CN104763330B - 一种水平旋喷施工专用钻机 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种水平旋喷施工专用钻机，包括钻机平台、施钻系统和行走系统，钻机平台的前后拱圈上设有滑移装置，滑移装置带动设置在塔架上的施钻系统沿前后拱圈移动，实现对钻杆快速精确定位；行走系统通过行走装置及行走辅助装置，将钻机移至或移出工作面。本发明将传统回转中心轴式水平旋喷钻机的单点定位改为两点定位，使得定位更高效、更精确；并且将施钻系统的塔架分为两部分，便于运输，增加了一次性允许打设长度，避免了设备变形；同时将钻机平台、施钻系统、行走系统巧妙地结合在一起，增加了设备移动的灵活性和便捷性，避免了设备的反复拆卸与安装。本发明可广泛应用于隧道内水平旋喷、超前注浆等施工操作。

Description

一种水平旋喷施工专用钻机

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种隧道超前支护或地层加固施工设备，特别是一种水平旋喷施工专用钻机。

背景技术

在隧道建设的过程中，施工范围经常会涉及软弱不良地层或富水地层，容易引起坍塌、地面沉陷、涌水涌沙等严重问题。国内外众多隧道工程实例证明，在软弱地层或富水地层中应用水平旋喷加固技术有很好的超前加固作用，且具有施工无公害、操作简单安全等特点。然而，由于目前市场上的水平旋喷施工钻机多为非一体化的施工设备，在施工过程中需要反复安装与拆卸，极大地影响施工进度；另一方面现有一体的水平旋喷施工钻机都是中心轴式单点定位，单点定位的缺点是不但定位耗时长，而且定位精度差，从而导致施工速度较慢或重复施工。以上两个方面的缺陷，均在一定程度上影响了水平旋喷施工的工效和质量。因此目前工程实践中急需一种能准确定位的、一体化的水平旋喷施工专用钻机。

发明内容

本发明提出一种水平旋喷施工专用钻机，解决现有技术中水平旋喷施工钻机非一体化、定位精度差、工效差的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种水平旋喷施工专用钻机，包括钻机平台、施钻系统和行走系统，所述钻机平台包括前拱圈和后拱圈，所述前拱圈和所述后拱圈上设有可以沿所述前拱圈和所述后拱圈移动的滑移装置，所述滑移装置上安装有可沿所述前拱圈和所述后拱圈径向伸缩的伸缩臂；所述施钻系统包括塔架和和安装在所述塔架上的动力装置，所述塔架与所述伸缩臂连接，所述塔架上安装有工作塔台和钻杆支架，所述动力装置驱动所述钻杆支架及钻杆在所述工作塔台上移动；所述行走系统包括行走装置和行走辅助装置，所述行走装置包括轨道和安装在所述轨道上、并能沿所述轨道滑动的行走架；所述行走辅助装置包括回转动力马达、回转盘和连接架，所述回转盘置于连接架与行走架之间，所述连接架两端分别与述前拱圈和所述后拱圈连接，并在所述前拱圈和所述后拱圈连接处两端分别设有支腿。本发明设置了前、后两个拱圈，并且伸缩臂、前后拱圈及滑移架有效地结合在一起，将传统回转中心轴式水平旋喷钻机的单点定位改为两点定位，使得定位更高效，更精确。行走系统的设置，不仅能够实现水平旋喷钻机的前后移动，还可实现水平旋喷钻机的左右移动，增加了设备移动的灵活性和便捷性，避免了设备的反复拆卸移动与安装。

所述塔架包括主塔架和副塔架，所述主塔架两端通过铰轴与所述伸缩臂连接，所述主塔架上设有主工作塔台和主钻杆支架，所述副塔架上设有副工作塔台和副钻杆支架，所述副塔架铰接在所述主塔架上，并可以折叠于所述主塔架一侧，所述副塔架打开时，和所述主塔架在一条轴线上，并固定成为一个整体。采用主塔架和副塔架分离的结构设计，其优点是：一、由于副塔架质量较主塔架轻，避免了因塔架过长导致设备变形；二、副塔架可以折叠至主塔架侧位，使设备更加方便运输，而且可以使设备无须拆卸，直接通过工作井运送至隧道内；三、增加了行程，提高了工作效率。

所述动力装置包括安装在所述主塔架上的旋转动力头、给进马达和传动链条。

所述滑移装置包括滑移架及滑移驱动装置。通过滑移驱动装置驱动滑移架沿前、后拱圈移动。

所述支腿中设有升降油缸。当设备在工作面就位后，支腿中的升降油缸使支腿着地，给予水平旋喷钻机足够的支撑力；当需要移动时，支腿中的升降油缸使支腿收起，通过行走移动部分将设备转移到下一工作面。

所述行走架包括行走轮和行走油缸。

所述伸缩臂由伸缩油缸驱动，所述伸缩臂一端与所述滑移架连接，另一端与所述前拱圈和后拱圈的回转中心轴连接。由伸缩臂带动滑移架在前、后拱圈上移动，可以很方便地调整钻孔打设角度。

