CN104343383A - 一种用于土遗址的钻孔装置 - Google Patents

Abstract

一种用于土遗址的钻孔装置，底板通过两组底板滚轮安放在滑道的上表面。底板上固定有一对圆导轨，电机安装板通过滑块安装在所述圆导轨上。减速电机固定在电机安装板上，旋转接头套装在该减速电机的输出轴上，连接套的一端通过法兰与旋转接头固接，该连接套的另一端与钻杆的一端通过螺纹套接。钻杆的另一端与钻连接。所述钻杆、圆导轨和滑道三者之间相互平行。本发明随着钻筒在土遗址中的不断深入，套装在钻杆上的钻杆护套随着钻杆深入到土体中，并通过钻杆支撑架支撑在土体上，且钻杆护套能够随着钻杆继续在土体中前进，起到防止钻孔过程中钻杆的摆动，保证了钻孔精度并且安全可靠，并且具有方便快捷、工作效率高的特点。

Description

一种用于土遗址的钻孔装置

技术领域

本发明涉及古代土遗址保护领域，具体是一种适用于土遗址锚杆加固的钻孔装置。

背景技术

土遗址是指主要建筑材料以土为主的古遗址，我国西北地区遗存许多古代土建筑遗址，如陕西西安唐皇城墙含光门土遗址、甘肃秦安县的大地湾人类居住遗址、西夏王陵土遗址等。这些土建筑遗址历史悠久，有些已被列入世界文化遗产，具有很高的考古学和历史价值。由于年代久远，古代土遗址土体松散、强度低、孔隙率大，大部分都产生严重的开裂，最终导致坍塌破坏。目前，锚杆锚固技术是加固土遗址的重要方法，可以有效地提高土遗址的稳定性。但是，由于土自身的物理、力学性质和建造工艺决定了土遗址的脆弱性，因而针对土遗址的锚固钻孔需要综合考虑较多因素，必须依据不同的土遗址工程对象的施工情况选择适宜的钻孔装置。

目前现有的锚杆钻机一般分为四种：气动锚杆钻机、单体液压锚杆钻机、电动锚杆钻机和机载锚杆钻机。气动锚杆钻机按破岩方式不同分为冲击式和旋转式，该类钻机主要缺点是需要压缩空气管路和气源，当压力较小时钻孔效率低。单体液压锚杆钻机分为单体滑道型和手持型，虽然单体滑道型钻孔效率高，自带动力源，但是重量大，移动费力；手持型操作简单及重量轻，但钻孔行程短；电动锚杆钻机能耗低、高效率，但受电机重量限制而功率较小。机载锚杆钻机结构庞大，影响掘进视线。

在公开号为CN102003138A的发明专利申请中，公开了一种在混凝土上进行高精度垂直钻孔的钻孔装置。该钻孔装置包括钻头和钻杆，在钻头和钻杆之间自下而上的依次连接有扩孔器、岩心管和变径接头，和钻杆上套装有扶正器，钻杆的顶端通过钻杆接头与主动钻杆相连接。该装置以液压机作为动力源，适于在混凝土上等坚硬材质上钻取深度较小的垂直孔。

虽然已有的锚杆钻机很多，但是针对土遗址锚杆钻孔的装置却未见研究。因此，目前在土遗址保护领域现有常见的锚固钻孔的方法多数仍是采取人工掏洞的方法，该方法所掏洞内壁毛糙，洞内径不规则，洞口外扩，对土遗址表面损伤大，且掏洞速率极低，费力费时。而对于西北干旱、半干旱地区的大体量土遗址锚固钻孔，现有技术明显难以满足要求。

发明内容

为克服现有技术中存在的洞壁毛糙、洞内径不规则、外扩洞口造成对土遗址表面损伤，并且效率极低的不足，本发明提出了一种用于土遗址的钻孔装置。

本发明包括滑道、底板滚轮、底板、圆导轨、滑块、电机安装板和减速电机、固定支撑架、钻杆、钻杆护套、钻杆支撑架、连接套和钻。其中：底板通过两组底板滚轮安放在滑道的上表面。底板上固定有一对圆导轨，电机安装板通过滑块安装在所述圆导轨上。减速电机固定在电机安装板上，旋转接头套装在该减速电机的输出轴上，连接套的一端通过法兰与旋转接头固接，该连接套的另一端与钻杆的一端通过螺纹套接。钻杆的另一端与钻连接。所述钻杆、圆导轨和滑道三者之间相互平行。

在所述底板的最前端安装有固定支撑架。该固定支撑架底边的长度大于一对圆导轨的间距，并且在该固定支撑架底边上表面有固定所述圆导轨的导轨槽。该固定支撑架垂直板的上端有用于支撑钻杆的半圆形的钻杆槽。

