一种用于地下狭小空间内施工的拔管机及施工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，具体涉及一种用于地下狭小空间内施工的拔管机及施工方法。

背景技术

作为一种深基础，桩基被广泛应用于基坑支档、边坡加固、滑坡整治、结构抗浮抗倾、坝基稳定和悬索结构的锚碇基础中，多数情况下地质情况比较复杂，涉及到成孔施工，但上述工程都提供了足够的场地为打桩机械提供操作空间，操作相对简单。

近年来，随着地下工程建设的飞速发展，出现了大量地下狭小空间内的桩基工程，目前多采用人工挖孔桩的施工方法，但人工挖孔桩具有施工人员工作环境差、安全性能差、劳动力成本高、成桩效率低等缺陷，已无法适应工程机械化施工的趋势，且风险很大。

地面进行桩基施工的技术相对比较成熟，但对于地下工程，由于机械要受到狭小的操作空间的约束，地下工程自身处于岩土体中，对周围岩土体的稳定性要求极高，且对设备自身的重量也有一定的限制，因此传统的地上拔管技术无法在地下狭小空间内使用。同时桩基中常用的拔管技术为履带吊配合振动锤进行钢护筒的起拔，这种方法中，钢护筒的长度较长，需要的起吊拔出设备高度也高，无法满足地下空间净高的要求；拔出护筒的过程中对护筒进行了多次振动锤锤击振动，会对地下洞室内土体产生强振动，严重威胁地下工程的安全。因此急需提出一种全新的、安全的、高效的、能满足地下工程狭小空间的拔管机械，对钻孔内的护筒进行拔出，以推动地下工程施工机械化的发展，解决地下工程中的技术难题。本发明提供一种用于地下狭小空间内施工的拔管机及施工方法解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种用于地下狭小空间内施工的拔管机及施工方法，适应地下狭小空间、对周边环境影响小、对工程安全影响小、可实现高效拔管。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种用于地下狭小空间内施工的拔管机，包括行走系统和拔管系统，所述拔管系统设在行走系统端部，设有行走状态和工作状态；所述行走系统包括行走底盘、主臂、升降臂、拔管绞车和液压站，所述主臂、升降臂、拔管绞车和液压站设在行走底盘上；所述拔管系统系统包括搓管盘收放结构、搓管盘、护筒和护筒接盘，所述护筒接盘通过连接绳与主臂连接，所述连接绳的尾端连接在拔管绞车上，所述护筒连接在护筒接盘底端，并位于搓管盘内，所述搓管盘连接在搓管盘收放结构上，所述搓管盘收放结构设在行走底盘外端。

进一步地，所述主臂包括上臂、下臂和伸缩油缸，所述下臂底端铰接在行走底盘上，所述上臂和伸缩油缸位于下臂内腔中，所述伸缩油缸的顶端设在上臂内腔中，底端设在下臂内腔中，所述上臂在下臂内腔中伸缩运动，所述升降臂的顶端连接在下臂顶端，所述连接绳绕过上臂顶端与护筒接盘连接。

进一步地，所述护筒的上下两端分别设有内环接头和外环接头；所述护筒接盘包括连接环和连接架，所述连接架设在连接环顶部，通过滑轮组与连接绳连接；所述内环接头与外环接头或连接环套接连接；

所述内环接头的外壁上设有连接板，所述外环接头和连接环的内壁上设有连接凹槽，所述连接板位于连接凹槽内，所述内环接头和外环接头上设有相对应的连接孔，所述连接孔沿护筒的周向间隔设置，其内设有螺栓。

进一步地，所述搓管盘收放结构包括升降油缸和收放绞车，所述升降油缸固定连接在行走底盘外端，包括固定端和升降端，所述升降端位于固定端的下侧；所述收放绞车设在升降油缸顶端，并通过收放绳与搓管盘连接。

进一步地，所述搓管盘活动连接在升降油缸的升降端上，包括底座、搓动油缸、转动卡环和固定卡环，所述固定卡环固定连接在底座上，所述搓动油缸固定在底座上，其伸缩端与转动卡环连接，所述转动卡环位于固定卡环上方；

所述转动卡环包括搓动上环、环状卡槽、搓动底环、卡块和滚轴护壁，所述搓动底环与搓动油缸的伸缩端连接，所述搓动上环设在搓动底环顶面上，所述环状卡槽间隔设在搓动上环内壁上，所述卡块设在环状卡槽内，其内壁与护筒外壁接触，所述滚轴护壁设在搓动底环的底面上；

