CN101158269B - 公路路基小口径水平顶管的钻孔方法及钻头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了公路路基小口径水平顶管的钻孔方法及钻头，包括有依次焊接相连的切削刀架、过渡管、扩孔刀架、压浆环、导向管，导向管的端部连接有钻杆接头，压浆环、导向管与过渡管内安装有输浆管。在不挖开路面、不阻断公路交通和不影响公路正常运行的情况下，采用钻机和该些钻头对岩石、强风化岩石、堆石、砂砾、粉土、粉煤灰及粘土等不同材料和挖方或填方等不同类型的路基进行钻孔法水平顶管的施工，以满足在完建期或运行期的公路路基内铺设横向通信管道和横向排水管道等的需求。

Description

公路路基小口径水平顶管的钻孔方法及钻头

技术领域

本发明涉及公路路基小口径水平顶管施工的钻孔方法及专用钻头。

技术背景

目前，在完建期或运行期公路的路基内铺设横向通信管道或横向排水管道等工程的施工时，因管道一般只有100～300mm较小的直径，而且路基有挖方和填方等多种类型，以及路基由岩石、强风化岩石、堆石、砂砾、粉土、粉煤灰和粘土等不同材料筑成，不能用常规的***成孔、挤压贯入、普通钻头水平钻孔和阻断交通挖开路面等的施工方法施工，迫切需求快速、准确、简单、可靠、易操作和经济等新的施工方法。

发明内容

本发明的目的是提供公路路基小口径水平顶管的钻孔方法及钻头，实现了在不挖开路面、不阻断公路交通和不影响公路正常运行的情况下，采用钻机和该些专用钻头对岩石、强风化岩石、堆石、砂砾、粉土、粉煤灰及粘土等不同材料和挖方或填方等不同类型的路基进行钻孔法水平顶管的施工，满足在完建期或运行期的公路路基内铺设横向通信管道和横向排水管道等的需求。

本发明的技术方案如下：

公路路基小口径水平顶管的钻孔方法，其特征在于：对公路的横向通信管道或横向排水管道等顶管的位置、轴线及标高等测量放样后，在路基边坡的顶管位置放置钻头定位架；路基的边坡或坡脚上挖出钻机的机坑，用汽车起重机安装钻机；根据顶管的直径、路基类型及路基材料选择适用钻头，将钻机的钻杆调成呈水平略向上仰的角度，钻头架在定位架上，搅拌机搅拌专用压浆材料后开钻；边钻头钻孔，边泥浆泵通过钻头内的输浆管道向路基钻孔压入压浆材料护壁和排渣；钻头从另一侧路基的边坡、坡脚或中央分隔带的通信电缆井和集水井中钻出后，退出钻杆和钻头；用钻机的千斤顶向钻孔中顶入钢管，每根钢管的连接处须用电焊机焊接牢固及密封；在钢管与路基孔壁间隙压入水泥土浆或粘土泥浆填实，钢管在路基进出口处的外侧用水泥砂浆抹平封口。

公路路基小口径水平顶管的钻头，其特征在于：包括有依次焊接相连的切削刀架、截面为椭圆形的压浆环、导向管，导向管的端部连接有管状钻杆接头，压浆环与导向管内安装有输浆管，输浆管一端与钻杆接头联通，另一端和切削刀架座上的射浆孔相联通。

公路路基小口径水平顶管的钻头，其特征在于：包括有依次焊接相连的切削刀架、过渡管、扩孔刀架、导向管，导向管的端部连接有管状钻杆接头，所述的导向管比过渡管粗，过渡管、扩孔刀架与导向管内安装有输浆管，输浆管一端与钻杆接头联通，另一端和切削刀架座上的射浆孔相联通；

所述的公路路基小口径水平顶管的钻头，其特征在于：

(1)、所述的切削刀架选用圆筒式切削刀架，所述的圆筒式切削刀架后端内壁上有断石芯卡；导向管的长度大于6倍的顶管钢管直径，且不小于1.0m；导向管的后端面上有8个刀刃，刀刃上焊有硬质合金钢块；或者

(2)、所述的切削刀架选用星式切削刀架，导向管的长度大于10倍的顶管钢管直径，且不小于2.0m；导向管的后端面上有8个刀刃，刀刃上焊有硬质合金钢块；或者

(3)、所述的切削刀架选用十字锥式切削刀架，导向管的长度大于10倍的顶管钢管直径，且不小于2.0m；；或者

(4)、所述的切削刀架选用十字式切削刀架，导向管的长度大于10倍的顶管钢管直径，且不小于2.0m。

所述的公路路基小口径水平顶管的钻头，其特征在于：所述的圆筒式切削刀架的前端为矩形齿形状，每个齿齿长为2cm～6cm和齿深为1cm～2cm，齿上焊有硬质合金钢块；所述的星式切削刀架为8个齿的星式齿轮形状，从前端中间的射浆孔放射到每个齿和每个齿上均焊有硬质合金钢块；所述的十字锥式切削刀架为呈30°～60°锥角的十字锥形状，十字锥的刀刃相互垂直，刀刃上焊有硬质合金钢块；所述的十字式切削刀架为十字形状，十字的刀刃相互垂直且一长一短，长刀刃比短刀刃长出6cm～10cm，十字式切削刀架前端和外侧边缘的刀刃上焊有硬质合金钢块。

