CN110485919A - 连续导杆式成槽及钻孔装置 - Google Patents

Abstract

连续导杆式成槽及钻孔装置，属于基础工程施工技术领域，具有安装在移动式底盘及上车总成上的桅杆，桅杆上布置可沿其滑动以调整高度的连续注入头，连续注入头用于驱动竖直安装可深入地下的导杆提升和下放。导杆为分段组装中空结构，可根据作业深度按需加接。导杆下端采用过渡集成块安装多种可更换作业机具，以满足不同工法的作业要求。导杆内置多排管道，其上端具有多个管接头，其中液压管道用于为下方作业机具提供动力，其他管道则根据施工工艺的不同，分别用于排渣、输送水泥浆液或干粉、输送水或压缩空气等。此外导杆内布置有电缆，用于供电以及传输液压阀控制信号和传感器检测信号，本发明应用于复杂地层的地下连续墙施工以及灌注桩钻孔作业。

Description

连续导杆式成槽及钻孔装置

技术领域

本发明涉及一种地下成槽和钻孔的装置，具体涉及一种连续导杆式成槽及钻孔装置，属于基础工程施工技术领域。

背景技术

地下连续墙成槽作业和灌注桩钻孔作业是现代基础工程施工技术中最为重要的环节，也是工作量最大的施工任务。先进的地下连续墙施工设备主要有液压抓斗、双轮铣、双轮搅和多轴搅拌钻机、TRD工法机等，先进的钻孔灌注桩施工设备主要有旋挖钻机、双动力头搅拌钻机和全回转套管钻机等。上述设备都是大型的基础工程施工装置，其主要功用即进行地下连续墙成槽作业和灌注桩钻孔作业，为应对不同的施工要求和地层条件，各类装置形成了各自独特结构特征和不同的工艺方法，相对于基础工程施工工法的多样性而言，各类装置的功能较为单一。

目前业内的主流地下连续墙成槽设备为液压抓斗和双轮铣，主流的钻孔灌注桩施工设备为旋挖钻机。其中液压抓斗和双轮铣均采用了可潜入地下的液压传动装置作为作业机具，但液压抓斗和双轮铣通常是由钢绳牵引提升和下放的，为保证掘削过程具有足够的作用压力，抓斗和铣轮都要安装在重型框架上，此外钢绳不能用于纠偏，于是作为配重的重型框架内部需要安装多块纠偏机构，以保证所掘削槽断的壁面具有很好的垂度，以便后续下放钢筋笼过程顺畅无卡阻。钢绳式液压抓斗和双轮铣的不足主要体现在：柔性牵引不能加压、重型框架结构庞大且提升过程中因配重引起的能耗过高、底部纠偏装置繁琐复杂。

旋挖钻机作为钻孔灌注桩施工的主流设备具有诸多技术优势，德国宝峨公司在欧洲的专利EP2378001A1对旋挖钻机的主体结构进行了描述，该技术同样公开为中国专利CN102220838和美国专利US2011253400。该专利所描述的旋挖钻机桅杆通常具有分段式结构，由桅杆、下桅杆、上桅杆拼接后形成桅杆总成，由于需要在桅杆顶部布置天车以提升钻具，针对特定的施工孔深要求，桅杆需达到足够的高度。如果孔深进一步增加，该专利亦提供了一种加接桅杆延长件的方案。总之，旋挖钻机采用常规钻具进行深孔作业施工设备将显得庞大，同时钻具规格也需要增大。这种分段式长桅杆结构一方面增加了作业过程中失稳的风险，也给场内移动、转场运输工作带来不便。此外，常规旋挖工艺受地层条件的限制较多。

为打破设备机具的局限性，多功能旋挖钻机和低空双轮铣的概念和产品应运而生，例如德国宝峨公司的欧洲专利EP3208384所介绍的设备，该装置同时在韩国和中国提交了专利申请，并获得专利权，专利公开号为KR2017009643和CN107090861。但多功能旋挖钻机依旧采用长桅杆结构，低空双轮铣也依旧采用钢绳提升。旋挖工法方面的进步主要体现在旋挖入岩和复杂地层跟套管钻进等技术的发展与完善，创新型的设备与机具鲜见报道。德国专利DE10219757C1公开了一种采用孔底动力进行地下深层搅拌的桩基础施工设备与机具，其特点是采用常规的旋挖钻机动力头和伸缩式钻杆驱动内层钻具旋转，同时采用孔底液压动力驱动外层钻具逆向旋转，钻孔作业过程中充分利用所在地层的固相和流体，在钻深达到施工要求后提钻，提钻过程中保持钻具旋转并输送水泥砂浆进行深层搅拌，提钻后压入钢筋笼成桩，该专利提出了采偶用井底液压动力驱动钻具旋转的概念，也给出了采用外置式胶管向地下输送工作介质的思想，为收放外置的胶管，该发明专利所提及的设备在动力头两侧需配置了胶管绞盘。同样配置了槽底动力和外置液压胶管的液压抓斗在德国宝峨公司获得授权的欧洲专利EP2801668中也有描述，该专利在长桅杆上配置了抓斗导正滑车，以确保某一槽断掘削地层作业起始时抓斗能准确快速地进入导墙。上述配置外置式胶管和胶管绞盘的设备存在着系统组成结构复杂、胶管收放张力需要准确控制、胶管外置易受损伤等不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种安装在移动式底盘上、采用连续注入头通过啮合式传动结构驱动导杆沿桅杆的纵向连续提升或下放的连续导杆式成槽及钻孔装置，主要应用于复杂地层的地下连续墙施工以及灌注桩钻孔作业。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：连续导杆式成槽及钻孔装置，包括移动式底盘、上车总成、大三角机构、桅杆、导杆、天车及辅助绞车，所述上车总成通过回转支撑安装在移动式底盘上表面；所述天车安装在桅杆顶部；所述辅助绞车设置在桅杆上；其特征在于：还包括下导正滑车、连续注入头9、中导正滑车、注入头升降油缸及上导正滑车，

