一种适用于松软不平整坡面牵引锚固装置及方法

技术领域

本发明涉及边坡防治技术领域，尤其涉及一种适用于松软不平整坡面牵引锚固装置及方法。

背景技术

在岩土工程施工时，常需要对边坡进行加固，一般是采用钻孔技术来加固岩土边坡，提升高边坡整体镶嵌的强度，降低边坡的变形几率和受损情况，提升整个边坡岩体的稳定性和安全性。现有的边坡加固通常是人工在边坡进行钻设锚杆，这种传统的方法无法对陡峭、松软的边坡加固，而且人的行动也会影响边坡的稳定性，安全隐患大。

对于松软的、不平整的、陡峭的边坡进行设备加固，是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：解决上述背景技术中存在的问题，提供一种适用于松软不平整坡面牵引锚固装置，可以针对松软、不平整、陡峭的边坡进行设备加固。

本发明要解决的另一技术问题是：提供一种采用所述一种适用于松软不平整坡面牵引锚固装置进行坡面锚固作业的方法。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种适用于松软不平整坡面牵引锚固装置，包括两套纵向牵引机构和一套横向牵引机构，所述纵向牵引包括卷扬机和配重，所述卷扬机上缠绕的安装有第一牵引索，第一牵引索的自由端与所述配重连接，所述横向牵引机构包括第一驱动装置和第二驱动装置，所述第一驱动装置安装在第一牵引索上并能沿第一牵引索移动，分别位于两套纵向牵引机构上的两个所述第一驱动装置之间连接有第二牵引索，所述第二驱动装置安装在第二牵引索上并能沿第二牵引索移动，第二驱动装置上安装有至少一个用于对坡面打入锚杆的锚固装置，所述配重、第一驱动装置和第二驱动装置的底部分别设有便于在坡面上滑行的导向结构。

所述配重包括箱体，箱体的上侧设有注水口，箱体的侧面下部设有排水口，箱体的侧面还设有第一牵引环，第一牵引索的自由端与第一牵引环连接固定，所述配重的导向结构为安装在箱体底部上下两侧的第一导向板。

所述第一驱动装置包括第一驱动箱，第一驱动箱内安装有至少两套夹送驱动装置，所述夹送驱动装置包括主动轮组和从动轮组，主动轮组和从动轮组夹持第一牵引索，从而驱动所述第一驱动箱沿第一牵引索移动；所述第一驱动箱在与第一牵引索垂直的侧面设有第二牵引环，第二牵引环与第二牵引索连接，所述第一驱动装置的导向结构为安装在第一驱动箱底部四周的第二导向板。

所述第一驱动箱包括边框，边框的底部安装有底板，边框的顶部安装有盖板，边框内在位于底板与盖板之间安装有中间板；所述主动轮组包括主动轮，主动轮的中心纵向的固装有主动轮轴，主动轮轴的上下两端分别与底板和中间板上的第一轴承连接，所述主动轮轴的上端向上伸出中间板，上端的端部安装有第一齿轮，所述盖板上安装有电机减速机，电机减速机的输出轴向下伸出盖板，输出轴上安装有第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮啮合传动；所述从动轮组包括从动轮，从动轮通过第二轴承与中心的从动轮轴转动连接，从动轮轴的两端分别与底板和中间板连接；所述主动轮和从动轮的外圆周壁设有环槽，主动轮和从动轮的环槽之间形成安装和夹持第一牵引索的夹持通道。

所述从动轮组还设有张紧装置，所述张紧装置包括压紧槽块和张紧螺栓，所述从动轮安装在压紧槽块内，从动轮轴的两端与压紧槽块连接，张紧螺栓与边框旋接后，端部伸入到压紧槽块内，张紧螺栓在位于边框内侧固设有限位环，张紧螺栓上在位于压紧槽块与限位环之间安装有弹簧，所述底板和中间板相对的一侧分别设有滑槽，压紧槽块的上下两侧分别滑动的安装在两侧滑槽内。

