阅读说明：本技术 集束式导向型潜孔锤钻具 (Bundling guide type down-the-hole hammer drilling tool ) 是由 沈远志 罗浩翔 付鹏 尚启意 樊敬亮 于 2019-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种集束式导向型潜孔锤钻具,它包括潜孔锤组件,潜孔锤组件包括安装筒,安装筒内壁固定有一圈潜孔锤单体,安装筒中心镂空成排渣通道,潜孔锤组件的每根供水软管出口位于对应潜孔锤单体的锤头底面,每个潜孔锤单体的排气口也位于该潜孔锤单体的锤头底面；潜孔锤组件还包括一根底部伸入排渣通道的排渣软管；安装筒外壁设有多组矫正装置,每组矫正装置包括一个气缸,气缸顶部与安装筒外壁铰接,气缸底部铰接有上连杆,上连杆下端铰接有下连杆,下连杆下端也与安装筒外壁铰接。该钻具能加强入岩效率、扩大成孔孔径,以满足超大型工程桩基成孔需求,且能提高排渣效率,避免产生粉尘,又能有效纠偏导向确保竖直钻进。(The invention discloses a cluster guide type down-the-hole hammer drilling tool, which comprises a down-the-hole hammer assembly, wherein the down-the-hole hammer assembly comprises an installation cylinder, a circle of down-the-hole hammer monomers are fixed on the inner wall of the installation cylinder, a row of slag channels are hollowed in the center of the installation cylinder, each water supply hose outlet of the down-the-hole hammer assembly is positioned on the bottom surface of the hammer head of the corresponding down-the-hole hammer monomer, and an exhaust port of each down-the-hole hammer monomer is also positioned on the bottom surface of the hammer head of; the down-the-hole hammer assembly also comprises a slag discharging hose with the bottom extending into the slag discharging channel; the installation section of thick bamboo outer wall is equipped with multiunit orthotic devices, and every orthotic devices of group includes a cylinder, and the cylinder top is articulated with the installation section of thick bamboo outer wall, and the cylinder bottom articulates there is last connecting rod, and last connecting rod lower extreme articulates there is lower connecting rod, and lower connecting rod lower extreme also articulates with the installation section of thick bamboo outer wall. This drilling tool can strengthen into rock efficiency, enlarge pore-forming aperture to satisfy super large-scale engineering pile foundation pore-forming demand, and can improve sediment efficiency, avoid producing the dust, can effectively rectify the direction again and ensure vertical drilling.)

集束式导向型潜孔锤钻具

技术领域

本发明涉及土木工程中桩基成孔入岩施工技术领域，具体讲是一种集束式导向型潜孔锤钻具。

背景技术

目前，为加强桩基承载力，大型工程项目中的桥梁、公路、铁路、高楼等要求桩基底部持力层深入到风化基岩或新鲜岩面以下时，常会采用潜孔锤钻具来入岩钻进。

现有技术的潜孔锤钻具包括支架和潜孔锤钻头，支架顶部设有定滑轮，支架底部设有卷扬机，卷扬机的牵引绳绕过支架顶部的定滑轮后与潜孔锤钻头悬吊固定，潜孔锤钻头一般为单根潜孔锤的钻头。而潜孔锤是非常成熟的现有技术，它利用空压机，经通气管将压缩空气输送给潜孔锤组件，使其不断将冲击能量和冲击频率传递给锤头，间歇冲击岩体，脉冲破岩；同时，利用锤头的自重下沉。

现有技术的潜孔锤钻具存在以下缺陷。单根潜孔锤钻头的外径一般为300～400mm，某些加大尺寸的潜孔锤单根外径甚至可以加大到2000mm，但某些超大型工程建筑如大型桥梁或百米以上的超高层建筑物的桩基孔径往往达到2000～5000mm，现有技术的单根潜孔锤钻头入岩效率和成孔尺寸均不足，显然难以满足上述超大型工程的桩基施工需求。而且，退后一步说，即便潜孔锤的尺寸能扩大到2000～5000mm，但尺寸过大后，沿潜孔锤周向各个节点钻进时受到的阻力难免不均衡；如在黏土层下钻时周向某个节点可能遭遇飘石或孤石，或是钻进到土层与岩层的倾斜分界面或是软硬岩层的倾斜分界面时，潜孔锤容易出现倾斜钻进，这会影响冲孔的竖直性，降低后期成桩的质量。况且，现有技术的潜孔锤钻具的排渣过程多采用气举式，即潜孔锤内部设有排气口，当压缩空气经通气管送入潜孔锤内部并驱动锤头后，会经排气口向孔底排出，产生的反作用力将孔底的残渣碎土抬升出孔口，然而上述气举循环会产生大量粉尘，污染空气，损害操作人员健康，且气举循环的排渣效率不理想，速度慢，排渣量少，还需后续进一步清孔处理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种能加强入岩效率、扩大成孔孔径，以满足超大型工程桩基成孔需求，且能提高排渣效率，避免产生粉尘，又能有效纠偏导向确保竖直钻进的集束式导向型潜孔锤钻具。

