[发明专利]液压式超声波振动拔管机及其使用方法

说明书

本发明涉及液压式超声波振动拔管机，包括超声波振动装置、液压给进机构和液压控制箱；所述液压给进机构包括底座、液压油缸和固定横梁，所述底座固定在地面上，所述超声波振动装置固装在底座中部，所述液压油缸位于超声波振动装置两侧，液压油缸内设有液压顶管，所述液压顶管顶部与固定横梁固装；所述固定横梁中部设有倒锥形卡槽，所述倒锥形卡槽内安装有匹配的倒锥形卡盘；所述超声波振动装置为中空圆柱状，使用时待拔起的套管穿过超声波振动装置和倒锥形卡盘；还包括使用上述液压式超声波振动拔管机的拔管方法。本发明利用振动装置所产生的激振力使套管周围的土壤摩擦阻力明显下降，从而提高拔管效率。

技术领域

本发明属于勘探设备技术领域，用于地质勘探、隧道掘进、工程勘察等领域，特别涉及一种液压式超声波振动拔管机及其使用方法。

背景技术

交通是国民经济中具有基础性、先导性、战略性的产业，目前国家综合立体交通网以“八纵八横”高速铁路主通道为主骨架已完成，远景规划，“全国123出行交通圈”（都市区1小时通勤、城市群2小时通达、全国主要城市3小时覆盖），建成交通强国。高速铁路及城市轨道交通基础设施的蓬勃发展对地质勘察提出更高要求，基础建设范围从黏性土、砂性土扩展到冻土、软土、湿陷性黄土、膨胀土等。人类在油气、资源勘探和基础设施建设中钻孔的深度越来越深，套管跟进深度越来越大，套管起拔和回收利用的难度也越来越高，如遇冻土、粉细砂或存在负摩阻力的土层，套管起拔难度系数几何倍加大。以多年冻土地区钻探进行说明，在厚层的冻结的砂砾状风化岩层中进行深孔钻进时，将套管及时跟进。下套管起到孔壁保护作用，但冻土地区钻探套管极易冻在孔内，不易取出，过夜后套管基本无法实现取出，其是亟待解决的技术难题；对于已经冻在孔内的套管，常规做法向孔内灌热水，使之融化，再以重锤震动反打，但涨入孔内热水将使土温复原时间延长，对于需要进行地温观测的钻孔，及冻土的原状岩芯扰动非常大，失去其研究价值。粉细砂地层、海上钻探等都经常出现套管无法起拔，不得已留置原孔位，浪费经济成本，并给后期桩基施工带来巨大的隐患，此处不一一举例。因此研发液压式超声波振动拔管机势在必行，为地质勘察套管起拔提供解决方法，解决套管起拔的技术难题。

液压拔管机是岩土钻掘工程中钻机的配套辅助设备，适用于地质勘探孔、灌注桩、旋喷钻进、锚索孔等采用跟管钻进工艺施工的工程，用于起拔钻孔护壁套管和钻杆，也可用于各类钻具事故处理中起拔套管和钻杆，但是在土体摩擦阻力大的地区使用时拔管效率依旧不高。

声波振动研究，教授D.D.Barkan首先提出声波（15~120Hz）钻进是传统钻进方法钻进速度的3~20倍，开发了一种地面振动器“VIRODRILLING”系统，靠振动作用钻进土层。超声波振动（频率20000Hz）利用共振效应，即超声波振动使得土体受到合理地共振，周期性的激振力作用于土体致使内部快速产生液化，利用振动与钻柱的自然谐振频率叠合产生共振，此时钻柱的作用就像飞轮或弹簧把能量传给周围土体，使钻柱的柱身以切削、剪切、断裂的方式排开其前进路径上的物质，引起周围土粒液化让钻进容易。然而目前还未有超声波振动在拔管作业方面的具体应用。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题提供一种液压式超声波振动拔管机及其使用方法，利用振动装置所产生的激振力使套管周围的土壤摩擦阻力明显下降，从而提高拔管效率。

本发明包括如下技术方案：

一种液压式超声波振动拔管机，包括超声波振动装置、液压给进机构和液压控制箱；所述液压给进机构包括底座、液压油缸和固定横梁，所述底座固定在地面上，所述超声波振动装置固装在底座中部，所述液压油缸位于超声波振动装置两侧，液压油缸内设有液压顶管，所述液压顶管顶部与固定横梁固装；所述固定横梁中部设有倒锥形卡槽，所述倒锥形卡槽内安装有匹配的倒锥形卡盘；所述超声波振动装置为中空圆柱状，使用时待拔起的套管穿过超声波振动装置和倒锥形卡盘。