所述第二驱动装置包括第二驱动箱，第二驱动箱内安装有至少两套夹送驱动装置，夹送驱动装置用于夹持第二牵引索，使第二驱动箱沿第二牵引索移动，所述锚固装置安装在第二驱动箱内并位于两套夹送驱动装置之间，所述第二驱动箱的底部在位于锚固装置的下方设有穿孔，所述第二驱动装置的导向结构安装第二驱动箱底部四周的第三导向板。

所述锚固装置包括外筒体、内筒体、滑塞、密封头、伸缩管、导管，所述内筒体安装在外筒体内，且一端与的外筒体的端部密封连接，内筒体与外筒体之间形成一侧开口的环腔，环腔内安装有滑塞，滑塞一端与内筒体和外筒体密封连接，另一端伸出环腔的开口，外筒体在位于滑塞的两侧分别设有前气孔和后气孔，所述密封头安装在滑塞伸出环腔开口的一端，所述导管的中心设有用于放置锚杆的通孔，导管一端与内筒体的端部连接，另一端伸入到内筒体内，导管远离密封头的一端伸出形成尾气孔，所述导管位于内筒体内的一端设有夹持腔，夹持腔内安装有用于对锚杆进行夹持的夹持组件，夹持腔的端部安装有密封环，所述内筒体位于密封头的一端安装有挡板，挡板抵靠密封环，使密封环与导管密封固定，所述密封头的内部固定安装有伸缩管，伸缩管穿过挡板后伸入到夹持腔内，伸缩管的外圆周与密封环滑动密封连接；使用时，位于锚固装置内的锚杆被夹持组件夹持，在向尾气孔通入高压气体后，锚杆从密封头打出。

所述夹持组件包括夹持头和压簧，所述夹持腔靠尾气孔的一端为圆锥结构，靠尾气孔一侧为圆锥结构的锥尖部，夹持头为与圆锥结构相配合的夹头结构，夹持头滑动的安装在夹持腔的圆锥结构内，压簧套装在伸缩管外，压簧一端抵靠密封环，另一端抵靠夹持头。

所述密封头的内孔密封安装有耐磨环，耐磨环与伸缩管固定连接。

一种采用所述的一种适用于松软不平整坡面牵引锚固装置进行坡面锚固作业的方法，包括以下步骤，

S1. 将两套纵向牵引机构的卷扬机分别固定安装至坡面的两端；

S2. 组装两套纵向牵引机构；将卷扬机上第一牵引索的自由端穿过第一驱动装置内两套夹送驱动装置的夹持通道后，第一牵引索的自由端与配重连接固定；

S3. 组装横向牵引机构；将第二牵引索穿过第二驱动装置的两套夹送驱动装置后，第二牵引索的两端分别与两套纵向牵引机构的第一驱动装置连接固定；

S4. 向配重内注水，之后将第一驱动装置放置在坡面的顶部，将配重推到坡面，启动卷扬机对第一牵引索放卷，配重在重力的作用下逐渐滑动的坡面的底部，在这个过程中，第一驱动装置的张紧装置是松开的；

S5. 待两侧纵向牵引机构的配重都放置到坡面的底部后，将锚杆从尾气孔装入锚固装置的通孔内，夹持组件的夹持头在压簧的作用下将锚杆夹持固定；之后将尾气孔与高压气管连接，将前气孔和后气孔分别与压缩空气连接；

S6. 拧紧张紧装置的张紧螺栓，使从动轮紧紧夹持住第一牵引索，同时启动两侧的第一驱动装置，从而牵引第二牵引索及第二驱动装置在坡面上下移动，第二驱动装置的驱动结构与第一驱动装置相同，第二驱动装置启动时，带动所述锚固装置在坡面上左右移动，从而使锚固装置能够对整个坡面进行扫描式的移动；

S7. 当锚固装置到达打设锚杆的位置后，第一驱动装置、第二驱动装置停止，通过高压气管向尾气孔内通入脉冲高压气体，锚杆在高压气体的作用下向下顶进，此时夹持头挤压压簧，夹持头松开，使锚杆顺利向下顶进；

