一种钻孔导向器的制作方法

本实用新型涉及嵌岩桩钻进成孔技术领域，特别涉及一种钻孔导向器。

背景技术：

在码头工程结构中，为满足承载能力的要求，经常使用到嵌岩桩技术，嵌岩桩是较常用的桩基工程之一，主要是直桩，也有部分斜桩。钻进成孔工艺是斜嵌岩桩施工最重要的一环，由于超长斜嵌岩桩采用冲击钻进施工容易发生偏位，卡锤等问题，目前在超长斜嵌岩桩钻进成孔工艺中采用回旋钻机施工效果更佳。但是在回旋钻机施工过程中，钻具的自重将造成钻具下垂弯曲，钻头的导向性和钻头的轴线会产生较大的偏差，使得钻头斜率与钢套管斜率无法保持一致，影响成孔质量，特别是在嵌岩桩嵌岩深度大于10m，部分嵌岩桩斜率较大时，易出现成孔倾斜不顺直的问题，因此在钻进过程中通常需要配合导向器和相应的施工工艺进行钻进，以解决上述问题，但是现有的导向器在使用过程中磨损严重，影响导向作用的实现，另外现有的导向器无法实现孔底水量的快速补充，影响反循环清孔时清孔吸渣的进行。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种钻孔导向器，在钻进过程中受磨损影响较小，能够在斜向嵌岩桩施工中对钻进过程起到很好地导向限位作用，并能够保证孔底水量的快速补充，满足施工设计要求。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案如下：

一种钻孔导向器，包括外盘和内盘，所述外盘和内盘之间设置轴承。

所述内盘套设在钻杆上，内盘与所述钻杆为固定连接。

所述内盘套设在钻杆上，内盘与所述钻杆为可滑动连接。

所述钻杆的两端均设置有套筒，所述套筒的外径大于所述内盘的内径。

所述钻杆两端均设有内螺纹。

所述外盘上设置多个泄水孔。

所述泄水孔呈周向均匀布置。

所述外盘的上端和下端均设置有倒角。

所述钻杆与内盘之间设置加劲板。

本实用新型具有以下有益效果：本实用新型的导向器，将内盘与外盘通过轴承连接，能够使得外盘不随钻杆旋转，从而防止因外盘旋转而与钢套管持续摩擦造成外盘严重磨损，进而防止因外盘磨损而使导向器无法起到导向作用，另外导向器中设置泄水孔，可保证从桩顶补充的冲洗液快速进入孔底，保证反循环清孔时清孔吸渣的顺利进行。

附图说明

图1是第一导向器的结构示意图（内盘与钻杆固定连接）；

图2是图1所示的第一导向器的俯视结构示意图；

图3是第一导向器的结构示意图（内盘与钻杆为可滑动连接）；

图4是嵌岩桩有钢套管部分的钻进原理图；

图5是无钢套管嵌岩段导向孔钻进原理图；

图6是无钢套管嵌岩段最终的成孔钻进原理图；

图中：1、第一钻头，2、第一导向器， 3、钢套管，4、第二钻头，5、第二导向器，6、第三钻头，7、第三导向器，2-1、外盘，2-2、内盘，2-3、轴承，2-4、加劲板，2-5、泄水孔，2-6、钻杆，2-7、套筒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

一种钻孔导向器，即为图4-图6中所示的第一导向器2，其结构如图1所示，包括外盘2-1和内盘2-2，外盘2-1和内盘2-2之间设置轴承2-3，内盘2-2套设在钻杆2-6上，内盘2-2与钻杆2-6通过焊接方式相固定。

优选的，钻杆2-6与内盘2-2之间设置加劲板2-4，以增加钻杆2-6与内盘2-2的结合面的强度。

通过轴承2-3的设置，使得内盘2-2与轴承2-3的内圈一起随钻杆2-6旋转，外盘2-1与轴承2-3的外圈不会跟着钻杆2-3旋转，从而防止旋转时外盘2-1与钢套管不断摩擦而造成外盘2-1的严重磨损，进而保证导向器不会因外盘2-1的磨损而失去限位导向作用。

将导向器设置为由外盘2-1和内盘2-2分体装配而成的方式，使得加工更加方便，另外在外盘2-1磨损严重时，只需更换外盘2-1即可，操作简单，大大节省了维修成本。

钻杆2-6两端均设有内螺纹，以便于在使用时将钻杆2-6与回旋钻机的其他连接钻杆进行螺纹连接，这种连接方式简单、可靠。

优选的，钻杆2-6的两端均设置有套筒2-7，套筒2-7的外径大于内盘2-2的内径，套筒2-7的设置可防止夹持钻杆2-6时发生打滑，保证钻杆2-6与钻机的钻杆进行连接的过程顺利进行。

如图2所示，外盘2-1上设置多个泄水孔2-5，泄水孔2-5主要起泄水作用，若不设置泄水孔2-5，则从桩顶补充的清水无法进入孔底或进入速度过慢，导致在嵌岩桩施工中进行反循环清孔的过程时，孔底吸出的水量大于从桩顶补充的水量，会发生孔底水量不足而无法进行清孔吸渣的情况。另外设置泄水孔2-5的设置还起到了减少导向器整体重量的作用，减弱因导向器重力过大而导致钻具下垂弯曲造成钻孔倾斜的影响。

