CN113279714B - 地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置及钻杆拔除工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置及钻杆拔除工艺，密封机构、拔杆机构和驱动机构；拔杆机构包括所述支撑部和所述拔杆部；密封机构固定安装在所述待拔除钻杆的管口处，且将免拔管密封在所述待拔除钻杆内；拔杆机构的拔杆部的第一端与待拔除钻杆固定连接，拔杆机构的拔杆部的第二端与驱动机构驱动连接，驱动机构沿待拔除钻杆拔除方向上往复运动，且往复运动的最大距离大于或等于待拔除钻杆的单节钻杆长度。本发明通过设置密封机构可以将待拔除钻杆、免拔管以及二者之间的缝隙中可能会出现的涌沙冒水密封起来，避免了涌沙冒水带来的施工危害；通过设置驱动机构和拔管机构，可高效、快速的将钻杆从钻孔中拔除，提高施工效率。

Description

地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置及钻杆拔除 工艺

技术领域

本发明涉及钻杆拔除技术领域。具体地说是地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置及钻杆拔除工艺。

背景技术

盾构法是当前城市地铁隧道施工中常用的施工工法，在盾构机进出洞时，为了防止洞口土体强度不足造成的土体塌方、土体涌入井内以及洞门周围涌沙冒水等事故的发生，对洞门周围土体进行加固以成为地铁隧道盾构施工过程中的重要环节。冻结法在煤矿等工程中得到广泛应用，其施工工艺也日渐成熟，已经逐步被应用到盾构施工的洞门周围土体加固中来。在传统的冻结施工结束后，冻结管的拔除不仅是一项耗时长、人力成本高的工作，而且在拔除前需要临时解冻，在经历8-10小时的拔管作业后，土体容易回温解冻，从而降低土体的冻结强度，不利于盾构施工，并且由于冻结管在低温下变脆，在冻结管的拔管作业过程中还存在断管的风险，断管一旦发生，势必增加拔管作业施工时长，进一步增加土体解冻的风险，不利于施工的进行。因此，已有现有技术采用PVC管作为冻结管，在冻结施工结束后，无需拔除即可继续盾构施工作业，免除了拔管作为带来的施工风险，同时也避免了拔管过程中可能出现的涌沙冒水问题。但PVC管作为冻结管在下放前，常常需要用钻杆提前钻孔，且在钻孔结束后还需要将钻杆拔除，而在钻杆拔除过程中也比较容易会出现涌沙冒水等影响施工顺利进行的问题，尤其是碰到砂性土层时，会严重影响施工的顺利推进。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种在钻杆拔除时可以避免涌沙冒水问题出现的地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置及钻杆拔除工艺。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置，包括密封机构、拔杆机构和驱动机构；所述拔杆机构包括所述支撑部和所述拔杆部；待拔除钻杆内安放有免拔管，所述密封机构固定安装在所述待拔除钻杆的管口处，且将所述免拔管密封在所述待拔除钻杆内；所述拔杆机构的支撑部的第一端抵顶在所述密封机构的外端面上，所述拔杆机构的支撑部的第二端通过所述驱动机构或地面预埋部件支撑固定以使得所述免拔管和所述密封机构的位置保持不变；所述拔杆机构的拔杆部的第一端与待拔除钻杆固定连接，所述拔杆机构的拔杆部的第二端与驱动机构驱动连接，所述驱动机构沿所述待拔除钻杆拔除方向上往复运动，且往复运动的最大距离大于或等于所述待拔除钻杆的单节钻杆长度。本发明的地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置通过设置密封机构可以将待拔除钻杆、免拔管以及二者之间的缝隙中可能会出现的涌沙冒水密封起来，避免了拔管过程中涌沙冒水带来的施工危害；通过设置驱动机构和拔管机构，可高效、快速的将钻杆从钻孔中拔除，提高施工效率。

上述地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置，所述密封机构包括橡胶塞和法兰，所述法兰为两个，所述橡胶塞固定安装在两个所述法兰之间，所述橡胶塞和所述法兰固定安装在一起组成法兰橡胶密封件；所述法兰的直径与所述待拔除钻杆的内径相匹配以使得所述法兰与所述待拔除钻杆内壁间隙配合；所述法兰橡胶密封件固定安装在所述待拔除钻杆的管口处，且与所述待拔除钻杆内壁之间的密封配合；所述法兰橡胶密封件的外端面与所述支撑部的第一端固定连接。本发明的密封机构中的橡胶塞和法兰组合成的法兰橡胶密封件可以将待拔除钻杆、免拔管管口及二者之间的缝隙密封起来，防止钻杆在拔除过程中地层中的沙和水涌出，影响施工的顺利进行。

