1.本实用新型属于隧洞机械开挖施工技术领域，具体涉及一种小断面拱形结构隧洞水磨钻施工简易装置。
背景技术：
2.水磨钻施工挖孔桩等向下钻进工序施作较好控制，但利用水磨钻水平钻进开挖小段断面拱形结构隧洞工序控制难度大，工效低，掌子面岩石凹凸不平成、钻进坡度不易控制等成为为目前面临的主要问题。掌子面岩石凹凸不平成会导致每次钻进深度不足，增加施工时间，影响施工效率。拱形结构拱轴线范围内钻进钻机定位控制，影响施工进度和结构断面尺寸控制，因此研制出一种简便可周转使用小断面拱形隧洞水磨钻施工简易装置非常有必要。
技术实现要素：
3.为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种小断面拱形结构隧洞水磨钻施工简易装置，解决了目前水磨钻水平钻进施工过程中，掌子面岩石凹凸不平成、钻进坡度不易控制、作业平台搭拆繁琐等问题，达到提高作业效率的同时又确保钻进坡度和结构断面尺寸满足要求。本装置具有加工简单、使用便利、周转利用率高、安全环保的特点。
4.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
5.一种小断面拱形结构隧洞水磨钻施工简易装置，由倒链（1）、后承载齿条导轨（2）、齿条导轨滑动装置（3）、支撑架（4）、
水磨钻机（5）、水平推进齿条导轨（6）、前承载齿条导轨（7）组成：
6.所述的前承载齿条导轨（7）为一根齿条导轨，两端分别垂直焊接一根钢筋；
7.所述的后承载齿条导轨（2）为一根齿条导轨，一端焊接一块大于齿条导轨截面的钢板底座，另一端加工一个螺旋顶杆，并在顶部两侧对称焊接两个吊钩；
8.所述的水平推进齿条导轨（6）为一根齿条导轨；
9.所述的前承载齿条导轨（7）、后承载齿条导轨（2）、水平推进齿条导轨（6）上各啮合安装一齿条导轨滑动装置（3）；
10.所述的支撑架（4）为钢管焊接成拱形结构，与水平推进齿条导轨（6）焊接成一个四边形框架, 水平推进齿条导轨（6）上的齿条导轨滑动装置（3）外侧上固定水磨钻机（5），水平推进齿条导轨（6）的对边钢管为延长伸出钢管，以上组成组合部件a；
11.所述的前承载齿条导轨（7）端头钢筋插入掌子面的孔内，两组合部件a对称分布在前承载齿条导轨（7）两侧，其延长伸出钢管一端插入前承载齿条导轨（7）上的齿条导轨滑动装置（3）内，另一端插入后承载齿条导轨（2）上的齿条导轨滑动装置（3）内；后承载齿条导轨（2）上对称的两个吊钩通过倒链（1）连接两组合部件a的水平推进齿条导轨（6）尾部。
12.所述的前承载齿条导轨（7）为1根边长为50mm的齿条导轨，长度小于通道高度300
～500mm。
13.所述的后承载齿条导轨（2）为1根边长为50mm的齿条导轨，长度小于通道高度200～300mm。
14.所述的螺旋顶杆一个长度不小于500mm。
15.所述的水平推进齿条导轨（6）为1根边长为50mm的齿条导轨，长度比水磨钻机大500mm。
16.所述的支撑架（4）为根据拱形结构断面结合水磨钻钻机（含电机）尺寸采用φ48钢管加工而成，与水平推进齿条导轨（6）焊接成一个四边形框架,四边形的小角端靠掌子面，齿条导轨侧靠拱形轮廓侧，四边形框架的水平推进齿条导轨（6）边端头比前承载齿条导轨（7）距离掌子面距离小200mm，水磨钻钻筒外张角度3～5
°
。
17.所述的前承载齿条导轨（7）两端分别垂直焊接两根长200mmφ22钢筋，底部钢筋垂直焊接在齿条导轨端头，顶部钢筋与水平方向外张3～5
°
。
18.本实用新型的有益效果是：
19.本实用新型解决了目前水磨钻水平钻进施工过程中，掌子面岩石凹凸不平成、钻进坡度不易控制、作业平台搭拆繁琐等问题，加工简单、使用便利、周转利用率高、安全环保，运用此装置后每循环钻进深度增加100～200mm，隧洞坡度和断面结构尺寸得到了较好的控制，达到提高作业效率的同时又确保钻进坡度和结构断面尺寸满足要求。可广泛应用在小断面拱形结构隧洞水磨钻施工中。
附图说明
20.图1为本实用新型结构示意正视图；
21.图2为本实用新型的i
?
