适用于管线密集市政道路上钻探的新型钻头的制作方法

本发明涉及浅部土层钻探技术领域，特别涉及适用于管线密集市政道路上钻探的新型钻头。

背景技术：

随着城市化建设的不断发展，各种新材料管线的应用，当前市政道路(特别是老城区道路)地下管线密集，新旧管网上下交错，情况复杂。常规物探手段受当前设备配置、技术方法、基本原理的限制，对各类尺寸较大、埋藏较深、非金属材质和具有电磁屏蔽的管线准确探测存在一定的局限性；另外在一些电磁干扰较大的区域，探测成果也存在一定的偏差。

目前在市政线路上岩土工程勘察中，钻探使用常规的金刚石钻头、复合片钻头或硬质合金钻头，在施工过程中，由于物探方面提供的地下管线资料存在的局限性和局部偏差，打破地下管线的情况时有发生，不但造成了不良的社会影响，同时也给勘察单位带来了很大的经济损失。

出于工程安全和设计施工的需要，有些情况下物探方面常规的管线探测方法无法准确探明管线，必须进行精准定位(如大尺寸、大埋深的输油管、输气管、供水管及压力污水管等)，受到技术方法的局限性，为排除干扰因素准确探明这些管线平面位置和埋深，经常需要钻探成孔配合。常规勘察机具易损坏管线，且目前在管线专项探测方面，采用的设备机械化程度低、施工手段原始、工作效率低下，探摸效果不佳。

一些重大管线受周边工程施工影响，可能产生一定的水平位移和沉降，为保证重要管线的安全，在周边施工过程中，需埋观测点进行重要地下管线的位移、变形的监测。直接点埋设需成孔接触到重要管线顶部或其附近土层，当前监测孔成孔工艺采用的是钻探方法，在成孔过程中可能破坏重大管线或对管壁保护层、防腐层造成损伤，直接或间接造成了不良影响或安全隐患。

现有技术中存在以下几种仅用于物探方面管线探摸的解决方案：

如公开号102678058a的中国发明专利公开了一种物探专用钻头，该现有技术采用钻杆连接带有出水孔的空心管体水冲法进行探摸管线。

再如公开号101886525a的中国发明专利公开了一种防破坏钻孔装置，该现有技术通过夹箍将橡皮件套固定于钻杆钻头外侧，进行水冲法探摸。

又如公开号103993835a的中国发明专利公开了一种地下管线勘查专用钻头，该现有技术通过带有射水孔的abs硬质塑料钻头连接钻杆，钻头射水孔内径45毫米，钻头壁厚30毫米，具有两个引水槽、两个排水槽。通过水冲法进行探摸管线。

通过对以上三种方案的分析可知：

公开号102678058a的中国发明专利公开的技术中，在探摸时不能旋转，空心管体较长，在土层中阻力较大，探摸动力主要依靠钻杆冲击力和水压力，此方法空心管体水孔虽多，但水眼小，仅适用于软弱土层，且探摸深度和厚度极其有限，工作效率极低，仅适用于基本确定管线位置，且上部已联排开孔或开槽后的管线探摸。

公开号101886525a的中国发明专利公开的技术中，钻杆钻头外侧包裹橡皮件套，水冲钻进过程中，橡皮件套与侧壁土层直接接触，摩擦力过大，且橡皮件套有一定的柔软度，水冲时易使钻头处橡皮件套折叠，堵塞出水口，影响探摸效率，降低了实用价值，也仅适用于基本确定管线位置的探摸，且探摸深度浅、探摸厚度薄。

公开号103993835a的中国发明专利公开的技术中，钻头与钻杆直接连接，钻头射水孔内径45毫米，钻头壁厚30毫米，且仅有两个出水槽，回旋钻进的效率极低，此法仅适用于水冲钻进，受工法限制，该方法无法很好地清孔和泥浆护壁，所成钻孔的垂直度和孔壁的完整性差，且不具备采取芯样的能力。