所述的公路路基小口径水平顶管的钻头，其特征在于：所述的切削刀架和导向管的直径大于顶管钢管直径5％～15％；所述的压浆环的横断面为椭圆形状，其椭圆的长直径等同于导向管的直径，短直径是长直径的0.85～0.95倍；所述的导向管后端为呈30°～45°锥角的圆锥台形状；所述的钻杆接头内有与钻杆连接的螺纹，该接头与钻头中轴线同心。

所述的公路路基小口径水平顶管的钻头，其特征在于：所述的钻头的切削刀架、断石芯卡、射浆孔、输浆管、压浆环及导向管的材料是钢，钻杆接头的材料是铸钢。

所述的公路路基小口径水平顶管的钻头，其特征在于：所述的十字式切削刀架为十字形状，十字的刀刃相互垂直且一长一短，长刀刃比短刀刃长出6cm～10cm，十字式切削刀架前端和外侧边缘的刀刃上焊有硬质合金钢块；过渡管直径与十字式切削刀架直径相同，过渡管长度为0.6～1.0m；扩孔刀架为呈30°～45°锥角的圆锥台形状，圆锥台面上平均分布着8个刀刃，刀刃上焊有硬质合金钢块；导向管的长度大于6倍的顶管钢管直径，且不小于1.5m。

所述的公路路基小口径水平顶管的钻头，其特征在于：所述的扩孔刀架直径是十字式切削刀架直径的1.7～2.7倍，导向管直径与扩孔刀架直径相同，扩孔刀架和导向管的直径大于顶管钢管直径5％～10％；所述的导向管后端为呈30°～45°锥角的圆锥台形状；所述的钻杆接头内有与钻杆连接的螺纹，该接头与钻头中轴线同心。

所述的公路路基小口径水平顶管的钻头，其特征在于：所述的钻头的切削刀架、、射浆孔、输浆管、过渡管、扩孔刀架及导向管的材料是钢，钻杆接头的材料是铸钢。

本发明提供的五种结构的专用钻头，分别适用于岩石、堆石或砂砾路基顶管的钻孔、强风化岩石路基顶管的钻孔、粉土或粉煤灰路基顶管的钻孔、粘土路基顶管的钻孔和粘土路基且钢管直径大于200mm顶管的钻孔，配套设备有钻机、钻杆、钻头定位架、泥浆泵、搅拌机、电焊机、汽车起重机及柴油发电机等。

选用圆筒式切削刀架的钻头，用于岩石路基顶管的钻孔时，边钻头钻进边用粘土泥浆水排渣，钻满整个钻头后，圆筒式切削刀架内的断石芯卡自动扭断石芯，将钻头退出钻孔取出石芯。这样压浆、钻孔、排渣及取芯重复进行，直至钻头从另一侧路基的边坡、坡脚或中央分隔带的通信电缆井和集水井中钻出。退出钻头和钻杆，用钻机的千斤顶顶入钢管。

选用圆筒式切削刀架的钻头，用于堆石或砂砾路基顶管的钻孔时，钻孔前，先在路基顶管位置的堆石或砂砾的间隙压入掺快凝剂的水泥土浆。待堆石或砂砾凝固成整体后，再用钻头钻孔，并用粘土泥浆水排渣。钻满整个钻头后，圆筒式切削刀架内的断石芯卡自动扭断石芯，将钻头退出钻孔取出石芯，直至把这凝结段钻完。从第二段钻孔起，先让钻头边空钻边压入掺快凝剂的水泥土浆，由压浆环把水泥土浆压入路基孔壁。待水泥土浆初凝后，慢速退出钻头清孔，防止堵住钻孔和凝住钻头。待水泥土浆终凝后，再进行钻孔并压入粘土泥浆水排渣。这样压浆、凝固、清孔、钻孔、排渣及取芯逐段重复进行，直至钻头从另一侧路基边坡、坡脚或中央分隔带的通信电缆井和集水井中钻出。退出钻头和钻杆后，用钻机的千斤顶顶入钢管。