所述的连接套的数量与套管数量相同。所述多个连接套两端的内表面均为螺纹面。在所述多个连接套中，第一个连接套用于钻杆与旋转接头的连接，该连接套与旋转接头接触一端的外圆周表面有法兰。

所述钻杆有多节，每节钻杆之间通过螺纹首尾套接。在固定支撑架与钻之间的钻杆外表面套装有钻杆护套。所述钻杆护套由套管和钻杆支撑架组成，钻杆支撑架套装并均布固定在套管的外圆周上。所述套管的内径略大于钻杆的外径，当钻杆装入所述套管内后，两者之间滑动配合。

所述钻杆支撑架由套筒和三个支撑杆组成，该套筒的内径与套管的外径相同。所述套筒的筒体沿轴向被切割开，形成了开口；在所述开口两侧的筒体外表面有径向凸出的紧固耳片。三个支撑杆的一端固定在所述套筒的外圆周表面上，三个支撑杆的另一端有支板，使所述支撑脚的外形呈“T”形。所述的支板上表面为弧面，该弧面的曲率与钻筒的曲率相同，并且由三个支撑脚的支板上表面所构成的外接圆的直径与钻筒的直径相同。

所述的钻由连接头、出土孔、钻筒和钻齿组成，所述的钻筒为尾端有端盖的筒状，所述连接头位于钻筒尾端端盖的中心。在所述钻筒尾端端盖上分布有2～6个出土孔；所述钻齿的外形为三角形，钻齿的角度为10°。所述钻齿的厚度大于钻筒壳体的厚度。

在所述底板宽度方向的对称中心线上排列有一组定位孔，在所述电机安装板宽度方向的对称中心线上有一个定位孔，并且位于电机安装板上的定位孔与位于底板上的定位孔的位置上下对应，当所述电机安装板与所述底板的相对位置确定后，将销杆插入将二者之间固定。

本发明针对土遗址保护领域中现有锚固钻孔技术的缺陷，提供了一种钻孔方便快捷、工作效率高、钻孔精度高、安全可靠且适用于多环境土遗址加固锚杆的钻孔装置。

本发明在工作时，随着钻筒在土遗址中的不断深入，套装在钻杆上的钻杆护套随着钻杆深入到土体中，并通过钻杆支撑架支撑在土体上，且钻杆护套能够随着钻杆继续在土体中前进，起到防止钻孔过程中钻杆的摆动，保证了钻孔精度并且安全可靠。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、在土遗址保护领域中，本发明克服了现有锚杆钻孔技术存在的费时费工费力缺陷，具有工作高效，安全可靠且适用于多环境土遗址的优点；

2、本发明装置配备有固定支撑架、多节钻杆护套和多个钻杆支撑架，充分考虑到土遗址环境的特殊性和多样性，使得该锚杆钻孔装置可以避免钻孔位置偏移，还可以避免钻孔过程中钻头以及钻杆的摆动导致的土体破坏，因此使得本发明具有钻孔精度高和安全可靠的优点；

3、本发明装置采用滑道与圆导轨配合使用，实现双圆导轨运行施工，主要是针对土遗址环境的特殊性考虑，使钻孔装置能够有效控制钻孔行进路程，提高工作效率且安全可靠；

4、本发明中钻的设计独特，钻的一端设计多个出土孔，另外一端钻套壁前沿上均布多个三角形钻齿，所有三角形钻齿厚度大于钻套壁壁厚，该设计有效的保证了钻筒不沾土，能够有效的提高工作效率。

本发明容易制造和实施，并且容易拆卸和安装，便于后期维护保养，节约成本，非常利于推广应用。

附图说明

图1为钻孔装置的结构示意图，其中1a是前视图，1b是后视图；1c为主视图；1d为俯视图；1e是1d中的A-A向视图。

图2为钻杆支撑架的结构示意图，其中2a是钻杆支撑架带螺栓的装配示意图；2b为钻杆支撑架不带螺栓的装配示意图。

图3为钻的结构示意图，其中3a为前视图；3b为后视图；3c为俯视图。图中：

1.滑道；2.底板滚轮；3.底板；4.圆导轨；5.滑块；6.电机安装板；7.减速电机；8.旋转接头；9.钻；10.连接套；11.定位孔；12.固定支撑架；13.套管；14.连接头；15.钻杆；16.钻杆护套；17.钻杆支撑架；18.套筒；19.耳片；20.螺纹连接孔；21.螺栓；22.支撑杆；23.支板；24.出土孔；25.钻筒；26.钻齿。

