CN114486335B - 一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及探测装置领域，具体涉及一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟设备。包括钻进装置包括套筒、压板、转轴、钻头、推板和调节装置，压板前后滑动地设在套筒上，转轴转动安装在压板中心处，钻头设在套筒内，调节装置包括两个对称的调节结构，调节结构包括压柱、顶杆和同步组件，压柱后端抵压在推板上端，前端抵压在压板上端，顶杆可上下滑动地设在压板并向后延伸到钻头前端处，钻头钻进斜面时在压板和斜面的推挤下，使得顶杆沿斜面下滑，并通过同步组件带动压柱下滑，且使顶杆下滑距离为压柱下滑距离两倍，从而使压柱始终顶压在钻头钻进斜面部分中线处，使钻头钻进时受的推力更均衡，提高了打孔的准确性。

Description

一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟设备

技术领域

本发明涉及探测装置领域，具体涉及一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟设备。

背景技术

隧道超前地质预报是指在一些地下隧道工程施工之前，预先对需施工的岩土体开挖面前方的地质情况进行掌握，以便施工方了解施工处岩土体结构、性质、状态，以及对地下水、瓦斯和岩土体应力情况等不良地质体信息进行预报的一种手段。常用的隧道超前地质预报手段为钻进采样并分析，并通过多次取样模拟出隧道不良地质体相关信息。

在隧道内进行钻进时，往往需要对隧道内的岩土体进行水平钻进取样。而通常需要水平钻进取样处的岩土体墙面并非都是竖直，往往会出现斜面的情况。现有技术中，在进行水平钻头钻进取样时，打孔的精准性较低，容易出现歪斜；造成水平钻进取样的不准确，从而使隧道不良地质体预报不准确。

发明内容

本发明提供一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟设备，以解决现有技术水平钻进取样时对钻头的推力不均衡造成精准性低、地质预报不准确的问题。

本发明的采用如下技术方案：一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟设备，包括钻进装置。钻进装置包括套筒、压板、转轴、钻头、推板和调节装置。套筒呈沿前后延伸。压板可滑动地设置在套筒内。转轴同轴设置于套筒内，转轴前端向前延伸贯穿通过压板中心且二者转动连接。钻头同轴地连接在转轴前端，且设置于套筒内。钻头前端中空设置用以取样。推板竖直设置且设在压板后端。推板与压板之间设有两个伸缩杆。两个伸缩杆左右对称地设在转轴两侧。伸缩杆沿前后延伸，前端与压板连接，后端与推板连接，以使推板可前后滑动。

调节装置设在推板与钻头之间，包括两个调节结构。两个调节结构关于转轴轴线所在竖面左右对称地设在压板上端。调节结构包括压柱、顶杆和同步组件。压柱前后延伸且可上下滑动地设在压板和推板之间，且前端抵压在压板上端，后端抵压在推板上端。顶杆前后延伸且可上下滑动地设在压板上端。顶杆前端向后延伸到钻头前端处，用于在钻头钻进隧洞墙体斜面时，在压板和隧洞墙体斜面的推挤下，使顶杆沿隧洞墙体斜面向下滑动。同步组件设在压柱和顶杆之间，配置成顶杆沿隧洞墙体斜面向下滑动时带动压柱向下滑动，且使顶杆下滑距离为压柱下滑距离的两倍，从而使压柱始终顶压在钻头钻进隧洞墙体斜面部分的中心处。

进一步地，同步组件包括第一滑槽、第二滑槽、同步套、安装块和滑块。第一滑槽沿竖直方向延伸地设在压板上。第一滑槽为开口朝前的通槽。顶杆滑动安装在第一滑槽内。第二滑槽与第一滑槽结构相同且处于第一滑槽靠近转轴的一侧。压柱滑动安装在第二滑槽内。安装块可上下滑动地设置在套筒上且位于顶杆上方。安装块后端设有第一紧固螺栓，以调节安装块位置。安装块靠近转轴一侧设有第一横板。滑块可上下滑动地设置在套筒上且位于顶杆下方。滑块上端设有竖板。竖板沿顶杆长度方向可滑动地安装在顶杆上。滑块靠近转轴一侧设有第二横板。

同步套沿压柱长度方向可滑动安装在压柱上，且设于第一横板和第二横板之间。同步套上端设有上拉簧。上拉簧上端与第一横板连接，下端与同步套连接。同步套下端设有下拉簧。下拉簧上端与同步套连接，下端与第二横板连接。

