本发明涉及一种钻机用的钻箱，这种钻机可用于港口建筑，桥墩，公路和铁路的建筑，坑道开发等方面。 目前多数用于反循环钻孔法的钻箱，冲洗排出孔在上方，连接钻具的接头在下方，采用螺纹式连接，在钻管外面还要附有一条直径为1英寸（25.4毫米）的气管，每根钻管都要对准气管进行连接。这种结构装卸钻具费时，放率很低。
近来发明的二套钻具钻孔法，虽然能将钻杆和套管同时钻入，效率也有所提高，但因从外面看不见钻杆，当拆卸套管时，钻杆容易松脱在孔中。
此外，现有钻箱的转速一般在每分钟50转以下，最高的也不过每分钟100转左右，这个转速不能充分发挥三牙轮钻头、金刚石钻头等的效率，因此经济效益差。
本发明的目的在于克服或减少上述问题。
本发明的第一方面是提供一种钻机用钻箱，它包括能连接多个钻具的多个接头;转速可调的带动由连接装置连接的钻具旋转的装置;具有多个冲洗孔的向由连接装置连接的钻具供应冲洗液进出的冲洗装置。
本发明的第二方面是提供一种钻机用钻箱，它包括三个分布于上、中、下部，能连接一个或多个钻具的接头，有三个供应由连接装置连接的钻具冲洗液进出的冲洗孔的冲洗装置，以及转速可调的带动由连接装置连接的钻具旋转的装置。
本发明还提供一种多接头，多冲洗孔和多种速度钻箱，它包括一个齿轮箱，一个液压管道装置，一个下部冲洗孔，一个连接钻具的下部接头，一个中部冲洗孔，一个连接钻具的中部接头，一个顶部冲洗孔，一个连接钻具的顶部接头（图6）。
为了更好地了解本发明及其实施，可参照以下附图：
图1为根据本发明的钻箱的上视图;
图2为图1钻箱的侧视图;
图3为图1钻箱上视图中的A-A′剖视图;
图4为图2钻箱侧视图中的B-B′剖视图;
图5为图1钻箱的后视图;
图6为图1钻箱的前视图;
图7A，7B和7C为图1钻箱中油缸的构造图;
图8为现有反循环钻孔去;
图9为使用本发明钻箱的反循环钻孔法;
图10为使用本发明钻箱的另一种反循环钻孔法;
图11为使用本发明钻箱的正循环钻孔法;
图12使用本发明钻箱的另一种正循环钻孔法;
图13为使用本发明钻箱的水平方向反循环钻孔法;
图14为使用本发明钻箱的卵石层中钻孔法;
图15为使用本发明钻箱的双管钻孔法;
图16为使用本发明钻箱的另一种双管钻孔法;
图17为使用本发明钻箱的锚锭灌浆法;
图18为图1钻箱中的三级法兰接头的简图;
图19为图18接头的螺纹部分放大图。
现在参照附图，图1，2和3表示了一个带动钻具如钻杆，钻套等的钻机用钻箱。
如图所示，钻箱有一个连接钻具的端部带内螺纹的第一或下部接头1。在接头1附近有一个第一或下部冲洗装置2，它有一个冲洗孔35。连接钻具的第二接头包括一个在钻箱顶部的法兰接头。如图3所示，可以应用类型不同的接头，例如，将在后面详细介绍的三级接头62或单级接头61。每个接头有有一个中央顶部冲洗通道以供冲洗液进出钻具。一个油压卡盘3形式的第三接头位于第一接头和第二接头之间，还有一个中部冲洗孔44位于下部冲洗孔和顶部冲洗孔之间。钻箱的主轴27上装有一个齿轮箱5。齿轮箱5是一个双速齿轮箱，有一个速度控制手柄6，可以通过改变传动齿轮速比来改变齿轮箱的转速，这将在随后详细谈到。
第一或下部接头1端部有内螺纹用来连接钻具尾端的外螺纹。在推荐实施例中，这个螺纹为每英寸两牙（每厘米0.8牙），带有4°的锥度，这样第一接头可以用来连接一个10英寸（25.4厘米）或12英寸（30厘米）的钻孔套管。这个螺纹根据需要可以是左旋也可以是右旋。下部冲洗孔35（图3）内径以6英寸（15厘米）为佳，钻孔时可作为冲洗入口也可作为冲洗出口。
