专利名称：一种用于在地面上钻大直径孔的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及一种关于使用锤钻在地面上钻孔的技术，具体涉及一种用于在地面上钻大直径孔的方法和装置，其包括一个锤钻，含导向锤钻和铰刀(reamer)锤钻，两者通过形成在竖直方向的键结构相互连接，从而允许两者同时转动且相对彼此上下移动，在此，锤钻被转动从而首先使用导向锤钻将导向孔钻至预定深度，接着使用铰刀锤钻扩大该孔到一大直径，从而能够使用相对小的钻孔机械钻出使用单个传统锤难以钻出的相当大直径的孔，因此提供减少钻孔时间、钻孔操作更简便和保持孔的更高程度的垂直度的效果。
背景技术：
通常而言，土建工程、建筑工程和类似工程的地面工作包括防止地面沉降以便能够牢固地建设地面上构建的建筑。对于这样的工作，钻孔操作能实现在地面内或岩石内插入桩或梁。如广泛已知的用于在地面钻孔的装置，图1(a)表示用于在地面钻孔以插入可支撑主要被建筑于地面上的桩或类似物的装置。这样的装置主要包括履带式移动装置 (100)、由履带式移动装置竖直支撑的支撑臂(101)、安装在支撑臂(101)上部的用于上下移动的钻孔机械或螺旋钻机械(103)、根据被钻孔的深度多级组装于螺旋钻机械(103)的杆(104)、连接于杆(104)底部的用以提供能量、或转动动力和冲击力以在地面上钻孔的锤 (105)、和安装在锤(105)处用于借由锤(105)提供的能量在地面上实际钻孔的钻头(106)。 锤(10 根据所钻孔的直径不同具有多个尺寸，且虽然一个钻头(106)通常被安装在锤 (105)的底部，两个或多个锤(105)以及钻头(106)能被固定用于钻一个大直径孔。近来，增长广泛的土木工程和建筑工程(例如长距离桥、高速公路、高速铁路、巨型摩天楼以及类似建筑)需要钻比以前更大直径的孔。因此，对于钻孔技术要求更多，其要求即便在钻一个大直径孔时，也能保持孔更高程度的垂直性且提高工作效率。为了实现这一目的，关于在地面上钻孔已采用了多种方法。例如，韩国专利登记号No. 10-0145495(登记日期:1998年4月30日)“组合多锤螺旋钻机械和单锤螺旋钻机械用于地面钻孔的方法和装置”包括一装置，其具有同心式彼此连接的多锤钻(210)和单锤钻020)，如图2所示。根据该专利，在中心的单锤钻(220) 被降低以用如图2(a)所示的单锤钻(220)的钻头钻小直径孔，接着，由安装在单锤钻(220)外部的多锤钻O10)的钻头扩大该孔。但是，该技术需要两个驱动装置用于单独控制中心的单锤钻(220)和外部的多锤钻O10)的操作，因此增加装置系统的复杂性。此外，在上述技术中，只要单锤钻(220)工作，多锤钻(210)就需要保持静止，且只要多锤钻(210)工作，单锤钻(220)就需要保持固定不动。于是，需要在多锤钻(210)和单锤钻 (220)之间设置轴承结构，其不仅仅承受在钻孔过程中由振动引起的冲击以及在钻孔操作过程中产生的多种粉尘和碎片引起的冲击，而且允许彼此相对转动和上下移动，虽然上述公开专利的具体描述中不包括这些。但是，这样的轴承结构很难生产，因为其需要极其高的精度，且如果有，价格也会十分高昂，很难作为实用技术实施。
因此，更通用的是根据所需钻孔操作单独循环使用单锤钻或多锤钻，如韩国公开专利登记号No. 10-0683021(登记日期2007年2月8日)“用于地面挖掘的大口径挖掘机及其使用方法”所述。如附图3所示，小直径的单锤钻先被用于钻一具有小直径w的导向孔 (330)且接着被抬起，从而大直径的多锤钻(320)被用于扩大孔到一大直径W( > w)。但是， 该技术具有如下缺陷其需要充分增加的时间以钻一个深孔。此外，如果地面下的岩石崩塌将很难进行钻孔。