一种用于旋挖钻机设备的反循环双壁钻具的制作方法

本实用新型涉及一种旋挖钻机设备钻具，具体地说是一种用于旋挖钻机设备的反循环双壁钻具。

背景技术：

目前旋挖钻机设备在基础工程领域应用广泛，尤其在土层、卵砾石层等松软地层优越性突显，但是当遇到坚硬的基岩地层时则存在施工难度大、工程周期长、成本高等问题。现有技术中旋挖钻机设备通常匹配截齿螺旋钻头、岩石筒钻进行钻进，该施工方法除钻进效率低外，还会造成设备扭矩增大，对设备产生严重损坏。

为解决上述问题，有关技术人员通过搜集国内外钻探技术资料和对旋挖钻机设备市场调研，认为采用大口径反循环气动潜孔锤钻进工艺方法最为理想，该方法也是国内外钻探界公认的在干旱缺水地层钻进基岩高效工艺方法，其基本原理是将碎岩的大直径潜孔锤潜入孔底，冲击器通过压缩空气产生的冲击功带动锤头碎岩。为匹配该大口径反循环气动潜孔锤反循环钻进工艺方法，需要设计一种由旋挖钻机动力头驱动回转的反循环双壁钻具，以使旋挖钻机实现气动潜孔锤反循环钻进，岩渣能通过双壁钻具内管排出孔外，解决大口径工程桩基硬岩钻进难题。

技术实现要素：

本实用新型提供一种用于旋挖钻机设备的反循环双壁钻具，旨在匹配大口径气动潜孔锤反循环钻进工艺，解决旋挖钻机设备入岩大口径钻进难题，提高钻进工作效率。

本实用新型为达到上述目的所采用的技术方案如下：

一种用于旋挖钻机设备的反循环双壁钻具，包括由上至下依次布置的气水龙头、主动钻杆、双壁钻杆、交叉接头和气动潜孔锤钻头组件，所述气水龙头、主动钻杆、双壁钻杆、交叉接头和气动潜孔锤钻头组件连接后形成两个通道，一个是高压空气进气通道，一个是孔底岩屑的上返通道。

上述用于旋挖钻机设备的反循环双壁钻具，所述气水龙头通过提梁与旋挖钻机设备的卷扬钢丝绳连接，在气水龙头上设有鹅颈管、上壳体、下壳体、主轴和心管，所述上壳体与下壳体通过螺栓连接，所述鹅颈管与旋挖钻机设备配套使用的旋流器的进渣口连通，所述下壳体内设置高压空气室，所述高压空气室一侧通过进气管连通与旋挖钻机设备配套使用的空压机，所述主轴为空心结构，在主轴内布置心管，心管与主轴之间的环状空间形成连通高压空气室的高压空气进气通道，所述心管上端与鹅颈管连通，下端与主动钻杆连接，由心管的内通孔形成岩屑上返通道。

上述用于旋挖钻机设备的反循环双壁钻具，所述主动钻杆包括由外向内依次套装的第一层管、第二层管和第三层管，所述第一层管与旋挖钻机设备动力头的动力输出端配合传递扭矩，并通过设置在第一层管与第二层管之间的传扭套将动力传递给第二层管，所述第二层管上端通过主动钻杆内六方接头与气水龙头主轴连接，下端通过主动钻杆外六方接头与双壁钻杆连接，由第二层管与第三层管之间的环状空间形成高压空气进气通道，所述第三层管两端设置密封接头，上端密封接头与气水龙头的心管连接，下端密封接头与双壁钻杆连接，由第三层管的内通孔形成岩屑上返通道。

上述用于旋挖钻机设备的反循环双壁钻具，所述双壁钻杆为内外管结构，所述外管上端通过双壁钻杆内六方接头与主动钻杆外六方接头连接，下端通过双壁钻杆外六方接头与交叉接头连接，由外管与内管之间的环状空间形成高压空气进气通道，所述内管两端设置密封接头，上端密封接头与主动钻杆的第三层管连接，下端密封接头与交叉接头内套连接，由内管的内通孔形成岩屑上返通道。

