一种多调节式导向钻进式管棚装置的制作方法

1.本发明属于隧道施工技术领域，涉及一种多调节式导向钻进式管棚装置。


背景技术：

2.目前城市建设工程中因需充分利用地下空间，出现了大量的预加固和预支护等措施，对于保障隧道施工过程的安全起着举足轻重的作用。管棚超前支护法是一种施工工艺较完善、可靠性高，同时对于软弱围岩、层理较多的破碎岩层和不良地质段的土体沉降控制效果较好的新技术。
3.管棚支护技术近年来发展迅速，在地铁盾构隧道修建中逐渐地被大量采用，用于对地层进行支护及加固。管棚支护技术具有超前支护距离长、刚度大等优点，能够更好地适用于钻进不能自稳的工作面以及含水地层。管棚与隧道结构共同形成支护系统，能够有效控制围岩变形。
4.目前的现有技术：一种用于矩形暗挖通道的导向钻进式管棚（申请号cn202020696947.1，公开日20200605）：主要解决了管棚钻进方位的导向钻头以及通道土体超前支护的管棚和与管棚钻进端连接；一种有利于沉降控制可导向干成孔的管棚施工方法（申请号cn201910552786.0，公开日20190924）：主要解决了管棚通过旋转顶进孔内，最大限度的减小因钻孔带来的沉降，并且有线导向仪监测及时纠偏，有利于管棚钻进方向的准确性；砂卵石地层管棚施工导向及纠偏装置（申请号cn202011367213.x，申请日20210209）：主要解决了管棚在砂卵石地层中施工，经常会出现的打设精度不可控，偏差较大等问题。
5.现有的管棚支护技术虽然具有上述应用优点，但是，其也存在一定的缺陷，主要包括以下几点：首先，在管棚施工过程中，管棚角度定位不准确会导致现场安装时相邻管棚间相互干扰或损坏地层中其他管道设施，同时在土体开挖时由于管棚未达到预设位置，会影响其支护效果。尤其是在砂卵石地层中施做超前管棚施工，其施工难度较大，主要由于卵石具有粒径大、含量高、自稳能力差等特点，导致在砂卵石地层中施工，经常会出现打设精度不可控，偏差较大等问题，从而限制了砂卵石地层中超长管棚支护结构的使用。而现有的管棚施工所采用的纠偏钻头又不适用于砂卵石地层施工。
6.其次，管棚支护的方式主要是对隧道的掌子面区域进行加固，在掌子面安装支架，在支架上沿隧道掌子面的周向设置管棚管，管棚管沿隧道的开挖方向打入隧道内部；隧道周围的山体对管棚管施加较大的压力，容易将管棚管压错位，虽然支架对管棚管起到一定的支撑固定作用，但是支架与管棚管的外端部连接，管棚管的打入隧道内部的一端容易沿隧道的径向向隧道一侧倾斜，管棚管错位后导致管棚变形，影响隧道开挖的安全性。
7.然后，目前常用的管棚施工方法为“有线导向一次跟管管棚施工方法”，该方法以管棚为钻杆，采用泥浆护壁成孔，管内及管外环状注浆。该方法由于成孔大于管棚直径，注浆难以达到饱满，很容易造成路面出现沉降，且施工需要泥浆，泥浆处理难度大，容易造成环境污染。
8.最后，由于目前的管棚尺寸不一，导致每次在管棚施工时，都需要更换相应尺寸大小的管棚连接装置，其成本较高，而且安装繁琐，牢固性不强。


技术实现要素：

9.为了达到上述目的，本发明提供一种多调节式导向钻进式管棚装置，解决了现有管棚施工技术容易造成沉降过大、钻头上下偏移不易监测、钻杆长度有限、更换不同尺寸钻杆时较繁琐等问题，可以进行控制沉降、施工导向及纠偏、管棚长度可调节式伸缩、夹持不同尺寸管棚等操作，结构简单、操作方便、施工效率高。
10.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，一种多调节式导向钻进式管棚装置，包括导向钻头、管棚连接管主体、管棚内部主体、管棚外部主体、外接设备；所述导向钻头通过伸缩阻挡触头与管棚连接管主体的钻杆上端的定位孔连接；所述管棚内部主体的导杆与管棚连接管主体的钻杆转动连接；钻杆上固定有管棚外部主体；外接设备分别与管棚内部主体的激光接收板、导向钻头底部的磁性座通过无线连接。
11.进一步地，所述钻杆包括第一接管、第二接管；第一接管外部固定安装有滑块，第二接管内部固定有滑轨；在两个第二接管之间设置有第一接管，第一接管的滑块滑动安装于第二接管的滑轨中；所述第二接管上端设置有与导向钻头上的伸缩阻挡触头的大小及位置相对应的定位孔。