上述地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置，所述支撑部包括轴承和油压缸，所述拔杆部包括连接头；所述密封机构通过所述轴承与所述油压缸一端固定连接，且所述密封机构的外端面与所述油压缸的轴线垂直；所述油压缸包括油压伸缩杆和具有所述油压腔的缸体，所述进油口开设在远离所述油压伸缩杆自由端的所述缸体上；所述连接头的第一端与所述待拔除钻杆可拆卸连接，所述连接头的第二端与所述驱动机构固定连接；所述油压缸第二端通过固定安装在所述驱动机构上的所述连接头支撑固定；所述油压缸的外径小于所述待拔除钻杆的内径；所述油压缸可伸缩的最大长度大于或等于所述待拔除钻杆的单节钻杆长度；所述轴承、所述油压缸、所述待拔除钻杆和所述密封机构在水平方向上同轴设置。本发明的拔杆机构通过设置轴承、油压缸和连接头，可以保证在钻杆拔除过程中，油压缸不会带动密封机构转动，确保了钻杆拔除过程中密封机构的密封性，同时，在钻杆拔除过程中，油压伸缩杆对密封机构的抵顶作用，可以保证免拔管不会随钻杆被拔出；将油压伸缩杆的最大伸缩长度设置为大于或等于待拔除钻杆的单节钻杆长度，以保证单节钻杆在拔除前，油压伸缩杆可以一直抵顶在密封机构上，确保免拔管不被拔出以及密封机构的密封性。

上述地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置，所述支撑部包括支撑杆和挡板，所述拔杆部包括第一固定器、第二固定器和钢丝绳；所述支撑杆的第一端垂直抵顶在所述密封机构的外端面上，所述支撑杆的第二端垂直抵顶在所述挡板上，所述挡板固定安装在所述驱动机构的底座上，所述支撑杆的直径小于所述待拔除钻杆的内径，且所述支撑杆的长度大于或等于所述待拔除钻杆的单节钻杆长度；所述第一固定器固定在所述待拔除钻杆上，所述第二固定器固定在所述驱动机构上，所述第一固定器和所述第二固定器通过所述钢丝绳连接；所述支撑杆、所述待拔除钻杆和所述密封机构在水平方向上同轴设置。本发明的拔杆机构的支撑部还可以是支撑杆和挡板、拔杆部还可以是第一固定器、第二固定器和钢丝绳，通过支撑杆和挡板的支撑作用，确保密封机构的密封性以及免拔管的固定性，通过固定器将驱动机构与待拔除钻杆连接起来，以实现快速拔除钻杆的技术效果。

上述地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置，所述驱动机构包括动力头、底座和油泵；所述动力头固定安装在所述底座上，所述动力头可在所述底座上沿所述待拔除钻杆拔除方向往复运动，且往复运动的最大距离大于或等于所述待拔除钻杆的单节钻杆长度；所述油泵与所述动力头通过管路连接；所述拔杆部和所述支撑部均与所述动力头固定连接，或者所述拔杆部与所述动力头固定连接且所述支撑部与所述底座固定连接。本发明将驱动机构往复运动的最大距离设置为大于或等于所述待拔除钻杆的单节钻杆长度，以保证待拔除钻杆的单节钻杆可以被完全拔除。

上述地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置，所述密封机构包括橡胶塞和法兰，所述法兰为两个，所述橡胶塞固定安装在两个所述法兰之间，所述橡胶塞和所述法兰固定安装在一起组成法兰橡胶密封件；所述法兰的直径与所述待拔除钻杆的内径相匹配以使得所述法兰与所述待拔除钻杆内壁间隙配合；所述法兰橡胶密封件固定安装在所述待拔除钻杆的管口处，且与所述待拔除钻杆内壁之间的密封配合；所述法兰橡胶密封件的外端面通过所述轴承与所述拔杆机构的所述油压缸活动连接；

所述驱动机构包括动力头、底座和油泵；所述动力头固定安装在所述底座上，所述动力头可在所述底座上沿所述待拔除钻杆拔除方向往复运动，且往复运动的最大距离大于或等于所述待拔除钻杆的单节钻杆长度；所述油泵与所述动力头通过管路连接；所述拔杆机构的所述连接头与所述动力头固定连接。

上述地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置，所述密封机构包括橡胶塞和法兰，所述法兰为两个，所述橡胶塞固定安装在两个所述法兰之间，所述橡胶塞和所述法兰固定安装在一起组成法兰橡胶密封件；所述法兰的直径与所述待拔除钻杆的内径相匹配以使得所述法兰与所述待拔除钻杆内壁间隙配合；所述法兰橡胶密封件固定安装在所述待拔除钻杆的管口处，且与所述待拔除钻杆内壁之间的密封配合；所述法兰橡胶密封件的外端面与所述拔杆机构的所述支撑杆垂直连接；

所述驱动机构包括动力头和底座；所述动力头固定安装在所述底座上，所述动力头可在所述底座上沿所述待拔除钻杆拔除方向往复运动，且往复运动的最大距离大于或等于所述待拔除钻杆的单节钻杆长度；所述拔杆机构的所述第二固定器与所述动力头固定连接；所述挡板固定安装在所述底座的第一端上。

上述地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置，还包括安装在所述待拔除钻杆出口处的压紧机构，所述压紧机构包括第一压紧部(其本质上是一个管，一端上安装有法兰)、第二压紧部(其本质上是一个管，两端均有法兰)、盘根和挡环，所述第一压紧部的第一端自所述第二压紧部的第二端伸入到所述第二压紧部内，所述挡环固定安装在所述第二压紧部第一端的内壁上，所述盘根位于所述挡环与所述第一压紧部第一端端面之间；紧固螺栓的一端依次穿过所述第一压紧部上的安装孔和所述第二压紧部上的安装孔，所述第一压紧部背离所述第二压紧部一侧的所述紧固螺栓上安装有紧固螺母；所述待拔除钻杆自钻孔向外伸出后依次穿过所述挡环、所述盘根和所述第一压紧部；所述待拔除钻杆与所述压紧机构密封配合。当最后一节待拔除钻杆拔过盘根的时候，调节紧固螺母，利用第二压紧部挤压盘根，使得盘根与免拔管之间因待拔除钻杆被拔除产生的缝隙再次迅速形成密封，这样可以防止钻杆拔出瞬间至临时封盖安装到位这个时间段从密封机构与压紧机构之间的环向缝隙向外涌水涌沙。

