高粘度地质结构土壤改良的钻具的制作方法

本发明涉及一种钻具，特别涉及一种高粘度地质结构土壤改良的钻具。

背景技术：

随着我国工业化和城市化的飞速发展，城市建设不断扩大，基础建设对土质结构要求不断提高，其坚固性和稳定性成为基础建设的最大要件，而狭小空间、非开挖加固，超深加固对高粘度地质结构土壤改良起到非常重要的作用，正日渐成为市政施工的一种趋势。

传统的地基加固主要采用挖、填、夯等办法进行处理，该方法处理需要大型处理设备，且对周围环境影响较大。

技术实现要素：

为满足土壤改良、非开挖加固、超深加固等目标，本发明提供一种高粘度地质结构土壤改良的钻具，适用于指定区域，如淤泥、淤泥质土、流塑软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土、污染土壤等地质，采用全回转、半回转及全角度回转，依托垂直、水平、倾斜等工艺实现多自由度施工。它所采用的技术方案是：一种高粘度地质结构土壤改良的钻具，它包括从上到下依次固定连接的水切削段、反浆段、地压监测段和喷浆段，其中所述喷浆段包括圆柱形喷浆段本体，位于喷浆段本体内的喷浆通道以及与喷浆通道导通的置于喷浆段本体上的喷嘴，位于喷浆段本体内的气道，以及与气道导通连接的置于喷浆段本体上喷嘴周边的气帽，还包括设置在喷嘴上方的挡泥板，以及设置在喷浆段本体内的与挡泥板连接的挡泥板开关装置。

本发明更进一步的技术特征是：

所述挡泥板开关装置包括：与挡泥板固定连接的第一活塞和第一活塞杆，还包括第二活塞和第二活塞杆，第一活塞杆和第二活塞杆上均设置有复位弹簧、第一活塞杆和第二活塞杆通过连杆相连接，其中所述喷浆段本体内还设置有与喷浆通道导通的开门腔，所述第二活塞设置于开门腔内；所述喷浆段还包括连接段，所述连接段和喷浆段本体固定连接形成连杆活动腔。

所述气帽包括带气孔的气帽本体和置于气孔内的密封件，且所述喷嘴采用收口结构。

所述的地压监测段包括地压监测段本体，设置在地压监测段本体上的薄膜片、压力传感器、信号传输线，其中薄膜片与压力传感器之间充满不可压缩的液体，当外界压力作用在薄膜片上时，薄膜片受压变形，通过液体传送至压力传感器，压力传感器监测到压力变化并将压力信号通过信号传输线传输至地面。

所述水切削段包括带有中心流道的短节，与短节配合的油嘴，其中所述短节在和油嘴的配合面上设置有环形槽和密封件，还包括设置在短节上的切削喷嘴和高压水道，其中所述切削喷嘴通过所述环形槽与高压水道相导通。

所述切削喷嘴为一单向阀，它包括阀体、压紧螺母、弹簧和钢珠。

所述水切削段还包括设置在切削喷嘴外侧的气帽，以及位于水切削段本体上的与气帽导通的切削段气道。

所述返浆段包括带有返浆口和返浆通道的返浆段本体，设置在所述返浆口上的挡板，设置在返浆口挡板下方的可调的返浆阀门，设置在所述返浆段本体内的高压水通道，以及与高压水通道连通的倒吸水开启阀，其中所述倒吸水开启阀由弹簧、阀芯、阀体、喷水喷嘴组成，所述喷水喷嘴和所述返浆通道正对。

所述返浆阀门为电控阀门，它包括依次设置在排泥段本体内的直流电机、减速机、涡轮、蜗杆、丝杆和阀门。

所述返浆阀门为液压驱动式阀门，它包括设置在排泥段本体上的集成的一个双作用油缸，以及与其中一个油缸通过活塞连接的阀门，其中所述的双作用液压油缸上还集成有一个精确反映阀门开启程度的位移传感器。

