CN112942372B - 一种岩土工程用基坑支护设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩土工程用基坑支护设备，涉及岩土工程技术领域，包括台车、锚杆、分隔部、注浆机构以及调节机构，所述台车的内部设置储浆室。本发明通过在锚杆上套设分隔部，避免浆液在该处流动扩散，能够实现对任意间距大小的断层裂隙均能有效注浆，大大降低了所需的耗浆量；通过在台车上设置调节机构，实现转动座带动推杆进行水平至竖直的任意角度的调节转动，流态砂浆能够有效地从全部出浆孔流出，提高了注浆效率，保证锚杆与注浆孔外侧壁之间的垂直度，避免了对端口部分造成磕伤和塌边的后果，进一步保证支护加固强度；还能实现了杆在任意施工环境下均能保持与岩体钻孔平行的目的，适用性更强。

Description

一种岩土工程用基坑支护设备

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体涉及一种岩土工程用基坑支护设备。

背景技术

隧道深基坑的开挖与支护，是指通过周围情况的分析来实现对承台的支撑作用，是一种对深层岩基地下结构施工及周边环境采用的支挡、加固及保护的措施，通常由凿岩钻孔机对标定位置进行开孔，再通过锚杆向孔内注入流态砂浆，经浆液扩散并孔内固结，来有效提高支护结构的稳定性。

但是，在长时间的使用过程中，发现现有的注浆设备仍存在一定的弊端：一、由于地层条件复杂，内部会存在断层裂隙等工况，若标定位置刚好位于断层裂隙相对应的位置，会导致注浆过程中砂浆流失到断层内部，欲将断层裂隙全部填充完毕的耗浆量会相当大，且注浆空间过大情况下，会使得速凝的膨胀浆液在孔内填充不均匀并出现漏注空腔，影响支护加固强度；二、注浆过程中，注浆孔在隧道深基坑中开钻角度有多种，锚杆与注浆孔外侧壁之间无法保证稳定的垂直度，导致砂浆在注浆孔内部流通不均匀，且与注浆孔之间非平行插入的方式易导致端口部分出现磕伤及塌边的现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种岩土工程用基坑支护设备，以解决现有技术中导致的上述缺陷。

一种岩土工程用基坑支护设备，包括台车、锚杆、分隔部、注浆机构以及调节机构，所述台车的内部设置储浆室，所述注浆机构安装于储浆室上，并用于向岩体钻孔内注入砂浆，所述调节机构安装于台车内，并用于调节所述锚杆的入孔角度，所述分隔部套设于锚杆上，并用于避免浆液在岩石断层裂隙处扩散。

优选的，所述分隔部包括隔筒一、隔筒二以及膨胀式橡胶止水环，所述隔筒一和隔筒二均滑动设置于锚杆上，所述膨胀式橡胶止水环有两个并分别固定于隔筒一和隔筒二的两侧，隔筒一的内侧开设有滑槽，隔筒二的侧端滑动设置于滑槽内，滑槽内设置有与隔筒二的侧端相连接的弹簧，隔筒一上通过扭簧一安装有两个对称设置的定位头一，隔筒一内还开设有开口空腔，所述开口空腔的上端开设有若干个均布的限位卡槽，隔筒二内开设有让位腔，所述让位腔的上端通过扭簧二安装有两个对称设置的“Z”形的定位头二，让位腔的端口处铰接有抵杆，所述抵杆的另一端置于开口空腔内。

优选的，所述注浆机构包括压力泵、出浆管以及止回阀，所述压力泵安装于储浆室的侧端上，所述出浆管通过注浆连通管连接于储浆室的外侧，所述止回阀设置于出浆管的端部位置，止回阀的侧端挂置于台车的侧端上。

