一种隧道土岩层用钻锚设备及其施工方法
文献发布时间:2024-04-18 20:01:23
技术领域
本申请涉及土岩层钻孔技术领域,尤其是涉及一种隧道土岩层用钻锚设备及其施工方法。
背景技术
随着社会经济的快速发展,锚杆支护是指在边坡、岩土深基坑等地表工程及隧道、采场等地下硐室施工中采用的一种加固支护方式。这种加固支护方式用金属件、木件、聚合物件或其他材料制成杆柱,打入地表岩体或硐室周围岩体预先钻好的孔中,或依赖于黏结作用将围岩与稳定岩体结合在一起而产生悬吊效果、组合梁效果、补强效果,以达到支护的目的。
但是,现目前施工,遇到土岩层松软的情况下,在利用钻孔的设备将锚孔钻好,钻孔设备撤离锚孔后,锚孔内部容易坍塌导致锚杆装入时安装不到位,从而导致锚杆的安装存在困难。
发明内容
为了降低锚杆安装存在的困难,并提高锚杆的安装效率,本申请提供一种隧道土岩层用钻锚设备及其施工方法。
第一方面,本申请提供的一种隧道土岩层用钻锚设备,包括支撑架,所述支撑架包括支撑台和滑动座,所述滑动座滑动设置于所述支撑台上;
钻锚组件,转动设置于所述滑动座上,所述钻锚组件转动的轴向与所述滑动座的滑动方向相平行;
锚杆组件,滑动设置于所述钻锚组件内,所述锚杆组件沿所述钻锚组件的轴向方向滑动;
驱动组件,设置于所述滑动座上,用于驱动所述钻锚组件转动。
通过采用上述技术方案,当对较松软的土岩层进行钻锚时,将支撑架放置于需要锚定的区域旁,滑动座滑动后带动钻锚组件靠近锚定区域,然后驱动组件驱动钻锚组件转动,以对锚定的区域进行钻孔,直至锚孔形成后,钻锚组件继续处于锚孔内,将锚杆组件滑入钻锚组件内,使得锚杆组件在钻锚组件的支撑下进入锚孔内。然后滑动座带动钻锚组件撤出锚孔,以使锚杆组件留在锚孔内,以便于将混凝土浆注入锚孔内将锚杆组件固定。本申请通过采用锚杆组件滑动设置于钻锚组件内的方式,使得钻锚组件完成锚孔的钻取后,锚杆组件直接留在锚孔内,以使得锚杆组件安装一步到位,从而降低锚杆安装存在的困难,并提高锚杆的安装效率。
可选的,所述钻锚组件包括:
钻杆,具有第一端部和第二端部,所述第一端部转动于所述滑动座内,所述钻杆位于所述滑动座外的周壁上设置有螺纹刀片;
多个钻头,设置于所述第二端部上。
可选的,所述第二端部背离所述第一端部的端面开设有安装槽,所述钻头铰接于所述安装槽的槽底,所述钻头位于所述安装槽内沿所述钻杆的周向方向分布,所述钻头背离所述安装槽槽底的尖端从所述安装槽内露出。
可选的,所述钻锚组件还包括锚头,所述锚头设置于所述第二端部背离所述第一端部的端面,所述锚头沿所述钻杆的周向方向分布,在所述钻杆轴向上,所述锚头位于所述钻杆上的高度与所述钻头位于所述钻杆上的高度。
可选的,每一所述钻头均朝远离所述钻杆的方向渐缩,所述钻头包括第一钻面和第二钻面,所述第一钻面靠近所述锚头设置,所述第二钻面与相邻所述钻头上的第二钻面相抵接,当所述第一钻面与所述安装槽槽壁相抵接时,所述第二钻面之间限定出供所述锚杆组件滑出所述钻杆的锚定通道。
可选的,所述第二钻面上设置有钻尖部,所述钻尖部沿所述钻杆的径向方向延伸。
可选的,所述钻杆内部开设有贯穿所述第一端部和第二端部的安装通道,所述安装通道与所述锚定通道连通,所述锚杆组件包括:
锚杆,滑动设置于所述安装通道和所述锚定通道内,且所述锚杆开设有注浆孔,所述注浆孔贯穿所述锚杆的两端。
可选的,所述锚杆组件还包括位于所述锚杆端部的多个加强杆,所述加强杆铰接于所述锚杆的周壁上,所述锚杆上还开设有供所述加强杆转入的容纳槽,所述加强杆远离与所述锚杆铰接的一端延伸出容纳槽,所述锚杆与所述安装通道内壁之间具有间隙,所述加强杆延伸出容纳槽的一端远离所述锚杆的端部设置,并且用于与所述钻头的自由端相抵接。
