刍议非开挖市政道路施工钻孔组合型多级破岩钻头设计

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1、当议非开挖市政道路施工钻孔组合型多级破岩钻头设计朱鎏鎏正中路桥建设发展有限公司江苏昆山215300［摘要］经过对钻头破岩过程及多级破岩钻头设计思路的研究，设计了用于非开挖市政道路施工的组合型多级破岩钻头，而且这种钻头在实际应用中取得了显著的效果，尤其适用于大卵砾石的钻削，为市政道路施工的干法气力输送提供技术支持。［关键词】非开挖；钻孔组合型；多级破岩钻头；设计非开挖型道路施工实际上就是在不对地面进行开挖的情况下进行铺设、修复等工序的施工技术，还可以运用在更换地下光缆及管道的施工上。这项技术不仅可以有效的缩短施工周期，而且还兵有成木低、安全性高等优势，因此

2、在市政道路的建设中得到了广泛的使用。随着科技的不断进步与发展，我国的非开挖市政道路施工技术及设备也得到了快速的发展，而且正逐渐向自动化迈进。但是大部分非开挖市政道路施工建设过程中，都需要使用到成木较高、占地面积巨大的设备，而且在排泥方面统称采用高压性水泥浆系统，运用该系统不仅增加了能源的需求量，还无法对泥浆水进行有效的分离，为施工周边的环境造成较重的污染。因此，设计研制钻孔组合型多级破岩钻头，并将其应用在市政道路施工中，是具有很高实际价值的。一、钻头破岩的过程及多级破岩钻头的设计思路通过不断的试验研究得知，钻头在进行破岩时根据不同程度可分为五个过程。(1

3、)岩石弹性形变在此过程中，钻头刚接触到岩石，还没有形成较大的压力，岩石内部没有压实，如果撤掉此时钻头的压力，钻石可恢复原有状态，因此该过程为岩石的弹性形变。(2)岩石塑性形变随着钻头压力的不断增大，岩石内部的紧实程度逐渐增大。在岩石与钻头接触的表面下方，由于应力波的存在，会产生一定范围的弹性形变区，与此冋吋岩石与钻头的接触面会上升细微的裂纹，这些裂纹随着压力的增人会逐渐延伸，以此促进岩石的破碎。(1)岩石发生破碎应力波会产生一定的冲击力，对钻头以及接触面都会形成冲击力，而且在压力的影响下，冲击的功率逐渐扩大，岩石的塑性形变程度也得到相应的扩大。当钻头对岩

4、石的压力超过岩石所能承受的极限吋，岩石会发生不规则破碎，冋吋产生破碎坑，此吋的应力波并不会消失，而是沿着破碎坑的表面进行传播，破碎坑内的裂纹会持续蔓延。如果破碎坑内的裂纹出现相交的现象是，裂纹的蔓延速度会得到成倍的增加。(2)岩石拉伸破碎在冲击波衰退以后，相应的压应力也会逐渐减小，为岩石内积攒的能量提供了释放的条件，从而产生岩石的拉伸力。通常情况下，岩石的抗拉强度很低，因此岩石更容易在拉伸力的作用下发生破碎。这也是钻头破碎岩石的重要特征。(3)岩石剪切破碎在钻头不断扭转的影响下，岩石还会受到相应的剪切力，从而出现不冋程度的裂纹和缝隙，完成岩石的破碎。钻头

5、的实际转速可以通过计算得出，技术公式为：公式中：n表示钻头的实际钻速(r/min);V(t)表示发生破碎的岩石体积(m3);S表示井底中岩石的总面积(m2);T表示钻岩过程的总吋间。(二)多级破岩钻头的设计思路为了满足硬度较大地质的非开挖施工钻孔，通过不断的研究，设计和研制出一种新型组合多级破岩钻头。结构上选取较为稳固的盘式结构，并且在结构上还需加设一些硬度较大的刀片和锥齿。两种不同的锥齿在钻孔的过程中，对岩石会产生较大的相互作用力，从而提高了钻孔的效率。二、多级破岩钻头的设计（一）钻头的结构设计将锥形作为主体结构的多级破岩钻头的结构如图1所示。这种钻头

6、主要由八种零件构成。定心钻头的安装位置是盘形结构的中央锥形孔，在安装完成以后需要将接触的位置进行焊接。在定心钻头的下部分装奋搅拌刀片和螺旋叶片，通常情况下搅拌刀片的数量为10片。在钻头的盘形结构上，装冇金刚石制成的刀片，数量为36个。钻头盘形结构上的破碎齿按照设计方案进行分部安装，在安装之前需要在盘形结构上钻孔，钻孔完毕以后将准备好的合金锥齿扣入钻孔当中。钻头锥形盘面在与刀盘焊接之前需要进行冲压处理，并且还要安装一定数量的切削齿。在设计定心钻头时，为了确保其具冇较高的导向性，在结构上通常选用圆弧刃，而且要保证圆弧刃的左右相互对称。为了输送钻孔产生的泥屑，

7、需要在钻头螺旋面上安装一定数量的断屑槽。对其气力的输送原理研究得知，输送的可靠性随着泥屑颗粒的减小而增大，因此断屑槽的设计和安装应尽量稠密，但不能超过规定的界限，否则会降低切削岩石的工作效率。在设计中，要将切削刃的长度统一控制在0.3cm以内，这是为了更好的控制泥屑颗粒的大小，如果颗粒过大会影响到气力输送；并II要保证断屑槽之间的犬牙交错，以此减少之间的干扰，便于泥屑的顺利排出。（二）工作机理非开挖钻孔施工阶段，定心钻头的前段会首先接触到石层，定心钻头会进行初步破碎岩石以及排出泥屑。随着钻头在石层中的不断深入，刀盘接触到石层，增加了接触面积，从而发挥出盘

8、形结构的优势，对石层进行大范围的击碎、磙碾作用。在刀片和破碎齿的协同作用下，钻孔