所述移动式底盘为履带式底盘；

所述大三角机构包括变幅调垂油缸、十字万向铰座及关节轴承座，变幅调垂油缸的数量为两个，两个变幅调垂油缸的缸体端部分别安装在十字万向铰座的两端，两个变幅调垂油缸的活塞杆端部各设置有一个关节轴承座；十字万向铰座设置在桅杆下方，十字万向铰座由垂直布置的可转动法兰轴和横向销轴构成，且可转动法兰轴安装在桅杆下方，横向销轴安装在上车总成上；

所述桅杆的上部同一高度设置有两个耳座，两个耳座采用内置的关节轴承分别与所述两个变幅调垂油缸的活塞杆端部的关节轴承座铰接；

所述注入头升降油缸、下导正滑车、连续注入头、中导正滑车及上导正滑车自下而上顺次设置在桅杆上，其中下导正滑车和中导正滑车均与桅杆滑动配合连接，同时下导正滑车和中导正滑车通过刚性拉杆连接；连续注入头与导杆通过啮合式传动结构连接，连续注入头用于驱动导杆沿桅杆的纵向连续提升或下放，连续注入头采用呈竖向布置的销轴装配到下导正滑车和中导正滑车上；注入头升降油缸的活塞杆端与下导正滑车连接，注入头升降油缸用于驱动下导正滑车沿桅杆纵向滑动；所述导正滑车固定在桅杆上部；

所述导杆贯穿下导正滑车、中导正滑车及上导正滑车，导杆同时与三者形成滚动摩擦副，使得导杆的运动方向与桅杆纵向一致；导杆为分段式中空结构，各段之间通过销轴定位并采用螺栓紧固连接，导杆具有顶端段、底端段和中间段，顶端段和底端段的数量均为一根，中间段数量至少一根，导杆内置有液压管路、电气线缆、流体通道和排渣管线，导杆的顶端设置有液压管接头、电气接插件、法兰接头、高压水管接头及压缩空气管接头，导杆的底端通过过渡集成块连接作业机具。

进一步，所述导杆为矩形截面密封箱体或圆柱形管体。

进一步，所述啮合式传动结构包括齿轮齿条啮合传动机构、链轮链条啮合传动机构或蜗轮蜗杆啮合传动机构。

进一步，所述导杆为矩形截面密封箱体，导杆外部设置有两个呈对称设置的齿条，连续注入头内部设置有偶数个主动齿轮，偶数个主动齿轮均分为两组，对应每个齿条配置一组主动齿轮与其啮合，主动齿轮采用传动链实现驱动或制动动作；所述传动链包括行星减速机、多片盘式制动器及第一液压马达，行星减速机的输出轴花键套和主动齿轮的中心轴外花键相连接，行星减速机的输入端花键套与第一液压马达的输出端的外花键连接；多片盘式制动器采用法兰连接在行星减速机和第一液压马达之间，多片盘式制动器用于制动主动齿轮实现导杆锁紧悬停。

进一步，所述连续注入头和下导正滑车之间安装有呈竖直方向设置的减震碟簧，连续注入头和中导正滑车之间安装有呈竖直方向设置的减震碟簧。

进一步，所述下导正滑车的下部安装有清洗轮架总成，清洗轮架总成的数量为两个，两个清洗轮架总成分别对应两个齿条，每个清洗轮架总成内具有两组清洗轮，清洗轮的回转轴线与齿条的啮合齿侧平行且与齿条运动方向垂直，清洗轮与齿条形成有过盈量的挤压式啮合状态，单个清洗轮的啮合齿高度超过齿条啮合齿齿宽的1/2；下导正滑车的上部对应齿条处安装有水力分配器，水力分配器的数量为两台，两台水力分配器与两个齿条一一对应，每个水力分配器沿其纵向布置有至少两个喷嘴，在上车总成上布置有清洗泵，清洗泵通过清洗管道与水力分配器连通。

