一种反循环冲击钻机及冲击钻机施工方法与流程

1.本技术涉及地下基础施工设备领域，尤其涉及一种反循环冲击钻机及冲击钻机施工方法。


背景技术：

2.冲击钻机广泛应用于硬质地层条件下的桥梁墩柱成孔和地连墙成槽施工，由于现有的冲击钻机不能在进尺的过程中及时把渣土和碎石排出，会导致卡锤和降低施工效率。因此，施工过程中为了排除渣土和碎石，冲击钻机每进尺一定深度，需要将锤头从孔内移走，然后将泥浆管深入孔内排渣，排渣完毕后再将锤头放入孔内继续钻进施工。如此反复的进行，直到施工结束。这样会严重影响施工速度，同时还容易塌孔引起施工事故。因此，急需研发一种能在进尺过程中同步进行排渣的自动冲击钻机。


技术实现要素：

3.本技术的目的之一在于提供一种反循环冲击钻机及冲击钻机施工方法，以解决现有的冲击钻机施工效率低的问题。
4.本技术的技术方案是：
5.一种反循环冲击钻机，包括机架、钻塔、主卷扬、副卷扬、锤头、排渣机构以及控制机构；所述控制机构、所述主卷扬、所述副卷扬、所述钻塔以及所述排渣机构依次间隔地安装在所述机架的上表面上；所述主卷扬的一端穿绕过所述钻塔并与所述锤头传动连接，用于驱动所述锤头在竖直方向上往复循环的钻进；所述副卷扬的一端穿绕过所述钻塔并与所述排渣机构的一端传动连接，用于所述排渣机构的一端升降；所述排渣机构的一端可滑动地穿过所述锤头的顶底，用于抽排所述锤头冲击而成的施工孔中的渣滓；所述控制机构分别与所述主卷扬、所述副卷扬电连接，用于控制所述主卷扬、所述副卷扬的运转，并控制所述锤头的钻进、所述排渣机构的运转，以使得钻进进尺与排渣同步进行。
6.作为本技术的一种技术方案，所述钻塔的上部铰接于液压油缸的一端，所述液压油缸的另一端铰接于所述钻塔上的滑轮组，用于驱动所述滑轮组升降；所述主卷扬上的第一钢丝绳绕过所述滑轮组而与所述锤头传动连接；所述主卷扬、所述液压油缸用于驱动所述锤头在竖直方向上往复循环的钻进。
7.作为本技术的一种技术方案，所述排渣机构包括泥浆管、沙石泵、清水灌注泵、三通阀门以及泥沙分离机；所述泥浆管的一端与所述沙石泵的入口连接，另一端可滑动地穿过所述锤头的顶底；所述三通阀门的第一个管口连接于所述沙石泵的出水口、第二管口通过第一连接管道连接于所述清水灌注泵管、第三管口通过第二连接管道连接于所述泥沙分离机，用于控制所述清水灌注泵与所述泥沙分离机之间的通断；所述清水灌注泵用于所述沙石泵的注水启动；在所述沙石泵开始注水启动时，所述三通阀门使所述清水灌注泵与所述沙石泵相连通，且使所述泥沙分离机上的管道关闭；在所述沙石泵注水完毕后，所述三通阀门使所述清水灌注泵关闭，且打开所述泥沙分离机的管道，以使所述排渣机构进行排渣。
8.作为本技术的一种技术方案，所述副卷扬上的第二钢丝绳穿绕过所述钻塔顶部的定滑轮，并与安装在所述泥浆管上的卡箍铰接，以拉动所述泥浆管升降。
9.作为本技术的一种技术方案，所述控制机构包括安装在所述主卷扬上的第一传感器、安装在所述副卷扬上的第二传感器、plc控制器以及触摸屏；所述plc控制器分别与所述第一传感器、所述第二传感器以及所述触摸屏电连接；所述第一传感器用于实时测量所述主卷扬上的第一钢丝绳的长度，并将测量所得的信号传递给所述plc控制器；所述第二传感器用于实时测量所述副卷扬上的第二钢丝绳的长度，并将测量所得的信号传递给所述plc控制器；所述plc控制器控制所述主卷扬、所述副卷扬的运转，以使得所述锤头钻进进尺与所述排渣机构同步排渣；所述触摸屏用于监控所述反循环冲击钻机的工作状态。
10.作为本技术的一种技术方案，所述机架上还安装有动力站，且底部安装有履带，所述动力站与所述履带传动连接，用于驱动所述反循环冲击钻机行走。
11.一种冲击钻机施工方法，采用以上所述的反循环冲击钻机，包括以下步骤：
12.步骤一，根据项目现场的水文、地质条件及机具设备、动力、材料运输情况进行施工场地布置，首先对场地进行平整，清除杂物；再按设计图纸定出桩位，每个桩位设十字护桩，以备校核；然后进行施工放样，埋设护筒，护筒顶端要高出地面不少于0.3m；
13.步骤二，现场拼装机架，将排渣机构安放在所述机架附近；将所述锤头放置于施工孔处，再启动所述副卷扬将所述排渣机构上的泥浆管一端穿过所述锤头并伸入所述施工孔内；开孔前在所述护筒内多放一些粘土，当所述锤头钻进0.5～1m时，再在所述护筒内回填粘土或注入泥浆继续以低冲程钻孔，如此反复操作多次；待钻至所述护筒底部下方3～4米后，将所述锤头进行正常冲击；