S8. 当锚杆的尾部进入到密封头内时，尾气孔的脉冲高压气体停止，后气孔通气，此时，滑塞推动密封头和伸缩管下移，使密封头的前端向下伸出穿孔，之后尾气孔的脉冲高压气体启动，对锚杆再次推动，直至锚杆离开密封头；

S9. 锚杆离开密封头后，后气孔敞开，前气孔通气，滑塞推动密封头和伸缩管上移回到原位；

S10. 第一驱动装置驱动第二牵引索及第二驱动装置回到坡面顶部安装锚杆，或者第二驱动装置上安装有多个锚固装置，各锚固装置上的锚杆全部使用完后，再回坡面顶部安装锚杆；

S11.重复S7-S10，依次对坡面打设锚杆。

本发明有如下有益效果：

1、卷扬机用于收放第一牵引索，配重用于将第一牵引索张拉，第一驱动装置沿第一牵引索上下移动，从而带动第二牵引索和第二驱动装置沿坡面上下移动，第二驱动装置又通过第二牵引索在坡面上左右移动，从而使第二驱动装置能够带着锚固装置在整个坡面上移动，通过设置锚固装置实现锚杆的自动顶进打入，对坡面打入锚杆加固，通过设置导向结构，使配重、第一驱动装置、第二驱动装置能够在松软、不平整、陡峭的边坡上滑动，本发明特别是针对松软、不平整、陡峭的边坡，能够对边坡进行全覆盖的自动化加固。

2、配重包括箱体，箱体的上侧设有注水口，使用时，在箱体内注入水，加固完成后，将箱体内的水排出，便于设备的回收。

3、通过主动轮组和从动轮组夹持第一牵引索，使第一驱动箱沿第一牵引索移动，从而带动第二牵引索上下移动。

4、第一导向板、第二导向板、第三导向板的外边缘向上翘起，便于在松软、不平整的坡面滑动。

5、从动轮组还设有张紧装置，便于调整从动轮组的夹持力。

6、由于在圆锥结构内安装夹持头，且靠尾气孔一侧为圆锥结构的锥尖部，锚杆在第一驱动装置和第二驱动装置移动过程中，夹持头在弹簧的作用下夹紧锚杆，因此锚杆不会掉落，且锚杆在尾气孔接入的高压气体的推力下，夹持头抵推弹簧收缩，从而夹持头松开，锚杆就能向前推进。

附图说明

图1为本发明作业时的状态示意图。

图2为本发明配重的主视结构示意图。

图3为本发明第一驱动装置的主视结构示意图。

图4为图3中A-A剖面结构示意图。

图5为本发明第一驱动装置内的主动轮组和从动轮组的俯视结构示意图。

图6为本发明第二驱动装置俯视结构示意图。

图7为本发明锚固装置剖视结构示意图。

图8为图6中B-B剖视结构示意图。

图9为锚杆打入岩土时的状态示意图。

图10为锚杆打入岩土，滑塞伸出时的状态示意图。

图11为锚杆打入岩土，滑塞缩回原位时状态示意图。

图中：坡面10，卷扬机20，第一牵引索30；

配重40，箱体41，注水口42，排水口43，第一导向板44，第一牵引环45，

第一驱动装置50，第一驱动箱51，边框511，底板512，中间板513，盖板514，第二导向板52，主动轮组53，主动轮531，主动轮轴532，第一轴承533，第一齿轮534，电机减速机535，第二齿轮536，从动轮组54，从动轮541，从动轮轴542，第二轴承543，夹持通道55，张紧装置56，压紧槽块561，滑槽562，张紧螺栓563，限位环564，弹簧565， 第二牵引环57；

第二牵引索60，第二驱动装置70，第二驱动箱71，第三导向板72，穿孔73；

锚固装置80，外筒体81，前气孔811，后气孔812，内筒体82，滑塞83，密封头84，耐磨环85，伸缩管86，导管87，通孔871，尾气孔872，夹持腔873，挡板88，夹持头89，密封环90，压簧91，锚杆100。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例一：