所述前拱圈和后拱圈为一次性加工而成或由多组曲率一致的钢板或型钢拱架拼装构成。这样可以通过控制伸缩架的伸缩程度，从而实现不同隧道断面的施工，提高了设备的适用性。

所述前拱圈和后拱圈与所述滑移装置通过齿轮传动。便于滑移装置在前、后拱圈上精确定位，也增加了安全性。

本发明提供的一种水平旋喷施工专用钻机，与传统技术相比具有以下优点：

（1）定位精度高。本发明设置了前、后两个拱圈，并且伸缩臂、前后拱圈及滑移架有效地结合在一起，将传统回转中心轴式水平旋喷钻机的单点定位改为两点定位，使得定位更高效，更精确。

（2）自带行走系统，安装、移动方便。有别于传统的水平旋喷钻机的分体式设计，本发明将行走系统和施钻系统设计在一起，增加了设备移动的灵活性和便捷性，避免了设备的反复拆卸移动与安装。

（3）施钻系统巧妙地将塔架分为主、副塔架两部分，方便运输，避免设备变形的同时，增加了设备一次性打设深度，施工更高效。

（4）适用性强。前拱圈和后拱圈为一次性加工而成或由多组曲率一致的钢板或型钢拱架拼装构成，可以根据施工隧道的断面要求，控制伸缩架伸缩程度，伸缩架和拱架的有效结合结合，提高了设备的适用性。

（5）安全性好。前拱圈和后拱圈底部均安装有支腿，在施工操作时，支腿伸出，给予水平旋喷钻机足够的支撑力，提高了设备的安全性。

综上所述，本发明具有突出的实质性特点和显著进步，可广泛应用于隧道内水平旋喷、超前注浆等施工操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种水平旋喷施工专用钻机主视结构图；

图2为本发明一种水平旋喷施工专用钻机侧视结构图。

图中标记，1、前拱圈；2、后拱圈；3、滑移装置；3-1、滑移架；3-2、滑移驱动装置；4、伸缩臂；4-1、伸缩油缸；4-2、铰轴；5A、主塔架；5A-1、主工作塔台；5A-2、主钻杆支架；5B、副塔架；5B-1、副工作塔台；5B-2、副钻杆支架；6、旋转动力头；7、回转动力马达；8、回转盘；9、行走架；9-1、行走油缸；9-2、行走轮；9-3、凹槽；10、轨道；11、给进马达；12、传动链条；13、支腿；14、升降油缸；15、连接架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图中，本发明一种水平旋喷施工专用钻机，包括钻机平台、施钻系统和行走系统。

钻机平台包括前拱圈1和后拱圈2，前拱圈1和后拱圈2上设有滑移装置3，伸缩臂4一端与滑移架3-1连接，另一端与前拱圈1和后拱圈2的回转中心轴连接。前拱圈1和后拱圈2为一次加工而成或由多组曲率一致的钢板或型钢拱架拼装构成。前拱圈1和后拱圈2与所述滑移装置3通过齿轮传动。

施钻系统中的主塔架5A设在前拱圈1和后拱圈2之间，通过铰轴4-2与伸缩臂4连接，滑移架3-1通过滑移驱动装置3-2提供动力，沿前拱圈1和后拱圈2滑动的。主塔架5A上设有主工作塔台5A-1和主钻杆支架5A-2，副塔架5B上设有副工作塔台5B-1和副钻杆支架5B-2，副塔架5B铰接在主塔架5A上，运输时，副塔架5B折叠于主塔架5A一侧，当打设深度较大时，副塔架5B打开，和主塔架5A在同一条轴线上，并固定成为一个整体。动力装置包括安装在主塔架5A上的旋转动力头6、给进马达11和传动链条12。旋转动力头6通过安装在主工作塔台5A-1下部的给进马达11和传动链条12驱动主钻杆支架5A-2或副钻杆支架5B-2连同钻杆分别在主工作塔台5A-1或副工作塔台5B-1上移动。

行走系统包括行走装置及行走辅助装置，行走装置包括轨道10和安装在轨道 10上、并能沿轨道10滑动的行走架9；行走辅助装置包括回转动力马达7、回转盘8和连接架15，回转盘8置于连接架15与行走架9之间，连接架15两端分别与前拱圈1和后拱圈2连接，并在前拱圈1和后拱圈2连接处分别设有支腿13；回转动力马达7安装在行走架9的上，行走架9包括行走轮9-2和行走油缸9-1，行走轮9-2通过设在底部的凹槽9-3卡在轨道10上。

