CN103277044A - Sdl桩工掘进方法及专用于实施该方法的桩工钻机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及SDL桩工掘进方法及专用于实施该方法的桩工钻机，桩工钻机包括机架，机架上沿上下方向导向移动的装配有动力头，动力头上传动连接有工作钻杆，工作钻杆的下端安装有用于承受相应冲击器的振动冲击力而冲击钻进的钻头，桩工钻机还包括轴线沿上下方向延伸的柔性传动件及驱动所述柔性传动件上下往复运动的传动件驱动装置，传动件驱动装置设置于所述机架上，柔性传动件上设置有用于在所述柔性传动件向下运动时对动力头施加向下弹性作用力的传力装置。本发明提供一种可随时增加钻头在冲切钻进过程中的钻进力的桩工钻机。

Description

SDL桩工掘进方法及专用于实施该方法的桩工钻机
技术领域
本发明涉及桩工掘进领域，尤其涉及一种SDL桩工掘进方法及专用于实施该方法的桩工钻机。
背景技术
在桩工行业中，机械掘进钻孔施工的方式主要有两种，第一种是旋转切削钻进，例如旋挖进、正循环钻进、反循环钻进、螺旋钻进、扩孔钻进等都属于旋切钻进；第二种是冲切钻进，沉管钻进、柱锤冲切钻进、乌卡兹冲击钻进、气动潜孔钻进等都属于冲切钻进。其中冲切钻进因其钻头能一边对相应地层冲击，一边旋进，钻进效率高而应用较为广泛，现有的冲切钻机如中国专利文献CN202926204U公开的“一种入岩钻机及其旋切冲击钻进***”，该入岩钻机包括设置有竖向立架的底座，竖向立架上沿上下方向导向移动装配有动力头，动力头的动力输出端上传动连接有工作钻杆，工作钻杆的下端安装有钻头，入岩钻机上还设置有用于向钻头输出振动冲击力的冲击器。在桩孔施工时，钻头一边受动力头的驱动作用旋切钻进，一边受冲击器的冲击作用对相应地层进行冲击。现有的这种入岩钻机存在的问题在于：钻头向下的钻进力由动力头、工作钻杆和钻头的自重提供，钻头的最大钻进力有限，当遇到复杂地层时，由于钻进力不足以克服阻力，就会造成钻头空转而不继续向下钻进，影响工作效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冲击、旋切、加压三种动力叠加在一起钻进施工的SDL桩工掘进方法；本发明的目的还在于提供一种可随时增加钻头在冲切钻进过程中的钻进力的桩工钻机。
为了解决上述问题，本发明中SDL桩工掘进方法的技术方案为：
SDL桩工掘进方法，钻进时，桩工钻机的钻头一边受动力头的驱动作用旋切钻进，一边受冲击器的冲击作用冲击钻进，同时还受轴线沿上下方向延伸的柔性传动件向下运动时通过传力装置施加给动力头的向下弹性作用力而加压钻进。
本发明中桩工钻机的技术方案为：
桩工钻机，包括机架，机架上沿上下方向导向移动的装配有动力头，动力头上传动连接有工作钻杆，工作钻杆的下端安装有用于承受相应冲击器的振动冲击力而冲击旋转钻进的钻头，所述的桩工钻机还包括轴线沿上下方向延伸的柔性传动件及驱动所述柔性传动件上下往复运动的传动件驱动装置，所述传动件驱动装置设置于所述机架上，所述的柔性传动件上设置有用于在所述柔性传动件向下运动时对动力头施加向下弹性作用力的传力装置。
所述柔性传动件在径向上与所述动力头间隙配合，所述的传力装置包括沿竖向间隔设置的、用于对动力头施加向下弹性作用力的弹性传力件和用于对动力头施加向上作用力的提升传力件，所述动力头设置于所述弹性传力件与提升传力件之间。
所述的弹性传力件为设置于所述动力头上方的上缓冲施压弹簧，所述的提升传力件为设置于所述动力头下方的下缓冲施压弹簧。
所述的动力头上设置有供所述柔性传动件沿上下方向贯穿的竖向孔或竖向槽，竖向孔的孔壁或竖向槽的槽壁与柔性传动件的外周面之间设置有实现柔性传动件与动力头间隙配合的径向间隙，所述的上、下缓冲施压弹簧均套装于所述柔性传动件***。
所述的柔性传动件为链条，所述的传动件驱动装置包括设置于所述机架上端的、与所述链条上端咬合传动的从动链轮和设置于所述机架下端的、与所述链条下端咬合传动的主动链轮。
