CN114382491A - 避免隧道涌水突泥的钻孔系统及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种避免隧道涌水突泥的钻孔系统及施工方法，用于解决现有技术中钻孔过程中出现涌水突泥无法处理且耽误工期的问题。一种避免隧道涌水突泥的钻孔系统，包括：钻头、钻杆、驱动机构、轴向压紧机构和半导体制冷组件，所述钻头安装在所述钻杆的一端，所述钻杆的另一端设有卡位盘，所述钻头和钻杆为中空结构且连通形成排水通道；所述轴向压紧机构包括限位组件、第二动力组件、齿条和第二驱动齿轮，所述限位组件将所述卡位盘的轴向两端限位，所述齿条固定在所述限位组件上，所述第二驱动齿轮和所述齿条啮合；所述半导体制冷组件转动套设在所述钻杆上，所述半导体制冷组件内侧为散热端，所述半导体制冷组件外侧为制冷端。

Description

避免隧道涌水突泥的钻孔系统及施工方法

技术领域

本发明属于勘探施工技术领域，特别是涉及一种避免隧道涌水突泥的钻孔系统及施工方法。

背景技术

在隧道施工过程中，由于隧道因地质原因，在开挖过程中有时会出现了涌水突泥的情况。

在发生涌水突泥时，会导致隧道施工暂停，将掌子面封闭，暂停施工。对涌水位置的围岩进行加固，对初支进行加强，把水集中引到积水坑中集中用水泵抽出洞外。

在隧道斜井下挖过程中，越靠近地心温度越高，故需要解决在钻孔爆破隧道过程中岩石中的渗水从而导致的涌水突泥的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种避免隧道涌水突泥的钻孔系统及施工方法，用于解决现有技术中钻孔过程中出现涌水突泥无法处理且耽误工期的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种避免隧道涌水突泥的钻孔系统，包括：

钻头、钻杆和驱动机构，所述钻头安装在所述钻杆的一端，所述钻杆的另一端设有卡位盘，所述钻头和钻杆为中空结构且连通形成排水通道；

所述驱动机构包括第一动力组件和第一驱动齿轮，所述第一动力组件用于驱动所述第一驱动齿轮转动，所述第一驱动齿轮通过花键结构套设在所述钻杆上，所述第一驱动齿轮的轴向位移固定；

轴向压紧机构，所述轴向压紧机构包括限位组件、第二动力组件、齿条和第二驱动齿轮，所述限位组件将所述卡位盘的轴向两端限位，所述齿条固定在所述限位组件上，所述第二驱动齿轮和所述齿条啮合，所述第二动力组件用于驱动所述第二驱动齿轮转动；

半导体制冷组件，所述半导体制冷组件位于所述钻头的后侧，所述半导体制冷组件转动套设在所述钻杆上，所述半导体制冷组件内侧为散热端，所述半导体制冷组件外侧为制冷端。

可选的，所述第一动力组件包括第一驱动件、变速箱和输出齿轮，所述第一驱动件的输出端和所述变速箱的输入端连接，所述输出齿轮作为所述变速箱的输出端，所述输出齿轮和所述第一驱动齿轮啮合。

可选的，所述限位组件将所述卡位盘的轴向两端通过弹性结构限位。

可选的，所述限位组件包括安装筒和弹性件，所述安装筒的轴向两端均安装有端盖，所述安装筒套在所述卡位盘外，所述卡位盘的两侧均设有所述弹性件，所述弹性件在所述卡位盘和所述端盖之间。

可选的，所述钻杆设有光杆段，所述半导体制冷组件套设在所述光杆段上。

可选的，所述钻杆还设有大轴段，所述大轴段的两端均为所述光杆段且形成台阶轴结构；

所述半导体制冷组件通过拉盘、拉杆和大轴段配合实现轴向锁定；

所述拉盘卡在所述大轴段的一端，所述半导体制冷组件位于所述大轴段的另一端，所述拉杆一端和所述半导体制冷组件连接，所述拉杆另一端穿过所述拉盘并通过螺母锁定。

可选的，所述半导体制冷组件包括半导体制冷片、绝缘导热层和耐磨层，所述半导体制冷片在所述钻杆的周向上布置，所述绝缘导热层将所述半导体制冷片和外界环境隔离，所述耐磨层位于所述绝缘导热层和所述钻杆之间。