上述三种方案仅局限于物探方面地下管线探摸，其中前两种技术仅在地下管线位置大致清楚后，才有一定实用性，探摸的土层厚度和深度有限且影响探摸精准度；第三种技术与前两种技术相比，在探摸深度上有一定优势，但效率和精准度仍较低。

除此之外，上述三种方案均无法解决在管线密集市政道路上安全取芯钻进的问题，同时无法满足重要地下管线监测成孔下护管和布设监测仪器的需求。

因此，需要对现有的用于浅部土层钻探的钻头进行改进，使其能够克服现有的技术缺陷，既能在管线密集的市政道路上安全取芯钻进，又能满足重要地下管线监测成孔需求，还大大提高管线探摸效率、增加管线探摸深度。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供适用于管线密集市政道路上钻探的新型钻头，实现的目的是可直接与岩土工程勘察市场上的岩芯管无缝对接，能够在管线密集的市政道路上，不但能够在不损坏管线的前提下高效率地探摸管线，还能达到钻探采取芯样和重要地下管线监测成孔的目的。

为实现上述目的，本发明公开了适用于管线密集市政道路上钻探的新型钻头，所述钻头呈圆管状，一端是与钻机的岩芯管连接的连接端，另一端是用于冲洗液循环回旋钻进的前端。

其中，所述钻头的外形呈阶梯轴形状，所述连接端的外径小于所述前端的外径r2；

所述外径r2大于所述岩芯管的外径r1。

所述钻头的内孔包括纵截面呈矩形的圆柱状内孔和纵截面呈梯形的梯形柱内孔；

所述连接端和所述前端靠近所述连接端部分对应的内孔均为圆柱状内孔；

所述圆柱状内孔的内径r2小于所述岩芯管的内径r1；

所述梯形柱孔孔径较小的一端与所述圆柱状内孔连接，所述梯形柱孔的孔径随着与所述连接端之间距离的增加而增大，而相应部分的壁厚逐渐变小。

所述前端呈环形的端部侧壁上均布有若干沿径向的u型水槽，每两个所述u型水槽之间形成一个齿；

所述齿的齿面与所述u型水槽一侧的侧壁之间的夹角a的角度为100°至120°。

优选的，所述钻头与所述岩芯管籍由螺纹连接方式固定连接，所述连接端设有外螺纹，所述岩芯管设有内螺纹。

优选的，所述圆柱状内孔的长度为所述连接端的长度加上15毫米。

优选的，所述前端呈环形的端面上均布有8个u型水槽。

优选的，所述钻头采用聚丙烯材料，即pp材料制成。

优选的，所述钻头对应所述连接端处的壁厚l1为7毫米，对应前端且圆柱状内孔处的壁厚l2为17毫米，对应每一所述齿出的壁厚l3为12毫米。

本发明的有益效果：

本发明可直接与岩土工程勘察市场上的岩芯管无缝对接，能够在管线密集的市政道路上，不但能够在不损坏管线的前提下高效率地探摸管线，还能达到钻探采取芯样和重要地下管线监测成孔的目的。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1示出本发明一实施例的纵向剖面结构示意图。

图2示出本发明一实施例中前端端面的结构示意图。

具体实施方式

实施例

如图1和图2所示，适用于管线密集市政道路上钻探的新型钻头，钻头呈圆管状，一端是与钻机的岩芯管5连接的连接端2，另一端是用于冲洗液循环回旋钻进的前端1。

钻头的外形呈阶梯轴形状，连接端2的外径小于前端1的外径r2；

外径r2大于岩芯管5的外径r1。

前端1的外径r2稍大于岩芯管5的外径r1，有利于成孔时扩孔和冲洗液循环清孔，有利于减小岩芯管与孔壁的摩擦，有利于岩土工程勘察时进行标准贯入试验或取土器采取原状土样。

