徐海良， 周永兴， 徐 聪， 赵宏强， 徐绍军

(中南大学 机电工程学院，长沙 410083)

随着经济的持续发展、人口的迅速增长以及城市化进程的不断加快，地下管线的直径要求也越来越大，对大直径扩孔设备的需求也日益迫切[1]。水平定向钻机非开挖施工时，考虑到采用单个大直径扩孔气动冲击器在岩石、卵砾石等复杂地层中施工存在制造和安装困难的问题，项目组设计了一种采用三个或者三个以上的小直径独立冲击器集束在一起，组合成大直径的扩孔气动设备──集束式扩孔气动冲击器[2]。其外径为500 mm，能够实现大直径管线扩孔要求，在一定范围内当孔路直径增加时，只需增加冲击器个数来增大集束式扩孔气动冲击器的直径，实现大直径扩孔。目前对非开挖气动冲击器的研究主要集中在小直径气动冲击器的结构设计上。其中，张志兵等[3-5]运用空气动力学理论，对冲击器工作过程进行了数值计算分析，得到了冲击器运动特性；王四一等[6-7]对冲击器活塞作了大量研究，通过优化方法，选择合适的活塞质量使得冲击器的工作效率得到提高；李彦明[8]对气动冲击器的系统参数进行了大量的研究。大直径的非开挖气动冲击器研究较少，在非开挖施工时，经常会出现岩屑堵死孔路现象，对于孔眼净化，排屑能力缺乏研究。本文通过对集束式扩孔气动冲击器排屑流场进行研究，为其施工应用提供理论基础。

1 排屑流场模型

集束式扩孔气动冲击器结构，如图1所示。……