可选的，所述半导体制冷片、绝缘导热层和耐磨层在所述钻杆的轴向上延伸形成筒状结构。

可选的，所述半导体制冷组件还包括轴承，所述轴承外圈和所述绝缘导热层固定，所述轴承内圈固定在所述钻杆。

一种施工方法，在隧道掌子面搭采用如权利要求1-9任一所述的避免隧道涌水突泥的钻孔系统进行钻孔；

通过湿度传感器检测掌子面的湿度，当湿度值达到预定值时，让半导体制冷片进行制冷并让孔四周冰冻；

在完成钻孔及冰冻后，进行帷幕注浆作业；

或者在完成钻孔及冰冻后，对孔口位置进行爆破并掘进，爆破深度小于孔的冰冻深度，爆破完成以后采用如权利要求1-9任一所述的避免隧道涌水突泥的钻孔系统继续钻孔，完成一个循环。

如上所述，本发明的避免隧道涌水突泥的钻孔系统及施工方法，至少具有以下有益效果：

1.通过花键结构和第一驱动齿轮的配合，同时轴向压紧机构的配合，实现了自动打孔，且打孔过程中钻杆能够轴向受压实现进给动作，同时钻杆中心为空心结构，能够实现排水功能，特别是在钻孔过程中刚出现涌水情况时，通过排水通道能够及时的将水排出，同时半导体制冷片又能够对孔周围进行降温冰冻，从而在涌水初期即时介入，避免涌水的扩大，同时排水时，又能够将半导体制冷片的散热端的热量带走，从而使得半导体制冷片的制冷效果更好。

2.通过绝缘导热层的设置，能够保证热交换的同时，还能够起到绝缘的效果，避免半导体制冷片和水接触，同时设计耐磨层，实现和钻杆的光杆段接触配合，提高热交换的效率，同时钻杆转动时产生摩擦，耐磨层能够有效保护绝缘导热层和半导体制冷片，从而提高使用寿命。

3.通过拉盘、拉杆和大轴段的配合，能够实现对半导体制冷组件的轴向位移限制，且方便可拆卸安装，避免半导体制冷组件轴向窜动，拉盘转动安装在光杆段，使得钻杆在转动时，拉盘和半导体制冷组件都不会发生钻动。

4.通过限位组件的弹性件和卡位盘的配合，使得在钻杆过程中能够进行有效减震。

附图说明

图1显示为本发明的避免隧道涌水突泥的钻孔系统及施工方法示意图。

图2显示为本发明的拉盘、拉杆和大轴段的配合示意图。

图3显示为本发明的半导体制冷组件的示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图3。须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以下各个实施例仅是为了举例说明。各个实施例之间，可以进行组合，其不仅仅限于以下单个实施例展现的内容。

本实施例中，请参阅图1，本发明提供一种避免隧道涌水突泥的钻孔系统，包括：钻头1、钻杆2、驱动机构3、轴向压紧机构4和半导体制冷组件5，所述钻头1安装在所述钻杆2的一端，所述钻杆2的另一端设有卡位盘21，所述钻头1和钻杆2为中空结构且连通形成排水通道；

所述驱动机构3包括第一动力组件31和第一驱动齿轮32，所述第一动力组件31用于驱动所述第一驱动齿轮32转动，所述第一驱动齿轮32通过花键结构套设在所述钻杆2上，所述第一驱动齿轮32的轴向位移固定；第一驱动齿轮32的轴向位移固定可以通过轴承安装在外支架上实现，本申请的图1-图3均是原理示意图，具体实施时的类似外支架以及以下实施例提到的变速箱，以及各种齿轮等的安装是本领域技术人员根据本原理的需求可以进行具象化的。

所述轴向压紧机构4包括限位组件41、第二动力组件42、齿条43和第二驱动齿轮44，所述限位组件41将所述卡位盘21的轴向两端限位，所述齿条43固定在所述限位组件41上，所述第二驱动齿轮44和所述齿条43啮合，所述第二动力组件42用于驱动所述第二驱动齿轮44转动；第二动力组件42可以选择为液压马达、电机或者内燃机。

所述半导体制冷组件5位于所述钻头1的后侧，所述半导体制冷组件5转动套设在所述钻杆2上，所述半导体制冷组件5内侧为散热端，所述半导体制冷组件5外侧为制冷端。

通过花键结构和第一驱动齿轮32的配合，同时轴向压紧机构4的配合，实现了自动打孔，且打孔过程中钻杆2能够轴向受压实现进给动作，同时钻杆2中心为空心结构，能够实现排水功能，特别是在钻孔过程中刚出现涌水情况时，通过排水通道能够及时的将水排出，同时半导体制冷片又能够对孔周围进行降温冰冻，从而在涌水初期即时介入，避免涌水的扩大，同时排水时，又能够将半导体制冷片的散热端的热量带走，从而使得半导体制冷片的制冷效果更好。