14.步骤三，在所述锤头冲击成孔过程中，根据地层地质变化调整泥浆比重，保证钻进过程中孔壁稳定，并始终保持所述施工孔内水位高出地下水位1.5～2m，并低于所述护筒顶面0.3m；冲击过程中启动排渣机构同步抽渣，将所述施工孔内的泥浆和渣滓一起抽排到旁边的所述排渣机构中，处理后的泥浆再回流到所述施工孔内，如此循环往复，最终成孔。
15.本技术的有益效果：
16.本技术的反循环冲击钻机及冲击钻机施工方法中，其通过控制机构能实时测量和控制锤头进尺距离，达到自动控制冲击速度和钻孔深度，使反循环冲击钻机实现无人化自动工作。将锤头自动进尺与泥浆管同步排渣的功能进行集成，实现反循环冲击钻机在连续钻进过程中自动排渣，提高工作效率，同时避免停机排渣导致塌孔的风险。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
18.图1为本技术实施例提供的反循环冲击钻机示意图；
19.图2为本技术实施例提供的反循环冲击钻机第一角度示意图；
20.图3为本技术实施例提供的反循环冲击钻机第二角度示意图；
21.图4为本技术实施例提供的反循环冲击钻机第三角度示意图；
22.图5为本技术实施例提供的排渣机构示意图。
23.图标：1-机架；2-钻塔；3-主卷扬；4-副卷扬；5-锤头；6-控制机构；7-动力站；8-液压油缸；9-滑轮组；10-第一钢丝绳；11-泥浆管；12-沙石泵；13-清水灌注泵；14-三通阀门；15-泥沙分离机；16-排渣机构；17-第二钢丝绳；18-定滑轮；19-卡箍；20-第一传感器；21-第二传感器；22-履带；23-plc控制器；24-触摸屏。
具体实施方式
24.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和展示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
25.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
26.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
27.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
28.此外，在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
29.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
30.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
31.实施例：
32.请参照图1，配合参照图2至图5，本技术提供一种反循环冲击钻机，其主要包括机架1、钻塔2、主卷扬3、副卷扬4、锤头5、排渣机构16以及控制机构6；其中，控制机构6、主卷扬3、副卷扬4、钻塔2以及排渣机构16依次间隔地安装在机架1的上表面上；同时，主卷扬3的一
端穿绕过钻塔2并与锤头5传动连接，用于驱动锤头5在竖直方向上往复循环的钻进；此外，副卷扬4的一端穿绕过钻塔2并与排渣机构16的一端传动连接，用于排渣机构16的一端升降；排渣机构16的一端可滑动地穿过锤头5的顶底，用于抽排锤头5冲击而成的施工孔中的渣滓；控制机构6分别与主卷扬3、副卷扬4电连接，用于控制主卷扬3、副卷扬4的运转，并控制锤头5的钻进、排渣机构16的运转，以使得钻进进尺与排渣同步进行。
33.进一步地，钻塔2的上部铰接于液压油缸8的一端，液压油缸8的另一端铰接于钻塔2上的滑轮组9，液压油缸8上的活塞伸缩时，带动滑轮组9竖向升降。同时，主卷扬3上的第一钢丝绳10绕过滑轮组9而与锤头5传动连接；并且，主卷扬3、液压油缸8用于驱动锤头5在竖直方向上往复循环的钻进。在主卷扬3和液压油缸8的共同作用下，第一钢丝绳10带动锤头5在竖直方向往复循环，从而实现锤头5的冲击运动。
34.需要说明的是，在本实施例中，主卷扬3可以采用双卷筒差动卷扬。