进一步，所述连续注入头上部设置有连续注脂器，在连续注入头内侧对应主动齿轮齿顶圆外部安装有润滑脂档圈，润滑脂档圈上设置数个阻尼孔。

进一步，所述喷嘴轴线所在平面对应齿条半齿高位置。

进一步，所述下导正滑车、中导正滑车及上导正滑车上均采用带座轴承安装有横销组件，带座轴承安装在各导正滑车的轴承座板上并采用螺栓连接，每个导正滑车内的横销组件的数量为两套，横销组件内包含钢制销轴，钢制销轴两端与带座轴承内孔间为过渡配合，在钢制销轴上安装有MC尼龙滚套，横销组件与导杆相接触。

进一步，相对导杆矩形截面长轴方向两侧各导正滑车上均布置有扶正滚轮，每个导正滑车内的扶正滚轮数量为两套，扶正滚轮与导杆接触。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

1、地面装置部分具有低净空桅杆，整机结构紧凑，稳定优于常规旋挖钻机；

2、采用连续注入头驱动导杆提升和下放作业机具，效率高，可加压；

3、采用矩形截面的导杆承受扭矩作用，钻孔作业采用孔底动力驱动钻具旋转，故无需在地面装置上配置动力头；

4、导杆内部预埋液压管路、电气线缆、流体通道和排渣管线，具有完善的工作介质、流体动力、电气控制信号的输送功能，可实施多种掘削工艺，如深层搅拌和反循环旋冲钻进等。将各类管线预埋至导杆内，地面装置无需配置胶管绞盘和电缆绞车，系统结构得以简化；

5、导杆采用分段式可加接结构，有效提高了整套装置的钻深能力；

6、可方便地更换地下作业机具，根据工程需求选择不同的工法进行作业；

7、可与起重机械配合使用，以解决超深钻孔、成槽作业过程中导杆过重引起的连续注入头超载载荷工况，以及导杆过高引起的整机稳定性差等问题，此外对于可能发生的塌方、埋钻等事故，依托本发明提供的装置自身配置的连续注入头、注入头升降油缸及辅助绞车联合作业实现强力起拔或借助起重机等外部装置强力提升，均可用于事故处理。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明实施例中所述连续导杆式成槽及钻孔装置的总成示意图。

图2为连续注入头及导杆传动结构示意图。

图3为导杆顶端段结构示意图。

图4为中导正滑车主体结构示意图。

图5为装配有液压抓斗的连续导杆式成槽及钻孔装置实施例。

图6为装配有双轮搅的连续导杆式成槽及钻孔装置实施例。

图7为本发明提出的连续导杆式成槽及钻孔装置与履带式起重机联合作业示意图。

图中各标记如下：1-移动式底盘、2-上车总成、3-大三角机构、4-辅助绞车、5-桅杆、6-下导正滑车、7-过渡集成块、8-导杆、9-连续注入头、10-拖链、11-载人平台、12-清洗轮架总成、14-水力分配器、15-滚动轴承座套、16-框架、17-中导正滑车、18-注入头升降油缸、19-上导正滑车、20-天车、21-主动齿轮、22-清洗管道、24-行星减速机、25-多片盘式制动器、26-第一液压马达、27-连续注脂器、28-减震碟簧、30-回转驱动装置、31-第二液压马达、601-横销组件、602-带座轴承、603-扶正滚轮、605-导正滑块、606-销轴、801-法兰接头、802-高压水管接头、803-压缩空气管接头、806-齿条。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解。下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6及图7，包括移动式底盘1、上车总成2、大三角机构3、桅杆5、导杆8、天车20及辅助绞车4，所述上车总成2通过回转支撑安装在移动式底盘1上表面；所述天车20安装在桅杆5顶部；所述辅助绞车4设置在桅杆5上；其特征在于：还包括下导正滑车6、连续注入头9、中导正滑车17、注入头升降油缸18及上导正滑车19，

所述上车总成2主要由机械结构、液压动力系统、电气控制系统及辅助装置等四个部分组成，上车总成2的液压动力系统主要由柴油发动机、液压泵组、电液比例阀组及液压油箱所组成，主要用于为整机工作提供液压动力；电气控制系统主要包括发电机组、PLC控制器、控制面板和传感器装置所组成，用以控制电液比例阀组工作，进而实现整机操纵，以及监测整机工作状态和参数；辅助装置包括燃油箱、配重、管路和线缆、照明系统及防护装置等。

