一种管棚对接装置的制作方法

1.本发明涉及隧道掘进技术领域，特别涉及一种管棚对接装置。


背景技术：

2.管棚支护是隧道和其他地下工程针对软弱围岩区域进行的一种常用的超前支护方式，主要用于对于围岩变形及地表下沉有较严格限制要求的软弱破碎围岩隧道工程中，如软弱、沙砾地层和软岩、岩堆、破碎带地段。
3.管棚法施工或称伞拱法，是地下结构工程浅埋暗挖时的超前支护结构，其实质是在拟开挖的地下隧道或结构工程的衬砌拱圈隐埋弧线上，预先钻孔并安设惯性力矩较大的厚壁钢管，起临时超前支护作用，防止土层坍塌和地表下沉，以保证掘进与后续支护工艺安全运作。
4.目前，部分管棚支护在施工过程中，由于纵向支护深度较大，单根管棚的长度可能不足以完全覆盖，因此通常需要两根或更多数量的管棚进行首尾轴向对接，以延长管棚支护纵深。
5.在现有技术中，管棚对接主要采用螺纹连接和铆焊连接，该连接方式存在以下不足：1)操作难度大，管棚施工一般在掌子面5-15米的高空中进行，且管棚较重，螺纹连接通过人工或其他简易装置对齐、旋转、拧入，操作困难；2)耗时长，无论是螺纹连接还是铆焊连接，高空操作都需要较长时间才能完成一次连接；3)劳动强度大，由于管棚较重，管棚在高空中连接需要多人才能完成；4)针对铆焊连接方式还需要具备专业技能的焊工才能完成。
6.因此，如何方便、快捷地完成管棚对接作业，降低操作难度和人工劳动负荷，提高管棚对接作业效率，是本领域技术人员面临的技术问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种管棚对接装置，能够方便、快捷地完成管棚对接作业，降低操作难度和人工劳动负荷，提高管棚对接作业效率。
8.为解决上述技术问题，本发明提供一种管棚对接装置，包括底座、设置于所述底座前端并用于插设固定于隧道掌子面内的支撑插杆、设置于所述底座上的扣压机，所述扣压机内开设有用于供管棚沿轴向穿过的通孔、沿环向分布于所述通孔内壁并用于夹紧已插入隧道掌子面的支护孔内的在先管棚的外端的压接模具，以及设置于所述扣压机内、用于驱动所述压接模具沿径向涨缩的驱动机构，以扣压固定所述在先管棚的外端与插入在其内的在后管棚的内端。
9.优选地，所述支撑插杆的前端端面设置有用于插入土层内的插齿。
10.优选地，所述压接模具包括若干个沿周向分布且与所述通孔的内壁可拆卸连接的压块。
11.优选地，各所述压块的内端端面均为圆弧面，且各所述压块的内端端面在聚拢时形成直径小于所述在先管棚的外径的圆形。
12.优选地，各所述压块的内端端面上均凸出设置有沿环向分布的、用于将所述在先管棚的侧壁扎入所述在后管棚的侧壁内的凸齿。
13.优选地，还包括设置于凿岩台车上的推进梁，且所述底座的侧壁上设置有用于与所述推进梁的末端形成可拆卸连接的连接件。
14.优选地，还包括可轴向移动地设置于所述推进梁上、用于推动管棚穿过所述通孔并插入至所述支护孔内的凿岩机。
15.优选地，还包括可旋转地连接于所述凿岩机的输出端上并插设于管棚内的钻杆，以及与所述钻杆的末端螺纹连接的跟管钻头，且所述跟管钻头的外壁与管棚内壁相连，以带动管棚同步进给运动。
16.优选地，所述底座上还设置有用于夹紧所述钻杆的夹紧机构，以在所述凿岩机反向旋转时拔出所述钻杆。
17.优选地，所述夹紧机构包括设置于所述底座内的夹紧缸、可相对转动地设置于所述底座内的第一夹紧臂及第二夹紧臂，所述第一夹紧臂与所述第二夹紧臂的顶端均设置有用于与所述钻杆的外圆面紧贴的轴瓦，且所述第一夹紧臂的底端与所述夹紧缸的伸缩杆的末端转动连接，所述第二夹紧臂的底端与所述夹紧缸的缸体转动连接。