12.进一步地 ，所述导向钻头为三角尖锥形；导向钻头底部的磁性座四周设置有等间距环状布置的伸缩阻挡触头，磁性座和外接设备的磁性开关通过无线连接。
13.进一步地，所述管棚内部主体包括导向探测眼，导向探测眼的下端转动连接有激光发射器，激光发射器正下方固定安装有激光接收板；激光接收板与外接设备的导向显示器之间通过无线连接；导向探测眼尾部固定连接有导杆。
14.进一步地，所述管棚连接管主体还包括圆环筒；圆环筒套设在导杆上，圆环筒与导杆之间通过圆珠转动连接；圆珠转动安装于导杆杆身的环形槽和圆环的环形槽之间；圆环筒与第一接管之间通过竖向杆固定连接，圆环筒与第二接管之间通过四根滑杆滑动连接，四根滑杆之间呈x形；滑杆的一端与圆环筒固定连接，另一端与滑动安装于第二接管滑轨中的滑轨块固定连接。
15.进一步地，所述管棚外部主体包括呈x型布置的x型刀片，x型刀片固定在钻杆的第二接管外部。
16.进一步地，所述管棚外部主体包括旋钮式传动接头，所述旋钮式传动接头包括带有弹性的第一圆环；第一圆环与钻杆下端固定连接；螺杆一端通过螺杆基座与第一圆环连接，螺杆另一端转动连接于第二圆环内侧，螺杆在第一圆环和第二圆环之间均匀分布；螺杆基座与第一圆环之间设置有第一弧形垫块，螺杆与第二圆环之间设置有第二弧形垫块；第二圆环与第三圆环之间通过圆球转动连接。
17.进一步地，所述竖向杆与第一接管的连接处设有橡胶垫；导杆的长度大于钻杆长度。
18.进一步地，所述导向钻头和钻杆以及x型刀片的外表面上均从内至外依序喷涂有注塑层、防锈层、警示层；所述注塑层为高分子耐磨材料；防锈层包括环氧富锌底漆和氯化橡胶面漆以及位于环氧富锌底漆和氯化橡胶面漆之间的环氧云铁中间漆；警示层为黄色或
黑色的反光警示带或反光色膜或反光漆。
19.进一步地，所述第一圆环内部安装有橡胶圈。
20.本发明的有益效果是：本发明提供的多调节式导向钻进式管棚结构简单，所需材料成本低，其导向钻头可循环利用，且在钻进过程中能够实时观察钻进方向，当上下出现偏差时可及时校正管棚钻进方向，提高施工效率，而且，本发明便于固定和松动钻杆和导向钻头的连接，使稳定钻进和调整钻进方位结合起来，操作更加方便；可调节钻杆长度，适应不同距离的钻进；还可以根据现场管棚尺寸的大小不同，用旋钮式传动接头固定，方便牢固快捷。针对砂土、粉质粘土、淤泥质土、等软弱土层有较好的适用性。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是本发明实施例的管棚装置结构示意图。
23.图2是本发明实施例的x型刀片安装示意图。
24.图3是本发明实施例的导向钻头与磁性座的安装示意图。
25.图4是本发明实施例的管棚内部主体结构示意图。
26.图5是本发明实施例钻杆结构示意图。
27.图6是本发明实施例的圆环筒、滑杆、竖向杆之间的安装示意图。
28.图7是本发明实施例的旋钮式传动接头示意图。
29.图中，1.导向钻头，2.导向探测眼，3.第二接管，4.导杆，5.第一接管，6.x型刀片，7.旋钮式传动接头，8.磁性座，9.导向显示器，10.磁性开关，11.伸缩阻挡触头，12.滑轨块，13.竖向杆，14.滑杆，15.第一圆环，16.第一弧形垫块，17.螺杆，18.第二弧形垫块，19.第三圆环，20.圆球，21.螺杆基座，22.第二圆环，23.激光发射器，24.激光接收板，25.圆环筒，26.滑块。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，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。
31.如图1-图7所示，本发明提供了一种多调节式导向钻进式管棚装置，包括导向钻头1、管棚连接管主体、管棚内部主体、管棚外部主体、外接设备；管棚外部主体包括x型刀片6、旋钮式传动接头7；管棚内部主体包括导杆4、导向探测眼2、激光发射器23、激光接收板24；外接设备包括导向显示器9、磁性开关10；管棚连接管主体包括滑轨块12、钻杆、x型滑杆14、竖向杆13、橡胶垫；钻杆包括第
