专利名称：高压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具。
背景技术：
现有的高压喷射灌浆(以下简称高喷)施工采用先钻孔再下喷射管，工艺路线是钻机就位一钻机钻孔一移钻机一闻喷设备就位一下喷射管一闻喷施工，其在施工过程中，存在以下几个问题I、钻机成孔，在某些地层中易发生塌孔、喷射管置入受阻等问题，施工过程需调遣钻机扫孔，导致施工中出现反复无效工作，进度受阻，施工效率降低。
·[0004]2、高压摆喷施工中成墙最薄的部位在喷嘴处，由于钻机造孔尺寸有限，如果要增大最小墙厚，就要加大摆角，从而使喷射直径减小，导致损失能量。3、施工中需要配置工程钻机，应此设备及人员投入多，施工工序多，工效低，费用闻。4、喷射头只能完成喷射工作，功能单一，适应能力差，不具备钻进功能。
实用新型内容为解决上述技术问题，本实用新型提供一种可提高施工效率，降低施工成本，提高施工质量，可在粘土、壤土、粉土、粉细砂、中粗砂、砾石、卵石层、强风化岩层等各种地质条件下保质高效完成施工作业的高压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具。本实用新型的高压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具，包括钻孔喷浆组合体，所述钻孔喷浆组合体包括空心的柱体，柱体的轴线沿垂直方向设置，柱体的顶端固定有上盖板，柱体的底端固定有下盖板，下盖板的下端面的周边固定有多个侧切削头，下盖板的下端面的中部固定有中心切削头，所述柱体内沿轴向设有水泥浆管、高压水管和高压气管，水泥浆管的出口端与浆液分配器的浆液进口相连，浆液分配器固定在柱体内，浆液分配器具有若干个浆液出口，每个浆液出口分别与一个浆液喷射管的进口相连，每个浆液喷射管的出口位于所述下盖板上的所述中心切削头的周围；所述高压水管的出口端与水流分配器的进水口相连，水流分配器固定在所述柱体内，水流分配器具有若干个出水口，每个出水口分别与一个水流喷射管的进水口相连，每个水流喷射管的出水口处设有一个喷嘴，喷嘴通过支架固定在所述柱体的侧壁上；所述高压气管的出口端与气流分配器的进气口相连，气流分配器固定在所述柱体内，气流分配器具有若干个出气口，每个出气口分别与一个气流喷射管的进气口相连，每个气流喷射管的出气口环绕所述喷嘴设置。本实用新型的高压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具，其中所述柱体、上盖板和下盖板的横截面同为矩形，所述水流喷射管和所述喷嘴的数量为2个，2个喷嘴左右对称设置，喷嘴的孔径为I. 7mm-l. 9mm,喷嘴为流线喷孔,喷嘴采用硬质合金制成，所述气流喷射管和气流喷射管的环状出气口的数量为2个,气流喷射管的出气口为与喷嘴中心同心的圆环，圆环的宽度为I. Omm-1. 5mm,气流喷射管出气口外圈的圆环半径为4. Omm-5. 5mm,所述衆液喷射管和浆液喷射管的出口的数量为2个，所述侧切削头的数量为4个，4个侧切削头的底端向外摆，4个侧切削头的轴线与所述柱体的轴线之间的夹角为20° -45°，侧切削头分别设置在所述下盖板的四角。本实用新型的高 压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具，其中所述上盖板与接头体的底端采用多个连接螺栓相连，接头体的顶端与沿垂直方向设置的底端钻杆的底端相连，底端钻杆、多个中部钻杆和顶端钻杆沿垂直方向串联成组合喷射杆，底端钻杆、多个中部钻杆和顶端钻杆之间采用所述接头体相连，组合喷射杆内沿轴向穿设有所述水泥浆管、所述高压水管和所述高压气管，所述接头体的上、下端面上分别设有用于密封水泥浆管、高压水管和高压气管路与接头体之间间隙的密封件。