选用星式切削刀架的钻头，适用于强风化岩石路基顶管的钻孔，钻孔前，先在路基顶管位置的强风化岩石的裂隙压入掺快凝剂的水泥土浆，待强风化岩石凝固成整体后，再用钻头钻孔并用粘土泥浆水排渣，直至把这凝结段钻完。从第二段钻孔起，先边钻头空钻边压入掺快凝剂的水泥土浆，由压浆环把水泥土浆压入路基孔壁。待水泥土浆初凝后，慢速退出钻头清孔，防止堵住钻孔和凝住钻头。待水泥土浆终凝后，再进行钻孔并压入粘土泥浆水排渣。这样压浆、凝固、护壁、清孔、钻孔及排渣逐段重复进行，直至钻头从另一侧路基的边坡、坡脚或中央分隔带的通信电缆井和集水井中钻出。退出钻头和钻杆后，用钻机的千斤顶顶入钢管。

选用十字锥式切削刀架的钻头，适用于粉土或粉煤灰路基顶管的钻孔，钻孔时，钻头边钻进边射浆孔射出粘土泥浆水，边由压浆环把泥浆压入路基护壁及排渣。这样钻孔、压浆、护壁及排渣，直至钻头从另一侧路基的边坡、坡脚或中央分隔带的通信电缆井和集水井中钻出。退出钻头和钻杆后，用钻机的千斤顶顶入钢管。

选用十字式切削刀架的钻头，适用于粘土路基顶管的钻孔，钻孔时，钻头边钻进边射浆孔射出粘土泥浆水清除糊在钻头上的粘土，边由压浆环把粘土泥浆水压入路基护壁及排渣。这样钻孔、压浆、护壁及排渣，直至钻头从另一侧路基的边坡、坡脚或中央分隔带的通信电缆井和集水井中钻出。退出钻头和钻杆后，用钻机的千斤顶顶入钢管。

对于粘土路基且钢管直径大于200mm顶管钻孔，选用在十字式切削刀架与导向管之间增加了过渡管、扩孔刀架的钻头。钻孔时，先由直径为114mm的十字式切削刀架和过渡管定位钻孔，再由扩孔刀架扩孔成大于200mm的孔径。边定位钻孔，边扩孔，边泥浆护壁，边排渣，直至钻头从另一侧路基的边坡、坡脚或中央分隔带的通信电缆井和集水井中钻出。退出钻头和钻杆后，用钻机的千斤顶顶入钢管。

本发明的钻头定位架为钢板焊制。其底板为四方形，定位板置于底板顶面的中间。定位板上方的中间有半圆形豁口，其下方的两侧各有两个三角形斜撑。该定位架放置在路基边坡或坡脚上给钻头定位，钻头架在该定位架的定位板上开钻钻孔。

本发明钻孔的压浆材料是根据路基材料选定。如果路基材料为岩石，采用的压浆材料是粘土泥浆水。如果路基材料为堆石、砂砾及强风化岩石：护壁时，采用的压浆材料是掺快凝剂的水泥土浆；钻孔时，采用的压浆材料是粘土泥浆水。如果路基材料为粉土、粉煤灰或粘土，采用的压浆材料是粘土泥浆水。

本发明的配套设备，所述的钻机采用地质钻探钻机，根据顶管的直径、长度、路基类型及路基材料等确定钻机的功率，选择钻机的规格型号；所述的钻机的钻杆呈水平略向上仰的角度，是根据顶管长度、顶管直径及路基材料等情况确定的，一般该角度为0°～5°；所述的顶管为镀锌焊接钢管，常用顶管钢管的直径为114mm和219mm两种，管壁厚为4mm～10mm。