进一步地，滑块后端设有第二紧固螺栓。套筒左右两侧壁后端设有沿竖直方向延伸的第三滑槽。第三滑槽开口朝向转轴。所述安装块和滑块滑动安装在第三滑槽内。第三滑槽侧壁上设有紧固槽。紧固槽开口朝向前方。第一紧固螺栓和第二紧固螺栓滑动安装在紧固槽内。

进一步地，还包括定位结构。定位结构包括第一弹簧、两个挡杆和第二弹簧。两个挡杆关于钻头轴线上下对称地设在钻头上下两侧。挡杆沿左右方向延伸。挡杆可上下滑动地设在套筒内壁上且顶杆处于两个挡杆之间。第一弹簧设在挡杆和套筒之间以使挡杆紧随钻头。第二弹簧设在滑块与套筒下侧壁之间，且一端与滑块连接，另一端与套筒连接以使顶杆初始状态下与钻头上方的挡杆抵接。

进一步地，顶杆可伸缩设置，包括子杆和母杆。子杆插套在母杆内，且子杆处于母杆的前端。子杆上设有弹凸。弹凸设于挡杆和顶杆接触点处，且处于靠近钻头一侧，弹凸连接有挡凸，挡凸设在子杆和母杆之间。

进一步地，套筒左右两侧设有连接杆。连接杆左右延伸一段后向后延伸至钻头前端所在竖面处。连接杆后端连接在套筒上，前端铰接有适配板。

进一步地，适配板与隧洞墙体斜面相接触的侧面上设有挂齿。

进一步地，顶板与连接杆之间设有液压杆。

进一步地，套筒左右两侧侧壁前端设有第四滑槽。挡杆滑动安装在第四滑槽内。第三滑槽和第四滑槽之间设有限位槽，压板滑动安装在限位槽内。

进一步地，钻头外周壁上设有多个周向均匀分布的螺纹槽。

本发明的有益效果是：本发明的钻头钻进隧洞墙体斜面时，对推板施加一个水平推力来推着伸压柱以给压板提供一个前进的推力，并通过转轴为钻头提供前进的推力。在钻头接触隧洞墙体斜面进行钻进后，由于顶杆顶压在隧洞墙体斜面上，则在压板和隧洞墙体斜面的推挤下，隧洞墙体斜面为顶杆提供了一个向下的分力，从而使得顶杆沿隧洞墙体斜面下滑，在同步组件带动下使压柱随着顶杆下滑而下滑，且顶杆下滑距离为压柱下滑距离两倍，使得压柱始终顶压在钻头钻进隧洞墙体斜面部分中线处，使钻头钻进时受的推力更均衡，提高了打孔的精准性，进而提高了水平钻进取样的准确性，使隧道不良地质体预报更准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟设备的实施例的结构示意图；

图2为图1中钻进装置的结构示意图；

图3为图1中钻进装置的剖面图；

图4为图1中钻头、压板和压柱的剖面图；

图5为图4中A处的放大图；

图6为图1中钻头、压板和压柱的爆炸图；

图7为图1中同步组件的结构示意图；

图8为图1中套筒的结构示意图；

图中：101、隧洞墙体斜面；102、钻进装置；1、套筒；11、压板；12、转轴；13、推板；14、钻头；141、螺纹槽；15、电机；16、伸缩杆；2、连接杆；21、适配板；22、挂齿；23、液压杆；24、第四滑槽；25、限位槽；3、调节装置；31、压柱；32、顶杆；321、子杆；322、母杆；323、弹凸；324、挡凸；4、同步组件；41、第一滑槽；42、第二滑槽；43、同步套；44、安装块；441、第一紧固螺栓；442、第一横板；45、滑块；451、竖板；452、第二横板；453、第二紧固螺栓；454、第三滑槽；455、紧固槽；46、上拉簧；47、下拉簧；5、定位结构；51、第一弹簧；52、挡杆；53、第二弹簧。

具体实施方式

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

本发明的一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟设备的实施例，如图1至图8所示：一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟设备，包括钻进装置102。钻进装置102包括套筒1、压板11、转轴12、钻头14、推板13和调节装置3。套筒1呈沿前后延伸。压板11可滑动地设置在套筒1内。转轴12同轴设置于套筒1内，转轴12前端向前延伸贯穿通过压板11中心且二者转动连接。转轴12后端设有电机15用于提供转动力。