一接管5、第二接管3。
32.进一步地，所述导向钻头1通过伸缩阻挡触头11与管棚连接管主体的钻杆上端的定位孔连接；所述管棚内部主体的导杆4与管棚连接管主体的钻杆转动连接；钻杆上固定有管棚外部主体；外接设备分别与管棚内部主体的激光接收板24、导向钻头1底部的磁性座8无线连接。
33.进一步地，所述导向钻头1由三个锥形钢片组成，为三角尖锥形，侧面与底面呈倾斜状，导向钻头1底部的磁性座8四周设置有等间距环状布置的伸缩阻挡触头11，伸缩阻挡触头11布置四个，以达到将导向钻头1与钻杆可靠连接的目的。磁性座8和外接设备的磁性开关10通过无线连接，磁性座8通电时获得磁性，断电时，失去磁性，磁性开关10控制磁性座8的通断电；伸缩阻挡触头11为弹性可伸缩，安装于导向钻头1的凹槽内，伸缩阻挡触头11包括亲磁性金属层，并且在磁性座8通电时，能被磁性座8的磁性吸引，从而带动伸缩阻挡触头11弹出凹槽的部分缩回凹槽内，钻头与钻杆分离；磁性座8断电时伸缩阻挡触头11弹出并卡入管棚连接管主体上端的定位孔中，使钻头和钻杆连接在一起。
34.进一步地，所述管棚内部主体包括导向探测眼2，导向探测眼2的下端转动连接有激光发射器23，激光发射器23受重力影响发出的激光始终保持垂直射向正下方；激光发射器23正下方的钻杆内部固定安装有激光接收板24，当钻进的角度发生偏转时激光发射器23发出的激光入射到激光接收板24的位置也会发生变化，由于不同的偏转角度导致的激光入射到激光接收板24的位置也不同，因此可以随时感应导向钻头1的钻向是否发生偏差，以便及时纠偏。与导向探测眼2尾部固定连接的是导杆4。激光接收板24与外接设备的导向显示器9之间通过无线连接，导向显示器9上显示激光在激光接收板24的位置，以随时观察到导向钻头1的钻向。
35.进一步地，第一接管5外部固定安装有滑块26，第二接管3内部固定有滑轨；钻杆的设置主要采用分节式交错连接，即在两个第二接管3之间设置有第一接管5，滑块26滑动安装于第二接管3的滑轨中；所述第二接管3上端设置有与导向钻头1上的伸缩阻挡触头11的大小及位置相对应的定位孔。
36.进一步地，所述管棚连接管主体还包括圆环筒25；圆环筒25套设在导杆4上，圆环筒25与导杆4之间通过圆珠转动连接；圆珠转动安装于导杆4杆身的环形槽和圆环的环形槽之间；圆环筒25与第一接管5之间通过竖向杆13固定连接，圆环筒25与第二接管3之间通过四根滑杆14滑动连接，四根滑杆14之间呈x形；竖向杆13与第一接管5的连接处设有橡胶垫，在加大竖向杆13与第一接管5连接处的摩擦力的同时还能起到保护结构的完整度，更可以起到防止在钻进过程中，由于震动带来的错位发生。滑杆14与竖杆主要起到防止钻杆受压弯曲的目的。滑杆14的一端与圆环筒25固定连接，另一端与滑动安装于第二接管3滑轨中的滑轨块12固定连接，导杆4的长度大于钻杆长度，可以通过拉伸导杆4，从而带动了四根滑杆14的整体滑动以及第一接管5在第二接管3中的滑动，又因为第一接管5的上端向下滑动到尽头可以带动上方的第二接管3向下移动或者第一接管5的下端向上滑动到尽头可以带动下方的第二接管3向上移动，即带动了第二接管3与第一接管5之间的滑动，因此钻杆可以实现伸缩。
37.进一步地，所述管棚外部主体包括呈x型布置的x型刀片6，x型刀片6固定在钻杆的第二接管3外部，便于钻进。
38.进一步地，所述管棚外部主体包括旋钮式传动接头7，所述旋钮式传动接头7包括带有弹性的第一圆环15；第一圆环15与钻杆下端固定连接；螺杆17一端通过螺杆基座21与第一圆环15连接，螺杆17另一端转动连接于第二圆环22内侧，螺杆17在第一圆环15和第二圆环22之间均匀分布；螺杆基座21与第一圆环15之间设置有第一弧形垫块16，螺杆17与第二圆环22之间设置有第二弧形垫块18，起到调整受力的作用；第一圆环15内部安装有橡胶圈，起到缓冲作用，防止钻杆的震动对整个管棚装置造成影响；第二圆环22与第三圆环19之间通过圆球20转动连接。通过转动螺杆17改变第一圆环15与第二圆环22之间的距离，可以使第一圆环15尺寸改变（压缩或者拉伸），达到顺时针旋转尺寸变大，逆时针旋转尺寸变小；螺杆17与螺杆基座21的设置是等距离等角度沿第一圆环15圆周设置，这样钻杆受到了侧向约束力的作用，可以更加牢固可靠；旋钮式传动接头7的优点是可以限定不同尺寸大小的钻杆，以达到便于更换钻杆的目的。通过电动装置带动钻杆转动的同时，第三圆环19保持不动。