i断面图；
22.图3为本实用新型的ii
?
ii断面图；
23.其中，1为倒链；2为后承载齿条导轨；3为齿条导轨滑动装置；4为支撑架装置；5为水磨钻机装置；6为水平推进齿条导轨装置；7为前承载齿条导轨装置。
具体实施方式
24.以下结合附图对本实用新型进一步叙述。
25.如图1所示，一种小断面拱形结构隧洞水磨钻施工简易装置，由倒链（1）、后承载齿条导轨（2）、齿条导轨滑动装置（3）、支撑架（4）、水磨钻机（5）、水平推进齿条导轨（6）、前承载齿条导轨（7）组成：
26.所述的前承载齿条导轨（7）为一根齿条导轨，两端分别垂直焊接一根钢筋；
27.所述的后承载齿条导轨（2）为一根齿条导轨，一端焊接一块大于齿条导轨截面的钢板底座，另一端加工一个螺旋顶杆，并在顶部两侧对称焊接两个吊钩；
28.所述的水平推进齿条导轨（6）为一根齿条导轨；
29.所述的前承载齿条导轨（7）、后承载齿条导轨（2）、水平推进齿条导轨（6）上各安装一齿条导轨滑动装置（3）；
30.所述的支撑架（4）为钢管焊接成拱形结构，与水平推进齿条导轨（6）焊接成一个四边形框架, 水平推进齿条导轨（6）上的齿条导轨滑动装置（3）外侧上固定水磨钻机（5），水
平推进齿条导轨（6）的对边钢管为延长伸出钢管，以上组成组合部件a；
31.所述的前承载齿条导轨（7）端头钢筋插入掌子面的孔内，两组合部件a对称分布在前承载齿条导轨（7）两侧，其延长伸出钢管一端插入前承载齿条导轨（7）上的齿条导轨滑动装置（3）内，另一端插入后承载齿条导轨（2）上的齿条导轨滑动装置（3）内；后承载齿条导轨（2）上对称的两个吊钩通过倒链（1）连接两组合部件a的水平推进齿条导轨（6）尾部。
32.所述的前承载齿条导轨（7）为1根边长为50mm的齿条导轨，长度小于通道高度300～500mm。
33.所述的后承载齿条导轨（2）为1根边长为50mm的齿条导轨，长度小于通道高度200～300mm，后承载齿条导轨（2）为水磨钻机（5）向前钻进提供支反力，为倒链（1）和支撑架（4）提供竖向支撑力。
34.所述的螺旋顶杆一个长度不小于500mm。
35.所述的水平推进齿条导轨（6）为1根边长为50mm的齿条导轨，长度比水磨钻机大500mm。
36.所述的支撑架（4）为根据拱形结构断面结合水磨钻钻机（含电机）尺寸采用φ48钢管加工而成，与水平推进齿条导轨（6）焊接成一个四边形框架, 四边形的小角端靠掌子面，齿条导轨侧靠拱形轮廓侧，其作用是支撑水磨钻机，使其绕一固定轴以拱形结构中心为圆心任意角度旋转。四边形框架的水平推进齿条导轨边端头比前承载齿条导轨距离掌子面距离小200mm，有效增加了每循环的钻进长度。水平推进齿条导轨外张3～5
°
，方便下一循环钻进，而且确保了钻机与岩壁之间的距离和结构断面尺寸。
37.所述的前承载齿条导轨（7）两端分别垂直焊接两根长200mmφ22钢筋，底部钢筋垂直焊接在齿条导轨端头，顶部钢筋与水平方向外张3～5
°
，前承载齿条导轨（7）、后承载齿条导轨（2）及倒链（1）共同作用确保了水磨钻（5）向前钻进的角度及钻孔轨迹，为支撑架（4）提供竖向支撑力。