35.进一步地，排渣机构16包括泥浆管11、沙石泵12、清水灌注泵13、三通阀门14以及泥沙分离机15；其中，泥浆管11的一端与沙石泵12的入口连接，另一端可滑动地穿过锤头5的顶底，泥浆管11与锤头5之间可以相对滑动；同时，三通阀门14的第一个管口连接于沙石泵12的出水口、第二管口通过第一连接管道连接于清水灌注泵13管、第三管口通过第二连接管道连接于泥沙分离机15，用于控制清水灌注泵13与泥沙分离机15之间的通断。清水灌注泵13用于沙石泵12的注水启动；当在注水启动时，三通阀门14使清水灌注泵13与沙石泵12之间连通，同时关闭泥沙分离机15的管道，从而完成沙石泵12的启动；当完成沙石泵12的启动后，旋转三通阀门14上的手柄，则关闭清水灌注泵13的管道，同时使泥沙分离机15与沙石泵12之间连通，从而实现泥浆循环排渣。
36.此外，副卷扬4上的第二钢丝绳17穿绕过钻塔2顶部的定滑轮18，并与安装在泥浆管11上的卡箍19铰接，以拉动泥浆管11升降。当副卷扬4收放第二钢丝绳17时，拉动泥浆管11上升或者下降。
37.进一步地，控制机构6包括安装在主卷扬3上的第一传感器20、安装在副卷扬4上的第二传感器21、plc控制器23以及触摸屏24；其中，plc控制器23分别与第一传感器20、第二传感器21以及触摸屏24电连接；同时，第一传感器20用于实时测量主卷扬3上的第一钢丝绳10的长度，并将测量所得的信号传递给plc控制器23；并且，第二传感器21用于实时测量副卷扬4上的第二钢丝绳17的长度，并将测量所得的信号传递给plc控制器23；plc控制器23控制主卷扬3、副卷扬4的运转，以使得锤头5钻进进尺与泥浆管11同步排渣；并且，触摸屏24用于监控反循环冲击钻机的工作状态。
38.此外，上述机架1是反循环冲击钻机的承重结构件，机架1底部设有履带22，固定在机架1前端的竖向桁架为钻塔2，机架1中间安装主卷扬3、副卷扬4和控制机构6，机架1后端安装动力站7。动力站7与履带22传动连接，用于驱动反循环冲击钻机行走。动力站7为本装置提供液压动力，其通过液压动力驱动履带22行走。并且，动力站7提供的液压动力还驱动液压油缸8运动。
39.需要说明的是，动力站7和履带22均采用现有技术中的结构，其具体的结构以及工作原理在此不再赘述。
40.本装置在使用时，先将机架1和排渣机构16放置在施工区域附近。启动动力站7，根据实际情况操作履带22来调整反循环冲击钻机到合适的施工位置。启动主卷扬3，将锤头5
放置到桥墩桩孔或地连墙的槽段内，再启动副卷扬4，将泥浆管11的一端伸入锤头5中间的孔内。然后启动排渣机构16，并通过触摸屏24设置好锤头5冲击速度和进尺深度，冲击钻机即可进行自动工作。工作过程中，plc控制器23根据第一传感器20和第二传感器21实时反馈的信号控制主卷扬3和副卷扬4的运转，从而实现自动钻进与同步排渣。
41.此外，本实施例中还提供了一种冲击钻机施工方法，其主要采用以上的反循环冲击钻机进行施工；该方法主要包括以下步骤：
42.步骤一，根据项目现场的水文、地质条件及机具设备、动力、材料运输情况进行施工场地布置，首先对场地进行平整，清除杂物；再按设计图纸定出桩位，每个桩位设十字护桩，以备校核；然后进行施工放样，埋设护筒，护筒顶端要高出地面不少于0.3m；
43.步骤二，现场拼装机架1，将排渣机构16安放在机架1附近；将锤头5放置于施工孔处，再启动副卷扬4将排渣机构16上的泥浆管11一端穿过锤头5并伸入施工孔内；开孔前在护筒内多放一些粘土，当锤头5钻进0.5～1m时，再在护筒内回填粘土或注入泥浆继续以低冲程钻孔，如此反复操作多次；待钻至护筒底部下方3～4米后，将锤头5进行正常冲击；
44.步骤三，在锤头5冲击成孔过程中，根据地层地质变化调整泥浆比重，保证钻进过程中孔壁稳定，并始终保持施工孔内水位高出地下水位1.5～2m，并低于护筒顶面0.3m；冲击过程中启动排渣机构16同步抽渣，将施工孔内的泥浆和渣滓一起抽排到旁边的排渣机构16中，处理后的泥浆再回流到施工孔内，如此循环往复，最终成孔。
45.综上可知，本技术的反循环冲击钻机及冲击钻机施工方法中，其通过控制机构6能实时测量和控制锤头5进尺距离，达到自动控制冲击速度和钻孔深度，使反循环冲击钻机实现无人化自动工作。将锤头5自动进尺与泥浆管11同步排渣的功能进行集成，实现反循环冲击钻机在连续钻进过程中自动排渣，提高工作效率，同时避免停机排渣导致塌孔的风险。
46.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，应包含在本技术的保护范围之内。