18.本发明所提供的管棚对接装置，主要包括底座、支撑插杆、扣压机。其中，底座为本装置的主体结构，主要用于安装和承载其余零部件。支撑插杆设置在底座的前端位置，主要用于插设进隧道掌子面内，从而将底座固定在隧道掌子面上。扣压机设置在底座上，为本装置的核心部件，在扣压机内主要设置有通孔、压接模具和驱动机构。该通孔主要用于供管棚沿轴向方向(即隧道纵向)进行穿行，以使管棚从扣压机中穿过并插入到隧道掌子面的支护孔内。压接模具设置在通孔内，并沿环向方向分布在通孔的内壁上，主要用于在自然状态下夹紧已插入支护孔内的在先管棚的外端区域。驱动机构设置在扣压机内，其输出端与压接模具相连，主要用于驱动压接模具沿径向方向进行涨缩运动，以当在后管棚的内端插入到在先管棚的外端内形成预连接后，通过径向收缩运动压紧在在先管棚的外圆面上，使得在先管棚的管壁与在后管棚的管壁通过压接工艺固定为一体，实现管棚扣压式连接。如此，本发明所提供的管棚对接装置，通过扣压机中的压接模具对需要对接的两根管棚进行扣压连接固定，相比于现有技术，无需进行螺纹连接或铆焊连接，操作简单，且装置通过支撑插杆固定在隧道掌子面上，管棚的重量主要由扣压机进行支承，人工劳动负荷较轻，因此能够方便、快捷地完成管棚对接作业，降低操作难度和人工劳动负荷，提高管棚对接作业效率。
附图说明
19.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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
20.图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
21.图2为图1的左视图。
22.图3为图1中所示的底座的具体结构示意图。
23.图4为扣压机对管棚的压接原理示意图。
24.图5为管棚的第一种压接方式示意图。
25.图6为管棚的第二种压接方式示意图。
26.图7为跟管管棚施工状态示意图。
27.图8为跟管管棚施工结束后拆卸钻杆的结构示意图。
28.图9为夹紧机构的具体结构示意图。
29.其中，图1—图9中：
30.在先管棚—a，在后管棚—b；
31.底座—1，支撑插杆—2，扣压机—3，推进梁—4，凿岩机—5，钻杆—6，跟管钻头—7，夹紧机构—8；
32.连接件—11，插齿—21，通孔—31，压接模具—32，夹紧缸—81，第一夹紧臂—82，第二夹紧臂—83，轴瓦—84；
33.压块—321，凸齿—322，伸缩杆—811。
具体实施方式
34.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。
35.请参考图1、图4，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图，图4为扣压机3对管棚的压接原理示意图。
36.在本发明所提供的一种具体实施方式中，管棚对接装置主要包括底座1、支撑插杆2、扣压机3。
37.其中，底座1为本装置的主体结构，主要用于安装和承载其余零部件。支撑插杆2设置在底座1的前端位置，主要用于插设进隧道掌子面内，从而将底座1固定在隧道掌子面上。
38.扣压机3设置在底座1上，为本装置的核心部件，在扣压机3内主要设置有通孔31、压接模具32和驱动机构。该通孔31主要用于供管棚沿轴向方向(即隧道纵向)进行穿行，以使管棚从扣压机3中穿过并插入到隧道掌子面的支护孔内。
39.压接模具32设置在通孔31内，并沿环向方向分布在通孔31的内壁上，主要用于在自然状态下夹紧已插入支护孔内的在先管棚a的外端区域。
40.驱动机构设置在扣压机3内，其输出端与压接模具32相连，主要用于驱动压接模具32沿径向方向进行涨缩运动，以当在后管棚b的内端插入到在先管棚a的外端内形成预连接后，通过径向收缩运动压紧在在先管棚a的外圆面上，使得在先管棚a的管壁与在后管棚b的管壁通过压接工艺固定为一体，实现管棚扣压式连接。