上述用于旋挖钻机设备的反循环双壁钻具，所述气水龙头的鹅颈管设有耐磨块，所述耐磨块位于与岩屑上返方向相对的鹅颈管管壁上，其上端通过法兰结构与鹅颈管外壁连接，另一端为与鹅颈管内壁弧线一致的曲面，在耐磨块与鹅颈管接合部位设置密封圈。

上述用于旋挖钻机设备的反循环双壁钻具，在所述气水龙头的主轴与下壳体之间设置耐磨套，所述耐磨套通过键连接结构与主轴装配，在耐磨套与下壳体之间设置气密封圈；在耐磨套下端安装限位卡环，耐磨套与限位卡环通过螺栓固定连接。

上述用于旋挖钻机设备的反循环双壁钻具，所述主动钻杆下部还设有减震结构，所述减震结构布置在第一层管与第二层管之间，由弹簧和锁母组成；所述弹簧套装在第二层管下端的主动钻杆外六方接头外面，位于传扭套和锁母之间。

上述用于旋挖钻机设备的反循环双壁钻具，所述主动钻杆的第一层管内壁上还焊接支撑结构，所述支撑结构由上挡圈、导向套和下挡圈组成，所述导向套数量不少于三组。

上述用于旋挖钻机设备的反循环双壁钻具，所述主动钻杆的第一层管上部设有与旋挖钻机设备随动架连接的法兰盘，在第一层管外壁上还设有与旋挖钻机设备动力头传扭套配合的传扭槽。

上述用于旋挖钻机设备的反循环双壁钻具，所述主动钻杆内六方接头与气水龙头的主轴、主动钻杆外六方接头与双壁钻杆内六方接头、双壁钻杆外六方接头与另一组双壁钻杆的双壁钻杆内六方接头均采用插接方式连接，并通过销轴固定；所述主动钻杆内六方接头、双壁钻杆内六方接头外侧壁上设置锁紧销轴，通过锁紧销轴将销轴锁止。

本实用新型为一种用于旋挖钻机设备的反循环双壁钻具，可用于地铁、高铁、基础工程施工的桩基施工中，它在与旋挖钻机设备配用时，旋挖钻机设备的动力头与主动钻杆配合传递扭矩，从而带动下部的双壁钻杆、交叉接头、气动潜孔锤钻头组件等回转，回转钻进产生的岩屑通过上下贯通的岩屑上返通道返至地表。本实用新型的有益效果主要表现在以下方面：第一、本实用新型所述的反循环双壁钻具，可与多种型号规格的旋挖钻机设备配合使用；第二、主动钻杆的第一层管与旋挖钻机设备原有的伸缩钻杆最外层结构一致，因此可使用旋挖钻机设备动力头传扭套、随动架等机构，不需对旋挖钻机设备结构进行大的改动；第三、反循环双壁钻具的气水龙头、主动钻杆、双壁钻杆之间采用内外方插接结构，并通过销轴固定，不仅能在施工现场快速连接，而且保证了动力传递的可靠性；第四、双壁钻杆内外管之间的环状空间、主动钻杆的第二层管与第三层管之间的环状空间、水龙头心管与主轴之间的环状空间连通为高压空气通道，由双壁钻杆的内管、主动钻杆的第三层管、水龙头的心管及鹅颈管的中心通孔贯通构成岩屑上返通道，因此实现了反循环的钻井模式；同时由于本实用新型在双壁钻杆内管及外管、主动钻杆的第二层管上都设有密封圈，保证了高压空气通道及岩屑上返通道的密封性；第五、本实用新型可用于大直径单体、捆绑式潜孔锤的钻进，经试用证明其钻进速度与常规旋挖钻机设备钻进方法比较提高了十至十五倍。总之本实用新型解决了旋挖钻机设备入岩大口径钻进的难题，提高了钻进工作效率。

