一种环形驱动的曲线管幕机试验装置及其试验方法
阅读说明：本技术 一种环形驱动的曲线管幕机试验装置及其试验方法 (Annular-driven curve tube curtain machine testing device and testing method thereof ) 是由 阎广斌 李传国 丛龙广 吕阳 丁笑宇 李显超 邢羽辉 于 2021-08-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种环形驱动的曲线管幕机试验装置及其试验方法,包括主机、钢管节、顶推机构和排渣机构；所述钢管节设置在所述主机的一端；顶推机构设置在钢管节的另一端端部；钢管节内部设有电缆,且主机通过电缆与外部控制系统连接控制主机的工作状态；顶推机构和排渣机构交替连接在钢管节的另一端。本发明结构简单,施工方便,无需后续螺旋螺杆即可钻进和出渣,节约了空间和设备材料,简化了步骤,解决了小直径曲线管幕机顶推、排渣困难的问题。(The invention discloses an annular-driven curve tube curtain machine testing device and a testing method thereof, wherein the annular-driven curve tube curtain machine testing device comprises a main machine, a steel tube section, a pushing mechanism and a slag discharging mechanism; the steel pipe joint is arranged at one end of the main machine; the pushing mechanism is arranged at the end part of the other end of the steel pipe joint; a cable is arranged in the steel pipe joint, and the host is connected with an external control system through the cable to control the working state of the host; the pushing mechanism and the slag discharging mechanism are alternately connected to the other end of the steel pipe joint. The invention has simple structure and convenient construction, can drill and discharge slag without a subsequent spiral screw, saves space and equipment materials, simplifies the steps and solves the problems of difficult pushing and slag discharge of the small-diameter curved pipe curtain machine.)
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种环形驱动的曲线管幕机试验装置及其试验方法。
背景技术
管幕法是利用钢管在地层中预先排设一排帷幕，从而建造大断面地下空间的施工技术。管幕施工的原理是以单根钢管铺设为基础，各钢管间依靠锁扣相连，并在锁扣间注入止水剂，形成密封的止水帷幕。
现有管幕装备中土压、泥水平衡顶管机，直径一般较大，受限于安装空间，无法满足小直径管幕钢管顶进的工况要求且设备较复杂，成本较高；螺旋出土顶管机又不适用于曲线管幕顶推和出渣。