本发明的原理

在不挖开路面、不阻断交通和不影响公路正常运行的前提下，根据路基有挖方和填方等的不同类型，以及路基材料有坚硬、块状、散粒、易塌落、易液化和易糊钻头等的不同特性，选择适宜的专用钻头、压浆材料和顶管工艺，才能快速和较高精度地进行钻孔法小口径水平顶管的施工。当路基材料是岩石的挖方路基时，岩石虽坚硬但不易塌孔，为了提高钻孔效率，选用尽量减少切削面积的圆筒式切削刀架。圆筒式切削刀架筒内的后端有4个断石芯卡，钻满钻头后断石芯卡共同工作卡住石芯，转动的钻头能自动较可靠地扭断石芯，退出钻头即可取出石芯。钻孔时，压入浮力较大的粘土泥浆水并利用压浆环排渣。采用有一定长度的导向管，让钻头保持沿顶管轴线的方向钻孔，确保钻孔顺直和顶管的精度。这样不断地钻孔或取芯，逐步地完成钻孔；当路基材料是硬度较高、块状和易松动变位的堆石填方路基或路基材料是坚硬、光滑、散粒和易松动塌孔的砂砾路基时，有稳定的路基结构、块石不变位和不卡钻是能顺利钻孔的关键，所以采用分段钻进的方式和选用切削面积少钻孔效率高的圆筒式切削刀架来钻孔。每段钻孔前，钻头先空钻，射浆孔射出掺快凝剂的水泥土浆，由横断面是椭圆形的压浆环的圆缺空间蓄住水泥土浆，旋转后利用几何形状和离心力把水泥土浆压入路基孔壁堆石或砂砾的间隙。待水泥土浆初凝后，慢速退出钻头清孔，防止堵住钻孔和凝住钻头。水泥土浆终凝后，钻头边钻孔，边压入粘土泥浆水排渣。圆筒式切削刀架筒末端内的后端有4个断石芯卡，钻满钻头后断石芯卡共同工作卡住石芯，转动的钻头能自动较可靠地扭断石芯，退出钻头既可取出石芯。采用有一定长度的导向管，让钻头保持沿顶管轴线的方向钻孔，确保钻孔顺直和顶管的精度。由于受压浆材料和压浆压力的限制，每次压浆范围不会很大，只能逐段地压浆、凝结、清孔、钻孔、出渣及取芯进行钻孔；当路基材料是节理发育、硬度较高和易松动塌落的强风化岩石挖方路基时，有稳定的路基结构和不掉石块卡钻是能顺利顶管的关键，所以采用分段钻进的方式和选用磨削能力强的星式切削刀架来钻孔。每段钻孔前，钻头先空钻，射浆孔射出掺快凝剂的水泥土浆，由横断面是椭圆形的压浆环的圆缺空间蓄住水泥土浆，旋转后利用几何形状和离心力把水泥土浆压入路基孔壁强风化岩石的缝隙。待水泥土浆初凝后，慢速退出钻头清孔，防止堵住钻孔和凝住钻头。水泥土浆终凝后，钻头边钻孔，边压入粘土泥浆水排渣。采用有一定长度的导向管，让钻头保持沿顶管轴线的方向钻孔，确保钻孔顺直和顶管的精度。由于受压浆材料和压浆压力的限制，每次压浆范围不会很大，只能逐段地压浆、凝结、护壁、清孔、钻孔及排渣进行钻孔；当路基材料是粉土或粉煤灰的填方路基时，因路基材料的凝结力小、强度低、粒径均匀、易液化，一旦被扰动极易坍塌并难以控制，选用定位精度较好、振动小和切削能力较高的十字锥式切削刀架钻孔。钻孔时，射浆孔射出粘土泥浆水，由横断面是椭圆形的压浆环的圆缺空间蓄住泥浆，旋转后利用几何形状和离心力把泥浆压入路基孔壁来护壁。采用一定长度的导向管能让钻头保持沿顶管轴线的方向钻孔，确保钻孔顺直和顶管的精度，同时也起到一定的护壁作用，这样压浆、护壁、钻孔及排渣完成钻孔；当路基材料是粘土的路基时，因粘土有较好的粘结力不易塌孔，又能边钻孔边自造泥浆，选用不易糊钻头和钻孔效率较高的十字式切削刀架钻孔。钻孔时，射浆孔射出粘土泥浆水清钻头，并由横断面是椭圆形的压浆环的圆缺空间蓄住泥浆，旋转后利用几何形状和离心力把泥浆压入路基孔壁来护壁。采用一定长度的导向管能让钻头保持沿顶管轴线的方向钻孔，确保钻孔顺直和顶管的精度，同时也起到护壁作用，这样压浆、护壁、钻孔及排渣完成钻孔；当路基材料是粘土且顶管直径大于等于200mm的路基时，因为顶管直径较大，顶管的精度较难控制。钻孔时，钻头先由直径为114mm的十字式切削刀架和过渡管钻孔定位，再由直径大于200mm的扩孔刀架来扩孔。采用一定长度的导向管能让钻头保持沿顶管轴线的方向钻孔，确保钻孔顺直和顶管的精度。因导向管的直径较大，旋转时能起到压浆作用，所以不再设压浆环。这样定位钻孔、压浆、扩孔、护壁及排渣完成钻孔。另外，所有钻头的切削刀架和扩孔刀架等的刀刃上均焊有耐磨的硬质合金钢块，该硬质合金钢块用于切削或磨削路基材料以及延长钻头的使用寿命。

采用放置在路基边坡或坡脚上的定位架给钻头定位，钻头架在该定位架的定位板上开钻钻孔，避免因钻头的重量或晃动影响顶管精度。钻孔前，根据顶管长度、顶管直径及路基材料等将钻机的钻杆调成呈水平向上仰0°～5°的度角，纠正在重力作用下因钻杆细长和钻头较重产生下坠的量，以保证顶管的精度。

本发明的效果

本发明能在岩石、强风化岩石、堆石、砂砾、粉土、粉煤灰及粘土等不同材料和挖方或填方等不同类型的路基上进行钻孔法小口径水平顶管施工的专用钻头，它们的构造简单、操作方便、效率高、寿命长、配套器件少及造价低，适用于顶管直径为100～300mm和最大顶管长度为50m的公路路基内铺设横向通信管道或横向排水等工程的施工。

