旋挖钻钻头打捞装置及施工方法与流程

本发明涉及桥梁施工领域，特别是一种旋挖钻钻头打捞装置及施工方法。

背景技术：

钻孔灌注桩基础在现今的桥梁建设过程中有着广泛的应用，特别是在一些跨河道与城市软基地质环境因素的条件下桩基设计一般为钻孔灌注桩基柱的桥梁建设模式，由于桩基是在桥梁的建设的基础部分，桩基必须打入持力层方能提供稳定的承载力。

桩基持力层为入土深度较深且地质情况稳定的硬质岩层。采用钻孔灌注桩施工时，由于钻杆的过度消耗，造成钻杆的脆性断裂导致在钻进过程中容易发生钻头断裂掉入桩孔之中的事故。需要采取一系列的钻杆打捞措施，才能保证钻孔灌注桩的继续施工。在钻杆打捞之中，主要采用人工下水打捞，通常水下环境比较恶劣，下水深度较深，而水下泥浆比重过大，孔洞存在塌孔风险，水下视野模糊，水下工作时间较长，且下水一次常常无法达到打捞钻杆的目的，需多次下水，对下水工作人员造成了极大的安全风险。若钻杆因钻孔沉渣过厚，导致钻头被钻渣包裹的情况下，人工常常无法达到成功打捞钻杆的效果。

中国专利文献cn101382049a记载了一种旋挖钻机钻斗斗门的打捞方法，通过采用类似钢丝笼的方案进行打捞；但是对于旋挖钻钻头，钢丝笼的结构很难套到旋挖钻钻头上。中国专利文献cn101382049a记载了一种钻具打捞装置，采用一种类似液压抓斗的结构来抓起钻具，但是旋挖钻钻头与井孔（9）内壁之间的间隙较小，抓斗结构难以操作，而且在井孔（9）的井下液压供应也难度较高，需要额外配置液压系统。中国专利文献cn204492730u记载了一种旋挖钻机及其钻斗打捞装置，通过采用倒钩的结构来勾住旋挖钻钻头，但是该方案的定位较为困难，且仅能针对特定型号的钻斗，而且在起升过程中也容易脱落。因此需要一种能够大幅提高旋挖钻钻头打捞成功率的装置及整体方案。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种旋挖钻钻头打捞装置及施工方法，能够大幅提高旋挖钻钻头打捞的成功率，降低施工难度，减少人员安全风险。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种旋挖钻钻头打捞装置，它包括梳状转头；

所述的梳状转头中，第一高压通水管下端与转头筒体连接，转头筒体内壁或外壁设有沿放射状分布的转头铁钉或弹性钢丝，第一高压通水管顶端与钻杆连接，转头筒体的侧壁或/和底部设有出水孔。

优选的方案中，还包括扁平削竹式钻头；

所述的扁平削竹式钻头中，削竹片与第二高压通水管固定连接，削竹片的形状为片状结构，削竹片的底部端头尖突；

第二高压通水管顶端与钻杆连接。

优选的方案中，削竹片的底部端头为曲线或斜线，削竹片靠近端头的侧边向外延伸形成阶台。

优选的方案中，还包括锚式钻头，锚式钻头的结构为：管体上设有至少两个沿轴向的贯通外壁的撑杆槽，各个撑杆槽沿圆周分布，管体内设有活塞滑块，撑杆的下端与管体端头铰接，推杆的上端与活塞滑块铰接，下端与撑杆的中部铰接，管体的顶部用于与钻杆连接。

优选的方案中，撑杆槽的顶端设有限位撑杆的限位阶台；

撑杆与管体端头铰接的位置设有弹簧，以使撑杆向上旋转收入到撑杆槽内。

优选的方案中，所述的撑杆和推杆均为下端弯曲的结构，推杆与撑杆铰接连接的端头为叉形结构。

优选的方案中，所述的撑杆的摆动角度大于90°；

撑杆张开至最大的外接圆的直径大于旋挖钻钻头的内径。

优选的方案中，卷扬装置的钢丝绳绕过导轮后与钻杆连接，导轮安装在钻杆支架顶端，钻杆外壁与磨盘钻机连接。

一种采用上述的旋挖钻钻头打捞装置的施工方法，包括以下步骤：

s1、安装钻机和钻杆，钻杆下端与梳状转头固定连接，钻杆顶端与泥浆泵连接，由卷扬装置将钻杆和钻头分段下至井孔相应高度后，开启泥浆泵利用第一高压通水管循环冲洗，磨盘钻机驱动钻杆整体旋转，去除旋挖钻钻头上的钻渣，在冲洗过程中减压钻进和升降钻杆整体；

