CN212296383U - 一种顶端固定水钻装置及开挖系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种顶端固定水钻装置，包括定位结构、支撑结构、承接结构；支撑结构为伸缩式结构，横跨工作井，支撑结构的数量为至少两组；水钻的顶端安装在承接结构上，承接结构横跨各支撑结构，并与各支撑结构平面位置可调式连接，嵌入工作井内壁的定位结构安装在支撑结构上。还涉及一种顶端固定水钻的开挖系统，本实用新型支撑牢固，拆装方便，属于基础施工领域。

Description

一种顶端固定水钻装置及开挖系统

技术领域

本实用新型涉及基础施工领域，具体涉及一种顶端固定水钻装置及开挖系统。

背景技术

目前，对于地质条件均为岩石的顶管工作井开挖，采用的施工方式一般为爆破施工，这类施工方法，成本高，危险系数大，运输不便，同时在爆破过程当中，可能会对周边岩层稳定程度造成影响，破坏周边岩层的完整性；而采用风镐，人工掘岩的方法进行开挖，开挖速度缓慢，成本较高等问题。

水钻可以钻取坚硬混凝土，即也可钻取中风化、微风化岩层，利用其工作原理对岩层进行逐层切割、破碎，从而实现对岩层的开挖。利用水钻通过对整体岩层分割，得到若干块较小岩层，根据岩层完整情况采用手电钻在剩余岩芯上钻孔，再用二锤捶击钢楔或风镐分裂中部岩体，岩石沿铅锤面被拉裂并从底部发生剪切破裂，取出分裂的岩块，从而实现顶管工作井的开挖。

但是水钻的安装较为不便，耗时较长，限制了利用水钻进行岩层开挖的工作效率。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种高效便捷的顶端固定水钻装置及开挖系统。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种顶端固定水钻装置，包括定位结构、支撑结构、承接结构；支撑结构为伸缩式结构，横跨工作井，支撑结构的数量为至少两组；水钻的顶端安装在承接结构上，承接结构横跨各支撑结构，并与各支撑结构平面位置可调式连接，嵌入工作井内壁的定位结构安装在支撑结构上。

采用这种结构后，定位结构嵌入工作井，安装牢固，承接结构位置可调，方便水钻钻取不同的取芯点。

作为一种优选，每组支撑结构均包括一根第一支撑杆、两个连接丝扣、两根第二支撑杆，第一支撑杆的两端均通过连接丝扣与第二支撑杆可伸缩式连接，两个连接丝扣的螺纹旋向相反。采用这种结构后，支撑结构通过连接丝扣进行伸缩，定位结构随之伸缩，使用方便，且可用于不同口径的工作井。

作为一种优选，承接结构为一方木，通过钢绞线与支撑结构可拆式连接，并通过钢绞线的拆装调节方木的位置；方木设于支撑结构的下方。采用这种结构后，可为不同取芯位置的水钻提供一个顶端支撑点，使水钻不易左右倾倒，且方便拆装。

作为一种优选，定位结构分为井内定位部和井口定位部；井内定位部安装在支撑结构上，组成用于较深工作井的内部固定装置，支撑结构位于工作井内横跨工作井；井口定位部安装在支撑结构上，组成用于较浅工作井的外部固定装置，支撑结构位于工作井的顶部横跨工作井。上述较浅工作井是指开挖深度不超过2m的工作井，较深工作井是指开挖深度超过2m的工作井。采用这种结构后，内部固定装置与外部固定装置用于不同深度的工作井，应用范围广。

作为一种优选，井口定位部包括连接杆和卡接头，卡接头安装在连接杆的下端，连接杆的上端固定在支撑结构上；每组支撑结构均装有两个井口定位部；井内定位部包括锥形头，每组支撑结构的两端均安装有锥形头。

作为一种优选，内部固定装置和外部固定装置分别具有独立的支撑结构，从而内部固定装置和外部固定装置相互独立；或内部固定装置和外部固定装置共用支撑结构，组成既用于内部固定装置又用于外部固定装置的一体式结构。

一种顶端固定水钻装置的应用方法，采用上述任意一种顶端固定水钻装置，用于岩石地质的顶管工作井开挖，包括如下步骤：

步骤一，布置取芯点；步骤二，采用顶端固定水钻装置对水钻进行固定就位；步骤三：操作水钻进行钻取开挖，直至所有取芯点被钻取完毕；步骤四：对钻取完毕后得到的整体岩层进行分割处理；步骤五：出渣。