附图说明

图1岩石、堆石或砂砾路基的小口径水平顶管圆筒式切削刀架钻头正视结构示意图。

图2岩石、堆石或砂砾路基小口径水平顶管圆筒式切削刀架钻头俯视结构示意图。

图3岩石、堆石或砂砾路基小口径水平顶管圆筒式切削刀架钻头前侧视结构示意图。

图4岩石、堆石或砂砾路基小口径水平顶管圆筒式切削刀架钻头的压浆环侧视结构示意图。

图5岩石、堆石或砂砾路基小口径水平顶管圆筒式切削刀架钻头的导向管侧视结构示意图。

图6岩石、堆石或砂砾路基小口径水平顶管圆筒式切削刀架钻头后侧视结构示意图。

图7强风化岩石路基小口径水平顶管星式切削刀架钻头正视结构示意图。

图8强风化岩石路基小口径水平顶管星式切削刀架钻头俯视结构示意图。

图9强风化岩石路基小口径水平顶管星式切削刀架钻头前侧视结构示意图。

图10强风化岩石路基小口径水平顶管星式切削刀架钻头的压浆环侧视结构示意图。

图11强风化岩石路基小口径水平顶管星式切削刀架钻头的导向管侧视结构示意图。

图12强风化岩石路基小口径水平顶管星式切削刀架钻头后侧视结构示意图。

图13粉土或粉煤灰路基小口径水平顶管十字锥式切削刀架钻头正视结构示意图。

图14粉土或粉煤灰路基小口径水平顶管十字锥式切削刀架钻头俯视结构示意图。

图15粉土或粉煤灰路基小口径水平顶管十字锥式切削刀架钻头前侧视结构示意图。

图16粉土或粉煤灰路基小口径水平顶管十字锥式切削刀架钻头的压浆环侧视结构示意图。

图17粉土或粉煤灰路基小口径水平顶管十字锥式切削刀架钻头的导向管侧视结构示意图。

图18粉土或粉煤灰路基小口径水平顶管十字锥式切削刀架钻头后侧视结构示意图。

图19粘土路基小口径水平顶管十字式切削刀架钻头正视结构示意图。

图20粘土路基小口径水平顶管十字式切削刀架钻头俯视结构示意图。

图21粘土路基小口径水平顶管十字式切削刀架钻头前侧视结构示意图。

图22粘土路基小口径水平顶管十字式切削刀架钻头的压浆环侧视结构示意图。

图23粘土路基小口径水平顶管十字式切削刀架钻头的导向管侧视结构示意图。

图24粘土路基小口径水平顶管十字式切削刀架钻头后侧视结构示意图。

图25粘土路基小口径水平顶管增配扩孔刀架钻头正视结构示意图。

图26粘土路基小口径水平顶管增配扩孔刀架钻头俯视结构示意图。

图27粘土路基小口径水平顶管增配扩孔刀架钻头侧视结构示意图。

图28粘土路基小口径水平顶管增配扩孔刀架钻头的过渡管侧视结构示意图。

图29粘土路基小口径水平顶管增配扩孔刀架钻头的扩孔刀架侧视结构示意图。

图30粘土路基小口径水平顶管增配扩孔刀架钻头的导向管侧视结构示意图。

具体实施方式

参见图1～30。本发明的公路路基小孔径水平顶管施工的五种专用钻头，包括了圆筒式切削刀架1、星式切削刀架2、十字锥式切削刀架3、十字式切削刀架4、扩孔刀架5、射浆孔6、输浆管7、断石芯卡8、压浆环9、导向管10、过渡管11、钻杆接头12和硬质合金钢块13。对公路横向通信管道或横向排水管道等的顶管的位置、轴线及标高等测量放样后，在路基边坡或坡角上挖出放置钻头定位架的平台，定位架的底板平稳地放在该平台上。在路基边坡或坡脚上挖出钻机的机坑，用汽车起重机吊入并安装钻机。根据顶管直径、路基类型及路基材料选择专用钻头，将钻机的钻杆调成呈水平略向上仰的角度，钻头架在定位架的定位板上，搅拌机搅拌专用压浆材料后开钻。当路基是岩石、堆石或砂砾材料时，选用由圆筒式切削刀架1、射浆孔6、输浆管7、断石芯卡8、压浆环9、导向管10和钻杆接头12组成的圆筒式钻头；当路基是强风化岩石材料时，选用由星式切削刀架2、射浆孔6、输浆管7、断石芯卡8、压浆环9、导向管10和钻杆接头12组成的星式钻头；当路基是粉土或粉煤灰材料时，选用由十字锥式切削刀架3、射浆孔6、输浆管7、压浆环9、导向管10和钻杆接头12组成的十字锥式钻头；当路基是粘土材料且顶管直径小于200mm时，选用由十字式切削刀架4、射浆孔6、输浆管7、压浆环9、导向管10和钻杆接头12组成的十字式钻头；当路基是粘土材料且顶管直径大于200mm时，选用由直径为114mm十字式切削刀架4、射浆孔6、输浆管7、过渡管11、扩孔刀架5、导向管10和钻杆接头12组成的十字式配扩孔刀架钻头。边用钻头钻进，边用泥浆泵通过压浆管、钻杆和钻头内的输浆管7及射浆孔6向路基钻孔压入压浆材料护壁和排渣。钻头从另一侧路基边坡或中央分隔带的通信电缆井和集水井中钻出后，退出钻杆和钻头。用钻机的千斤顶顶入钢管，每根钢管的连接处须用电焊机焊接牢固及密封。在钢管与孔壁间隙压入水泥土浆或粘土泥浆恢复路基的密实，钢管在路基进出口处的外侧用水泥砂浆抹平封口。届时完成全部的顶管施工。