s2、将钻杆和钻头分段起升至井外，钻杆下端更换为扁平削竹式钻头，钻杆顶端与泥浆泵连接，由卷扬装置将钻杆和钻头分段下至井孔相应高度后，开启泥浆泵利用第二高压通水管循环冲洗，磨盘钻机驱动钻杆整体旋转，削竹片去除旋挖钻钻头内的附着物，清理旋挖钻钻头的表面，减少附着物；

s3、将旋挖钻钻头起出井外；

通过以上步骤实现旋挖钻钻头打捞施工。

优选的方案中，步骤s3中，起出旋挖钻钻头方法包括倒钩工具起出，钢筋笼体起出，人工绑扎起出或锚式钻头起出；

所述的锚式钻头起出方案中，将钻杆下端更换为锚式钻头，钻杆顶端与泥浆泵连接，由卷扬装置将钻杆和钻头分段下至井孔内的旋挖钻钻头内腔，旋挖钻钻头的深度由之前的梳状转头或扁平削竹式钻头探测得出，或者由测深锤探出；

到位后，启动泥浆泵，活塞滑块在高压泥浆的作用下向下运动，推杆将撑杆张开，撑杆支撑在旋挖钻钻头内壁，并被卡紧，泥浆泵保压，卷扬装置提升将钻杆和钻头分段连同旋挖钻钻头起出；

若未到位，启动泥浆泵，活塞滑块向下运动，撑杆会转过支撑区间，通过阀门切换反向循环抽吸泥浆，使撑杆回复初始位置，重新寻找旋挖钻钻头内腔；或者当撑杆无法回复初始位置，起升钻杆整体，回复撑杆至初始位置，再次将钻杆和钻头分段下至井孔内寻找旋挖钻钻头内腔。

本发明提供的一种旋挖钻钻头打捞装置及施工方法，通过采用以上的方案，具有以下的有益效果：

1、本发明通过梳状转头和扁平削竹式钻头在前期对井孔内的钻渣进行清理，使井孔内的通路通畅，大幅提高打捞旋挖钻钻头的成功率。

2、本发明中的梳状转头能够方便的清理碎石及黏土钻渣，使井壁和旋挖钻钻头保持清洁，避免粘连。

3、本发明中的扁平削竹式钻头尤其适于清理旋挖钻钻头的内腔，尤其是使旋挖钻钻头内腔勾挂位置保持清洁，避免后继施工过程中打滑。

4、本发明中的锚式钻头，采用内撑的结构，克服了现有技术中旋挖钻钻头与井孔内壁之间间隙小的问题，且巧妙的采用压力泥浆作为液压油，驱动锚式钻头的撑杆张开，支撑在旋挖钻钻头的内腔，大幅提高打捞的成功率。

5、本发明的方法，能够大幅减少人工下入到井孔操作的几率，也避免了在打捞过程中出现坍孔、扩孔和缩孔的问题，提高了打捞的成功率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明装置的整体结构示意图。

图2为本发明中旋挖钻钻头在井孔内的示意图。

图3为本发明中梳状转头的结构示意图。

图4为本发明中扁平削竹式钻头的结构示意图。

图5为本发明中锚式钻头下入到旋挖钻钻头内腔时的结构示意图。

图6为本发明中锚式钻头支撑在旋挖钻钻头内腔时的结构示意图。

图7为本发明中锚式钻头没有获得支撑时的结构示意图。

图8为本发明中撑杆与推杆连接位置的主视结构示意图。

图中：钻杆支架1，内圈三角架101，圆环102，支撑三角架103，钻杆2，磨盘钻机3，高压水管4，锚式钻头5，管体51，活塞滑块52，限位阶台53，撑杆54，推杆55，撑杆槽56，梳状转头6，转头筒体61，转头铁钉62，第一高压通水管63，扁平削竹式钻头7，削竹片71，第二高压通水管72，旋挖钻钻头8，井孔9，导轮10，卷扬装置11。

