本本实用新型主要用于土体或软岩中的钻进成孔，可广泛应用于非开挖、岩土注浆与加固、桩基础、工程地质勘察取样等多种施工技术领域，特别涉及一种喷气式高效螺旋钻具。
背景技术：
螺旋钻具(AugerBoring Tools)是螺旋钻进时所使用的钻具，它主要由钻头、芯管和螺旋翼片构成。螺旋钻(Auger Boring)是一种无循环回转钻进法，适用于土层和软岩地层钻进成孔，它是利用螺旋钻具储存和输送钻屑的干式机械回转钻进方法，钻进过程中孔内无冲洗介质(干钻)，也就不依靠冲洗介质循环排除钻头破碎下来的钻屑。螺旋钻进可分为长螺旋钻进和短螺旋钻进两种类型，其中的长螺旋钻进是指螺旋钻具在轴心压力P(钻压WOB)和回转力矩N(转速Rotary Speed)的联合作用下，带动钻头回转并切削岩土体，同步地钻屑在回转钻具带动下沿着螺旋翼片连续上升直至地表并排出孔外，整个钻进过程无需提钻，钻头破碎岩土体钻进进尺和排出钻屑两个工序同步进行，无重复破碎，也无液柱压力影响，因而钻进效率高；而短螺旋钻进是指螺旋钻具在轴心压力P和回转力矩N的联合作用下，带动钻头回转并切削岩土体，同步地钻屑在回转钻具带动下沿着螺旋翼片连续上升并暂时储存在螺旋翼片形成的空间内，待一个钻进回次结束提钻时，钻屑随整套钻具一齐提至地表，反转钻具甩掉积聚于螺旋翼片上的钻屑，因而短螺旋钻进的作业工序是间断进行的，钻进效率低于长螺旋钻进，但由于回转阻力矩小，设备负荷小，功率消耗也要小得多。
螺旋钻进过程中，无冲洗液循环，也无需稳定液护壁，可省去搅拌机、泥浆泵等制浆、循环设备，因而可在一定程度上降低施工成本；钻进时低噪声、低振动，且无需进行废浆处理，可以称之为名副其实的“绿色”施工法。长螺旋钻进时，钻头破碎岩土体与排屑同步进行，因而消耗于钻具上的能量较大，使其成孔直径与深度受钻孔设备限制较大(一般而言，孔径可达800mm，孔深可达27.5m)；相比而言，短螺旋钻进时，消耗于钻具上用于排屑的能量要比长螺旋小得多，因而其回转阻力矩、设备负荷和功率消耗也都要比长螺旋钻进小得多，使得短螺旋钻进可以形成更大、更深的钻孔(一般而言，孔径可达1.5～2m，孔深可达30m)。
由于螺旋钻进法的诸多优势，使得它已经广泛应用于非开挖、岩土注浆与加固、桩基础和工程地质勘察取样等多个施工技术领域。非开挖施工技术(Trenchless Technology或No-Dig)是在不开挖地表的条件下探测、检查、铺设、修复和更换各种地下管线的技术，可广泛应用于穿越道路、建筑物、江河湖泊、古迹保护区等的石油天然气、供排水、电缆、通讯线路等管线的铺设、检测、修复和更新作业，具有不影响交通、不污染环境、施工安全可靠且周期短、综合成本低、社会效益显著等传统明挖法无法比拟的诸多优势；螺旋钻进法在非开挖铺设地下管线的作业中，可直接用于钻进成孔，也可与顶管法(Pipe Jacking)或其它工法耦合作业，可实现高效钻进与铺管作业，在非开挖施工技术领域发挥了重要作用且具有广阔的应用前景。岩土注浆与加固(Grouting and reinforcement ofrock and soil),是将某些具有胶结、固化性能的浆液注入岩土体的孔隙、裂隙或溶穴中，待其凝结硬化后，起到防渗、堵漏、加固和纠偏等作用的施工技术，包括静压注浆、高喷注浆、电化学注浆等方法，螺旋钻进法可用于注浆施工中钻进灌注浆液所需的注浆孔。桩基础(Pile Foundation)，是由基桩和置于桩顶的承台共同组成的一种深基础，对于多数类型的桩基础而言，在正式成桩以前均需进行钻进成桩孔，除了可以使用螺旋钻进法钻进桩孔以外，螺杆(纹)桩更是一种具有优良性能的桩基础类型。工程地质勘察取样(Engineering Geological Exploration and Sampling)，是直接深入地下岩土体取得所需的工程地质条件资料，探明深部地质情况的可靠方法，利用螺旋钻取样是一种常用的野外钻探取样方法，常见于野外便携式手动回转取样作业。