本发明的有益效果是：

1、由于所述喷浆段不仅包括圆柱形喷浆段本体，位于喷浆段本体内的喷浆通道以及与喷浆通道导通的置于喷浆段本体上的喷嘴，位于喷浆段本体内的气道，以及与气道导通连接的置于喷浆段本体上喷嘴周边的气帽，还包括设置在喷嘴上方的挡泥板，以及设置在喷浆段本体内的与挡泥板连接的挡泥板开关装置。这样在钻具在高粘度地质结构土壤中作业时如果停止作业，挡泥板开关装置会使挡泥板将喷嘴和气帽保护起来，防止和周边土体混合物粘合从而发生钻具被黏住带来提钻困难的问题出现。

2、所述喷浆段的喷嘴采用特殊的材料加工，孔径采用收口结构，使硬质材料喷射出时，形成高压柱状射流，切削土体。

所述的气帽组件安装在喷嘴外侧，与喷嘴间有一定量的间隙，保证气体输出时，形成环形保护硬质材料射流。所述的气帽上，安装有密封件，在气体输出时无影响，无气体输出时可密封气帽与喷嘴之间的间隙，防止外侧地内混合液体倒流，阻塞气道。

所述的环形保护气，在硬质材料喷射时，保护其与外侧混合液体隔离，使其具有较高的切削能力。同时，可实现地内硬质材料与土、水等充分搅拌，提高成桩的质量。

所述的挡泥板由高压硬质材料直接打开。当喷射时，高压硬质材料作用到挡泥板活塞上，将挡泥板推开，进行喷浆施工。当停止施工时，挡泥板活塞由弹簧力关闭，将喷嘴、气帽与外侧混合液体阻隔，起保护作用。

3、通过地压监测段实时监测地内压力，返浆段内可调的返浆孔阀门和倒吸水开启阀共同作用实现地内压力平衡。当压力监测段监测到地内压力过高时，将返浆孔阀门开度增大、调节倒吸水开启阀，提高倒吸水压力，增大返浆量使压力降低；反之，压力过低，则减小返浆孔阀门开度、调节倒吸水开启阀，降低倒吸水压力，减小返浆量，有效保持地内压平衡。返浆口上设置挡板，防止较大的颗粒进入反浆通道，堵塞反浆通道。

4、水切削段安装于返浆段上部，在提喷过程中，水切削段对待改良体进行预切割，减小喷浆切割土体的阻力，保证成桩直径。水切削段的使用，可稀释土体，便于在高粘度土层中返浆。

5、本钻具优势在于实现将硬化材料浆液加压输送、喷射、切削地层、混合、反浆统一完成。通过地压监测段和返浆段对地基内压力形成有效控制，在喷浆过程中不会对周边土体产生附加应力，有效控制地基的变形，避免对地下管线、房屋等建（构）筑物的破坏，对周边环境不产生任何挤压变形等影响。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是图1中喷浆段的结构剖视图；

图3是图1中地压监测段的结构示意图；

图4是图1中水切削段的结构剖视图；

图5是图4中切削喷嘴的结构剖视图；

图6图1中水切削段另一实施例的结构剖视图；

图7是图1中反浆段的结构剖视图；

图8是图7中反浆阀门另一实施例的结构剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

一种高粘度地质结构土壤改良的钻具，它包括从上到下依次固定连接的水切削段1、反浆段2、地压监测段3和喷浆段4，其中所述喷浆段4如图2所示包括圆柱形喷浆段本体401，位于喷浆段本体401内的喷浆通道402以及与喷浆通道402导通的置于喷浆段本体上的喷嘴403，位于喷浆段本体内的气道404，以及与气道404导通连接的置于喷浆段本体上喷嘴403周边的气帽405，还包括设置在喷嘴和气帽上方的挡泥板406，以及设置在喷浆段本体内的与挡泥板连接的挡泥板开关装置407。其中所述挡泥板开关装置407包括：与挡泥板406固定连接的第一活塞4071和第一活塞杆4072，还包括第二活塞4073和第二活塞杆4074，第一活塞杆4072和第二活塞杆4074上均设置有复位弹簧4075、第一活塞杆4072和第二活塞杆4074通过连杆4076相连接，其中所述喷浆段本体401内还设置有与喷浆通道402导通的开门腔408，所述第二活塞4072设置于开门腔408内；所述喷浆段还包括连接段409，所述连接段409和喷浆段本体401固定连接形成连杆活动腔4077。

