1 问题的提出 随着国民经济的发展，大口径环状钻头在大坝、高层建筑、铁路、桥梁、码头和地质灾害治 理中得到了愈来愈广泛的应用。为了提高桩基的承载力，用环状钻头 施工的嵌岩桩的比例也不断上升。如广州地质勘察基础工程公司在苏丹港码头施工中，就需 要用φ1000 mm的取心钻头钻钢筋砼预制件。同一般岩心钻头一样，大口径环状钻头由钻头 体和切削具组成，切削具一般采用硬质合 金或金刚石复合片。环状钻头在钻进过程中的失效主要是由于切削具磨钝或损坏，但是钻头 体基本完好。在这种情况下，小口径钻头可运回车间用氧焊割去废切削具，再镶焊切削具以 重复利用钻头体，甚至整个钻头报废都不会造成太大的浪费。但是大口径环状钻头的钻头体 运输、加工都很困难，成本也很高。尤其是在使用金刚石复合片切削具时，氧焊的高温会降 低复合片的硬度和耐磨性。因此，如何保证大口径环状钻头的钻头体能够重复利用，己成为 国内外钻探工程界关注的课题。 目前钻探工程界常用的方法有：(1)丝扣联接法。即将切削具镶焊在一个下环状体上，然后 将此下环状体与钻头体用丝扣联接，在现场只需装卸镶有切削具的下环状体。这种方法简单 但有很大的弊病，因为大口径钻头钻进时，孔底扭矩很大，极易产生丝扣咬死现象，而下环 状 体高度有限，即使用拧管器械也很难拧开丝扣，常常无法实现下环状体的更换。(2)螺栓联 接法。即下环状体与钻头体之间套接，并用4～6个螺栓固定。该型式在施工现场的装卸比较 方便，但由于钻进扭矩很大，螺栓易变形；而且由于岩心和岩屑的磨蚀作用，螺栓和螺母易 损坏，从而导致螺栓无法卸开。 基于此，有必要开发新型可拆卸式大口径环状钻头，该钻头需满足如下要求：在大口径 钻 进中，钻头的拆卸和安装工作应尽量方便；能避免岩心和岩屑对组合件的磨蚀作用。 2 新型组合式大口径环状钻头的结构及工作原理 笔者在俄罗斯国立图拉地质研究所访问时，看到一种新型组合式大口径环状钻头，笔者认 为，这种钻头结构设计新颖合理，在现场拆卸安装方便，具有推广价值，现介绍如下。 2.1 切削具的形状设计 切削具示意图见图l。凸肩（2）使切削具不因自重而脱落，并且部分传递轴向压 力，上斜锥 面（l）与外压环相配合，支撑杆（3）为对扁的圆柱体，切削头(5)镶焊在镶嵌槽(4)内。 图1 切削具示意图 1—斜锥面；2—凸肩；3—支撑杆；4—镶嵌槽；5—切削头 2.2 钻头体上装配和插接槽孔的形状设计 其示意图见图2。切削具装配时，将其插入插孔(8)内，然后旋转90°使斜锥面(2)朝外，同 时 使凸肩(5)到位，放置外压环(3)，再将钻头体(4)与岩心管(1)旋紧，压紧外压环，从而固定 切削具。插孔端部铣有横向通槽，其宽度与切削具凸肩的直径相配合，这使得凸肩得以旋入 固紧。我们注意到，此钻头体与岩心管之间的大口径螺纹加工规整，外压环在 加 工时留 有余量，这使得螺纹即使在大扭矩作用下也不会产生咬死现象，这样拆卸切削具时就相对比 较方便。 图2 钻头体装配及插接槽孔 1—岩心管；2—斜锥面；3—外压环；4—钻头体；5—凸肩；6—切削具支撑杆；7—切削头 ；8—插孔 2.3 工作原理 切削具必须在3个方向加工定位，即钻具轴向、径向和圆周方向。当岩心管旋紧时，下压 外压环，使其内锥面与切削具支撑杆上的斜锥面紧密配合，这一方面能限制切 削具支撑杆的 旋转，另一方面传递轴压。此时凸肩固定于插孔的横向通槽内，可防止切削具的脱落。插孔 及切削具支撑杆上部的斜锥面可以在径向和环状圆周方向上给切削具定位。钻头体上插孔 均匀分布，一般有8～16个，具体数目可视岩石可钻性和钻头口径而定。 2.4 技术关键 (1)各个切削具支撑杆的加工必须非常精确，以避免切削具的松动现象；(2)外压环与支 撑杆的斜锥面必须配合紧密，否则会出现切削具转动现象；(3)外压环的内锥面及高度在设计 时要留有一定的余量，使岩心管拧紧时能够确实起到压紧切削具支撑杆的作用，同时也能够 防止钻头体大口径丝扣咬死的现象。 3 结论 (1)该钻头结构构思巧妙、拆装简单，优于目前国内常用的螺纹联接和螺栓联接结构 ，可 以大大减少钻头体的消耗，降低成本，并且方便现场使用，但它对钻头体及切削具支撑杆的 加工要求较高。(2)该钻头结构已在俄罗斯大口径岩心钻探中实际应用，效果良好，值得国内钻探界 借鉴。
