CN112502610A - 一种适用于岩与土的螺旋冲击钻孔装置的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种适用于岩与土的螺旋冲击钻孔装置的施工方法,钻孔装置包括钻机系统和钻机支架,所述钻机支架包括行走的底盘机构,底盘机构上设有旋转机构,旋转机构上设有工作平台,工作平台上设置有驾驶及操作室,工作平台的前端设有动臂,动臂的前端与钻孔系统连接;钻孔系统包括配电系统、空压系统、凿岩部件、钻土部件、齿轮、钻杆和钻头。施工方法包括将钻机支架行驶至指定位置;安装钻孔系统;调节钻头的初始高度和钻孔角度;开始钻孔。本发明解决了钻孔设备无法适用于不同土层的难题,适用于岩与土的螺旋冲击钻孔装置可适应不同的地层条件,可精准控制钻孔角度,机动性强,绿色环保、节能降噪,钻头坚固牢靠,适用于边坡、基坑支护工程。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程技术领域,具体涉及一种适用于岩与土的螺旋冲击钻孔装置的施工方法。
背景技术
锚杆支护是岩土工程领域中常见的支护形式,通常,土层钻孔采用螺旋钻机,岩石层采用冲击潜孔钻成孔。实际工程中,常常会遇到既有土层又有岩层的复杂地层,此类问题的常规解决方法是更换钻孔设备。但是,此类解决方法存在下列问题:(1)机具设备的更换、运输、组装、校核花费大量时间,增加施工工期。(2)根据不同地层情况更换不同钻孔设备,无形之中增加了工程费用。(3)机具更换移位容易造成孔位偏差及钻孔倾斜。
发明内容
针对上述技术问题,本发明旨在提供一种适用于土层与岩层交替的地层情况、钻孔效率高、适应范围广方便快捷并易于操作的螺旋冲击钻孔装置的施工方法。
本发明采用的技术方案是:
一种适用于岩与土的螺旋冲击钻孔装置的施工方法,所述钻孔装置包括钻机系统和钻机支架,所述钻机支架包括行走的底盘机构,底盘机构上设有旋转机构,旋转机构上设有工作平台,工作平台上设置有驾驶及操作室,工作平台的前端设有动臂,动臂的前端与钻孔系统铰接连接;钻孔系统包括配电系统、空压系统、凿岩部件、钻土部件、齿轮、钻杆和钻杆底部的钻头;所述凿岩部件包括凿岩壳体,凿岩壳体内设有气缸,气缸顶部设有气管,气缸底部开孔,气缸内设有活塞,活塞顶部与涡轮扇叶固定连接,活塞底部与传力构件固定连接;所述钻土部件包括钻土壳体和电机,传力构件设于钻土壳体内,电机设于传力构件内;齿轮内部与钻杆嵌套连接,齿轮外部分别与传力构件的底部和电机啮合连接,齿轮底部通过受力构件与钻杆固定连接;所述钻头包括螺旋钻头,螺旋钻头底部连接有高强凿岩钻头,其既满足土层钻孔的旋挖功能又满足岩层钻孔的冲击凿岩功能;
所述施工方法包括如下步骤:
(1)将钻机支架行驶至指定位置;
(2)安装钻孔系统;
(3)调节动臂控制钻头的初始高度和钻孔角度;
(4)开始钻孔:当高强凿岩钻头接触土层时,开启电机,电机通过钻杆转动带动螺旋钻头和高强凿岩钻头转动,进行钻孔;当高强凿岩钻头接触岩层时,空压系统(泵入或抽出气体)通过气管控制涡轮扇叶带动活塞转动,同时控制活塞上、下运动,使得传力构件带动钻杆转动,并带动螺旋钻头和高强凿岩钻头转动,同时将冲击荷载传递至受力构件,通过钻杆带动高强凿岩钻头边转动边凿碎岩石。
步骤(4)空压系统(泵入或抽出气体)通过气管控制涡轮扇叶带动活塞转动,转动为低频转动,通过调整涡轮数目或改变涡轮扇叶角度实现。
行走的底盘机构包括底盘、动力系统、动力油箱、液压油箱和液压泵,液压泵设置于液压油箱之上。底盘为履带。