钻头14同轴地连接在转轴12前端，且设置于套筒1内。钻头14前端中空设置用以取样。推板13竖直设置且设在压板11后端。推板13与压板11之间设有两个伸缩杆16。两个伸缩杆16左右对称地设在转轴12两侧。伸缩杆16沿前后延伸，前端与压板11连接，后端与推板13连接，以使推板13可前后滑动。

调节装置3设在推板13与钻头14之间，包括两个调节结构。两个调节结构关于转轴12轴线所在竖面左右对称地设在压板11上端。调节结构包括压柱31、顶杆32和同步组件4。压柱31前后延伸且可上下滑动地设在压板11和推板13之间，且前端抵压在压板11上端，后端抵压在推板13上端。顶杆32前后延伸且可上下滑动地设在压板11上端。顶杆32前端向后延伸到钻头14前端处，用于在钻头14钻进隧洞墙体斜面101时，在压板11和隧洞墙体斜面101的推挤下，使顶杆32沿隧洞墙体斜面101向下滑动，且压柱31和顶杆32初始位置处于同一水平面内，且两个调节结构的顶杆32前端的连线与钻头14相切。

同步组件4设在压柱31和顶杆32之间，配置成顶杆32沿隧洞墙体斜面101向下滑动时带动压柱31向下滑动，且使顶杆32下滑距离为压柱31下滑距离的两倍，从而使压柱31始终顶压在钻头14钻进隧洞墙体斜面101部分的中心处，从而在钻头14钻进隧洞墙体斜面101时，在压板11和隧洞墙体斜面101的推挤下，隧洞墙体斜面101为顶杆32提供了一个向下的分力而沿隧洞墙体斜面101下滑的过程中压柱31始终顶压在钻头14钻进隧洞墙体斜面101部分中线处，使钻头14钻进时受的推力更均衡，提高了打孔的精准性，进而提高了水平钻进取样的准确性。

在本实施例中，同步组件4包括第一滑槽41、第二滑槽42、同步套43、安装块44和滑块45。第一滑槽41沿竖直方向延伸地设在压板11上。第一滑槽41为开口朝前的通槽。顶杆32滑动安装在第一滑槽41内。第二滑槽42与第一滑槽41结构相同且处于第一滑槽41靠近转轴12的一侧。压柱31滑动安装在第二滑槽42内。安装块44可上下滑动地设置在套筒1上且位于顶杆32上方。安装块44后端设有第一紧固螺栓441，以调节安装块44位置。安装块44靠近转轴12一侧设有第一横板442。滑块45可上下滑动地设置在套筒1上且位于顶杆32下方。滑块45上端设有竖板451。竖板451沿顶杆32长度方向可滑动地安装在顶杆32上。滑块45靠近转轴12一侧设有第二横板452。

同步套43沿压柱31长度方向可滑动安装在压柱31上，且设于第一横板442和第二横板452之间。同步套43上端设有上拉簧46。上拉簧46上端与第一横板442连接，下端与同步套43连接。同步套43下端设有下拉簧47。下拉簧47上端与同步套43连接，下端与第二横板452连接，用于在顶杆32下滑的同时，通过滑块45带动第二横板452同步下移，并在上拉簧46和下拉簧47的作用下，使同步套43带着压柱31始终处于顶杆32下移位移的中心处，从而使压柱31始终处于钻头14钻进隧洞墙体斜面101部分中线处。

在本实施例中，滑块45后端设有第二紧固螺栓453。套筒1左右两侧壁后端设有沿竖直方向延伸的第三滑槽454。第三滑槽454开口朝向转轴12。所述安装块44和滑块45滑动安装在第三滑槽454内。第三滑槽454侧壁上设有紧固槽455。紧固槽455开口朝向前方。第一紧固螺栓441和第二紧固螺栓453滑动安装在紧固槽455内，用于在更换不同大小的钻头14后，通过第一紧固螺栓441和第二紧固螺栓453的来调节压柱31和顶杆32的初始位置，并当钻头14前端完全钻进隧洞墙体斜面101后，锁紧第二紧固螺栓453，使压柱31保持在钻头14钻进面的中心线处，保持均衡。

在本实施例中，还包括定位结构5。定位结构5包括第一弹簧51、两个挡杆52和第二弹簧53。两个挡杆52关于钻头14轴线上下对称地设在钻头14上下两侧。挡杆52沿左右方向延伸。挡杆52可上下滑动地设在套筒1内壁上且顶杆32处于两个挡杆52之间。第一弹簧51设在挡杆52和套筒1之间以使挡杆52紧随钻头14。第二弹簧53设在滑块45与套筒1下侧壁之间，且一端与滑块45连接，另一端与套筒1连接以使顶杆32初始状态下与钻头14上方的挡杆52抵接，用于使两个调节结构的顶杆32初始位置处于同一水平面内。

