大口径顶管减阻泥浆孔钻孔装置及其施工方法与流程

本发明涉及一种大口径顶管减阻泥浆孔钻孔装置及其施工方法，属于钢顶管加工技术领域。

背景技术：

顶管施工是继盾构施工之后发展起来的一种地下工程施工方法，主要用于地下进水管、排水管、煤气管、电讯电缆管的施工。顶管施工是通过设置始发井和接收井，利用主顶装置将顶管从始发井推至接收井。常用的管材有钢筋混凝土管、钢管、玻璃钢顶管。

为了降低顶管推进中的阻力，在顶管上设置泥浆孔，通过注浆装置将泥浆从泥浆孔中压出，在顶管四周形成泥浆套。因此，在顶管施工中，需要在顶管上钻出减阻泥浆孔，并在顶管内架设注浆管。传统施工中，减阻泥浆孔的打孔和注浆管架设均是需通过架设梯子进行施工，然而该施工方法具有如下缺陷：

(1)对于大口径顶管，上方的减阻泥浆孔攻牙打孔和注浆管安装均需仰视操作，增大了施工难度；

(2)人工攻牙打孔对于施工质量得不到较好的保证，加大了减阻泥浆孔封堵及水压试验的难度。

(3)施工中需要2～3人协同施工，由于不断转换施工位置导致施工效率不高，影响整体施工进度。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的大口径顶管减阻泥浆孔钻孔操作难度大、效率低的问题，本发明提供了一种大口径顶管减阻泥浆孔钻孔装置，能够实现顶管钻孔的自动化操作，具有结构简单、操作方便、施工效率高等优点。同时，本发明还提供了一种大口径顶管减阻泥浆孔钻孔装置的施工方法，操作简单、泥浆孔品质高。

为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：

一种大口径顶管减阻泥浆孔钻孔装置，包括如下结构：

至少两组位于所述顶管不同横断面处的滚动机构，每组滚动机构均包括驱动机构、传动机构、两个设置于支撑基座上的支撑架以及设置于支撑架上用于支撑所述顶管的滚轮，两个所述支撑架分别位于所述顶管的中心轴线的两侧，所述滚轮通过所述传动机构与所述驱动机构机械连接；

钻孔机构，包括设置于钻孔基座上的抬升机构、固定于所述抬升机构上的钻孔机；

控制单元，包括控制所述滚轮转动的滚轮控制模块、控制所述抬升机构的抬升及下降的抬升机构控制模块、控制所述钻孔机的开启及关闭的钻孔机控制模块。

优选为，所述抬升机构为液压千斤顶。

优选为，一个所述支撑架上的滚轮为主动轮，另一个所述支撑架上的滚轮为从动轮。

优选为，每一个所述支撑架上均设置有位于同一直线上的两个滚轮。

进一步，所述支撑基座包括固定座和设置于所述固定座上的转动座，所述滚动机构固定于所述转动座上并可随所述转动座转动。

优选为，所述转动座上连接有伸缩组件。

优选为，所述控制单元包括控制所述伸缩组件伸缩的伸缩组件控制模块。

优选为，所述固定座上设置有测量所述转动座转动角度的刻度线。

相应地，本发明还提供了一种大口径顶管减阻泥浆孔钻孔装置的施工方法，包括如下步骤：

S1.安装所述钻孔装置，并将所述顶管吊装至所述钻孔装置的所述滚轮上，使待钻孔横断面正对所述钻孔机的钻头；

S2.所述抬升机构控制模块控制所述抬升机构上升，使所述钻孔机的钻头顶住所述顶管，所述钻孔机控制模块控制所述钻孔机进行钻孔；

S3.钻孔完成后，所述钻孔机控制模块关闭所述钻孔机，所述抬升机构控制模块控制所述抬升机构下降，使所述钻孔机的钻头离开所述顶管一定距离；

S4.所述滚轮控制模块控制所述滚轮转动，使所述钻孔机的钻头正对所述顶管的另一待钻孔位置；

S5.重复步骤S2至S4，直至所述待钻孔横断面上的所有钻孔均完成。

进一步，所述支撑基座包括固定座和设置于所述固定座上的转动座，所述转动座与伸缩组件相连，所述控制单元包括控制所述伸缩组件伸缩的伸缩组件控制模块，所述顶管上有多个待钻孔横断面，所述步骤S5之后还包括如下步骤：