所述大三角机构3包括变幅调垂油缸、十字万向铰座及关节轴承座，变幅调垂油缸的数量为两个，两个变幅调垂油缸的缸体端部分别安装在十字万向铰座的两端，两个变幅调垂油缸的活塞杆端部各设置有一个关节轴承座；十字万向铰座设置在桅杆5下方，十字万向铰座由垂直布置的可转动法兰轴和横向销轴构成，且横向销轴安装在上车总成2上；桅杆5下方的十字万向铰座由两部分构成，其一为安装在桅杆5下方，保留了侧向旋转自由度的可转动法兰轴，用作轴一；其二为安装在上车总成2支承连杆上的大尺寸横向销轴，用作轴二，轴二则保留了可实现桅杆俯仰的转动自由度；轴一和轴二在空间上始终保持垂直状态；于是大三角机构3使桅杆5具有了升降、平移、倾斜、俯仰等多个自由度，从而使施工过程中动态调整其空间位置和角度成为可能；桅杆5的变幅与调垂均通过大三角机构3所包含的两个变幅调垂油缸的动作实现，当两个变幅调垂油缸的活塞杆同步伸出或缩回时，可改变桅杆5的俯仰角度；由于成槽和钻孔作业时桅杆5需要保持垂直姿态，于是在其产生垂直度误差时，则需要两个变幅调垂油缸分别单动，以纠正其前后俯仰和两侧倾斜的角度。

所述桅杆5通过大三角机构3安装在上车总成2上，桅杆5是一种单段的短桅杆，起塔后高度为10米～15米，桅杆5为截面呈矩形的无缝钢管，桅杆5的上部同一高度设置有两个耳座，两个耳座采用内置的关节轴承分别与所述两个变幅调垂油缸的活塞杆端部的关节轴承座铰接；桅杆5上安装有辅助绞车4，天车20采用销轴连接在桅杆5的顶部，由于桅杆5较短，天车20的滑轮组均处在低位，辅助绞车4仅用于更换作业机具时提吊钻具，以及在现场维护过程中提吊连续注入头9等部件。这种短桅杆大三角机构结构紧凑、刚度大、稳定性好。此外，在桅杆5上布置有连接液压管路、电气线缆、高压水管路及压缩空气管路等的集成块，桅杆5中部采用螺栓连接方式安装有拖链10，主要用于保护连续注入头9的液压管路。

沿着桅杆5纵向自下而上依次布置有注入头升降油缸18、下导正滑车6、连续注入头9、中导正滑车17和上导正滑车19，其中注入头升降油缸18采用中间铰轴安装在桅杆5上，注入头升降油缸18的活塞杆端和下导正滑车6连接，下导正滑车6和中导正滑车17均与桅杆5之间采用导轨滑块结构连接，进一步，下导正滑车6和中导正滑车17均采用导正滑块605与安装在桅杆5上的侧导轨相接触，导正滑块605的材料可采用聚四氟乙烯塑料或轴承合金。下导正滑车6和中导正滑车17之间采用刚性拉杆连接，上导正滑车19则独立固定在桅杆5上部，由上导正滑车19、中导正滑车17及下导正滑车6共同组成了导杆8的导正系统，该导正系统沿桅杆5具有最大的跨距，从而获得最佳的其抗倾覆能力；

下导正滑车6和中导正滑车17上各设置有两组安装耳板，用于与设置在连续注入头9上的安装耳板配合，通过竖直布置的销轴606穿过安装耳板将下导正滑车6、连续注入头9及中导正滑车17装配到一起，销轴606的一端具有挡肩，另一端加工有细牙螺纹，在分别属于不同部件的安装耳板之间安装有减震碟簧28，采用双螺母将销轴606锁定后，将上导正滑车6与下导正滑车17之间采用刚性拉杆相连，连续注入头9即被限制在下导正滑车6与中导正滑车17之间；下导正滑车6在注入头升降油缸18的驱动下沿桅杆5纵向上下滑动，于是带动连续注入头9升降，中导正滑车17则是通过其与下导正滑车6之间的刚性拉杆伴而随动，连续注入头9实质上被限制在下导正滑车6与中导正滑车17之间，通过销轴606和减震碟簧28传力，且连续注入头9的工作载荷仅有来自导杆8的轴向推力和拉力。

连续注入头9用于驱动导杆8沿桅杆5的纵向连续提升或下放，当连续注入头9驱动导杆8提升与下放以及进行掘削、搅拌、旋冲钻进作业时，通过导杆8作用于连续注入头9上的轴向振动载荷由减震碟簧28承受并得以缓解。

导杆8贯穿下导正滑车6、连续注入头9、中导正滑车17和上导正滑车19，各导正滑车上采用带座轴承602安装有横销组件601，带座轴承602安装在各导正滑车的轴承座板上并采用螺栓连接，每个导正滑车内的横销组件601的数量为两套，横销组件601内包含钢制销轴，钢制销轴两端与带座轴承602内孔间为过渡配合，在钢制销轴上安装有MC尼龙滚套，横销组件601与导杆8矩形截面箱体接触，在俯仰方向上起导正作用。而相对导杆8矩形截面长轴方向两侧各导正滑车上均布置有扶正滚轮603，每个导正滑车内的扶正滚轮603数量为两套，扶正滚轮603与导杆8矩形截面箱体两侧面接触，实现侧导向作用。于是导杆8在提升与下放过程中的旋转自由度均被限制，且其纵向的直线运动具有良好的导向性，导正系统使导杆8的运动方向与桅杆5纵向一致，于是在桅杆5调垂后，确保了导杆8带动地下成槽、钻孔作业机具的运动精度，从而保证了槽壁和孔壁的垂直度。