本实用新型的高压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具，其中所述顶端钻杆的顶端与沿垂直方向设置的转动轴的底端相连，转动轴内沿轴向穿设有所述水泥浆管、所述高压水管和所述高压气管，转动轴内位于水泥浆管、高压水管和高压气管外侧壁的周边设有密封组件，转动轴的外侧壁通过两个可传递轴向力的轴承与承压体安装相连，承压体安装在提升机构上，两个轴承的内环套之间设有隔离套。本实用新型的高压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具，其中所述转动轴的顶端与水气浆组合阀的底端采用锁紧螺母相连。本实用新型的高压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具，其中所述接头体为矩形体，接头体左右两侧的下部沿前后方向分别设有一个下通槽，接头体前后两侧的上部沿前后方向分别设有一个上通槽。与现有技术相比，本实用新型的有益效果为I、钻孔喷浆组合体布置多个侧切削头，有利于增大切屑力量和范围，减小土粒的反阻力。中心切削头既具备切削功能，还兼有钻孔定位的作用，与多个侧切削头一起组成钻拨功能，可以将地层中的砂砾石或卵石拨到孔径范围之外，因此，这种钻头不仅能适应粘土、粉质粘土、粉土、壤土、粉细砂等地层，还能穿过粗砂层、砂砾石、砂卵石和强风化岩层。2、水、气同心同轴环状喷射孔，硬质合金材质和流线型结构的高压水孔，保证水流呈直线状态射出，同时，高压水流外围有一层气膜包裹，降低高压水流射程长度上的能量衰减。3、采用分配器，使得钻孔喷浆组合体对称设置的喷射孔及出浆孔输出均衡输出的水、气、浆等介质，从而保证所形成的高喷建筑物材质均匀，质量可靠。4、使用本实用新型的高压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具进行高压喷射灌浆施工时，先进行造孔工作，造孔工作结束的同时，也完成了喷射管的置入工作，即造孔与喷射管置入是同步进行，将以前分开的两个工序过程合并成一个工序，在完成造孔工作之后，紧接着就可以实施高压喷射灌浆工作。5、由于施工设备就位调平一次，实现一个工序完成造孔与喷射管置入，可以减少成孔偏差，避免造孔与喷射管置入分序施工产生的偏差积累。6、在相同的施工要求和施工条件下，使用现有技术设备，获得造孔孔径IlOmm 350mm,高压喷射灌浆摆喷墙最小墙厚40mm 75mm ;使用本实用新型的高压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具进行高压喷射灌浆施工时，造孔孔径可达到180mm 300mm，比现有技术孔径扩大20% 100%，高压喷射灌浆摆喷墙最小墙厚可达到80mm 150mm，，而施工材料不需要增加，最小墙厚增加100%。
以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
图I是本实用新型高压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具的结构示意图的主视剖面图；图2是本实用新型高压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具的钻孔喷浆组合体部分的放大主视剖面图；图3是图2的侧视图；图4是本实用新型高压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具的接头体的放大主视剖面图；图5是图4的侧视图。
具体实施方式
如图I、图2和图3所示，本实用新型高压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具，包括钻孔喷浆组合体，钻孔喷浆组合体包括空心的柱体23，柱体23的轴线沿垂直方向设置，柱体23的顶端固定有上盖板22，柱体23的底端固定有下盖板31，下盖板31的下端面的周边固定有多个侧切削头34，下盖板31的下端面的中部固定有中心切削头35，柱体23内沿轴向设有水泥浆管15、高压水管16和高压气管17，水泥浆管15的出口端与浆液分配器27的浆液进口相连，浆液分配器27固定在柱体23内，浆液分配器27具有2个浆液出口，浆液出口的数量也可以是3个或4个或更多个，每个浆液出口分别与一个浆液喷射管36的进口相连，每个浆液喷射管36的出口位于下盖板31上的中心切削头35的周围；两个浆液出口在下盖板31底部对称布置，浆液出口的侧壁采用特种耐磨材料制作，镶嵌在下盖板31上，水泥浆液通过浆液分配器27、浆液喷射管36均衡流至浆液出口，输出配制的水泥浆，充填切削流失土粒的空间。