附图说明

图1是旋挖钻机设备及配套使用的附属设备结构示意图；

图2是用于旋挖钻机设备的反循环双壁钻具结构示意图；

图3是水龙头结构示意图；

图4是耐磨块结构示意图；

图5是主动钻杆结构示意图；

图6是双壁钻杆结构示意图；

图7是内、外六方接头插接结构示意图；

图8是图7中A-A剖面结构示意图。

图中各标号表示为：1、旋挖钻机设备，2、气水龙头，2-1、提梁，2-2、鹅颈管，2-3、耐磨块，2-3-1、法兰结构，2-3-2、曲面，2-3-3、密封圈，2-4、上壳体，2-5、下壳体，2-6、耐磨套，2-7、气密封圈，2-8、限位卡环，2-9、主轴，2-10、心管，2-11、进气管，3、主动钻杆，3-1、第一层管，3-2、第二层管，3-3、第三层管，3-4、传扭槽，3-5、主动钻杆外六方接头，3-6、下挡圈，3-7、锁母，3-8、弹簧，3-9、传扭套，3-10、导向套，3-11、法兰盘，3-12、主动钻杆内六方套，3-13、上挡圈，4、双壁钻杆，4-1、外管，4-2、内管，4-3、双壁钻杆外六方套，4-4、双不钻杆内六方套，5、交叉接头，6、气动潜孔锤钻头组件，7、旋流器，8、空压机，9、随动架，10、销轴，11、锁紧销轴。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型进一步说明：

参看图1、图2，本实用新型为一种用于旋挖钻机设备的反循环双壁钻具，包括由上至下依次布置的气水龙头2、主动钻杆3、双壁钻杆4、交叉接头5和气动潜孔锤钻头组件6；所述气水龙头2、主动钻杆3、双壁钻杆4、交叉接头5和气动潜孔锤钻头组件6连接后形成两个通道，一个是高压空气进气通道，一个是孔底岩屑的上返通道。

参看图3、图4，在本实用新型所述的用于旋挖钻机设备的反循环双壁钻具中，所述气水龙头2通过提梁2-1与旋挖钻机设备1的卷扬钢丝绳连接，在气水龙头2上设有鹅颈管2-2、上壳体2-4、下壳体2-5、主轴2-9和心管2-10；所述上壳体2-4与下壳体2-5通过螺栓连接，在上壳体2-4内设置连接主轴2-9上端和鹅颈管2-2的轴承；所述鹅颈管2-2另一端与旋挖钻机设备1配套使用的旋流器7的进渣口连通，鹅颈管2-2还配装耐磨块2-3，所述耐磨块2-3位于与岩屑上返方向相对的鹅颈管管壁上，其上端通过法兰结构2-3-1与鹅颈管外壁连接，另一端为与鹅颈管内壁弧线一致的曲面2-3-2，在耐磨块2-3与鹅颈管2-2接合部位设置密封圈2-3-3；所述下壳体2-5内设置高压空气室，所述高压空气室一侧通过进气管2-11连通与旋挖钻机设备配套使用的空压机8；所述主轴2-9为空心结构，在主轴2-9内布置心管2-10，心管2-10与主轴2-9之间的环状空间形成连通高压空气室的高压空气通道，所述心管2-10上端与鹅颈管2-2连通，下端与主动钻杆3连接，由心管2-10的内通孔形成岩屑上返通道。

参看图5，在本实用新型所述的用于旋挖钻机设备的反循环双壁钻具中，所述主动钻杆3包括由外向内依次套装的第一层管3-1、第二层管3-2和第三层管3-3，所述第一层管3-1与旋挖钻机设备动力头的动力输出端配合传递扭矩，并通过设置在第一层管3-1与第二层管3-2之间的传扭套3-9将动力传递给第二层管3-2，所述第二层管3-2上端通过主动钻杆内六方接头3-12与气水龙头2的主轴2-9连接，下端通过主动钻杆外六方接头3-5与双壁钻杆4连接，由第二层管3-2与第三层管3-3之间的环状空间形成高压空气通道，所述第三层管3-3两端设置密封接头，上端密封接头与气水龙头2的心管连接，下端密封接头与双壁钻杆4连接，由第三层管3-3的内通孔形成岩屑上返通道；在所述主动钻杆3下部还设有减震结构，所述减震结构布置在第一层管3-1与第二层管3-2之间，由弹簧3-8和锁母3-7组成，所述弹簧3-8套装在第二层管3-2下端的主动钻杆外六方接头3-5外面，位于传扭套3-4和锁母3-7之间，在使用的过程中，钻具发生震动时，第二层管3-2与第三层管可在第一层管内上下滑动，通过弹簧3-8可实现减震作用；在所述主动钻杆3的第一层管3-1内壁上还焊接支撑结构，所述支撑结构由上挡圈3-13、导向套3-10和下挡圈3-6组成，所述导向套3-10数量不少于三组；在所述主动钻杆3的第一层管3-1上部设有与旋挖钻机设备随动架9连接的法兰盘，在第一层管3-1外壁上还设有与旋挖钻机设备动力头传扭套配合的传扭槽3-4。