所述导杆8和连续注入头9是本发明所提及的连续导杆式成槽及钻孔装置所依托的主要部件，导杆8采用分段连接的矩形截面箱体结构，箱体两侧采用螺栓安装有齿条806，齿条806相对于矩形截面箱体长轴和短轴方向的两个中面均对称布置，若单段导杆8有效长度为H，单段齿条806长度为h，则单段导杆8内所包含的齿条数N为：N＝H/h×2；连续注入头9内安装有主动齿轮21，主动齿轮21的数量为偶数个，偶数个主动齿轮21均分为两组，对应每个齿条806配置一组主动齿轮21与其啮合，形成齿轮齿条副，主动齿轮21具体数量的多少取决于连续注入头9提升力的设计值、输入轴传动比，以及作为执行元件的第一液压马达26的转速和扭矩大小，如图2所示的连续注入头9采用了四套输入端主动齿轮21部件。主动齿轮21与齿条806啮合构成传动副，主动齿轮21由行星减速机24的输出轴花键套以及滚动轴承座套15所支承，并由第一液压马达26、多片盘式制动器25、行星减速机24所组成的传动链所驱动，行星减速机24的输出轴花键套和主动齿轮21的中心轴外花键相连接，行星减速机24的输入端花键套与第一液压马达26的输出端的外花键连接，多片盘式制动器25采用法兰连接在行星减速机24和第一液压马达26之间，具体第一液压马达26旋转，经行星减速机24降速增扭后驱动主动齿轮21旋转，进而将输出扭矩转化为提升力或加压力作用在导杆8上，实现其提升和下放动作。在第一液压马达26工作时，多片盘式制动器25松开，而在第一液压马达26停止工作时，多片盘式制动器25卸掉操纵压力，处于锁紧状态，用于实现导杆8的可靠悬停。

导杆8各段间采用螺栓组连接，采用销轴精确定位确保齿条806装配后平直连续，导杆8分为顶端段、底端段和中间段三种类型，其中顶端段和底端段各一根，中间段数量至少一根，中间段具有相同的组装结构，可设计成不同的长度，各段组合后形成的导杆8其长度应满足成槽或钻孔作业深度的要求，对于超深成槽或钻孔作业需求，可采用加接导杆8中间段的方式实现，受整机稳定性的限制，通常安装在连续注入头9内单回次作业的导杆8长度范围是30米～50米，若钻深超过50米，需加接导杆8，导杆8加长后在同类施工过程中通常无需拆卸，因此并不影响连续注入头9驱动的连续性和高效率，但由于导杆8重量有所增加且较大的高度将导致整机稳定性差，故需要配置起重设备在现场辅助作业。导杆8的顶端设置有液压管接头P、液压管接头T、液压管接头L、液压管接头Ls、电气接插件e、法兰接头801、高压水管接头802及压缩空气管接头803用以连接在桅杆5上所安装的集成块上引出的液压油管路、电气控制线缆、高压水管路或压缩空气管路，法兰接头801在进行深层搅拌作业过程中用于向地下输送水泥砂浆或水泥干粉，而在大直径反循环旋冲钻孔作业过程中用于排渣，由于反循环排渣过程中会引起法兰接头801鹅颈管部位磨损剧烈，法兰接头801上设置有局部加厚段t有效地延长了法兰接头801的使用寿命。此外，导杆8内部中心通道保持了平直光顺的结构，确保反循环排渣过程顺畅。导杆8的底端段采用过渡集成块7安装作业机具，作业机具可选择液压双轮铣、双轮搅GSM、液压抓斗HGB和大直径潜孔锤DTH，分别用于实现一定深度范围内的加压成槽、成墙和钻孔作业。

为便于进行各段导杆8间管线连接，导杆8各段端面处均预留了用于连接管路的过渡空间。导杆8各段中心通道采用插接结构，其内外接头配合后即由胶圈密封。其余管路在导杆8过渡空间内均采用柔性管进行连接，其中导杆8各段端面处各液压油通道采用高压胶管及快速接头连接。导杆8内部管路是安装在密封箱体内的，过渡空间则设计成开放式结构以便于拆卸接头，且通常在施工前导杆8仅组装一次，于是也可取消快速接头代以螺纹连接的高压胶管接头，以降低成本并可提高液压管路连接的可靠性。高压气体和高压水的管路同样采用高压胶管及接头进行连接，电缆采用电气接插件进行连接，所有电气接插件的防护等级须在IP67以上。导杆8端面处中心通道过流面积大，其配合接头采用密封的插接结构，故而该接头采用弹性橡胶套在导杆8端面的封板处上安装定位，这种结构可对导杆8端面的封板处螺栓连接孔与中心通道内、外接头的位置误差进行补偿，以使中心通道的内、外接头组装后获得良好的配合关系，保证其密封性。导杆8底端段下端安装有过渡集成块7，过渡集成块7的外圈加工有螺栓连接孔，用于安装可潜入地下成槽和钻孔的工作装置，过渡集成块7对应导杆8矩形截面箱体内侧的上端面安装有液压管接头和电气接插件，并采用柔性管线连接导杆8矩形截面箱体内预先安装的电液比例阀和电气控制元器件，过渡集成块7的内部布置有液压油孔道和电缆通孔，外侧同样安装有液压管接头和电气接插件，用于连接地下作业机具的液压执行元件和传感器。于是建立了整套装置地下作业机具液压动力和电气控制信号的完整传输体系，实现了向地下槽内或孔内连续输送工作介质的功能，以及在地下铣槽和钻孔作业过程中反循环连续排渣的功能。

