CN107587853B - 一种全回转全套管钻机 - Google Patents

Abstract

本发明属于土方工程机械技术领域，尤其涉及一种全回转全套管钻机。全回转全套管钻机包括机架，以及设置在机架上部的取管机构，设置在机架下部的钻机主体，所述取管机构包括抓管装置，和用于带动抓管装置在水平方向和竖直方向移动的驱动装置。本发明提供的全回转全套管钻机，通过在机架上部设置取管机构，并且取管机构通过在水平方向和竖直方向移动，能够实现取管和将套管放置在钻机主体上，相对于现有的吊车吊管具有不受施工场地限制的优点，尤其是受到竖直方向上空间限制小的优点。

Description

一种全回转全套管钻机

技术领域

本发明属于土方工程机械技术领域，尤其涉及一种全回转全套管钻机。

背景技术

全回转全套管钻机是城市建设领域大口径套管驱动的岩土钻掘设备，关键设备为搓管机和全回转套管钻机两类。具体的如中国科技文献“全回转套管钻机和全套管施工工艺的研究，宋志彬等，探矿工程(岩土钻掘工程)，2013年第40卷第9”的第30页公开的全套管钻进一般是指利用套管钻机(全回转钻机或搓管机)对孔内套管施加扭矩和垂直载荷，驱动力由套管柱传递给套管钻头(套管鞋)，使套管柱在地层中钻进；同时必须利用钻掘机具(冲抓斗或旋挖钻机)在套管内部进行钻掘取土，以降低或最大限度地消除套管内部土塞的摩阻力，套管的钻进阻力主要来自套管外圆周表面与地层的摩阻力；全套管钻进过程中全孔套管护壁，没有泥浆和循环液参与，套管内部属于干式钻掘取土，套管内部的钻掘超前于套管的钻进，内部钻掘的超前量由所钻地层决定。套管柱由多根套管通过套管接头连接而成，钻进中加接套管单根通过管内取土直至钻进至设计桩深，接着下入钢筋笼并灌注混凝土，灌注混凝土和起拔套管交替进行，起拔套管时通过拆卸接头锥销拆卸下单根套管，直至灌注完全孔桩身同时起拔出孔内的全部套管。

现有技术中的全回转钻机，在施工过程中，套管柱由多根套管通过套管接头连接而成，将套管安装在主体的过程是通过履带吊机实现的，由于履带吊机的高度较高，在施工过程中，容易受到施工场地的限制。

如发明人在具体的施工过程中就遇到了此类问题，具体的，苏州为了均衡城市的发展，提出了“一横一纵”的主干道路网规划。“一纵”即桐泾路北延，为保护山塘历史文化街区，桐泾北路下穿北环快速路、沪宁铁路、沪宁城际铁路后继续下穿山塘历史文化街区，过山塘历史文化街区后开始起坡成为地面道路，连接苏虞张公路。桐泾路北延中关键节点之一为下穿已运营的沪宁城际铁路(无砟轨道，平坡段)，下穿位置处沪宁城际为桥梁段(即140～141#、141～142#桥墩之间)，跨度均为32m简支梁，桥墩基础均采用钻孔桩基础。施工过程中，不能影响沪宁城际正常运营，且城际铁路允许变形为1mm，施工难度巨大。根据初步设计文件，该工程采用泥水平衡盾构下穿方案，管片外径初步拟定2个方案，分别为14.5m，13.25m。盾构方案下穿沪宁城际铁路处，隔离桩采用直径1m的全套管灌注桩，隔离桩顶部设置纵横梁，隔离桩之间的土体采用袖阀管注浆加固。隔离桩长30m。当采用13.25m盾构隧道，隔离桩直径为1m，隔离桩与盾构间的净距采用1m时，隔离桩与既有桥桩中心距为6.155m(对应沪宁城际左线处)。当采用14.5m盾构隧道，隔离桩直径为1m，隔离桩与盾构间的净距采用0.53m时，隔离桩与既有桥桩中心距为6m(对应沪宁城际左线处)。