本发明的技术解决方案是，提供一种集束式导向型潜孔锤钻具，它包括支架和潜孔锤组件，支架顶部设有定滑轮，支架底部设有卷扬机，卷扬机的牵引绳绕过支架顶部的定滑轮后与潜孔锤组件悬吊固定，潜孔锤组件为集束式，它包括安装筒，安装筒内壁固定有一圈多个潜孔锤单体，安装筒中心镂空成排渣通道，潜孔锤组件还包括与每个潜孔锤单体一一对应的供水软管；每根供水软管出口位于对应潜孔锤单体的锤头底面，每个潜孔锤单体的排气口也位于该潜孔锤单体的锤头底面；潜孔锤组件还包括一根底部伸入排渣通道的排渣软管，排渣软管与吸液泵连通；安装筒外壁设有多组矫正装置，每组矫正装置包括一个气缸，气缸顶部与安装筒外壁铰接，气缸底部铰接有上连杆，上连杆下端铰接有下连杆，下连杆下端也与安装筒外壁铰接。

采用以上结构的集束式导向型潜孔锤钻具与现有技术相比，具有以下优点。

相比单根潜孔锤，集束式潜孔锤整合了多个潜孔锤同时动作，其成孔入岩效率、施工速度显著提高，其成孔的孔径也倍增，故能满足超大型桩基成孔的尺寸要求；而且，上述一圈多个潜孔锤单体环形布设，基本覆盖了安装筒底部大部分面积，虽然中央有少量死角，但由于岩层的硬脆属性，仍能确保该钻具的整体破碎充分，成渣颗粒小；况且，更重要的是，安装筒中央镂空区域正好形成排渣通道，且本申请对每根潜孔锤单体专门配备了供水软管，并将软管出口设在锤头底面、排气口附近，这样，水和高压气体从锤头底部喷出，与孔底碎渣形成泥浆及浮浆，并在孔底的反作用力下沿排渣通道上升，同时，吸液泵也经排渣软管对浮浆和泥浆提供吸力；换句话说，上述结构实现了完整的泥浆循环，相比现有技术的气举式，本申请排渣效率高，无粉尘、污染少，绿色环保；又由于安装筒外壁设有多组矫正装置，这样，当潜孔锤钻具出现斜钻状况时，针对性的驱动周向上位于偏移侧的气缸，下压上连杆，使得上下连杆铰接处外凸，以抵靠钻孔孔壁实现纠偏扶正功能，确保该潜孔锤钻具竖直下钻成孔，进而保证后续成桩的质量和承载力。

作为优选，潜孔锤单体为六个，沿安装筒周向均匀分布；每个潜孔锤单体的锤头为外宽内窄的花瓣式锤头，该锤头的横截面由外弧边、内弧边和左右两个倾斜的直边构成，每个花瓣式锤头一侧的直边与相邻花瓣式锤头的直边之间存在间隙；六个锤头围成排渣通道的六角形入口；上述外环六个潜孔锤单体，受力均匀稳定，且六个花瓣式锤头偏心设置的特殊形状，进一步减少了中央的镂空空间，使得排渣通道和锤头的面积分布到达最优比例，在确保排渣通畅的前提下，尽可能的提高了破岩能效。

作为进一步优选，安装筒上部设有可拆式滤网；安装筒中部设有固定环，固定环上设有只能向上顶开的单向阀门；这样，滤网能阻挡大颗粒的碎石，避免其跟随泥浆继续循环，减轻了泥浆循环的能耗，且只能向上顶开的单向阀门，避免碎石下落孔底，有效减少孔底沉渣；换句话说，滤网和阀门间形成了临时存放大颗粒碎石的腔室，有效避免碎石进入循环或回落孔底，且由于滤网是可拆的，使用一段时间后，可拆开滤网，取走碎石，维护方便；况且，临时腔室储备碎石，能增大钻具整体的自重，使其具备更加的下钻效果。