连续注入头9是提升和下放导杆8的主要部件，在导杆8组装完成后，连续注入头9的主动齿轮21连续旋转实现了导杆8的连续提升，这种传动结构与传统的旋挖钻机相比替代了其采用特定行程油缸间歇加压钻进的方式，使加压钻进可以连续进行，因而该装置具有较高的钻孔和成槽效率，同时提高了钻孔成槽的孔壁质量，间接降低了事故放生的概率。此外，连续提升导杆8及作业机具对于提高深层搅拌成墙工法如CSM以及深层搅拌成桩工法，DCS的搅拌效果和地下连续墙和搅拌桩质量而言十分必要，保持速度均匀连续提升对于控制搅拌的均匀性最为有益。

连续注入头9采用开式齿轮箱结构，主动齿轮21与齿条806啮合构成传动副，主动齿轮21由行星减速机24的输出轴花键套以及滚动轴承座套15所支承，并由第一液压马达26、多片盘式制动器25、行星减速机24所组成的传动链所驱动，其中第一液压马达26与多片盘式制动器25之间，以及多片盘式制动器25与行星减速机24之间均采用法兰连接，扭矩传递则通过渐开线花键实现。导杆8依托固定在其箱体两侧的齿条806在主动齿轮21驱动下连续升降，替代了旋挖钻机的加压油缸和主卷扬机的作用，连续注入头9驱动具有足够长度的刚性导杆8连续升降，且可以实现工作装置连续加压钻削作业，使地下成槽和钻孔的施工效率大幅提高。连续注入头9采用开式结构也有效降低了制造成本、使用维护更加方便。钻销过程中，产生的反力矩由横销组件601承受，通过各导正滑车作用在桅杆5，连续注入头9仅承受沿桅杆5纵向的作用力，反力矩引起的变形使整个8矩形截面箱体也随之发生位移和倾斜，确保了齿轮齿条副的配合精度，使其具有良好的受力状态。

在连续注入头9的箱体上对应齿轮齿条啮合部位、偏向齿轮806一侧预留有管螺纹孔用于安装连续注脂器27，在连续注入头9的箱体上板内侧对应主动齿轮21齿顶圆外部安装有润滑脂档圈，润滑脂档圈上表面采用围板焊接在连续注入头9的箱体上部内侧，构成润滑脂封闭贮存空间，润滑脂档圈上钻有数个阻尼孔用于向主动齿轮21滴脂，齿条806下放过程中，随着润滑脂被主动齿轮21不断带入啮合部位，所贮存的油脂滴出，定期向连续注脂器27内补充润滑脂，可使连续注入头9齿轮齿条副保持良好的润滑状态。

由于齿条806通常要随同导杆8潜入地下而造成污染，在导杆8提升过程中，为使齿轮齿条啮合过程中保持清洁，在下导正滑车6的下板对应齿条806通过窗口处安装有清洗轮架总成12，对应每一侧的齿条806均设置一套清洗轮架总成12，每个清洗轮架总成12内有两组清洗轮，清洗轮采用柔性耐磨非金属弹性材料制造，可变形。清洗轮回转轴线与齿条806的啮合齿侧平行且与齿条806运动方向垂直，清洗轮与齿条806形成有过盈量的挤压式啮合状态，在齿条806升降过程中可被动地旋转，单个清洗轮的啮合齿高度超过半个齿宽，两个清洗轮可扫过齿条806整个齿宽内的齿间区域。清洗轮主要用于清理残留在齿条806齿间的固相颗粒和淤泥。此外，在下导正滑车6的上板对应齿条806通过的窗口处安装有水力分配器14，水力分配器14的数量为两台，每台水力分配器14沿其纵向亦即齿条806运动的方向布置有至少两个喷嘴，喷嘴轴线所在平面对应齿条806半齿高的位置，当安装在上车总成2中的清洗泵和清洗管道22向水力分配器14供水时，高压水通过油路块和管路输送至清洗管道22，清洗管道22将高压水分配给两台水力分配器14并通过喷嘴射出，喷嘴射出的水流进行齿条806齿间的清洗工作，多个喷嘴处在不同的高度，既可同时对多个齿间喷射清洗，也能够在导杆8提升过程中对单一齿间进行多次清洗以获得良好的清洁效果。在导杆8下降过程中，清洗泵可自动关闭，以节约用水并节能。