优选的，泄水孔2-5呈周向均匀布置，可使导向器受力更加均匀，防止因重力不均而影响导向器的导向作用。

优选的，外盘2-1的上端和下端均设置有倒角，以防止导向器下放和上提时被卡住。

如图3所示，本实施中内盘2-2与钻杆2-6也可采用可滑动连接，内盘2-2套设在钻杆2-6上，并且内盘2-2的内径与钻杆2-6的外径之间留有2mm空隙，使得外盘2-1、内盘2-2和轴承2-3构成的整体（称之为导向盘）可以沿钻杆2-6的轴向自由移动，从而保证导向盘在钢套管中下放时，始终位于钢套管底部位置，不会随钻杆2-6向下移动，从而使得导向孔钻进时导向更为精准。在内盘2-2与钻杆2-6采用可滑动连接时，钻杆2-6底部设置的套筒2-7还起到防止内盘2-2从钻杆2-6上滑出的作用。

上述钻孔导向器，即为第一导向器2，应用于下述斜向嵌岩桩钻进成孔施工，该施工工程中嵌岩桩的嵌岩深度达18m，部分嵌岩桩斜度达5:1，采用一台反循环回旋钻机进行施工作业。

其中钢套管3的内径为1.8m。

配备三种钻头，第一钻头1的直径为1.8m，用于钢套管3内钻进；第二钻头4的直径为1m，用于钻进导向孔；第三钻头6的直径为1.6m，与设计嵌岩桩直径一致。

配备三种导向器，第一导向器2的直径与钢套管3的内径一致，每隔8m布置一个；第二导向器5的直径与第二钻头4的直径一致，均为1m，第二导向器5长度为2.4m，第三导向器7的直径为1m，长度为0.8m，第二导向器5和第三导向器7均用于导向孔中导向。

应用第一导向器2进行斜向嵌岩桩钻进成孔的步骤如下：

1）嵌岩桩有钢套管部分的钻进：

如图4所示，在钢套管3内部设置第一导向器2和第一钻头1，在钢套管3和第一导向器2的导向作用下，对嵌岩桩有钢套管部分进行钻孔。

其中第一导向器2的钻杆2-6与第一钻头1相连接，也可根据实际需要，将钻杆2-6与其他连接钻杆进行螺纹连接后再与第一钻头1相连接，以适应不同长度需求。

第一钻头1采用三翼刮刀钻头。

2）无钢套管嵌岩段导向孔的钻进：

如图5所示，将第一钻头1更换为第二钻头4，并在第二钻头4的后端连接有第二导向器5，在第二导向器5和第一导向器2的共同导向作用下，对无钢套管嵌岩段进行导向孔钻进，使得钻进过程中第二钻头4始终沿直线方向前进；钻进过程中，第一导向器2始终位于钢套管3内部，第二导向器5逐渐进入导向孔中，导向孔的钻进深度大于设计嵌岩深度。

其中导向孔的直径为1m，第二导向器5的钻杆与第一导向器2的钻杆2-6相连接，钢套管3内设置两个第一导向器2，两个第一导向器2通过钻杆2-6进行螺纹连接。

第二钻头4采用刮刀钻头。

导向孔的钻进过程可以一次施工完成，优选的，为减少第二钻头4的偏移量，导向孔的钻进过程分两次施工，第一次钻10m，剩余长度第二次钻进完成。

3）无钢套管嵌岩段最终成孔的钻进

如图6所示，导向孔钻进完成后，将第二钻头4更换为第三钻头6，并在第三钻头6前端连接有第三导向器7，并在第三导向器7和第一导向器2的共同导向作用下，进行最终的成孔(直径为1.6m)钻进。在最终的成孔钻进过程中，第三导向器7始终保持在导向孔中，第一导向器2始终位于钢套管3的内部，使得在第三导向器7和第一导向器2的共同导向和限位作用下，保证最终成孔钻进的顺直度。

最终成孔的直径为1.6m。

第三钻头6采用刮刀钻头。

第三钻头6通过连接钻杆与钻杆2-6相连接，钢套管3内设置两个第一导向器2，两个第一导向器2通过钻杆2-6进行螺纹连接。

上述步骤1）、步骤2）和步骤3）的钻进过程均采用反循环回旋钻进工艺。

反循环回旋钻进工艺是利用回旋钻机旋转加压，使钻头前端设置的刮刀或牙轮破碎与之接触的岩面，再利用泵机将破碎岩面产生的石块或石粉从中空的钻杆中吸出，钻进过程要一直向孔内补充清水使孔内液面保持在较高水位，使孔内保持一定的水压以保持孔壁稳定。在反循环钻进过程中，第一导向器2的泄水孔的设计可以使从桩顶补充的清水快速进入孔底，保证孔底水量充足。

优选的，钢套管3内部的第一导向器2的布置数量和间距可根据具体钻进情况进行调整，第一导向器2之间既可以采用等间距布置，也可采用非等间距布置。相邻的第一导向器2通过钻杆进行螺纹连接。