也就是说，在上述方案中需要沪宁城际铁路桥下打全套管灌注桩，但是铁路桥与地面之间的空间有效，无法为履带吊机提供足够的施工空间，此问题阻碍了施工的正常进行。

针对上述，提出了一种能够解决现有技术中存在的因施工空间的限制导致无法进行全套管灌注桩施工问题的全回转全套管钻机。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有存在的技术问题，本发明提供一种全回转全套管钻机，能够解决现有技术中存在的因施工空间的限制导致无法进行全套管灌注桩施工的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

提供了一种全回转全套管钻机，其包括机架，以及设置在机架上部的取管机构，设置在机架下部的钻机主体，所述取管机构包括抓管装置，和用于带动抓管装置在水平方向和竖直方向移动的驱动装置。

作为上述全回转全套管钻机的一种优选方案，所述驱动装置包括设置在机架上的导轨，与导轨滑动连接的框架，水平驱动装置和竖直驱动装置；

所述水平驱动装置设置在机架上，其动力输出端与机架连接并用于驱动框架沿导轨在水平方向往复运动；

所述竖直驱动装置和抓管装置均设置在框架上，所述竖直驱动装置的动力输出端与抓管装置连接并用于驱动抓管装置在竖直方向往复运动。

作为上述全回转全套管钻机的一种优选方案，所述水平驱动装置为电动葫芦，所述电动葫芦的钢丝绳与机架固定连接。

作为上述全回转全套管钻机的一种优选方案，所述竖直驱动装置包括均匀四根转轴，其中两根转轴设置在框架上表面的两端，另外两根转轴设置在框架的下表面，并且与上表面的两根转轴对称分布；

在转轴的两端均设置有一个链轮，并且上表面和下表面相对设置在一对链轮上设置有一根链条，抓管装置与四根链条固定连接并处于水平状态；

竖直驱动装置还包括驱动电机，所述驱动电机通过驱动链条带动四根转轴同步转动。

作为上述全回转全套管钻机的一种优选方案，所述抓管装置包括取管装置本体，设置在取管装置本体中心位置的取管通孔，在取管通孔的侧壁上设置有多个加紧块，所述加紧块在油缸的驱动下加紧套管。

作为上述全回转全套管钻机的一种优选方案，所述机架包括底座、顶部横梁，和设置在底座、顶部横梁之间的立柱；所述立柱包括间隔设置的两部分，且间隔设置的两部分之间通过丝杠连接。

作为上述全回转全套管钻机的一种优选方案，所述底座上设置有四根均匀分布的导向柱，在立柱之间固定有两个对称设置的钻机油缸；

所述钻机主体套设在导向柱上并与导向柱滑动连接，所述钻机主体与钻机油缸的活塞杆固定连接并在活塞杆的带动下上下往复运动。

作为上述全回转全套管钻机的一种优选方案，所述钻机主体包括用于带动套管径向移动并使套管的轴线与桩的轴线重合的定位机构，和用于定位后的套管加紧的加紧装置。

作为上述全回转全套管钻机的一种优选方案，所述钻机主体包括多个水平设置的定位装置，且当多个定位装置位于定位状态时，多个定位装置的定位端位于同一圆形轨迹上，该圆形轨迹的圆心与桩心同心。

作为上述全回转全套管钻机的一种优选方案，所述钻机主体包括多个加紧装置，并且加紧装置包括加紧块，和用于驱动加紧块水平运动的加紧块驱动装置。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明提供的全回转全套管钻机，通过在机架上部设置取管机构，并且取管机构通过在水平方向和竖直方向移动，能够实现取管和将套管放置在钻机主体上，相对于现有的吊车吊管具有不受施工场地限制的优点，尤其是受到竖直方向上空间限制小的优点。