上述地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置，还包括孔口管、球阀和压紧机构，所述孔口管固定安装在钻孔孔口处，所述球阀的第一端与所述孔口管固定连接导通，所述球阀的第二端与所述压紧机构固定连接导通；所述压紧机构包括第一压紧部、第二压紧部、盘根、挡环和临时封盖，所述第一压紧部的第一端自所述第二压紧部的第二端伸入到所述第二压紧部内，所述压紧机构通过所述第二压紧部第一端与所述球阀的第二端固定连接导通，所述挡环固定安装在所述第二压紧部第一端的内壁上，所述盘根位于所述挡环与所述第一压紧部第一端端面之间，所述临时封盖安装在所述第一压紧部的第二端上；紧固螺栓的一端依次穿过所述临时封盖上的安装孔、所述第一压紧部上的安装孔和所述第二压紧部上的安装孔，所述临时封盖与所述第一压紧部之间的所述紧固螺栓上以及所述临时封盖背离所述第一压紧部一侧的所述紧固螺栓上分别安装有紧固螺母；所述待拔除钻杆自钻孔向外伸出后依次穿过所述孔口管、所述球阀、所述挡环、所述盘根和所述第一压紧部；所述待拔除钻杆与所述压紧机构密封配合。

地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除工艺，包括如下步骤：

步骤A：钻孔钻进结束；

步骤B：伸入卸丝杆并通过卡槽相对固定，旋转所述卸丝杆，将钻头部分与待拔除钻杆之间拧开，使螺纹连接断开；

步骤C：将免拔管***钻杆内空腔中，并伸入钻孔底部；

步骤D：使用上述述地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置将待拔除钻杆从钻孔中拔除；

步骤E：最后一节所述待拔除钻杆拔除之后，立即安装临时封盖；

步骤F：注浆封闭孔口管与免拔管之间的缝隙，待凝固后拆除临时封盖。本发明在拔除钻杆时，先安装下放免拔管，再拔除钻杆，避免了因钻杆拔除引发的涌沙冒水而影响免拔管的下放，确保免拔管下放的准确度以及降低免拔管下放难度；本发明在钻杆拔除后，通过注浆的方式将孔口管与免拔管之间的缝隙封堵，避免在后续施工过程中出现涌沙冒水现象。

本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

(1)本发明的地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置通过设置密封机构可以将待拔除钻杆、免拔管以及二者之间的缝隙中可能会出现的涌沙冒水密封起来，避免了涌沙冒水带来的施工危害；通过设置驱动机构和拔管机构，可高效、快速的将钻杆从钻孔中拔除，提高施工效率。

(2)本发明的密封机构中的橡胶塞和法兰组合成的法兰橡胶密封件可以将待拔除钻杆、免拔管管口及二者之间的缝隙密封起来，防止钻杆在拔除过程中地层中的沙和水涌出，影响施工的顺利进行。

(3)本发明的拔杆机构通过设置轴承、油压缸和连接头，可以保证在钻杆拔除过程中，油压缸不会带动密封机构转动，确保了钻杆拔除过程中密封机构的密封性，同时，在钻杆拔除过程中，油压伸缩杆对密封机构的抵顶作用，可以保证免拔管不会随钻杆被拔出；将油压伸缩杆的最大伸缩长度设置为大于或等于待拔除钻杆的单节钻杆长度，以保证单节钻杆在拔除前，油压伸缩杆可以一直抵顶在密封机构上，确保免拔管不被拔出以及密封机构的密封性。

(4)本发明的拔杆机构的支撑部还可以是支撑杆和挡板，拔杆部还可以是第一固定器、第二固定器和钢丝绳，通过支撑杆和挡板的支撑作用，确保密封机构的密封性以及免拔管的固定性，通过固定器将驱动机构与待拔除钻杆连接起来，以实现快速拔除钻杆的技术效果。

(5)本发明将驱动机构往复运动的最大距离设置为大于或等于所述待拔除钻杆的单节钻杆长度，以保证待拔除钻杆的单节钻杆可以被完全拔除。

(6)本发明在拔除钻杆时，先安装下放免拔管，再拔除钻杆，避免了因钻杆拔除引发的涌沙冒水而影响免拔管的下放，确保免拔管下放的准确度以及降低免拔管下放难度；本发明在钻杆拔除后，通过注浆的方式将孔口管与免拔管之间的缝隙封堵，避免在后续施工过程中出现涌沙冒水现象。

(7)本发明通过设置压紧机构，当最后一节待拔除钻杆拔过盘根的时候，调节紧固螺母，利用第二压紧部挤压盘根，使得盘根与免拔管之间因待拔除钻杆被拔除产生的缝隙再次迅速形成密封，这样可以防止钻杆拔出瞬间至临时封盖安装到位这个时间段从密封机构与压紧机构之间的环向缝隙向外涌水涌沙。

