CN110145335A - 适用于暗挖法隧道施工的手动打超前导管装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了适用于暗挖法隧道施工的手动打超前导管装置及施工方法，手动打超前导管装置包括安装座组件、转向及动作保持功能组件、导管进给功能组件和夹紧功能组件；安装座组件与工作臂相连，通过工作臂实现手动打超前导管装置移动；转向及动作保持功能组件一方面与导管进给功能组件相连，另一方面与安装座组件相连，实现手动打超前导管装置上下左右无级转动，并进行位置保持；夹紧功能组件与导管进给功能组件相连，共同实现对导管的进给功能。本发明安装于暗挖台车工作臂上，工作臂动作灵活，工作范围大，为其提供移动及定位动力。

Description

适用于暗挖法隧道施工的手动打超前导管装置及施工方法

技术领域

本发明涉及地铁隧道施工领域，具体涉及适用于暗挖法隧道施工的手动打超前导管装置。

背景技术

在暗挖法隧道施工中，需要有注浆超前导管支护施工工艺。超前导管支护需要将超前导管按一定的角度和打入深度打入土层。然而在初支护过程中，注浆超前导管的打入要求较为严格，超前导管打入深度、在断面上的分布情况以及超前导管与断面的夹角直接影响大断面初支护的质量，如果打入超前导管质量不好，直接导致支护效果不佳，在后续的施工过程中容易塌方，造成人员伤亡事故的发生。

目前暗挖法隧道施工受空间限制多为人力施工，一般需人工手持风镐等设备进行打孔，然后将超前导管插入孔中；或气腿凿岩机等设备通过对导管尾部的不断冲击，将导管打入土中。先在隧道断面上测量并标记需打入超前导管的位置，然后人工手持打孔设备将超前导管打入。

通过人力手持设备施工工作效率低且劳动强度大, 打入深度较浅，打入过程导管容易弯曲等，难以达到施工需求，且噪声震动较大，容易造成隧道塌方，造成安全隐患。

发明名称

根据现有技术的不足，本发明提供一种适用于暗挖法隧道施工的手动打超前导管装置，安装于暗挖台车工作臂上，工作臂动作灵活，工作范围大，为其提供移动及定位动力。

本发明按以下技术方案实现：

适用于暗挖法隧道施工的手动打超前导管装置，包括安装座组件、转向及动作保持功能组件、导管进给功能组件和夹紧功能组件；所述安装座组件与工作臂相连，通过工作臂实现手动打超前导管装置移动；所述转向及动作保持功能组件一方面与导管进给功能组件相连，另一方面与安装座组件相连，实现手动打超前导管装置上下左右无级转动，并进行位置保持；所述夹紧功能组件与导管进给功能组件相连，共同实现对导管的进给功能。

进一步，所述导管进给功能组件包括进给油缸和操作把手，且操作把手固定连接在进给油缸一端；所述操作把手由中空的管壳和安装在管壳外壁上的U型把手组成；所述进给油缸为活塞杆中空的油缸，导管能够从中穿入，且该进给油缸还为双活塞杆结构，实现油缸的进给功能。

进一步，所述夹紧功能组件由夹紧器组件和夹紧油缸组成；所述夹紧器组件包括锥形套和多个齿座，多个齿座之间留有间隙且能够在锥形套内沿锥形面移动，实现对导管的夹紧与松开；所述夹紧油缸为活塞杆中空的油缸，且该活塞杆与齿座通过卡套连接，为齿座的移动提供动力。

进一步，所述转向及动作保持功能组件包括左右转向油缸、上下转向油缸和转向座组件；所述左右转向油缸一端与安装座组件相铰接，左右转向油缸另一端与转向座组件相铰接；所述上下转向油缸一端与转向座组件相铰接，上下转向油缸另一端与进给油缸相铰接。

进一步，所述转向座组件包括旋转支柱Ⅰ和两个耳板，所述旋转支柱Ⅰ的底面与两个耳板相连；所述旋转支柱Ⅰ的外圆柱面与安装座组件中旋转支柱Ⅱ的内圆柱面同轴，使得转向座组件能够以圆柱面轴线为中心自由转动，由左右转向油缸控制转动量；两个耳板上的通孔与导管进给功能组件中的进给油缸上的转动轴同轴，使得导管进给组件能够绕同轴线上下转动，由上下转向油缸控制转动量。

进一步，在所述旋转支柱Ⅰ和旋转支柱Ⅱ上设有固定板，通过该固定板对旋转支柱Ⅰ和旋转支柱Ⅱ进行上下方向的限位。

进一步，所述旋转支柱Ⅰ的外圆柱面与安装座组件中旋转支柱Ⅱ的内圆柱面之间嵌入自润滑轴套Ⅰ；所述耳板与进给油缸上的转动轴之间嵌入自润滑轴套Ⅱ；其中一个耳板与旋转支柱Ⅰ相焊接，另一个耳板与旋转支柱Ⅰ螺栓连接。