41.如此，本实施例所提供的管棚对接装置，通过扣压机3中的压接模具32对需要对接的两根管棚进行扣压连接固定，相比于现有技术，无需进行螺纹连接或铆焊连接，操作简单，且装置通过支撑插杆2固定在隧道掌子面上，管棚的重量主要由扣压机3进行支承，人工劳动负荷较轻，因此能够方便、快捷地完成管棚对接作业，降低操作难度和人工劳动负荷，提高管棚对接作业效率。
42.如图3所示，图3为图1中所示的底座1的具体结构示意图。
43.在关于支撑插杆2的一种可选实施例中，为提高支撑插杆2的支撑稳定性，本实施例在支撑插杆2的前端端面上设置有若干个插齿21。如此设置，通过各个插齿21的作用，能够更加容易地插入到隧道掌子面的土层内，同时与土层结合地更加紧密，提高支撑插杆2在土层内的插入稳定性，防止在作业过程中出现晃动现象。一般的，支撑插杆2可同时设置有多根，以便同时插入到隧道掌子面的不同区域。当然，插齿21也可以替换为锥齿或锥状突起等结构。
44.如图2所示，图2为图1的左视图。
45.在关于压接模具32的一种可选实施例中，该压接模具32主要包括若干个压块321。具体的，各个压块321沿着通孔31的内壁在周向上均匀分布，且各个压块321均与通孔31的内壁形成可拆卸连接，同时，在驱动机构的动力驱动下，各个压块321将分别沿自身所在的径向方向进行移动，从而实现整体的涨缩运动，以便在收缩到一定程度时压紧到管棚的外壁上，从而将管棚夹紧、定位。一般的，压块321在通孔31内可同时分布有8～16个等。
46.进一步的，为提高压块321对管棚外壁的压紧力，防止压接时出现相对滑动或滚动，本实施例中，各压块321的内端端面均为圆弧面，且各个压块321的内端端面在朝通孔31的圆心聚拢时形成一个整圆形，而该圆形的直径略小于在先管棚a的外径。如此设置，通过驱动机构对各个压块321的驱动，各个压块321能够在聚拢的过程中与管棚的外圆面形成紧密贴合，并在之后继续朝圆心聚拢，使得压块321压紧在先管棚a与在后管棚b，进而使得两者产生形变并完成压接连接。
47.更进一步的，为提高在先管棚a与在后管棚b之间的压接连接稳定性，本实施例还在各个压块321的内端端面上均设置有凸出的凸齿322。具体的，各个凸齿322在各个压块321聚拢时呈环向分布，并在驱动机构的驱动力加持下，使得在先管棚a的侧壁扎入到在后管棚b的侧壁内，从而在两者的连接处之间形成一圈凸齿-凹槽状连接结构，能够进一步提高连接强度。
48.如图5所示，图5为管棚的第一种压接方式示意图。
49.为便于在先管棚a与在后管棚b之间的压接连接，一般在在后管棚b的内端区域预先设置有缩口结构，从而易于将在后管棚b插入到在先管棚a内。一般的，在后管棚b内端缩管后外径比在线管棚a的内径小1～2mm，且在后管棚b插入在先管棚a内的长度不小于前述压接模具32的压接面宽度。
50.如图6所示，图6为管棚的第二种压接方式示意图。
51.此外，在先管棚a的外端区域还可预先设置向内凸出的凸边，而在后管棚b的内端区域还可预先设置向内凹陷的凹槽，从而在压接时将凸边压入到凹槽内，增强连接强度。
52.如图7所示，图7为跟管管棚施工状态示意图。
53.在本发明所提供的另一种具体实施方式中，管棚对接装置除了包括底座1、支撑插杆2、扣压机3以外，还包括凿岩台车的推进梁4、凿岩机5、钻杆6和跟管钻头7，从而利用凿岩台车辅助完成管棚支护作业。
54.其中，推进梁4设置在凿岩台车上，为凿岩台车的固有结构，而底座1可以利用推进梁4实现空间位置调整和提高安装稳定性。具体的，在底座1的侧壁上设置有连接件11，底座1即通过该连接件11与推进梁4的末端形成可拆卸连接。一般的，连接件11可采用紧固螺栓等紧固件，从而方便地实现底座1在推进梁4上的拆装操作。如此设置，在隧道掌子面上固定
底座1时，即可通过凿岩台车上的推进梁4的移动，将底座1紧紧抵靠在隧道掌子面上，同时将支撑插杆2插入到隧道掌子面的土层内。