参看图6，在本实用新型所述的用于旋挖钻机设备的反循环双壁钻具中，所述双壁钻杆4为内外管结构，所述外管4-1上端通过双壁钻杆内六方接头4-4与主动钻杆外六方接头3-5连接，下端通过双壁钻杆外六方接头4-3与交叉接头5连接，由外管4-1与内管4-2之间的环状空间形成高压空气通道，所述内管4-2两端设置密封接头，上端密封接头与主动钻杆3的第三层管连接，下端密封接头与交叉接头5的内套连接，由内管4-2的内通孔形成岩屑上返通道。

参看图7、图8，在本实用新型所述的用于旋挖钻机设备的反循环双壁钻具中，所述主动钻杆内六方接头3-12与气水龙头2的主轴2-9、主动钻杆外六方接头3-5与双壁钻杆内六方接头4-4、双壁钻杆外六方接头4-3与另一组双壁钻杆的双壁钻杆内六方接头4-4均采用插接方式连接，并通过销轴10固定；所述主动钻杆内六方接头3-12、双壁钻杆内六方接头4-4外侧壁上设置锁紧销轴11，通过锁紧销轴11将销轴10锁止。

参看图1、图2，本实用新型为一种用于旋挖钻机设备的反循环双壁钻具，可用于地铁、高铁、基础工程施工的桩基施工中，在与旋挖钻机设备1配用时，旋挖钻机设备1的动力头与主动钻杆3配合传递扭矩，从而带动下部的双壁钻杆4、交叉接头5、气动潜孔锤钻头组件6等回转，回转钻进产生的岩屑通过上下贯通的双壁钻杆4、主动钻杆3、气水龙头2的岩屑上返通道返至地表。

参看图3、图4，本实用新型在气水龙头2的鹅颈管2-2上增设可拆换的耐磨块2-3，因反循环钻进岩屑上返速度达3-5m/s，对鹅颈管2-2的冲击磨损严重，鹅颈管2-2极易损坏，增设可拆换的耐模块2-3后，上返岩屑直接冲击耐磨块2-3，耐磨块2-3损坏后即可更换。本实用新型气水龙头2的高压空气室内设置气密封圈2-7、耐磨套2-6，气密封圈2-7内侧与耐磨套2-6密封，气密封圈2-7外侧与下壳体2-5内壁密封，由此实现了主轴2-9与下壳体2-5之间的密封，气密封圈2-7为自封圈，在高压空气的作用下，内外侧唇面张开实现密封。另外，在主轴2-9转动时，气密封圈2-7的内侧与耐磨套2-6接触，因其不直接接触主轴2-9，可避免主轴2-9的磨损，当耐磨套2-6表面磨损无法密封时可对其进行更换。

参看图5，本实用新型在主动钻杆3的第一层管3-1上端设置了法兰盘3-11，通过法兰盘3-11将主动钻杆3与旋挖机设备1的随动架9固定连接，因此可根据旋挖钻机设备1的相关结构尺寸，设计主动钻杆3上的法兰盘及外管，使其与不同规格旋挖钻机设备相匹配，从而提高本实用新型的通用性能。

参看图7、图8，本实用新型的主动钻杆内六方接头3-12与气水龙头2的主轴2-9、主动钻杆外六方接头3-5与双壁钻杆内六方接头4-4、双壁钻杆外六方接头4-3与另一组双壁钻杆的双壁钻杆内六方接头4-4均采用插接方式连接，因此可实现在施工现场快速连接，通过销轴10与锁紧销轴11的配合避免了钻进过程中销轴10的脱落，从而保证了反循环双壁钻具工作的可靠性。