进一步，所述左右转向油缸为双活塞杆油缸，活塞两侧油腔截面面积相同，两侧油腔通过油管连接，形成闭式回路；所述上下转向油缸由活塞两侧油腔截面面积相同的特制双活塞杆油缸组成，实现导管进给功能组件的上下转向和位置保持。

进一步，所述安装座组件包括旋转支柱Ⅱ和安装支架，所述安装支架一端与旋转支柱Ⅱ相连，所述安装支架另一端与工作臂相连。

一种基于前述的适用于暗挖法隧道施工的手动打超前导管装置的施工方法，该施工方法如下：首先通过控制工作臂将打超前导管装置移动到掌子面位置，打开转向油缸油路控制阀，人工通过导管进给功能组件上的操作把手调整导管的指向位置和角度；调整到规定角度后，关闭转向油缸油路控制阀，锁死设备的转向自由度；夹紧器组件夹紧导管，进给油缸带动导管插入土中；进给油缸到达行程极限或前端夹紧油缸顶到掌子面后，夹紧器组件松开，进给油缸退回；夹紧器组件再次夹紧导管，进给油缸再次带动导管前进；重复以上操作，直至导管打入深度达到施工要求；夹紧器组件松开，进给油缸退回，完成一次打超前导管工序。

本发明有益效果：

本发明提出的超前导管打入装置，它能完全替代现有的全人工手持的工作方式，只需人工进行调节角度，即降低劳动强度，又能保证打孔的精确灵活，大大提高工作效率；超前导管打入深度更大，不易弯曲； 静液压式导管打入方式，无振动，不会对隧道地质结构产生破坏，保障了施工安全。

附图说明

图1为本发明的打超前导管装置主视图；

图2为本发明的打超前导管装置俯视图；

图3为本发明的打超前导管装置剖面图；

图4为本发明的进给油缸剖面图；

图5为本发明的夹紧油缸剖面图；

图6为本发明的上下转向油缸剖面图；

图7为本发明的左右转向油缸剖面图。

1-左右转向油缸，2-安装座组件，3-上下转向油缸，4-销轴Ⅰ，5-操作把手，6-进给油缸，7-自润滑轴套Ⅱ，8-转向座组件，9-夹紧器组件，10-夹紧油缸，11-销轴Ⅱ，12- 销轴Ⅲ，13-自润滑轴套Ⅰ，14-导管。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图1、图2、图3所示，一种适用于暗挖法隧道施工的手动打超前导管装置，包括安装座组件2、转向及动作保持功能组件、导管进给功能组件和夹紧功能组件；安装座组件2与工作臂相连，通过工作臂实现手动打超前导管装置移动；转向及动作保持功能组件一方面与导管进给功能组件相连，另一方面与安装座组件2相连，实现手动打超前导管装置上下左右无级转动，并进行位置保持；夹紧功能组件与导管进给功能组件相连，共同实现对导管14的进给功能。

以下给出上述实施例中关于导管进给功能组件一优选实施例：

如图4所示，导管进给功能组件包括进给油缸6和操作把手5，且操作把手5通过螺栓连接在进给油缸6一端；操作把手5由中空的管壳和安装在管壳外壁上的U型把手组成；进给油缸6为活塞杆中空的油缸，导管14能够从中穿入，且该进给油缸6还为双活塞杆结构，实现油缸的进给功能。操作把手5用于人工调整导管打入角度，并为油缸活塞杆提供防护。

以下给出上述实施例中关于夹紧功能组件一优选实施例：

如图5所示，夹紧功能组件由夹紧器组件9和夹紧油缸10组成；夹紧器组件9包括一个锥形套和三个齿座，三个齿座之间留有间隙且能够在锥形套内沿锥形面移动，实现对导管14的夹紧与松开；夹紧油缸10为活塞杆中空的油缸，且该活塞杆与齿座通过卡套连接，为齿座的移动提供动力。导管14进给前，夹紧油缸10活塞杆带动齿座后移，提供前置夹紧力；当导管14插入掌子面后，导管14反作用力带动齿座继续微量后移，增大夹紧器的夹紧力，使夹紧力对导管14的摩擦力始终大于进给时的反作用力，实现导管14的持续进给。