螺旋钻是一种典型的干式钻孔法，尤其在干燥的土体中具有较高的机械钻速，但对于含水率稍高的土层，由于水的影响，土体容易泥化，从而对钻具产生泥包作用，降低钻速；另一方面，水会减少钻屑与螺旋翼片间的摩擦系数，因而在一定程度上增加了排屑的难度，钻屑易于从螺旋翼片上滑落而聚集于孔底，降低钻速。此外，即便使用螺旋钻钻进干燥土体，由于轴心压力(钻压P)的影响，难免使岩土体产生挤密压实效应，一方面增大了钻头破碎岩土体的难度，另一方面也增大了钻屑沿螺旋翼片上升过程中的摩阻力，从而增大了螺旋钻进过程中的能耗。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种喷气式高效螺旋钻具，有效的克服了现有技术的缺陷。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种喷气式高效螺旋钻具，包括喷射式钻头和喷射式螺旋钻杆，上述喷射式螺旋钻杆的一端与上述喷射式钻头同轴连接。
本实用新型的有益效果是：能够较好地解决螺旋钻进过程中能耗大，排屑困难，提高螺旋钻进的机械钻速和排屑效率，能够使螺旋钻进法能够更好地服务于非开挖、岩土注浆与加固、桩基础和工程地质勘察取样等施工技术领域。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
进一步，上述喷射式钻头包括中心管、三个阶梯翼片和切削齿；
上述中心管内部中空且一端开口；
三个上述阶梯翼片分别沿上述中心管的长度方向周向均匀设置在上述中心管外壁上，且每个上述阶梯翼片与中心管连接处的切线与对应的阶梯翼片垂直；
上述喷射式螺旋钻杆的一端与上述中心管的开口端连接；
上述中心管的封闭端位于上述切削齿两侧的位置分别设有与其内部连通的第一底喷孔；
上述阶梯翼片背离上述中心管的一侧端面设置为阶梯面，且上述阶梯面沿上述中心管的封闭端指向开口端的方向逐层升高；
上述阶梯翼片两侧以及上述阶梯面上分别均布有与上述中心管的内部连通的第一喷射孔。
采用上述进一步方案的有益效果是喷射式钻头结构简单，岩土破碎效果好，能有效干燥岩土体，缓解由于轴心压力P和回转力矩N的联合作用的影响对岩土体产生的挤密压实效应，降低岩土体的密实度，有助于岩土体的破碎和钻屑的排除，能够降低阶梯翼片在回转切削破碎岩土体时的摩擦生热，有助于延长钻头的使用寿命，可在阶梯翼片表面和中心管底面的壁面附近形成空气薄膜，在一定程度上有助于减小岩土体、钻屑与阶梯翼片和中心管底部壁面间的摩阻力，从而有助于降低螺旋钻进过程中的能耗，具有节能减排的有益效果。
进一步，每个上述阶梯翼片内部均设有与上述中心管内部连通的腔体，上述第一底喷孔和第一喷射孔分别通过上述阶梯翼片内部的腔体与上述中心管的内部连通。
采用上述进一步方案的有益效果是设计简单、合理，便于第一底喷孔和第一喷射孔分别与中心管的连通。
进一步，上述喷射式螺旋钻杆包括芯管和螺旋翼片，上述芯管为两端开口的管体，其一端与上述中心管的开口端连接并连通，上述螺旋翼片由上述芯管的一端向另一端呈螺旋状的设置在上述芯管上，上述螺旋翼片内具有与其匹配的螺旋状的空腔，上述芯管的外壁上设有与上述螺旋翼片匹配的螺旋状的进气腔，上述进气腔与上述芯管的内部连通，上述空腔与上述进气腔连通，每片上述螺旋翼片的两侧分别均布有多个与其内部空腔连通的第二喷射孔，上述芯管外壁上位于相邻两片上述螺旋翼片之间的位置均布有多个连通其内部的第三喷射孔。