优选的，所述调节机构包括驱动电机一、转动座、调节螺杆以及推杆，所述驱动电机一安装于台车的上部，驱动电机一的输出端安装有丝杠，所述丝杠的另一端转动连接于台车的另一端，丝杠上螺纹连接有滑块，所述滑块还滑动设置于台车的内顶壁上，所述转动座的上端通过转动台固定有导向轨，所述转动台的端部铰接于滑块的下端，所述调节螺杆通过导向座水平安装于台车的侧端，调节螺杆的端部通过滑杆滑动设置于导向轨内，调节螺杆的另一端固定安装有手轮，调节螺杆通过锁紧螺母固定于台车上，转动座上通过驱动电机二安装有传动辊，转动座上还安装有若干个并排设置的导向轮，转动座的侧端固定连接有承托件，所述推杆滑动设置于承托件内，推杆的端面抵靠于传动辊的轮缘上。

优选的，所述锚杆为中空锚杆体，锚杆的尾部于岩体钻孔处设置止浆垫板，并通过锁紧螺母固定，锚杆的尾部端口安装有止浆堵头。

优选的，所述隔筒一、隔筒二以及膨胀式橡胶止水环的外径均与岩体钻孔相配合，所述定位头一和定位头二在转动展开状态下时，二者的端部均超过岩体钻孔的边缘。

优选的，所述定位头二在转动展开状态下时，其下端抵接于抵杆的一端，抵杆的另一端卡接于限位卡槽内。

优选的，所述传动辊的外缘端面为橡胶材质，传动辊与推杆的端面之间可进行相对位移。

本发明的优点在于：

（1）通过在锚杆上套设分隔部，由可调节间距的隔筒一和隔筒二对开孔内的断层裂缝进行阻断，避免浆液在该处流动扩散，能够实现对任意间距大小的断层裂隙均能有效注浆，且注浆过程中，浆液在锚杆内、锚杆与岩体钻孔之间以及锚杆与分隔部之间进行填注，保证支护加固强度的前提下，大大降低了所需的耗浆量；

（2）通过在台车上设置调节机构，由驱动电机一控制滑块的移动，来实现转动座带动推杆进行水平至竖直的任意角度的调节转动，推杆推动分隔部移动的同时还在岩体钻孔内托起锚杆，使得开孔内壁与锚杆下端的出浆口完成分离，生成适当的注浆间隙，使得流态砂浆能够有效地从全部出浆孔流出，提高了注浆效率，同时保证锚杆与注浆孔外侧壁之间的垂直度，避免了对端口部分造成磕伤和塌边的后果，进一步保证支护加固强度；

（3）当施工环境发生变换时，手动扭转手轮，经导向座和导向轨的导向，带动滑杆在导向轨内的位置发生改变，进而实现转动座与注浆位置的间距变为可调节，实现了推杆在任意施工环境下均能保持与岩体钻孔平行的目的，适用性更强。

附图说明

图1为本发明在岩体内部的结构示意图。

图2为本发明在岩体外部的结构示意图。

图3为图1中A处的放大图。

图4为为图1中B处的放大图。

图5为本发明中锚杆和分隔部的装配示意图。

图6为本发明中锚杆固设于岩体上的状态示意图。

其中，1-台车，2-锚杆，3-分隔部，4-注浆机构，5-调节机构，6-储浆室，301-隔筒一，302-隔筒二，303-膨胀式橡胶止水环，304-滑槽，305-弹簧，306-扭簧一，307-定位头一，308-开口空腔，309-限位卡槽，310-让位腔,311-扭簧二，312-定位头二，313-抵杆，41-压力泵,42-出浆管，43-止回阀，44-注浆连通管，501-驱动电机一,502-转动座，503-调节螺杆，504-推杆，505-丝杠，506-滑块，507-转动台，508-导向轨，509-导向座，510-滑杆，511-手轮，512-锁紧螺母，513-驱动电机二，514-传动辊，515-导向轮，516-承托件，21-止浆垫板，22-锁紧螺母，23-止浆堵头。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图6所示，一种岩土工程用基坑支护设备，包括台车1、锚杆2、分隔部3、注浆机构4以及调节机构5，所述台车1的内部设置储浆室6，所述注浆机构4安装于储浆室6上，并用于向岩体钻孔内注入砂浆，所述调节机构5安装于台车1内，并用于调节所述锚杆2的入孔角度，所述分隔部3套设于锚杆2上，并用于避免浆液在岩石断层裂隙处扩散。