附图说明

图1为本发明具体实施方式提供的全回转全套管钻机的立体结构示意图；

图2为本发明具体实施方式提供的全回转全套管钻机另一个角度的立体结构示意图；

图3为本发明具体实施方式提供的钻机主体的定位装置和加紧装置设置形式的结构示意图。

【附图标记说明】

1：机架；2：取管机构；3：钻机主体；4：套管；5：支撑台；

11：导轨；12：底座；13：顶部横梁；14：立柱；15：丝杠；16：导向柱；17：钻机油缸；

21：抓管装置；22：定位板；23：框架；24：轴承座；25：转轴；26：链轮；27：链条；28：驱动电机；29：驱动链条；

31：加紧装置；32：升降平台；33：定位油缸；34：定位块；35：阻挡块；36：转盘电机。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

参照图1、图2，本实施方式提供了一种全回转全套管钻机，其包括机架1，以及设置在机架1上部的取管机构2，设置在机架1下部的钻机主体3，取管机构2包括抓管装置21，和用于带动抓管装置在水平方向和竖直方向移动的驱动装置。

本实施方式中提供的钻机，通过在机架1上部设置取管机构2，并且取管机构2通过在水平方向和竖直方向移动，能够实现取管和将套管4放置在钻机主体3上，相对于现有的吊车吊管具有不受施工场地限制的优点，尤其是受到竖直方向上空间限制小的优点。

驱动装置包括设置在机架1上的导轨11，与导轨11滑动连接的框架23，水平驱动装置和竖直驱动装置。

水平驱动装置设置在机架1上，其动力输出端与机架1连接并用于驱动框架23沿导轨11在水平方向往复运动。具体的，导轨11上设置有若干均匀分布的滑轮，框架23通过滑轮与导轨11连接，通过水平驱动部的驱动框架23可以沿导轨11在水平方向往复运动。

竖直驱动装置和抓管装置21均设置在框架23上，竖直驱动装置的动力输出端与抓管装置21连接并用于驱动抓管装置21在竖直方向往复运动。

水平驱动装置为电动葫芦，电动葫芦的钢丝绳与机架1固定连接。电动葫芦是水平驱动装置的一种实现方式，当然水平驱动装置也不排出采用油缸、气缸，以及电机驱动的形式。

竖直驱动装置包括均匀四根转轴25，其中两根转轴25设置在框架23上表面的两端，另外两根转轴25设置在框架23的下表面，并且与上表面的两根转轴25对称分布，具体的，转轴25通过轴承座24设置在框架23上。

在转轴25的两端均设置有一个链轮26，并且上表面和下表面相对设置在一对链轮26上设置有一根链条27，抓管装置21与四根链条27固定连接并处于水平状态。

竖直驱动装置还包括驱动电机28，该驱动电机28通过驱动链条29带动四根转轴25同步转动。

通过上述竖直驱动装置的设置形式，可以保证竖直驱动装置带动抓管装置21平稳的在竖直方向往复运动。竖直驱动装置也可以采用油缸、气缸等结构。

抓管装置21包括取管装置本体，设置在抓管装置21本体中心位置的抓管通孔，在抓管通孔的侧壁上设置有多个加紧块，加紧块在油缸的驱动下加紧套管。

为了提高抓管装置21对套管抓取的稳定性，在框架23上还定位板22，定位板22位于取管装置本体的上部，且定位板22上还设置有与抓管通孔相对应的通孔。在抓管装置21取管的过程中，定位板22和抓管装置21均套设在套管4上。

为了对上述取管机构2进行详细的说明，本实施方式中，还提供了上述取管机构具体的工作过程，具体的如以下所述：

首先，将待安装的套管4竖直放置在钻机旁边的支撑台5上，水平驱动装置(电动葫芦)驱动框架23沿导轨11移动，使抓管装置21位于套管4的上部；

然后，竖直驱动装置的驱动电机28通过链条27带动四根转轴25沿第一方向转动，转轴25转动的同时带动其链轮26上的链条27移动，链条27移动的同时带动抓管装置21向下移动，并使抓管装置21的抓管通孔套设在套管4上；