可拆式滤网的连接结构优选为，安装筒内壁上部径向内凸有限位环，滤网边缘设有圆框，圆框与限位环螺接；这样，滤网拆装方便，性能可靠。

单向阀门优选为：每个阀门下方固定有加固块，加固块设有铰轴，固定环底面设有与铰轴配合的轴座，轴座侧面还固定有用于支承加固块使阀门摆动下限为水平状的顶块；这样，当浆液夹杂碎石上升时，能轻松绕铰轴顶开阀门，而碎石一旦进入阀门上方的临时腔室，就会被阀门及顶块支撑，杜绝回落。

矫正装置的进一步优选为，上连杆下端和下连杆上端均铰接在一个过渡座上，该过渡座设有一个安装孔，安装孔内可转动配合有一根转轴，转轴外端设有轮架，轮架上安装有滚轮；这样，上下连杆的弯折突出部设置了一个可以转向的导轮，这就减少了该位置的磨损，改平面式面摩擦为点式滚动摩擦，在保证纠偏扶正效果的基础上，降低了扶正部位的磨损；且即便滚轮磨损，也便于拆卸更换，无需将上下连杆及整套校正矫正装置更换，降低了运营成本。

作为又进一步优选，矫正装置为六组，六组矫正装置与六个潜孔锤单体一一对应，每组矫正装置和相对应的潜孔锤单***于安装筒的同一周向位置，每个潜孔锤单体连通有一根主通气管，每根主通气管上连通有一根分支气管，该分支气管设有流量调节阀，该分支气管与对应的矫正装置的气缸连接；上述设计的功用如下，对钻具整体来说，如果向某个周向偏移，则说明该位置的潜孔锤单体工效过强，需要降低对该潜孔锤单体的通气量，同时，也正好是位于该周向位置的矫正气缸需要增大通气量以外推连杆矫正钻具，而同一周向位置的潜孔锤单体和矫正气缸正好共用一根主通气管，这样，可以通过分支气管的流量调节阀对两者进行调节，将潜孔锤截留下的通气量输入给矫正气缸，使得主通气管的空压机产生的通气量被充分利用，即降低偏移向潜孔锤单体的功率，同时驱动同一周向位置的矫正气缸工作从而外推纠偏，上述两个功能相互协同，互相促进；且该设计为矫正气缸节省了一个动力源，利用潜孔锤单体自带的空压机及气管，一物两用，节省了成本。

而且，本发明的技术方案的可贵之处在于，各个特征不是单独存在的，六个潜孔锤单体在安装套边缘布设并协同运作，中部镂空，即扩大了成孔直径，又为排渣避让了空间，提供了通道；水和潜孔锤单体排出的气体共同作用，将泥浆及浮浆上顶，且与排渣软管结合起来，共同作用，确保泥浆循环的动力；而安装筒的存在，不仅为各个潜孔锤提供了安装位置和载体，且上部被滤网及单向阀门分隔，形成了过滤腔室，避免大颗粒碎石进入循环，进一步保障泥浆循环；主通气管不仅仅对潜孔锤单体提供动力，还能驱动对应的矫正装置，确保钻具竖直下钻，进一步保障钻进效率。总之，上述各个特征相互结合，互相增益，共同增益了该钻具的整体效果。

附图说明

图1是本发明集束式导向型潜孔锤钻具的正视结构示意图。

图2是本发明集束式导向型潜孔锤钻具的潜孔锤组件的结构示意图。

图3是本发明集束式导向型潜孔锤钻具的潜孔锤组件去掉排渣软管和供水软管后的结构示意图。

图4是图3中A部分的放大结构示意图。

图5是图2偏转一定角度后的结构示意图。

图6是本发明集束式导向型潜孔锤钻具的潜孔锤组件去掉矫正装置和主通气管后的结构示意图。

图7是本发明集束式导向型潜孔锤钻具的潜孔锤组件去掉安装筒后的结构示意图。

图8是图7中的阀门打开状态的参考图。

图9是图8中B部分的放大结构示意图。

图中所示1、支架，2、潜孔锤组件，3、定滑轮，4、卷扬机，5、牵引绳，6、安装筒，7、潜孔锤单体，8、排渣通道，9、供水软管，10、锤头，11、排气口，12、排渣软管，13、吸液泵，14、滤网，15、固定环，16、阀门，17、限位环，18、圆框，19、加固块，20、铰轴，21、轴座，22、顶块，23、主通气管，24、矫正装置，25、气缸，26、上连杆，27、下连杆，28、过渡座，29、轮架，30、分支气管，31、流量调节阀，32、滚轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1～图9所示，本发明集束式导向型潜孔锤钻具，它包括支架1和潜孔锤组件2，支架1顶部设有定滑轮3，支架1底部设有卷扬机4，卷扬机4的牵引绳5绕过支架1顶部的定滑轮3后与潜孔锤组件2悬吊固定。以上内容属于现有技术，故不赘述。