参见图1-11，一种适用于松软不平整坡面牵引锚固装置，包括两套纵向牵引机构和一套横向牵引机构，纵向牵引包括卷扬机20和配重40，卷扬机20上缠绕的安装有第一牵引索30，第一牵引索30的自由端与配重40连接，横向牵引机构包括第一驱动装置50和第二驱动装置70，第一驱动装置50安装在第一牵引索30上并能沿第一牵引索30移动，分别位于两套纵向牵引机构上的两个第一驱动装置50之间连接有第二牵引索60，第二驱动装置70安装在第二牵引索60上并能沿第二牵引索60移动，第二驱动装置70上安装有至少一个用于对坡面10打入锚杆100的锚固装置80，所述配重40、第一驱动装置50和第二驱动装置70的底部分别设有便于在坡面上滑行的导向结构。卷扬机20用于收放第一牵引索30，配重40用于将第一牵引索30张拉，第一驱动装置50沿第一牵引索30上下移动，从而带动第二牵引索60和第二驱动装置70沿坡面10上下移动，第二驱动装置70又通过第二牵引索60在坡面上左右移动，从而使第二驱动装置70能够带着锚固装置80在整个坡面10上移动，并对坡面10打入锚杆加固，通过设置导向结构，使配重40、第一驱动装置50、第二驱动装置70能够在松软、不平整、陡峭的边坡上滑动，本发明特别是针对松软、不平整、陡峭的边坡，能够对边坡进行全覆盖的自动化加固。

具体的，为了便于回收，配重40包括箱体41，箱体41的上侧设有注水口42，箱体41的侧面下部设有排水口43，箱体41的侧面还设有第一牵引环45，第一牵引索30的自由端与第一牵引环45连接固定，配重40的导向结构为安装在箱体41底部上下两侧的第一导向板44。使用时，在箱体41内注入水，加固完成后，将箱体41内的水排出，便于设备的回收。第一导向板44的外边缘向上翘起，便于在松软、不平整的坡面滑动。当然，配重也可以采用混凝土块体。

参见图3-5，第一驱动装置50包括第一驱动箱51，第一驱动箱51内安装有两套夹送驱动装置，夹送驱动装置包括主动轮组53和从动轮组54，主动轮组53和从动轮组54夹持第一牵引索30，从而驱动所述第一驱动箱51沿第一牵引索30移动；第一驱动箱51在与第一牵引索30垂直的侧面设有第二牵引环57，第二牵引环57与第二牵引索60连接。通过主动轮组53和从动轮组54夹持第一牵引索30，使第一驱动箱51沿第一牵引索30移动，从而带动第二牵引索60上下移动。第一驱动装置50的导向结构为安装在第一驱动箱51底部四周的第二导向板52。具体的，第二导向板52的外边缘向上翘起，便于在松软、不平整的坡面滑动。参见图5，第一牵引索30被两套夹送驱动装置夹持后，从第一驱动箱51两端的孔伸出。

具体的，参见图4，第一驱动箱51包括边框511，边框511的底部安装有底板512，边框511的顶部安装有盖板514，边框511内在位于底板512与盖板514之间安装有中间板513；主动轮组53包括主动轮531，主动轮531的中心纵向的固装有主动轮轴532，主动轮轴532的上下两端分别与底板512和中间板513上的第一轴承533连接，所述主动轮轴532的上端向上伸出中间板513，上端的端部安装有第一齿轮534，所述盖板514上安装有电机减速机535，电机减速机535的输出轴向下伸出盖板514，输出轴上安装有第二齿轮536，第一齿轮534与第二齿轮536啮合传动；所述从动轮组54包括从动轮541，从动轮541通过第二轴承543与中心的从动轮轴542转动连接，从动轮轴542的两端分别与底板512和中间板513连接；所述主动轮531和从动轮541的外圆周壁设有环槽，主动轮531和从动轮541的环槽之间形成安装和夹持第一牵引索30的夹持通道55。电机减速机535转动，带动第二齿轮536转动，从而带动第一齿轮534转动，从而带动主动轮531转动，在主动轮531与从动轮541的夹持下，从而使第一驱动装置50沿着第一牵引索30移动。优选的，电机减速机535为步进电机或者伺服电机。