再一步的，抓管装置21上的加紧块在加紧块油缸的驱动下加紧套管4，待套管4被加紧之后，竖直驱动装置的驱动电机28通过链条27带动四根转轴25沿第二方向(第一方向和第二方向是两个相反的方向)转动，转轴25转动的同时带动其链轮26上的链条27移动，链条27移动的同时带动抓管装置21向上移动，当抓管装置21带动套管4向上移动至设定高度后，竖直驱动装置停止运动；

进一步的，水平驱动装置(电动葫芦)驱动框架23沿导轨11移动，使抓管装置21和套管4位于钻机主体3上部后水平驱动装置停止运动，然后竖直驱动装置的驱动电机28通过链条27带动四根转轴25沿第一方向转动，转轴25转动的同时带动其链轮26上的链条27移动，链条27移动的同时带动抓管装置21向下移动，当抓管装置21带动套管4移动至钻机主体3内后，竖直驱动装置停止运动，抓管装置21上的加紧块在其油缸的驱动下松开套管4；

最后，竖直驱动装置的驱动电机28通过链条27带动四根转轴25沿第二方向转动，转轴25转动的同时带动其链轮26上的链条27移动，链条27移动的同时带动抓管装置21向上移动，并与套管4脱离。

机架1包括底座12、顶部横梁13，和设置在底座12、顶部横梁13之间的立柱14；立柱14包括间隔设置的两部分，且间隔设置的两部分之间通过丝杠15连接。通过将立柱14设置成间隔设置的两部分，并且在两部分之间通过丝杠15连接，故此可以实现根据实际高度调整立柱14的高度。

底座12上设置有四根均匀分布的导向柱16，在立柱14之间固定有两个对称设置的钻机主体油缸17，钻机主体3套设在导向柱16上并与导向柱16滑动连接，钻机主体3与钻机主体油缸17的活塞杆固定连接并在活塞杆的带动下上下往复运动。钻机主体3工作过程中，钻机主体3在带动套管4转动的同时，钻机主体油缸17会带动钻机主体3向下运动，在钻机主体3向下运动的过程中，导向柱16对钻机主体3进行导向，提高了钻机主体3向下运动的均匀性。

钻机主体3包括用于带动套管4移动并使套管4的轴线与桩的轴线重合的定位机构，和用于定位后的套管4加紧的加紧装置31，定位机构包括能够在水平方向移动且用于调整套管4水平位置的定位端，加紧装置31包括加紧块，和用于驱动加紧装置31的加紧块水平运动的加紧块驱动装置。

水平设置的定位机构相对于现有的楔形块定位加紧装置31具有在竖直方向上尺寸小的优点，进而可以缩减钻机主体再竖直方向的尺寸，由此，增加了钻机主体3和取管机构2之间的空间，减小了施工现场对钻机施工造成的影响，如，在铁路桥下施工，铁路桥与地面之间的距离为4m左右，现有的钻机主体的高度在2m左右，由于施工空间，显然无法进行施工，而本实施方式中的钻机主体由于结构上的改进，其厚度可以做到0.5m，由此，可以提供3m左右的施工空间，使在低净空的条件下进行施工变成可可能性。

钻机主体3包括多个加紧装置31，并且加紧装置包括加紧块，和用于驱动加紧块水平运动的加紧块驱动装置。

具体的，全回转全套管钻机主体包括多个水平设置的定位装置，且当多个定位装置位于定位状态时，多个定位装置的定位端位于同一圆形轨迹上，该圆形轨迹的圆心与桩心同心。通过此种形式的设置的定位装置，能够通过移动套管4，使套管4的轴线与桩的轴线重合，确保可以按设计要求成桩。

全回转全套管钻机主体还包括升降平台32，升降平台32具有供套管4通过的通孔。

参照图3，定位装置为定位油缸33，定位油缸33设置在升降平台32上，且定位油缸33的活塞杆上设置有定位块34，升降平台上设置有阻挡块35，定位块34与阻挡块35配合限制活塞杆的伸长量。当定位油缸33上的定位块34与阻挡块35接触时，定位油缸33处于定位位置，此时活塞杆的自由端处于同于圆周上，并且该圆周的圆心与桩心重合。