采用上述进一步方案的有益效果是喷射式螺旋钻杆结构简单，由芯管分别经第二喷射孔和第三喷射孔喷射出的气流将直接作用于储存在螺旋翼片中且与芯管相接触的钻屑上，可同时起到干燥钻屑、降低钻屑的挤密压实效应、增加钻屑沿螺旋翼片的上升推力、在芯管外壁面附近可形成空气薄膜减小钻屑与芯管外壁间的摩阻力、降低排屑能耗、节能减排等多种有益效果。
进一步，全部的上述第三喷射孔呈螺旋状等间距间隔的分布在上述芯管外壁上。
采用上述进一步方案的有益效果是布局合理，使得第三喷射孔能够均匀布置在芯管上，确保芯管每处都具有较好的排屑效果。
进一步，上述中心管的开口端一体成型的设有与其连通的空心的螺纹连接段，其内部上具有内螺纹，上述芯管的一端外壁上具有外螺纹，上述芯管的一端螺纹连接在上述螺纹连接段内。
采用上述进一步方案的有益效果是设计简单，中心管与芯管连接方便。
进一步，上述中心管的开口端外周上设有第一法兰盘，上述芯管的一端外周上设有第二法兰盘，上述芯管的一端与上述中心管的开口端对接，上述第一法兰盘和第二法兰盘通过螺栓连接固定，且两者之间密封夹设有密封圈。
采用上述进一步方案的有益效果是设计简单，中心管与芯管连接比较牢固。
进一步，上述中心管的开口端外同轴套设有圆环形的支撑架，上述支撑架分别与三个上述阶梯翼片背离上述中心管封闭端的一端端面连接固定。
采用上述进一步方案的有益效果是提升阶梯翼片的稳固程度，确保整个钻头的经久耐用。
附图说明
图1为本实用新型的喷气式高效螺旋钻具的整体结构示意图；
图2为本实用新型的喷气式高效螺旋钻具的仰视图；
图3为本实用新型的喷气式高效螺旋钻具与顶管法配合钻进水平孔时的结构示意图；
图4为本实用新型的喷气式高效螺旋钻具的结构分解图；
图5为本实用新型的喷气式高效螺旋钻具中喷射式钻头一个实施例的轴测图；
图6为本实用新型的喷气式高效螺旋钻具中喷射式钻头另一个实施例的轴测图；
图7为本实用新型的喷气式高效螺旋钻具中喷射式螺旋钻杆的结构示意图；
图8为本实用新型的喷气式高效螺旋钻具中喷射式螺旋钻杆的剖视图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、喷射式钻头，2、喷射式螺旋钻杆，3、管道，4、密封圈，11、中心管，12、阶梯翼片，13、切削齿，14、螺纹连接段，15、第一法兰盘，16、支撑架，21、芯管，22、螺旋翼片，111、第一底喷孔，121、第一喷射孔，211、进气腔，212、第三喷射孔，213、第二法兰盘，221、第二喷射孔。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
实施例：如1、2、3、4、7、8图所示，本实施例的喷气式高效螺旋钻具，包括喷射式钻头1和喷射式螺旋钻杆2，上述喷射式螺旋钻杆2的一端与上述喷射式钻头1同轴连接。
上述喷射式钻头1包括中心管11、三个阶梯翼片12和切削齿13；
上述中心管11内部中空且一端开口；
三个上述阶梯翼片12分别沿上述中心管11的长度方向周向均匀设置在上述中心管11外壁上，且每个上述阶梯翼片12与中心管11连接处的切线与对应的阶梯翼片12垂直；
上述喷射式螺旋钻杆2的一端与上述中心管11的开口端连接；
上述中心管11的封闭端位于上述切削齿13两侧的位置分别设有与其内部连通的第一底喷孔111；
上述阶梯翼片12背离上述中心管11的一侧端面设置为阶梯面，且上述阶梯面沿上述中心管11的封闭端指向开口端的方向逐层升高；
上述阶梯翼片12两侧以及上述阶梯面上分别均布有与上述中心管11的内部连通的第一喷射孔121。
上述喷射式螺旋钻杆2包括芯管21和螺旋翼片22，上述芯管21为两端开口的管体，其一端与上述中心管11的开口端连接并连通，上述螺旋翼片22由上述芯管21的一端向另一端呈螺旋状的设置在上述芯管21上，上述螺旋翼片22内具有与其匹配的螺旋状的空腔，上述芯管21的外壁上设有与上述螺旋翼片22匹配的螺旋状的进气腔211，上述进气腔211与上述芯管21的内部连通，上述空腔与上述进气腔211连通，每片上述螺旋翼片22的两侧分别均布有多个与其内部空腔连通的第二喷射孔221，上述芯管21外壁上位于相邻两片上述螺旋翼片22之间的位置均布有多个连通其内部的第三喷射孔212。