为了使用单锤钻和多锤钻达到地面下一定深度范围(例如地下10m)，杆 (104)需要被组装为多级(例如，4根: 的杆)。因此，单锤钻先被组装在杆(104)的底部以钻一 3米深的导向孔，而接着另一根杆被组装在杆(104)的顶部以扩展其深度。其后，在扩展杆(104)底部的单锤钻被用于将该导向孔(330)继续钻入3米，由此使得一个孔被钻到6m深。这样的操作被重复直到孔达到预定深度。在导向孔(330)通过上述操作达到预定深度后，杆(104)被再次拆开而使其缩短，然后多锤钻被组装在杆的底部，且降低以扩大孔。类似的，另一个(或多个)3m的杆被组装以延伸杆的总长度以便根据如单锤钻这种情况时的深度扩大该孔。这样的操作被重复用于扩大孔到其预定深度。根据该方法，例如，为了钻一个10米深的孔，组装一个3米长的杆被重复8次靴乂2个锤钻)。因此，在该钻孔操作中存在如下问题减慢钻孔操作，且由于用于每次杆的组装和拆卸的时间和劳动力使得其中的费用增加，由此增加由组装过程中失误引起机械故障的概率，很难保持所钻孔的垂直度。因此，仍需要一种技术用于在地面钻一大直径孔，其需要不仅在钻孔过程中精确保持一大直径孔的垂直度，而且减少钻孔所需时间，且能简化钻孔操作。
发明内容
技术问题因此，本发明设计用于改进上述用于在地面钻一大直径孔的现有技术且其中表现多个优点，本发明的一个目的特别在于提供用于在地面钻大直径孔的新方法和装置，其包括导向锤钻和铰刀锤钻，两者通过形成在竖直方向的键结构彼此连接，从而允许其同步转动和相对彼此上下移动，其中，锤钻被转动从而首先使用导向锤钻钻小直径导向孔到预定深度，接着使用铰刀锤钻将该孔扩大到大直径，从而高垂直度的大直径孔可以在钻孔过程中被精确保持，且有可能缩短钻孔所需时间和简化钻孔操作，从而为钻孔机械提供机械上牢固的结构。解决问题的方案上述目的通过根据本发明的用于在地面钻大直径孔的方法和装置实现。根据本发明的一个方面，一种用于在地面钻大直径孔的方法，其特征在，安装在以多级组装在地面上的支撑装置上的杆底部的锤钻，其包括导向锤钻和铰刀锤钻，两者通过形成在竖直方向的键结构彼此连接，从而允许两者同步转动和相对彼此上下移动，且在钻孔操作中，形成如下循环，使得锤钻转动且导向锤钻先被降低用于钻小直径(W)的导向孔到一预定深度(d)而后被抬起到原始位置，接着铰刀锤钻被降低用于扩大该孔到大直径 (W)并向下到预定深度⑷。根据本发明的一个实施例，在钻小直径的导向孔的过程中，铰刀锤钻底部的多个辊保持降低从而安装在且从铰刀锤钻底部延伸的至少钻头被定位在辊之上从而避免该至少一个钻头直接接触其下的土。根据本发明的另一个方面，一种用于在地面钻大直径孔的方法，其特征在于，安装在以多级形式组装在地面上的支撑装置上的杆底部的锤钻包括导向锤钻和铰刀锤钻，两者通过形成在竖直方向的键结构彼此连接，从而允许两者同步转动且相对彼此上下移动，且在钻孔操作中，形成如下循环，使得锤钻转动，且导向锤钻和铰刀锤钻首先被同步驱动用于在地面钻大直径孔，在钻孔过程中，当导向锤钻和铰刀锤钻之间的位置差异达到一预定值时，导向锤钻暂时停止工作，而当导向锤钻和铰刀锤钻之间的位置差异达到0时，暂时停止工作的导向锤钻再次开始工作用于钻小直径孔。还根据本发明的另一个方面，一种用于在地面钻大直径孔的装置，包括安装在以多级组装在地面上的支撑装置上的杆底部的锤钻，其中锤钻包括导向锤钻，其包括至少一套锤和连接于锤的钻头，以及用于固定该至少一套锤和连接于锤的钻头的锤钻支架；铰刀锤钻，其包括至少一套锤和连接于该锤的钻头，以及用于固定该至少一套锤和连接于该锤的钻头的锤钻支架，该铰刀锤钻同心式地围绕导向锤钻且与导向锤钻相间隔地安装，以及在竖直方向延伸的用于固定导向锤钻和铰刀锤钻以使其彼此同时地转动的键结构，且其用于沿着其长度连接导向锤钻和铰刀锤钻以便其相对上下移动。