具体的，多个定位油缸33共用同一供油管路，还包括一个油泵，油泵通过供油管路为多个定位油缸33供油。多个定位油缸33供用一个油路，当部分定位油缸33上活塞杆上的定位块34与阻挡块35接触后，油路中的液压油会分配至其他定位油缸33内，最终使所有的定位油缸33均达到定位位置。

全回转全套管钻机主体包括多个加紧装置31，并且加紧装置31包括加紧块，和用于驱动加紧装置31的加紧块水平运动的加紧块驱动装置。其中，加紧块驱动装置为加紧油缸。

全回转全套管钻机主体包括多个均匀分布的定位装置和多个均匀分布的加紧装置31，定位装置和加紧装置31交替排布。

全回转全套管钻机主体还包括转盘和转盘电机36，加紧装置设置在转盘上，转盘电机36和转盘之间通过齿轮传动。

为了对上述全回转全套管钻机主体进行进一步的说明，本实施方式还提供了钻机主体的具体工作过程，具体的如以下所述：

首先，钻机主体3上的定位装置处于初始位置(未定位状态)，加紧装置31处于初始位置(未加紧状态)，当取管机构2将套管4放置于钻机主体3上后，即取管机构2将套管4放置在升降平台32的通孔内，取管机构2的取管和放管过程具体如取管机构2的工作过程如以上所述；

然后，定位装置的定位油缸33开始移动，套管4在多个定位油缸33活塞杆的推动下移动，最终套管4在多个定位油缸33的作用下，套管4的中心线与轴线重合；

再次，加紧装置31的加紧块在加紧油缸的推动下向钻机主体3的中心位置移动并加紧套管4；

最后，转盘电机开始工作，其通过转动带动套管4转动，同时，与钻机主体3连接的钻机油缸17开始工作，并向钻机主体3施加竖直向下的作用力，此时，钻机主体3带动套管4转动的同时并向下运动。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种全回转全套管钻机，其特征在于：包括机架(1)，以及设置在机架(1)上部的取管机构(2)，设置在机架(1)下部的钻机主体(3)，所述取管机构(2)包括抓管装置(21)，和用于带动抓管装置(21)在水平方向和竖直方向移动的驱动装置；

所述驱动装置包括设置在机架(1)上的导轨(11)，与所述导轨(11)滑动连接的框架(23)，水平驱动装置和竖直驱动装置；所述水平驱动装置的动力输出端与所述机架(1)连接并用于驱动所述框架(23)沿所述导轨(11)在水平方向往复运动；所述竖直驱动装置的动力输出端与所述抓管装置(21)连接并用于驱动所述抓管装置(21)在竖直方向往复运动；

所述抓管装置(21)包括取管装置本体，设置在所述取管装置本体中心位置的抓管通孔，在所述抓管通孔的侧壁上设置有多个加紧块，所述加紧块在加紧块油缸的驱动下夹紧套管；

所述框架上设有定位板 (22)，所述定位板(22)位于所述取管装置本体的上部，且所述定位板(22)上设置有与所述抓管通孔相对应的通孔；在所述抓管装置(21)取管的过程中，所述定位板(22)和所述抓管装置(21)均套设在所述套管(4)上；

所述竖直驱动装置包括均匀四根转轴(25)，其中两根所述转轴(25)设置在所述框架(23)上表面的两端，另外两根所述转轴(25)设置在所述框架(23)的下表面，并且与上表面的两根所述转轴(25)对称分布；在所述转轴(25)的两端均设置有一个链轮(26)，并且上表面和下表面相对设置在一对链轮(26)上设置有一根链条(27)，抓管装置(21)与四根链条(27)固定连接并处于水平状态；所述竖直驱动装置还包括驱动电机(28)，所述驱动电机(28)通过驱动链(29)条带动四根转轴(25)同步转动；

上述取管机构(2)具体的工作过程，具体的如以下所述：

首先，将待安装的所述套管(4)竖直放置在钻机旁边的支撑台(5)上，所述水平驱动装置驱动所述框架(23)沿所述导轨(11)移动，使所述抓管装置(21)位于所述套管(4)的上部；