施工前，按照与将要钻孔的方向相反，依次安装喷射式钻头1、喷射式螺旋钻杆2(可接单根，也可由多根连接轴向拼接而成)以及其它附属设备(包括：钻机、空压机或气泵、送风胶管、动密封接头等)。需要指出的是：由于本实用新型需要用到压缩空气，因而在实施螺旋钻进的整个过程中，务必要确保整个钻具通路的气密性，钻孔时，轴心压力P(钻压WOB)、回转力矩N(转速Rotary Speed)和空压机或气泵的供风量Q均需通过实验确定，可在钻进过程中根据实际情况灵活调整，以能够确保钻孔正常进尺和钻屑顺利排除作为调整参数的依据，使用本实用新型既可钻进竖直孔，也可钻进水平孔；一般而言，桩基孔、工程地质勘察取样多为竖直孔，非开挖铺设地下管线多为水平孔；而岩土注浆与加固既有竖直孔也有水平孔或其它角度的钻孔，要视地层和地下水等情况综合确定。具体地：
(1)以钻进竖直孔为例阐述本实用新型的实施方式：顺次连接好各个部件组成整套钻具，启动置于孔外(地面)的钻机、空压机或气泵，钻机的回转器带动喷射式螺旋钻杆2、喷射式钻头1回转，由钻机提供螺旋钻进时所需的轴心压力P(钻压WOB)和回转力矩N(转速Rotary Speed)，由空压机或气泵提供压缩空气。切削齿13和阶梯翼片12可回转切削岩土体，由第一底喷孔111喷射出的气流可辅助切削齿13破碎孔底的岩土体，同时还有助于减轻孔底岩土体的挤密压实效应、排除钻屑、降低切削齿13与岩土体摩擦后的升温；由阶梯翼片12两侧以及上述阶梯面上的第一喷射孔121喷射出的气流可辅助阶梯翼片12破碎孔底和孔壁周遭的岩土体，同时还有助于减轻孔底岩土体的挤密压实效应、排除钻屑、降低阶梯翼片12与岩土体摩擦后的升温。由阶梯翼片12两侧以及上述阶梯面上的第一喷射孔121喷射出的气流可辅助阶梯翼片12破碎孔底和孔壁周遭的岩土体，同时还有助于减轻孔底和孔壁周遭岩土体的挤密压实效应、排除钻屑、降低阶梯翼片12与岩土体摩擦后的升温。由切削齿13和阶梯翼片12回转切削岩土体钻进成孔后产生的钻屑经三个互呈120°的阶梯翼片12之间的区域(三个互呈120°的阶梯翼片12之间的区域可形成钻屑排导槽)挤入喷射式螺旋钻杆2的前端区域，并随着钻进过程的持续进行逐渐进入螺旋翼片22上，钻屑将沿着螺旋翼片22渐渐上升；在此过程中，由第二喷射孔221和第三喷射孔212喷射出的气流将直接作用于储存在螺旋翼片22区间内的钻屑上，可同时起到干燥钻屑、降低钻屑的挤密压实效应、增加钻屑的上升推力、在芯管21和螺旋翼片22的外壁面附近形成空气薄膜可减小钻屑与它们外壁间的摩阻力、降低排屑能耗、节能减排等多种有益效果；最终，由置于螺旋钻具前端的喷射式钻头1产生的钻屑，将沿着喷射式螺旋钻杆2连续上返并排出孔外，由此便可实现钻进与排屑的同步进行，加速了钻孔的施工进度。
若采用本实用新型施工的是桩基孔，待钻孔至设计深度要求后，便可进行后续的清孔、下放钢筋笼、灌注混凝土成桩等工序；若采用本实用新型施工的是工程地质勘察取样钻孔，除了可使用钻机外，为便于野外取样作业，还可视地层情况在钻具顶端加设转动把手，再由人力回转进行钻孔作业；若使用本实用新型施工的是岩土注浆与加固孔，待钻孔至设计深度要求后，即可进行后续的下入注浆花管、安放注浆塞、向地层中灌注浆液等工序。
