CN106761494B - 一种用于隧道超前注浆锚杆钻孔的导向装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及隧道施工装备，具体为一种用于隧道超前注浆锚杆钻孔的导向装置及方法。解决了目前注浆锚杆的施工的钻孔阶段，钻孔的方向与隧道中线方向不一致以及钻孔的环向间距不一致、造成安全隐患的技术问题。一种用于隧道超前注浆锚杆钻孔的导向装置，包括吊具横梁、用于连接吊具横梁和外部连接件的吊杆、竖直连接在吊具横梁左右两端的一对吊具竖杆以及分别安装在每个吊具竖杆的末端用于顶托钻杆的一对轴承。本装置在软弱围岩隧道进行超前注浆锚杆预钻孔过程中，改善钻孔方向的准确性，从而降低安全隐患，提高工效显著。该装置具有设计合理、拆装方便、操作简单的特点，适用于公路、铁路隧道及城市地铁、水工引水隧洞、矿山掘进等施工场合。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工装备，具体为一种用于隧道超前注浆锚杆钻孔的导向装置及方法。
背景技术
为了提高隧道掘进过程中的安全性，在Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩掘进过程中，除采用工字钢拱架+钢筋网+喷射混凝土进行封闭支护外，大多还需采用注浆锚杆进行超前支护加固。
超前注浆锚杆支护时，锚杆的根部支撑在紧靠掌子面的工字形钢架上，锚杆的前端深入拱顶围岩内部，通过加压注浆，提高拱顶软弱围岩的稳定性。为了方便起见，一般采用气动凿岩机钻孔，然后打入锚杆再行压浆；钻孔时为了便于操作，一般锚杆长度不宜过长并设置外（拱顶处向上）10～12°的角度。每一掘进循环的锚杆纵向有一定的搭接长度。见图1。
目前，在注浆锚杆的施工的钻孔阶段，往往受人工操作随意性大的影响，钻孔的方向与隧道中线方向不一致；钻孔的环向间距不一致，造成严重的安全隐患，钻孔倾角过大导致出现严重超挖现象。
鉴于此，非常需要一种能够实现钻孔方向、钻孔环向间距、倾斜角度达到设计标准，降低施工安全风险，减少超挖浪费的装置以及方法。
发明内容
本发明为解决目前注浆锚杆的施工的钻孔阶段，往往受人工操作随意性大的影响、钻孔的方向与隧道中线方向不一致以及钻孔的环向间距不一致、造成严重的安全隐患的技术问题，提供一种用于隧道超前注浆锚杆钻孔的导向装置及方法。
本发明所述的一种用于隧道超前注浆锚杆钻孔的导向装置是采用以下技术方案实现的：一种用于隧道超前注浆锚杆钻孔的导向装置，包括吊具横梁、用于连接吊具横梁和外部连接件的吊杆、竖直连接在吊具横梁左右两端的一对吊具竖杆以及分别安装在每个吊具竖杆的末端用于顶托钻杆的一对轴承。
本发明利用两个轴承顶托钻杆，使钻杆与装置之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，降低阻力，防止装置快速磨损。
进一步的，所述一对吊具竖杆分别通过一个转轴与吊具横梁的左右端转动连接；两个吊具竖杆之间连接有回位弹簧。
利用可张开式吊具，便于钻杆从下方直接进入，利用回位弹簧收紧吊具，防止钻杆自动滑出；当取出钻杆时，只需向下用力，钻杆即可顶推轴承张开，使钻杆滑出。
进一步的，所述吊杆竖直贯穿吊具横梁且二者之间转动设置；吊杆底部通过限位块卡在吊具横梁的下方。
利用吊杆承担钻杆重量，通过吊杆与吊具横梁的转动关系，实现吊具方向的调整。
进一步的，还包括球铰；所述球铰位于吊杆上方，吊杆的顶端与球铰下方相连接。