在本实施例中，顶杆32可伸缩设置，包括子杆321和母杆322。子杆321插套在母杆322内，且子杆321处于母杆322的前端。子杆321上设有弹凸323。弹凸323设于挡杆52和顶杆32接触点处，且处于靠近钻头14一侧，弹凸323连接有挡凸324，挡凸324设在子杆321和母杆322之间，用于当钻头14前端完全钻进隧洞墙体斜面101后，顶杆32下移与钻头14下侧的挡杆52接触，将弹凸323顶进顶杆32，并带动挡凸324收入顶杆32而使子杆321收入母杆322中，从而避免顶杆32对后续钻进取样的阻碍。

在本实施例中，套筒1左右两侧设有连接杆2。连接杆2左右延伸一段后向后延伸至钻头14前端所在竖面处。连接杆2后端连接在套筒1上，前端铰接有适配板21，用于在钻进装置102水平前进时使适配板21转动后与隧洞墙体斜面101贴合，增加钻进装置102在隧洞墙体斜面101上的支撑面积，使装置更稳固。

在本实施例中，适配板21与隧洞墙体斜面101相接触的侧面上设有挂齿22用于增加适配板21和隧洞墙体斜面101之间的稳定性。

在本实施例中，顶板与连接杆2之间设有液压杆23用于使钻进设备转进过程更加平稳。

在本实施例中，套筒1左右两侧侧壁前端设有第四滑槽24。挡杆52滑动安装在第四滑槽24内。第三滑槽454和第四滑槽24之间设有限位槽25，压板11滑动安装在限位槽25内，用于定深取样。

在本实施例中，钻头14外周壁上设有多个周向均匀分布的螺纹槽141用于翻出钻进碎渣，利于钻进效率提高。

结合上述实施例，本发明的使用原理和工作过程如下：使用时，锁紧第一紧固螺栓441使安装块44位置固定，将钻进装置102水平前进并使适配板21转动后与隧洞墙体斜面101贴合，并使顶杆32先顶压在隧洞墙体斜面101上。启动电机15带动钻头14转动，钻头14开始钻进隧洞墙体斜面101，在压板11和隧洞墙体斜面101的推挤下，使得顶杆32沿隧洞墙体斜面101下滑，并通过同步组件4带动压柱31下滑，且使顶杆32下滑距离为压柱31下滑距离两倍，从而使压柱31始终顶压在钻头14钻进隧洞墙体斜面101部分中线处，使钻头14钻进时受的推力更均衡，提高了打孔的准确性。

具体为，当钻头14钻进隧洞墙体斜面101后，顶杆32在压板11和隧洞墙体斜面101的共同推挤下，沿隧洞墙体斜面101朝下滑动。顶杆32下滑的同时，通过滑块45带动第二横板同步下移，并在上拉簧46和下拉簧47的作用下，使同步套43带着压柱31始终处于顶杆32下移位移的中心处，从而使压柱31始终处于钻头14钻进隧洞墙体斜面101部分中线处，保证了钻头14所受推力更加均衡。当钻头14前端完全钻进隧洞墙体斜面101后，锁紧第二紧固螺栓453，使压柱31保持在钻头14钻进面的中心线处，保持均衡。

进一步地，当钻头14前端完全钻进隧洞墙体斜面101后，顶杆32下移与钻头14下侧的挡杆52接触，将弹凸323顶进顶杆32，并带动挡凸324收入顶杆32而使子杆321收入母杆322中，从而避免顶杆32对后续钻进取样的阻碍。在钻进取样完毕后，解开第一紧固螺栓441和第二紧固螺栓453，在第二弹簧53的作用下顶杆32和压杆复位到初始位置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟设备，其特征在于：包括钻进装置；钻进装置包括套筒、压板、转轴、钻头、推板和调节装置；

套筒呈沿前后延伸；压板可滑动地设置在套筒内；转轴同轴设置于套筒内，转轴前端向前延伸贯穿通过压板中心且二者转动连接；

钻头同轴地连接在转轴前端，且设置于套筒内；钻头前端中空设置用以取样；

推板竖直设置且设在压板后端；推板与压板之间设有两个伸缩杆；两个伸缩杆左右对称地设在转轴两侧；伸缩杆沿前后延伸，前端与压板连接，后端与推板连接，以使推板可前后滑动；

