權(quán)利要求書： 1.一種適用于高充填度溶洞的注漿鉆頭，注漿鉆頭采用無心復(fù)合片鑄造，其結(jié)構(gòu)包括頭部、本體和尾部，在本體表面設(shè)有螺旋排屑槽(3)，其特征在于，還包括刮刀(1)和注漿孔道(2)；

鉆頭頭部設(shè)有刮刀(1)；

鉆頭頭部還設(shè)有注漿孔道(2)，設(shè)置在注漿鉆頭內(nèi)部以實(shí)現(xiàn)注漿功能。

2.如權(quán)利要求1所述的注漿鉆頭，其特征是，所述注漿孔道(2)分布在鉆頭直徑剖面上，左中右共有三個(gè)注漿孔道(2)且在一線上，垂直于軸線。

3.如權(quán)利要求2所述的注漿鉆頭，其特征是，所述的刮刀(1)對(duì)稱分布于鉆頭兩側(cè)，位于注漿孔道(2)的兩側(cè)，且以三個(gè)注漿孔道(2)所在面呈對(duì)稱分布。

4.如權(quán)利要求1所述的注漿鉆頭，其特征是，所述的螺旋排屑槽(3)起始于刮刀(1)即起始于結(jié)構(gòu)頭部，螺旋上升至結(jié)構(gòu)尾部，分布于本體；

共有兩個(gè)螺旋排屑槽(3)。

說明書： 一種適用于高充填度溶洞的注漿鉆頭技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本實(shí)用新型涉及一種土木工程領(lǐng)域內(nèi)使用的鉆孔注漿施工裝置。背景技術(shù)[0002] 在我國部分城市地區(qū)，巖土層軟硬不均，變化較大，局部有破碎帶，其裂隙發(fā)育段和破碎段含有裂隙水，在地下水的作用下極易產(chǎn)生巖溶現(xiàn)象，形成地下溶洞，施工過程中易

造成上覆土體坍塌，給城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)帶來諸多問題。

[0003] 目前，在現(xiàn)有的施工措施中，一般采用鉆孔注漿加固的手段進(jìn)行處理。其中小型一體式注漿鉆機(jī)因體型小巧方便運(yùn)輸，裝置成本低等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于注漿充填加固施工

中。然而對(duì)于高充填度溶洞，在鉆孔過程中巖渣無法下落，積聚于鉆壁與孔壁之間，增加了

鉆壁間不必要的摩擦，會(huì)對(duì)鉆頭造成劇烈磨損，甚至破環(huán)，減少設(shè)備的服役壽命，同時(shí)由于

小型化一體式注漿鉆機(jī)自重小，極大可能會(huì)出現(xiàn)卡鉆情況，不僅耗時(shí)費(fèi)工，而且對(duì)工程整體

的安全性和經(jīng)濟(jì)性造成影響，因此亟需針對(duì)上述問題研發(fā)一種適用于高充填度溶洞的注漿

鉆頭。

發(fā)明內(nèi)容[0004] 本實(shí)用新型發(fā)明基于現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過在鉆頭上設(shè)置與地層條件相適應(yīng)的排屑槽，該設(shè)計(jì)可以使鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的巖渣通過排屑槽向上排出，減少巖渣在鉆壁周圍的

堆積現(xiàn)象。

[0005] 進(jìn)一步創(chuàng)新，排屑槽的螺旋角、螺距、直徑等設(shè)計(jì)參數(shù)可以根據(jù)計(jì)算公式考慮相應(yīng)的地層參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)一種適用于高充填度溶洞的注漿鉆頭。

[0006] 本實(shí)用新型的目的可通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：[0007] 一種適用于高充填度溶洞的注漿鉆頭，注漿鉆頭采用無心復(fù)合片鑄造，其結(jié)構(gòu)包括頭部、本體和尾部，考慮鉆進(jìn)效果在本體表面設(shè)有螺旋排屑槽(3)，其特征在于，還包括刮

刀(1)和注漿孔道(2)；鉆頭頭部設(shè)有刮刀(1)；鉆頭頭部還設(shè)有注漿孔道(2)，設(shè)置在注漿鉆

頭內(nèi)部以實(shí)現(xiàn)注漿功能。

[0008] 所述注漿孔道(2)分布在鉆頭直徑剖面上，左中右共有三個(gè)注漿孔道(2)且在一線上，垂直于軸線。所述的刮刀(1)對(duì)稱分布于鉆頭兩側(cè)，位于注漿孔道(2)的兩側(cè)，且以三

個(gè)注漿孔道(2)所在面呈對(duì)稱分布。

[0009] 所述的螺旋排屑槽(3)起始于刮刀(1)即起始于結(jié)構(gòu)頭部，螺旋上升至結(jié)構(gòu)尾部，分布于本體；共有兩個(gè)螺旋排屑槽(3)。

[0010] 考慮鉆進(jìn)效率和施工質(zhì)量，刮刀(1)所在的頭部直徑略大于尾部直徑。[0011] 所述的螺旋排屑槽(3)的主要參數(shù)為螺旋角、螺距及直徑，設(shè)計(jì)時(shí)可以通過公式計(jì)算使上述參數(shù)與相應(yīng)地層條件相匹配，以提高施工效率。

[0012] 所述的螺旋排屑槽(3)的螺旋角設(shè)置可以考慮目標(biāo)地層密度，根據(jù)鉆屑重力、排屑槽摩擦力、孔壁阻力、浮力作用和水阻力作用，計(jì)算其螺旋角，以增加其在相應(yīng)地層的排屑