水泥浆液输出压力为O. 2 IMpa。高压水管16的出口端与水流分配器26的进水口相连，水流分配器26固定在柱体23内，水流分配器26具有2个出水口，出水口的数量也可以是3个或4个或更多个，每个出水口分别与一个水流喷射管I的进水口相连，每个水流喷射管I的出水口处设有一个喷嘴29，喷嘴29通过支架27固定在柱体23的侧壁上；高压气管17的出口端与气流分配器24的进气口相连，气流分配器24固定在柱体23内，气流分配器24具有2个出气口，出气口的数量也可以是3个或4个或更多个，每个出气口分别与一个气流喷射管25的进气口相连，每个气流喷射管25的出气口环绕喷嘴29设置。在使用时，高速高压集中水流在高压气流的包裹中，形成同心同轴射线型水气流，切割冲击土体颗粒，与单有水流射流相比，大大提高水流能量的利用效果。高压水和高压气分别经过各自的分配器输出，使得两侧输出孔的水、气流量均衡。正常工作，输出高压水流压力25 38Mpa，高压气流压力O. 6 O. 8Mpa。本实用新型高压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具，可让水、气、浆多介质同时作用，高速水流射出，与切削头同时作用，钻孔喷浆组合体做圆周旋转，能形成孔径O. 9 I. 2m ;钻孔喷浆组合体按一定的角度做摆动，射程直径达到I. I
I.5m ;钻孔喷衆组合体定位喷射,射径可达到I. 5 2. 0m。[0032]上述柱体23、上盖板22和下盖板31的横截面同为矩形，2个喷嘴29左右对称设置，喷嘴29的孔径为I. 7mm-1. 9mm,喷嘴29为流线喷孔，喷嘴29采用硬质合金制成，气流喷射管25的出气口为与喷嘴29中心同心的圆环，圆环的宽度为I. Omm-1. 5mm,气流喷射管25出气口外圈的圆环半径为4. Omm-5. 5mm，侧切削头34的数量为4个，4个侧切削头34的底端向外摆，4个侧切削头34的轴线与柱体23的轴线之间的夹角为20° -45°，侧切削头34分别设置在下盖板31的四角。在使用时，4个侧切削头34和中心切削头35形成五齿钻拨功能，4个侧切削头34和中心切削头35采用优质合金工具刚制作，具有抗冲击、耐磨、韧性好的特点，4个侧切削头34和中心切削头35上镶嵌地质专用硬质合金或金刚石，4个侧切削头34旋转可以切削直径21 22cm范围的土，能穿过砂砾石、砂卵石、强风化岩层。上述上盖板22与接头体20的底端采用多个连接螺栓21相连，接头体20的顶端 与沿垂直方向设置的底端钻杆2的底端相连，底端钻杆2、多个中部钻杆和顶端钻杆14沿垂直方向串联成组合喷射杆，底端钻杆2、多个中部钻杆和顶端钻杆14之间采用接头体20相连，组合喷射杆内沿轴向穿设有水泥浆管15、高压水管16和高压气管17，接头体20的上、下端面上分别设有用于密封水泥浆管15、高压水管16和高压气管路17与接头体20之间间隙的密封件19。上述顶端钻杆14的顶端与沿垂直方向设置的转动轴8的底端相连，转动轴8内沿轴向穿设有水泥浆管15、高压水管16和高压气管17，转动轴8内位于水泥浆管15、高压水管16和高压气管17外侧壁的周边设有密封组件7，转动轴8的外侧壁通过两个可传递轴向力的轴承与承压体10安装相连，承压体10安装在提升机构37上，两个轴承的内环套之间设有隔离套9，转动轴8的顶端与水气浆组合阀5的底端采用锁紧螺母8相连。在使用时，承压体10不做旋转和摆动运动，工作中转动轴8与组合喷射杆一起运动，通过各部件的连接，保证在旋转的情况下能顺利输送高压水、气、浆。在钻孔工作中，承压体10要接受下面传递上来的来自土体的切削反力和摩阻力，由于在设置了承压体10，能够实现钻孔与喷射管置入同步实施功能，从而在施工组织中可以不需要配置和投入工程钻机，相应减少施工人员配置，降低费用支出。