所述固定卡环包括加高环和滚轮环，所述加高环设在底座上，所述滚轮环设在加高环顶面上，位于滚轴护壁内侧，其内壁与护筒外壁接触，所述滚轮环与滚轴护壁设有相对转动的间隙；

所述搓动上环、搓动底环、滚轴护壁、加高环和滚轮环上下同轴设置。

进一步地，所述搓动油缸中心对称设置两个，相对设在搓动底环的两侧；所述卡块设置两个，相对设在环状卡槽内。

进一步地，所述护筒上设有搓管条，所述搓管条对称设置在护筒外壁上，所述卡块内壁上设有卡槽，所述搓管条位于卡槽内。

进一步地，所述行走底盘包括行走基座、转台和支腿，所述转台和支腿连接在行走基座上。

进一步地，所述滑轮组设置两个，分别设在上臂外端和连接架顶端，所述连接绳的尾端设在拔管绞车上，首端连接在滑轮组上。

一种用于地下狭小空间内施工的拔管机的施工方法，包括以下步骤：

S1，拔管机就位：将拔管机移动至需要拔出护筒的孔位处，将拔管系统由行走状态展开为工作状态，使得搓管盘位于在护筒外侧，伸出支腿保证拔管机平稳就位；

S2，伸出主臂：伸出上臂和升降臂，并通过调整上臂和升降臂的伸出长度使得护筒接盘位于护筒上方并保持对中；

S3，固定护筒：将卡块对准搓管条后卡入环状卡槽中，将护筒与转动卡环卡紧连接；

S4，浇筑混凝土：在孔内进行混凝土浇筑，当浇筑混凝土高度达到2m时，停止浇筑；

S5，连接护筒：控制拔管绞车降低护筒接盘的高度，将护筒接盘的连接环和护筒内环接头连接，使得护筒接盘与护筒固定连接；

S6，拔出护筒：启动搓动油缸和拔管绞车，在搓动油缸的作用下，反复往返搓动护筒，同时拔管绞车通过连接绳向上提拉护筒，拔出护筒；

S7，连续工作：首节护筒拔出后，脱开护筒接盘与首节护筒的连接，然后继续按照S4-S6的操作进行连续拔管，直至所有护筒拔出。

本发明有益效果如下：

分段设置的护筒和缩短长度的主臂配合，降低了拔管机的整体高度，满足在地下狭小空间内进行拔管的施工要求；设置挫管盘在拔出过程中反复挫动护筒来减少提升时的摩擦力，并在挫动和上拔的共同作用，稳定且高效率的拔出护筒；在拔出过程中，配合浇筑混凝土，并与护筒的拔出高度相配合，确保了护筒拔出过程中孔壁的安全；本发明具有对净空要求低、施工机械化程度高、对工程安全影响小、拔管效率高的优点。

附图说明

图1为本发明的使用状态示意图；

图2为本发明的整体结构俯视图；

图3为本发明的行走状态示意图；

图4为本发明的工作状态示意图；

图5为本发明的主臂结构分解图；

图6为本发明的搓管盘收放结构示意图；

图7为本发明的搓管盘俯视图；

图8为本发明的搓管盘剖视图；

图9为本发明的护筒剖视图；

图10为本发明的护筒接盘示意图；

图11为本发明的护筒接盘仰视图。

附图标记：1-行走底盘，11-行走基座，12-转台，13-支腿，2-主臂，21-上臂，22-下臂，23-伸缩油缸，3-升降臂，4-拔管绞车，5-搓管盘收放结构，51-升降油缸，52-收放绞车，6-搓管盘，61-底座，62-搓动油缸，63-转动卡环，631-搓动上环，632-环状卡槽，633-搓动底环，634-卡块，635-滚轴护壁，64-固定卡环，641-加高环，642-滚轮环，7-护筒，71-内环接头，72-外环接头，73-连接板，74-连接凹槽，75-连接孔，76-搓管条，8-护筒接盘，81-连接环，82-连接架，83-滑轮组，9-连接绳。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，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。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

如图1、2、3、4所示，一种用于地下狭小空间内施工的拔管机，包括行走系统和拔管系统，所述拔管系统设在行走系统端部，设有行走状态和工作状态；所述行走系统包括行走底盘1、主臂2、升降臂3、拔管绞车4和液压站，所述主臂2、升降臂3、拔管绞车4和液压站设在行走底盘1上，所述液压站为主臂2、升降臂3、搓管盘收放结构5和搓管盘6供能；所述拔管系统系统包括搓管盘收放结构5、搓管盘6、护筒7和护筒接盘8，所述护筒接盘8通过连接绳9与主臂2连接，所述连接绳9的尾端连接在拔管绞车4上，所述护筒7连接在护筒接盘8底端，并位于搓管盘6内，所述搓管盘6连接在搓管盘收放结构5上，所述搓管盘收放结构5设在行走底盘1外端。