潜孔锤组件2为集束式，它包括安装筒6，本申请中，安装筒6的上环面设置了多个吊环，牵引绳5的末端分为多股且每股均与一个吊环钩挂。安装筒6内壁固定有一圈多个潜孔锤单体7，安装筒6中心镂空成排渣通道8。每个潜孔锤单体7经一根主通气管23与空压机连通，潜孔锤单体7在空压机驱动下经主通气管23将压缩空气传入潜孔锤内部震动锤头10以实现上下震动入岩，而潜孔锤单体7内部结构及具体的运行机理也属于现有技术，故不再展开描述。本申请的创新点为，如何将多个潜孔锤单体7集束起来以发挥更大的效能，且增加新的组件以获得新的功能。

本实施例中，潜孔锤组件2的潜孔锤单体7为六个，沿安装筒6周向均匀分布；每个潜孔锤单体7的锤头10为外宽内窄的花瓣式锤头10，该锤头10的横截面由外弧边、内弧边和左右两个倾斜的直边构成，每个花瓣式锤头10一侧的直边与相邻花瓣式锤头10的直边之间存在间隙；六个锤头10围成排渣通道8的六角形入口。

潜孔锤组件2还包括与每个潜孔锤单体7一一对应的供水软管9；每根供水软管9出口位于对应潜孔锤单体7的锤头10底面，每个潜孔锤单体7的与主通气管23连通的排气口11也位于该潜孔锤单体7的锤头10底面。潜孔锤组件2还包括一根底部伸入排渣通道8的排渣软管12，排渣软管12与吸液泵13连通。当然，由常识可知，供水软管9由水泵驱动，可以为每个供水软管9专门配备一个水泵，也可以是将每个供水软管9经分支水管与总水管连通，再在总水管上配备水泵。而且，总水管入口甚至可以直接与泥浆池连通，直接供泥浆而不供水。当然，利用供水软管9向钻孔内供水在孔底形成泥浆也是可行的。

安装筒6上部设有可拆式滤网14；具体的说，安装筒6内壁上部径向内凸有限位环17，滤网14边缘设有圆框18，圆框18与限位环17螺接。

安装筒6中部设有固定环15，固定环15上设有只能向上顶开的单向阀门16；具体的说，每个阀门16下方固定有加固块19，加固块19设有铰轴20，固定环15底面设有与铰轴20配合的轴座21，轴座21侧面还固定有用于支承加固块19使阀门16摆动下限为水平状的顶块22。

安装筒6外壁设有多组矫正装置24，每组矫正装置24包括一个气缸25，气缸25顶部与安装筒6外壁铰接，气缸25底部铰接有上连杆26，上连杆26下端铰接有下连杆27，下连杆27下端也与安装筒6外壁铰接。

当然，上连杆26下端和下连杆27上端可以不直接铰接，而是两者均铰接在一个过渡座28上，该过渡座28设有一个安装孔，安装孔内可转动配合有一根转轴，转轴外端设有轮架29，轮架29上安装有滚轮32。

本实施例中，矫正装置24优选六组，六组矫正装置24与六个潜孔锤单体7一一对应，每组矫正装置24和相对应的潜孔锤单体7位于安装筒6的同一周向位置，每个潜孔锤单体7的主通气管23上连通有一根分支气管30，该分支气管30设有流量调节阀31，该分支气管30与对应的矫正装置24的气缸25连接。当然，也可以为每个主通气管23上也配备流量调节阀31。

当然，矫正装置24还可以为其它组数，且每个矫正装置24也不是必须与潜孔锤单体7一一对应，每个矫正装置24完全可以自带一根另外的输气管，而不与潜孔锤单体7的主通气管23发生牵连，两个装置各自由独立的气管输气。

当然，在安装筒6内，可以设置水平仪，用于检测钻具整体是否发生偏斜。由于水平仪为非常成熟的现有技术，故不展开描述。