可选的,所述钻锚设备还包括滑动设置于所述支撑台上的定位座,所述定位座上开设有连通所述注浆孔的注浆通道,所述定位座的滑动方向与所述滑动座的滑动方向相同,所述定位座朝向所述滑动座的侧壁上设有若干定位块,所述定位块围绕所述注浆通道周向设置,所述锚杆朝向定位座的端面上开设有供所述定位块卡入的定位槽。
第二方面,本申请提供一种隧道土岩层用钻锚设备的施工方法,通过使用上述的隧道土岩层钻锚设备采用如下的技术方案:
对待进行锚定的区域进行标点,并将支撑架移动至需锚定的区域;
将钻杆的钻头和锚头对准待锚定的标点,启动驱动组件驱动钻杆转动,同时滑动座带动钻杆朝锚定的区域进行靠近,以形成锚孔;
将锚杆放入安装通道,使得锚杆具有加强杆的端部进入锚定通道;
再将定位座朝滑动座滑动,直至定位块滑入定位槽;
驱动组件驱动钻杆相对于锚杆转动;
滑动座带动钻杆朝定位座滑动,直至钻头滑过加强杆,然后滑动座带动钻杆朝远离定位座滑动,直至钻头抵接加强杆转动至与锚杆相垂直;
将混凝土浆通过注浆通道注入锚杆具有加强杆的端部,滑动座带动钻杆脱离锚孔。
综上所述,本申请通过驱动组件驱动钻杆转动,通过钻头和锚头对土岩层进行钻取,以形成锚孔。在钻取的过程中,滑动座还带动钻杆朝锚孔内部移动,以加深锚孔的深度,直至锚孔钻取结束后,将锚杆滑入钻杆内,并通过锚杆抵接钻头转动,使得锚杆进入锚定通道,以将锚杆安装到位。此时滑动座在带动钻杆朝锚孔外滑动,使得钻头滑过加强杆,然后滑动座再带动钻杆朝锚孔内滑动,使得钻头抵接于加强杆,以抵动加强杆从容纳槽内转出至与锚杆相垂直,以增大锚杆位于锚孔内和土岩层,及后续注入混凝土的接触面积,从而加强锚杆锚定的稳定性。
附图说明
图1是本实施例提供的钻锚设备整体结构图。
图2是本实施例提供的钻锚设备中滑动座和定位座内部的结构示意图。
图3是本实施例提供的钻杆和锚杆的剖面示意图。
图4是图3中A部分的放大示意图。
图5是本实施例提供的钻杆和锚杆端面示意图。
图6是图3中A部分中加强杆打开后的剖面示意图。
图7是图3中B部分的放大示意图。
附图标记说明:1、支撑架;11、支撑台;111、气缸;112、导轨;113、齿条;12、滑动座;121、第一电机;122、第一齿轮;13、定位座;131、第三电机;132、第四齿轮;133、注浆通道;134、定位块;2、钻锚组件;21、钻杆;211、第一端部;212、第二端部;213、第三齿轮;214、安装槽;215、安装通道;22、钻头;221、第一钻面;222、第二钻面;223、锚定通道;224、钻尖部;23、螺纹刀片;26、锚头;3、锚杆组件;31、锚杆;311、注浆孔;312、容纳槽;313、定位槽;314、通孔;32、加强杆;4、驱动组件;41、第二电机;42、第二齿轮。
具体实施方式
以下结合附图1-7对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种隧道土岩层用钻锚设备及其施工方法。其中,隧道土岩层用钻锚设备参照图1,钻锚设备包括支撑架1、钻锚组件2、锚杆组件3和驱动组件4。支撑架1包括支撑台11和滑动座12,滑动座12滑动设置于支撑台11上。钻锚组件2转动设置于滑动座12上。钻锚组件2转动的轴向与滑动座12的滑动方向相平行。锚杆组件3滑动设置于钻锚组件2内。锚杆组件3沿钻锚组件2的轴向方向滑动。驱动组件4设置于滑动座12上,用于驱动钻锚组件2转动。
在本实施例中,支撑台11下端铰接有两对气缸111。支撑台11的底部开设有滑槽,滑槽供其中一个气缸111与支撑台11相铰接的部位滑动,以便于通过气缸111调整支撑台11的倾斜角度,进而调整钻锚组件2和锚杆组件3的朝向。
进一步地,滑动座12沿支撑台11的长度方向滑动。支撑台11上固定连接有位于滑动座12滑动路径两侧的导轨112,其中一根导轨112上固定有齿条113。