所述的机架包括底座及设置于底座上的架体，所述架体为龙门框或井形架，所述的龙门框或井形架包括立柱及设置于立柱上端的横梁，所述的动力头导向移动装配于所述立柱上，所述的柔性传动件设置于所述横梁上。
所述的工作钻杆包括装配于动力头上的主钻杆和通过可拆连接结构装配于主钻杆下端的钻进钻杆，所述的底座上设置有钻杆放置装置，钻杆放置装置上竖直放置有与所述主钻杆并列设置、并用于与主钻杆对接的待更换钻杆，所述的桩工钻机还包括驱动钻杆放置装置和/或架体而使钻杆放置装置相对朝向和远离架体方向运动的直线驱动机构。
所述的底座上设置有两个导向方向沿工作钻杆径向延伸的横向导轨，所述的龙门框或井形架导向移动装配于所述横向导轨上，所述的直线驱动机构设置于架体与底座之间，所述的钻杆放置装置设置于所述两个横向导轨之间，所述钻杆放置装置包括套装于待更换钻杆***的放置套或插装于待更换钻杆的内孔中的放置柱，所述钻杆放置装置的轴线距离所述两个横向导轨的距离与工作钻杆的轴线距离所述两个横向导轨的距离相同。
所述底座设置有用于与相应行走机构固定连接的行走机构连接结构和/或用于与相应地面固定连接的地面固定结构。
本发明的有益效果为：钻进时，钻头一边受动力头的驱动作用旋转钻进，一边受冲击器的冲击作用冲击钻进，同时还受轴线沿上下方向延伸的柔性传动件向下运动时通过传力装置施加的向下弹性作用力而加压钻进，实现了钻头的旋切、冲击和加压同时钻进，提高了钻头在冲切钻进过程中的钻进力。柔性传动件对动力头向下方向上的弹性施压既可以保证对钻头的持续不间断施压，又能保证动力头的振动被传力装置缓冲而不传递给传动件驱动装置，有效的保证了传动件驱动装置不受振动影响，增加了传动件驱动装置的使用寿命。
附图说明
图1是本发明中桩工钻机的实施例1的结构示意图；
图2是图1更换钻杆时的使用状态图；
图3是本发明中桩工钻机的实施例2的结构示意图。 
具体实施方式
桩工钻机的实施例1如图1~2所示：包括机架，机架包括底座14及设置于底座上的龙门框，底座设置有用于与相应行走机构固定连接的行走机构连接结构，底座通过行走机构连接结构装配于带有回转底盘的行走机构上。龙门框包括两个立柱4及设置于两个立柱顶端的横梁24，龙门框的两个立柱4上沿上下方向导向移动的装配有动力头5，动力头上传动连接有外周面上设置有螺旋叶片8的工作钻杆，工作钻杆的下端安装有钻头，钻头上设置有钻齿16，工作钻杆内同轴线设置有输料管10，输料管与工作钻杆之间设置有用于向钻头施加振动冲击力的机械式冲击器，机械式冲击器包括冲击锤套11及用于提升冲击锤套的拉绳9，拉绳的上端连接于冲击锤提升装置1上。在龙门框的各立柱上均设置有传动件驱动装置，传动件驱动装置包括设置于对应立柱下端的主动链轮12和设置于对应立柱上端的从动链轮2，主、从动链轮通过封闭的环形链条3传动连接，其中环形链条靠近动力头一侧的一段链条为轴线沿上下方向延伸的工作链条18，动力头上设置有分别供对应工作链条沿上下方向贯穿的竖向孔21，工作链条与竖向孔的孔壁之间设置有实现工作链条与动力头间隙配合的径向间隙，在工作链条上设置有传力装置，传力装置包括分别位于动力头上、下方的上缓冲施压弹簧19和下缓冲施压弹簧23，上缓冲施压弹簧的上端与工作链条固定连接，上缓冲施压弹簧的下端导向装配在设置于竖向孔上端的上导向孔20中，上导向孔的孔底与上缓冲施压弹簧顶压配合；下缓冲施压弹簧的下端与工作链条固定连接，下缓冲施压弹簧的上端导向装配在设置于竖向孔下端的下导向孔22中，下导向孔的孔底与下缓冲施压弹簧顶压配合。底座上设置有两个导向方向沿工作钻杆径向延伸的横向导轨13，龙门框的两个立柱分别导向移动的装配于对应横向导轨上，横向导轨与龙门框之间设置有驱动龙门框沿横向导轨往复运动的直线驱动机构，两个横向导轨之间设置有用于竖直放置相应待更换钻杆28的钻杆放置筒27，钻杆放置筒有多个，钻杆放置筒的轴线距离两个横向导轨的距离与工作钻杆的轴线距离两个横向导轨的距离相同，动力头上设置有上夹持器6，底座上还设置有护筒式液压夹持器15。图中件17表示钻头底开门。工作链条既能实现对动力头施压，又能实现提升动力头，大大简化了钻机的结构，降低了钻机的制作成本。