本发明采用连续注入头9和导杆8以及注入头升降油缸18实施应对复杂施工情况的增强功能。注入头升降油缸18在导杆8运动过程中可保持锁紧状态，作用在导杆8上的提升力和加压力由连续注入头9的齿轮齿条传动机构提供，理论上提升力和加压力额定值相同。注入头升降油缸18无杆腔进油时的最大提升力可达连续注入头9的提升力的2.5倍以上，在强度满足的条件下，可用于实施强力起拔作业。此外，当液压抓斗HGB或钻头类作业机具在硬地层施工遇阻时，可使连续注入头9和注入头升降缸18联合加速下放，产生一定的冲击作用实现加压冲抓或冲击钻进。本装置还有很多类似的功能，可在具体施工过程中灵活运用。连续注入头9升降过程中，牵引拖链10运动，拖链10对第一液压马达26的液压管线进行了良好的保护。此外，连续注入头9上安装有框架16，框架16上安装有护栏和载人平台11，在导杆8加接过程中可载人进行连接处的高空作业，连续注入头9的维护工作也可载人在高位完成。

本发明所述连续导杆式成槽及钻孔装置的导杆8为一种可分段组装的型钢管体，管体截面为矩形，此外，导杆8也可以采用圆形管体，在管体外部焊接键条806，用于限制导杆8的转动自由度并导向。用于驱动导杆8的啮合式传动结构可以为齿轮齿条啮合传动机构、链轮链条啮合传动机构或蜗轮蜗杆啮合传动机构，采用链轮链条啮合传动机构传动时导杆8箱体内需设置链条张紧机构，而连续注入头9的驱动元件须采用链轮。导杆8内预埋液压管线可以采用高压胶管，供水和供气管线采用中低压胶管，中心通道采用钢管或PVC管。本发明提出的连续导杆式成槽及钻孔装置依赖于地下液压动力作业机具进行施工，可选配的作业机具主要有液压抓斗HGB、双轮铣、双轮搅CSM和大直径潜孔锤DTH和双向搅拌钻具DCS等。其中采用液压抓斗HGB和双轮铣可进行地下连续墙成槽作业，采用双轮搅CSM工法可进行深层搅拌地下连续墙作业，采用双向搅拌钻具DCS可进行软土层深层搅拌钻孔灌注桩作业，采用大直径潜孔锤DTH可进行硬地层旋冲钻进的钻孔灌注桩施工。

在采用双向搅拌钻具DCS和大直径潜孔锤DTH工法进行钻孔作业的过程中，由于连续导杆式成槽及钻孔装置不具有动力头，需要在导杆8下端过渡连接回转驱动装置30，回转驱动装置30的执行元件为第二液压马达31。本装置配置液压抓斗HGB或双轮铣进行地下连续墙施工时是以可连续升降导杆8提升和下放作业机具的，替代了柔性钢绳牵引的方式，故整机无需配置大吨位的主卷扬机。由于导杆8具有足够的刚度，因此上述各工法实施过程中均可通过连续注入头9加压。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.连续导杆式成槽及钻孔装置，包括移动式底盘(1)、上车总成(2)、大三角机构(3)、桅杆(5)、导杆(8)、天车(20)及辅助绞车(4)，所述上车总成(2)通过回转支撑安装在移动式底盘(1)上表面；所述天车(20)安装在桅杆(5)顶部；所述辅助绞车(4)设置在桅杆(5)上；其特征在于：还包括下导正滑车(6)、连续注入头(9)、中导正滑车(17)、注入头升降油缸(18)及上导正滑车(19)，

所述移动式底盘(1)为履带式底盘；

所述大三角机构(3)包括变幅调垂油缸、十字万向铰座及关节轴承座，变幅调垂油缸的数量为两个，两个变幅调垂油缸的缸体端部分别安装在十字万向铰座的两端，两个变幅调垂油缸的活塞杆端部各设置有一个关节轴承座；十字万向铰座设置在桅杆(5)下方，十字万向铰座由垂直布置的可转动法兰轴和横向销轴构成，且可转动法兰轴安装在桅杆(5)下方，横向销轴安装在上车总成(2)上；

所述桅杆(5)的上部同一高度设置有两个耳座，两个耳座采用内置的关节轴承分别与所述两个变幅调垂油缸的活塞杆端部的关节轴承座铰接；

所述注入头升降油缸(18)、下导正滑车(6)、连续注入头(9)、中导正滑车(17)及上导正滑车(19)自下而上顺次设置在桅杆(5)上，其中下导正滑车(6)和中导正滑车(17)均与桅杆(5)滑动配合连接，同时下导正滑车(6)和中导正滑车(17)通过刚性拉杆连接；连续注入头(9)与导杆(8)通过啮合式传动结构连接，连续注入头(9)用于驱动导杆(8)沿桅杆(5)的纵向连续提升或下放，连续注入头(9)采用呈竖向布置的销轴(606)装配到下导正滑车(6)和中导正滑车(17)上；注入头升降油缸(18)的活塞杆端与下导正滑车(6)连接，注入头升降油缸(18)用于驱动下导正滑车(6)沿桅杆(5)纵向滑动；所述导正滑车(19)固定在桅杆(5)上部；