S6.所述伸缩组件控制模块控制所述伸缩组件带动所述转动座旋转一定角度，所述滚轮控制模块控制滚轮旋转，使所述顶管移动至另一待钻孔横断面，所述伸缩组件控制模块控制所述伸缩组件带动所述转动座旋转并恢复初始角度；

S7.重复步骤S2至S6，直至所述顶管上所有待钻孔横断面上的钻孔均完成。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

(1)滚动机构可实现顶管管节的旋转，使减阻泥浆孔的打孔和注浆管架设操作，均无需采用梯子，降低了施工难度；

(2)滚轮控制模块可精确控制滚轮的转动圈数、角度及垂直度，从而精确定位泥浆孔的位置，抬升机构控制模块可精确控制钻孔机的钻孔力度，从而保证了钻孔的质量；

(3)通过控制单元、滚动机构、钻孔机构，实现了顶管旋转的自动化、钻孔操作的智能化，既保证了施工质量，又极大地提高了施工效率；

(4)通过设置转动座、伸缩组件、伸缩组件控制模块，实现了顶管上多个横断面钻孔的自动化操作，结构简单、操作方便、施工效率高。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的大口径顶管减阻泥浆孔钻孔装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例所提供的大口径顶管减阻泥浆孔钻孔装置的俯视图；

图3为本发明一实施例所提供的大口径顶管减阻泥浆孔钻孔装置的结构框图；

图4为本发明一实施例所提供的大口径顶管减阻泥浆孔钻孔装置的另一俯视图；

图5为本发明另一实施例提供的大口径顶管减阻泥浆孔钻孔装置的施工方法的流程图。

图中标号如下：

滚动机构100；驱动机构110；传动机构120；支撑基座130；固定座131；转动座132；支撑架140；滚轮150；钻孔机构200；钻孔基座210；抬升机构220；钻孔机230，钻头231；控制单元300；顶管400；泥浆孔401。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的大口径顶管减阻泥浆孔钻孔装置及其施工方法作进一步详细说明。结合下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参阅图1、图2和图3，图1为本实施例提供的大口径顶管减阻泥浆孔钻孔装置的结构示意图，图2为本实施例所提供的大口径顶管减阻泥浆孔钻孔装置的俯视图，图3为本施例所提供的大口径顶管减阻泥浆孔钻孔装置的结构框图。下面将结合图1至图3对本发明的要点做进一步说明。

本实施公开的大口径顶管减阻泥浆孔钻孔装置，包括：至少两组位于所述顶管400不同横断面处的滚动机构100，以及钻孔机构200和控制单元300。其中，每组滚动机构100均包括驱动机构110、传动机构120、两个设置于支撑基座130上的支撑架140，以及设置于支撑架140上用于支撑顶管400的滚轮150，两个支撑架140分别位于顶管400中心轴线的两侧，滚轮150通过传动机构120与驱动机构110机械连接。其中，钻孔机构200，包括设置于钻孔基座210上的抬升机构220、固定于抬升机构220上的钻孔机230。其中控制单元300为一微型处理器，包括控制滚轮150转动的滚轮控制模块310、控制抬升机构220的抬升及下降的抬升机构控制模块320、控制钻孔机230的开启及关闭的钻孔机控制模块330。

本实施例公开的大口径顶管减阻泥浆孔钻孔装置的工作方式如下：驱动机构110通过传动机构120使滚轮150转动，带动顶管400旋转，使钻孔机230的钻头231正对待钻孔位置时，滚轮控制模块310使滚轮150停止转动；抬升机构控制模块320控制抬升机构220将钻孔机230抬起，钻头231顶紧顶管400并钻孔，钻孔完成后，抬升机构220下降使钻孔机230复位，钻头231远离顶管400一定距离，如5cm或10cm；滚轮控制模块310控制滚轮150继续转动至下一个待钻孔位置，钻孔机230进行下一个钻孔施工。