在本实施例中，所用加固浆液为流态砂浆，内部添加有速凝剂和微膨胀剂。

在本实施例中，所述分隔部3包括隔筒一301、隔筒二302以及膨胀式橡胶止水环303，所述隔筒一301和隔筒二302均滑动设置于锚杆2上，所述膨胀式橡胶止水环303有两个并分别固定于隔筒一301和隔筒二302的两侧，隔筒一301的内侧开设有滑槽304，隔筒二302的侧端滑动设置于滑槽304内，滑槽304内设置有与隔筒二302的侧端相连接的弹簧305，隔筒一301上通过扭簧一306安装有两个对称设置的定位头一307，隔筒一301内还开设有开口空腔308，所述开口空腔308的上端开设有若干个均布的限位卡槽309，隔筒二302内开设有让位腔310，所述让位腔310的上端通过扭簧二311安装有两个对称设置的“Z”形的定位头二312，让位腔310的端口处铰接有抵杆313，所述抵杆313的另一端置于开口空腔308内。

在本实施例中，所述注浆机构4包括压力泵41、出浆管42以及止回阀43，所述压力泵41安装于储浆室6的侧端上，所述出浆管42通过注浆连通管44连接于储浆室6的外侧，所述止回阀43设置于出浆管42的端部位置，止回阀43的侧端挂置于台车1的侧端上。

在本实施例中，所述调节机构5包括驱动电机一501、转动座502、调节螺杆503以及推杆504，所述驱动电机一501安装于台车1的上部，驱动电机一501的输出端安装有丝杠505，所述丝杠505的另一端转动连接于台车1的另一端，丝杠505上螺纹连接有滑块506，所述滑块506还滑动设置于台车1的内顶壁上，所述转动座502的上端通过转动台507固定有导向轨508，所述转动台507的端部铰接于滑块506的下端，所述调节螺杆503通过导向座509水平安装于台车1的侧端，调节螺杆503的端部通过滑杆510滑动设置于导向轨508内，调节螺杆503的另一端固定安装有手轮511，调节螺杆503通过锁紧螺母512固定于台车1上，转动座502上通过驱动电机二513安装有传动辊514，转动座502上还安装有若干个并排设置的导向轮515，转动座502的侧端固定连接有承托件516，所述推杆504滑动设置于承托件516内，推杆504的端面抵靠于传动辊514的轮缘上。

值得一提的是，所述驱动电机一501为伺服电机，所述承托件516的内部与推杆504相配合，且二者的中线与岩体钻孔的中线相重合，使得锚杆2在注浆过程中在岩体钻孔内始终保持非接触状态，流态砂浆能够有效地从全部出浆孔流出，提高了注浆效率。

需要说明的是，所述滑块506在垂直于纸面的水平方向具备一定的长度，使得推杆504与丝杠505在竖直方向上的投影无重叠部分，避免推杆504在转动过程中与丝杠505发生刚性接触。

在本实施例中，所述锚杆2为中空锚杆体，锚杆2的尾部于岩体钻孔处设置止浆垫板21，并通过锁紧螺母22固定，锚杆2的尾部端口安装有止浆堵头23。

在本实施例中，所述隔筒一301、隔筒二302以及膨胀式橡胶止水环303的外径均与岩体钻孔相配合，所述定位头一307和定位头二312在转动展开状态下时，二者的端部均超过岩体钻孔的边缘，使得分隔部3能够自动适应不同间距大小的断层裂隙。

在本实施例中，所述定位头二312在转动展开状态下时，其下端抵接于抵杆313的一端，抵杆313的另一端卡接于限位卡槽309内，使得分隔部3能够在任意间距大小的断层裂隙间完成自动定位。

需要说明的的是，所述推杆504的推动段为对称设置的插齿状，且插齿部分的杆径小于锚杆2上的出浆孔，插齿部分的长度不低于出浆管42的长度，使得出浆管42能够在推杆504的缺口段内直接进行注浆操作，保证锚杆2的端面与岩体钻孔存在必要的注浆间隙。

此外，所述传动辊514的外缘端面为橡胶材质，传动辊514与推杆504的端面之间可进行相对位移，使得分隔部3在断层裂隙间完成定位后，推杆504相对传动辊514进行滑移，保证推杆504不会强制推动分隔部3继续移动。

