[发明专利]一种扇叶型超大直径旋挖钻头

说明书

本发明公开一种扇叶型超大直径旋挖钻头，涉及旋挖工艺技术领域，包括钻头本体，所述钻头本体包括中心体，所述中心体的底部设置有切削盘，所述中心体的顶部设置有连接方，用于连接钻杆；还包括扩孔翼，所述扩孔翼设置有若干个，若干个所述扩孔翼均布于所述中心体的侧壁上，所述扩孔翼的底部高于所述中心体的底部；所述扩孔翼以及所述切削盘的底部均设置有齿板。本发明增大钻头本体的最大直径，解决当前旋挖工艺受钻头限制无法应用于超大直径灌注桩施工领域的难题，拓宽旋挖钻机的应用市场。

技术领域

本发明涉及旋挖工艺技术领域，特别是涉及一种扇叶型超大直径旋挖钻头。

背景技术

目前，在我国城市高层建筑、地铁、环线、轻轨及高速、高铁等建设中，旋挖工艺依靠其施工快速、承载力强、成本低廉、地层实用性强等显著特点，在大直径灌注桩基础施工领域已实现大范围推广应用。

其中，大直径桩，指直径大于或等于2.50米的钻孔灌注桩，超大直径桩是指直径大于3.5m的桩。

旋挖工艺(旋挖钻机、旋挖钻头)：旋挖钻机是一种综合性的钻机，它可以用多种底层，具有成孔速度快、污染少、机动性强等特点；旋挖机采用多层伸缩式钻杆，钻进辅助时间少，劳动强度低，不需要泥浆循环排渣，节约成本，适合于城建、桥梁等桩基础施工；旋挖钻头与旋挖钻机的主体连接，是用来钻孔的主要设备。

如图3所示，旋挖钻机最大钻孔直径由钻杆中心与桅杆之间的间距D决定，若使用的钻头半径超过该间距时，钻头斗上提时将与桅杆发生干涉。目前国内最大的旋挖钻机-800E旋挖钻机，其扭矩为793KN.m，钻杆中心与桅杆之间的间距为2500mm，即允许旋转的最大直径为5000mm，如何突破此间距限制，是旋挖工艺突破超大直径施工的最关键技术难点。

目前国内生产的最大直径旋挖钻头为截齿捞砂斗，国内旋挖钻机施工的灌注桩最大直径为目前国内捞砂斗通用的卸渣方式为：钻杆将钻头提升到桅杆上空-动力头压盘顶开钻头的开合机构-打开底门卸土、旋转甩土；现要设计超大直径钻头，如使用常规圆形外形和开合结构，即无法将钻头提升到桅杆上空，也无法通过压盘(压盘内外径仅为820mm/1420mm，钻头底门直径至少3000mm)压开整个钻头的底门，无法旋转甩土。

目前世界上旋挖钻机最大扭矩为793KN.m，与其配套的最大钻杆-720钻杆重量为40t，这限制了钻头的最大重量不得超过40t，并且在满足钻机提升力的同时，要做到尽可能减轻钻头重量，克服钻机回转锁定的难题。

陆地运输车辆的最大宽度为3m，最大载重约29t(扣除车身自重)，如何解决运输问题是钻头设计的一大难题。

防止钻进过程中偏孔，即如何定心和导向，是超大直径钻头设计的重要部分。

随着我国经济飞速发展，建设规模不断加大，建筑等级日益提高，结构形式设计日新月异，在电力、交通及城市建设等工程设计中对桩基承载力的要求越来越高，导致桩基础直径、埋深越来越大，涌现出大量以上的超大直径桩基设计。

随着城市建设的高速发展，一大批大体量、大跨度、高度超高的建筑在城市密集空间区域相继涌现，此类建筑往往具有超大直径嵌岩桩基础、较大桩长、入岩深度较大的特点；此外还受周边已有建筑基础、地铁隧道(接驳站)等因素制约，对打桩振动、爆破、地下水位变化有严格的限制要求。如何在确保环保、安全文明施工的前提下，在原地面完成大直径嵌岩桩施工，成为亟待解决的技术难点。

在超大直径灌注桩施工难题面前，国内外都进行了探索和尝试，取得了很多成功的案例，其中国内目前采用的工艺有以下几种：

(1)正循环工艺成孔，即利用正循环潜水钻机进行分级钻进，如图2所示，泥浆或水从钻杆8进入，携带钻屑钻渣从桩孔9的井口流出；

(2)反循环钻进成孔，使用反循环工艺采用分级钻进成孔，如图1所示；

(3)人工挖孔+爆破；