包括第三接头的液压卡盘3位于齿轮箱5和第一接头之间，它主要由两个油缸23和一套卡盘所组成、油缸23的构造可从图7a至7c清楚地看出。每个液压油缸23的活塞23a和缸体23b通过球面轴承分别同支承盘24和30连接（图3）。下支承盘24套在钻箱的主轴27上并用键连接，故可上下在35毫米的距离内滑动，但不能相对于轴24转动。上支承盘30用16个M12×1.5的螺纹同齿轮箱5下部连接。
如图3所示，在支承盘24的内部装有四个卡瓦21，四个卡瓦的下部各就位于相应的长沟槽27a中，卡瓦21可沿轴27的轴向在槽27a中上下滑动。卡瓦21的上部有一个放大部分位于支承套筒22的端部22a的环形沟槽中，支承套筒22在主轴27和支承盘24之间。止推轴承28和圆球轴承26在支承套筒22和支承盘24之间。调整螺母25用来锁紧圆球轴承26，使支承套筒22和支承盘24可一起沿主轴27滑动，而支承套筒22仍可相对于支承盘24转动。支承套筒22的环形沟槽内有限位块以限制卡瓦21相对于槽的运动，使卡瓦21随主轴27旋转时，支承套筒22也同时旋转。
如前所述，油缸23推动支承盘24沿主轴27滑动。由于油缸的内径为4英寸（10厘米），断面积为12.56平方英寸（81.03平方厘米），在油压力为每平方英寸220.0磅（每平方米1.52×107牛吨）时，每个油缸的推力为12.5吨，两个油缸的合力为25吨。卡瓦21有8°的外锥度，用淬硬的齿夹紧钻具的外径。油缸23作用时，支承套筒22对4个卡瓦施加25吨的推力，每个卡瓦的推力为6吨左右。如图3所示，卡瓦的8°外斜面同套21a的内斜面配合，当向下推时卡瓦直径缩小而把钻孔套管卡紧。由于卡瓦的齿粒部分面积为9平方英寸（58平方厘米），所受垂直分力为0.9吨，故可算出压到钻孔套管上的压力为每平方英寸220磅（每平方米1.52×106牛顿），无缝钢管的抗压强度不低于每平方英寸2000磅（每平方米1.37×107牛顿），所以这个设计是合理的，钻孔套管不会被压坏。此外，用油压卡盘3夹持钻管，钻管工作时可顺时针也可逆时针旋转。
现参照图3和4，齿轮箱5如前所述安装在主轴27上。
如图3和4所示，齿轮箱5在主轴27上方有三根副轴27b。外面的两根副轴27′b直接连接液压马达8的驱动轴，而中间轴27b将液压马达传来的动力通过齿轮系统传到主轴27上去。
主轴孔径为200毫米，其上装有两个大齿轮12（Z1）和13（Z2）。大齿轮12齿数为52，径节为416毫米;另一个大齿轮12齿数为45，径节为360毫米。大齿轮12和13的模数均为8。中间副轴27b上装有三个齿轮14（Z3），15（Z4）和16（Z5）。变速手把6可将齿轮14和15沿中间副轴轴向移动，使齿轮14同大齿轮12接合或齿轮15同大齿轮13接合从而将动力传给主轴27。齿轮14的齿数为13，径节为104毫米;而齿轮15的齿数为20，径节为160毫米，两者的摸数均为8。
在一字形排列的三根副轴中的其余两根副轴27′b是齿轮轴17（Z6），其齿数为12，径节为30毫米。齿轮轴17同中间副轴上的齿轮16接合，齿轮16的齿数为48，径并为240毫米，摸数为5。在两根副轴27b的右端各装有内齿轮18，它的齿数为10，径节为30毫米，同相应的液压马达的轴上大小相同的外齿轮啮合，将液压马达8的动力传到齿轮轴27b上。
当液压马达的转速为每分钟（0-1800）转时，经过齿轮箱的传动，主轴27的转速为：
第一速