配电系统和空压系统设于工作平台之上。
所述动臂包括主要动臂、次要动臂和辅助动臂,其中主要动臂用来控制钻头的初始高度,次要动臂用来控制钻孔过程中钻头的升降,辅助动臂用来控制钻头钻孔角度。
凿岩壳体顶端与辅助动臂前端铰接连接。
驾驶及操作室并排设置于工作平台之上。
所述钻杆采用拼接式连接组装加长,例如螺纹连接组装加长,根据钻孔深度对钻杆组合拼装,使其满足孔深要求。
活塞顶部与涡轮扇叶的轴或扇叶固定连接。
所述钻杆底部和钻头通过螺纹连接,更进一步的,钻孔系统还包括与钻头配套的拆卸装置,例如扳手,将钻头与拆卸装置相互咬合,通过控制钻杆反方向转动,实现钻杆及钻头的自行拆卸。
拆卸装置设置于工作平台之上,通过控制动臂将钻头与拆卸装置相互咬合。
凿岩壳体与钻土壳体螺栓相连。
齿轮为一个,还可以是上、下两个,上边的齿轮外部与电机啮合,下边的齿轮外部与传力构件的底部啮合,下边齿轮的底部通过受力构件与钻杆固定连接。优选齿轮为一个。
本发明的有益效果:
(1)可适应不同的地层条件,特别适合于土层与岩层交替的地层。本钻机可根据不同的地层情况采取不同的钻孔方式,当遇到土体地层时,可采用旋挖的方式钻孔;当遇到坚硬的岩体地层时,可采用冲击凿岩的方式钻孔。
(2)可精准控制钻孔角度。辅助动臂可准确控制钻孔倾角,避免钻孔倾角偏差。
(3)绿色环保、节能降噪。凿岩部件以压缩空气为动力源,无有害产物,节能环保;同时凿岩部件工作效率高。
(4)实现设备钻孔与凿孔的自由切换。设备钻孔时采用电机控制,当钻头在土体中工作时,通过电机控制钻头转动钻孔;当钻头在岩石中工作时,通过气泵控制活塞上下运动,从而实现凿岩工作,在气泵作用下,活塞上端涡轮扇叶带动活塞低频转动,从而带动钻头低速转动,使得的钻头凿孔更加均匀。
(5)电机钻孔稳定且能提供合适的扭矩。土体钻孔时,不需要凿击岩石成孔,那么电机带动钻杆转动,相对于气泵、液压控制钻杆转动,电机的转动频率更加稳定,同时,电机可提供满足钻孔需求的扭矩,而气泵、液压则提供扭矩有限。
(6)传动系统稳定、牢靠。本发明研发了新型的传力构件和受力构件,组成一套全新的传动系统。传力构件与受力构件组合使用,可以完美切分两种工作状态,使得土中钻孔、岩中凿孔两种工作独立进行,两者之间不产生关联。同时,传力构件与受力构件的组合极大的发挥了稳定钻杆的重要作用。
(7)钻头、钻杆的自动装卸。通过设置与钻头配套的拆卸装置,可实现钻头、钻杆的自动装卸。钻杆正方向转动,钻头与钻杆紧固;钻杆反方向转动,钻头与钻杆松动,可便于拆除钻头、钻杆。
(8)钻头坚固牢靠。钻头在钻进过程中直接与岩土体作用,所以钻头为钻机最薄弱部位。本发明中的钻头为螺旋钻头和高强凿钻头的组合钻头,使其既满足旋挖和冲击凿岩的需求,在钻孔过程中不发生破坏。
(9)凿岩均匀。由于活塞上端设置涡轮扇叶,泵入空气时,传力构件带动钻杆转动,高强凿岩钻头在冲击凿岩时发生转动,使得凿岩孔洞更加匀称。
(10)机动性强。行走的底盘机构采用履带驱动行驶,可适应高山、洼地,陡坡等各种地形,机动灵活,边坡支护工程中作用明显。
附图说明
图1为本发明的左视图;
图2为本发明的右视图;
图3为凿岩部件、钻土部件内部示意图。
图4为A-A剖视图。