以下给出上述实施例中关于转向及动作保持功能组件一优选实施例：

如图6、图7所示，转向及动作保持功能组件包括左右转向油缸1、上下转向油缸3和转向座组件8；左右转向油缸1一端通过销轴Ⅱ11与安装座组件2相铰接，左右转向油缸1另一端通过销轴Ⅲ12与转向座组件8相铰接；上下转向油缸3一端通过销轴Ⅳ与转向座组件8相铰接，上下转向油缸3另一端通过销轴Ⅰ4与进给油缸6相铰接。

转向座组件8包括旋转支柱Ⅰ和两个耳板，旋转支柱Ⅰ的底面与两个耳板相连；旋转支柱Ⅰ的外圆柱面与安装座组件中旋转支柱Ⅱ的内圆柱面同轴，旋转支柱Ⅰ的外圆柱面与安装座组件中旋转支柱Ⅱ的内圆柱面之间嵌入自润滑轴套Ⅰ，在旋转支柱Ⅰ和旋转支柱Ⅱ上设有固定板，通过该固定板对旋转支柱Ⅰ和旋转支柱Ⅱ进行上下方向的限位。此结构使转向座组件8能够以圆柱面轴线为中心自由转动，由左右转向油缸1控制转动量；两个耳板上的通孔与导管进给功能组件中的进给油缸6上的转动轴同轴，使得导管进给组件能够绕同轴线上下转动，由上下转向油缸3控制转动量。耳板与进给油缸上的转动轴之间嵌入自润滑轴套Ⅱ7。

将进给油缸6转动轴位于导管进给功能组件和夹紧功能组件的重心位置，用于排除两者自重对转向产生的阻力影响，人工操作轻便快捷。为方便进给油缸6转动轴与转向座组件8两同轴孔的安装，将一耳板设计为与转向座组件8主体焊接连接，一耳板设计为与转向座组件8主体螺栓连接。

左右转向油缸1为双活塞杆油缸，活塞两侧油腔截面面积相同，两侧油腔通过油管连接，形成闭式回路。油管之间增加一控制阀，可以自由控制油路的开通闭合。当油路开通时，由于活塞两侧油腔截面面积相同，活塞杆可以自由移动，实现导管进给功能组件的左右转向；当油路闭合后，两腔油液无法流动，活塞杆无法移动，实现导管进给功能组件左右方向的位置保持。同理上下转向油缸3由活塞两侧油腔截面面积相同的特制双活塞杆油缸组成，可实现导管进给功能组件的上下转向和位置保持。左右转向油缸1和上下转向油缸3的油路控制阀可采用同一开关控制的电磁控制阀，提高操控便利性。

此转向及动作保持功能组件无须外部提供液压动力源，由一个开关阀控制，减少系统复杂性和操作繁琐性。因转向油缸无须液压动力源，使用前需提前将油缸内充满液压油，所以需在油缸上面增加排气孔，方便充油。

以下给出上述实施例中关于安装座组件一优选实施例：

安装座组件2包括旋转支柱Ⅱ和安装支架，安装支架一端与旋转支柱Ⅱ相连，安装支架另一端与工作臂相连。

施工时首先通过控制工作臂将打超前导管装置移动到掌子面位置，打开转向油缸油路控制阀，人工通过导管进给功能组件上的操作把手5调整导管14的指向位置和角度；调整到规定角度后，关闭转向油缸油路控制阀，锁死设备的转向自由度；夹紧器组件9夹紧导管14，进给油缸6带动导管14插入土中；进给油缸6到达行程极限或前端夹紧油缸10顶到掌子面后，夹紧器组件9松开，进给油缸6退回；夹紧器组件9再次夹紧导管14，进给油缸6再次带动导管14前进；重复以上操作，直至导管14打入深度达到施工要求；夹紧器组件9松开，进给油缸6退回，完成一次打超前导管工序。

综上，本发明提出一种快速、精准的超前导管打入装置，它能完全替代现有的全人工手持设备的工作方式，降低劳动强度，轻便灵活，大大提高工作效率。人工手持设备手柄，可轻便灵活的自由转动调节设备打入方向和角度，确定角度后进行位置保持，保证导管打入的精确度和稳定性。转向及保持功能无须外部提供动力源，由一个开关阀控制，减少操作的繁琐性。静液压式导管打入方式，无振动，不会对隧道地质结构产生破坏。

需要说明的是，本发明中转动润滑可采用轴承代替自润滑轴套；夹紧油缸可使用弹簧代替；两种转向油缸的结构形式可根据实际转动角度进行互换；进给油缸两转动轴可设计为安装式；安装座结构形式及连接方式根据实际工作臂结构进行更改；转向油缸两油腔即可通过软管相连，也可直接在油缸上增加钢管，与油缸一体。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.适用于暗挖法隧道施工的手动打超前导管装置，其特征在于：包括安装座组件、转向及动作保持功能组件、导管进给功能组件和夹紧功能组件；

