多轴钻机及其施工方法.pdf

本发明涉及一种在土木建筑等工程中钻削地层、构筑等厚地下连续墙的多轴钻机及其施工方法；该多轴钻机主要包括：可在地面上走行的支撑机，含有机架、驱动装置、复数出力轴的钻机动力头，由一组钻杆、联轴器、联轴座和导向装置构成的钻具；其特征在于：所述钻具的一组钻杆上还设置有复数的滚动切削装置，该滚动切削装置是由支座、心轴和含有多数切削刀头的切削滚轮构成的，其滚动切削原理合理、结构简单、加工制造成本低、维修方便；使用该多轴钻机构筑的地下连续墙体厚度相等、强度均匀、防渗性能好、质量可靠、施工工艺简单、施工效率高。

1、  一种多轴钻机主要包括：支撑机、钻机动力头和钻具；所述的支撑机主要由可在地面上走行的底座，设置在底座上的立柱、卷扬机组、操作室和牵引钢丝绳构成；钻机动力头主要由可移动的机架，设置于机架之上并含有原动机、减速机和复数出力轴的驱动装置构成；钻具主要由一组钻杆、联轴器、联轴座和导向装置构成；其特征在于：所述钻具的一组钻杆上还设置有复数的滚动切削装置。

2、  按照权利要求1所述的多轴钻机，其特征在于：所述的滚动切削装置是由固定在联轴座上的支座、被支座支持的心轴和可转动地置于心轴上的切削滚轮构成的，切削滚轮上设置有多数的切削刀头。

3、  使用权利要求1所述的多轴钻机的施工方法，其特征在于，该施工方法具有如下步骤：多轴钻机走行到施工位置，钻机动力头驱动钻具的钻杆旋转，并向下钻削地层，滚动切削装置也随之向下移动，切削滚轮将钻头钻削后的墙体残余的尖角部分削平，当达到预定深度后，钻机动力头和钻具提升回地面；在上述钻进和提升过程中，通过空心钻杆从钻头端部向土壤中注入水泥浆，与被钻头钻松散的土壤混合搅拌后，构筑成一段水泥土墙体；多轴钻机移动位置，进行下一段水泥土墙体的施工，并使相邻的两段墙体彼此有一定的重合搭接；重复以上步骤，即可构筑成一条等厚的地下水泥土墙体，在水泥土墙体固化之前，可插入型钢等来提高墙体的强度，水泥土墙体固化后，便造成了一条等厚的地下连续墙。

4、  按照权利要求3所述的多轴钻机的施工方法，其特征在于：所述的滚动切削装置的滚动切削是按如下步骤和过程实现的：当滚动切削装置随钻杆向下移动时，墙体残余的尖角部分对其产生一个反力F，由于切削滚轮中心O与反力F之间有一偏心距离e，从而对切削滚轮构成了一个转动力矩T＝F×e，在滚动切削装置向下移动及转动力矩T的作用下切削滚轮旋转，实现对墙体残余尖角部分的切削。