因此，如何提供一种排渣简单、成本低的且适用于小直径曲线管幕钢管顶进的环形驱动曲线管幕机试验装置及其试验方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种环形驱动的曲线管幕机试验装置，结构简单，施工方便，便于出渣。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种环形驱动的曲线管幕机试验装置，包括主机、钢管节、顶推机构和排渣机构，所述主机包括壳体、第一电机、第一传动齿轮、导向钻头、第二电机、第二传动齿轮及螺旋钻具，所述壳体为两端开口的双层筒结构；所述第一传动齿轮及第二传动齿轮均为轮辐式齿轮，所述第一电机及第二电机分别固定安装在所述壳体的一端夹层及中部夹层内；内层筒壁的内侧端部及中部均设有安装架；所述安装架外围对应内层筒壁，且安装架中部设有轴套，所述第一传动齿轮及第二传动齿轮分别通过齿轮轴一一对应转动安装在安装架的一侧，齿轮轴转动安装在轴套内；所述第一传动齿轮及第二传动齿轮的轮齿分别穿过内层筒壁且一一对应啮合第一电机输出轴端部固定的小齿轮及第二电机输出轴端部固定的小齿轮；所述导向钻头位于所述壳体外侧且与所述第一传动齿轮的齿轮轴固定连接；所述螺旋钻具贯穿长度方向的中部一体设有螺杆；所述螺杆与所述第二传动齿轮的齿轮轴固定连接且位于所述第一传动齿轮与第二传动齿轮之间；所述第二传动齿轮远离导向钻头一侧的壳体内层筒壁内为渣土箱；所述钢管节的一端固定连接在所述壳体的另一端且与壳体外层筒壁同轴径设置；
所述顶推机构及排渣机构设置在所述钢管节另一端端部，且所述顶推机构可与所述排渣机构交替连接在所述钢管节的另一端端部；所述钢管节内部设有电缆，且所述第一电机与第二电机分别通过所述电缆与外部控制系统连接。
本发明的有益效果是：设置第一电机及第二电机分别驱动导向钻头和螺旋钻具，可以引导导向钻头及螺旋钻具按照预定轨迹钻孔，钢管节设置在主机一端，螺旋钻具将渣土排入渣土箱，再由渣土箱进入钢管节中，钢管节内形成过渣通道，顶推机构与排渣机构交替连接在钢管节的另一端，顶推机构可以顶推钢管节前进，顶推机构撤回，排渣机构接通钢管节，吸取渣土，循环往复，无需后续螺旋螺杆即可钻进和出渣，节省了工序和施工成本，也节约了空间和设备材料。
优选的，所述顶推机构包括支撑座、导轨、顶推盘及顶推油缸，所述支撑座固定在顶推坑基内，所述导轨沿所述钢管节顶入方向固定在所述支撑座上，所述顶推盘滑动连接在所述导轨上；所述顶推油缸固定在所述支撑座上，且所述顶推油缸的伸缩端固定连接在所述顶推盘的一侧端面，所述顶推盘的另一侧端面可拆卸连接所述钢管节的一端端部。
优选的，所述支撑座包括第一支撑板和第二支撑板，所述第一支撑板与第二支撑板相对垂直固定连接且形成L型结构，第一支撑板水平设置，所述导轨固定安装在第一支撑板上，所述顶推油缸固定连接在所述第二支撑板上，且所述顶推油缸的伸缩方向与所述钢管节的顶入方向对应。
优选的，所述排渣机构包括文丘里管、排渣管及压缩气体供给器，所述排渣管的一端可固定连接在钢管节的另一端与钢管节连通；所述排渣管的另一端连接所述文丘里管的吸附口，且由所述吸附口吸附螺旋钻具排出的渣土；所述压缩气体供给器连接文丘里管的进气口供气，压缩气体由排渣管的排气口排出。
优选的，所述钢管节与所述壳体通过承插式接头固定连接；所述钢管节由若干个分管节连接而成，所述分管节为中空结构，且每个分管节之间通过承插式接头固定连接，且所述钢管节的中心轴线具有一定的曲率，与所述主机相连接的所述分管节的管壁上设有压力检测器。
优选的，所述渣土箱一端为进土端，另一端为出土端，所述进土端与所述第二传动齿轮相邻，所述出土端设有感应阀门，所述感应阀门的开关传感器与所述压缩气体供给器的开关连接。
优选的，所述电缆外围设有保护管，所述保护管由若干分管固定连接而成，且所述分管为高抗压柔性金属橡胶复合保护管。
优选的，所述电缆由若干节分段线缆组成，且每节分段线缆通过对接插头快速连接。
优选的，所述第一传动齿轮及第二传动齿轮的轮齿对应啮合多个从动小齿轮，所述从动小齿轮均转动安装在所述壳体外层筒壁内侧。