38.如图2、图3所示，工作面整平之后在掌子面打两个孔，安装固定前承载齿条导轨，将端头钢筋插入孔眼，钢筋外张端向上；接着安装两个支撑架与水平推进齿条导轨框架结构，将水平推进齿条导轨对边钢管一端插入在前承载齿条导轨滑动装置结构的设置圆孔内；然后安装后承载齿条导轨，并拧紧顶部的螺旋顶杆固定；最后把两个倒链挂在后承载齿条导轨的吊钩上，倒链吊钩分别挂在两个支撑架水平推进齿条导轨的尾端。施工阶段一是利用2个倒链拉着支撑架和水平导轨体系以拱形结构中心为圆心任意角度旋转确定拱轴线范围内取芯点的位置，二是利用承载齿条导轨上的滑动装置上下移动确定拱形结构两侧壁处的取芯点位置，一个钻进循环结束后，需拆卸设备，出渣完成再次拼装，进入下一循环作业。
39.本装置的使用后每循环钻进深度增加100～200mm，隧洞坡度和断面结构尺寸得到了较好的控制，达到提高作业效率的同时又确保钻进坡度和结构断面尺寸满足要求。
40.本实用新型的工作原理是：
41.首先按图2、图3中的规格加工本简易装置的各个配件，然后组装本装置。工作面整平之后在掌子面打两个孔，安装固定前承载齿条导轨；接着安装两个支撑架与水平推进齿条导轨框架结构，将水平推进齿条导轨对边钢管一端插入在前承载齿条导轨滑动装置结构设置的圆孔内；然后安装后承载齿条导轨，并拧紧顶部的螺旋顶杆固定；最后把两个倒链挂
在后承载齿条导轨的吊钩上，倒链吊钩分别挂在两个支撑架水平推进齿条导轨的尾端。
42.施工阶段：一、装置以齿条导轨滑动装置为中心通过倒链调节水磨钻机位置，使取芯位置均匀布置在开挖轮廓线上。隧洞开挖取芯时，装置分两部分进行；开挖断面直线段时，装置支撑架（4）调整至水平，齿条导轨滑动装置（3）的旋转功能锁定，两侧水磨钻机（5）通过齿条导轨滑动装置（3）在前承载齿条导轨（2）及后承载齿条导轨（7）上同步滑动至指定位置，水磨钻机（5）到位后锁定齿条导轨滑动装置（3）的移动功能，水平推进齿条导轨（6）固定水磨钻机（5）钻进方向，启动钻机完成边墙取芯；开挖拱形范围内时，将齿条导轨滑动装置（3）固定在隧洞弧形中心点处并锁定上下移动功能，打开其旋转功能，通过倒链（1）调节水磨钻位置钻芯位置，水平推进齿条导轨（6）固定水磨钻机（5）钻进方向，启动钻机完成拱部取芯。二、钻进过程中后承载齿条导轨为水磨钻机向前钻进提供支反力，为倒链和支撑架提供竖向支撑力；前承载齿条导轨、后承载齿条导轨及倒链共同作用确保了水磨钻向前钻进的角度及钻孔轨迹，为支撑架提供竖向支撑力。一个钻进循环结束后，需拆卸本装置，出渣完成再次拼装，进入下一循环作业。技术特征：
1.一种小断面拱形结构隧洞水磨钻施工简易装置，由倒链（1）、后承载齿条导轨（2）、齿条导轨滑动装置（3）、支撑架（4）、水磨钻机（5）、水平推进齿条导轨（6）、前承载齿条导轨（7）组成，其特征在于：所述的前承载齿条导轨（7）为一根齿条导轨，两端分别垂直焊接一根钢筋；所述的后承载齿条导轨（2）为一根齿条导轨，一端焊接一块大于齿条导轨截面的钢板底座，另一端加工一个螺旋顶杆，并在顶部两侧对称焊接两个吊钩；所述的水平推进齿条导轨（6）为一根齿条导轨；所述的前承载齿条导轨（7）、后承载齿条导轨（2）、水平推进齿条导轨（6）上各啮合安装一齿条导轨滑动装置（3）；所述的支撑架（4）为钢管焊接成拱形结构，与水平推进齿条导轨（6）焊接成一个四边形框架, 水平推进齿条导轨（6）上的齿条导轨滑动装置（3）外侧上固定水磨钻机（5），水平推进齿条导轨（6）的对边钢管为延长伸出钢管，以上组成组合部件a；所述的前承载齿条导轨（7）端头钢筋插入掌子面的孔内，两组合部件a对称分布在前承载齿条导轨（7）两侧，其延长伸出钢管一端插入前承载齿条导轨（7）上的齿条导轨滑动装置（3）内，另一端插入后承载齿条导轨（2）上的齿条导轨滑动装置（3）内；后承载齿条导轨（2）上对称的两个吊钩通过倒链（1）连接两组合部件a的水平推进齿条导轨（6）尾部。