专利名称：偏心扩孔跟管钻具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种铁路隧道大管棚施工用的钻具，它属于铁路隧道及地下工程大管棚超前支护作业中的钻孔设备。
在铁路隧道及地下工程施工中，常遇到软弱破碎的围岩及大量涌水的地质条件，为防止塌方、沉陷，确保施工安全，常采用大管棚配合注浆止水加固地层，提供强有力的临时支护。
目前，国内外尚未有专门对铁路隧道掘进施工用的管棚钻具，对需要临时支护的地层通常采用下述方法施工1.采用大钻头先钻进、退钻后，套管插入；2.将套管直接顶入；3.采用在套管前端焊带有合金片的钻头，直接钻进。上述方法都有共同的缺点套管中泥岩不能直接排出，需要在套管中反复掏孔排碴。因此，常发生坍孔、卡钻，钻头不能回收重复使用等情况，造成管棚孔施作费时费力，管棚施作效率低，也不能形成系列产品，施工费用高，安全度差等弊病。本实用新型的目的是提供一种专供铁路隧道及地下工程大管棚超前支护作业用的钻具钻进时，套管能够同步跟进；退钻时，钻具与套管分离，并从套管中退出的新型钻具。在大管棚施工中实现一次完成钻管棚孔，安装套管，回收钻具等相关工序。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
图1是钻具钻进状态图。
图2是钻具回收状态图。
图3是偏心扩孔原理图。
图4是先导钻的视图。
图5是扩孔钻的视图。
本偏心扩孔跟管钻具，由先导钻1，扩孔钻2，套管导向器3，带导管靴4的套管5，易返型翼形联接套6构成。其特征在于先导钻1与扩孔钻2按偏心扩孔结构设计扩孔钻2的内孔套在先导钻1的外园上，且二者的偏心距分别为K2和K1。K的取值为6mm＜K＜24mm，扩孔钻2与先导钻1相对旋转时，偏心扩孔达到最大位置，继续相对旋转半圈(180°)时，偏心扩孔部位回位即处于最小位置。例如设K1＝K2＝6mm，先导钻1直径为d＝Φ72mm，经过偏心扩孔可使扩孔后的直径D达到D＝d＋2(K1＋K2)＝Φ96mm。采用Φ89×4.5mm无缝钢管作套管，由于扩的孔大，套管5能无阻跟进，钻具亦能自由退出，即可实现钻进时套管能自动跟进，回收时钻头能从套管中自由退出。先导钻1上有钻进斜面1－1，斜度为α1，扩孔钻上有钻进斜面2－2，斜度为α2，取α1＝α2，45°＜α＜60°；先导钻和扩孔钻2上还分别设计了回收竖面1－2和2－2；钻进斜面1－2与2－1相贴合是钻具钻进状态，回收竖面1－2与2－2相贴合是钻具回收状态。套管5前端焊有套管靴4，钻进中使套管5跟进，套管导向器3的外斜面与套管靴4的内斜面贴合，配合斜面均为60°。
当钻具钻进时，只需把先导钻1与扩孔钻2的钻进斜面1－1，2－1相贴合，由于偏心原理，形成能钻出比套管5外径稍大的水平孔，以利于套管5随着钻进而跟进。
当钻具回收时，只需把先导钻1与扩孔钻2的回收竖面1－2，2－2相贴合，扩孔偏心部分就收回，有利于扩孔钻2与先导钻1一起从套管5内退出，而将套管5留在孔内。在大管棚施工中实现一次完成钻管棚孔、套管安装、钻具回收等相关工序，整个棚管孔施作过程工效高、安全、可靠。
作业时，将该钻具装在液压钻孔台车的钻臂上，再配备移动式套管定位器、固定式套管定位器、接碴盘等附件，即可进行管棚孔施工。
钻具需要钻进时(见