根据本发明的另一个实施例，铰刀锤钻在其底部具有多个辊，用于上下移动。还根据本发明的另一个实施例，位于铰刀锤钻底部的辊被配置为通过伸缩管分别地上下移动。还根据本发明的另一个实施例，用于在地面钻大直径孔的装置进一步包括一个或多个铰刀锤钻，其通过在竖直方向延伸的用于固定导向锤钻和铰刀锤钻以使其彼此同时转动的另一键结构连接到铰刀锤钻外周面，该另一键结构用于在沿着其长度连接导向锤钻和铰刀锤钻以便其相对上下移动。还根据本发明的另一个实施例，在“DrillBody with Air-Hammer for Inducing Reverse Circulation Effectively and Drilling Method Using the Same (关于 诱导逆循环效应的带有空气锤的钻体及使用其的钻孔方法)”(韩国专利申请号 No. 10-2008-0064815)公开了一种排出挖掘土的技术，其分别描述了用于驱动一空气锤的第一空气供应管和用于诱导逆循环的第二空气供应管，该公开可被用于本发明以有效地排出挖掘土。本发明的有益效果根据本发明上述结构，因为锤钻被构造为包括导向锤钻和铰刀锤钻，它们通过在竖直方向上的键导向结构彼此连接，从而允许其同步转动且相对彼此上下移动，具有如下有益效果提供锤钻，该锤钻甚至能够在振动、粉尘、碎片和钻孔过程中产生的类似物的环境下保持机械强度。根据本发明，因为导向锤钻和铰刀锤钻同步转动，不需要安装单独设备用于在锤钻内分别驱动导向锤钻和铰刀锤钻，因此简化钻孔机械的结构并减少生产该机械的费用。根据本发明，当转动的导向锤钻相对于铰刀锤钻向下移动的同时，使用安装在其底部的一个或多个钻头钻小直径的导向孔到一预定深度，由于安装在铰刀锤钻底部的通过键结构随着导向锤钻转动的一个或多个钻头能够借助辊保持离开地下的土一预定距离，由此可提供避免铰刀锤钻的钻头损坏的效果。
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根据本发明，例如，当钻大直径孔到IOm深度，因为先钻小直径导向孔到一预定深度，例如大概0.5m，然后该孔在预定深度被扩大，且这些操作被重复多次(例如，20次)以钻大直径深孔，由此可提供精确保持大直径孔的垂直度的效果。此外，因为其有可能减少沿着深孔插入锤钻所需的组装和拆卸多级杆的时间，钻孔操作的时间减少且钻孔操作被简化，所以降低用于钻孔操作的整体成本。
图1到3为描述现有技术中用于钻大直径孔的方法和装置的原理的示意图，图4表示根据本发明实施例的用于钻大直径孔的装置的底视图，图5表示沿着A-A剖面锤钻一侧的侧视图，图6表示图5所示元件中辊位置的侧视图，图7表示图4所示实施例中辊结构的侧视图，图8到9示意性地表示根据本发明实施例用于钻大直径孔的方法中钻小直径导向孔和扩大该孔到大直径孔的过程，图10表示通过另一个键部件安装在图5所示铰刀锤钻外周的铰刀锤钻一侧的侧视图，图11示意性地说明根据本发明实施例的用于钻大直径孔的方法的每个步骤的流程图，以及图12示意性地说明根据本发明另一实施例的用于钻大直径孔的方法的每个步骤的流程图。
40:锤钻41: 铰刀锤钻
42:键43: 键导向装置
44:导向锤钻45: 逆循环管(输入)
46,48: #47, 49:钻头 50:辊
51:伸缩管(bellow)或气缸/液压缸 52:固定支架