在上述钻进成孔的工艺过程中，由于第一导向器2的外盘2-1和内盘2-2之间设置轴承2-3，使得外盘2-1不会跟着钻杆2-3旋转，从而防止旋转时外盘2-1与钢套管3不断摩擦而造成外盘2-1的严重磨损，进而保证第一导向器2不会因外盘2-1的严重磨损而失去限位导向作用。

优选的，在第一导向器2的外盘2-1的上端和下端均设置倒角，以防止导向器下放和上提时被卡住。

在上述钻进成孔的工艺过程中，第一导向器2的内盘2-2与钻杆2-6可采用焊接固定，也可采用可滑动连接方式，采用可滑动连接时，内盘2-2套设在钻杆2-6上，并且内盘2-2的内径与钻杆2-6的外径之间留有2mm空隙，使得外盘2-1、内盘2-2和轴承2-3构成的整体（称之为导向盘）可以沿钻杆2-6的轴向自由移动，从而保证导向盘在钢套管3中下放时，始终位于钢套管3底部位置，不会随钻杆2-6向下移动，从而使得导向孔钻进时导向更为精准。

本实施例在进行嵌岩桩有钢套管部分的钻进时，通过将钢套管3对第一导向器2的导向限位以及钢套管3对第一钻头1的导向限位相结合，对第一钻头1的钻进进行共同导向，可保证钻进过程中钻头斜率和钢套管斜率一致，另外钢套管3还起到护壁作用；在进行导向孔（直径1m）钻进时，通过将第二导向器5的导向限位和钢套管3对第一导向器2的限位相结合，对第二钻头4的钻进进行共同导向，可保证钻头斜率和钻孔中心位置与设计值一致；在最终成孔（直径为1.6m）钻进时，通过使第三导向器7始终保持在导向孔中，使得导向孔对第三导向器7起到很好地限位作用，再结合钢套管3对第一导向器2的限位作用，最终对第三钻头6的钻进过程起到较好的导向作用，能够保证最终成孔钻进的顺直度，另外由于第三导向器7设置在第三钻头6的前端，因此在之前进行导向孔钻进时，导向孔的钻进深度要大于设计嵌岩深度1m，以确保第三钻头6所钻进的最终成孔的钻进深度能达到设计值。

本实施例中导向孔主要起到导向和限位的作用，防止钻头在钻进斜桩过程中受重力作用影响导致成孔向重力方向倾斜成弧线，从而避免引发卡锤、钢筋笼无法下放、嵌岩桩承载力下降等问题。

本实施例的钻进成孔工艺采用清水反循环，反循环清孔后基本无沉渣，清渣效果较好，相较于使用泥浆进行反循环，更利于施工现场的环境保护；成孔后，孔壁光滑完整，顺直度高，斜率控制好，便于下钢筋笼过程顺利进行。在反循环清孔过程中。通过第一导向器2的多个泄水孔2-5，使得从桩顶补充的清水快速顺利地进入孔底，始终保持孔底水量充足，进而保证了清孔吸渣顺利进行。

在钻进过程中，根据钻孔深度进行钻机转速调整，具体为：在钻头即将出钢套管3的底部时减慢转速，防止转速过快造成孔壁不稳发生塌孔、卡锤等事故；钻头入岩4m以上且孔壁稳定的情况下可提高转速加快钻进效率；基岩较完整孔壁稳定的情况下可提高转速，基岩破碎裂隙较发育孔壁不稳定的情况下应降低转速，防止孔壁坍塌。

钻进过程如遇钻进困难可采取增加配重或更换钻头的措施：

1、增加配重，需要增加配重时将焊接了配重块的钻杆连接到普通钻杆上即可。增加配重的重力通过钻头传递到岩面，相当于钻头对岩面的一个加压，适当加压可提高钻进效率。

2、替换钻头，本工艺配置了两种类型的钻头，一种为刮刀钻头，另一种为滚刀钻头，刮刀钻头对岩层的破碎主要是通过钻头前端布置的刮刀对岩层进行切割，刮刀钻头的钻进效率高，适用于强度较低的岩层；对于强度较高刮刀钻头难以切割的岩层，采用滚刀钻头进行钻进，滚刀钻头对岩层的破碎主要是通过钻头前端布置的牙轮对岩层的进行研磨，滚刀钻头钻进效率较低，但是能将强度较大的岩层磨碎。

钻进过程中如果遇到呈斜坡状的基岩面，会导致施工不利，容易导致钻头在钻进过程中偏移中轴线、岩面破碎发生扩孔、甚至钢护筒下沉等情况。因此在遇到斜坡状的基岩面时，可减小钻压、降低钻机转速，待斜坡状基岩面磨平后再继续施工。

本实施例的钻进成孔工艺，利用导向孔和钢套管的导向限位，并配合第一导向器、第二导向器和第三导向器的使用，能够很好地保证斜向嵌岩桩施工中钻头斜率与钢套管斜率保持一致，提高了成孔质量,使孔壁光滑完整、顺直度高，满足施工要求，提高了施工效率。

以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。