钻头的内孔包括纵截面呈矩形的圆柱状内孔和纵截面呈梯形的梯形柱内孔；

连接端2和前端1靠近连接端2部分对应的内孔均为圆柱状内孔；

圆柱状内孔的内径r2小于岩芯管5的内径r1；

连接端2对应内径r2略小于岩芯管5的内径r1，当回转压入钻头的柱状土体进入岩芯管5后，由于内径略微变大，土体应力部分释放，芯样与岩芯管5内壁的摩擦力相应减小，能够提高钻进及取芯的效率。

梯形柱孔孔径较小的一端与圆柱状内孔连接，梯形柱孔的孔径随着与连接端2之间距离的增加而增大，而相应部分的壁厚逐渐变小。

前端1呈环形的端部侧壁上均布有若干沿径向的u型水槽4，每两个u型水槽4之间形成一个齿3；

齿3的齿面与u型水槽4一侧的侧壁之间的夹角a的角度为100°至120°。

在实际应用中，u型水槽4的宽度与齿3的宽度基本相当，有利于钻进时冲洗液循环清孔；

钻头前端8u型水槽4形成8个齿3，齿3的齿面与u型水槽4一侧呈的夹角a的角度在100°至120°，保证钻头在顺时针回旋钻进时一旦遇到管线，不会产生剪切破坏，起到保护管线的作用；而这一角度能够保证钻头在中软土层中顺利的压入土层，切削钻进，大大提高了钻进效率。

在某些实施例中，钻头与岩芯管5籍由螺纹连接方式固定连接，连接端2设有外螺纹，岩芯管5设有内螺纹。

在某些实施例中，圆柱状内孔的长度为连接端2的长度加上15毫米。

在某些实施例中，前端1呈环形的端面上均布有8个u型水槽4。

在某些实施例中，钻头采用聚丙烯材料，即pp材料制成。

在现有技术中，岩土工程勘察常用钻头，一般为金刚石钻头、复合片钻头或硬质钻合金钻头，针对管线密集的市政道路上工程勘察时，上述钻头很容易造成管线损坏，给勘察单位造成经济损失和不良的社会影响；而现有的管线精准探摸技术又无法用于岩土工程勘察中。

因此，需选择一种材质，该材质所制作的钻头需满足以下要求：

1、能在20m以浅土层中进行冲洗液循环冲击钻进、冲洗液循环无芯回旋钻进或无冲洗液取芯回旋钻进；

2、强度低于常见地下管线铸铁管、混凝土管、热浸塑钢管等，或对一些地下管线(如：pe管、pvc管、波纹管、mpp管、玻璃钢管等)一旦碰到有明显反应且短时间钻进不会造成损坏；

3、有一定的经济性、机械加工性、耐高温性和柔韧性。

由此，本发明选择了聚丙烯材料，即pp材料作为新型钻头的材质。

在某些实施例中，钻头对应连接端2处的壁厚l1为7毫米，对应前端1且圆柱状内孔处的壁厚l2为17毫米，对应每一齿3出的壁厚l3为12毫米。

在实际应用中，本发明根据不同的用途，可采用不同的钻进工艺。

如在管线密集的市政道路上岩土工程勘察方面，可采用冲洗液循环无芯回旋钻进和无冲洗液取芯回旋钻进的工艺。

在物探管线精准探摸方面，可采用冲洗液循环冲击钻进和冲洗液循环无芯回旋钻进的工艺。

在地下重大管线监测成孔方面，可采用冲洗液循环无芯回旋钻进的工艺。

回旋钻进参数设置为：钻压1mpa，转速600r/min。

遇到地下管线等障碍物的表现形式为：钻头明显反弹、短时间(以2min之内为宜)内无进尺，循环返出的冲洗液中见聚丙烯碎屑漂浮物。

遇上述情况立即停止并提钻，然后根据钻进过程中钻机的反应以及冲洗液漂浮物的特点进行分析判断，确认下部障碍物类型，就能够合理避开管线。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。