参照图1和图2,滑动座12上固定连接有第一电机121,第一电机121的输出轴穿设于滑动座12内并同轴连接有第一齿轮122。第一电机121的输出轴沿垂直于滑动座12滑动的方向延伸。第一齿轮122从滑动座12一侧的侧壁露出,并与齿条113相啮合,以便于通过第一电机121驱动第一齿轮122转动,在第一齿轮122和第一齿条113的啮合下,带动滑动座12沿导轨112沿支撑台11的长度方向来回滑动。
参照图1和图2,钻锚组件2包括钻杆21和多个钻头22。钻杆21具有第一端部211和第二端部212。第一端部211转动于滑动座12内。钻杆21位于滑动座12外的周壁上设置有螺纹刀片23。螺纹刀片23沿钻杆21的长度方向延伸,以便于钻杆21伸入土岩层内转动时,通过螺纹刀将钻取的土岩碎渣从锚孔中带出。
具体地,多个钻头22位于第二端部212的端面上,以便于钻头22钻取土岩层形成锚孔。第一端部211转动连接于滑动座12内。
在本实施例中,驱动组件4包括第二电机41和第二齿轮42。第二电机41固定于滑动座12的侧壁上。第二电机41与钻杆21位于滑动座12的同一侧。第二电机41的输出轴与钻杆21相平行。第二电机41的输出轴穿设至滑动座12内,第二齿轮42同轴连接于第二齿轮42并位于滑动座12内。值得注意的是,钻杆21位于滑动座12内的第一端部211同轴连接有第三齿轮213。第三齿轮213转动于滑动座12内与第二齿轮42相啮合。可以知道,通过第二电机41驱动第二齿轮42转动,第二齿轮42带动第三齿轮213转动,进而带动钻杆21转动,实现钻杆21转动后对土岩层进行钻孔操作。
进一步地,参照图3和图4,第二端部212背离第一端部211的端面开设有安装槽214,钻头22铰接于安装槽214的槽底。钻头22位于安装槽214内沿钻杆21的周向方向分布。钻头22背离安装槽214槽底的尖端从安装槽214内露出。
需要说明的是,钻头22的铰接轴线与钻杆21的长度方向相垂直,钻头22转动于安装槽214内,钻头22与安装槽214槽底相抵接时,钻头22背离安装槽214槽底的尖端从安装槽214内露出,以便于钻头22最先接触到土岩层。值得注意的是,钻头22在随钻杆21转动的过程中,由于钻头22铰接设置,在土岩层质地较硬时,钻头22可通过在安装槽214内来回摆动增加钻孔过程中的韧性,通过钻头22的来回摆动小范围的逐步破碎较为坚硬的土岩层,减少钻头22受到的损伤。
另外,钻杆21带动钻头22转动,钻头22可以抵紧于安装槽214的槽底,以对土岩层进行钻取,并且钻头22随着钻杆21的转动,钻取的土岩层渣在钻杆21离心力的作用下甩到钻杆21的周向方向,并随着钻杆21的深入,钻杆21上的螺纹刀片23将钻取的土岩层渣排出锚孔。
进一步地,钻锚组件2还包括锚头26。锚头26设置于第二端部212背离第一端部211的端面。锚头26沿钻杆21的周向方向分布。在钻杆21轴向上,锚头26位于钻杆21上的高度与钻头22位于钻杆21上的高度。
在本实施例中,锚头26呈圆锥状,并且锚头26位于安装槽214外,通过锚头26增加钻杆21端部的破碎能力,以便于钻杆21钻取质地硬的土岩层,从而加强钻杆21的钻锚能力。
进一步地,参照图4和图5,每一钻头22均朝远离钻杆21的方向渐缩。钻头22包括第一钻面221和第二钻面222,第一钻面221靠近锚头26设置,第二钻面222与相邻钻头22上的第二钻面222相抵接,当第一钻面221与安装槽214槽壁相抵接时,第二钻面222之间限定出供锚杆组件3滑出钻杆21的锚定通道223。