调节装置设在推板与钻头之间，包括两个调节结构；两个调节结构关于转轴轴线所在竖面左右对称地设在压板上端；

调节结构包括压柱、顶杆和同步组件；压柱前后延伸且可上下滑动地设在压板和推板之间，且前端抵压在压板上端，后端抵压在推板上端；顶杆前后延伸且可上下滑动地设在压板上端；顶杆前端向后延伸到钻头前端处，用于在钻头钻进隧洞墙体斜面时，在压板和隧洞墙体斜面的推挤下，使顶杆沿隧洞墙体斜面向下滑动；

同步组件设在压柱和顶杆之间，配置成顶杆沿隧洞墙体斜面向下滑动时带动压柱向下滑动，且使顶杆下滑距离为压柱下滑距离的两倍，从而使压柱始终顶压在钻头钻进隧洞墙体斜面部分的中心处。

2.根据权利要求1所述的一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟设备，其特征在于：同步组件包括第一滑槽、第二滑槽、同步套、安装块和滑块；

第一滑槽沿竖直方向延伸地设在压板上；第一滑槽为开口朝前的通槽；顶杆滑动安装在第一滑槽内；

第二滑槽与第一滑槽结构相同且处于第一滑槽靠近转轴的一侧；压柱滑动安装在第二滑槽内；

安装块可上下滑动地设置在套筒上且位于顶杆上方；安装块后端设有第一紧固螺栓，以调节安装块位置；安装块靠近转轴一侧设有第一横板；

滑块可上下滑动地设置在套筒上且位于顶杆下方；滑块上端设有竖板；竖板沿顶杆长度方向可滑动地安装在顶杆上；滑块靠近转轴一侧设有第二横板；

同步套沿压柱长度方向可滑动安装在压柱上，且设于第一横板和第二横板之间；同步套上端设有上拉簧；上拉簧上端与第一横板连接，下端与同步套连接；同步套下端设有下拉簧；下拉簧上端与同步套连接，下端与第二横板连接。

3.根据权利要求2所述的一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟设备，其特征在于：

滑块后端设有第二紧固螺栓；套筒左右两侧壁后端设有沿竖直方向延伸的第三滑槽；第三滑槽开口朝向转轴；所述安装块和滑块滑动安装在第三滑槽内；

第三滑槽侧壁上设有紧固槽；紧固槽开口朝向前方；第一紧固螺栓和第二紧固螺栓滑动安装在紧固槽内。

4.根据权利要求3所述的一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟设备，其特征在于：

还包括定位结构；定位结构包括第一弹簧、两个挡杆和第二弹簧；两个挡杆关于钻头轴线上下对称地设在钻头上下两侧；挡杆沿左右方向延伸；挡杆可上下滑动地设在套筒内壁上且顶杆处于两个挡杆之间；第一弹簧设在挡杆和套筒之间以使挡杆紧随钻头；第二弹簧设在滑块与套筒下侧壁之间，且一端与滑块连接，另一端与套筒连接以使顶杆初始状态下与钻头上方的挡杆抵接。

5.根据权利要求4所述的一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟设备，其特征在于：

顶杆可伸缩设置，包括子杆和母杆；子杆插套在母杆内，且子杆处于母杆的前端；子杆上设有弹凸；弹凸设于挡杆和顶杆接触点处，且处于靠近钻头一侧，弹凸连接有挡凸，

挡凸设在子杆和母杆之间。

6.根据权利要求1所述的一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟设备，其特征在于：

套筒左右两侧设有连接杆；连接杆左右延伸一段后向后延伸至钻头前端所在竖面处；连接杆后端连接在套筒上，前端铰接有适配板。

7.根据权利要求6所述的一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟设备，其特征在于：适配板与隧洞墙体斜面相接触的侧面上设有挂齿。

8.根据权利要求6所述的一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟设备，其特征在于：顶板与连接杆之间设有液压杆。

9.根据权利要求4所述的一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟设备，其特征在于：套筒左右两侧侧壁前端设有第四滑槽；挡杆滑动安装在第四滑槽内；第三滑槽和第四滑槽之间设有限位槽，压板滑动安装在限位槽内。

10.根据权利要求1所述的一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟设备，其特征在于：钻头外周壁上设有多个周向均匀分布的螺纹槽。

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