2.根据权利要求1所述的一种小断面拱形结构隧洞水磨钻施工简易装置，其特征在于，所述的前承载齿条导轨（7）为1根边长为50mm的齿条导轨，长度小于通道高度300～500mm。3.根据权利要求1所述的一种小断面拱形结构隧洞水磨钻施工简易装置，其特征在于，所述的后承载齿条导轨（2）为1根边长为50mm的齿条导轨，长度小于通道高度200～300mm。4.根据权利要求3所述的一种小断面拱形结构隧洞水磨钻施工简易装置，其特征在于，所述的螺旋顶杆一个长度不小于500mm。5.根据权利要求1所述的一种小断面拱形结构隧洞水磨钻施工简易装置，其特征在于，所述的水平推进齿条导轨（6）为1根边长为50mm的齿条导轨，长度比水磨钻机大500mm。6.根据权利要求1所述的一种小断面拱形结构隧洞水磨钻施工简易装置，其特征在于，所述的支撑架（4）为根据拱形结构断面结合水磨钻钻机尺寸采用φ48钢管加工而成，与水平推进齿条导轨（6）焊接成一个四边形框架,四边形的小角端靠掌子面，齿条导轨侧靠拱形轮廓侧，四边形框架的水平推进齿条导轨（6）边端头比前承载齿条导轨（7）距离掌子面距离小200mm，水磨钻钻筒外张角度3～5
°
，水磨钻钻机含电机。7.根据权利要求1所述的一种小断面拱形结构隧洞水磨钻施工简易装置，其特征在于，所述的前承载齿条导轨（7）两端分别垂直焊接两根长200mmφ22钢筋，底部钢筋垂直焊接在齿条导轨端头，顶部钢筋与水平方向外张3～5
°
。
技术总结
一种小断面拱形结构隧洞水磨钻施工简易装置，由2个倒链、1根后承载齿条导轨、4个齿条导轨滑动装置、2个支撑架、2台水磨钻机、2根水平推进齿条导轨、1根前承载齿条导轨组成。首先在掌子面打两个孔固定前承载齿条导轨；接着安装两个支撑架与水平推进齿条导轨框架，然后安装后承载齿条导轨，并拧紧顶部的螺旋顶杆固定；最后把两个倒链挂在后承载齿条导轨的吊钩上，倒链吊钩分别挂在两个支撑架水平推进齿条导轨的尾端。钻进时可利用倒链与承载齿条导轨上的滑动装置确定取芯点，一个钻进循环结束后，需拆卸设备，出渣完成再次拼装，进入下一循环。本装置加工简单、使用便利、节省人力，具有较高的推广应用价值。较高的推广应用价值。较高的推广应用价值。
技术研发人员：贾优秀 吴燕升 李建军 李贵超 王强鹏
受保护的技术使用者：中铁十二局集团第四工程有限公司
技术研发日：2020.06.29
技术公布日：2021/7/15
声明：
“小断面拱形结构隧洞水磨钻施工简易装置的制作方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
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编辑：北方有色网
来源：中铁十二局集团第四工程有限公司
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