39.进一步地，螺杆基座21与螺杆17数量为四个或者六个，螺杆17安装在螺杆基座21内，螺杆17螺纹与螺杆基座21螺纹匹配，螺杆17能够在螺杆基座21内旋进与旋出(从而实现螺杆17与螺杆基座21的整体长度可调)，实现螺杆17顶端到第一圆环15中心距离的可调，通过本装置中的四个或者六个螺杆17伸出长度的调节，螺杆17与第二圆环22内壁紧密接触，通过固定第一圆环15实现对放入钻杆的轴线位置固定。
40.进一步地，在导向钻头1和钻杆以及x型刀片6的外表面上均从内至外依序喷涂有注塑层和防锈层以及警示层；注塑层为高分子耐磨材料；防锈层包括环氧富锌底漆和氯化橡胶面漆以及位于环氧富锌底漆和氯化橡胶面漆之间的环氧云铁中间漆；警示层为黄色或黑色的反光警示带或反光色膜或反光漆，可以防止生锈。
41.在一些实施方式中，安装时，先将钻杆的第二接管3与第一接管5滑动连接，在钻杆连接完成后，再将导向钻头1与钻杆的第二接管3通过伸缩阻挡触头11相互连接；在连接完成后，将滑杆14、竖向杆13分别与圆环筒25固定连接，此时可将导杆4与上述部分转动连接一起；导杆4与导向探测眼2进行固定连接，再将上述部分一起安装到钻杆内部；导向显示器9上设置有磁性开关10，磁性开关10控制导向钻头1上的磁性座8的磁性有无。
42.在一些实施方式中，安装时，先将导向探测眼2固定安装于导向钻头1内部，显示器上的显示屏用于显示导向钻头1的钻进方位，将导向钻头1两侧的伸缩阻挡触头11弹出凹槽的部分按压进钻头两侧的凹槽内，装入钻杆后，伸缩阻挡触头11压进凹槽的部分遇到定位孔弹出，使导向钻头1固定在钻杆内。
43.在一些实施方式中，向土体打设钻杆时，当导向钻头1在土体内由于某种原因偏离预定轨道某一方向时，通过导向显示器9来监测钻向，当在导向显示器9上观察到钻头方向偏离时，可手动调整方向，钻进的偏斜方位通过无线连接的导向显示器9监测得到。钻杆搭设完成后，打开控制磁性座8的磁性开关10，使导向钻头1内的伸缩阻挡触头11弹出凹槽的部分受到磁力吸引，从而收缩进导向钻头1内部，再通过磁性导杆4将导向钻头1拉出钻杆外，进行回收再利用。
44.本发明的安装过程为：首先将导向钻头1安装于第二接管3顶端内侧，之间通过伸缩阻挡触头11异性磁铁相互吸引的原理进行安装；在两个第二接管3之间安装第一接管5，两者之间通过第一接管5
外部的滑块26和第二接管3内侧的滑轨相互滑动，完成钻杆的安装；通过滑动可以调节钻杆的长度，以适应不同情况下的初期支护管棚长度设置。
45.在钻杆内部通过圆环筒25转动安装一根导杆4，导杆4的顶端安装导向探测眼2，以在钻进过程中随时观察钻进方向的变化，防止钻进偏离预设方向。
46.在导杆4的导向探测眼2下方转动安装激光发射器23，在激光发射器23下方的钻杆内部固定安置激光接收板24，激光接收板24无线连接导向显示器9，在导向显示器9上可以显示导向钻头1以及整个管棚钻进方向是否发生上下的偏移，若发生偏移，需要及时纠偏：将管棚整体拿出来，再次调整钻进方向，再放入钻孔内部。
47.在钻杆外部的第二接管3上固定安装x型刀片6，在钻进过程中对土体进行旋进切削；在钻杆和导杆4之间固定安装x型的滑杆14和竖向杆13，起到调节导杆长度以及对管棚内部支撑的作用，防止管棚在压力较大的岩土体中受压弯曲，影响后续注浆以及管棚受力性能。
48.通过转动调节旋钮式传动接头7中螺杆17与螺杆基座21之间的长度，使第一圆环15张开，将钻杆安装进第一圆环15中，再转动螺杆17夹紧钻杆，通过电动装置带动钻杆转动，使整个装置向前钻进。
49.本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
50.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。