本实施例中，请参阅图1，所述第一动力组件31包括第一驱动件311、变速箱312和输出齿轮313，所述第一驱动件311的输出端和所述变速箱312的输入端连接，所述输出齿轮313作为所述变速箱312的输出端，所述输出齿轮313和所述第一驱动齿轮32啮合。根据需求可以选择变速箱312的传动比。具体的第一驱动件311可以选择为电机、液压马达或者内燃机等。

本实施例中，请参阅图1和图2，所述限位组件41将所述卡位盘21的轴向两端通过弹性结构限位。可选的，所述限位组件41包括安装筒411和弹性件412，所述安装筒411的轴向两端均安装有端盖4111，所述安装筒411套在所述卡位盘21外，所述卡位盘21的两侧均设有所述弹性件412，所述弹性件412在所述卡位盘21和所述端盖4111之间。通过限位组件41的弹性件412和卡位盘21的配合，使得在钻杆2过程中能够进行有效减震。从而保护驱动件以及传动啮合位置的震动。

本实施例中，请参阅图1和图2，所述钻杆2设有光杆段22，所述半导体制冷组件5套设在所述光杆段22上。可选的，所述钻杆2还设有大轴段23，所述大轴段23的两端均为所述光杆段22且形成台阶轴结构；所述半导体制冷组件5通过拉盘24、拉杆25和大轴段23配合实现轴向锁定；所述拉盘24卡在所述大轴段23的一端，所述半导体制冷组件5位于所述大轴段23的另一端，所述拉杆25一端和所述半导体制冷组件5连接，所述拉杆25另一端穿过所述拉盘24并通过螺母锁定。

通过拉盘24、拉杆25和大轴段23的配合，能够实现对半导体制冷组件5的轴向位移限制，且方便可拆卸安装，避免半导体制冷组件5轴向窜动，拉盘24转动安装在光杆段22，使得钻杆2在转动时，拉盘24和半导体制冷组件5都不会发生钻动。

本实施例中，请参阅图3，所述半导体制冷组件5包括半导体制冷片51、绝缘导热层52和耐磨层53，所述半导体制冷片51在所述钻杆2的周向上布置，所述绝缘导热层52将所述半导体制冷片51和外界环境隔离，所述耐磨层53位于所述绝缘导热层52和所述钻杆2之间。通过绝缘导热层52的设置，能够保证热交换的同时，还能够起到绝缘的效果，避免半导体制冷片51和水接触，同时设计耐磨层53，实现和钻杆2的光杆段22接触配合，提高热交换的效率，同时钻杆2转动时产生摩擦，耐磨层53能够有效保护绝缘导热层52和半导体制冷片51，从而提高使用寿命。

本实施例中，请参阅图3，可选的，所述半导体制冷片51、绝缘导热层52和耐磨层53在所述钻杆2的轴向上延伸形成筒状结构。筒状结构能够增加制冷的面积。

本实施例中，请参阅图3，可选的，所述半导体制冷组件5还包括轴承，所述轴承外圈和所述绝缘导热层52固定，所述轴承内圈固定在所述钻杆2。轴承起到转动支撑作用，有效的减少了耐磨层53的承重，从而减少了光杆段22和耐磨层53接触且转动状态下的阻力。

一种施工方法，在隧道掌子面搭采用所述的避免隧道涌水突泥的钻孔系统进行钻孔；

通过湿度传感器检测掌子面的湿度，当湿度值达到预定值时，让半导体制冷片51进行制冷并让孔四周冰冻；

在完成钻孔及冰冻后，进行帷幕注浆作业；

或者在完成钻孔及冰冻后，对孔口位置进行爆破并掘进，爆破深度小于孔的冰冻深度，爆破完成以后采用所述的避免隧道涌水突泥的钻孔系统继续钻孔，完成一个循环。

本发明通过花键结构和第一驱动齿轮32的配合，同时轴向压紧机构4的配合，实现了自动打孔，且打孔过程中钻杆2能够轴向受压实现进给动作，同时钻杆2中心为空心结构，能够实现排水功能，特别是在钻孔过程中刚出现涌水情况时，通过排水通道能够及时的将水排出，同时半导体制冷片51又能够对孔周围进行降温冰冻，从而在涌水初期即时介入，避免涌水的扩大，同时排水时，又能够将半导体制冷片51的散热端的热量带走，从而使得半导体制冷片51的制冷效果更好。通过绝缘导热层52的设置，能够保证热交换的同时，还能够起到绝缘的效果，避免半导体制冷片51和水接触，同时设计耐磨层53，实现和钻杆2的光杆段22接触配合，提高热交换的效率，同时钻杆2转动时产生摩擦，耐磨层53能够有效保护绝缘导热层52和半导体制冷片51，从而提高使用寿命。通过拉盘24、拉杆25和大轴段23的配合，能够实现对半导体制冷组件5的轴向位移限制，且方便可拆卸安装，避免半导体制冷组件5轴向窜动，拉盘24转动安装在光杆段22，使得钻杆2在转动时，拉盘24和半导体制冷组件5都不会发生钻动。通过限位组件41的弹性件412和卡位盘21的配合，使得在钻杆2过程中能够进行有效减震。综上所述，所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种避免隧道涌水突泥的钻孔系统，其特征在于，包括：