在本实施例中,钻头22呈四棱锥,四棱锥靠近锚头26的一侧为第一钻面221,四棱锥远离锚头26的一侧为第二钻面222。钻头22的尖端部沿钻杆21的长度的延伸,以减小第一钻面221和第二钻面222位于钻头22上的倾斜度。
参照图5和图6,钻头22与安装槽214槽底相抵接时,钻头22靠近第二钻面222的端部位于锚定通道223内。钻杆21内部开设有贯穿第一端部211和第二端部212的安装通道215,安装通道215与锚定通道223连通,以便于锚杆组件3滑入安装通道215进入钻杆21内,直至锚杆组件3抵动钻头22,钻头22受到抵动后朝相互远离的方向转动,使得第一钻面221抵接于安装槽214的槽壁,以便于锚杆组件3的端部从钻头22之间滑出进入锚孔。
具体地,安装槽214朝远离第一端部211的方向呈渐扩状,增大钻头22在安装槽214内的转动范围,进而增大钻头22之间锚定通道223大小,便于锚杆组件3能够顺利滑出钻杆21。
参照图5和图6,第二钻面222上设置有钻尖部224,钻尖部224沿钻杆21的径向方向延伸。在锚杆组件3长度方向的投影中,钻尖部224远离第二钻面222的端部与钻头22远离安装槽214槽壁的端部重合,以避免钻尖部224对锚杆组件3的滑动造成阻碍。
在本实施例中,锚杆组件3包括锚杆31。锚杆31滑动设置于安装通道215和锚定通道223内,且锚杆31开设有注浆孔311,注浆孔311贯穿锚杆31的两端。在锚杆31滑入安装通道215直至进入锚定通道223内后,以将锚杆31安装入锚孔内,并通过锚杆31内部的注浆孔311,将混凝土泥浆从锚杆31位于钻杆21外的一端注入,以使混凝土泥浆充满锚定通道223,以通过混凝土泥浆将锚杆31固定于锚孔内,以完成锚杆31的固定。
进一步地,参照图4和图6,锚杆组件3还包括位于锚杆31端部的多个加强杆32。加强杆32铰接于锚杆31的周壁上。锚杆31上还开设有供加强杆32转入的容纳槽312。加强杆32远离与锚杆31铰接的一端延伸出容纳槽312。锚杆31与安装通道215内壁之间具有间隙。加强杆32延伸出容纳槽312的一端远离锚杆31的端部设置,并且用于与钻头22的自由端相抵接。
值得注意的是,加强杆32延伸出容纳槽312的端部呈弧状设置,以便于受到抵接后从容纳槽312内转出。
可以理解,加强杆32的铰接轴线与锚杆31的长度方向相垂直。加强杆32和锚杆31铰接的位置靠近锚杆31的端部设置,使得加强杆32位于容纳槽312内时,锚杆31可以顺利进入安装通道215,直至锚杆31抵动钻头22,使得钻头22转动后抵接于安装槽214的槽壁,此时,钻杆21从锚孔内滑出,锚杆31保持不动,钻杆21相对于锚杆31从锚孔外滑动,锚杆31和加强杆32滑过钻头22,直至加强杆32位于容纳槽312外的一端滑过钻头22后,使得钻头22位于加强杆32远离锚杆31端部的一侧。然后钻杆21再朝锚孔内滑动,使得钻头22通过第二钻面222与加强杆32的端部抵接,抵动加强杆32转出容纳槽312,直至加强杆32转动至于锚杆31相垂直,使得锚杆31在锚孔内与土岩层的接触面积增大,进而增强锚杆31固定于锚孔内的稳定性。
参照图1和图3,在本实施例中,钻锚设备还包括滑动设置于支撑台11上的定位座13。定位座13上开设有连通注浆孔311的注浆通道133。定位座13的滑动方向与滑动座12的滑动方向相同。
定位座13上固定连接有第三电机131,第三电机131位于定位座13背对支撑台11的一侧。第三电机131的输出轴穿设于定位座13内。定位座13内转动连接有于第三电机131同轴连接的第四齿轮132,第四齿轮132从定位座13的侧壁上露出与齿条113相啮合,以通过第三电机131的驱动,带动第四齿轮132转动,并在第四齿轮132和齿条113的啮合下,定位座13沿导轨112的长度方向滑动,实现定位座13的自动滑动。