通过球铰的转动，有利于钻杆工作角度的微量调整。
进一步的，还包括永久磁铁；所述球铰上方活动连接在永久磁铁的下方。
利用永久性磁铁吸附在工字形拱架上，便于快速安装及拆除。
进一步的，所述永久磁铁包括一个导磁外壳，导磁外壳内转动设有一个控制永久磁铁磁性大小的磁性控制开关；所述球铰上方活动连接在永久磁铁导磁外壳的下方。
利用磁性控制开关，带动永久性磁铁转动90°，使磁性输出量变为最大（或最小），实现与工字形拱架的吸附（或分离）。
本发明所述的一种用于隧道超前注浆锚杆钻孔的导向方法是采用以下技术方案实现的：一种用于隧道超前注浆锚杆钻孔的导向方法，包括如下步骤：利用两点确定一条直线的原理，即钻杆前方点借助前方工字钢拱架腹板上事先预留孔确定，钻杆后方点通过后方工字钢拱架上安装的导向装置确定；后方导向装置的安装位置应根据以下两条标准确定：①钻杆走向与隧道中心线平行；②导向装置安装间距满足设计要求，即后方钻杆间距与前方钻杆间距保持一致，其误差不大于允许范围；满足上述两条标准之后钻孔导向装置安装位置确定。
本装置及方法在软弱围岩隧道进行超前注浆锚杆预钻孔过程中，可以显著改善钻孔方向的准确性，规范施工行为，从而降低安全隐患，提高工效显著。所述装置具有设计合理、拆装方便、操作简单的特点，不但适用于公路、铁路隧道施工，同时适用于城市地铁，水工引水隧洞，矿山掘进等场合，具有广阔的推广应用前景。
附图说明
图1隧道注浆锚杆钻孔示意图。
图2本发明结构示意图。
1-钻杆，2-轴承，3-吊钩，4-吊具竖杆，5-吊具横梁，6-转轴 7-回位弹簧，8-球铰下盘，9-球铰上盘，10-沉头螺栓，11-转动钢球，12-吊杆，13-永久磁铁，14-磁性控制开关，15-工字形拱架，16-掌子面，17-预留锚杆孔，18-拱顶开挖线，19-喷锚轮廓线，20-导向装置。
具体实施方式
一种用于隧道超前注浆锚杆钻孔的导向装置，包括吊具横梁5、用于连接吊具横梁5和外部连接件的吊杆12、竖直连接在吊具横梁5左右两端的一对吊具竖杆4以及分别安装在每个吊具竖杆4的末端用于顶托钻杆1的一对轴承2。
所述一对吊具竖杆4分别通过一个转轴6与吊具横梁5的左右端转动连接；两个吊具竖杆4之间连接有回位弹簧7。
所述一对吊具竖杆4的下端均设有吊钩3，一对吊钩3水平相向设置且两吊钩3相邻的端部存有间隔；所述一对轴承分别安装在两个吊钩3相邻的一端。
所述吊杆12竖直贯穿吊具横梁5且二者之间转动设置；吊杆12底部通过限位块卡在吊具横梁5的下方。
还包括球铰；所述球铰位于吊杆12上方，吊杆12的顶端与球铰下方相连接。
还包括永久磁铁13；所述球铰上方活动连接在永久磁铁13的下方。
所述永久磁铁13包括一个导磁外壳，导磁外壳内转动设有一个控制永久磁铁13磁性大小的磁性控制开关14；所述球铰上方活动连接在永久磁铁13导磁外壳的下方。
所述球铰包括球铰8下盘、球铰上盘 9、包裹在球铰下盘 8和球铰上盘9之间的转动钢球11；球铰下盘底部8设有开口，吊杆顶端穿过该开口与转动钢球相连接；所述球铰下盘 8和球铰上盘9通过一对沉头螺钉10相连接；沉头螺钉10穿过球铰下盘 8和球铰上盘9后旋入永久磁铁13内。
如图2所示，轴承的轴线呈水平设置（图中垂直纸面），一对吊钩之间留有间隔，钻杆位于一对轴承上方，回位弹簧7位于钻杆的上方用于控制竖直吊杆的开合；转轴的轴线也位于水平方向（图中垂直于纸面），吊杆底部设有限位块（如螺帽）以实现竖直方向的定位。
本发明的工作原理：利用钢制上、下盘，包裹能够转动的钢球形成球铰，有利于钻杆工作角度的微量调整。
