用于通过喷射灌浆来用于土壤固结中的潜孔锤钻的装置

摘要

本发明涉及一种用于潜孔锤钻(1)的装置，特别地用于通过称作“喷射灌浆”的过程进行的土壤固结，并且包括：基本圆柱形的机器壳体(2)；由加压液体驱动的冲击机构(3)，该冲击机构安装在机器壳体中，布置为以允许往复运动的方式将冲击提供到固定安装在机器壳体中的卡盘(4)中的钻头(5)上，其中所述机器壳体具有用于使驱动流体到达冲击机构的中央供应线(6)，其中在钻头内的通道构成用于所用的驱动流体的出口。为了提高喷射灌浆期间的效率，机器壳体(2)设有用于喷射灌浆的灌浆喷嘴(7)，所述灌浆喷嘴沿横向方向定向并且布置在机器壳体的壁(8)的外围，布置用于将灌浆混合物通过机器壳体引导到所述灌浆喷嘴的冲洗通道(9)，其中用于灌浆混合物的冲洗通道与用于冲击机构的驱动流体的供应线分离。

说明书

本发明涉及一种用于潜孔锤钻(down-the-hole hammer drill)的装置， 具体地用于根据权利要求1的前序部分所述的通过喷射灌浆的土壤固结 (soil consolidation)。

在土壤固结过程中，通常使用稳定装置，该稳定装置包括具有钻柱 (drill string，钻管组)和潜孔锤钻的类型的钻岩装置，所述钻柱由在端部 连接的多个钻管构成，且所述潜孔锤钻具有安装在其前端的钻头。通过具 有旋转马达和供给马达的供给梁以传统的方式给钻柱提供供给力。土壤固 结的技术已经知道很久了，并且其用于土壤和地面结构的静态改进。公路 和类似的城市工程结构的负载能力通过土壤固结能被极大地改善，土壤固 结是用于描述利用诸如水泥的粘合剂固结土壤层的术语。

为了执行土壤固结，称作“监控器”或者“喷射头”的装置被布置在 潜孔锤钻自身与钻柱之间。该监控器是支撑一个或几个称作“喷嘴”的灌 浆开口的单元，能够致使灌浆混合物以高速通过所述灌浆开口流出。驱动 液体(通常包括水的形式的驱动液体)在钻柱中的中央通道的帮助下被向 下引导到钻锤以便执行钻孔操作。所述中央通道或者分离通道被用于将灌 浆混合物向下引导到灌浆监控器中的灌浆喷嘴。通常灌浆混合物由混凝土 与水的溶液组成。当钻头到达钻孔中的预定位置处时，能以一压力开始土 壤的喷射灌浆，所述压力通常为一与几十兆帕(Mpa)之间的量，从而钻 柱在旋转时从孔倒退撤回。通常某种形式的阀装置存在于所述监控器中， 当钻岩装置被用于喷射灌浆以及用于引导灌浆混合物通过钻柱的中央通 道向下到达监控器中的灌浆喷嘴时，在所述阀装置帮助下向下到冲击锤的 流动路径可以被阻塞。在喷射灌浆期间，从灌浆喷嘴流出的向外定向的灌 浆混合物流将会与距离孔的中心约一米的直径以内可获得的土壤混合，并 且将会产生大致与钻孔的深度一样高的柱形物或柱子。在固结操作以后钻 柱便从钻孔完全撤回，并且此后准备用于另一个钻孔和固结周期中。

从SE 512 653可以了解用于土壤固结的装置，该装置的监控器位于潜 孔锤钻上方，在钻柱之上的一定距离处。应该理解的是，因此需要使钻孔 比所需要的更大，因为孔必须钻地更深以便确保在喷射灌浆能开始前监控 器位于预定的深度处。

