作用向所述中心孔内投入静态爆破物；
所述步骤3具体为触发所述静态爆破物，利用所述静态爆破物膨胀挤破岩芯，使岩芯与所述捞渣筒的内壁紧密接触；所述步骤4具体为提出所述捞渣筒，捞出破碎的岩渣。进一步地，所述捞渣筒的筒壁的下端具有向所述捞渣筒内部延伸的挡渣块。本发明另一方面还提供了一种钻取环形孔用的环切钻头，包括依次固定连接的连接方头、钻筒和钻齿，所述钻齿设置在所述钻筒的下方，所述钻筒为双层筒壁结构，具有内壁、外壁以及所述内壁和外壁之间形成的容渣腔。进一步地，所述钻齿均匀设置在所述钻筒的下方。进一步地，所述容渣腔底部具有间隔设置的连接板，连接所述内壁和外壁，所述钻 齿均匀设置在所述内壁、外壁和所述连接板的下方。本发明的另一方面还提供了一种旋挖钻机，具有如上所述的钻取环形孔用的环切钻头。进一步地，所述旋挖钻机还具有捞渣筒，所述捞渣筒包括筒壁和筒底，所述捞渣筒包括筒壁和筒底，所述捞渣筒开口向下，所述筒底设置有沿所述捞渣筒轴向延伸的导向管。本发明利用旋挖钻机配合静态爆破钻岩，借助旋挖钻机的扭矩和加压力，首先利用小直径筒钻进行中心取芯钻进，然后借助旋挖钻机环切钻进钻取外侧环形孔，然后在中心孔放置静态爆破物，利用静态爆破物的膨胀力破岩后，取出钻渣，完成钻进施工。本发明特别适用于在大孔径硬岩地层钻进施工中，利用静态爆破物在中心孔挤压破岩，能够充分发挥旋挖钻机优势，提高旋挖入岩效率。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本发明的一种旋挖钻机配合静态爆破的钻岩方法的实施例流程示意图；图2为本发明的一种旋挖钻机用的环切钻头的结构示意图；图3为可以用于本发明的旋挖钻机配合静态爆破的钻岩方法中的捞渣筒的结构示意图。附图标记列表I-连接方头，2-内壁，3-容渣腔，4-外壁，5-岩芯，6-中心孔，7_钻渣，8_钻齿，10-捞渣筒，11-投料杆，12-注水管，13-导向管，15-堵头，16-静态爆破物，18-挡渣块。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，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。参照图I至图3，其中，图I所示为本发明提供的一种旋挖钻机配合静态爆破的钻岩方法，包括以下步骤步骤I，利用旋挖钻机钻取中心孔6和环形孔，中心孔6的直径小于设计桩径，并且中心孔6位于所述环形孔的内部；步骤2，向中心孔6内投入静态爆破物16 ；步骤3，触发所述静态爆破物16，挤破岩芯5 ；步骤4，捞出破碎的岩渣；步骤5，依次重复上述步骤，直至完成预定深度的桩孔。本发明的旋挖钻机配合静态爆破的钻岩方法，借助旋挖钻机的扭矩和加压力，首先利用小直径筒钻进行中心取芯钻进，并借助旋挖钻机环切钻取外侧环形孔，然后在中心孔6放置静态爆破物16，利用静态爆破物16的膨胀力破岩后，取出钻渣，完成钻进施工。本 发明的钻岩方法特别适用于在大孔径(例如孔径为I. 5m及以上)硬岩地层钻进施工中，利用静态爆破物16在中心孔6中挤压破岩，该方法能够充分发挥旋挖钻机优势，提高旋挖入岩效率。对于步骤1，中心孔6可以选择小直径的筒钻完成，完成的中心孔6的直径应小于设计桩径，中心孔6直径的选择应当结合设计桩径、下述环形孔的宽度、下述的静态爆破物16的爆破能力等因素综合考虑，以使中心孔6的钻进效率和静态爆破效果等达到最好。选定中心孔6的直径和位置后，可以在旋挖钻机上安装等直径的筒钻进行钻进工作，并同时取出钻渣。本发明可以利用旋挖钻机配合直径与设计桩径等同的环切钻头(如本发明下文中讨论的环切钻头)环切岩芯钻取环形孔，并同时取出钻渣7。为方便后续的静态爆破效果或钻孔位置的精确性，中心孔6的位置可以优选在设计桩孔的中心(即圆心)处，另外，还可以保持下述钻取的环形孔的圆心也处于设计桩孔的中心处。钻取该环形孔优选可以采用本发明如图2所示的环切钻头进行钻进，该环切钻头包括依次固定连接的连接方头I、钻筒和钻齿8，钻齿8设置在钻筒的下方，所述钻筒为双层筒壁结构，具有内壁2、外壁4，内壁2和外壁4之间形成容渣腔3。