（0-1800）× 60/240 × 104/416 ＝（0-112.5）转/分钟，此时齿轮14同大齿轮12啮合;
第二速
（0-1800）× 60/240 × 160/360 ＝（0-200）转/分钟，此时齿轮15同大齿轮13啮合。
如果两个液压马达串连式连接，主轴27的转速将增加一倍，达到400转/分钟。
包括有上部接头和上部或中间的冲洗孔9的上部连接装置76同主轴的上端连接，连接置通过用螺钉将连接装置76上的16个螺钉孔77同主轴27端部的螺孔41连接起来而实现的，从而使装置76同主轴27同步旋转。连接装置76有两个铁圈45，一个相邻于主轴，一个相邻于连接装置的另一端;二者都用螺钉78固紧在连接装置上。上部或中间的冲洗孔44的两边有两个青铜法兰46用来支承冲洗管44a。在两个青铜法兰46的内部，分别有U形油封圈47，油封圈47分别用两个弹簧锁圈锁住，使其不能移位。上部或中间的冲洗孔44内径大，可作为冲洗入口，也可作为冲洗出口。
如图1至3所示，顶部接头61或62都可用16个螺纹连接件48连接在上部接头76的顶部。图3表示了一种顶部接头62同上部接头76连接，而另一种顶部接头61则同钻箱分离的情况。
从图3可楚清地看出，顶部接头61有一个带螺纹部分50，该部分有4°的外锥度，每英寸两牙（每厘米0.79牙），左螺旋或右螺旋。这种只有一个螺纹部分50的接头是用来连接大孔径的套管的，套管的孔径为5，6或7英寸（12.7厘米，15.24厘米或17.8厘米）。因为这种接头只有一个螺纹，故只能连接一种尺寸的套管，如果要连接三种不同尺寸的套管，就要用三个这样的专用接头。这种接头的好处是冲洗孔52孔径大，冲洗孔可作为冲洗入口，也可作为冲洗排出口，标号51表示连接顶部接头61同上部接头76的孔。
另一种顶部接头62是三级法兰接头，它可同三种不同直径的钻套或钻杆连接，其缺点是冲洗孔11的孔径小。冲洗孔11的直径一般为1 1/2 英寸（3.8厘米），因此只能用作冲洗入口。当使用这种三级法兰的接头62时，应把上部或中间的接头上的上部或中间的冲洗管44a拆除掉，以便操作者从外部通过原来安装上部冲洗管44a的地方，看到这种三级法兰接头62不会因不留心而出现螺纹松脱的现象。
这种法兰接头在图18中有更清楚的表示。这种法兰接头有三个带外螺纹的台阶10a，10b，和10c，其直径逐级减小，10a最大，10c最小。最小台阶10c的螺纹方向最好同其余两个台阶10a和10b的螺纹方向相反，即10c为左旋，而10a和10b为右旋。这样的安排是为了防止当10a或10b上的钻套卸下时，10c上的钻套也突然松脱。
图19表示图18的接头螺纹形状的放大图。如图19所示，螺纹角α为45°，螺距为12毫米，螺纹深度为3毫米。这种型式的螺纹能承受钻孔中的冲击力和扭力。各种钻杆和钻具采用这种螺纹能保证正确的配合。
上述钻箱可应用于多种钻孔方法。以下参照图8至17描述这种钻箱应用的多种实例。
图8表示应用现有反循环钻孔法在海床或河床上钻孔的情况，海床或河床的标号为116。在这种方法中，把桩管100打入要钻孔的位置以后，将一个专门的直径为6或7英寸（15或18厘米）反循环钻具101同专门的法兰101a连接好，插入桩管100时要保证一根在旁边的直径为1至0.75英寸（2.5至1.9厘米）的钢管对准并压紧。然后，将反循环钻管的下部连接上持制钻头101b及弯曲斜斜内上方的风管102端部的喷嘴104。再将特制的反循环钻孔用的有冲洗孔入口的接头103接到钻箱5的下方。然后将反循环钻具101同接头103连接，保证冲洗入口35对准风管102。开动钻箱5钻下去，同时从冲洗入口35送入压缩空气，泥沙石头便随水流从冲洗出口11排出来。
