钢丝刷钻头回旋钻机及解决埋钻、掉钻、卡钻的方法

摘要

本发明属于交通、市政、水利、建筑等基础工程技术领域。一种钢丝刷钻头回旋钻机及解决埋钻、掉钻、卡钻的方法，包括辅助行走及运输设备、钻架、回旋井盘架、动力机构、空心钻杆和钢丝刷钻头，所述的钢丝刷钻头包括实心钻杆和固定分布在实心钻杆上的钢丝刷，所述的钢丝刷包括与实心钻杆固定连接的钢丝刷本体、和植入钢丝刷本体的钢丝。本发明通过在钻进过程中针对钻进深度、钢丝刷钻头的磨损、变形和折弯情况，能够有效的对钻头的偏移倒向进行精确的分析绘制，便于起吊打捞，其大大提高了整个打捞效率，大大降低了打捞难度，能够适用于各种不同的事故情况的发生，具有很好的推广意义。

说明书

技术领域

本发明属于交通、市政、水利、建筑等基础工程技术领域，具体涉及一种钢丝刷钻头回旋钻机及解决埋钻、掉钻、卡钻的方法。

背景技术

基桩作为建筑物的基础被广泛运用，尤其在桥梁、房屋等建筑结构物中，它以质优、价廉、灵活、简便、适应性强等优点著称于世。基桩作为基础工程，其成孔方法较多，主要有钻孔、冲孔、旋挖等。成孔方案选择的好坏直接决定着工程建设的成效，而如何选择好基桩的成孔方案，必须考虑桥位处的地质条件。

但是，无论采用何种施工方法，由于其属于“隐蔽工程”，风险仍是较大的，施工过程中钻头掉落到井孔中或由于种种原因钻头被长时间埋在井孔中等的情况无时无刻都在发生，为此人们在实践中发明了种种打捞钻头的工具和方法。比如，打捞钩法、打捞叉法、打捞环法、打捞活套法、电磁铁法、水下爆破法、潜水员潜水挂钩法等，还有王明瑞发明的201020519143.0“钻头打捞器”，蒋楠发明的02294628.4“钻孔桩钻头打捞器”，中铁大桥局集团第四工程有限公司潘军等发明的200810124473.7“钻孔桩钻头打捞器”等。甚至，为了预防钻头掉落到井孔中，以郑万江等为代表的，直接从“钻头”上做文章，提前假设钻头掉到了井孔中，发明了200620158612.4“可捞式套管钻井专用钻头”，贝克休斯公司也发明了200780021418.9“用于地质钻井钻头的表面纹理”等。

这里，人们不禁要问，从基桩问世到这些工具、方法的发明，埋钻、掉钻、卡钻等问题究竟解决了没有？答案是显而易见的，从来没有得到解决！追问原因，上述林林总总的工具和方法不能也没有解决实质性问题！或者说仅仅能解决一些相对简单的小问题，根本不能解决较为复杂问题，没有较为广泛的适应性，作为个案尚可。我们不妨通过一个实例来说明：

某高速公路第六合同段，有一特大桥，其水中基桩为直径180cm、深92m摩擦桩（水深7m），地质条件为自上而下：7m粉砂性土+28m中粗砂（局部夹僵石）+36m砂砾石+21m强风化岩，鉴于桩径大且太深，优选冲击成孔的方法。当冲孔深度达到63m时，钢丝绳意外从与锤头连接的部位断掉，导致8t重的冲击锤头掉落井孔中。于是开始了艰难的打捞，打捞过程可谓一波三折，简言之，请了各路高手，历时27天，用尽各种工具和方法均告失败，原因是：

（1）用打捞钩确实也多次钩到，但提拔不上来。当时先是采用一台85吨的吊车不仅提拔不动，险些造成吊车翻倒的事故；后来改用2台20t的卷扬机同时拉，也未能成功；再后来改用4台200t的千斤顶借用型钢支架顶升，45#工字钢都顶变形了、钢丝绳都顶断了几丝也没顶动，只是发出巨大的刺耳响声而已！

（2）当时曾一度再次安装上回旋钻机进行泵吸反循环换浆、清孔，试图降低泥浆比重，减少钻头上淤积的沉渣及其吸附力，但无济于事！

（3）也请了专业潜水员，由于深度较深，没人敢冒险！

（4）也拟定过水下爆破方案，但炸药等如何准确送到位，没有把握，也宣告失败。

（5）这里特别说明，出现这种情况后，由于基本上无法再继续往下施工（井孔中有一钢铁材质的庞然大物，什么样的工具才可以将其击碎成小块状而又保持井孔不塌），建设业主又不允许废掉该桩，变更设计为“扁担桩”。