其中，连接方头I用于与旋挖钻机的钻杆连接。该环切钻头具有双层筒壁和容渣腔3，能够高效地钻出环形孔，并同时取出钻渣7。当然，也可以采用其他能够钻出环形孔的钻挖方式，例如使用钻挖中心孔6的钻头在中心孔6周围环绕中心孔6连续钻出环形孔。需要说明的是，中心孔6的钻取可以在钻取环形孔之前或者之后完成；如何施工条件允许，也可以同时完成中心孔6和环形孔。另外，本发明的环形孔和中心孔6是为了使中心孔6外周的岩层(即岩芯5)形成临空面，岩芯5仅底部与整体岩层连接，外周悬空，而且岩芯5中间有中心孔6。钻取该环形孔是为了后续步骤中，方便将岩芯5爆破，形成桩孔。对于步骤2、3、4是一组相关联的爆破捞渣过程，可以放在一起讨论。为了方便爆破后的捞渣工作，本发明优选在投放静态爆破物16的同时就放置捞渣筒。具体地，环形孔钻取完成后，则可以向环形孔放置如图3所示的捞渣筒10，准备投放静态爆破物16和捞渣。关于该捞渣筒10，其包括筒壁和筒底，捞渣筒10开口向下，所述筒底设置有沿捞渣筒10轴向的导向管13 ;并且作为优选，捞渣筒10的筒壁的下端具有向捞渣筒10内部延伸的挡渣块18。作为进一步的优选方案，挡渣块18向捞渣筒10内部水平延伸，并且用于本发明的钻岩方法时，应注意挡渣块18的宽度应与环形孔的环形宽度匹配。
捞渣筒10的放置应保证导向管13与中心孔6位置对应，以便通过导向管13的导向作用向中心孔6内投入静态爆破物16，并且可以使用投料杆11进行投放静态爆破物16，捞渣筒10上部设置的导向管13对投料杆11进行导向。捞渣筒10设置的挡渣块18可以有效挡住钻渣，方便取出静态爆破物16炸裂开的岩块。本发明的静态爆破物16可以是液压胶管或炸药卷。液压胶管或炸药卷的直径需小于中心孔6的直径，以便放入。放入中心孔6后还可以在液压胶管或炸药卷上部设置堵头15。静态爆破物16还可以采用其他液压机构，也可以采用其他化学试剂，利用化学试剂反应后体积膨胀炸裂岩芯5。如果采用相关化学试剂，如氧化钙和水，并利用二者反应后体积膨胀挤破岩芯5，采用这样类似的化学试剂时，可以先用投料杆11在中心孔6中投放氧化钙，并在投料杆11上设置注水管12，利用注水管12注入水来触发氧化钙反应；如果静态爆破物16是其他化学试剂，注水管12可以用于注入其他液体或固体。静态爆破物16爆破后，岩芯5破碎成块，并与捞渣筒10的内壁接触紧密，摩擦力大，便于捞渣。 由于实际施工时对桩孔的深度要求不同，且一般情况下都比较深，因此需要重复进行多次钻孔和爆破后才能完成需要的桩孔，即步骤5所述。为了配合本发明的钻岩方法，本发明提供了一种如图2所示的旋挖钻机用的环切钻头，包括依次固定连接的连接方头I、钻筒和钻齿8，钻齿8设置在钻筒的下方，钻筒为双层筒壁结构，具有内壁2、外壁4以及内壁2和外壁4之间形成的容渣腔3。需要说明的是，为了取得更好的钻孔效果，钻齿8优选沿周向均匀设置在钻筒的下方。本发明的环切钻头可以在中心孔6外周环切岩芯5，钻取环形孔，并且可以在钻进的同时将钻渣7储存至容渣腔3，在提升环切钻头时直接将钻渣7带出。进一步地，本发明的钻齿8可以均匀设置在钻筒的下方，钻齿8优选采用子弹头型钻齿，并且优选该类型钻齿的直径大于筒壁的厚度，直径大的钻齿会有一部分突出于筒壁的壁面，可以挡住钻渣，便于捞渣。另外，为了进一步方便钻孔捞渣，钻齿8可以间隔设置为向内或向外倾斜。另外，为了方便钻孔捞渣，本发明的环切钻头的容渣腔3底部具有间隔设置的连接板(图中未示出)，连接内壁2和外壁4，钻齿8均匀设置在内壁2、外壁4和所述连接板的下方。进一步地，钻齿8可以间隔设置为向内或向外倾斜；更为具体地，设置在内壁2下方的钻齿8可以向内倾斜设置，设置在连接板下方的钻齿8可以竖直设置，设置在外壁4下方的钻齿8可以向外倾斜设置。本发明还提供一种旋挖钻钻机，其具有如上所述的旋挖钻机用环切钻头，以便配合本发明的方法进行施工。进一步地，该旋挖钻钻机还具有上文所述的捞渣筒10，该捞渣筒10包括筒壁和筒底，捞渣筒10开口向下，筒底设置有沿捞渣筒10轴向延伸的导向管13。作为优选，捞渣筒10的筒壁的下端具有向捞渣筒10内部延伸的挡渣块18，用于挡住钻渣，方便取出静态爆破物16炸裂开的岩块。