图9为利用本发明的钻箱在海床或河床上进行反循环法钻孔。
如图9所示，将带有环状钻头的12英寸（30厘米）套管111连接到下部接头1处。再将也带有环状钻头的7英寸（18厘米）钻套插入到12英寸（30厘米）的套管内，用液压夹管器3夹住。在环状钻头114的上方的5英尺（150厘米）处有约10个1英寸（2.54厘米）直径的进入孔。将冲洗孔44关闭，液压马达8开动将钻套111和113钻下去进入海床。同时通过冲洗孔35送进压缩空气，钢管桩100内的泥沙115就随水和气体由顶部冲洗孔11排出来。
图10表示另一种反循环钻孔法，象图9所示结构似的，将一个12英寸（30厘米）的套管111连接到钻机的钻箱接头1上，12英寸（30厘米）的套管111装有环状钻头112，还可在环状钻头的外部加装大钻头111a。套筒111上还可装中心钻头111b。然后将一个带5英寸（13厘米）环状钻头120a的5英寸（13厘米）的套管120放入12英寸套管111内。然后将带有5英寸（13厘米）钻头120a的5英寸钻套120放入12英寸钻套中。如图10所示，在钻头120a上1至2米处约有10个1英寸（2.5厘米）的孔120′。将下部冲洗孔35关闭，钻箱5用液压马达8将钻具钻下去。同时通过冲洗孔44将压缩空气送入钻具，钢管桩内的土、泥、沙便随着水和气体从顶部冲洗孔11排出来。
图11为中间入风式正循环钻孔法，其中带有圆环形钻头131a可能还带有中心钻头131b的12英寸（30厘米）钻套131连接下部接头1，一个3英寸（7.6厘米）钻杆137放在钻套131中连接液压夹头3和/或钻箱的顶头接头。钻杆137带有三牙轮钻头133，钻头的上部关闭，钻杆并装有向上喷射的1英寸（2.5厘米）大的小管内孔。钻杆137还装有中心钻头135。将冲洗孔44关闭。钻箱5旋转使两套钻具同时向下钻去，同时通过顶部冲洗入口送入压缩空气，这样钢管内的沙，土等便随着水流和空气从下部冲洗孔35排出。
图12为另一种中间入风式正循环钻孔法，其中压缩空气是从顶部冲洗孔11进入。在图12的方法中，先将下部接头1和冲洗部分44从钻箱5上拆除掉，再将带有圆环形钻头140a的7英寸（18厘米）套管140放入钢管桩141内。然后将带有三牙轮钻头143的3英寸（7.6厘米）钻杆142放入7英寸套筒内。将三牙轮钻头的上部关闭，使压缩空气不能通过。在三牙轮钻头上装上向上斜向吹的风管一或二支。3英寸（7.6厘米）钻杆142连接在三级法兰接头62的一个合适的台阶上，7英寸（18厘米）套筒140则用油压卡盘3夹住。然后开动钻箱将两套钻具同时钻下去。同时通过冲洗孔11供应压缩空气，则钢管桩141内的泥、沙石等便随着水流从冲洗孔44排出去。
图9，10和12的方法效果都很好，而图11的方法则效果更为优越。
图13表示了一种利用本发明钻箱进行的水平方向反循环钻孔法。
如图13所示，将三套直径分别为12英寸（30厘米），7英寸（18厘米）和5英寸（13厘米）的右螺旋钻具装在钻箱上，其中钻具144连接在单台阶接头161上，钻具145夹在液压卡盘3上，最大直径的钻具146则连接在接头1上。然后将冲洗液通过冲洗孔35和/或冲洗孔44供入钻具，开动钻箱5将钻具钻入指定的地方，沙石和泥就从冲洗孔11随冲洗液流出来。随着钻的孔加深，12英寸（30厘米）的套管146可留在孔内不动以支持孔壁，而继续用5英寸（13厘米）和7英寸（18厘米）的钻具144和145钻孔。7英寸（18厘米）钻具145随着5英寸（13厘米）钻具钻进而起保护作用，防止所钻的孔发生弯曲和坍落现象。
