专利名称：地下工程大管棚施工用的钻具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种地下工程特别是铁路隧道大管棚施工用的钻具，它属于铁路隧道及地下工程大管棚超前支护作业中的钻孔设备。
在铁路隧道及地下工程施工中，常遇到软弱破碎的围岩及大量涌水的地质条件，为防止塌方、沉陷，确保施工安全，常采用大管棚配合注桨止水加固地层，提供强有力的临时支扩。
目前，国内对需要临时支护的地层通常采用下述方法施工用大钻头先钻进，退钻后，套管插入或将套管直接顶入或采用在套管前端焊带有合金片的钻头，直接钻进。上述方法都有共同的缺点套管中泥岩不能直接排出，需要在套管中反复掏孔排碴。因此，常发生坍孔、卡钻，钻头不能回收重复使用等情况，造成大管棚孔施作费时费力，效率低，施工费用高，安全度差等弊病。
本实用新型的目的是提供一种专供铁路隧道及地下工程大管棚超前支护作业用的钻具在大管棚施工中实现一次完成钻管棚孔，安装套管，回收钻具等相关工序。
实现发明目的采用的技术方案是设计一种同心扩孔套管跟管钻具，其先导钻与扩孔钻按同心结构设计，使用双作用冲击回转液压凿岩机驱动，并在套管内冲击作功。钻进时，套管与钻具同步跟进；退钻时，钻具与套管分离，并从套管中退出。在大管棚施工中，实现一次完成钻管棚孔、安装套管、回收钻具等相关工序。
本实用新型有如下优点钻速快，工效高，其钻孔与下管速度比常用的先成孔，后插管方法提高10-15倍；成孔率高，由于套管跟进，不存在卡钻、塌孔现象，在断层、破碎带及覆盖层中施工，成孔率可达100％；操作简便、可靠、可保证设计要求的深度及角度；施工安全和工程质量好；特别是其比偏心扩孔钻具加工容易，故可降低钻具成本；适用范围广，既能在断层、破碎带及覆盖层施工，又可在其它基础加固中使用。
下面结合实施例及其附图对本实用新型作进一步详细说明
图1本钻具钻进状态示意图图2本钻具回收状态示意图图3扩孔钻正视示意图图4扩孔钻侧视局部剖视示意图图5先导钻正视示意图图6先导钻俯视示意图本同心扩孔套管跟管钻具，由中心及旁侧开有水孔的先导钻1及与其按同心结构设计的扩孔钻2，用波形螺纹顺序联接的钻杆7、钻杆导向联接套8，易返形翼形联接套6、导向器3和用矩形螺纹调节长度且焊接在管靴4上的套管5构成；扩孔钻2与先导钻1利用其上相互配合的滑槽及凸档套装在一起，且可分离开，根据岩石抗压强度不同，先导钻1超前扩孔钻2一个距离；导向器3利用其环形台阶压在管靴4的环形台阶上，焊接在管靴4上的导管5的内斜面与导向器3的外斜面以45°的斜面接触；先导钻1为球齿钻头，其基体比标准的球齿钻头稍长，其颈部套装扩孔钻2，利用平键与扩孔钻2内孔滑槽联接。钻孔达到设计深度后，先导钻1反转可分离退出。
如设计扩孔钻2基体外径96mm先导钻1直径70mm，采用89mm×4.5mm无缝管作套管5，由于扩孔后的成孔直径大于96mm，因此套管5能顺利跟进，先导钻1亦能自由退出，即可实现钻进时套管5与钻具同步跟进，退钻时先导钻1从套管中自由退出。作业时，将该钻具安装在现有液压钻孔台钻臂上，再配备移动式套管定位器，固定式套管定位器，接碴盘等附件，即可进行大管棚孔施工钻具钻进时，先将带有管靴4的套管5套在由钻杆7、易返型翼形联接套6、导向器3组成的钻具上，当在套管5的管靴口一侧看到导向器3后，把先导钻1与导向器3联接好，再将扩孔钻2套在先导钻1上，并反时针旋转90度，使扩孔钻2卡牢。此时，完成了钻进前的准备工作。台车钻臂移位至布置的孔位，钻臂顶紧装置抵紧岩面，按钻进要求的旋转方向，即可开始钻孔。开钻后，先导钻1在前钻导向孔、同时扩孔钻2紧随其后扩孔、在钻进过程中，套管5在导向器3的牵拉作用下同步跟进。直到达到设计要求的孔深为止。钻进中，泥碴被通过先导钻1中心水孔及旁侧水孔的高压水冲洗干净，并通过导向器3的冲洗槽进入套管5，直至排出套管、再经接碴盘流至钻臂的两侧，这既不污染钻臂，又不影响钻臂的连续钻进，始终处于高效的工作状态。
钻具回收时，当套管5到达管棚孔的设计深度后、凿岩机停止工作、继续冲洗套管5中的泥碴、待泥碴冲洗干净，就可准备退钻。退钻时，凿岩机反向旋转半圈(即顺时针旋转90度)，利用扩孔钻2与岩面的摩阻力、使扩孔钻2不动，先导钻1反转，它使的凸档与扩孔钻2的滑槽对准。此时完成了退钻前的准备。启动钻臂推进机构缩回，钻杆7及钻杆导向联接套8、易返型翼形联接套6、导向器3、先导钻1一起从套管5中退出，套管5及扩孔钻2留在孔内，完成了管棚孔的施作任务，先导钻1得以回收，可反复使用。
权利要求1.一种地下工程大管棚施工用的同心扩孔套管跟管钻具，其特征在于由中心及旁侧开有水孔的先导钻(1)及与其按同心结构设计的扩孔钻(2)，用波形螺纹顺序联接的钻杆(7)、钻杆导向联接套(8)、易返型翼形联接套(6)、导向器(3)和用矩形螺纹调节长度且焊在管靴(4)上的套管(5)构成；扩孔钻(2)和先导钻(1)利用其上相互配合的滑槽及凸档套装在一起且可分离开，根据岩石抗压强度不同，先导钻(1)超前扩孔钻(2)一个距离；导向器(3)的环形台阶压在管靴(4)的环形台阶上，焊接在管靴(4)上的导管(5)其内斜面与导向器(3)的外斜面以45°的斜面接触。
2.如权利要求1所述的同心扩孔套管跟管钻具，其特征在于使用回转及冲击双作用液压凿岩机驱动。
3.如权利要求1所述的同心扩孔套管跟管钻具，其特征在于先导钻采用球齿钻头，其基体比标准的该类钻头稍长，套装扩孔钻(2)的颈部设有用来与扩孔钻(2)内孔滑槽联接的平键。
专利摘要本实用新型公开了一种适用于铁路隧道等地下工程进行超前预支护加固,大管棚施工用的同心扩孔套管跟管钻具。主要技术特征为先导钻1与扩孔钻2按同心结构设计,并根据岩石抗压强度不同确定先导钻超前扩孔钻2的超前量。使用双作用冲击回转液压凿岩机驱动。钻进时,套管与钻具同步跟进,达到设计深度后,扩孔钻2及套管5留在孔内,其余钻具退出。在大管棚施工中,实现一次完成钻管棚孔、套管安装等工序。施工速度快、工效高、成孔率可达100%,操作简便,可靠、加工容易、成本较底,适用范围广。
文档编号E21B10/60GK2299147SQ9725065
公开日1998年12月2日 申请日期1997年8月14日 优先权日1997年8月14日
发明者于鼎拯 申请人:铁道建筑研究设计院