其中,1、底盘机构;2、旋转机构;3、工作平台;4、驾驶及操作室;5、行走的底盘机构的动力系统;6、空压系统;7、动力油箱;8、液压油箱;9、液压泵;10、动臂;101、主要动臂;102、次要动臂;103、辅助动臂;11凿岩部件;111、气缸;112、气管;113、活塞;114、涡轮扇叶;115、传力构件;12、钻土部件;121、电机;13、钻杆;131、受力构件;14、拆卸装置;141、螺纹;15、钻头;151、螺旋钻头;152、高强凿岩钻头;16、土层;17、岩层。
具体实施方式
需要理解的是,术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“横向”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
如图1-4所示,一种适用于岩与土的螺旋冲击钻孔装置的施工方法,钻孔装置包括钻机系统和钻机支架,所述钻机支架包括行走的底盘机构1,底盘机构1上设有旋转机构2,旋转机构2上设有工作平台3,工作平台3上设置有驾驶及操作室4,工作平台3的前端设有动臂10,动臂10的前端与钻孔系统连接;钻孔系统包括配电系统、空压系统6、凿岩部件11、钻土部件12、齿轮、钻杆13和钻杆底部的钻头15;所述凿岩部件11包括凿岩壳体,凿岩壳体内设有气缸111,气缸111顶部设有气管112,气缸111底部开孔,气缸111内设有活塞113,活塞113顶部与涡轮扇叶114固定连接,活塞113底部与传力构件115固定连接;所述钻土部件12包括钻土壳体和电机121,传力构件设于钻土壳体内,电机121设于传力构件115内;齿轮内部与钻杆13嵌套连接,齿轮外部分别与传力构件115的底部和电机121啮合连接,齿轮底部通过受力构件131与钻杆13固定连接;所述钻头15包括螺旋钻头151,螺旋钻头151底部连接有高强凿岩钻头152,其既满足土层钻孔的旋挖功能又满足岩层钻孔的冲击凿岩功能。底盘机构1包括底盘、动力系统、动力油箱7、液压油箱8和液压泵9,液压泵9设置于液压油箱8之上。底盘为履带。配电系统和空压系统6设于工作平台之上。所述动臂10包括主要动臂101、次要动臂102和辅助动臂103,其中主要动臂101用来控制钻头的初始高度,次要动臂102用来控制钻孔过程中钻头的升降,辅助动臂103用来控制钻头钻孔角度。凿岩壳体顶端与辅助动臂103前端铰接连接。驾驶及操作室4并排设置于工作平台3之上。所述钻杆13采用螺纹141连接组装加长,根据钻孔深度对钻杆组合拼装,使其满足孔深要求。活塞113顶部与涡轮扇叶的轴固定连接。所述钻杆13底部和钻头15通过螺纹141连接,更进一步的,钻孔系统还包括与钻头配套的拆卸装置14,例如扳手,拆卸装置14设置于工作平台3之上,通过控制动臂10将钻头15与拆卸装置14相互咬合,通过控制钻杆13反方向转动,实现钻杆13及钻头15的自行拆卸。凿岩壳体与钻土壳体螺栓相连。齿轮为一个。
所述施工方法,包括如下步骤:
(1)将钻机支架行驶至指定位置;
(2)安装钻孔系统,将凿岩壳体顶端与辅助动臂103前端铰接连接;
(3)调节主要动臂101控制钻头的初始高度、辅助动臂控103制钻头钻孔角度;
(4)开始钻孔:当高强凿岩钻头152接触土层16时,开启电机121,电机121通过钻杆13转动带动螺旋钻头151和高强凿岩钻头152转动,进行钻孔;当高强凿岩钻头152接触岩层17时,空压系统6(泵入或抽出气体)通过气管控制涡轮扇叶114带动活塞113低频转动,同时控制活塞113上、下运动,使得传力构件115带动钻杆13转动,并带动螺旋钻头151和高强凿岩钻头152转动,同时将冲击荷载传递至受力构件131,通过钻杆带动高强凿岩钻头边转动边凿碎岩石,使得岩石破碎更加均匀。