所述安装座组件与工作臂相连，通过工作臂实现手动打超前导管装置移动；所述转向及动作保持功能组件一方面与导管进给功能组件相连，另一方面与安装座组件相连，实现手动打超前导管装置上下左右无级转动，并进行位置保持；所述夹紧功能组件与导管进给功能组件相连，共同实现对导管的进给功能。

2.根据权利要求1所述的适用于暗挖法隧道施工的手动打超前导管装置，其特征在于：所述导管进给功能组件包括进给油缸和操作把手，且操作把手固定连接在进给油缸一端；

所述操作把手由中空的管壳和安装在管壳外壁上的U型把手组成；

所述进给油缸为活塞杆中空的油缸，导管能够从中穿入，且该进给油缸还为双活塞杆结构，实现油缸的进给功能。

3.根据权利要求1所述的适用于暗挖法隧道施工的手动打超前导管装置，其特征在于：所述夹紧功能组件由夹紧器组件和夹紧油缸组成；

所述夹紧器组件包括锥形套和多个齿座，多个齿座之间留有间隙且能够在锥形套内沿锥形面移动，实现对导管的夹紧与松开；

所述夹紧油缸为活塞杆中空的油缸，且该活塞杆与齿座通过卡套连接，为齿座的移动提供动力。

4.根据权利要求1所述的适用于暗挖法隧道施工的手动打超前导管装置，其特征在于：所述转向及动作保持功能组件包括左右转向油缸、上下转向油缸和转向座组件；

所述左右转向油缸一端与安装座组件相铰接，左右转向油缸另一端与转向座组件相铰接；所述上下转向油缸一端与转向座组件相铰接，上下转向油缸另一端与进给油缸相铰接。

5.根据权利要求4所述的适用于暗挖法隧道施工的手动打超前导管装置，其特征在于：所述转向座组件包括旋转支柱Ⅰ和两个耳板，所述旋转支柱Ⅰ的底面与两个耳板相连；所述旋转支柱Ⅰ的外圆柱面与安装座组件中旋转支柱Ⅱ的内圆柱面同轴，使得转向座组件能够以圆柱面轴线为中心自由转动，由左右转向油缸控制转动量；

两个耳板上的通孔与导管进给功能组件中的进给油缸上的转动轴同轴，使得导管进给组件能够绕同轴线上下转动，由上下转向油缸控制转动量。

6.根据权利要求5所述的适用于暗挖法隧道施工的手动打超前导管装置，其特征在于：在所述旋转支柱Ⅰ和旋转支柱Ⅱ上设有固定板，通过该固定板对旋转支柱Ⅰ和旋转支柱Ⅱ进行上下方向的限位。

7.根据权利要求5所述的适用于暗挖法隧道施工的手动打超前导管装置，其特征在于：所述旋转支柱Ⅰ的外圆柱面与安装座组件中旋转支柱Ⅱ的内圆柱面之间嵌入自润滑轴套Ⅰ；所述耳板与进给油缸上的转动轴之间嵌入自润滑轴套Ⅱ；其中一个耳板与旋转支柱Ⅰ相焊接，另一个耳板与旋转支柱Ⅰ螺栓连接。

8.根据权利要求4所述的适用于暗挖法隧道施工的手动打超前导管装置，其特征在于：所述左右转向油缸为双活塞杆油缸，活塞两侧油腔截面面积相同，两侧油腔通过油管连接，形成闭式回路；

所述上下转向油缸由活塞两侧油腔截面面积相同的特制双活塞杆油缸组成，实现导管进给功能组件的上下转向和位置保持。

9.根据权利要求1所述的适用于暗挖法隧道施工的手动打超前导管装置，其特征在于：所述安装座组件包括旋转支柱Ⅱ和安装支架，所述安装支架一端与旋转支柱Ⅱ相连，所述安装支架另一端与工作臂相连。

10.一种基于权利要求1至9任一项所述的适用于暗挖法隧道施工的手动打超前导管装置的施工方法，其特征在于，该施工方法如下：

首先通过控制工作臂将打超前导管装置移动到掌子面位置，打开转向油缸油路控制阀，人工通过导管进给功能组件上的操作把手调整导管的指向位置和角度；调整到规定角度后，关闭转向油缸油路控制阀，锁死设备的转向自由度；夹紧器组件夹紧导管，进给油缸带动导管插入土中；进给油缸到达行程极限或前端夹紧油缸顶到掌子面后，夹紧器组件松开，进给油缸退回；夹紧器组件再次夹紧导管，进给油缸再次带动导管前进；重复以上操作，直至导管打入深度达到施工要求；夹紧器组件松开，进给油缸退回，完成一次打超前导管工序。