从JP 06264435可以了解到用于土壤固结的装置，该装置具有分离的 供应线，其用于将液体驱动到锤的冲击机构并且用于将灌浆混合物驱动到 喷射灌浆喷嘴。所述喷射灌浆喷嘴位于紧靠钻头的潜孔锤钻的前端。潜孔 锤钻具有用于冲击锤的机器壳体。机器壳体被外部管形式的外壳围绕。喷 射灌浆喷嘴布置在外壳中，借此灌浆混合物在形成在外壳与机器壳体的外 表面之间的通道中被向前引导到机器壳体外部的灌浆喷嘴。由于存在用于 驱动液体和灌浆混合物的分离的供应线，并且由于喷射灌浆喷嘴位于潜孔 锤钻的靠近钻头的前端，该已知的装置具有在土壤固结过程中不要求使钻 孔比需要的深的益处。然而，外壳以及在所述外壳中的灌浆喷嘴装置不仅 导致潜孔锤钻更大，而且也导致其设计更加复杂。

因此，本发明的目的是提供一种用于潜孔锤钻的装置，该装置使得能 够产生这样尺寸的钻孔，所述尺寸非常接近在喷射灌浆之前不仅关于钻孔 的深度而且关于孔的直径的那些确定或预定的尺寸，并且同时使得能够给 予潜孔锤钻比先前已知的潜孔锤钻更紧凑且更简单的设计。

本发明的所述目的通过表现了权利要求1中描述的特征和特性的用于 潜孔锤钻的装置来实现。本发明的其他优点通过从属权利要求而清楚。

下面将参照附图以非限定性实施方式的形式更加详细地描述本发明， 在附图中：

图1示出了通过液体驱动潜孔锤钻的前端的纵向截面；

图2示出了沿着图1中的线II-II的横截面；以及

图3示出了沿着图1中的线III-III的横截面。

具体实施方式

图1示出了潜孔锤钻1的前端，其具有基本圆对称的或者管状的机器 壳体2，在机器壳体2中安装有由加压液体驱动的冲击机构3，该冲击机 构布置为以允许往复运动的方式将冲击提供到固定安装在卡盘4中的钻头 5上。机器壳体2具有用于驱动液体(水)的中心供应线6以及钻头5中 的通道(在图中未示出)，所用的驱动液体能够通过所述通道流出，并且 通过其影响在钻孔期间产生的钻孔切割物沿着机器壳体的外表面被向后 驱动。这种类型的潜孔锤钻已经被了解很久，并且可以由例如在EP 0394255中描述的类型构成。尽管将基于液体驱动冲击锤来描述本实施方 式，但是应该意识到根据本发明的装置不限于用于这种类型的锤，而是能 被布置为用于由诸如空气的任何适合的加压介质驱动的冲击锤。

在潜孔锤钻1的前端，该前端是从潜孔锤钻的中心开始并且靠近钻头 5终止的端部，横向面向(sideway-facing)的灌浆喷嘴7布置为用于将有 混凝土溶液构成的灌浆混合物引导出来。此外冲洗通道作为机器壳体2的 壁8的一体部分布置，该冲洗通道总体由附图标记9指示，以便引导灌浆 混合物通过机器壳体并且向前到达潜孔锤钻的前端中的灌浆喷嘴7。所述 冲洗通道9沿着钻锤1的纵向方向延伸并且确保灌浆喷嘴7能被布置成与 设备流体传输连接以及与设备脱离流体传输连接，所述设备在图中未示出 并且也是公知的，用于供应加压的灌浆混合物。灌浆混合物被从地面高度 以相对高的压力向下引导通过由接合的钻管构成的钻柱并被引导到潜孔 锤钻1的附接到钻柱的前端的灌浆喷嘴7。潜孔锤钻1设有灌浆喷嘴7， 并且这意味着在钻柱上不需要特别的监控器单元。

灌浆混合物的压力大小通常在一与几十兆帕(Mpa)之间，从而布置 在机器壳体2中的冲洗通道9的横截面积必须足够大以避免太多的流动损 失。因此，冲洗通道9的横截面积达到至少60平方毫米与160平方毫米 之间是合适的。与此相对比，灌浆喷嘴7的开口必须小以便获得向外流动 的灌浆混合物的足够的速度。通常出口的直径在2毫米与5毫米之间，从 而喷嘴的出口速度沿着从机器壳体径向向外的方向通常达到一百与几百 米每秒(m/s)之间。为了能够改变出口喷嘴的出口面积，灌浆喷嘴被布 置为这样的喷嘴是合适的，所述喷随能互换且设计成拧紧到机器壳体2的 壁8中的螺纹孔(该螺纹孔未在图中示出)内。总的目标是使得能够在孔 中形成柱形物或柱，在喷射灌浆过程中所述柱形物或柱的半径能够在从约 10厘米到约1米(m)的区间内变化。所述柱的直径在0.4米与1.2米之 间是正常的。