参见图4，为了调整从动轮组54的夹持力，从动轮组54还设有张紧装置56。具体的，张紧装置56包括压紧槽块561和张紧螺栓563，从动轮541安装在压紧槽块561内，从动轮轴542的两端与压紧槽块561连接，张紧螺栓563与边框511旋接后，端部伸入到压紧槽块561内，张紧螺栓563在位于边框511内侧固设有限位环564，张紧螺栓563上在位于压紧槽块561与限位环564之间安装有弹簧565，底板512和中间板513相对的一侧分别设有滑槽562，压紧槽块561的上下两侧分别滑动的安装在两侧滑槽562内。拧动张紧螺栓563，当限位环564向从动轮541一侧移动时，限位环564压迫弹簧565，弹簧565压迫压紧槽块561，从而使从动轮541的夹持力更大。

参见图6、8，第二驱动装置70包括第二驱动箱71，第二驱动箱71内安装有两套夹送驱动装置，夹送驱动装置用于夹持第二牵引索60，使第二驱动箱71沿第二牵引索60移动，锚固装置80安装在第二驱动箱71内并位于两套夹送驱动装置之间，所述第二驱动箱71的底部在位于锚固装置80的下方设有穿孔73，所述第二驱动箱71的底部四周安装有第三导向板72。第二驱动装置70的夹送驱动装置与第一驱动装置50的夹送驱动装置的结构相同，此处不再赘述。第二驱动装置70通过两套夹送驱动装置在第二牵引索60上左右移动。第二驱动装置70的导向结构安装第二驱动箱71底部四周的第三导向板72。具体的，第三导向板72的外边缘向上翘起，便于在松软、不平整的坡面滑动。参见图6，第二牵引索60被两套夹送驱动装置夹持后，从第二驱动箱71两端的孔伸出。

参见图7，锚固装置80包括外筒体81、内筒体82、滑塞83、密封头84、伸缩管86、导管87，所述内筒体82安装在外筒体81内，且一端与的外筒体81的端部密封连接，内筒体82与外筒体81之间形成一侧开口的环腔，环腔内安装有滑塞83，滑塞83一端与内筒体82和外筒体81密封连接，另一端伸出环腔的开口，外筒体81在位于滑塞83的两侧分别设有前气孔811和后气孔812，所述密封头84安装在滑塞83伸出环腔开口的一端，所述导管87的中心设有用于放置锚杆100的通孔871，导管87一端与内筒体82的端部连接，另一端伸入到内筒体82内，导管87远离密封头84的一端伸出形成尾气孔872，所述导管87位于内筒体82内的一端设有夹持腔873，夹持腔873内安装有用于对锚杆100进行夹持的夹持组件，夹持腔873的端部安装有密封环90，所述内筒体82位于密封头84的一端安装有挡板88，挡板88抵靠密封环90，使密封环90与导管87密封固定，所述密封头84的内部固定安装有伸缩管86，伸缩管86穿过挡板88后伸入到夹持腔873内，伸缩管86的外圆周与密封环90滑动密封连接；使用时，位于锚固装置80内的锚杆100被夹持组件夹持，在向尾气孔872通入高压气体后，锚杆100从密封头84打出。在滑塞83位于环腔的开口处，滑塞83与外筒体81是密封的，与内筒体82具有缝隙，这样通过前气孔811和后气孔812就能控制滑塞83伸缩，并在伸缩时，位于滑塞83与内筒体82之间的气流从缝隙中通过，使滑塞83伸缩更加平稳。使用时，前气孔811和后气孔812通过管道分别与压缩空气连接，尾气孔872能够与高压气体管道连接。通过设置锚固装置80实现锚杆的自动顶进打入。需要的说明的是，为了便于锚杆100的的推进，锚杆100与通孔871、伸缩管86以及密封头84之间为滑动配合，具有较小的间隙。