（6）通过大量的分析认为，采取种种方法提不动锤头的原因，是因为锤头“卡”在了哪里？要不然是时间太久，锤头上面淤积物太重？要不然是锤头和孔底的吸力太大？事实上，由于沉渣粘密，堵塞了孔底与钻头上部泥浆的通道，即孔壁与钻头之间的间隙很小，由于钻头上部的泥浆与钻头下部的泥浆通道几乎被堵塞，提拔动钻头相当于拔起“抗拔桩”，从而提拔起钻头需要克服的不仅是钻头自重、钻头与孔壁之间的摩擦力，还包括钻头上部约60m的泥浆产生的压力等，这个力经科学计算，高达一百吨以上，有时甚至达到几百吨，因此要提拔动钻头需要的瞬间提拔力很大，这也就是为什么采用吊车提拔不能成功的原因了。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种结构设计合理、制造成本低、操作方便、安全可靠，切实有效能够解决实际问题的钢丝刷钻头回旋钻机及解决埋钻、掉钻、卡钻的方法。

为达到上述目的，所采取的技术方案是：

一种钢丝刷钻头回旋钻机，包括辅助行走及运输设备、钻架、回旋井盘架、动力机构、空心钻杆和钢丝刷钻头，所述的钢丝刷钻头包括实心钻杆和固定分布在实心钻杆上的钢丝刷，所述的钢丝刷包括与实心钻杆固定连接的钢丝刷本体、和植入钢丝刷本体的钢丝。

所述的钢丝刷钻头长度为4m~6m。

所述的辅助行走及运输设备为汽车或动力三轮车。

所述的实心钻杆与钢丝刷本体垂直固定，所述的钢丝刷本体上分布有螺丝，所述的钢丝刷本体端部设置有与其对应匹配的螺帽。

所述的钢丝刷沿实心钻杆本体径向圆周均布有3~5个，所述沿实心钻杆本体轴向的相邻两钢丝刷中心之间间距为200mm~300mm。

所述的钢丝刷本体为多股加捻具有一定刚度的钢丝绳，所述的钢丝采用深埋嵌入式牢固植入钢丝刷本体中。

一种利用上述的钢丝刷钻头回旋钻机的解决埋钻、掉钻、卡钻的方法，对于施工过程中钻机钻头出现埋钻、掉钻或卡钻的情况，进行钻头的打捞作业，其首先核对设计图纸，查明水文地质情况，查看施工成孔记录，询问、调查操作人员，确定事故成因及钻头所处的相应深度，并进行以下打捞步骤：

①将钢丝刷钻头回旋钻机在井孔中就位，接长钻杆和钢丝刷钻头，直至下到事故位置，然后缓缓钻进，观察钻机受到的阻力大小、进尺难易、进尺多少，直至无法继续进尺为止；

②将钢丝刷钻头回旋钻机的钢丝刷钻头提出井孔，同时检查、记录钢丝刷的磨损、变形和折弯情况，对于折弯的或变形较为严重的更换新的钢丝刷；

③调整回旋井盘架的位置，避开上一次的钻进位置200~300mm，重复上述①和②进行钻进，通过多次调整回旋井盘架的位置，直至完成对整个井孔及井孔边缘钻进，以疏通井孔壁与钻头之间的空隙，同时将钻头附近影响钻头拔出的障碍通过钢丝刷钻头得以清除；

④撤除钢丝刷钻头回旋钻机，采用泵吸反循环的原理重新洗孔，直至泥浆比重达到1.06~1.08；

⑤根据以上各个钻进点的钻进记录，通过钻进深度、钢丝刷的磨损、变形和折弯情况，并藉此判断掉钻、埋钻或卡钻的可能情况，绘制钻头在井孔中的位置图；

⑥借助钢丝刷钻头回旋钻机的的导向作用，下放打捞钩或打捞活套，锁牢钻头，并通过起吊设备进行起吊打捞。

在步骤⑥的起吊打捞中，首先搭设型钢支架，在支架的四周对称安装4个200t液压千斤顶，缓缓加油，使打捞钩钩牢或打捞活套套牢钻头，然后继续加油，将钻头顶离孔底200mm~500mm，换大型吊车起臂上吊，完成掉钻、埋钻或卡钻的打捞作业。

采用上述技术方案，所取得的有益效果是：

①本发明的钢丝刷钻头回旋钻机，其能够真正的解决埋钻、掉钻、卡钻的问题，第一次真正解决了这一困惑人们多年的世界性难题，同时也是向伪科学的宣战，其意义不可估量；

②本发明能够有效的进行钻头的打捞，确保不会因为埋钻、掉钻、卡钻的而无法进行桩基的继续钻进，造成施工质量的下降，其有效地保证了国家建设的质量；

③本发明构思十分新颖、巧妙，有四两拨千斤的功效。通过各个钻进点不同钻进深度，实现对掉钻位置的精确画像，再通过钻杆的导向作用，实现打捞工具的精确扑捉，有效克服了浮力的影响，极大的提高了打捞效率和精确度，是广大人民群众和科技人员通力合作的典范；