在图2和图3中更加详细地示出了冲洗通道9。为了使在机器管道(标 准产业分类，应该是“壳体”)2的壁8中一体形成的冲洗通道9提供要求 的横截面积，冲洗通道被设计为多个子通道9’，其均匀地分布在机器管道 (还是标准产业分类)2的周围，并且，与钻孔操作相类似，其沿着锤的 轴向方向延伸。在本实施方式中的潜孔锤钻1的机器壳体2设有由六个这 样的子通道9’组成的冲洗通道9。所述子通道9’中的每一个都设计为轨 道形式的纵向凹陷，所述纵向凹陷通过去除刨屑的处理在两个管10、11 的相对表面的至少一个中形成，所述两个管中的一个位于另一个的内部。 这些管(其中一个管位于另一个的内部)通过适当的方法接合，诸如通过 在端部焊接或者通过将外管10热配合到内管11上。子通道9’过渡到环 形隔间12中，该隔间形成为径向环绕的轨道形凹陷，通过去除刨屑的处 理在外管10的内壁中形成，灌浆喷嘴7以灌浆混合物直接地从所述隔间 流出的方式与该环形隔间12连通。基于灌浆混合物从子通道9’收集于共 用隔间12中的事实，实现了压力的均匀分布并且通过这种方式还实现了 从潜孔锤钻1径向向外的均匀流动。

本发明不限于上面所述的以及在附图中示出的内容：其在所附专利权 利要求中限定的创造思想的范围内能够以多种方式改变与更改。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于潜孔锤钻(1)的装置，尤其用于通过称作“喷射灌浆”的 过程进行的土壤固结中，并且包括：圆柱形的机器壳体(2)；由加 压流体驱动的冲击机构(3)，所述冲击机构安装在所述机器壳体中， 布置为以允许往复运动的方式将冲击提供至固定安装在所述机器壳 体中的卡盘(4)中的钻头(5)上；用于供应驱动流体给所述冲击 机构的中央供应线(6)，其中，在所述钻头内的通道构成用于所用 的驱动流体的出口；用于喷射灌浆的灌浆喷嘴(7)；布置用于将灌 浆混合物通过所述机器壳体引导到所述灌浆喷嘴的冲洗通道(9)， 其中，用于所述灌浆混合物的所述冲洗通道与用于所述冲击机构的 驱动流体的所述供应线分离，其特征在于，用于喷射灌浆的所述灌 浆喷嘴(7)沿横向方向定向，并且布置在所述机器壳体的壁(8) 的外围以使得被输送的所述灌浆混合物从所述机器壳体径向向外定 向。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述灌浆喷嘴(7)位于所述潜 孔锤钻(1)的紧邻所述钻头(5)的前端处。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的装置，其中，所述冲洗通道(9) 沿着所述锤的轴向方向线性地延伸并且设计为所述机器壳体(2)的 所述壁(8)的一体部分。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述冲洗通道(9)包括围绕所 述机器壳体(2)的周边均匀分布的多个子通道(9’)。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，每个子通道(9’)均设计为轨 道形式的纵向凹陷，所述纵向凹陷形成在两个管(10、11)的相对 表面的至少一个中，所述两个管中的一个位于另一个的内部并且所 述两个管一起形成所述机器壳体。

6.根据权利要求4-5中任一项所述的装置，其中，所述子通道(9’) 过渡到环形隔间(12)中，所述灌浆喷嘴(7)与所述隔间相连通。

7.根据权利要求5所述的装置，其中，一个位于另一个的内部的所述 管(10、11)通过焊接或者通过将外部的管热装配到内部的管上来 接合。