具体实施例方式在下文中，本发明将根据附图以具体实施例的方式被描述。图4到7示出根据本发明一实施例的用于钻大直径孔的装置结构的示意图，而图 8到12示出根据本发明一实施例的用于钻大直径孔的方法的视图。根据本发明的用于钻孔的装置包括安装在以多级形式组装在地面上的支撑结构上的杆(104)底部的锤钻(40)，图4示出其中的底部结构以及图5和和6示出其中的侧面。锤钻(40)包括导向锤钻(44，48，49)、同心式地围绕导向锤钻(44，48，49)且与导向锤钻相间隔安装的铰刀锤钻01，46，47)、以及用于在转动方向固定导向锤钻(44，48，49)和铰刀锤钻01，46，47)且用于连接钻头以便其滑动地上下移动的键结构02，43)。导向锤钻04，48，49)包括至少一套锤08)和连接于锤08)的一钻头(49)、以及用于固定所述至少一套锤G8)和连接于锤08)的钻头09)的锤钻支架04)。图4所示的实施例示出安装在导向锤钻(44,48,49)的锤钻支架(44)的两套锤(48)和钻头(49)。 另外，导向锤钻04，48，49)可设置有用于把在钻孔的过程中产生的土和岩屑排出孔外的逆循环管(入口 M45)。铰刀锤钻01，46，47)具有环形横截面以便围绕导向锤钻04，48，49)在其中心转动，并且还包括至少一套锤G6)和连接于锤06)的钻头07)，以及用于固定所示至少一套锤(46)和连接于锤(46)的钻头(47)的锤钻支架(41)。另外，铰刀锤钻(41,46,47)同心式地围绕且与导向锤钻04，48，49)相间隔地安装。在图中所示的实施例，尽管描述了包括一个铰刀锤钻01，46，47)的结构，但本发明的范围不限于此。如图10虚线所示，显然，包裹在该铰刀锤钻外面的另一铰刀锤钻通过另一个键结构可连接到该铰刀锤钻的外周面。在一个实施例中，铰刀锤钻01，46，47)的底部除了一个或多个钻头07)外还进一步包括期望数量的辊(50)。这些辊(50)被安装为便于上下移动。此外，辊(50)通过固定支架(5 被固定至钻头支架(41)，且通过液压缸或气缸或伸缩管(51)，辊(50)可被降低以便从锤钻支架Gl)的底部延伸或可可被抬起到原始位置。键结构(42，43)在竖直方向延伸，用于固定导向锤钻04，48，49)和铰刀锤钻01， 46,47)以便其在转动方向上同时一起转动以及用于沿着其长度方向连接钻头以便上下相对移动。在图中所示的实施例中，键导向装置G3)以在竖直方向延伸的槽的形式被安装在导向锤钻的锤钻支架(44)，以及键0 以在竖直方向上隆起的隆起部的形式被安装在铰刀锤钻的锤钻支架G1)。可选的，还可以具有如下结构键(42)以在竖直方向上隆起的隆起部的形式被安装在导向锤钻的锤钻支架G4)，以及键导向装置以在竖直方向延伸的槽的形式被安装在铰刀锤钻的锤钻支架G1)。进一步的，本发明的锤钻00)包括基础支架，导向锤钻04，48，49)和铰刀锤钻 (41,46,47)安装在其上，且在基础支架上具有用于当铰刀锤钻01，46，47)和导向锤钻 (44,48,49)相对彼此上下移动时制止键0 向上运动的止挡件。另外，用于提供压缩空气到各个锤G6，48)的通道和用于将挖出的土和岩屑排出孔外的排出通道形成在锤钻GO) 内部。用于提供压缩空气的通道被分开地形成在铰刀锤钻01，46，47) —侧的锤06)和导向锤钻04，48，49) 一侧的锤08)。进一步的，本发明还可包括用于转动锤钻GO)的驱动
直ο根据本发明的用于钻大直径孔的方法可如图8和9所示进行，使用如上所述包括锤钻(40)的装置。在详细描述中，安装用于钻孔的装置(SOl)。接着，在钻的操作中，小直径(W)的导向孔被首先钻到预定深度(d)，接下来，被扩大到具有预定深度的大直径(W)。首先，伸缩管被起动以便多个辊较低地保持在铰刀锤钻01，46，47)的底部。由此，安装在铰刀锤钻01，46，47)底部的钻头07)被定位在辊(50)之上，从而避免钻头 (47)直接接触它们之下的土(S03)。在这种情形下，锤钻00)被转动且导向锤钻04，48，49)被降低而钻小直径(w)的导向孔到预定深度(d)(S05)。此时，压缩空气仅被供应到导向锤钻G4，48，49)的锤 (48)，从而只有导向锤钻04，48，49)的钻头09)执行冲击钻操作。