④本发明的钢丝刷钻头能够有效解决局部卡钻问题，并具有扫孔作用，有效地清空钻头与井孔边缘的空间，排出卡钻影响，避免钻头在打捞过程中受到吸附力和泥浆压力过大；

⑤本发明在钻进过程中，不需要造浆，甚至可以“清水施钻”，经济实用、成本低；简单、灵活、方便、环保；安全、可靠、成功率高，其完全建立在实践的基础上，根植于劳动人民的辛勤智慧，填补了国内和世界空白，并进一步扩大了基桩的适用领域，有效地克服了基桩施工机具的缺陷和不足，适应性强，具有在全国推广的价值,是一场伟大的活动和革命。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的钢丝刷钻头的结构示意图。

图3为图2中A-A向结构示意图。

图4为钢丝刷钻头与钢丝刷本体的连接结构示意图。

图中序号：1为辅助行走及运输设备、2为钻架、3为回旋井盘架、4为动力机构、5为空心钻杆、6为钢丝刷钻头、7为实心钻杆、8为钢丝刷、9为钢丝刷本体、10为钢丝、11为螺帽、12为螺丝、13为掉钻钻头。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

实施例一：参见图1-图4，本发明一种钢丝刷钻头回旋钻机，包括辅助行走及运输设备1、在所述的辅助行走及运输设备1上设置有动力机构4、与所述的井孔对应设置有钻架2、回旋井盘架3、空心钻杆5和钢丝刷钻头6，所述的辅助行走及运输设备1为汽车或动力三轮车，所述的钢丝刷钻头长度为4m~6m，所述的钢丝刷钻头6包括实心钻杆7和固定分布在实心钻杆7上的钢丝刷8，所述的钢丝刷8包括与实心钻杆7固定连接的钢丝刷本体9、和植入钢丝刷本体9的钢丝10，所述的钢丝刷本体9为多股加捻具有一定刚度的钢丝绳，所述的钢丝10采用深埋嵌入式牢固植入钢丝刷本体9中。

所述的钢丝刷本体9与实心钻杆7垂直固定，所述的实心钻杆7上分布有螺丝12，所述的钢丝刷本体9端部设置有与其对应匹配的螺帽11，所述的钢丝刷8沿实心钻杆7径向圆周均布有3个，所述沿实心钻杆7轴向的相邻两钢丝刷8中心之间间距为200mm~300mm。

实施例二：参见图1-图4，一种利用实施例一所述的钢丝刷钻头回旋钻机的解决埋钻、掉钻、卡钻的方法，对于施工过程中钻机钻头出现埋钻、掉钻或卡钻的情况，进行钻头的打捞作业，其首先核对设计图纸，查明水文地质情况，查看施工成孔记录，询问、调查操作人员，确定事故成因及钻头所处的相应深度，并进行以下打捞步骤：

①将钢丝刷钻头回旋钻机在井孔中就位，接长钻杆和钢丝刷钻头，直至下到事故位置，然后缓缓钻进，观察钻机受到的阻力大小、进尺难易、进尺多少，直至无法继续进尺为止；

②将钢丝刷钻头回旋钻机的钢丝刷钻头提出井孔，同时检查、记录钢丝刷的磨损、变形和折弯情况，对于折弯的或变形较为严重的更换新的钢丝刷；

③调整回旋井盘架的位置，避开上一次的钻进位置200~300mm，重复上述①和②进行钻进，通过多次调整回旋井盘架的位置，直至完成对整个井孔及井孔边缘钻进，以疏通井孔壁与钻头之间的空隙，同时将钻头附近影响钻头拔出的障碍通过钢丝刷钻头得以清除；

④撤除钢丝刷钻头回旋钻机，采用泵吸反循环的原理重新洗孔，直至泥浆比重达到1.06~1.08；

⑤根据以上各个钻进点的钻进记录，通过钻进深度、钢丝刷的磨损、变形和折弯情况，并藉此判断掉钻、埋钻或卡钻的可能情况，绘制钻头在井孔中的位置图；

⑥借助钢丝刷钻头回旋钻机的的导向作用，下放打捞钩或打捞活套，锁牢钻头，并通过起吊设备进行起吊打捞，对于步骤⑥的起吊打捞中，首先搭设型钢支架，在支架的四周对称安装4个200t液压千斤顶，缓缓加油，使打捞钩钩牢或打捞活套套牢钻头，然后继续加油，将钻头顶离孔底200mm~500mm，换大型吊车起臂上吊，完成掉钻、埋钻或卡钻的打捞作业。

本发明的钢丝刷钻头回旋钻机在钻进过程中，其不仅能够有效的进行清障疏通，清除钻头周边的淤泥沉渣，而且在钻进过程中针对钻进深度、钢丝刷钻头的磨损、变形和折弯情况，能够有效的对钻头的偏移倒向进行精确的分析绘制，便于起吊打捞，其大大提高了整个打捞效率，大大降低了打捞难度，能够适用于各种不同的事故情况的发生，具有很好的推广意义。