钻头、钻杆和驱动机构，所述钻头安装在所述钻杆的一端，所述钻杆的另一端设有卡位盘，所述钻头和钻杆为中空结构且连通形成排水通道；

所述驱动机构包括第一动力组件和第一驱动齿轮，所述第一动力组件用于驱动所述第一驱动齿轮转动，所述第一驱动齿轮通过花键结构套设在所述钻杆上，所述第一驱动齿轮的轴向位移固定；

轴向压紧机构，所述轴向压紧机构包括限位组件、第二动力组件、齿条和第二驱动齿轮，所述限位组件将所述卡位盘的轴向两端限位，所述齿条固定在所述限位组件上，所述第二驱动齿轮和所述齿条啮合，所述第二动力组件用于驱动所述第二驱动齿轮转动；

半导体制冷组件，所述半导体制冷组件位于所述钻头的后侧，所述半导体制冷组件转动套设在所述钻杆上，所述半导体制冷组件内侧为散热端，所述半导体制冷组件外侧为制冷端。

2.根据权利要求1所述的避免隧道涌水突泥的钻孔系统，其特征在于：所述第一动力组件包括第一驱动件、变速箱和输出齿轮，所述第一驱动件的输出端和所述变速箱的输入端连接，所述输出齿轮作为所述变速箱的输出端，所述输出齿轮和所述第一驱动齿轮啮合。

3.根据权利要求1所述的避免隧道涌水突泥的钻孔系统，其特征在于：所述限位组件将所述卡位盘的轴向两端通过弹性结构限位。

4.根据权利要求3所述的避免隧道涌水突泥的钻孔系统，其特征在于：所述限位组件包括安装筒和弹性件，所述安装筒的轴向两端均安装有端盖，所述安装筒套在所述卡位盘外，所述卡位盘的两侧均设有所述弹性件，所述弹性件在所述卡位盘和所述端盖之间。

5.根据权利要求1所述的避免隧道涌水突泥的钻孔系统，其特征在于：所述钻杆设有光杆段，所述半导体制冷组件套设在所述光杆段上。

6.根据权利要求5所述的避免隧道涌水突泥的钻孔系统，其特征在于：所述钻杆还设有大轴段，所述大轴段的两端均为所述光杆段且形成台阶轴结构；

所述半导体制冷组件通过拉盘、拉杆和大轴段配合实现轴向锁定；

所述拉盘卡在所述大轴段的一端，所述半导体制冷组件位于所述大轴段的另一端，所述拉杆一端和所述半导体制冷组件连接，所述拉杆另一端穿过所述拉盘并通过螺母锁定。

7.根据权利要求1-6任一所述的避免隧道涌水突泥的钻孔系统，其特征在于：所述半导体制冷组件包括半导体制冷片、绝缘导热层和耐磨层，所述半导体制冷片在所述钻杆的周向上布置，所述绝缘导热层将所述半导体制冷片和外界环境隔离，所述耐磨层位于所述绝缘导热层和所述钻杆之间。

8.根据权利要求7所述的避免隧道涌水突泥的钻孔系统，其特征在于：所述半导体制冷片、绝缘导热层和耐磨层在所述钻杆的轴向上延伸形成筒状结构。

9.根据权利要求1所述的避免隧道涌水突泥的钻孔系统，其特征在于：所述半导体制冷组件还包括轴承，所述轴承外圈和所述绝缘导热层固定，所述轴承内圈固定在所述钻杆。

10.一种施工方法，其特征在于：

在隧道掌子面搭采用如权利要求1-9任一所述的避免隧道涌水突泥的钻孔系统进行钻孔；

通过湿度传感器检测掌子面的湿度，当湿度值达到预定值时，让半导体制冷片进行制冷并让孔四周冰冻；

在完成钻孔及冰冻后，进行帷幕注浆作业；

或者在完成钻孔及冰冻后，对孔口位置进行爆破并掘进，爆破深度小于孔的冰冻深度，爆破完成以后采用如权利要求1-9任一所述的避免隧道涌水突泥的钻孔系统继续钻孔，完成一个循环。

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