55.凿岩机5设置在推进梁4上，并且可沿着推进梁4的长度方向(即隧道纵向)移动，其基础作用是通过输出端连接钻杆6，在钻杆6旋转运动的同时实现其纵向进给运动，从而通过钻杆6在隧道掌子面上打支护孔，方便管棚插入，而在本实施例中，凿岩机5不仅用于打支护孔，还用于在管棚压接工艺的前期将管棚推入到扣压机3和支护孔内。一般的，凿岩机5的输出端可抵接在管棚的外端端面上，并通过在推进梁4上的进给运动实现管棚在扣压机3和支护孔内的插装。
56.一般的，管棚支护施工可以分为两种方法，第一种为凿岩机5先通过钻杆6完成打支护孔后再推入管棚，第二种为跟管管棚施工，即打支护孔与推入管棚操作同时进行。
57.为提高管棚支护作业效率，便于实现跟管管棚施工，本实施例中增设了跟管钻头7。具体的，该跟管钻头7连接在钻杆6的末端(内端)，可在钻杆6的带动下进行旋转运动，同时，跟管钻头7的外壁(不进行旋转)与管棚的内壁相连，从而在钻杆6带动跟管钻头7进行旋转运动以打支护孔的同时，通过凿岩机5的进给运动传递给钻杆6、跟管钻头7，进而带动管棚同步进行进给运动，最终实现打支护孔与推入管棚操作同时进行。
58.如图8所示，图8为跟管管棚施工结束后拆卸钻杆6的结构示意图。
59.进一步的，由于钻杆6造价成本较高，在完成管棚支护作业后，通常需要将钻杆6回收以重复使用，为此，跟管钻头7与钻杆6的末端之间具体形成螺纹连接，从而在钻杆6正向旋转(一般为顺时针旋转)时，带动跟管钻头7进行同步旋转，实现打孔切削，同时，在钻杆6反向旋转时，逐渐脱离与跟管钻头7之间的螺纹连接，直至两者之间完全脱离螺纹连接，之后凿岩机5即可在推进梁4上反向运动，将钻杆6拉出至管棚外。
60.此外，考虑到钻杆6较长，为在将钻杆6拉出的过程中保证钻杆6的运动稳定性，防止出现倾斜、碰撞等情况，本实施例中还增设了夹紧机构8。具体的，该夹紧机构8主要包括夹紧缸81、第一夹紧臂82和第二夹紧臂83。
61.如图9所示，图9为夹紧机构8的具体结构示意图。
62.其中，夹紧缸81为夹紧机构8的主体结构，一般设置在底座1内，通常呈水平方向分布。夹紧缸81内设置有伸缩杆811(或活塞杆)，可在夹紧缸81的驱动下进行伸缩运动，由于夹紧缸81水平分布，因此伸缩杆811沿水平方向进行伸缩运动。第一夹紧臂82和第二夹紧臂83均可转动(或摆动)地设置在底座1内，一般在底座1内呈轴对称分布形式，互相正对，能够同步转动至互相靠近或互相远离，实现对钻杆6的夹紧或放松，且两者的顶端均伸出至底座1外，而两者的底端置于底座1内，两者的回转中心均位于中间区域。其中，第一夹紧臂82的底端与伸缩杆811的末端形成转动连接，而第二夹紧臂83的底端与夹紧缸81的缸体形成转动连接。如此设置，当伸缩杆811伸出时，将带动第一夹紧臂82和第二夹紧臂83同步相对转动至互相靠近，从而在第一夹紧臂82和第二夹紧臂83的顶端处合围形成圆形空腔，通过该临时形成的圆形空腔即可夹紧钻杆6；反之，当伸缩杆811缩回时，将带动第一夹紧臂82和第二夹紧臂83同步相对转动至互相远离，从而松开钻杆6。
63.进一步的，为避免夹紧机构8对钻杆6的外圆面造成磨损，同时保证在夹紧钻杆6的基础上避免影响钻杆6的反向旋转，本实施例在夹紧机构8中增设了轴瓦84(或轴承)。具体的，该轴瓦84分别设置在第一夹紧臂82与第二夹紧臂83的顶端，且均呈半圆形，在圆心区域
处开设有预设半径(与钻杆6半径相当)的槽孔，从而在第一夹紧臂82与第二夹紧臂83同步转动至互相靠近时，使两块轴瓦84合围形成圆形空腔，并夹紧钻杆6的外圆面，同时利用轴瓦84的光滑表面减小对钻杆6的磨损，保证钻杆6的反向旋转运动顺畅性。
64.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。