本发明还公开了一种环形驱动的曲线管幕机的试验方法，具体的包括一下步骤：
a、准备设备及工作场地；
b、安装主机、顶推机构及排渣机构；
c、调整顶推机构，确定入孔角度；
d、在顶推过程中，开启第二电机，带动螺旋钻具钻进，主机一端连接钢管节，顶推机构顶推钢管节顶入，通过调整第一电机带动导向钻头作用获得预定设计的钻孔路径；
e、螺旋钻具带动渣土穿过第二传动齿轮进入渣土箱中，渣土箱的出土端感应到渣土，感应阀门打开，钢管节一端连接排渣管道，感应阀门通过传感器联动排渣机构，将渣土吸出钢管节；排渣完成，继续顶入钢管节，排渣机构与顶推机构间接交替工作；
f、达到管幕设计长度后，停止钻进，在接收坑基内回收主机及电缆；
g、将钻机移位至其他孔位，重复步骤b～f，完成管幕钢管的整体施工。
附图说明
图1为本发明一种环形驱动的曲线管幕机试验装置的整体结构示意图；
图2为本发明一种环形驱动的曲线管幕机试验装置A-A截面示意图；
图3为本发明一种环形驱动的曲线管幕机试验装置B-B截面示意图；
图4为本发明一种环形驱动的曲线管幕机试验装置导向钻头示意图；
图5为本发明一种环形驱动的曲线管幕机试验装置钢管节局部示意图；
图6为本发明一种环形驱动的曲线管幕机试验装置排渣机构示意图；
图7为本发明一种环形驱动的曲线管幕机试验装置安装架示意图。
1主机、11导向钻头、12第一传动齿轮、13第一电机、14壳体、15螺旋钻具、151螺杆、16第二传动齿轮、17第二电机、18渣土箱、19从动小齿轮、2钢管节、3顶推机构、31支撑座、311第一支撑板、312第二支撑板、32导轨、33顶推盘、34顶推油缸、4排渣机构、41文丘里管、411吸附口、412排气口、413进气口、42排渣管、43压缩气体供给器、44中继罐、5电缆、6保护管、7承插式接头、8渣土过道缺口、9感应阀门、10安装架。
具体实施方式
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。
参阅本发明附图1至7，根据本发明实施例一种环形驱动的曲线管幕机试验装置，包括主机1、钢管节2、顶推机构3和排渣机构4，主机1包括壳体14、第一电机13、第一传动齿轮12、导向钻头11、第二电机17、第二传动齿轮16及螺旋钻具15，壳体14为两端开口的双层筒结构；第一传动齿轮12及第二传动齿轮16均为轮辐式齿轮；第一电机13及第二电机17分别固定安装在壳体14的一端夹层及中部夹层内；内层筒壁的内侧端部及中部均设有安装架10；安装架外围对应内层筒壁，且安装架中部设有轴套，第一传动齿轮及第二传动齿轮分别通过齿轮轴一一对应转动安装在安装架的一侧，齿轮轴转动安装在轴套内；第一传动齿轮12及第二传动齿轮16的轮齿分别穿过内层筒壁且一一对应啮合第一电机输出轴端部固定的小齿轮及第二电机输出轴端部固定的小齿轮；导向钻头11位于壳体外侧且与第一传动齿轮12的齿轮轴固定连接；螺旋钻具15贯穿长度方向的中部一体设有螺杆151；螺杆151与第二传动齿轮的齿轮轴固定连接且位于第一传动齿轮12与第二传动齿轮16之间；第二传动齿轮16远离导向钻头一侧的壳体内层筒壁内为渣土箱18；钢管节2的一端固定连接在壳体14的另一端且与壳体14外层筒壁同轴径设置；
顶推机构3及排渣机构4设置在钢管节2另一端端部，且顶推机构3可与排渣机构4交替连接在钢管节2的另一端端部；钢管节2内部设有电缆5，且第一电机13与第二电机17分别通过电缆5与外部控制系统连接。
在一些具体实施例中，顶推机构3包括支撑座31、导轨32、顶推盘33及顶推油缸34，支撑座31固定在顶推坑基内，导轨32沿钢管节2顶入方向固定在支撑座31上，顶推盘33滑动连接在导轨32上；顶推油缸34固定在支撑座31上，且顶推油缸34的伸缩端固定连接在顶推盘33的一侧端面，顶推盘33的另一侧端面可拆卸连接钢管节2的一端端部。
在另一些实施例中，支撑座31包括第一支撑板311和第二支撑板312，第一支撑板311与第二支撑板312相对垂直固定连接且形成L型结构，第一支撑板水平设置，导轨32固定安装在第一支撑板311上，顶推油缸34固定连接在第二支撑板312上，且顶推油缸34的伸缩方向与钢管节2的顶入方向对应。