在正常钻进时，钻头一边受动力头作用旋切钻进、一边受冲击器作用冲击钻进、同时还受工作链条的向下施压作用加压钻进，实现了钻头的旋切、冲击和加压同时钻进施工，可以适用于软土地层、复杂地层、硬岩地层等各种复杂地层的掘进施工，其中下工作钻杆夹持器可以起到在钻杆钻进时的钻杆护筒作用；工作钻杆包括常装于动力头上的主钻杆和通过可拆连接结构装配于主钻杆下端的钻进钻杆25，可拆连接结构包括沿上下方向横跨主钻杆与钻进钻杆配合界面的键槽，键槽的中部槽径小、上下两端槽径大，在键槽中沿径向扣装有与键槽形状适配的防脱键块，防脱键块的外侧不凸出于对应钻杆的外周面，防脱键块通过螺钉固定于对应钻杆上，这样防脱键块可以起到主钻杆与工作钻杆的轴向防脱作用，同时，可拆连接结构既能快速拆接，又能保证相应的顺利排渣，在需要更换钻杆时，使主钻杆与钻进钻杆分离，然后通过工作链条提升动力头，动力头带动主钻杆上移到预定位置，直线驱动机构驱动龙门框沿横向导轨移动，直至主钻杆的轴线与钻杆放置筒中待更换钻杆的轴线重合，然后工作链条下放动力头，使主钻杆与待更换钻杆通过可拆卸连接结构对接，对接完成后，再次提升动力头，移动龙门框到钻进钻杆位置，进行下一节钻杆的钻进施工，通过龙门框的使用，不仅使得传动件驱动装置及工作链条的设置更加简单容易，同时也方便了钻杆的更换过程，龙门框在横向导轨上移动平稳，钻杆更换过程安全、快捷；上、下缓冲施压弹簧的配合使用，使得工作链条基本不会受动力头振动的影响。
在本实施例1的其它实施例中：环形链条也可以被钢丝绳等其它柔性传动件代替，当通过钢丝绳与动力头配合时，钢丝绳可以不是一个封闭环形结构，此时传动件驱动装置可以是设置于机架上端的上卷扬和设置于机架下端的下卷扬，钢丝绳的上端缠绕在上卷扬的卷筒上，钢丝绳的下端缠绕在下卷扬的卷筒上；当然工作链条也可以不由动力头内穿过，而是布置于动力头的***，此时可以在工作链条上设置朝向动力头方向延伸的上、下悬臂结构，上缓冲施压弹簧设置于上悬臂结构与动力头之间，下缓冲施压弹簧设置于下悬臂结构与动力之间；当然下缓冲施压弹簧还可以被一个刚性传力结构的提升传力件代替，比如说是提升板、提升块，该提升传力件与动力头之间设置有相应的轴向间隙，该轴向间隙可以保证动力头在钻进施工时不与该提升传力件接触，在提升动力头时，由于动力头已经不在工作，所以可以直接通过提升传力件与动力头传力配合，此时刚性传力结构也可以设置于动力头的上方，相应的弹性传力件可以是设置于动力头下端与工作链条之间的拉簧；龙门框也可以被一个立柱代替；机械式冲击器也可以被液压冲击器代替，当然冲击器还可以不设本桩工钻机的一部分，比如说是在使用时的一个外购件，在需要钻进施工时，才需要将冲击器装配于桩工钻机上；主钻杆与其它钻杆连接的可拆卸连接结构也可以是法兰或轴向花键连接结构；上弹性缓冲弹簧也可以被橡胶等其它具有轴向弹性弹性变形量的弹性传力件代替；竖向孔还可以被槽腔与动力头外周面相通的竖向槽代替；龙门框也可以被一个井形架等其它结构的架体代替，井形架包括四个立柱，相邻两个立柱通过横梁连接，各立柱和横梁一起构成井形结构；钻杆放置筒还可以被放置柱等其它钻杆放置装置代替，使用时可以将待更换钻杆套装于放置柱的***；当然直线驱动机构还可以设置于钻杆放置筒与底座之间，此时可以直线驱动机构通过驱动钻杆放置筒朝向和远离龙门框运动来实现龙门框与钻杆放置筒的相对运动和相背运动，其中直线驱动机构可以是驱动缸、齿轮齿条机构或电动推杆机构。
桩工钻机的实施例2如图3所示：实施例2与实施例1不同的是，底座上设置有用于与相应地面固定连接的地面固定结构，地面固定结构为多个安装孔，在遇到复杂工作环境时，可以通过地锚与30安装孔配合将龙门框固定于地面上，实现无桩架钻进施工。