如图4和图5所示，接头体20为矩形体，接头体20左右两侧的下部沿前后方向分别设有一个下通槽，接头体20前后两侧的上部沿前后方向分别设有一个上通槽。工程实例I汾河太原城区段治理二期工程，在汾河河道建橡胶坝蓄水，两岸地层上部为素填土，中下部为粉砂层，部分堤段下部为砂砾石层，渗水严重，堤防地基土层采用高压喷射灌浆工法进行地基防渗处理，高压喷射灌浆延米工程量3万m。该工程施工使用高压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具完成高喷防渗墙施工。项目累计投入三台施工设备，若每台施工设备配置2台工程钻机钻孔，本工程累计减少6台工程钻机配置，减少人员投入24人，施工进度提前36天,综合分析,每米高喷灌衆防渗墙施工成本降低109元,施工成本共计节省了约327Jl 7X1 ο工程实例2南阳市白河大占头拦河闸复建工程，新建拦河闸为24孔开敞式，闸室总宽332米，需对闸基范围内的中粗砂及砂卵石层进行防渗及加固处理，处理方案采用三重管高压旋喷灌浆工法，工程量1.8万m。[0040]施工开始，采用先钻孔后置入喷射管实施高压喷射灌浆的施工方案，由于工程施工部位地下水位高，且是中粗砂、卵石地层，施工中钻孔护壁是主要难题，且多次发生成孔塌孔、喷射管置入受阻的问题，不得不使用钻机重新钻孔，工程施工组织中出现反复调遣钻机、施工效率低、进度迟缓等问题。为解决造孔难、塌孔等问题，换用具有高压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具的施工设备，并针对中粗砂及砂卵石地层选用复合材料切削刃，造孔过程中，具有五齿钻拨功能的钻孔喷浆组合体，旋转钻进的同时向钻孔内注入浆液护壁，并将砂、砾石、卵石拨到孔径范围 之外，完成造孔设计深度的同时也将喷射管置入设计施工位置，切换驱动机构，输入符合施工要求的水、气、浆介质，开始进行高压喷射灌浆施工。综合分析，更换施工设备及方案后高喷灌浆施工每米工程造价降低116元，共计节省了施工费用208万元。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.高压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具，包括钻孔喷浆组合体，其特征在于所述钻孔喷浆组合体包括空心的柱体(23)，柱体(23)的轴线沿垂直方向设置，柱体(23)的顶端固定有上盖板(22)，柱体(23)的底端固定有下盖板(31)，下盖板(31)的下端面的周边固定有多个侧切削头(34)，下盖板(31)的下端面的中部固定有中心切削头(35)，所述柱体(23)内沿轴向设有水泥浆管(15)、高压水管(16)和高压气管(17)，水泥浆管(15)的出口端与浆液分配器(30)的浆液进口相连，浆液分配器(30)固定在柱体(23)内，浆液分配器(30)具有若干个浆液出口，每个浆液出口分别与一个浆液喷射管(36)的进口相连，每个浆液喷射管(36)的出口位于所述下盖板(31)上的所述中心切削头(35)的周围； 所述高压水管(16)的出口端与水流分配器(26)的进水口相连，水流分配器(26)固定在所述柱体(23)内，水流分配器(26)具有若干个出水口，每个出水口分别与一个水流喷射管(I)的进水口相连，每个水流喷射管(I)的出水口处设有一个喷嘴(29)，喷嘴(29)通过支架(27)固定在所述柱体(23)的侧壁上； 所述高压气管(17)的出口端与气流分配器(24)的进气口相连，气流分配器(24)固定在所述柱体(23)内，气流分配器(24)具有若干个出气口，每个出气口分别与一个气流喷射管(25)的进气口相连，每个气流喷射管(25)的出气口环绕所述喷嘴(29)设置。