所述的地压监测段3如图3所示，包括地压监测段本体301，设置在地压监测段本体301上的薄膜片302、压力传感器303、信号传输线304，其中薄膜片302与压力传感器303之间充满不可压缩的液体305，当外界压力作用在薄膜片302上时，薄膜片302受压变形，通过液体305传送至压力传感器303，压力传感器303监测到压力变化并将压力信号通过信号传输线304传输至地面。

图4是图1中水切削段一实施例的结构剖视图,在此实施例中所述水切削段1包括带有中心流道A的短节101，与短节101配合的油嘴102，其中所述短节101在和油嘴102的配合面上设置有环形槽103和密封件104，还包括设置在短节101上的切削喷嘴105和高压水道106，其中所述切削喷嘴105通过所述环形槽103与高压水道106相导通。图5是图4中切削喷嘴的结构剖视图，所述切削喷嘴105为一单向阀，它包括阀体1051、压紧螺母1052、弹簧1053和钢珠1054。本切削水段实施例在实际应用中，高压水从B口打入水切削段1，经过高压水道106、环形槽103、从切削喷嘴105中喷出。

图6是图1中水切削段1另一实施例的结构剖视图；和图4所示实施例不同的是，该实施例中所述水切削段俯还包括设置在切削喷嘴105外侧的气帽107，以及位于短节101上的与气帽导通的切削段气道108。本切削水段实施例在实际应用中，高压水从B口打入水切削水段1，经过高压水道106、环形槽103、从切削喷嘴105中喷出。气体从C口打入，经过切削段气道108，从气帽107与切削喷嘴105之间的间隙射出，形成环形保护气，包围在水柱周围。

所述反浆段2如图7所示包括带有返浆口201和返浆通道202的返浆段本体203，设置在所述返浆口上的挡板204，设置在返浆口挡板204下方的可调的返浆阀门207，设置在所述返浆段本体内的高压水通道205，以及与高压水通道连通的倒吸水开启阀206，其中所述倒吸水开启阀由弹簧2061、阀芯2062、阀体2063、喷水喷嘴2064组成，所述喷水喷嘴2064和所述返浆通道202正对。所述的倒吸水开启阀，在高压水从C1口打入高压水道205时，将阀芯2062从喷水喷嘴2064上推开，高压水射入返浆通道202，无高压力水进入时，由弹簧2061推动阀芯2062将喷水喷嘴2064关闭，避免回流。

由图7可见，所述返浆阀门207为液压驱动式阀门，它包括设置在返浆段本体203上的集成的一个双作用油缸2071，以及与其中一个油缸通过活塞2072连接的拉杆2073，以及与拉杆连接的阀门2074。在实际应用中，所述的双作用液压油缸2071上还集成有一个精确反映阀门开启程度的位移传感器（图中未示）。液压油从A1口打入双作用油缸2071的油缸下腔，活塞2072推出，推动拉杆2073使阀门2074关闭，反之，液压油从B1口打入双作用油缸2071的油缸上腔，活塞2072收回，带动拉杆2073使阀门2074开启。

图8是返浆段返浆阀门采用电控阀门时的结构剖视图，由图8可见，电控阀门包括依次设置在返浆段本体内的直流电机2075、减速机2076、涡轮2077、蜗杆2078、丝杆2079和阀门2074。电控阀门通过控制电机旋转圈数，可实现精确控制阀门开度大小。

本发明高粘度地质结构土壤改良的钻具采用分段设计，便于维修和更换部分部件。

本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行重新组合形成其他实施例，以取得有益效果。本发明涵盖所有在字面上或在等效形式的教导下实质上落在权利要求的范围内的所有技术方案，本发明的保护范围以权利要求书为准。