附图说明

图1本发明地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除工艺中钻孔钻进结构示意图；

图2本发明地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除工艺中钻头与钻杆分离结构示意图；

图3本发明地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除工艺中免拔管的安装结构示意图；

图4本发明地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置的结构示意图；

图5本发明图4A处的放大结构示意图；

图6本发明另一种地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置的结构示意图；

图7本发明地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除工艺中安装临时封盖及注浆封闭的结构示意图。

图中附图标记表示为：1-待拔除钻杆；2-免拔管；3-密封机构；4-油压缸；41-油压伸缩杆；42-缸体；5-连接头；6-动力头；7-油泵；8-底座；9-钻头；10-第一固定器；11-支撑杆；12-钢丝绳；13-挡板；14-橡胶塞；15-法兰；16-轴承；17-油压腔；18-进油口；19-第二固定器；20-螺纹连接；21-卡槽；22-卸丝杆；23-临时封盖；24-注浆口；25-孔口管；26-球阀；27-盘根；28-第一压紧部；29-第二压紧部；30-紧固螺栓；31-挡环；32-紧固螺母。

具体实施方式

实施例1

地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置，如图4和图5所示，包括密封机构3、拔杆机构和驱动机构；

密封机构3包括橡胶塞14和法兰15，法兰15为两个，橡胶塞14固定安装在两个法兰15之间，橡胶塞14和法兰15固定安装在一起组成法兰橡胶密封件；法兰15的直径与待拔除钻杆1的内径相匹配以使得所述法兰15与待拔除钻杆1内壁间隙配合；法兰橡胶密封件固定安装在待拔除钻杆1的管口处，且与待拔除钻杆1内壁之间的密封配合；法兰橡胶密封件的外端面与拔杆机构的油压缸4活动连接；密封机构中的橡胶塞和法兰组合成的法兰橡胶密封件可以将待拔除钻杆、免拔管管口及二者之间的缝隙密封起来，防止钻杆在拔除过程中地层中的沙和水涌出，影响施工的顺利进行。

拔杆机构包括支撑部和拔杆部；支撑部包括轴承16和油压缸4，拔杆部包括连接头5；密封机构3通过轴承16与油压缸4一端固定连接，且密封机构3的外端面与油压缸4的轴线垂直；油压缸4包括油压伸缩杆41和具有油压腔17的缸体42，进油口18开设在远离油压伸缩杆41自由端的缸体42上；连接头5的第一端与待拔除钻杆1可拆卸连接，连接头5的第二端与驱动机构固定连接；油压缸4第二端通过固定安装在驱动机构上的连接头5支撑固定；油压缸4的外径小于待拔除钻杆1的内径；油压缸4可伸缩的最大长度大于或等于待拔除钻杆1的单节钻杆长度；轴承16、油压缸4、待拔除钻杆1和密封机构在水平方向上同轴设置。通过设置轴承、油压缸和连接头，可以保证在钻杆拔除过程中，油压缸不会带动密封机构转动，确保了钻杆拔除过程中密封机构的密封性，同时，在钻杆拔除过程中，油压伸缩杆对密封机构的抵顶作用，可以保证免拔管不会随钻杆被拔出；将油压伸缩杆的最大伸缩长度设置为大于或等于待拔除钻杆的单节钻杆长度，以保证单节钻杆在拔除前，油压伸缩杆可以一直抵顶在密封机构上，确保免拔管不被拔出以及密封机构的密封性。

驱动机构包括动力头6、底座8和油泵7；动力头6固定安装在底座8上，动力头6可在底座8上沿待拔除钻杆1拔除方向往复运动，且往复运动的最大距离大于或等于待拔除钻杆1的单节钻杆长度；油泵7与动力头6通过管路连接；拔杆机构的连接头5与动力头6固定连接，动力头6为钻机动力头。将驱动机构往复运动的最大距离设置为大于或等于待拔除钻杆的单节钻杆长度，以保证待拔除钻杆的单节钻杆可以被完全拔除。

如图7所示，本装置还包括孔口管25、球阀26和压紧机构，孔口管25固定安装在钻孔孔口处，球阀26的第一端与孔口管25固定连接导通，球阀26的第二端与压紧机构固定连接导通；压紧机构包括第一压紧部28、第二压紧部29、盘根27、挡环31和临时封盖23，第一压紧部28的第一端自第二压紧部29的第二端伸入到第二压紧部29内，压紧机构通过第二压紧部29第一端与球阀26的第二端固定连接导通，挡环31固定安装在第二压紧部29第一端的内壁上，盘根27位于挡环31与第一压紧部28第一端端面之间，临时封盖23安装在第一压紧部28的第二端上；紧固螺栓30的一端依次穿过临时封盖23上的安装孔、第一压紧部28上的安装孔和第二压紧部29上的安装孔，临时封盖23与第一压紧部28之间的紧固螺栓30上以及临时封盖23背离第一压紧部28一侧的紧固螺栓30上分别安装有紧固螺母32；待拔除钻杆1自钻孔向外伸出后依次穿过孔口管25、球阀26、挡环31、盘根27和第一压紧部28；待拔除钻杆1与压紧机构密封配合。在本实施例中，第一压紧部28为一端安装有法兰的套管，第二压紧部29为两端均安装有法兰的套管。