一旦小直径(w)的导向孔被完成到预定深度(d)，导向锤钻04，48，49)被抬起到原始位置(S07)。现在，为了扩大该孔到大直径，伸缩管被起动而抬起已被降低到低于铰刀锤钻 (41,46,47)底部的多个辊到原始位置。据此，安装在铰刀锤钻01，46，47)底部的钻头07) 被定位在辊(50)之下且能直接接触将被钻孔的土(S09)。其次，铰刀锤钻01，46，47)被降低以扩大该孔到用于预定深度(d)的大直径(W) (Sll)。此时，压缩空气仅被供应到铰刀锤钻01，46，47)的锤(47)，从而只有铰刀锤钻01， 46，47)执行冲击扩孔操作。当孔以这样的方式被完成到预定深度(d)，用于钻小直径(W)导向孔到预定深度 (d)的步骤(S03)到用于利用铰刀锤钻Gl，46，47)扩大孔到大直径的步骤(Sll)被来回重复，从而钻大直径孔到预定深度。上述方法用于先钻小直径导向孔以及而后扩大孔到大直径。根据本发明用于钻孔的方法不限于上述方法，而是还可改进为钻小直径孔并同时将它扩大到大直径。该工序由图12所示的流程图说明。参照图12，安装用于钻孔的装置(S21)。接着锤钻00)被转动且导向锤钻04， 48,49)和铰刀锤钻(41,46,47)被同时驱动钻大直径(W)的孔(S22)。这种情况下，相较于具有大直径的铰刀锤钻的向前运动，具有小直径的导向锤钻的向前运动趋向于进一步进行。这是因为同时操作时，由具有小直径的导向锤钻钻孔的区域比由具有大直径的铰刀锤钻钻孔的区域小很多。由此，在钻孔过程中，导向锤钻比铰刀锤钻进一步向下移动，从而引起两者之间的位置差异(d')。因此，导向锤钻04，48，49)和铰刀锤钻01，46，47)之间的位置差异(d')在钻孔过程中达到预定值(D)，这种情况下，导向锤钻04，48，49)暂时停止工作，且只有铰刀锤钻(41,46,47)继续钻孔(S23)。其后，当导向锤钻04，48，49)停止工作时铰刀锤钻01，46，47)持续钻孔，且当其间的位置差异(d')达到0时，暂时停止工作的导向锤钻04，48，49)再次开始工作以钻小直径(w)孔(S24)。当孔被完成至预定深度(D)，用以同时驱动铰刀锤钻和导向锤钻的步骤(S22)到用以使得暂时停止工作的导向锤钻重新工作的步骤(S24)被重复，从而钻大直径孔到预定深度。本发明参照其中的具体实施例被详细描述，但是可以理解本领域技术人员可实现不脱离本发明公开的精神和范围的变形和修改。因此，值得注意，本发明的范围不限于上述实施例，而由所附权利要求限定。工业实用性如上所述，连续扩大类型的用于在地面上钻大直径孔的方法和装置可被广泛地用于向地面或岩石内插入梁或桩的钻孔或挖掘操作，从而将在地面上建造的结构在关于土木工程项目、建筑工程等的地基过程中牢固地安装。
权利要求
1.一种用于在地面钻大直径孔的方法，其特征在于安装在以多级形式组装在所述地面上的支撑装置的杆(104)底部上的锤钻(40)，包括通过形成在竖直方向上的键结构(42，4；3)彼此连接的导向锤钻G4，48，49)和铰刀锤钻 (41,46,47)，从而允许其同时转动和彼此相对地上下运动，以及在钻孔操作中，进行如下循环所述锤钻GO)被转动并且所述导向锤钻(44，48， 49)首先被降低以钻小直径(w)的导向孔到预定深度⑷而后被抬起到原始位置，接着所述铰刀锤钻01，46，47)被降低以扩大该孔到大直径(W)到所述预定深度(d)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于在钻小直径(w)导向孔的过程中，位于所述铰刀锤钻01，46，47)底部的多个辊(50)保持下降从而安装在且从所述铰刀锤钻(41，46， 47)的底部延伸的至少一钻头G9)被定位在辊(50)之上，以避免该至少一钻头G7)直接接触其下的土。