本发明的原理如下：长护筒由单节的护筒7相互连接而成，在进行拔管时，护筒接盘8与位于顶端的护筒7可拆卸连接，然后搓管盘6的转动卡环63卡在顶端的护筒7的外壁上，带动护筒7一同运动，启动电源后搓管盘6上的搓动油缸62伸缩运动带动转动卡环63反复搓动，进而带动护筒7一同反复搓动运动，使得护筒7与洞壁脱离，同时护筒接盘8顶部的连接绳9拉动将护筒接盘8与护筒7一同向上拉起，实现边搓动边提起，将护筒7提出洞外，将长护筒分成单节护筒7依次提起，实现地下的拔管作业。

如图3、4、5所示，进一步地，所述主臂2包括上臂21、下臂22和伸缩油缸23，所述下臂22底端铰接在行走底盘1上，所述上臂21和伸缩油缸23位于下臂22内腔中，所述伸缩油缸23的顶端设在上臂21内腔中，底端设在下臂22内腔中，所述上臂21在下臂22内腔中伸缩运动，所述升降臂3的顶端铰接在下臂22顶端，所述连接绳9绕过上臂21顶端与护筒接盘8连接。伸缩油缸23的伸缩调整主臂2的长度，升降臂3的伸缩调整主臂2的高度，通过伸缩油缸23和升降臂3的协同作用，实现上臂21顶端保持竖直升高。

如图10、11所示，进一步地，所述护筒7的上下两端分别设有内环接头71和外环接头72；所述护筒接盘8包括连接环81和连接架82，所述连接架82设在连接环81顶部，通过滑轮组83与连接绳9连接；所述内环接头71与外环接头72或连接环81套接连接。

如图9、10所示，所述内环接头71的外壁上设有连接板73，所述外环接头72和连接环81的内壁上设有连接凹槽74，所述连接板73位于连接凹槽74内，所述内环接头71和外环接头72上设有相对应的连接孔75，所述连接孔75沿护筒7的周向间隔设置，其内设有螺栓。所述连接板73和连接凹槽74的相互配合具有定位、限位和固定对准的作用。

护筒接盘8与护筒7的连接通过连接环81套在下方护筒7的内环接头71上进行连接，相邻的护筒7通过上方护筒7的外环接头72套在下方护筒7的内环接头71上进行连接，逐一连接形成长护筒。

进一步地，所述护筒7内环接头71上设有吊装孔。用于护筒7拔出后用于吊运移走。

优选的，由于地下空间狭小，无足够空间保证长护筒的安装和拆除作业，采用每节长度1m的短节设置，以便地下狭小空间内安装和拔管工作的进行。

护筒7之间的连接方式如下：下方护筒7的内环接头71被上方护筒7的外环接头72套紧，同时内环接头71外壁上的连接板73位于外环接头72内壁上的相对应的连接凹槽74卡住，然后使用螺栓穿过内环接头71和外环接头72上连接孔75将护筒7依次连接。

如图3、4、6所示，进一步地，所述搓管盘收放结构5对称设置两个，包括升降油缸51和收放绞车52，所述升降油缸51固定连接在行走底盘1外端，包括固定端和升降端，所述升降端位于固定端的下侧；所述收放绞车52设在升降油缸51顶端，并通过收放绳与搓管盘6连接。

如图3所示，行走状态下，收放绞车52使用收放绳将搓管盘6拉起，同时升降油缸51缩回，使得搓管盘6处于吊起缩回移动形态。如图4所示，工作状态下，收放绞车52上的收放绳松开搓管盘6将其放下，同时升降油缸51伸出，使得搓管盘6平置在地面上进行施工。

如图3、4、7、8所示，进一步地，所述搓管盘6活动连接在升降油缸51的升降端上，包括底座61、搓动油缸62、转动卡环63和固定卡环64，所述固定卡环64固定连接在底座61上，所述搓动油缸62固定在底座61上，其伸缩端与转动卡环63铰接，所述转动卡环63位于固定卡环64上方；