日本人在钻北海道隧道时用过一种类似的方法，称为反循环防护钻孔法（Shieldrill With Reverse Circulation Method），但他们用的是两个齿轮箱系统，比本发明的钻箱成本高。
图14为新创造的卵石层中钻孔法。在此法中，带有圆环状钻头147a的12英寸（30厘米）套管147连接在接头1上，一个5英寸半（14厘米）钻杆18连接在顶部接头161或162上，钻杆的尾端连接一个6英寸半（16.5厘米）的空气锤149。从顶部冲洗孔11送入压缩空气。先提起钻具，证明压缩空气已通到钻头了，然后放下钻具使空气锤149和钻头147a接触孔底，开动钻箱，把两套钻具钻下去。这时被钻出的土块，砂石等便随风向上通过下冲洗孔35和上冲洗孔44排出去。当钻头钻到卵石层时，使用变速手把6降低钻具的转速，同时增大压缩空气的压力和风量以利排除卵石到地面。要经常提起钻具以达到松劲的目的。如发现钻进困难，可将12英寸（30厘米）套管停止转动留在孔中，单独将空气锤149继续钻下去。到钻孔松动以后，可将12英寸（30厘米）套管重新转动，两套钻具一齐钻下去。当12英寸（30厘米）套管147达到基岩时，钻孔工作就已完成。图14的方法特别理想，因为成本低，大小直径的孔均可适用。现在某些国家所用的ODEX方法成本较高，而且只有小尺寸的钻具。
图15和16为应用本发明钻箱进行之双管钻孔法。在此法中，两套钻具，包括带圆环形钻头151的外套管150和带空气锤153的内钻杆152，象图14那样连接于钻箱。然后将两套钻具钻过复杂地层，冲洗液从冲洗入口11送入，从冲洗出口44和35排出。当达到稳定的地层后，外钻孔套管150可停止旋转留在孔中，只用内钻具继续钻孔。图16接头和冲洗部分2已拆卸掉。
图17为应用本发明钻箱的锚锭灌浆新方法。在此方法中，接头1和冲洗部分已拆除，1个7英寸（18厘米）套管164用油压卡盘3连接到钻箱上。接头61或62也拆掉，1个1英寸（2.54厘米）灌浆管161通过钻箱插入孔中需要锚锭处。然后将水泥灌入灌浆管161从管子出口162进入孔中，灌注至形成20英尺（600厘米）高的锚锭头163。灌浆时要注意水泥浆压力的变化，如果压力升至每平方英寸200磅（每平方米1.38×106牛顿），应该用钻箱上的油压夹管器将7英寸（18厘米）套筒164边转边拔出来。当水泥浆压力下降，拔管就停止。灌浆在灌注了5至10包水泥后就停止。然后将灌浆管161和7英寸（18厘米）套管164一个个从孔中拆除掉。
用这种方法做成的锚锭质量很好。其他国家于没有本发明的钻箱，灌浆技术水平较此法为低。例如意大利的大孔径钻箱只能灌浆不能拔套管，因为只有一个接头。
在上述钻箱中，第二接头61或62位于钻箱顶部，冲洗孔11在接头61或62中，油压卡盘3位于接头61或62的下面，以防止在双套管钻孔时钻杆螺纹松脱而掉入钻孔中。另外，下部接头1位于油压卡盘下面，从而三套钻具可以同时工作。钻箱还有液压马达带动的双速齿轮箱，得到每分钟200转（使用单液压马达）到每分钟400转（两个液压马达串连）的转速，从而能充分发挥三牙轮钻头或金钢石钻头的优点提高钻孔的效率。还有，此钻箱可用于正循环或反循环钻孔法，改变冲洗方向时无需使用专门工具。最后，两套或多套钻具同时工作时钻杆松脱掉入钻孔中的问题可以防止或减少。