利用两点确定一线的原理，前方由前榀工字钢拱架腹板上的预留孔，后方由后榀工字钢拱架对应位置上安装的导向装置，确定前后两点的位置，达到在竖直立面内，钻杆与隧道中心线方向一致，在水平面内，钻杆与锚杆设计仰角角度一致的目的。
本装置可方便地吸附在工字钢拱架的下缘板上，其位置应与前一榀工字钢拱架腹板上的预留孔呈一条直线，并便于将此直线与隧道纵向中心线方向一致。
一种用于隧道超前注浆锚杆钻孔的导向方法，包括如下步骤：利用两点确定一条直线的原理，即钻杆前方点借助前方工字钢拱架（图1中左侧）腹板上事先预留孔确定，钻杆后方点通过后方工字钢拱架（图1中右侧）上安装的导向装置确定；后方导向装置的安装位置应根据以下两条标准确定：①钻杆走向与隧道中心线平行；②导向装置安装间距满足设计要求，即后方钻杆间距与前方钻杆间距保持一致，其误差不大于允许范围；满足上述两条标准之后钻孔导向装置安装位置确定。
通过改变永久性磁铁N极和S极的方向，实现磁性最大输出和最小输出的变化，当磁性最大时，可将装置吸附在工字钢拱架的底板上，保证装置的正常工作；当磁性最小时，吸附力消失，从而实现了装置的快速安装和快速拆卸。永久磁铁为一个导磁的外壳，所述磁性控制开关14转动设在该外壳内，磁性控制开关14为一个磁铁，制成类似蝴蝶的结构，当其位于水平面内时，在外壳上下两侧的磁性最弱；当磁性控制开关14转动至竖直面时，外壳上下侧的磁性最强。通过转动磁性控制开关14就可以控制外壳上下侧的磁性大小。
顶托轴承可随钻杆自由转动，将滑动摩擦变为转动摩擦，降低磨损，延长装置的使用寿命。
在自重的自然下垂作用下，顶托轴承呈水平状态，呈一定仰角的钻杆必将与轴承之间呈点接触状态，势必造成轴承偏载，加快磨损，将悬吊点由固结改为铰接，可是钻杆与轴承呈面接触，改善顶托轴承磨损的不均匀性。
Claims (1)
1.一种用于隧道超前注浆锚杆钻孔的导向方法，采用一种用于隧道超前注浆锚杆钻孔的导向装置实现，所述导向装置包括吊具横梁（5）、用于连接吊具横梁（5）和外部连接件的吊杆（12）、竖直连接在吊具横梁（5）左右两端的一对吊具竖杆（4）以及分别安装在每个吊具竖杆（4）的末端用于顶托钻杆（1）的一对轴承（2）；所述吊杆（12）竖直贯穿吊具横梁（5）且二者之间转动设置；吊杆（12）底部通过限位块卡在吊具横梁（5）的下方；还包括球铰；所述球铰位于吊杆（12）上方，吊杆（12）的顶端与球铰下方相连接；还包括永久磁铁（13）；所述球铰上方活动连接在永久磁铁（13）的下方；所述球铰包括球铰下盘（8）、球铰上盘（9）、包裹在球铰下盘 （8）和球铰上盘（9）之间的转动钢球（11）；球铰下盘（8）底部设有开口，吊杆（12）顶端穿过该开口与转动钢球（11）相连接；所述球铰下盘 （8）和球铰上盘（9）通过一对沉头螺钉（10）相连接；沉头螺钉（10）穿过球铰下盘（8）和球铰上盘（9）后旋入永久磁铁（13）内；
其特征在于，包括如下步骤：利用两点确定一条直线的原理，即钻杆前方点借助前方工字钢拱架腹板上事先预留孔确定，钻杆后方点通过后方工字钢拱架上安装的导向装置确定；后方导向装置的安装位置应根据以下两条标准确定：①钻杆走向与隧道中心线平行；②导向装置安装间距满足设计要求，即后方钻杆间距与前方钻杆间距保持一致，其误差不大于允许范围；满足上述两条标准之后钻孔导向装置安装位置确定。
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