施工时，设备在工作面就位后，首先通过滑移装置3在前拱圈1和后拱圈2上的滑移，实现钻杆的初步（环形）定位，然后通过伸缩油缸4-1控制伸缩臂4的伸缩，调整打设位置和打设角度。打设位置和打设角度确定好之后进行钻孔，喷浆。当完成一个孔位后，利用滑移装置3将塔架移位至下一施工孔位，并调整伸缩臂4再次设置打设位置和打设角度。当打设深度较大时，副塔架5B打开，使主塔架5A和副塔架5B固定为一个整体，将钻杆置于副钻杆支架5B-2上，并旋转动力头6及副钻杆支架5B-2，当旋转动力头6前进至主塔架5A前端时，副钻杆支架5B-2也前行至一定距离，此时旋转动力头6仅需回退钻杆长度的距离。

当该工作面各孔位施工完成后，需要移动设备至下一工作面进行下一循环的施工，通过行走油缸9-1驱动行走轮9-2在轨道10上前行，当行走架9移动至轨道10前端，轨道10无法提供有效行走距离时，控制安装于连接架15两端的支腿13中的升降油缸14，使支腿13着地，给予钻机足够的支撑力，同时轨道10离地，行走油缸9-2收缩驱动轨道10前移后，轨道10着地，支腿13收起。如此反复实现钻机前后移动。如果移动过程中需要左右移动时，通过回转动力马达7驱动回转盘8并带动行走装置旋转实现行走的左右方向定位，然后通过控制行走系统前后移动从而实现设备的前后左右移动。

在整个施工过程中，通过行走装置和行走辅助装置将钻机移至或移出工作面，通过滑移装置3和伸缩臂4对钻杆进行快速精确定位，通过旋转动力头6及给进马达11及传动链条12进行钻孔、回退钻杆，通过后台搅拌并高压喷射水泥浆，如此反复完成整个水平旋喷施工。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水平旋喷施工专用钻机，包括钻机平台、施钻系统和行走系统，其特征在于：

所述钻机平台包括前拱圈(1)和后拱圈(2)，所述前拱圈(1)和所述后拱圈(2)上设有可以沿所述前拱圈(1)和所述后拱圈(2)移动的滑移装置(3)，所述滑移装置(3)上安装有可沿所述前拱圈(1)和所述后拱圈(2)径向伸缩的伸缩臂(4)；

所述施钻系统包括塔架和和安装在所述塔架上的动力装置，所述塔架与所述伸缩臂(4)连接，所述塔架上安装有工作塔台和钻杆支架，所述动力装置驱动所述钻杆支架及钻杆在所述工作塔台上移动；

所述行走系统包括行走装置和行走辅助装置，所述行走装置包括轨道(10)和安装在所述轨道 (10)上、并能沿所述轨道(10)滑动的行走架(9)；所述行走辅助装置包括回转动力马达(7)、回转盘(8)和连接架(15)，所述回转盘(8)置于连接架(15)与行走架(9)之间，所述连接架(15)两端分别与所述前拱圈(1)和所述后拱圈(2)连接，并在所述前拱圈(1)和所述后拱圈(2)连接处两端分别设有支腿(13)。

2.根据权利要求1所述的一种水平旋喷施工专用钻机，其特征在于：所述塔架包括主塔架(5A)和副塔架(5B)，所述主塔架(5A)两端通过铰轴(4-2)与所述伸缩臂(4)连接，所述主塔架(5A)上设有主工作塔台(5A-1)和主钻杆支架(5A-2)，所述副塔架(5B)上设有副工作塔台(5B-1)和副钻杆支架(5B-2) ，所述副塔架(5B)铰接在所述主塔架(5A)上，并可以折叠于所述主塔架(5A)一侧，所述副塔架(5B)打开时，和所述主塔架(5A)在一条轴线上，并固定成为一个整体。

3.根据权利要求2所述的一种水平旋喷施工专用钻机，其特征在于：所述动力装置包括安装在所述主塔架(5A)上的旋转动力头(6)、给进马达(11)和传动链条(12)。

4.根据权利要求3所述的一种水平旋喷施工专用钻机，其特征在于：所述滑移装置(3)包括滑移架(3-1)及滑移驱动装置(3-2)。

5.根据权利要求4所述的一种水平旋喷施工专用钻机，其特征在于：所述支腿中设有升降油缸(14)。

6.根据权利要求5所述的一种水平旋喷施工专用钻机，其特征在于：所述行走架(9)包括行走轮(9-2)和行走油缸(9-1)。

7.根据权利要求6所述的一种水平旋喷施工专用钻机，其特征在于：所述伸缩臂(4)由伸缩油缸(4-1)驱动，所述伸缩臂(4)一端与所述滑移架(3-1)连接，另一端与所述前拱圈(1)和所述后拱圈(2)的回转中心轴连接。

8.根据权利要求1至7任一项权利要求所述的一种水平旋喷施工专用钻机，其特征在于：所述前拱圈(1)和所述后拱圈(2)一次加工而成或由多组曲率一致的钢板或型钢拱架拼装构成。

9.根据权利要求8所述的一种水平旋喷施工专用钻机，其特征在于：所述前拱圈(1)和所述后拱圈(2)与所述滑移装置(3)通过齿轮传动。