2.根据权利要求I所述的高压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具，其特征在于所述柱体(23)、上盖板(22)和下盖板(31)的横截面同为矩形，所述水流喷射管(I)和所述喷嘴(29)的数量各为2个，2个喷嘴(29)左右对称设置，喷嘴(29)的孔径为I. 7mm-1. 9mm,喷嘴(29)为流线喷孔，喷嘴(29)采用硬质合金制成，所述气流喷射管(25)和气流喷射管(25)的环状出气口的数量为2个，气流喷射管(25)的出气口为与喷嘴(29)中心同心的圆环，圆环的宽度为I. Omm-1. 5mm,气流喷射管(25)出气口外圈的圆环半径为4. Omm-5. 5mm,所述衆液喷射管(36)和浆液喷射管(36)的出口的数量为2个，所述侧切削头(34)的数量为4个，4个侧切削头(34)的底端向外摆，4个侧切削头(34)的轴线与所述柱体(23)的轴线之间的夹角为20° -45°，侧切削头(34)分别设置在所述下盖板(31)的四角。
3.根据权利要求2所述的高压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具，其特征在于所述上盖板(22)与接头体(20)的底端采用多个连接螺栓(21)相连，接头体(20)的顶端与沿垂直方向设置的底端钻杆(2)的底端相连，底端钻杆(2)、多个中部钻杆和顶端钻杆(14)沿垂直方向串联成组合喷射杆，底端钻杆(2)、多个中部钻杆和顶端钻杆(14)之间采用所述接头体(20)相连，组合喷射杆内沿轴向穿设有所述水泥浆管(15)、所述高压水管(16)和所述高压气管(17)，所述接头体(20)的上、下端面上分别设有用于密封水泥浆管(15)、高压水管(16)和高压气管路(17)与接头体(20)之间间隙的密封件(19)。
4.根据权利要求3所述的高压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具，其特征在于所述顶端钻杆(14)的顶端与沿垂直方向设置的转动轴(8)的底端相连，转动轴(8)内沿轴向穿设有所述水泥浆管(15)、所述高压水管(16)和所述高压气管(17)，转动轴(8)内位于水泥浆管(15)、高压水管(16)和高压气管(17)外侧壁的周边设有密封组件(7)，转动轴(8)的外侧壁通过两个可传递轴向力的轴承与承压体(10)安装相连，承压体(10)安装在提升机构(37)上，两个轴承的内环套之间设有隔离套(9)。
5.根据权利要求4所述的高压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具，其特征在于所述转动轴(8)的顶端与水气浆组合阀(5)的底端采用锁紧螺母(6)相连。
6.根据权利要求5所述的高压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具，其特征在于所述接头体(20)为矩形体，接头 体(20)左右两侧的下部沿前后方向分别设有一个下通槽，接头体(20)前后两侧的上部沿前后方向分别设有一个上通槽。
专利摘要本实用新型涉及一种高压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具，包括钻孔喷浆组合体，钻孔喷浆组合体包括空心的柱体，柱体的顶端固定有上盖板，柱体的底端固定有下盖板，下盖板的下端面的周边固定有多个侧切削头，下盖板的下端面的中部固定有中心切削头，柱体内沿轴向设有水泥浆管、高压水管和高压气管，水泥浆管的出口端与浆液分配器的浆液进口相连，浆液分配器固定在柱体内，浆液分配器具有若干个浆液出口，每个浆液出口分别与一个浆液喷射管的进口相连，每个浆液喷射管的出口位于下盖板上的中心切削头的周围。目的提供一种可提高施工效率，降低施工成本，提高施工质量，可在各种地质条件下保质高效完成施工作业的高压喷射灌浆钻孔喷射组合钻具。
文档编号E02D15/04GK202787268SQ20122043923
公开日2013年3月13日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者刘保平, 张广玉, 刘保华 申请人:江河(北京)水电防渗工程技术有限公司