工作过程及原理：本发明在使用过程中，首先由动力装置驱动台车1在施工轨道上移动至注浆位置，启动驱动电机一501使其输出端带动丝杠505转动，并经滑块506和转动台507带动转动座502移动至适当位置，配合滑杆510在导向轨508内的滑动，实现了转动座502在台车1上能够进行水平至竖直的任意角度的调节转动，当施工环境发生变换时，如施工轨道与注浆位置的间距发生改变时，需要扭松锁紧螺母512并手动扭转手轮511，经导向座509和导向轨508的导向，带动滑杆510在导向轨508内的位置发生改变，进而实现转动座502与注浆位置的间距变为可调节，间距位置适当后扭紧锁紧螺母512即可再次固定限位，实现了推杆504在任意施工环境下均能保持与岩体钻孔平行；

然后，向岩体的岩体钻孔内放置好锚杆2后，并启动驱动电机二513使其输出端带动传动辊514转动，进而在承托件516的导向作用下带动推杆504前进，在孔内抬起锚杆2的同时，还推动分隔部3在锚杆2上滑动，此过程在弹簧305自身的弹性作用下，隔筒一301和隔筒二302保持相对最远距离的同步滑动，当膨胀式橡胶止水环303上两个对称设置的定位头一307进入断层裂隙后，在扭簧一306的自身弹力作用下，定位头一307立即呈转动展开状态，随着分隔部3的继续前进，其中一个定位头一307会抵至断层内部的注浆孔端口处，随着推杆504的继续推动，隔筒二302上的定位头二312进入断层裂隙，并在扭簧二311自身弹力作用下，定位头二312立即呈转动展开状态，同时“Z”形的定位头二312下端拨动抵杆313顺时针转动，进而使得抵杆313另一端抵入相应的限位卡槽309内，使得隔筒一301和隔筒二302在断层裂隙内完成自动定位；

接着，通过注浆机构4内的出浆管42向锚杆2的端口处进行注浆，经压力泵41提供注浆压力后，浆液经锚杆2上的出浆孔在岩体钻孔内填充完毕，并对隔筒一301和隔筒二302两侧的膨胀式橡胶止水环303挤压，从未对非规则圆孔的岩体钻孔在断层裂隙处完成密封，注浆结束后关闭压力泵41，并取出出浆管42后，通过锁紧螺母22扭紧止浆垫板21，以阻断岩体钻孔中的浆液流出，同时扭紧止浆堵头23，以阻断锚杆2中的浆液流出，最后在浆液中速凝剂和微膨胀剂的作用下，填满整个岩体钻孔。

基于上述，本发明通过在锚杆2上套设分隔部3，由可调节间距的隔筒一301和隔筒二302对开孔内的断层裂缝进行阻断，避免浆液在该处流动扩散，能够实现对任意间距大小的断层裂隙均能有效注浆，且注浆过程中，浆液在锚杆2内、锚杆2与岩体钻孔之间以及锚杆2与分隔部3之间进行填注，保证支护加固强度的前提下，大大降低了所需的耗浆量；

通过在台车1上设置调节机构5，由驱动电机一501控制滑块506的移动，来实现转动座502带动推杆504进行水平至竖直的任意角度的调节转动，推杆504推动分隔部3移动的同时还在岩体钻孔内托起锚杆2，使得开孔内壁与锚杆2下端的出浆口完成分离，生成适当的注浆间隙，使得流态砂浆能够有效地从全部出浆孔流出，提高了注浆效率，同时保证锚杆2与注浆孔外侧壁之间的垂直度，避免了对端口部分造成磕伤和塌边的后果，进一步保证支护加固强度；

当施工环境发生变换时，手动扭转手轮511，经导向座509和导向轨508的导向，带动滑杆510在导向轨508内的位置发生改变，进而实现转动座502与注浆位置的间距变为可调节，实现了推杆504在任意施工环境下均能保持与岩体钻孔平行的目的，适用性更强。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (4)

