多工艺旋挖钻进技术研究

论文摘要

本文对旋挖钻进技术的发展过程、国内外发展现状以及目前存在的问题进行了分析和探讨,通过大量的研究和试验,多工艺旋挖钻进技术可以在各种土层、砂层、淤泥以及各种岩层中钻进,尤其是可以在一个钻孔中针对不同的地层,采用与之相适应的钻进工艺和配套的钻具进行多工艺旋挖钻进。达到最经济、最快捷、最环保的钻进目的,实现了高效节约环保的科学施工理念。这种技术方法,改变了过去传统的在一个钻孔中只用一种钻头和一种工艺的钻进方式。多工艺旋挖钻进技术工艺适应地层能力强,比传统的钻进工艺方法可以提高钻进速度2~4倍以上。钻具直径从0.5m～2.5m,可以用于施工各种类型的基础桩,不受工程类型和施工地域的限制。不需要泥浆循环,仅用泥浆护壁,使用泥浆少,不污染环境。既经济又环保。孔底沉渣少,孔壁受泥浆影响和冲刷小,钻孔质量优秀率高,能够满足各种类型的基桩要求。本文通过研究设计了针对不同的地层使用的旋挖钻具,共研究设计了四类十一个系列的旋挖钻具。针对不同的土层和含水量,可以使用不同结构的BSS、AGS型旋挖钻具。对于卵砾石地层,可以使用特殊结构的BSG型旋挖钻具。对于各种岩层,可以使用BSR、AGR型旋挖钻具,也可以使用CB或CBA型环状钻具。本文对四类钻具结构进行了详细的分析,对关键部件及结构进行了研究和设计。旋挖钻斗的开合机构进行了可靠的简化设计,对底盘结构采用了多种结构设计,针对不同地层采用不同结构,对螺旋钻头增加了托盘式加强装置设计,对用于冻土层钻进的螺旋钻头增加了限速定量切削装置。通过大量试验证明,这些结构的设计可靠合理,对于提高钻进速度,增加其使用寿命具有重要作用。本文特别研究设计了CBA型局部气举反循环钻具,对钻进所需的空气压力和压气量给出了计算公式。通过一系列的施工试验表明,该计算公式正确合理,钻进速度比采用其他旋挖钻具要提高2～4倍,在中风化砂岩中钻进,最高钻进速度达到1.83m/h,在微风化砂岩中,最高钻进速度达到0.8m/h。本文还对旋挖扩底钻进技术和钻具进行了研究设计,尤其是岩石扩底钻头的传扭装置设计、扩孔翼的箱式结构设计和底盘的单动结构设计,解决了岩石扩底过程中对钻头结构提出的强度设计难题。试验表明,该种钻具可以满足在各类地层中的施工要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 课题的背景及研究意义
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究历史及现状
• 1.2.1 国外研究历史与现状
• 1.2.1.1 国外研究历史
• 1.2.1.2 国外研究现状
• 1.2.1.3 国外旋挖钻机技术特点
• 1.2.2 国内研究历史与现状
• 1.3 国内外研究水平的比较
• 1.3.1 旋挖钻进设备存在的差别
• 1.3.2 旋挖钻进施工存在的问题
• 1.3.2.1 施工工艺不完善
• 1.3.2.2 施工器具的适应性较差
• 1.4 本文研究内容
• 1.4.1 旋挖钻具用切削齿的研究与选择
• 1.4.2 旋挖钻具结构参数的研究
• 2 切削齿种类及结构研究
• 2.1 切削齿的种类
• 2.2 铲齿
• 2.2.1 铲齿的失效形式及性能分析
• 2.2.2 铲齿的材质
• 2.2.3 铲齿的结构
• 2.3 截形齿
• 2.3.1 截齿的失效形式
• 2.3.2 截齿的材质
• 2.3.2.1 硬质合金
• 2.3.2.2 截齿刀体常用材质
• 2.3.2.3 截齿刀体生产过程中的热处理工艺
• 2.3.3 截齿的结构
• 3 旋挖钻斗的结构分析与设计
• 3.1 旋挖钻斗的主要技术参数
• 3.2 旋挖钻斗的原理及结构设计
• 3.2.1 旋挖钻斗的主要结构组成
• 3.2.2 旋挖钻斗的基本结构设计
• 3.2.2.1 BSS 型旋挖钻斗的设计分析
• 3.2.2.2 BSR 型旋挖钻斗的设计分析
• 3.2.2.3 BSG 型旋挖钻斗的设计分析
• 3.2.3 旋挖钻斗的基本结构选择
• 3.3 旋挖钻斗的试验结果分析
• 3.3.1 试验基本情况
• 3.3.2 试验结果分析
• 4 螺旋钻头的结构及参数设计
• 4.1 螺旋钻头的主要结构参数
• 4.2 螺旋钻头的原理及结构设计
• 4.2.1 螺旋钻头的基本原理
• 4.2.1.1 螺旋角的设计原则
• 4.2.1.2 螺旋钻进的工艺参数的确定
• 4.2.2 螺旋钻头的主要结构组成
• 4.2.3 螺旋钻头的基本结构设计
• 4.2.3.1 AGS 型螺旋钻头的设计分析
• 4.2.3.2 AGR 型螺旋钻头的设计分析
• 4.2.3.3 AGSR 型螺旋钻头的设计分析
• 4.2.4 螺旋钻头的基本结构的选择
• 4.3 试验结果分析
• 4.3.1 试验基本情况
• 4.3.2 试验结果分析
• 5 环状钻头的结构及参数设计
• 5.1 主要结构参数
• 5.2 CB 型环状钻头的原理及结构设计
• 5.2.1 环状钻头的原理
• 5.2.2 环状钻头的结构
• 5.3 CBA 型环状取心钻头
• 5.3.1 CBA 型环状钻头的原理
• 5.3.2 环状钻头的结构设计
• 5.4 环状钻头试验结果分析
• 5.4.1 CB 型环状钻头现场试验
• 5.4.2 CBA 型环状钻头现场试验
• 5.4.2.1 工地一试验
• 5.4.2.2 工地二试验
• 5.4.3 试验结果
• 6 扩底钻头的结构及参数设计
• 6.1 扩底钻头的结构参数
• 6.2 扩底钻头的原理及结构设计
• 6.2.1 扩底钻头的原理
• 6.2.2 扩底钻头的结构设计
• 6.2.2.1 MRR 型岩石扩底钻头的结构计算及设计
• 6.2.2.2 MRJ 型土层扩底钻头的结构设计
• 6.3 扩底钻头的试验结果分析
• 6.3.1 岩石扩底钻头试验基本情况
• 6.3.1.1 试验基本情况
• 6.3.1.2 试验结果分析
• 6.3.2 MRJ 型土层扩底钻头试验基本情况
• 6.3.2.1 试验基本情况
• 6.3.2.2 试验结果
• 6.3.3 试验结果分析
• 7 旋挖钻进工艺研究
• 7.1 松软地层钻进工艺的研究
• 7.1.1 不含地下水的松软地层工艺
• 7.1.2 含地下水的松软地层钻进工艺及参数
• 7.2 岩石层钻进工艺的研究
• 7.2.1 软岩钻进工艺及参数
• 7.2.2 硬岩钻进工艺及参数
• 7.3 复杂地层的钻进工艺
• 7.3.1 卵石层及卵砾石层的钻进工艺方法及钻进参数的确定
• 7.3.2 冻土层钻进工艺方法及及钻进参数的确定
• 7.4 本章小结
• 8 结论
• 8.1 在钻进工艺方面
• 8.2 在钻具结构方面
• 8.3 本研究的技术创新点
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