本实施例具有如下优点：(1)滚动机构100可实现顶管400的旋转，使减阻泥浆孔的打孔和注浆管架设操作，均无需采用梯子，降低了施工难度；(2)控制单元300通过滚轮控制模块310可精确控制滚轮150的转动圈数，从而精确定位泥浆孔401的位置；(3)控制单元300通过抬升机构控制模块320可精确控制抬升机构220的抬升速度，使钻孔过程中，钻孔机230具有较为一致的钻孔力度，从而保证了钻孔的质量；(4)通过控制单元300、滚动机构100、钻孔机构200，实现了顶管400旋转的自动化、钻孔操作的智能化，既保证了施工质量，又极大地提高了施工效率。

优选为，抬升机构220为液压千斤顶，抬升机构控制模块320控制液压千斤顶的伸缩，从而控制抬升机构220的上升、下降以及运行速度。

优选为，一个支撑架140上的滚轮150为主动轮，另一个支撑架140上的滚轮150为从动轮，使主动轮通过传动机构120与驱动机构110连接，可以节约能源、降低成本。

优选为，每一个支撑架140上均设置有位于同一直线上的两个滚轮150，这样可以使顶管400的重力更平顺地传递至支撑架140，具有较好的力学性能，顶管400也更加稳固，增加了施工的安全性。

顶管400较长时，可能需要在多个横断面上设置减阻泥浆孔401，顶管400的一个横断面的泥浆孔401全部打完后，需要打另一个横断面处的泥浆孔401。优选为，支撑基座130包括固定座131和设置于固定座131上的转动座132，支撑架140固定于转动座132上并可随转动座132转动。转动座132可使滚轮150的轴线与顶管400的轴线呈现一定角度，从而使滚轮150旋转，使顶管400沿轴线一边旋转一边向前移动。为了实现顶管400移动的自动操作，如图4所示，转动座132上连接有伸缩组件160，作为举例伸缩组件160为液压千斤顶；如图3中所示，控制单元300包括伸缩组件控制模块340，伸缩组件控制模块340控制伸缩组件160伸缩从而带动转动座132转动。为了方便测量滚轮转动的角度α的大小，优选为，固定座131上设置有测量转动座132转动角度的刻度线。

请参阅图5所示，图5为本实施例提供的大口径顶管减阻泥浆孔钻孔装置的施工方法的流程图。下面结合图1至图5对该施工方法作进一步描述。本发明公开的施工方法包括如下步骤：

S1.安装钻孔装置，并将顶管400至于钻孔装置的滚轮150上，使待钻孔横断面正对钻孔机230的钻头231。施工现场至少设置两组滚动机构100，平行设置于顶管400的不同横断面上，用于固定顶管400，比如在顶管400的两端各设置一组滚动机构100。

S2.抬升机构控制模块320控制抬升机构220上升，使钻孔机230的钻头231顶住顶管400，钻孔机控制模块330控制钻孔机230进行钻孔。

S3.钻孔完成后，钻孔机控制模块330关闭钻孔机230，抬升机构控制模块320控制抬升机构220下降，使钻孔机230的钻头231离开顶管400一定距离；

S4.滚轮控制模块310控制滚轮150转动，使钻孔机230的钻头231正对顶管400的另一待钻孔位置；

S5.重复步骤S2至S4，直至所述待钻孔横断面上的所有钻孔均完成。

本实施例公开的钻孔装置的施工方法，使顶管400的减阻泥浆孔401的钻孔操作实现自动化，操作简单，并提高了施工效率。

在顶管400较长时，为了实现多个横断面上的减阻泥浆孔401钻孔操作的自动化，优选为，支撑基座130包括固定座131和设置于固定座131上的转动座132，转动座132与伸缩组件160相连，控制单元300包括控制伸缩组件160伸缩的伸缩组件控制模块340，顶管400上有多个待钻孔横断面，所述步骤S5之后还包括如下步骤：

S6.伸缩组件控制模块340控制伸缩组件160带动转动座132旋转一定角度，滚轮控制模块310控制滚轮150旋转，使顶管400移动至另一待钻孔横断面，伸缩组件控制模块340控制伸缩组件160带动转动座132旋转并恢复初始角度。

S7.重复步骤S2至S6，直至顶管400上所有待钻孔横断面上的钻孔均完成。

该优选实施例实现了顶管400上多个横断面处进行减阻泥浆孔钻孔的自动化操作，即实现了顶管400减阻泥浆孔钻孔的全自动化操作，而且操作方便、施工效率高。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。