具体实施方式

实施例1：

如图3中，一种旋挖钻钻头打捞装置，它包括梳状转头6；

所述的梳状转头6中，第一高压通水管63下端与转头筒体61连接，转头筒体61内壁或外壁设有沿放射状分布的转头铁钉62或弹性钢丝，第一高压通水管63顶端与钻杆2连接，转头筒体61的侧壁或/和底部设有出水孔。由此结构，梳状转头6用于清理井孔9内的钻渣以及旋挖钻钻头8表面的钻渣和黏土，为旋挖钻钻头8的打捞开辟可靠的通道。并能够修正坍孔和缩孔缺陷。设置的转头铁钉62或弹性钢丝使钻渣打散，并在高压泥浆的冲刷下输送至井孔9循环。弹性钢丝用于刷洗旋挖钻钻头8或井孔9内壁的黏土。

优选的方案如图1、4中，还包括竹制的扁平削竹式钻头7；

所述的扁平削竹式钻头7中，削竹片71与第二高压通水管72固定连接，具体的削竹片71与第二高压通水管72通过多根钢丝绑扎固定，削竹片71的形状为片状结构，削竹片71的底部端头尖突；

第二高压通水管72顶端与钻杆2连接。设置的竹制的扁平削竹式钻头7主要用于清理旋挖钻钻头的内腔，暴露后继施工的工作面。

优选的方案中，削竹片71的底部端头为曲线或斜线，削竹片71靠近端头的侧边向外延伸形成阶台。采用竹制的削竹片71作为钻头，1是取材容易。2是不会损伤井孔9和旋挖钻钻头8。

优选的方案如图5~8中，还包括锚式钻头5，锚式钻头5的结构为：管体51上设有至少两个沿轴向的贯通外壁的撑杆槽56，各个撑杆槽56沿圆周分布，管体51内设有活塞滑块52，撑杆54的下端与管体51端头铰接，推杆55的上端与活塞滑块52铰接，下端与撑杆54的中部铰接，管体51的顶部用于与钻杆2连接。由此结构，活塞滑块52与管体51内腔构成一个类似液压装置的机构，用于通过高压泥浆使撑杆54打开，并支撑在旋挖钻钻头8的内腔，并被旋挖钻钻头8内腔的凸起部位，例如加强筋等结构勾住，从而便于可靠的固定住旋挖钻钻头8。与其他方案相比，锚式钻头5更容易定位，对于定位的精度要求不高，只需要伸入到旋挖钻钻头8的内腔即可可靠将旋挖钻钻头8固定住，成功率非常高。进一步优选的撑杆槽56为3~4个，相应的撑杆54和推杆55也为3~4个，沿着圆周均布。

优选的方案如图5~7中，撑杆槽56的顶端设有限位撑杆54的限位阶台53；由此结构，用于容纳撑杆54，保持收缩的位置。

撑杆54与管体51端头铰接的位置设有弹簧，以使撑杆54向上旋转收入到撑杆槽56内。由此结构，便于在支撑失败后，使撑杆54自动缩回。也便于在下放锚式钻头5时，使撑杆54保持缩回的状态。

优选的方案中，所述的撑杆54和推杆55均为下端弯曲的结构，推杆55与撑杆54铰接连接的端头为叉形结构。

优选的方案中，所述的撑杆54的摆动角度大于90°；由此结构，便于使支撑失败后，或者在起升过程中碰到其他问题，使锚式钻头5能够与旋挖钻钻头8或者其他障碍物脱开。以便调整后再次施工。

优选的方案中，撑杆54张开至最大的外接圆的直径大于旋挖钻钻头8的内径。需要说明的，高压泥浆的作用，主要是使撑杆54打开，固定的效果主要是来自撑杆54之间的支撑力。当撑杆54端头接触到旋挖钻钻头8内腔的凸起结构时，撑杆54端头受到向下的力，趋使撑杆54继续张开，而由于撑杆54张开至最大的外接圆的直径大于旋挖钻钻头8的内径，从而将撑杆54的张开角度限位，实现将旋挖钻钻头8可靠固定。