钻头的圆筒式切削刀架1的作用是切削岩石、堆石或砂砾路基材料；星式切削刀架2的作用是磨削强风化岩石路基材料，有时也可用来磨削岩石、堆石或砂砾路基材料；十字锥式切削刀架3的作用是切削粉土和粉煤灰路基材料；十字式切削刀架4和扩孔刀架5的作用是切削粘土路基材料。射浆孔6的作用是喷射出压浆材料来清钻头、护壁和排渣；输浆管7的作用是把压浆材料从钻头接头12输送到射浆嘴6。断石芯卡8的作用是钻满钻头后，断石芯卡8共同工作卡住石芯，让转动的钻头能自动较可靠地扭断石芯。压浆环9的作用是把压浆材料压入路基钻孔护壁以及有利于排渣。导向管10的作用是保证钻孔顺直和顶管精度，让钻头沿设计的顶管中心线钻孔。钻杆接头12的作用是将钻头与钻杆连接，并且输送压浆材料。过渡管11的作用是十字式切削刀架4至扩孔刀架5的连接段，确保十字式切削刀架4钻孔定位的精度。扩孔刀架5的作用是小直径的十字式切削刀架4钻孔定位后，扩孔成大于200mm直径的钻孔。硬质合金钢块13的作用是切削和磨削路基材料，延长钻头使用寿命。圆筒式钻头和星式钻头的导向管10后端圆锥台面上设置焊有硬质合金钢13的8个刀刃的作用是磨削路基孔壁塌落的石块，防止卡钻或无法退出钻头。

另外，钻头定位架的定位板的作用是让钻头靠在上面开钻，保证初始钻孔定位的精度。粘土泥浆水压浆材料的作用是护壁和因比重大且浮力大易排渣。掺快凝剂的水泥土浆压浆材料的作用是渗入顶管处路基材料的缝隙，将路基材料快速凝固成整体，确保有稳定的路基结构顺利钻孔。

本发明所涉及的顶管直径一般均为100～300mm。

具体使用

1、在公路上对横向的通信管道或排水管道等顶管的位置、轴线及标高等测量放样。

2、在路基边坡或坡脚上挖出钻机的机坑，用汽车起重机吊入并安装钻机。

3、挖排渣池，在池内注满水。

4、在路基的边坡或坡角的顶管位置挖出放置钻头定位架的平台。

5、视顶管直径、顶管长度和路基材料，调整钻机的钻杆呈水平略向上仰的角度。

6、把泥浆泵的压浆管与钻机的钻杆连接。

7、根据顶管直径、路基类型及路基材料选择专用钻头，并安装在钻机的钻杆上。

8、在路基边坡或坡角的平台上放置钻头定位架，把钻头架在该定位架上。

9、搅拌机搅拌及泥浆泵输送专用压浆材料。

10、开钻。

11、如果是岩石挖方路基，用圆筒式钻头逐段取石芯钻进及粘土泥浆水排渣，直至成孔；如果是强风化岩石挖方路基，逐段的压入掺快凝剂的水泥土浆护壁、凝结后用星式钻头钻进及粘土泥浆水排渣，直至成孔；如果是堆石填方路基或砂砾路基，逐段的压入掺快凝剂的水泥土浆护壁、凝结后用圆筒式钻头逐段取石芯钻进及粘土泥浆水排渣，直至成孔；如果是粉土或粉煤灰的填方路基，采用十字锥式钻头边压入粘土泥浆水护壁，边钻孔，边排渣，直至成孔；如果是粘土路基，采用十字式或十字式配扩孔刀架钻头边压入粘土泥浆水护壁，边钻孔，边排渣，直至成孔。