工作流程：在钻杆拔除工作开始前，先将密封机构3固定安装在待拔除钻杆1的管口，使待拔除钻杆1与免拔管2之间的缝隙密封封堵，再将轴承16、油压缸4、连接头5及动力头6依次固定连接起来；在钻杆拔除时，先将连接头5与待拔除钻杆1固定连接，打开驱动机构的油泵7，在动力头6及油泵7的作用下通过连接头5带动油压缸4旋转、油压伸缩杆41伸长，同时动力头6缓缓后退，从而带动钻杆从钻孔中拔出；在这个过程中，当油压缸4随同钻机旋转时，前端密封机构3因通过轴承16与油压可伸缩杆41的杆体连接，而不随杆体一起旋转，此时油泵7连接动力头6，通至连接头5，连接头5与油压缸4的进油口18连接，提供恒定的压力，使油压缸4始终给免拔管2提供推力，防止免拔管2在外部待拔除钻杆1拔出时被带出；由于待拔除钻杆1在钻孔时是分节连接上的，一般1-1.5m一节，动力头6拔待拔除钻杆1时，缓缓后退，每拔出一节就卸除一节，当一节钻杆卸除后，动力头6归位，并将其向前顶至连接头5处，将连接头5与下一节待拔除钻杆1再次连接，重复拔出下一节钻杆，直至所有钻杆拔除。当最后一节待拔除钻杆1拔过盘根27的时候，调节第一压紧部28上的紧固螺母32，利用第二压紧部29挤压盘根27，使得盘根27与免拔管2之间因待拔除钻杆1被拔除产生的缝隙再次迅速形成密封，这样可以防止钻杆拔出瞬间至临时封盖23安装到位这个时间段从密封机构3与压紧机构之间的环向缝隙向外涌水涌沙。

本实施例的地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置通过设置密封机构可以将待拔除钻杆、免拔管以及二者之间的缝隙中可能会出现的涌沙冒水密封起来，避免了钻杆拔除过程中涌沙冒水带来的施工危害；通过设置驱动机构和拔管机构，可高效、快速的将钻杆从钻孔中拔除，提高施工效率，通过设置压紧机构可避免待拔除钻杆拔除瞬间，密封机构与压紧机构之间的环向缝隙向外涌水涌沙。

实施例2

地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置，如图6所示，包括密封机构3、拔杆机构和驱动机构；

密封机构3包括橡胶塞14和法兰15，法兰15为两个，橡胶塞14固定安装在两个法兰15之间，橡胶塞14和法兰15固定安装在一起组成法兰橡胶密封件；法兰15的直径与待拔除钻杆1的内径相匹配以使得法兰15与待拔除钻杆1内壁间隙配合；法兰橡胶密封件固定安装在待拔除钻杆1的管口处，且与待拔除钻杆1内壁之间的密封配合；法兰橡胶密封件的外端面与拔杆机构的支撑杆11垂直连接；

拔杆机构包括支撑部和拔杆部；支撑部包括支撑杆11和挡板13，拔杆部包括第一固定器10、第二固定器19和钢丝绳12；支撑杆11的第一端垂直抵顶在密封机构3的外端面上，支撑杆11的第二端垂直抵顶在挡板13上，挡板13固定安装在驱动机构的底座上，支撑杆11的直径小于待拔除钻杆1的内径，且支撑杆11的长度大于待拔除钻杆1的单节钻杆长度；第一固定器10固定在待拔除钻杆1上，第二固定器19固定在驱动机构上，第一固定器10和第二固定器19通过钢丝绳12连接；支撑杆11、待拔除钻杆1和密封机构在水平方向上的同轴设置；

驱动机构包括动力头6和底座8；动力头6固定安装在底座8上，动力头6可在底座8上沿待拔除钻杆1拔除方向往复运动，且往复运动的最大距离大于或等于待拔除钻杆1的单节钻杆长度；拔杆机构的第二固定器19与动力头6固定连接；挡板13固定安装在底座8的第一端上。

如图7所示，本装置还包括孔口管25、球阀26和压紧机构，孔口管25固定安装在钻孔孔口处，球阀26的第一端与孔口管25固定连接导通，球阀26的第二端与压紧机构固定连接导通；压紧机构包括第一压紧部28、第二压紧部29、盘根27、挡环31和临时封盖23，第一压紧部28的第一端自第二压紧部29的第二端伸入到第二压紧部29内，压紧机构通过第二压紧部29第一端与球阀26的第二端固定连接导通，挡环31固定安装在第二压紧部29第一端的内壁上，盘根27位于挡环31与第一压紧部28第一端端面之间，临时封盖23安装在第一压紧部28的第二端上；紧固螺栓30的一端依次穿过临时封盖23上的安装孔、第一压紧部28上的安装孔和第二压紧部29上的安装孔，临时封盖23与第一压紧部28之间的紧固螺栓30上以及临时封盖23背离第一压紧部28一侧的紧固螺栓30上分别安装有紧固螺母32；待拔除钻杆1自钻孔向外伸出后依次穿过孔口管25、球阀26、挡环31、盘根27和第一压紧部28；待拔除钻杆1与压紧机构密封配合。