SDL桩工掘进方法，SDL桩工掘进方法的全名为三动力桩工掘进方法，SDL中的S为三(san)的拼音的第一个字母，D为动(dong)的拼音的第一个字母，L为力(li)的拼音的第一个母，SDL为三动力三个字的拼音缩写。钻进时，桩工钻机的钻头一边受动力头的驱动作用旋切钻进，一边受冲击器的冲击作用冲击钻进，同时还受轴线沿上下方向延伸的柔性传动件向下运动时通过传力装置施加给动力头的向下弹性作用力而加压钻进，柔性传动件在径向上与动力头间隙配合。本SDL桩工掘进方法中的桩工钻机与上述桩工钻机各实施例中所述的桩工钻机相同，其具体结构不再详述，在本SDL桩工掘进方法的其它实施例中，驱动柔性传动件上下运动的柔性件驱动装置也可以不固定于机架上，而是固定于相应地面或其它设备上。

Claims (10)

1.SDL桩工掘进方法，其特征在于：钻进时，桩工钻机的钻头一边受动力头的驱动作用旋切钻进，一边受冲击器的冲击作用冲击钻进，同时还受轴线沿上下方向延伸的柔性传动件向下运动时通过传力装置施加给动力头的向下弹性作用力而加压钻进。
2.专用于实施上述SDL桩工掘进方法的桩工钻机，包括机架，机架上沿上下方向导向移动的装配有动力头，动力头上传动连接有工作钻杆，工作钻杆的下端安装有用于承受相应冲击器的振动冲击力而冲击旋转钻进的钻头，其特征在于：所述的桩工钻机还包括轴线沿上下方向延伸的柔性传动件及驱动所述柔性传动件上下往复运动的传动件驱动装置，所述传动件驱动装置设置于所述机架上，所述的柔性传动件上设置有用于在所述柔性传动件向下运动时对动力头施加向下弹性作用力的传力装置。
3.根据权利要求2所述的桩工钻机，其特征在于：所述柔性传动件在径向上与所述动力头间隙配合，所述的传力装置包括沿竖向间隔设置的、用于对动力头施加向下弹性作用力的弹性传力件和用于对动力头施加向上作用力的提升传力件，所述动力头设置于所述弹性传力件与提升传力件之间。
4.根据权利要求3所述的桩工钻机，其特征在于：所述的弹性传力件为设置于所述动力头上方的上缓冲施压弹簧，所述的提升传力件为设置于所述动力头下方的下缓冲施压弹簧。
5.根据权利要求4所述的桩工钻机，其特征在于：所述的动力头上设置有供所述柔性传动件沿上下方向贯穿的竖向孔或竖向槽，竖向孔的孔壁或竖向槽的槽壁与柔性传动件的外周面之间设置有实现柔性传动件与动力头间隙配合的径向间隙，所述的上、下缓冲施压弹簧均套装于所述柔性传动件***。
6.根据权利要求2所述的桩工钻机，其特征在于：所述的柔性传动件为链条，所述的传动件驱动装置包括设置于所述机架上端的、与所述链条上端咬合传动的从动链轮和设置于所述机架下端的、与所述链条下端咬合传动的主动链轮。
7.根据权利要求2~6任意一项所述的桩工钻机，其特征在于：所述的机架包括底座及设置于底座上的架体，所述架体为龙门框或井形架，所述的龙门框或井形架包括立柱及设置于立柱上端的横梁，所述的动力头导向移动装配于所述立柱上，所述的柔性传动件设置于所述横梁上。
8.根据权利要求7所述的桩工钻机，其特征在于：所述的工作钻杆包括装配于动力头上的主钻杆和通过可拆连接结构装配于主钻杆下端的钻进钻杆，所述的底座上设置有钻杆放置装置，钻杆放置装置上竖直放置有与所述主钻杆并列设置、并用于与主钻杆对接的待更换钻杆，所述的桩工钻机还包括驱动钻杆放置装置和/或架体而使钻杆放置装置相对朝向和远离架体方向运动的直线驱动机构。
9.根据权利要求8所述的桩工钻机，其特征在于：所述的底座上设置有两个导向方向沿工作钻杆径向延伸的横向导轨，所述的龙门框或井形架导向移动装配于所述横向导轨上，所述的直线驱动机构设置于架体与底座之间，所述的钻杆放置装置设置于所述两个横向导轨之间，所述钻杆放置装置包括套装于待更换钻杆***的放置套或插装于待更换钻杆的内孔中的放置柱，所述钻杆放置装置的轴线距离所述两个横向导轨的距离与工作钻杆的轴线距离所述两个横向导轨的距离相同。
10.根据权利要求7所述的桩工钻机，其特征在于：所述底座设置有用于与相应行走机构固定连接的行走机构连接结构和/或用于与相应地面固定连接的地面固定结构。
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