3.一种用于在地面钻大直径孔的方法，其特征在于安装在以多级形式组装在所述地面上的支撑装置的杆(104)底部上的锤钻(40)，包括通过形成在竖直方向上的键结构(42，4；3)彼此连接的导向锤钻G4，48，49)和铰刀锤钻 (41,46,47)，从而允许其同时转动和彼此相对地上下运动，以及在钻孔操作中，进行如下循环所述锤钻GO)被转动并且所述导向锤钻(44，48， 49)和所述铰刀锤钻01，46，47)首先被同时驱动以在所述地面中钻大直径(W)孔，且在所述钻孔过程中，当所述导向锤钻04，48，49)和所述铰刀锤钻01，46，47)之间的位置差异 (d')达到预定值(D)时所述导向锤钻G4，48，49)暂时停止工作，而当所述导向锤钻04， 48,49)和所述铰刀锤钻01，46，47)之间的所述位置差异(d')达到0时已经暂时停止工作的导向锤钻04，48，49)又再次开始工作以钻小直径(w)孔。
4.一种用于在地面上钻大直径孔的装置，包括以多级形式组装在所述地面上的支撑装置的杆(104)的底部上的锤钻(40)，所述锤钻00)包括导向锤钻(44，48，49)，其包括至少一套锤(48)和连接于所述锤(48)的钻头(49)，以及用于固定该至少一套锤G8)和连接于所述锤08)的钻头09)的锤钻支架04)；铰刀锤钻(41，46，47)，其包括至少一套锤06)和连接于所述锤06)的钻头07)，以及用于固定该至少一套锤G6)和连接于所述锤06)的钻头07)的锤钻支架(41)，该铰刀锤钻(41，46，47)围绕所述导向锤钻(44,48,49)同心安装且与所述导向锤钻(44,48,49) 间隔开；以及键结构02，43)，在竖直方向延伸以用于固定所述导向锤钻04，48，49)和所述铰刀锤钻01，46，47)从而使其彼此同时地转动，且用于沿着其长度连接所述导向锤钻(44，48， 49)和所述铰刀锤钻01，46，47)以便相对地上下移动。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于所述铰刀锤钻01，46，47)在其底部具有用于上下移动的多个辊(50)。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于设于所述铰刀锤钻01，46，47)底部的辊 (50)被构造为通过伸缩管(51)分别地上下移动。
7.如权利要求4所述的装置，进一步包括通过另一键结构连接到所述铰刀锤钻的外周面的一个或多个铰刀锤钻，该另一键结构在所述竖直方向延伸以用于固定所述导向锤钻和所述铰刀锤钻从而使其彼此同时转动并且用于沿着其长度连接所述导向锤钻和所述铰刀锤钻以便相对地上下移动。
全文摘要
本发明涉及用于在地面上钻大直径孔的方法和装置。本发明包括安装在以多级方式组装在地面上的支撑装置的杆(104)底部上的锤钻(40)，其包括导向锤钻(44，48，49)和铰刀锤钻(41，46，47)，两者通过形成在竖直方向的键结构(42，43)彼此连接，从而使其同步转动且相对彼此上下移动，其中，在钻孔操作中，进行如下循环锤钻(40)被转动并且导向锤钻(44，48，49)被降低以钻小直径(w)的导向孔到预定深度(d)且被抬起到原始位置，接着铰刀锤钻(41，46，47)被降低以扩大该孔到大直径(W)向下到预定深度(d)。因此，本发明提供如下技术效果使用单独传统锤钻不能钻出的极大直径孔可被钻出，且大直径孔可在钻孔操作中使用相对小的钻孔机械被钻出，由此减少钻孔所需时间，简化钻孔操作和保持更高的孔垂直度。
文档编号E21B10/36GK102449257SQ201080023545
公开日2012年5月9日 申请日期2010年4月14日 优先权日2009年5月28日
发明者朴瑄根 申请人:核心岩土工程有限公司