多轴钻机及其施工方法
技术领域    本发明涉及一种在土木建筑等工程中钻削地层、构筑等厚地下连续墙的多轴钻机及其施工方法。
背景技术    目前，为人们所公知的技术之一，是一种使用多轴钻机构筑柱列式地下连续墙的技术：它是由专用的多轴钻机，驱动一组钻杆，分段钻进地层至一定深度后提升回地面，在一组钻杆钻进或提升的过程中，可从钻头端部向土壤中注入水泥浆，与被钻头钻松散的土壤混合搅拌，构筑成一段水泥土墙体；然后再进行下一段水泥土墙体的施工，并使相邻的两段墙体彼此有一定的重合搭接；重复上述施工，即可构筑成一条地下水泥土墙体；在水泥土墙体固化之前，可以插入型钢等来提高墙体的强度，水泥土墙体固化后，便造成了一条柱列式的地下连续墙。
使用上述多轴钻机构筑柱列式地下连续墙的技术存在的主要缺点是：造成的墙体是非等厚、呈葫芦串形状的(参见图6)，厚度不一，强度不均匀；特别是作为防渗墙使用时，墙体的尖角处容易发生渗漏水现象；而且插入型钢的排列和数量也受到制约。
为克服上述技术的缺点，日本专利(特开平6-235219)公开了一种多轴钻机，其特点是在钻杆和与其轴线垂直的旋转轴上设置了一对相互啮合的螺旋齿轮，在旋转轴上还设有一个切削刀盘；当钻杆旋转时，通过螺旋齿轮传递钻杆的动力，由旋转轴带动切削刀盘旋转，可削平柱列式连续墙体的尖角部分，使墙体厚度一致。但这一技术仍然存在如下不足和缺点：
1、采用螺旋齿轮传动，需用滚动轴承支撑、并需要润滑和密封等，结构复杂，加工制造成本高。
2、当钻杆在地下钻削时，密封件易磨损，泥水土砂侵入齿轮传动部位后容易造成传动装置损坏，影响正常施工，维护修理工作量大。
3、由于螺旋齿轮传动结构复杂占有空间大，当钻杆在地下钻削时，该部位阻碍土砂流动，增加钻削时的阻力，使工作效率降低。
发明内容    本发明的目的在于提供一种能构筑等厚地下连续墙的多轴钻机及其施工方法；这种多轴钻机构筑等厚墙体的切削装置结构简单、制造成本低、维修方便；其施工工艺简单、施工质量好、效率高。
本发明的目的是由下述技术方案实现的：
一种多轴钻机主要包括：支撑机、钻机动力头和钻具。
上述支撑机主要由可在地面上走行的底座，设置在底座上的立柱、卷扬机组、操作室和牵引钢丝绳构成。
上述钻机动力头主要由可移动的机架，设置于机架之上并含有原动机、减速机和复数出力轴的驱动装置构成；钻机动力头通过牵引钢丝绳悬挂于支撑机的立柱上，并可以上下移动。
上述钻具主要由一组钻杆、联轴器、联轴座和导向装置构成；所述钻杆由空心的接杆、空心的螺旋搅拌杆和带有喷射口的钻头组成，钻杆借助联轴器与钻机动力头的出力轴相联接。
其特征在于：所述钻具的一组钻杆上还设置有复数的滚动切削装置，滚动切削装置是由固定在联轴座上的支座、被支座支持的心轴和可转动地置于心轴上的切削滚轮构成的；切削滚轮上设置有多数的切削刀头。
使用上述多轴钻机构筑等厚地下连续墙的施工方法，具有如下步骤：
多轴钻机走行到施工位置，钻机动力头驱动钻具的钻杆旋转，并向下钻削地层，滚动切削装置也随之向下移动，切削滚轮将钻头钻削后的墙体残余的尖角部分削平，当达到预定深度后，钻机动力头和钻具提升回地面；在上述钻进和提升过程中，通过空心钻杆从钻头端部向土壤中注入水泥浆，与被钻头钻松散的土壤混合搅拌后，构筑成一段水泥土墙体；多轴钻机移动位置，进行下一段水泥土墙体的施工，并使相邻的两段墙体彼此有一定的重合搭接；重复以上步骤，即可构筑成一条等厚的地下水泥土墙体，在水泥土墙体固化之前，可插入型钢等来提高墙体的强度，水泥土墙体固化后，便造成了一条等厚的地下连续墙(参见图7)。
滚动切削装置的滚动切削是按如下步骤和过程实现的：当滚动切削装置随钻杆向下移动时，墙体残余尖角部分对其产生一个反力F，由于切削滚轮中心O与反力F之间有一偏心距离e，从而对切削滚轮构成了一个转动力矩T＝F×e，在滚动切削装置向下移动及转动力矩T的作用下切削滚轮旋转，实现对墙体残余尖角部分的切削。
本发明的多轴钻机及其施工方法，有如下积极效果及优点：
1、按照本发明，构筑等厚地下连续墙的施工工艺简单、墙体厚度相等、强度均匀，质量可靠，防渗性能好，插入型钢的数量及排列不受制约。
2、按照本发明，构筑等厚墙体的滚动切削装置的滚动切削原理合理、结构简单、加工制造成本低、维修方便。
3、按照本发明，滚动切削装置结构简单体积小、占有空间少，当钻杆在地下钻削时，该部位产生的阻力小，土砂流动顺畅，施工效率高。
附图说明：
图1是本发明的实施例1：多轴钻机A的主视图。