具体实施方式

本实施例是一种用于土遗址加固锚杆的钻孔装置。

所述土遗址加固锚杆的钻孔装置包括运动机构、固定支撑架12、钻杆15、钻杆护套16、钻杆支撑架17、连接套10和钻9。所述的运动机构包括滑道1、底板滚轮2、底板3、圆导轨4、滑块5、电机安装板6和减速电机7。其中：

底板3通过两组底板滚轮2安放在滑道1的上表面。底板3上固定有一对圆导轨4，电机安装板6通过滑块5安装在所述圆导轨4上。减速电机7固定在电机安装板6上，旋转接头8套装在该减速电机7的输出轴上，连接套10的一端通过法兰与旋转接头8固接，该连接套的另一端与钻杆15的一端通过螺纹套接。钻杆15的另一端与连接头连接。所述钻杆15、圆导轨4和滑道1三者之间相互平行。所述滑块采用直线圆滑道滑块。

在底板3的最前端安装有固定支撑架12，用于支撑钻杆15，并固定所述的一对圆导轨4。所述的固定支撑架12的外形呈“凸”字形。该固定支撑架12底边的长度大于一对圆导轨4的间距，并且在该固定支撑架12底边上有固定所述圆导轨4的半圆形的导轨槽，将所述圆导轨的一端置于该导轨槽内，并通过半圆形的导轨槽盖将所述圆导轨固定。该固定支撑架12垂直板的上端有用于支撑钻杆的半圆形的钻杆槽，将所述钻杆置于该钻杆槽内，并通过半圆形的凹槽盖防止该钻杆从钻杆槽中脱出。

所述的连接套10有多个，均为中空回转体，具体数量与套管数量相同。所述多个连接套两端的内表面均为螺纹面。在所述多个连接套中，第一个连接套用于钻杆与旋转接头的连接，该连接套与旋转接头接触一端的外圆周表面有法兰。

所述钻杆有多节。每节钻杆一端的外圆周表面均有螺纹，另一端的内表面均有螺纹面。当钻孔深度大于一节钻杆长度时，通过螺纹连接方式分别将各节钻杆首尾连接，以满足不同钻孔深度的要求。在固定支撑架12与钻9之间的钻杆外表面，套装有钻杆护套16。本实施例中，所述钻杆采用钢质钻杆，每节钻杆长度为1m，钻孔深度为2.5m，钻杆数量为3节。使用时，将第一节钻杆有内螺纹面的一端装入固定在旋转接头8上的连接套10内并通过螺纹固接，将第一节钻杆上有外螺纹的另一端旋入第二节钻杆上有内螺纹面的一端，并将第二节钻杆上有外螺纹的另一端旋入第三节钻杆上有内螺纹面的一端，将第三节钻杆上有外螺纹一端旋入连接头14内，从而将钻杆与钻固连。所述第二节钻杆被支撑在位于底板3最前端的固定支撑架12上的钻杆孔内。

所述钻杆护套由套管13和钻杆支撑架17组成，钻杆支撑架套装并均布固定在套管的外圆周上。所述套管的内径略大于钻杆的外径，当钻杆装入所述套管内后，两者之间滑动配合。本实施例中，所述套管采用钢质套管，每节套管长度为0.5m，套管数量为2节。所述每节套管两端的外圆周表面均有螺纹。使用时，将第一节套管的一端旋入第二个连接套10的一端，将第二节套管的一端旋入第二个连接套10的另一端，即完成套管之间的连接。所述钻杆支撑架由套筒18和三个支撑杆22组成，该套筒的内径与套管的外径相同。所述套筒18筒体沿轴向被切割开，形成了开口；在所述开口两侧的筒体外表面有径向凸出的连接耳片19，耳片19上有同心的螺纹连接孔20，通过螺栓21将套筒18固紧在套管上。三个支撑杆22的一端固定在所述套筒的外圆周表面上，三个支撑杆22的另一端有支板23，使所述支撑脚的外形呈“T”形。所述的支板23上表面为弧面，该弧面的曲率与钻筒的曲率相同，并且由三个支撑脚的支板23上表面所构成的外接圆的直径与钻筒的直径相同。

所述的钻9由连接头14、出土孔24、钻筒25和钻齿26组成，所述的钻筒为尾端有端盖的筒状，所述连接头位于钻筒25尾端端盖的中心，该连接头为筒状，内表面是用于连接支杆的螺纹面。在所述钻筒尾端端盖上分布有2～6个出土孔，用于将钻孔过程中聚集在钻筒内的土排出；所述出土孔的数量根据所钻孔的土质确定，本实施例中，陕西西安唐皇城墙含光门土遗址的土体干燥，出土孔的数量为3个。钻齿26有多个，均布并焊接固定在钻筒25前端端面上，本实施例中，钻齿有9个。所述钻齿的外形为三角形，钻齿的角度为10°。所述钻齿26的厚度大于钻筒壳体的厚度。