所述导杆(8)贯穿下导正滑车(6)、中导正滑车(17)及上导正滑车(19)，导杆(8)同时与三者形成滚动摩擦副，使得导杆(8)的运动方向与桅杆(5)纵向一致；导杆(8)为分段式中空结构，各段之间通过销轴定位并采用螺栓紧固连接，导杆(8)具有顶端段、底端段和中间段，顶端段和底端段的数量均为一根，中间段数量至少一根，导杆(8)内置有液压管路、电气线缆、流体通道和排渣管线，导杆(8)的顶端设置有液压管接头、电气接插件、法兰接头(801)、高压水管接头(802)及压缩空气管接头(803)，导杆(8)的底端通过过渡集成块(7)连接作业机具。

2.根据权利要求1所述的连续导杆式成槽及钻孔装置，其特征在于，所述导杆(8)为矩形截面密封箱体或圆柱形管体。

3.根据权利要求1所述的连续导杆式成槽及钻孔装置，其特征在于，所述啮合式传动结构包括齿轮齿条啮合传动机构、链轮链条啮合传动机构或蜗轮蜗杆啮合传动机构。

4.根据权利要求2所述的连续导杆式成槽及钻孔装置，其特征在于，所述导杆(8)为矩形截面密封箱体，导杆(8)外部设置有两个呈对称设置的齿条(806)，连续注入头(9)内部设置有偶数个主动齿轮(21)，偶数个主动齿轮(21)均分为两组，对应每个齿条(806)配置一组主动齿轮(21)与其啮合，主动齿轮(21)采用传动链实现驱动或制动动作；所述传动链包括行星减速机(24)、多片盘式制动器(25)及第一液压马达(26)，行星减速机(24)的输出轴花键套和主动齿轮(21)的中心轴外花键相连接，行星减速机(24)的输入端花键套与第一液压马达(26)的输出端的外花键连接；多片盘式制动器(25)采用法兰连接在行星减速机(24)和第一液压马达(26)之间，多片盘式制动器(25)用于制动主动齿轮(21)实现导杆(8)锁紧悬停。

5.根据权利要求1所述的连续导杆式成槽及钻孔装置，其特征在于，所述连续注入头(9)和下导正滑车(6)之间安装有呈竖直方向设置的减震碟簧(28)，连续注入头(9)和中导正滑车(17)之间安装有呈竖直方向设置的减震碟簧(28)。

6.根据权利要求4所述的连续导杆式成槽及钻孔装置，其特征在于，所述下导正滑车(6)的下部安装有清洗轮架总成(12)，清洗轮架总成(12)的数量为两个，两个清洗轮架总成(12)分别对应两个齿条(806)，每个清洗轮架总成(12)内具有两组清洗轮，清洗轮的回转轴线与齿条(806)的啮合齿侧平行且与齿条(806)运动方向垂直，清洗轮与齿条(806)形成有过盈量的挤压式啮合状态，单个清洗轮的啮合齿高度超过齿条(806)啮合齿齿宽的1/2；下导正滑车(6)的上部对应齿条(806)处安装有水力分配器(14)，水力分配器(14)的数量为两台，两台水力分配器(14)与两个齿条(806)一一对应，每个水力分配器(14)沿其纵向布置有至少两个喷嘴，在上车总成(2)上布置有清洗泵，清洗泵通过清洗管道(22)与水力分配器(14)连通。

7.根据权利要求4或6所述的连续导杆式成槽及钻孔装置，其特征在于，所述连续注入头(9)上部设置有连续注脂器(27)，在连续注入头(9)内侧对应主动齿轮(21)齿顶圆外部安装有润滑脂档圈，润滑脂档圈上设置数个阻尼孔。

8.根据权利要求6所述的连续导杆式成槽及钻孔装置，其特征在于，所述喷嘴轴线所在平面对应齿条(806)半齿高位置。

9.根据权利要求4所述的连续导杆式成槽及钻孔装置，其特征在于，所述下导正滑车(6)、中导正滑车(17)及上导正滑车(19)上均采用带座轴承(602)安装有横销组件(601)，带座轴承(602)安装在各导正滑车的轴承座板上并采用螺栓连接，每个导正滑车内的横销组件(601)的数量为两套，横销组件(601)内包含钢制销轴，钢制销轴两端与带座轴承(602)内孔间为过渡配合，在钢制销轴上安装有MC尼龙滚套，横销组件(601)与导杆(8)相接触。

10.根据权利要求4所述的连续导杆式成槽及钻孔装置，其特征在于，相对导杆(8)矩形截面长轴方向两侧各导正滑车上均布置有扶正滚轮(603)，每个导正滑车内的扶正滚轮(603)数量为两套，扶正滚轮(603)与导杆(8)接触。