Claims (7)
1.一种适用于岩与土的螺旋冲击钻孔装置的施工方法,其特征在于:钻机装置包括钻机系统和钻机支架,所述钻机支架包括行走的底盘机构(1),底盘机构(1)上设有旋转机构(2),旋转机构(2)上设有工作平台(3),工作平台(3)上设置有驾驶及操作室(4),工作平台(3)的前端设有动臂(10),动臂(10)的前端与钻孔系统铰接;钻孔系统包括配电系统、空压系统(6)、凿岩部件(11)、钻土部件(12)、齿轮、钻杆(13)和钻杆底部的钻头(15);所述凿岩部件(11)包括凿岩壳体,凿岩壳体内设有气缸(111),气缸(111)顶部设有气管(112),气缸(111)底部开孔,气缸(111)内设有活塞(113),活塞(113)顶部与涡轮扇叶(114)固定连接,活塞(113)底部与传力构件(115)固定连接;所述钻土部件(12)包括钻土壳体和电机(121),传力构件(115)设于钻土壳体内,电机(121)设于传力构件(115)内;齿轮内部与钻杆(13)嵌套连接,齿轮外部分别与传力构件(115)的底部和电机(121)啮合连接,齿轮底部通过受力构件(131)与钻杆(13)固定连接;所述钻头(15)包括螺旋钻头(151),螺旋钻头(151)底部连接有高强凿岩钻头(152);
所述施工方法包括如下步骤:
S1将钻机支架行驶至指定位置;
S2安装钻孔系统;
S3调节主要动臂(10),控制钻头的初始高度和钻孔角度;
S4开始钻孔:当高强凿岩钻头(152)接触土层(16)时,开启电机(121),电机(121)通过钻杆(13)转动带动螺旋钻头(151)和高强凿岩钻头(152)转动,进行钻孔;当高强凿岩钻头(152)接触岩层(17)时,空压系统(6)通过气管(112)控制涡轮扇叶(114)带动活塞(113)转动,同时控制活塞(113)上、下运动,使得传力构件(115)带动钻杆(13)转动,并带动螺旋钻头(151)和高强凿岩钻头(152)转动,同时将冲击荷载传递至受力构件(131),通过钻杆(13)带动高强凿岩钻头(152)边转动边凿碎岩石。
2.如权利要求1所述的一种适用于岩与土的螺旋冲击钻孔装置的施工方法,其特征在于:步骤S4中空压系统(6)通过气管(112)控制涡轮扇叶(114)带动活塞(113)低频转动。
3.如权利要求1所述的一种适用于岩与土的螺旋冲击钻孔装置的施工方法,其特征在于:所述动臂(10)包括主要动臂(101)、次要动臂(102)和辅助动臂(103)。
4.如权利要求2所述的一种适用于岩与土的螺旋冲击钻孔装置的施工方法,其特征在于:凿岩壳体顶端与辅助动臂(103)前端铰接连接。
5.如权利要求1所述的一种适用于岩与土的螺旋冲击钻孔装置的施工方法,其特征在于:所述钻杆(13)采用拼接式连接组装加长。
6.如权利要求1所述的一种适用于岩与土的螺旋冲击钻孔装置的施工方法,其特征在于:所述钻杆(13)底部和钻头(15)通过螺纹(141)连接,钻孔系统还包括拆卸装置(14),将钻头(15)与拆卸装置(14)相互咬合,通过控制钻杆(13)反方向转动,实现钻杆(13)及钻头(15)的自行拆卸。
7.如权利要求6所述的一种适用于岩与土的螺旋冲击钻孔装置的施工方法,其特征在于:拆卸装置(14)设置于工作平台之上,通过控制动臂(10)将钻头(15)与拆卸装置(14)相互咬合。
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