在本实施例中，拔杆机构的支撑部包括支撑杆和挡板，拔杆部包括第一固定器、第二固定器和钢丝绳，通过支撑杆和挡板的支撑作用，确保密封机构的密封性以及免拔管的固定性，通过固定器将驱动机构与待拔除钻杆连接起来，以实现快速拔除钻杆的技术效果。

实施例3

地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除工艺，包括如下步骤：

步骤A：钻孔钻进结束；所用钻杆每节长度为1.5米，钻杆与钻头9通过螺纹20连接，参见图1；

步骤B：钻孔结束后，伸入卸丝杆22并通过卡槽21相对固定，旋转卸丝杆22，将钻头9与待拔除钻杆1之间拧开，使螺纹20连接断开，参见图2；

步骤C：将免拔管2***钻杆内空腔中，并伸入钻孔底部，参见图3；

步骤D：使用实施例2的地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置将待拔除钻杆1从钻孔中拔除，参见图6；

步骤E：最后一节待拔除钻杆1拔除之后，立即安装临时封盖23，将临时封盖23安装在第一压紧部28的第二端上；使紧固螺栓30的一端依次穿过临时封盖23上的安装孔、第一压紧部28上的安装孔和第二压紧部29上的安装孔，具体参见图7；

步骤F：注浆封闭孔口管25与免拔管2之间的缝隙，待凝固后拆除临时封盖23，参见图7。

在步骤D中，具体的操作步骤为：在钻杆拔除工作开始前，先将密封机构3固定安装在待拔除钻杆管口，使待拔除钻杆1的内壁与免拔管2之间的缝隙被密封；将挡板13固定安装在底座8上，并将支撑杆11的一端抵顶在密封机构3的外端面上，另一端抵顶在挡板13上；在钻杆拔除开始时，先将第一固定器10固定安装在待拔除钻杆1上，将第二固定器19固定安装在动力头6上，然后用钢丝绳12将第一固定器10和第二固定器19连接起来；开启动力头6，在其驱动作用下通过钢丝绳12作用于待拔除钻杆1上，动力头6缓缓后退，待拔除钻杆1被缓缓拔出，当动力头6后退1.5米时，一节钻杆被完全拔除，卸除拔除的钻杆，动力头6归位，再次将第一固定器10与下一节待拔除钻杆1连接，重复拔出下一节钻杆，直至所有钻杆被拔除。在这个过程中，支撑杆在挡板的作用下，始终给免拔管2提供推力，可以防止免拔管2在外部待拔除钻杆1拔出时被带出，同时保持密封机构3具有良好的密封性，避免涌沙冒水现象的发生。当最后一节待拔除钻杆1拔过盘根27的时候，调节第一压紧部28上的紧固螺母32，利用第二压紧部29挤压盘根27，使得盘根27与免拔管2之间因待拔除钻杆1被拔除产生的缝隙再次迅速形成密封，这样可以防止钻杆拔出瞬间至临时封盖23安装到位这个时间段从密封机构3与压紧机构之间的环向缝隙向外涌水涌沙。

在步骤F中，通过注浆的方式将孔口管25与免拔管2之间的缝隙封堵，避免在后续施工过程中出现涌沙冒水现象。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。

Claims (11)

1.地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置，其特征在于，包括密封机构（3）、拔杆机构和驱动机构；所述拔杆机构包括支撑部和拔杆部；待拔除钻杆（1）内安放有免拔管（2），所述密封机构（3）固定安装在所述待拔除钻杆（1）的管口处，且将所述免拔管（2）密封在所述待拔除钻杆（1）内；所述拔杆机构的支撑部的第一端抵顶在所述密封机构（3）的外端面上，所述拔杆机构的支撑部的第二端通过所述驱动机构或地面预埋部件支撑固定以使得所述免拔管（2）和所述密封机构（3）的位置保持不变；所述拔杆机构的拔杆部的第一端与待拔除钻杆（1）固定连接，所述拔杆机构的拔杆部的第二端与驱动机构驱动连接，所述驱动机构沿所述待拔除钻杆（1）拔除方向上往复运动，且往复运动的最大距离大于或等于所述待拔除钻杆（1）的单节钻杆长度；

所述支撑部包括轴承（16）和油压缸（4），所述拔杆部包括连接头（5）；所述密封机构（3）通过所述轴承（16）与所述油压缸（4）一端固定连接，且所述密封机构（3）的外端面与所述油压缸（4）的轴线垂直；所述油压缸（4）包括油压伸缩杆（41）和具有油压腔（17）的缸体（42），进油口（18）开设在远离所述油压伸缩杆（41）自由端的所述缸体（42）上；所述连接头（5）的第一端与所述待拔除钻杆（1）可拆卸连接，所述连接头（5）的第二端与所述驱动机构固定连接；所述油压缸（4）第二端通过固定安装在所述驱动机构上的所述连接头（5）支撑固定；所述油压缸（4）的外径小于所述待拔除钻杆（1）的内径；所述油压缸（4）可伸缩的最大长度大于或等于所述待拔除钻杆（1）的单节钻杆长度；所述轴承（16）、所述油压缸（4）、所述待拔除钻杆（1）和所述密封机构在水平方向上同轴设置。