12、成孔后，用钻机的千斤顶顶入钢管，每根钢管的连接处用电焊机焊接牢固及密封。

13、在钢管与路基孔壁的间隙压入水泥土浆或粘土泥浆恢复路基的密实，以及钢管在路基进出口处的外侧用水泥砂浆抹平封口。

14、届时完成全部的顶管施工。

Claims (7)

1.公路路基小口径水平顶管的钻孔方法，其特征在于：对公路的横向通信管道或横向排水管道的顶管的位置、轴线及标高测量放样后，在路基边坡的顶管位置放置钻头定位架；路基的边坡或坡脚上挖出钻机的机坑，用汽车起重机安装钻机；根据顶管的直径、路基类型及路基材料选择适用钻头，将钻机的钻杆调成呈水平略向上仰的角度，钻头架在定位架上，搅拌机搅拌专用压浆材料后开钻；边钻头钻孔，边泥浆泵通过钻头内的输浆管道向路基钻孔压入压浆材料护壁和排渣；钻头从另一侧路基的边坡、坡脚或中央分隔带的通信电缆井或集水井中钻出后，退出钻杆和钻头；用钻机的千斤顶向路基钻孔中顶入钢管，每根钢管的连接处须用电焊机焊接牢固及密封；在钢管与路基钻孔壁间隙压入水泥土浆或粘土泥浆填实，钢管在路基进出口处的外侧用水泥砂浆抹平封口；

所述的钻头，包括有依次焊接相连的切削刀架、截面为椭圆形的压浆环、导向管，导向管的端部连接有管状钻杆接头，压浆环与导向管内安装有输浆管，输浆管一端与钻杆接头联通，另一端和切削刀架上的射浆孔相联通；

(1)、所述的切削刀架选用圆筒式切削刀架，所述的圆筒式切削刀架后端内壁上有断石芯卡；导向管的长度大于6倍的顶管钢管直径，且不小于1.0m；导向管的后端面上有8个刀刃，刀刃上焊有硬质合金钢块；选用圆筒式切削刀架的钻头，用于岩石路基顶管的钻孔，边钻头钻进边用粘土泥浆水排渣，钻满整个钻头后，圆筒式切削刀架内的断石芯卡自动扭断石芯，将钻头退出钻孔取出石芯，这样压浆、钻孔、排渣及取芯重复进行，直至钻头从另一侧路基的边坡、坡脚或中央分隔带的通信电缆井或集水井中钻出；用于堆石或砂砾路基顶管的钻孔时，钻孔前，先在路基顶管位置的堆石或砂砾的间隙压入掺快凝剂的水泥土浆，待堆石或砂砾凝固成整体后，再用钻头钻孔，并用粘土泥浆水排渣；钻满整个钻头后，圆筒式切削刀架内的断石芯卡自动扭断石芯，将钻头退出钻孔取出石芯，直至把这凝结段钻完；从第二段钻孔起，先让钻头边空钻边压入掺快凝剂的水泥土浆，由压浆环把水泥土浆压入路基钻孔壁；待水泥土浆初凝后，慢速退出钻头清孔，防止堵住钻孔和凝住钻头；待水泥土浆终凝后，再进行路基钻孔并压入粘土泥浆水排渣；这样压浆、凝固、清孔、钻孔、排渣及取芯逐段重复进行，直至钻头从另一侧路基边坡、坡脚或中央分隔带的通信电缆井或集水井中钻出；退出钻头和钻杆后，用钻机的千斤顶顶入钢管；或者

(2)、所述的切削刀架选用星式切削刀架，导向管的长度大于10倍的顶管钢管直径，且不小于2.0m；导向管的后端面上有8个刀刃，刀刃上焊有硬质合金钢块；选择用星式切削刀架的钻头，适用于强风化岩石路基顶管的钻孔，钻孔前，先在路基顶管位置的强风化岩的裂隙压入掺快凝剂的水泥土浆，待强风化岩石凝固成整体后，再用钻头钻孔并用粘土泥浆水排渣，直至把这凝结段钻完；从第二段钻孔起，先边钻头空钻边压入掺快凝剂的水泥土浆，由压浆环把水泥土浆压入路基钻孔壁；待水泥土浆初凝后，慢速退出钻头清孔，防止堵住钻孔和凝住钻头；待水泥土浆终凝后，再进行钻孔并压入粘土泥浆水排渣；这样压浆、凝固、护壁、清孔、钻孔及排渣逐段重复进行，直至钻头从另一侧路基的边坡、坡脚或中央分隔带的通信电缆井或集水井中钻出；退出钻头和钻杆后，用钻机的千斤顶顶入钢管；或者

(3)、所述的切削刀架选用十字锥式切削刀架，导向管的长度大于10倍的顶管钢管直径，且不小于2.0m；选择用十字锥式切削刀架的钻头，适用于粉土或粉煤灰路基顶管的钻孔，钻孔时，钻头边钻进边射浆孔射出粘土泥浆水，边由压浆环把泥浆压入路基护壁及排渣；这样钻孔、压浆、护壁及排渣，直至钻头从另一侧路基的边坡、坡脚或中央分隔带的通信电缆井或集水井中钻出；退出钻头和钻杆后，用钻机的千斤顶顶入钢管；或者