优选地，挡渣块18向捞渣筒10内部水平延伸。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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种旋挖钻机配合静态爆破的钻岩方法，其特征在于，包括 步骤1，利用旋挖钻机钻取中心孔(6)和环形孔，所述中心孔(6)的直径小于设计桩径，并且所述中心孔(6)位于所述环形孔的内部； 步骤2，向所述中心孔￠)内投入静态爆破物(16)； 步骤3，触发所述静态爆破物(16)，挤破岩芯(5)； 步骤4，捞出破碎的岩渣； 步骤5，依次重复上述步骤，直至完成预定深度的桩孔。
2.根据权利要求I所述的旋挖钻机配合静态爆破的钻岩方法，其特征在于，所述环形孔的圆心与中心孔￠)的圆心均处于设计桩孔的圆心处。
3.根据权利要求I所述的旋挖钻机配合静态爆破的钻岩方法，其特征在于，所述步骤I中的钻取环形孔采用环切钻头完成 所述环切钻头包括依次固定连接的连接方头(I)、钻筒和钻齿(8)，所述钻齿(8)设置在所述钻筒的下方，所述钻筒为双层筒壁结构，具有内壁(2)、外壁(4)以及所述内壁(2)和外壁⑷之间形成的容渣腔(3)。
4.根据权利要求I所述的旋挖钻机配合静态爆破的钻岩方法，其特征在于， 所述步骤2具体为向所述环形孔放置捞渣筒(10)，所述捞渣筒(10)包括筒壁和筒底，所述捞渣筒(10)开口向下，所述筒底设置有沿所述捞渣筒(10)轴向的导向管(13);放置后所述导向管(13)与所述中心孔(6)位置对应，通过所述导向管(13)的导向作用向所述中心孔￠)内投入静态爆破物(16)； 所述步骤3具体为触发所述静态爆破物(16)，利用所述静态爆破物(16)膨胀挤破岩芯(5)，使岩芯(5)与所述捞渣筒(10)的内壁紧密接触； 所述步骤4具体为提出所述捞渣筒(10)，捞出破碎的岩渣。
5.根据权利要求4所述的旋挖钻机配合静态爆破的钻岩方法，其特征在于，所述捞渣筒(10)的筒壁的下端具有向所述捞渣筒(10)内部延伸的挡渣块(18)。
6.一种钻取环形孔用的环切钻头，包括依次固定连接的连接方头(I)、钻筒和钻齿(8)，所述钻齿(8)设置在所述钻筒的下方，其特征在于，所述钻筒为双层筒壁结构，具有内壁(2)、外壁(4)以及所述内壁(2)和外壁⑷之间形成的容渣腔(3)。
7.根据权利要求6所述的钻取环形孔用的环切钻头，其特征在于，所述钻齿(8)均匀设置在所述钻筒的下方。
8.根据权利要求7所述的钻取环形孔用的环切钻头，其特征在于，所述容渣腔(3)底部具有间隔设置的连接板，连接所述内壁(2)和外壁(4);所述钻齿(8)均匀设置在所述内壁(2)、外壁(4)和所述连接板的下方。
9.一种旋挖钻机，其特征在于，具有如权利要求6-8任意一项权利要求所述的钻取环形孔用的环切钻头。
10.根据权利要求9所述的旋挖钻机，其特征在于，所述旋挖钻机还具有捞渣筒(10)，所述捞渣筒(10)包括筒壁和筒底，所述捞渣筒(10)包括筒壁和筒底，所述捞渣筒(10)开口向下，所述筒底设置有沿所述捞渣筒(10)轴向延伸的导向管(13)。
全文摘要
本发明提供一种环切钻头、旋挖钻机及配合静态爆破的钻岩方法，其中钻岩方法，包括利用旋挖钻机钻取中心孔和环形孔，中心孔的直径小于设计桩径，并且中心孔位于环形孔的内部；向中心孔内投入静态爆破物；触发静态爆破物，挤破岩芯；捞出破碎的岩渣；依次重复上述步骤，直至完成预定深度的桩孔。本发明借助旋挖钻机的扭矩和加压力，首先利用小直径筒钻进行中心取芯钻进，借助旋挖钻机环切钻进钻取外侧环形孔，然后在中心孔放置静态爆破物，利用静态爆破物的膨胀力破岩后，取渣，直至完工。本发明特别适用于在大孔径硬岩地层钻进施工中，利用静态爆破物在中心孔挤压破岩，充分发挥旋挖钻机优势，提高旋挖入岩效率。
文档编号E21B10/02GK102678049SQ20121012274
公开日2012年9月19日 申请日期2012年4月24日 优先权日2012年4月24日
发明者史文君 申请人:北京市三一重机有限公司