2.根据权利要求1所述的地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置，其特征在于，所述密封机构（3）包括橡胶塞（14）和法兰（15），所述法兰（15）为两个，所述橡胶塞（14）固定安装在两个所述法兰（15）之间，所述橡胶塞（14）和所述法兰（15）固定安装在一起组成法兰橡胶密封件；所述法兰（15）的直径与所述待拔除钻杆（1）的内径相匹配以使得所述法兰（15）与所述待拔除钻杆（1）内壁间隙配合；所述法兰橡胶密封件固定安装在所述待拔除钻杆（1）的管口处，且与所述待拔除钻杆（1）内壁之间的密封配合；所述法兰橡胶密封件的外端面与所述支撑部的第一端固定连接。

3.根据权利要求1所述的地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置，其特征在于，所述驱动机构包括动力头（6）、底座（8）和油泵（7）；所述动力头（6）固定安装在所述底座（8）上，所述动力头（6）可在所述底座（8）上沿所述待拔除钻杆（1）拔除方向往复运动，且往复运动的最大距离大于或等于所述待拔除钻杆（1）的单节钻杆长度；所述油泵（7）与所述动力头（6）通过管路连接；所述拔杆部和所述支撑部均与所述动力头（6）固定连接，或者所述拔杆部与所述动力头（6）固定连接且所述支撑部与所述底座（8）固定连接。

4.根据权利要求1所述的地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置，其特征在于，还包括安装在所述待拔除钻杆（1）出口处的压紧机构，所述压紧机构包括第一压紧部（28）、第二压紧部（29）、盘根（27）和挡环（31），所述第一压紧部（28）的第一端自所述第二压紧部（29）的第二端伸入到所述第二压紧部（29）内，所述挡环（31）固定安装在所述第二压紧部（29）第一端的内壁上，所述盘根（27）位于所述挡环（31）与所述第一压紧部（28）第一端端面之间；紧固螺栓（30）的一端依次穿过所述第一压紧部（28）上的安装孔和所述第二压紧部（29）上的安装孔，所述第一压紧部（28）背离所述第二压紧部（29）一侧的所述紧固螺栓（30）上安装有紧固螺母（32）；所述待拔除钻杆（1）自钻孔向外伸出后依次穿过所述挡环（31）、所述盘根（27）和所述第一压紧部（28）；所述待拔除钻杆（1）与所述压紧机构密封配合。

5.根据权利要求1所述的地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置，其特征在于，还包括孔口管（25）、球阀（26）和压紧机构，所述孔口管（25）固定安装在钻孔孔口处，所述球阀（26）的第一端与所述孔口管（25）固定连接导通，所述球阀（26）的第二端与所述压紧机构固定连接导通；所述压紧机构包括第一压紧部（28）、第二压紧部（29）、盘根（27）、挡环（31）和临时封盖（23），所述第一压紧部（28）的第一端自所述第二压紧部（29）的第二端伸入到所述第二压紧部（29）内，所述压紧机构通过所述第二压紧部（29）第一端与所述球阀（26）的第二端固定连接导通，所述挡环（31）固定安装在所述第二压紧部（29）第一端的内壁上，所述盘根（27）位于所述挡环（31）与所述第一压紧部（28）第一端端面之间，所述临时封盖（23）安装在所述第一压紧部（28）的第二端上；紧固螺栓（30）的一端依次穿过所述临时封盖（23）上的安装孔、所述第一压紧部（28）上的安装孔和所述第二压紧部（29）上的安装孔，所述临时封盖（23）与所述第一压紧部（28）之间的所述紧固螺栓（30）上以及所述临时封盖（23）背离所述第一压紧部（28）一侧的所述紧固螺栓（30）上分别安装有紧固螺母（32）；所述待拔除钻杆（1）自钻孔向外伸出后依次穿过所述孔口管（25）、所述球阀（26）、所述挡环（31）、所述盘根（27）和所述第一压紧部（28）；所述待拔除钻杆（1）与所述压紧机构密封配合。

6.地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置，其特征在于，包括密封机构（3）、拔杆机构和驱动机构；所述拔杆机构包括支撑部和拔杆部；待拔除钻杆（1）内安放有免拔管（2），所述密封机构（3）固定安装在所述待拔除钻杆（1）的管口处，且将所述免拔管（2）密封在所述待拔除钻杆（1）内；所述拔杆机构的支撑部的第一端抵顶在所述密封机构（3）的外端面上，所述拔杆机构的支撑部的第二端通过所述驱动机构或地面预埋部件支撑固定以使得所述免拔管（2）和所述密封机构（3）的位置保持不变；所述拔杆机构的拔杆部的第一端与待拔除钻杆（1）固定连接，所述拔杆机构的拔杆部的第二端与驱动机构驱动连接，所述驱动机构沿所述待拔除钻杆（1）拔除方向上往复运动，且往复运动的最大距离大于或等于所述待拔除钻杆（1）的单节钻杆长度；