图1)，先将一定长度的套管5套在有先导钻1、扩孔钻2、套管导向器3等组成的钻杆上，当先导钻1与扩孔钻2露出套管5后，用手将扩孔钻2转动，将偏心扩孔部位置于最大位置，让扩孔钻2的钻进斜面2－1与先导钻1的钻进斜面1－1相贴合，此时完成钻进前的准备。液压钻孔台车的钻臂移动到设计的孔位，进行钻臂顶紧定位，按照钻具设计的逆时针旋转方向，即可以开钻。开钻后，先导钻1先钻孔，扩孔钻2紧跟着扩孔，在钻具钻进过程中，套管5被套管导向器3逐渐拖进，直到达到设计要求的孔深位置为止。钻进中，泥碴被通过钻具中心水孔的高压水在套管5中连续地冲洗而排出套管5外，再由接碴盘流至钻臂的两侧，这即不污染钻臂，又不影响钻臂的连续钻进，始终处于高效的工作状态。
钻具需要回收时(见图2)，当套管5到达管棚孔的设计深度时，套管5中泥碴也基本冲洗干净，就可以准备退钻。退钻时，先反转半圈(即顺时针旋转180度)，利用偏心扩孔部位与围岩的摩擦阻力，使扩孔钻2不转动，先导钻1的反转，使它的偏心部位把扩孔钻2的偏心部位回位，直到先导钻1的回收竖面1－2与扩孔钻2的回收竖面2－2相贴合，把偏心扩孔部位置于最小位置，并且扩孔钻2与先导钻1置于同轴度位置，此时完成退钻前的准备。启动钻臂的推进机构缩回时，钻杆与钻具(包括先导钻1与扩孔钻2)一起从套管5中退出，而套管5留在孔内，完成了管棚孔的施作任务，钻具又得到回收，可反复使用。
本实用新型具有如下明显优点1.速度快、工效高。钻孔与下管速度提高10－15倍，每米管棚孔工效提高5－10倍。
2.成孔率高。由于套管跟进，不存在卡钻、塌孔现象，故在断层或塌体中施工成孔率达100％。
3.技术可靠，施工安全度大。特别对软弱破碎、涌水量大的隧道施工，采用大管棚结合预注浆的施工方法，岩体固结与止水效果好，保证施工安全和工程质量。
4.节省贵金属材料，成本低扩孔钻回收重复使用，套管不需要焊接合金刀片。
5.适用范围广作断层带、破碎带的临时支护，作隧道洞口施工。
权利要求1.一种偏心扩孔跟管钻具，由先导钻(1)、扩孔钻(2)、套管导向器(3)、带套管靴(4)的套管(5)、易返型翼形联接器(6)构成，其特征在于先导钻(1)与扩孔钻(2)按偏心扩孔结构设计扩孔钻(2)的内孔套在先导钻(1)的外园上且二者的偏心距分别为K2和K1，K的选取范围6mm＜K＜24mm。
2.权利要求1所述的跟管钻具，其特征在于先导钻(1)的钻进斜面(1－1)的斜度为α1，回收竖面为(1－2)；扩孔钻(2)的钻进斜面(2－1)的斜度为α2，回收竖面为(2－2)，取α1＝α2且45°＜α＜60°。
3.权利要求1所述的跟管钻，其特征在于带套管靴(4)的套管(5)的内斜面与套管导向器(3)的外斜面以60°的斜面贴合。
专利摘要本实用新型公开了一种适用于铁路隧道及地下工程进行大管棚超前支护施工的新型钻具。主要技术特征为先导钻1与扩孔钻2按偏心扩孔结构设计，偏心距K的选取值为6mm＜K＜24mm。钻进时套管与钻具同步跟进，退钻时钻具与套管分离并退出。在大管棚施工中实现一次完成钻管棚孔、套管安装、钻具回收等相关工序。施工速度快、工效高、成孔率可达100％、技术可靠、安全度大、省材料、低成本、适用性广。既能作断层带、破碎带的临时支护，又能作隧道洞口段施工。
文档编号B28D1/14GK2189522SQ94203710
公开日1995年2月15日 申请日期1994年2月25日 优先权日1994年2月25日
发明者于鼎拯, 殷永法, 刘增耀, 翁伯康, 张玉珊 申请人:铁道建筑研究设计院