在其他一些实施例中，排渣机构4包括文丘里管41、排渣管42及压缩气体供给器43，排渣管42的一端可拆卸连接在钢管节的另一端并与钢管节连通；排渣管42的另一端连接文丘里管41的吸附口411，且由吸附口411吸附螺旋钻具排出的渣土；压缩气体供给器43连接文丘里管的进气口413供气，压缩气体由排渣管的排气口412排出。
在其他一些实施例中，钢管节2与壳体14通过承插式接头7固定连接；钢管节2由若干个分管节连接而成，分管节为中空结构，且每个分管节之间通过承插式接头固定连接，且钢管节2的弧线具有一定的曲率，与主机1相连接的分管节的管壁上设有压力检测器，可以检测顶管外围的压力，与设定参数比对，便于调节导向钻头的导入角度，提高顶管的精准度。
在其他一些具体实施例中，渣土箱18一端为进土端，另一端为出土端，进土端与第二传动齿轮16相邻，出土端设有感应阀门，感应阀门的开关传感器与压缩气体供给器43的开关连接，感应阀门可以感应渣土，渣土抵接到感应阀门处时，阀门打开，此时压缩气体供给器提供压缩气体，产生负压，吸取渣土往外排出。
在其他一些具体实施例中，电缆5外围设有保护管6，保护管6由若干分管固定连接而成，且分管为高抗压柔性金属橡胶复合管，保护电缆及正常的电源供给，且连接方便。
具体的，每节分管节上均设有卡扣，且保护管扣接在卡扣上。
在其他一些实施例中，电缆5由若干节分段线缆组成，且每节分段线缆通过对接插头快速连接，方便对接线缆，且方便分管节的顶入。
在其他一些具体实施例中，第一传动齿轮12及第二传动齿轮16上均设有多个贯穿齿轮两侧端面的渣土过道缺口，渣土可经过过道缺口进入渣土箱。
具体的，壳体的夹层内分别对应第一传动齿轮及第二传动齿轮位置环设有多个从动小齿轮，从动小齿轮对应啮合第一传动齿轮及第二传动齿轮的轮齿；从动小齿轮19均转动安装在壳体外层筒壁内侧。从动小齿轮一方面起到传动作用，另一方面可以支撑第一传动齿轮和第二传动齿轮。
具体的，排渣机构安装在钢管节的下方，便于渣土的排出。
更具体的，顶推机构与排渣机构间接性工作，顶管时顶推油缸作用在顶推盘上，顶入钢管节，排渣机构作用时，顶推盘收回，为排渣机构提供安装空间，钢管节的端部连接排渣管道，排出渣土，再一次顶推机构工作，循环往复，直到工作完成。
更具体的，文丘里管的排气口连接中继罐44，中继罐可以缓存渣土，缓存的渣土由渣斗收集。
排渣机构的排渣原理为：压缩气体供给器充入压缩气体到文丘里管的进气口，用于给文丘里管提供高压空气，压缩气体供给器采用大流量、高压力压缩空气通过文丘里管，产生射流负压，利用该负压，吸附口连接排渣管，即可将渣土吸入文丘里管中；再由排气口的高压气流排出。
具体的，本发明一种环形驱动的曲线管幕机的试验方法，包括以下步骤：
a、准备设备及工作场地；
b、安装主机、顶推机构及排渣机构；
c、调整顶推机构，确定入孔角度；
d、在顶推过程中，开启第二电机，带动螺旋钻具钻进，主机一端连接钢管节，顶推机构顶推钢管节顶入，通过调整第一电机带动导向钻头作用获得预定设计的钻孔路径；
e、螺旋钻具带动渣土穿过第二传动齿轮进入渣土箱中，渣土箱的出土端感应到渣土，感应阀门打开，联动排渣机构，将渣土吸出钢管节；排渣完成，继续顶入钢管节，排渣机构与顶推机构间接交替作用；
f、达到管幕设计长度后，停止钻进，在接收坑基内回收主机及电缆；
g、将钻机移位至其他孔位，重复步骤b～f，完成管幕钢管的整体施工。
本发明整体结构简单，施工方便，在导向钻头顶入过程中通过螺旋钻具及排渣机构的共同作用，排出渣土，提高了排渣效果，省去了后续钢管节中的单独顶入螺旋钻杆排土及相应的步骤，节省了材料。
对于实施例公开的装置和使用方法而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
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。
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