如图7、8所示，所述转动卡环63包括搓动上环631、环状卡槽632、搓动底环633、卡块634和滚轴护壁635，所述搓动底环633与搓动油缸62的伸缩端连接，所述搓动上环631设在搓动底环633顶面上，所述环状卡槽632间隔设在搓动上环631内壁上，所述卡块634设在环状卡槽632内，其内壁与护筒7外壁接触，所述滚轴护壁635设在搓动底环633的底面上；

如图7、8所示，所述固定卡环64包括加高环641和滚轮环642，所述加高环641设在底座61上，所述滚轮环642设在加高环641顶面上，位于滚轴护壁635内侧，其内壁与护筒7外壁接触，所述滚轮环642与滚轴护壁635设有相对转动的间隙，转动卡环63和固定卡环64之间通过滚轮环642与滚轴护壁635之间的间隙实现相对转动。

优选的，所述滚轮环642包括外壁和间隔设在外壁内的竖向滚轴，滚轴的内壁与护筒7的外壁接触，起到限位和减小摩擦的作用，将滑动摩擦改变为滚动摩擦，方便护筒7滚动。

所述搓动上环631、搓动底环633、滚轴护壁635、加高环641和滚轮环642上下同轴设置。

搓管盘6的原理如下，位于上方的转动卡环63与下方的固定卡环64之间有相对运动，固定卡环64设在底座61上保持不动，而转动卡环63在搓动油缸62的带动下可以灵活的反复搓动，卡块634卡在护筒7外壁上的搓管条76，带动护筒7实现同步运动，使其与洞壁脱离。

进一步地，所述底座61内侧设有连接耳板，所述升降油缸51的底端设有连接基座，所述连接基座上设有连接耳板，所述底座61上的连接耳板和升降油缸51上的连接耳板通过销轴可拆卸连接。

如图7所述，进一步地，所述搓动油缸62中心对称设置两个，相对设在搓动底环633的两侧；所述卡块634设置两个，相对设在环状卡槽632内。

如图9所示，进一步地，所述护筒7上设有搓管条76，所述搓管条76对称设置在护筒7外壁上，所述卡块634内壁上设有卡槽，所述搓管条76位于卡槽内。优选的，所述搓管条76为倒T型，用于和卡块634上的卡槽相配合。

如图3、4所示，进一步地，所述行走底盘1包括行走基座11、转台12和支腿13，所述转台12和支腿13连接在行走基座11上。

进一步地，所述转台12上设有连接基座，所述连接基座用于连接主臂2和放置拔管绞车4。

进一步地，所述滑轮组83设置两个，分别设在上臂21外端和连接架82顶端，所述连接绳9的尾端设在拔管绞车4上，首端连接在滑轮组83上。

一种用于地下狭小空间内施工的拔管机的施工方法，包括以下步骤：

S1，拔管机就位：将拔管机移动至需要拔出护筒的孔位处，将拔管系统由行走状态展开为工作状态，使得搓管盘6位于在护筒7外侧，伸出支腿13保证拔管机平稳就位；

S2，伸出主臂：伸出上臂21和升降臂3，并通过调整上臂21和升降臂3的伸出长度使得护筒接盘8位于护筒7上方并保持对中；

S3，固定护筒：将卡块634对准搓管条76后卡入环状卡槽632中，将护筒7与转动卡环63卡紧连接；

S4，浇筑混凝土：在孔内进行混凝土浇筑，当浇筑混凝土高度达到2m时，停止浇筑；

S5，连接护筒：控制拔管绞车4降低护筒接盘8的高度，将护筒接盘8的连接环81和护筒7内环接头71连接，使得护筒接盘8与护筒7固定连接；

S6，拔出护筒：启动搓动油缸62和拔管绞车4，在搓动油缸62的作用下，反复往返搓动护筒7，同时拔管绞车4通过连接绳9向上提拉护筒7，拔出护筒7；

S7，连续工作：首节护筒7拔出后，脱开护筒接盘8与首节护筒7的连接，然后继续按照S4-S6浇筑2m深度拔出两节护筒7的操作进行连续拔管，直至所有护筒7拔出。

进一步地，浇筑桩身混凝土必须随浇筑随拔出钢护筒，浇筑过程中可采用测绳测量浇筑高度；浇筑混凝土深度超过2m时应适当提升护筒，但必须始终保持护筒下口至少处于已浇筑混凝土面1米以下，确保不塌孔；拔护筒时，应保证混凝土导管内及导管下口2米以下桩身混凝土具有良好的和易性，严禁把导管底端提出混凝土面。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。