在所述底板3宽度方向的对称中心线上排列有一组定位孔27，在所述电机安装板6宽度方向的对称中心线上有一个定位孔，并且位于电机安装板上的定位孔与位于底板上的定位孔的位置上下对应，当所述电机安装板6与所述底板3的相对位置确定后，将销杆插入将二者之间固定。

工作过程：钻孔装置开始工作前，将销杆插入一组定位孔，使电机安装板6固定在底板3的最末端。减速电机开始工作后，钻9开始逆时针旋转。当底板3开始前进，钻杆通过固定支撑架12也向前移动，钻杆带动钻9向前移动，当钻齿26接触到土体时，钻9逐步开始对土遗址土体进行钻孔工作，当钻9完全进入土体后，套装在钻杆上的钻杆护套随着钻杆进入到土体中，并通过钻杆支撑架17支撑在土体内表面上，且钻杆护套能够随着钻杆继续前进。当底板3不能前进时，将销杆取出，使电机安装板6继续前进，完成钻孔工作。钻孔过程中，使用铲子将从出土孔出来的土铲出孔外。

Claims (8)

1.一种用于土遗址的钻孔装置，其特征在于，包括滑道、底板滚轮、底板、圆导轨、滑块、电机安装板和减速电机、固定支撑架、钻杆、钻杆护套、钻杆支撑架、连接套和钻；其中：底板通过两组底板滚轮安放在滑道的上表面；底板上固定有一对圆导轨，电机安装板通过滑块安装在所述圆导轨上；减速电机固定在电机安装板上，旋转接头套装在该减速电机的输出轴上，连接套的一端通过法兰与旋转接头固接，该连接套的另一端与钻杆的一端通过螺纹套接；钻杆的另一端与钻连接；所述钻杆、圆导轨和滑道三者之间相互平行。 

2.如权利要求1所述用于土遗址的钻孔装置，其特征在于，在底板的最前端安装有固定支撑架；该固定支撑架底边的长度大于一对圆导轨的间距，并且在该固定支撑架底边上表面有固定所述圆导轨的导轨槽；该固定支撑架垂直板的上端有用于支撑钻杆的半圆形的钻杆槽。 

3.如权利要求1所述用于土遗址的钻孔装置，其特征在于，所述的连接套的数量与套管数量相同；所述多个连接套两端的内表面均为螺纹面；在所述多个连接套中，第一个连接套用于钻杆与旋转接头的连接，该连接套与旋转接头接触一端的外圆周表面有法兰。 

4.如权利要求1所述用于土遗址的钻孔装置，其特征在于，所述钻杆有多节，每节钻杆之间通过螺纹首尾套接；在固定支撑架与钻之间的钻杆外表面套装有钻杆护套。 

5.如权利要求1所述一种用于土遗址的钻孔装置，其特征在于，所述钻杆护套由套管和钻杆支撑架组成，钻杆支撑架套装并均布固定在套管的外圆周上；所述套管的内径略大于钻杆的外径，当钻杆装入所述套管内后，两者之间滑动配合。 

6.如权利要求5所述用于土遗址的钻孔装置，其特征在于，所述钻杆支撑架由套筒和三个支撑杆组成，该套筒的内径与套管的外径相同；所述套筒的筒体沿轴向被切割开，形成了开口；在所述开口两侧的筒体外表面有径向凸出的紧固耳片；三个支撑杆的一端固定在所述套筒的外圆周表面上，三个支撑杆的另一端有支板，使所述支撑脚的外形呈“T”形；所述的支板上表面为弧面，该弧面的曲率与钻筒的曲率相同，并且由三个支撑脚的支板上表面所构成的外接圆的直径与钻筒的直径相同。 

7.如权利要求1所述用于土遗址的钻孔装置，其特征在于，所述的钻由连接头、出土孔、钻筒和钻齿组成，所述的钻筒为尾端有端盖的筒状，所述连接头位于钻筒尾端端盖的中心；在所述钻筒尾端端盖上分布有2～6个出土孔；所述钻齿的外形为三 角形，钻齿的角度为10°；所述钻齿的厚度大于钻筒壳体的厚度。 

8.如权利要求1所述用于土遗址的钻孔装置，其特征在于，在所述底板宽度方向的对称中心线上排列有一组定位孔，在所述电机安装板宽度方向的对称中心线上有一个定位孔，并且位于电机安装板上的定位孔与位于底板上的定位孔的位置上下对应，当所述电机安装板与所述底板的相对位置确定后，将销杆插入将二者之间固定。