采用这种方法后，相对于爆破施工，上述方法安全性较高，且安装水钻方便，开挖速度快。

步骤二中，预先在顶管工作井内壁钻取固定孔，采用2个外部固定装置或内部固定装置，将支撑结构伸缩至定位结构卡入固定孔中，完成装置的固定，然后将承接结构安装在支撑结构的下方，通过钢绞线与支撑结构连接，从而承接结构抵住水钻的顶端；当工作井的深度不超过2m时，采用外部固定装置，当工作井的深度超过2m时，采用内部固定装置；步骤三中，对一取芯点钻取完毕后，松开钢绞线，根据下一取芯点位置调整水钻及承接结构的位置，再次用钢绞线将承接结构固定，然后操作水钻进行钻取，直至所有取芯点被钻取完毕。采用这种方法后，一次钻孔后，可进行多个取芯点的水钻固定，且水钻位置调节方便，可快速拆装。

步骤一中，具体操作为，进行测量放线，确定工作井开挖中心点，确定工作井开挖半径，以工作井中心点为基点画圆，布置取芯点时，根据已画出的顶管工作井范围，将取芯点的内外边际线表示出来；步骤四中，具体操作为，先对剩下的整体岩层进行水钻钻取分割，然后采用手电钻在剩余岩芯上钻孔，再用二锤捶击钢楔或风镐分裂中部岩体，直至岩石沿铅锤面被拉裂并从底部发生剪切破裂，然后取出分裂的岩块；步骤五中，具体操作为，将取出的岩块装载至料斗中，采用电动卷扬机出渣。采用这种方法后，分割岩体时对周围岩层影响小，所需工具简单，成本低。

一种顶端固定水钻的开挖系统，采用上述的任意一种顶端固定水钻装置，包括水钻、电动葫芦、门架，水钻的顶端通过顶端固定水钻装置固定在工作井内，电动葫芦通过门架设于工作井上方。

总的说来，本实用新型还具有如下优点：

本实用新型中的一种顶端固定水钻装置，应用在岩层工作井开挖中，可完全取代传统爆破施工，安全性高、成本低，通过顶端固定，减少安装水钻的所耗时间，相比于其他固定装置方法，此固定装置方法适用于任意井，具备重复使用，快速拆装的优点，且一体式结构的可重复利用率较高；同时相比于传统人工风镐开挖，所需施工速度有了很大的提升，可广泛适应于中风化、微风化的岩层地质，是一种高效便捷的施工装置。

附图说明

图1是一种顶端固定水钻装置的应用方法的具体实施流程图。

图2是一种开挖系统采用了外部固定装置时的剖面图。

图3是外部固定装置的安装俯视图。

图4是外部固定装置的结构图。

图5是一种开挖系统采用了内部固定装置时的剖面图。

图6是内部固定装置的安装俯视图。

图7内部固定装置的结构图。

图8是A区域的局部放大图。

图9是B区域的局部放大图。

图10是外部固定装置和内部固定装置一体式的结构图。

图11是较浅工作井开挖时水钻移动示意图。

图12是较深工作井开挖时水钻移动示意图。

其中，1为连接杆，2为第一支撑杆，3为连接丝扣，4为第二支撑杆，5为水钻，6为承接结构，7为钢绞线，8为卡接头，9为锥形头。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式来对本实用新型做进一步详细的说明。

实施例一

一种顶端固定水钻装置，包括定位结构、支撑结构、承接结构；支撑结构为伸缩式结构，横跨工作井，支撑结构的数量为两组；水钻的顶端安装在承接结构上，承接结构横跨各支撑结构，并与各支撑结构平面位置可调式连接，嵌入工作井内壁的定位结构安装在支撑结构上。

每组支撑结构均包括一根第一支撑杆、两个连接丝扣、两根第二支撑杆，第一支撑杆的两端均通过连接丝扣与第二支撑杆可伸缩式连接，两个连接丝扣的螺纹旋向相反。

承接结构为一方木，通过钢绞线与支撑结构可拆式连接，并通过钢绞线的拆装调节方木的位置；方木设于支撑结构的下方。

定位结构分为井内定位部和井口定位部；井内定位部安装在支撑结构上，组成用于较深工作井的内部固定装置，支撑结构位于工作井内横跨工作井；井口定位部安装在支撑结构上，组成用于较浅工作井的外部固定装置，支撑结构位于工作井的顶部横跨工作井。

井口定位部包括连接杆和卡接头，卡接头安装在连接杆的下端，连接杆的上端固定在支撑结构上；每组支撑结构均装有两个井口定位部；井内定位部包括锥形头，每组支撑结构的两端均安装有锥形头。