优选的方案如图1中，导轮10安装在钻杆支架1顶端，卷扬装置11的钢丝绳绕过导轮10后与钻杆2连接，钻杆2外壁与磨盘钻机3连接。钻杆支架1采用内圈三角架101和支撑三角架103连接的结构，在内圈三角架101之外固设圆环102的结构，以提供可靠的支撑。其中卷扬装置11提供钻杆2和各个钻头的升降驱动，磨盘钻机3提供钻杆2和各个钻头的旋转驱动，导轮10则为用于导向。还设有泥浆泵，用于提供压力泥浆。以及泥浆循环处理系统，例如泥浆循环通道，沉淀池，泥浆池和过滤装置。

实施例2：

一种采用上述的旋挖钻钻头打捞装置的施工方法，包括以下步骤：

s1、安装包括钻杆支架1、卷扬装置11和磨盘钻机3的钻机整机结构，钻杆2滑动安装到导轮10内，钻杆2采用标准节段5m，直径12cm的空心钻杆。钻杆2下端与梳状转头6通过螺纹固定连接，钻杆2顶端与泥浆泵连接，由卷扬装置11将钻杆和钻头分段下至井孔9相应高度后，开启泥浆泵利用第一高压通水管63循环冲洗，磨盘钻机3驱动钻杆整体旋转，去除旋挖钻钻头8上方井孔9内以及旋挖钻钻头8表面的钻渣和粘稠的泥浆，便于后继起升旋挖钻钻头8的施工，在冲洗过程中减压钻进和升降钻杆整体；

s2、将钻杆和钻头分段起升至井外，钻杆2下端更换为扁平削竹式钻头7，钻杆2顶端与泥浆泵连接，由卷扬装置11将钻杆和钻头分段下至井孔9相应高度后，开启泥浆泵利用第二高压通水管72循环冲洗，磨盘钻机3驱动钻杆整体旋转，削竹片71去除旋挖钻钻头8内的附着物，清理旋挖钻钻头8的内腔表面，减少附着物，也能够降低钻头与泥浆的附着力；

s3、将旋挖钻钻头8起出井外；

优选的方案中，步骤s3中，起出旋挖钻钻头8方法包括采用现有技术中的工具，例如倒钩工具起出，钢筋笼体工具起出，人工绑扎起出或本发明的锚式钻头5起出；

所述的锚式钻头5起出方案参考图1，如图5~8中所示，将钻杆2下端更换为锚式钻头5，钻杆2顶端与泥浆泵连接，由卷扬装置11将钻杆和钻头分段下至井孔9内的旋挖钻钻头8内腔，旋挖钻钻头8的深度由之前的梳状转头6或扁平削竹式钻头7探测得出，或者由测深锤探出；

到达旋挖钻钻头8内腔内的位置后，启动泥浆泵，活塞滑块52在高压泥浆的作用下向下运动，推杆55将撑杆54张开，撑杆54支撑在旋挖钻钻头8内壁，并被旋挖钻钻头8内腔内的凸起结构，例如加强筋、加劲环等结构卡紧，泥浆泵保压，卷扬装置11提升，将钻杆和钻头分段连同旋挖钻钻头8起出到井孔9之外；

若未到位，启动泥浆泵，活塞滑块52向下运动，撑杆54会转过支撑区间，此处的支撑区间是指能够将旋挖钻钻头8内腔支撑住的撑杆54的旋转区间，撑杆54的旋转区间必定小于90°，即小于撑杆54与管体51垂直的角度。通过阀门切换反向循环抽吸泥浆，使撑杆54回复初始位置，重新寻找旋挖钻钻头8内腔；或者当撑杆54无法回复初始位置，起升钻杆整体，回复撑杆54至初始位置，再次将钻杆和钻头分段下至井孔9内寻找旋挖钻钻头8内腔。

通过以上步骤实现旋挖钻钻头打捞施工。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的技术特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。