参照图6和图7,定位座13朝向滑动座12的侧壁上设有若干定位块134,定位块134围绕注浆通道133周向设置。锚杆31朝向定位座13的端面上开设有供定位块134卡入的定位槽313。
当需要将混凝土泥浆注入到锚孔内将锚杆31固定时,定位座13朝滑动座12滑动后,使得定位块134卡入定位槽313内,以对锚杆31的状态进行固定,便于将混凝土泥浆通过注浆通道133注入锚杆31的注浆孔311,直至进入锚孔内,以将锚杆31位于锚孔内具有加强杆32的端部进行包裹,便于混凝土泥浆将锚杆31加强固定。
进一步地,锚杆31靠近加强杆32的端部开设有连通容纳槽312和注浆孔311的通孔314,以便于混凝土泥浆注入注浆孔311内后,一部分泥浆从锚杆31位于锚孔内的端部流出,另一部分混凝土泥浆通过通孔314进入容纳槽312,进而再通过容纳槽312进入锚孔内,增大混凝土泥浆通过锚杆31进入锚孔内的速度,提升混凝土泥浆注入锚孔内的流畅度。
本申请实施例一种隧道土岩层钻锚设备的实施原理为:当对隧道土岩层进行钻锚时,由于会遇到土岩层质地较为松软的情况,采用钻杆21和锚杆31一体的方式进行钻孔。在钻杆21进行钻孔时,锚杆31可以位于钻杆21内与钻杆21一同转动,也可以钻杆21单独转动,直至锚孔钻完之后,钻杆21撤离锚孔,锚杆31保持不动,使得钻杆21上的钻头22滑过加强杆32的端部后,钻杆21再继续往锚孔内移动,以通过钻头22抵动加强杆32转入容纳槽312,使得加强杆32转动至于锚杆31相垂直,使得锚杆31通过加强杆32增大自身与土岩层的接触面积,进而加强锚杆31锚定的稳固性。
本实施例还提供一种隧道土岩层用钻锚设备的施工方法,使用了钻锚设备,具体包括以下步骤:
对待进行锚定的区域进行标点,并将支撑架1移动至需锚定的区域。锚定的区域可以是隧道周向方向上的土岩层,通过支撑台11下的气缸111驱动,改变支撑台11的倾斜角度,进而改变锚杆31和钻杆21的朝向,以对不同方向上的锚定区域进行钻孔。
将钻杆21的钻头22和锚头26对准待锚定的标点,启动驱动组件4驱动钻杆21转动,同时滑动座12带动钻杆21朝锚定的区域进行靠近,以形成锚孔。钻杆21转动后通过钻头22和锚头26将土岩层破碎,再通过螺纹刀片23将破碎的土岩层碎渣排除锚孔外。
将锚杆31放入安装通道215,使得锚杆31具有加强杆32的端部进入锚定通道223。锚杆31抵动钻头22相互远离,以使得锚杆31进入锚定通道223,以将锚杆31安装到位。
再将定位座13朝滑动座12滑动,直至定位块134滑入定位槽313,以将锚杆31位于锚孔内的位置固定。
驱动组件4驱动钻杆21相对于锚杆31转动,以通过钻杆21和锚杆31的相对转动,将锚杆31和钻杆21之间的土岩层碎渣进一步研磨,提升钻杆21相对于锚杆31滑动的流畅性。
滑动座12带动钻杆21朝定位座13滑动,直至钻头22滑过加强杆32,然后滑动座12带动钻杆21朝远离定位座13滑动,直至钻头22抵接加强杆32,使得加强杆32转动至与锚杆31相垂直,以将加强杆32转入容纳槽312,增加锚杆31和土岩层的接触面积,加强锚杆31固定于锚孔内的稳固性。
将混凝土浆通过注浆通道133注入锚杆31具有加强杆32的端部,滑动座12带动钻杆21脱离锚孔,以通过混凝土泥浆将加强杆32和锚杆31固定于锚孔内,避免钻杆21撤离后带动锚杆31的移动,直至混凝土泥浆凝固后,完成对锚杆31的固定。
以上均为本申请的较佳实施例,并非依此限制本申请的保护范围,故:凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本申请的保护范围之内。
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