具体的，夹持组件包括夹持头89和压簧91，夹持腔873靠尾气孔872的一端为圆锥结构，靠尾气孔872一侧为圆锥结构的锥尖部，夹持头89为与圆锥结构相配合的夹头结构，夹持头89滑动的安装在夹持腔873的圆锥结构内，压簧91套装在伸缩管86外，压簧91一端抵靠密封环90，另一端抵靠夹持头89。由于在圆锥结构内安装夹持头89，且靠尾气孔872一侧为圆锥结构的锥尖部，锚杆100在第一驱动装置50和第二驱动装置70移动过程中，夹持头89在弹簧91的作用下夹紧锚杆100，因此锚杆不会掉落。锚杆100在尾气孔872接入的高压气体的推力下，夹持头89抵推弹簧91收缩，从而夹持头89松开，锚杆100就能向前推进。具体的，夹持头89可以采用锥形的多瓣状结构或者一端是整体，另一端是多瓣的结构。

参见图7，密封头84的内孔密封安装有耐磨环85，耐磨环85与伸缩管86固定连接。当耐磨环85和伸缩管86磨损密封效果差时，便可方便更换耐磨环85和伸缩管86。

需要说明的是，第一导向板44、第二导向板52、第三导向板72中的第一、第二、第三仅便于名称区分，不代表先后顺序或者重要性。

实施例二：

参见图1、8-11，一种采用所述的一种适用于松软不平整坡面牵引锚固装置进行坡面锚固作业的方法，包括以下步骤，

S1. 将两套纵向牵引机构的卷扬机20分别固定安装至坡面10的两端；

S2. 组装两套纵向牵引机构；将卷扬机20上第一牵引索30的自由端穿过第一驱动装置50内两套夹送驱动装置的夹持通道55后，第一牵引索30的自由端与配重40连接固定；

S3. 组装横向牵引机构；将第二牵引索60穿过第二驱动装置70的两套夹送驱动装置后，第二牵引索60的两端分别与两套纵向牵引机构的第一驱动装置50连接固定；

S4. 向配重40内注水，之后将第一驱动装置50放置在坡面10的顶部，将配重推到坡面10，启动卷扬机20对第一牵引索30放卷，配重40在重力的作用下逐渐滑动的坡面10的底部，在这个过程中，第一驱动装置50的张紧装置56是松开的；

S5. 待两侧纵向牵引机构的配重40都放置到坡面10的底部后，将锚杆100从尾气孔872装入锚固装置80的通孔871内，夹持组件的夹持头89在压簧91的作用下将锚杆100夹持固定；之后将尾气孔872与高压气管连接，将前气孔811和后气孔812分别与压缩空气管道连接；

S6. 拧紧张紧装置56的张紧螺栓563，使从动轮541紧紧夹持住第一牵引索30，同时启动两侧的第一驱动装置50，从而牵引第二牵引索60及第二驱动装置70在坡面10上下移动，第二驱动装置70的驱动结构与第一驱动装置50相同，第二驱动装置70启动时，带动锚固装置80在坡面10上左右移动，从而使锚固装置80能够对整个坡面10进行扫描式的移动；

S7. 参见图8、9，当锚固装置80到达打设锚杆的位置后，第一驱动装置50、第二驱动装置70停止，通过高压气管向尾气孔872内通入脉冲高压气流，锚杆100在高压气流的作用下向下顶进，此时夹持头89挤压压簧91，夹持头89松开，使锚杆100顺利向下顶进；在S6、S7的过程中，前气孔811通气可以是通气的，这样能够防止滑塞83向下滑动阻碍第二驱动装置70移动；

S8. 参见图10，当锚杆100的尾部进入到密封头84内时，尾气孔872的脉冲高压气流停止，后气孔812通气，此时，滑塞83推动密封头84和伸缩管86下移，使密封头84的前端向下伸出穿孔73，之后尾气孔872的脉冲高压气体启动，对锚杆100再次推动，直至锚杆100离开密封头84；

S9. 参见图11，锚杆100离开密封头84后，后气孔812敞开，前气孔811通气，滑塞83推动密封头84和伸缩管86上移回到原位；

S10. 第一驱动装置50驱动第二牵引索60及第二驱动装置70回到坡面10顶部安装锚杆100，或者第二驱动装置70上安装有多个锚固装置80，各锚固装置80上的锚杆全部使用完后，再回坡面10顶部安装锚杆100；

S11.重复S7-S10，依次对坡面10打设锚杆。