然后，所述竖直驱动装置的驱动电机(28)通过所述链条(27)带动四根所述转轴(25)沿第一方向转动，所述转轴(25)转动的同时带动其链轮(26)上的链条(27)移动，所述链条(27)移动的同时带动所述抓管装置(21)向下移动，并使所述抓管装置(21)的抓管通孔套设在所述套管(4)上；

所述抓管装置(21)上的加紧块在加紧块油缸的驱动下夹紧所述套管(4)，待所述套管(4)被夹紧之后，所述竖直驱动装置的驱动电机(28)通过所述链条(27)带动四根所述转轴(25)沿第二方向转动，所述转轴(25)转动的同时带动其链轮(26)上的所述链条(27)移动，所述链条(27)移动的同时带动所述抓管装置(21)向上移动，当所述抓管装置(21)带动所述套管(4)向上移动至设定高度后，所述竖直驱动装置停止运动；

所述水平驱动装置驱动所述框架(23)沿所述导轨(11)移动，使所述抓管装置(21)和所述套管(4)位于所述钻机主体(3)上部后，所述水平驱动装置停止运动，然后所述竖直驱动装置的驱动电机(28)通过所述链条(27)带动四根所述转轴(25)沿第一方向转动，所述转轴(25)转动的同时带动其链轮(26)上的所述链条(27)移动，所述链条(27)移动的同时带动所述抓管装置(21)向下移动，当所述抓管装置(21)带动所述套管(4)移动至所述钻机主体(3)内后，所述竖直驱动装置停止运动，所述抓管装置(21)上的加紧块在加紧块油缸的驱动下松开所述套管(4)；

最后，所述竖直驱动装置的驱动电机(28)通过所述链条(27)带动四根所述转轴(25)沿第二方向转动，所述转轴(25)转动的同时带动其链轮(26)上的所述链条(27)移动，所述链条(27)移动的同时带动所述抓管装置(21)向上移动，并与所述套管(4)脱离；

当所述取管机构(2)将所述套管(4)放置于所述钻机主体(3)上后，所述钻机主体(3)带动所述套管(4)转动的同时并向下运动。

2.根据权利要求1所述的全回转全套管钻机，其特征在于，所述水平驱动装置为电动葫芦，所述电动葫芦的钢丝绳与机架(1)固定连接。

3.根据权利要求1所述的全回转全套管钻机，其特征在于，所述机架(1)包括底座(12)、顶部横梁(13)，和设置在底座(12)、顶部横梁(13)之间的立柱(14)；所述立柱(14)包括间隔设置的两部分，且间隔设置的两部分之间通过丝杠(15)连接。

4.根据权利要求3所述的全回转全套管钻机，其特征在于，所述底座(12)上设置有四根均匀分布的导向柱(16)，在立柱(14)之间固定有两个对称设置的钻机油缸(17)；

所述钻机主体(3)套设在导向柱(16)上并与导向柱(16)滑动连接，所述钻机主体(3)与钻机油缸(17)的活塞杆固定连接并在活塞杆的带动下上下往复运动。

5.根据权利要求1或4所述的全回转全套管钻机，其特征在于，所述钻机主体(3)包括用于带动套管(4)径向移动并使套管(4)的轴线与桩的轴线重合的定位机构，和用于定位后的套管夹紧的加紧装置(31)。

6.根据权利要求5所述的全回转全套管钻机，其特征在于，所述钻机主体(3)包括多个水平设置的定位装置，且当多个定位装置位于定位状态时，多个定位装置的定位端位于同一圆形轨迹上，该圆形轨迹的圆心与桩心同心。

7.根据权利要求5所述的全回转全套管钻机，其特征在于，所述钻机主体(3)包括多个加紧装置(31)，并且加紧装置(31)包括加紧装置的加紧块，和用于驱动加紧装置的加紧块水平运动的加紧块驱动装置。