所述支撑部包括支撑杆（11）和挡板（13），所述拔杆部包括第一固定器（10）、第二固定器（19）和钢丝绳（12）；所述支撑杆（11）的第一端垂直抵顶在所述密封机构（3）的外端面上，所述支撑杆（11）的第二端垂直抵顶在所述挡板（13）上，所述挡板（13）固定安装在所述驱动机构的底座上，所述支撑杆（11）的直径小于所述待拔除钻杆（1）的内径，且所述支撑杆（11）的长度大于或等于所述待拔除钻杆（1）的单节钻杆长度；所述第一固定器（10）固定在所述待拔除钻杆（1）上，所述第二固定器（19）固定在所述驱动机构上，所述第一固定器（10）和所述第二固定器（19）通过所述钢丝绳（12）连接；所述支撑杆（11）、所述待拔除钻杆（1）和所述密封机构在水平方向上同轴设置。

7.根据权利要求6所述的地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置，其特征在于，所述密封机构（3）包括橡胶塞（14）和法兰（15），所述法兰（15）为两个，所述橡胶塞（14）固定安装在两个所述法兰（15）之间，所述橡胶塞（14）和所述法兰（15）固定安装在一起组成法兰橡胶密封件；所述法兰（15）的直径与所述待拔除钻杆（1）的内径相匹配以使得所述法兰（15）与所述待拔除钻杆（1）内壁间隙配合；所述法兰橡胶密封件固定安装在所述待拔除钻杆（1）的管口处，且与所述待拔除钻杆（1）内壁之间的密封配合；所述法兰橡胶密封件的外端面与所述支撑部的第一端固定连接。

8.根据权利要求6所述的地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置，其特征在于，所述驱动机构包括动力头（6）、底座（8）和油泵（7）；所述动力头（6）固定安装在所述底座（8）上，所述动力头（6）可在所述底座（8）上沿所述待拔除钻杆（1）拔除方向往复运动，且往复运动的最大距离大于或等于所述待拔除钻杆（1）的单节钻杆长度；所述油泵（7）与所述动力头（6）通过管路连接；所述拔杆部和所述支撑部均与所述动力头（6）固定连接，或者所述拔杆部与所述动力头（6）固定连接且所述支撑部与所述底座（8）固定连接。

9.根据权利要求6所述的地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置，其特征在于，还包括安装在所述待拔除钻杆（1）出口处的压紧机构，所述压紧机构包括第一压紧部（28）、第二压紧部（29）、盘根（27）和挡环（31），所述第一压紧部（28）的第一端自所述第二压紧部（29）的第二端伸入到所述第二压紧部（29）内，所述挡环（31）固定安装在所述第二压紧部（29）第一端的内壁上，所述盘根（27）位于所述挡环（31）与所述第一压紧部（28）第一端端面之间；紧固螺栓（30）的一端依次穿过所述第一压紧部（28）上的安装孔和所述第二压紧部（29）上的安装孔，所述第一压紧部（28）背离所述第二压紧部（29）一侧的所述紧固螺栓（30）上安装有紧固螺母（32）；所述待拔除钻杆（1）自钻孔向外伸出后依次穿过所述挡环（31）、所述盘根（27）和所述第一压紧部（28）；所述待拔除钻杆（1）与所述压紧机构密封配合。

10.根据权利要求6所述的地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置，其特征在于，还包括孔口管（25）、球阀（26）和压紧机构，所述孔口管（25）固定安装在钻孔孔口处，所述球阀（26）的第一端与所述孔口管（25）固定连接导通，所述球阀（26）的第二端与所述压紧机构固定连接导通；所述压紧机构包括第一压紧部（28）、第二压紧部（29）、盘根（27）、挡环（31）和临时封盖（23），所述第一压紧部（28）的第一端自所述第二压紧部（29）的第二端伸入到所述第二压紧部（29）内，所述压紧机构通过所述第二压紧部（29）第一端与所述球阀（26）的第二端固定连接导通，所述挡环（31）固定安装在所述第二压紧部（29）第一端的内壁上，所述盘根（27）位于所述挡环（31）与所述第一压紧部（28）第一端端面之间，所述临时封盖（23）安装在所述第一压紧部（28）的第二端上；紧固螺栓（30）的一端依次穿过所述临时封盖（23）上的安装孔、所述第一压紧部（28）上的安装孔和所述第二压紧部（29）上的安装孔，所述临时封盖（23）与所述第一压紧部（28）之间的所述紧固螺栓（30）上以及所述临时封盖（23）背离所述第一压紧部（28）一侧的所述紧固螺栓（30）上分别安装有紧固螺母（32）；所述待拔除钻杆（1）自钻孔向外伸出后依次穿过所述孔口管（25）、所述球阀（26）、所述挡环（31）、所述盘根（27）和所述第一压紧部（28）；所述待拔除钻杆（1）与所述压紧机构密封配合。

11.地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A：钻孔钻进结束；

步骤B：伸入卸丝杆（22）并通过卡槽（21）相对固定，旋转所述卸丝杆（22），将钻头（9）与待拔除钻杆（1）之间拧开，使螺纹（20）连接断开；

步骤C：将免拔管（2）***钻杆内空腔中，并伸入钻孔底部；

步骤D：使用权利要求1-5或6-10任一所述地铁隧道施工防涌沙冒水冻结管钻杆拔除装置将待拔除钻杆（1）从钻孔中拔除；

步骤E：最后一节所述待拔除钻杆（1）拔除之后，立即安装临时封盖（23），以密封封闭钻孔，以防止涌水涌沙；

步骤F：注浆封闭孔口管（25）与免拔管（2）之间的缝隙，待凝固后拆除所述临时封盖（23）。

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