图2是图1所示多轴钻机A的侧视图。
图3a是图1所示多轴钻机A的滚动切削装置30的主视图。
图3b是图3a滚动切削装置30的俯视图。
图3c是图3a滚动切削装置30的侧视图。
图4a、图4b、图4c、图4d、图4e和图4f是本发明的实施例2：使用多轴钻机A构筑等厚地下连续墙的施工方法步骤的示意图。
图5a和图5b是图3a所示滚动切削装置30的滚动切削原理的示意图。
图6是应用现有技术构筑地柱列式地下连续墙体的横截面形状图。
图7是应用本发明技术方案构筑的等厚地下连续墙体的横截面形状图。
具体实施方式：
下面结合附图及实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：多轴钻机A
参照图1、图2、图3a、图3b和图3c。
一种多轴钻机A，主要包括：支撑机B、钻机动力头C和钻具D。
上述支撑机B主要由可在地面GL上走行的底座1，设置在底座1上垂直于地面GL的立柱2，卷扬机组3，操作室4和钢丝绳5构成；所述立柱2上还设有导向滑轨2a、顶部滑轮组2b、支撑杆2c；所述卷扬机组3可驱动牵引钢丝绳5。
上述钻机动力头C主要由机架6和置于机架6上的驱动装置7构成；所述机架6上还设置有导向滑槽6a和滑轮组6b，机架6借助旋绕在滑轮组6b上的钢丝绳5悬挂于顶部滑轮组2b之下，并借助导向滑槽6a嵌在立柱2的导向滑轨2a上，在卷扬机3驱动的钢丝绳5的牵引下，机架6和驱动装置7可沿立柱2上下移动；所述驱动装置7主要由固定在机架6上的主减速机8、原动机9、设置于主减速机8上的行星减速机10、可导入液体的旋转接头15以及主减速机8的多个出力轴16构成；在原动机9的驱动下，经行星减速机10和主减速机8减速，相邻的两个出力轴16可按相反方向旋转。
上述钻具D是可以根据使用需要进行组合搭配构成的一种组合式钻具；钻具D主要包括：由空心接杆20a、空心螺旋搅拌杆20b、带有喷射口20d的钻头20c组成的钻杆20、联轴器21、联轴座22和导向装置23；复数的钻杆20借助联轴座22可旋转地平行排列成一组，并借助联轴器21与钻机动力头C的出力轴16相联接。
所述钻具D的一组钻杆20上还设置有滚动切削装置30，滚动切削装置30主要是由固定在联轴座22上的支座31、被支座31支持的心轴32和可转动地置于心轴32之上的切削滚轮33构成；切削滚轮上设置有多数的切削刀头33a。
在钻机动力头C的出力轴16的驱动下，相邻的两根钻杆20可按相反方向旋转，并可上下移动钻削地层，滚动切削装置30在随钻具D向下移动的同时，切削滚轮33可进行旋转切削。
实施例2：使用多轴钻机A构筑等厚地下连续墙的施工方法。
参照图4a、图4b、图4c、图4d、图4e、图4f、图5a和图5 b。
多轴钻机A走行到施工位置，钻机动力头C驱动钻具D的钻杆20按设定方向旋转，并向下钻削地层，滚动切削装置30随钻具D向下移动，切削滚轮33随之旋转，将钻头20c钻削地层后的残余的尖角部E削平，当达到预定深度后，钻机动力头C与钻具D提升回初始位置，一组钻削完成；在上述钻进和提升的过程中，经旋转接头15导入水泥浆，通过空心接杆20a、空心螺旋搅拌杆20b、从钻头20c的端部向土壤中注入水泥浆，与被钻头钻松散的土壤混合搅拌，构筑成一段水泥土墙体；多轴钻机A移动位置，进行下一段水泥土墙体的施工，并使相邻的两段墙体彼此有一定的重合搭接；重复以上步骤，即可形成一条等厚的地下水泥土墙体，在水泥土墙体固化之前，可插入型钢等(图中未示出)来提高墙体的强度，水泥土墙体固化后，便造成了一条等厚的地下连续墙。
滚动切削装置30的滚动切削原理及步骤如下：当滚动切削装置30在钻杆20的钻进力Q的作用下随之移动时，钻头20c钻削土层后的残余尖角部E对切削滚轮33产生垂直反力F和水平反力P，且F＞P，由于切削滚轮33的旋转中心0与垂直反力F之间有一偏心距离e，从而对切削滚轮33构成了一个转动力矩T＝F×e，在滚动切削装置30向下移动及转动力矩T的作用下，切削滚轮33旋转切削，将残余尖角部E削平(参见图5a和图5b)；两侧的水平反力P则相互抵消。
结合上述实施例，对本发明进行了说明，但通过对钻机动力头或钻具的结构和组合方式作一些适当的调整，就可以在本发明的范围之内，派生出各种不同的多轴钻机及其相应的等厚地下连续墙的施工方法。
例如：多轴钻机的钻杆可以是三根一组，也可以是二根、四根、五根等为一组，滚动切削装置的数量也可以根据需要配置。