(2)如图3所示，以钻进水平孔为例阐述本实用新型的实施方式：主要的操作流程与钻进垂直孔时类似，需要指出的是，若采用本实用新型进行非开挖铺设地下管线的施工作业，除了可单独进行水平孔的钻进外，还可配合其它适宜的工法一齐使用，下面以配合顶管法为例进行阐述：首先，需在施工场地合适的位置处开挖规格适宜的起始工作坑或竖井，将本实用新型、液压顶管机、钻机和若干段管道3置入起始工作坑或竖井内，其中的液压顶管机用于管道3的顶进；本实用新型的外径应与管道3的内径相匹配，将本实用新型置于管道3内，开启顶管机、钻机、空压机或气泵，在液压顶管机逐段向前顶进管道3的同时，本实用新型可同步实现钻孔和排屑两道工序，待完成铺管作业后，本实用新型可由钻机沿钻成的钻孔倒退取出，再由起吊设备将本实用新型、液压顶管机、钻机等从起始工作坑或竖井吊至地面，从而省去开挖接收工作坑或竖井的工序，整个过程大大加快了非开挖铺设地下管线的施工进度。
在使用本实用新型钻孔时，上述由设置在喷射式钻头1和喷射式螺旋钻杆2上的第一底喷孔111、第一喷射孔121、第三喷射孔212和第二喷射孔221喷射出的气体射流可同时实现以下六种有益效果：①辅助钻头破碎岩土体；②干燥岩土体。需要指出的是：当岩土体的含水量较高时还可注入热空气，以增强对岩土体的干燥效果；③缓解由于轴心压力P(钻压WOB)和回转力矩N(转速Rotary Speed)的联合作用的影响对岩土体产生的挤密压实效应，降低岩土体(特别是土体)的密实度，有助于岩土体的破碎和钻屑的排除；④间隔设于3个阶梯翼片12两侧的第一喷射孔121可设置为倾斜状，倾斜的方向与钻进方向相反，即倾斜的方向与钻屑排除方向一致，这样当钻屑沿着“钻屑排导槽”运移时由沿着排屑导槽倾斜布设的第一喷射孔121喷出的气流可以起到增加钻屑沿排除方向运动推力的作用，有助于钻屑的顺利排除；⑤可降低阶梯翼片12在回转切削破碎岩土体时的摩擦生热，有助于延长钻头的使用寿命；⑥可在阶梯翼片12表面、中心管11底面和芯管21的壁面附近形成空气薄膜，在一定程度上有助于减小岩土体、钻屑与阶梯翼片12表面、中心管11底部和芯管21表面间的摩阻力，从而有助于降低螺旋钻进过程中的设备能耗，具有节能减排的有益效果。
较佳的，每个上述阶梯翼片12内部均设有与上述中心管11内部连通的空腔体，上述第一底喷孔111和第一喷射孔121分别通过上述阶梯翼片12内部的空腔体与上述中心管11的内部通孔连通，使得气流通路在整个钻头的内部即可实现，可在一定程度上降低制造难度。
上述中心管11和阶梯翼片12采用焊接的方式连接，也可以是其它能够保证连接强度和气密性的连接方式。
较佳的，全部的上述第三喷射孔212呈螺旋状等间距间隔的分布在上述芯管21外壁上，该设计使得第三喷射孔212能够均匀的、全面的覆盖到芯管21外表面上，可有效降低芯管21表面与钻屑间的摩阻力，从而有利于对钻屑的排除和节能减排。
在一些实施例中，如图5所示，上述中心管11的开口端一体成型的设有与其连通的空心的螺纹连接段14，螺纹连接段14内壁上具有内螺纹，上述芯管21的一端外壁上具有外螺纹，上述芯管21的一端螺纹连接在上述螺纹连接段14内，需要说明的在螺纹处需事先缠绕生料带/麻绳以确保两者连接处的气密性，该结构便于中心管11与芯管14的连接及连通，非常方便。
在另一些实施例中，如图6所示，上述中心管11的开口端外周上设有第一法兰盘15，上述芯管21的一端外周上设有第二法兰盘213，上述芯管21的一端与上述中心管11的开口端对接，上述第一法兰盘15和第二法兰盘213通过螺栓连接，且两者之间设有密封圈4，该设计使得中心管11与芯管21之间连接牢固且气密性好，但其安装相对较繁琐。
较佳的，上述中心管11的开口端外同轴套设有圆环形的支撑架15，上述支撑架15分别与三个上述阶梯翼片12背离上述中心管11封闭端的一端端面连接固定，该设计通过支撑架15使得三个阶梯翼片12连为一体，提高了其整体的结构强度，降低了在钻孔时阶梯翼片的故障率。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。