效率，計(jì)算公式為：

[0013][0014][0015][0016] 式中，g為重力加速度，單位為m/s；k1為鉆屑在泥漿中的阻力系數(shù)；ω為注漿鉆頭的角速度；R為注漿鉆頭的半徑；ρ泥漿為泥漿的密度；ρ鉆屑為鉆屑的密度；f1為鉆屑與孔壁之間

的滑動(dòng)摩擦系數(shù)；f2為鉆屑與排屑槽之間的摩擦系數(shù)；α為螺旋排屑槽的螺旋角。

[0017] 所述的螺旋排屑槽(3)螺距設(shè)置需考慮相應(yīng)的地層軟硬系數(shù)，計(jì)算公式為：[0018] s＝k2R[0019] 式中，s為螺旋槽的螺距；k2為地層軟硬系數(shù)。[0020] 所述的螺旋排屑槽直徑可以考慮巖土層巖渣尺寸，計(jì)算公式為為：[0021] k3d鉆屑團(tuán)＜r＜k4R[0022] 式中，r為螺旋排屑槽的直徑；k3為富余度，使得鉆削團(tuán)顆?？梢赃m當(dāng)通過；k4為控制系數(shù)，防止排屑槽過大，影響鉆頭強(qiáng)度和注漿效果；d鉆屑團(tuán)為鉆屑團(tuán)的平均直徑。

[0023] 本實(shí)用新型的有益效果：注漿鉆頭在鉆進(jìn)過程時(shí)會(huì)產(chǎn)生的大量鉆屑，對(duì)于高充填度巖溶地區(qū)，在鉆孔過程中巖渣無法下落，積聚于鉆壁與孔壁之間，增加了鉆壁間不必要的

摩擦，會(huì)對(duì)鉆頭造成劇烈磨損，此時(shí)利用本實(shí)用新型，鉆屑會(huì)隨著設(shè)置的與地層特性相適應(yīng)

的兩條排屑槽帶出，且排屑槽的設(shè)置可以考慮相應(yīng)地層密度、軟硬程度及地層巖渣尺寸，針

對(duì)性的調(diào)整螺旋角、螺距及直徑，得到與目標(biāo)地層相適應(yīng)的鉆頭，有效的減少了鉆注漿一體

化鉆機(jī)鉆頭的磨損，提高了鉆頭的使用壽命，并且卡鉆現(xiàn)象發(fā)生頻率大幅降低，鉆孔施工效

率和鉆孔質(zhì)量有明顯改善，同時(shí)鉆進(jìn)過程中鉆頭得到很大程度上的保護(hù)，其注漿效果也有

了進(jìn)一步的提高。

附圖說明[0024] 圖1是該實(shí)用新型西南等軸測(cè)圖[0025] 圖2為該實(shí)用新型俯視圖[0026] 圖3為該實(shí)用新型正視圖[0027] 附圖標(biāo)號(hào)說明：[0028] 1為刮刀；2為注漿孔道；3為螺旋排屑槽。具體實(shí)施方式[0029] 為了便于理解本實(shí)用新型，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行更全面的描述。

[0030] 本實(shí)施例以一個(gè)高充填度溶洞的鉆孔注漿為背景，處理范圍地層為中風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r，區(qū)間內(nèi)巖溶高度發(fā)育，溶洞平均充填率達(dá)75％，可定義為高充填度溶洞，充填物主要為

軟塑～可塑狀黏土及粉質(zhì)粘土，局部夾泥質(zhì)灰?guī)r碎塊。本工程擬采用半徑為50mm的注漿鉆

孔一體式鉆機(jī)進(jìn)行施工，具體步驟如下：

[0031] 如圖1所示，該適用于高充填度溶洞的注漿鉆頭，包括刮刀1，注漿孔道2和排屑槽3，注漿鉆頭采用無心復(fù)合片鑄造，鉆頭部分設(shè)有刮刀1，注漿孔道2設(shè)置在注漿鉆頭內(nèi)部以

實(shí)現(xiàn)注漿功能，考慮鉆進(jìn)效果在其表面設(shè)有螺旋排屑槽3。

[0032] 如圖2所示，刮刀1對(duì)稱分布于鉆頭兩側(cè)，關(guān)于中間的注漿孔道2對(duì)稱分布，共有三個(gè)注漿孔道2，每個(gè)注漿孔道2直徑為8mm。

[0033] 如圖3所示，螺旋排屑槽3起始于刮刀1結(jié)構(gòu)尾部，螺旋上升至注漿鉆頭尾部，分布于兩刮刀1尾部，共有兩個(gè)螺旋排屑槽3，并且考慮鉆進(jìn)效率和施工質(zhì)量，刮刀1結(jié)構(gòu)部位直

徑略大于鉆頭尾部直徑。

[0034] 螺旋排屑槽3，其螺旋角設(shè)置考慮目標(biāo)地層密度，根據(jù)鉆屑重力、排屑槽摩擦力、孔壁阻力、浮力作用和水阻力作用，計(jì)算其螺旋角，計(jì)算公式為：

[0035][0036][0037][0038] 式中，取g＝9.8m2；k1＝1.2；ω＝20/3rad/s；R＝0.05m；ρ泥漿＝1.03g/cm3；ρ鉆屑＝3

2.49g/cm；f1＝0.3；f2＝0.45

[0039] 計(jì)算得到α＝42.4°。[0040] 螺旋排屑槽3，其螺距設(shè)置考慮地層軟硬系數(shù)，計(jì)算其螺距，計(jì)算公式為：[0041] s＝k2R[0042] 式中，取k2＝0.9[0043] 得到s＝45mm。[0044] 螺旋排屑槽3，其直徑設(shè)置考慮巖土層巖渣尺寸，計(jì)算公式為：[0045] k3d鉆屑＜r＜k4R[0046] 計(jì)算結(jié)果為：r＝8mm。