(4)、所述的切削刀架选用十字式切削刀架，导向管的长度大于10倍的顶管钢管直径，且不小于2.0m；选用十字式切削刀架的钻头，适用于粘土路基顶管的钻孔，钻孔时，钻头边钻进边射浆孔射出粘土泥浆水清除糊在钻头上的粘土，边由压浆环把粘土泥浆水压入路基护壁及排渣；这样钻孔、压浆、护壁及排渣，直至钻头从另一侧路基的边坡、坡脚或中央分隔带的通信电缆井或集水井中钻出；退出钻头和钻杆后，用钻机的千斤顶顶入钢管。

2.根据权利要求1所述的公路路基小口径水平顶管的钻孔方法，其特征在于：所述的十字锥式切削刀架为呈30°～60°锥角的十字锥形状，十字锥的刀刃相互垂直，刀刃上焊有硬质合金钢块；所述的十字式切削刀架为十字形状，十字的刀刃相互垂直且一长一短，长刀刃比短刀刃长出6cm～10cm，十字式切削刀架前端和外侧边缘的刀刃上焊有硬质合金钢块。

3.根据权利要求1所述的公路路基小口径水平顶管的钻孔方法，其特征在于：所述的切削刀架和导向管的直径大于顶管钢管直径5％～15％；所述的压浆环的横断面为椭圆形状，其椭圆的长直径等同于导向管的直径，短直径是长直径的0.85～0.95倍；所述的导向管后端为呈30°～45°锥角的圆锥台形状；所述的钻杆接头内有与钻杆连接的螺纹，该接头与钻头中轴线同心。

4.根据权利要求1所述的公路路基小口径水平顶管的钻孔方法，其特征在于：所述的钻头的切削刀架、断石芯卡、射浆孔、输浆管、压浆环及导向管的材料是钢，钻杆接头的材料是铸钢。

5.公路路基小口径水平顶管的钻孔方法，其特征在于：对公路的横向通信管道或横向排水管道的顶管的位置、轴线及标高测量放样后，在路基边坡的顶管位置放置钻头定位架；路基的边坡或坡脚上挖出钻机的机坑，用汽车起重机安装钻机；根据顶管的直径、路基类型及路基材料选择适用钻头，将钻机的钻杆调成呈水平略向上仰的角度，钻头架在定位架上，搅拌机搅拌专用压浆材料后开钻；边钻头钻孔，边泥浆泵通过钻头内的输浆管道向路基钻孔压入压浆材料护壁和排渣；钻头从另一侧路基的边坡、坡脚或中央分隔带的通信电缆井或集水井中钻出后，退出钻杆和钻头；用钻机的千斤顶向路基钻孔中顶入钢管，每根钢管的连接处须用电焊机焊接牢固及密封；在钢管与路基钻孔壁间隙压入水泥土浆或粘土泥浆填实，钢管在路基进出口处的外侧用水泥砂浆抹平封口；

所述的钻头，包括有依次焊接相连的十字式切削刀架、过渡管、扩孔刀架与导向管，导向管的端部连接有管状钻杆接头，所述的导向管比过渡管粗，过渡管、扩孔刀架、导向管内安装有输浆管，输浆管一端与钻杆接头联通，另一端和切削刀架上的射浆孔相联通；

所述的扩孔刀架直径是十字式切削刀架直径的1.7～2.7倍，导向管直径与扩孔刀架直径相同，扩孔刀架和导向管的直径大于顶管钢管直径5％～10％；所述的导向管后端为呈现出30°～45°锥角的圆锥台形状；所述的钻杆接头内有与钻杆连接的螺纹，该接头与钻头中轴线同心。

6.根据权利要求5所述的公路路基小口径水平顶管的钻孔方法，其特征在于：所述的十字式切削刀架为十字形状，十字的刀刃相互垂直且一长一短，长刀刃比短刀刃长出6cm～10cm，十字式切削刀架前端和外侧边缘的刀刃上焊有硬质合金钢块；过渡管直径与十字式切削架直径相同，过渡管长度为0.6～1.0m；扩孔刀架为呈30°～45°锥角的圆锥台形状，圆锥台面上平均分布着8个刀刃，刀刃上焊有硬质合金钢块；导向管的长度大于6倍的顶管钢管直径，且不小于1.5m。

7.根据权利要求5所述的公路路基小口径水平顶管的钻孔方法，其特征在于：所述的钻头的切削刀架、射浆孔、输浆管、过渡管、扩孔刀架及导向管的材料是钢，钻杆接头的材料是铸钢。

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