1.一种岩土工程用基坑支护设备，其特征在于，包括台车（1）、锚杆（2）、分隔部（3）、注浆机构（4）以及调节机构（5），所述台车（1）的内部设置储浆室（6），所述注浆机构（4）安装于储浆室（6）上，并用于向岩体钻孔内注入砂浆，所述调节机构（5）安装于台车（1）内，并用于调节所述锚杆（2）的入孔角度，所述分隔部（3）套设于锚杆（2）上，并用于避免浆液在岩石断层裂隙处扩散，所述分隔部（3）包括隔筒一（301）、隔筒二（302）以及膨胀式橡胶止水环（303），所述隔筒一（301）和隔筒二（302）均滑动设置于锚杆（2）上，所述膨胀式橡胶止水环（303）有两个并分别固定于隔筒一（301）和隔筒二（302）的两侧，隔筒一（301）的内侧开设有滑槽（304），隔筒二（302）的侧端滑动设置于滑槽（304）内，滑槽（304）内设置有与隔筒二（302）的侧端相连接的弹簧（305），隔筒一（301）上通过扭簧一（306）安装有两个对称设置的定位头一（307），隔筒一（301）内还开设有开口空腔（308），所述开口空腔（308）的上端开设有若干个均布的限位卡槽（309），隔筒二（302）内开设有让位腔（310），所述让位腔（310）的上端通过扭簧二（311）安装有两个对称设置的“Z”形的定位头二（312），让位腔（310）的端口处铰接有抵杆（313），所述抵杆（313）的另一端置于开口空腔（308）内，所述调节机构（5）包括驱动电机一（501）、转动座（502）、调节螺杆（503）以及推杆（504），所述驱动电机一（501）安装于台车（1）的上部，驱动电机一（501）的输出端安装有丝杠（505），所述丝杠（505）的另一端转动连接于台车（1）的另一端，丝杠（505）上螺纹连接有滑块（506），所述滑块（506）还滑动设置于台车（1）的内顶壁上，所述转动座（502）的上端通过转动台（507）固定有导向轨（508），所述转动台（507）的端部铰接于滑块（506）的下端，所述调节螺杆（503）通过导向座（509）水平安装于台车（1）的侧端，调节螺杆（503）的端部通过滑杆（510）滑动设置于导向轨（508）内，调节螺杆（503）的另一端固定安装有手轮（511），调节螺杆（503）通过锁紧螺母（512）固定于台车（1）上，转动座（502）上通过驱动电机二（513）安装有传动辊（514），转动座（502）上还安装有若干个并排设置的导向轮（515），转动座（502）的侧端固定连接有承托件（516），所述推杆（504）滑动设置于承托件（516）内，推杆（504）的端面抵靠于传动辊（514）的轮缘上，所述隔筒一（301）、隔筒二（302）以及膨胀式橡胶止水环（303）的外径均与岩体钻孔相配合，所述定位头一（307）和定位头二（312）在转动展开状态下时，二者的端部均超过岩体钻孔的边缘，所述定位头二（312）在转动展开状态下时，其下端抵接于抵杆（313）的一端，抵杆（313）的另一端卡接于限位卡槽（309）内。

2.根据权利要求1所述的一种岩土工程用基坑支护设备，其特征在于：所述注浆机构（4）包括压力泵（41）、出浆管（42）以及止回阀（43），所述压力泵（41）安装于储浆室（6）的侧端上，所述出浆管（42）通过注浆连通管（44）连接于储浆室（6）的外侧，所述止回阀（43）设置于出浆管（42）的端部位置，止回阀（43）的侧端挂置于台车（1）的侧端上。

3.根据权利要求1所述的一种岩土工程用基坑支护设备，其特征在于：所述锚杆（2）为中空锚杆体，锚杆（2）的尾部于岩体钻孔处设置止浆垫板（21），并通过锁紧螺母（22）固定，锚杆（2）的尾部端口安装有止浆堵头（23）。

4.根据权利要求1所述的一种岩土工程用基坑支护设备，其特征在于：所述传动辊（514）的外缘端面为橡胶材质，传动辊（514）与推杆（504）的端面之间可进行相对位移。

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