内部固定装置和外部固定装置共用支撑结构，组成既用于内部固定装置又用于外部固定装置的一体式结构。

一种顶端固定水钻装置的应用方法，采用上述的一种顶端固定水钻装置，用于岩石地质的顶管工作井开挖，包括如下步骤：

步骤一，进行测量放线，确定工作井开挖中心点，确定工作井开挖半径，以工作井中心点为基点画圆，利用卷尺沿顶管工作井圈边布置取芯点，根据已画出的顶管工作井范围，将取芯点的内外边际线表示出来，取芯点的布置应均匀、连续，间距不宜过大，以两钻孔外部相切为宜。

步骤二，采用顶端固定水钻装置对水钻进行固定就位，预先在顶管工作井内壁钻取固定孔，采用2个外部固定装置或内部固定装置，将支撑结构伸缩至定位结构卡入固定孔中，完成装置的固定，然后将承接结构安装在支撑结构的下方，通过钢绞线与支撑结构连接，从而承接结构抵住水钻的顶端；当工作井的深度不超过2m时，采用外部固定装置，当工作井的深度超过2m时，采用内部固定装置。

步骤三：操作水钻进行钻取开挖，对当前取芯点钻取完毕后，松开钢绞线，根据下一取芯点位置调整水钻及承接结构的位置，将承接结构置于下一取芯点正上方，水钻顶端抵住承接结构，再次用钢绞线将承接结构固定，然后操作水钻进行钻取，直至所有取芯点被钻取完毕。

步骤四：对钻取完毕后得到的整体岩层进行分割处理，先对剩下的整体岩层进行水钻钻取分割，得到若干块较小岩层，然后根据岩层完整情况采用手电钻在剩余岩芯上钻孔，再用二锤捶击钢楔或风镐分裂中部岩体，直至岩石沿铅锤面被拉裂并从底部发生剪切破裂，然后取出分裂的岩块。

步骤五：将取出的岩块装载至料斗中，采用电动卷扬机出渣。

一种顶端固定水钻的开挖系统，采用上述的一种顶端固定水钻装置，包括水钻、电动葫芦、门架，水钻的顶端通过顶端固定水钻装置固定在工作井内，电动葫芦通过门架设于工作井上方。

实施例二

本实施例中，外部固定装置和内部固定装置分别具有独立的支撑结构，从而内部固定装置和外部固定装置相互独立。

本实施例未提及部分同实施例一。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种顶端固定水钻装置，其特征在于：包括定位结构、支撑结构、承接结构；支撑结构为伸缩式结构，横跨工作井，支撑结构的数量为至少两组；水钻的顶端安装在承接结构上，承接结构横跨各支撑结构，并与各支撑结构平面位置可调式连接，嵌入工作井内壁的定位结构安装在支撑结构上。

2.按照权利要求1所述的一种顶端固定水钻装置，其特征在于：每组支撑结构均包括一根第一支撑杆、两个连接丝扣、两根第二支撑杆，第一支撑杆的两端均通过连接丝扣与第二支撑杆可伸缩式连接，两个连接丝扣的螺纹旋向相反。

3.按照权利要求1所述的一种顶端固定水钻装置，其特征在于：承接结构为一方木，通过钢绞线与支撑结构可拆式连接，并通过钢绞线的拆装调节方木的位置；方木设于支撑结构的下方。

4.按照权利要求1所述的一种顶端固定水钻装置，其特征在于：

定位结构分为井内定位部和井口定位部；

井内定位部安装在支撑结构上，组成用于较深工作井的内部固定装置，支撑结构位于工作井内横跨工作井；

井口定位部安装在支撑结构上，组成用于较浅工作井的外部固定装置，支撑结构位于工作井的顶部横跨工作井。

5.按照权利要求4所述的一种顶端固定水钻装置，其特征在于：

井口定位部包括连接杆和卡接头，卡接头安装在连接杆的下端，连接杆的上端固定在支撑结构上；每组支撑结构均装有两个井口定位部；

井内定位部包括锥形头，每组支撑结构的两端均安装有锥形头。

6.按照权利要求4所述的一种顶端固定水钻装置，其特征在于：

内部固定装置和外部固定装置分别具有独立的支撑结构，从而内部固定装置和外部固定装置相互独立；

或内部固定装置和外部固定装置共用支撑结构，组成既用于内部固定装置又用于外部固定装置的一体式结构。

7.一种顶端固定水钻的开挖系统，采用权利要求1至6任一项所述的一种顶端固定水钻装置，其特征在于：包括水钻、电动葫芦、门架，水钻的顶端通过顶端固定水钻装置固定在工作井内，电动葫芦通过门架设于工作井上方。

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