无固定支撑体系的钻孔技术在地铁联络通道施工中的运用

张沛

摘要：多年以来在地铁土建施工领域，地铁盾构区间冻结法联络通道钻孔施工中由于其空间狭小，钻孔角度变化多端，传统的施工工艺为搭设脚手架作为钻孔固定支撑后靠和人工作业平台，人工安装轻型锚固钻机进行钻孔作业，本文介绍了一种新型无需固定支撑后靠体系的智能化钻机配合新型伺服作业平台的新型钻孔施工工艺，分析其优缺点和其推广前景。

关键字：地铁;冻结法联络通道;无固定支撑体系;智能化钻机;新工艺

ABSTRACT：For many years in the field of metro civil construction， due to its narrow space， the angle of drilling is changeable in the construction of the connecting passage of Metro Shield with interval freezing method， the traditional construction technology is to set up a scaffold as a fixed back support for drilling and a man-made working platform， and to manually install a light-duty anchoring drill to carry out drilling operations， this paper introduces a new drilling technology， which combines a new type of intelligent drilling rig with a new type of Servo Operation Platform without fixed support backrest system.

Keywords：subway; freezing method connection channel; no fixed support system; intelligent drilling rig; new technology

一、前言

多年以来地铁联络通道钻孔施工从未进行过技术革新及装备升级，随着一批农民工渐渐老去，中国迎来了用工荒，建筑业用工成本激增，新生建筑业农民工由于受教育程度提高，已不愿意从事恶劣环境下大体力劳动，智能化机器装备代替人已迫在眉睫。

二、国内现状

在传统的钻孔施工要求中，需要使联络通道的外围形成众多的一圈孔，且其中大多数孔的空间姿态不同，这要求钻机不但要沿联络通道的外围弧线移动进行钻孔，且需要不断调整钻头的朝向，然而，现有技术中，钻机的钻头部件多以固定方式安装，并不存在便于位置和角度调节的钻机，进而使得钻孔施工过程困难，效率低下。

三、一种自行式智能化钻机

一种用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机，包括：

机架;

行走机构，其装设于机架的底部;

俯仰臂，其枢接于所述机架上并借由第一驱动机构驱动而实施俯仰动作;

第一滑座，其滑动连接至所述俯仰臂上并借由第二驱动机构驱动而沿所述俯仰臂的长度方向滑动;第一回转机构，其装设于所述第一滑座上;

摇臂，其一端连接至所述第一回转机构，所述摇臂的转动平面与所述俯仰臂的转动平面垂直;第二回转机构，其装设于所述摇臂的第二端;

作业装置，其包括基础导向架、与所述基础导向架滑动连接的主体导向架、与所述主体导向架滑动连接的第二滑座、装设于第二滑座上的钻头机构;所述基础导向架枢接于所述第二回转机构上，所述基础导向架借由第三驱动机构的驱动而摆动;所述主体导向架借由第四驱动机构驱动而沿所述基础导向架滑动，所述第二滑座借由第五驱动机构而沿所述主体导向架滑动。

优选地，所述第二滑座上设置有导向柱;其中：

所述作业装置上形成有导向套，所述导向套套设于所述导向柱上，所述导向柱上还套设有用于对所述导向套施加弹力的弹簧。

优选地，所述主体导向架的头部装设有用于夹持管体的夹持机构以用于借由所述钻头机构反转而使得钻头机构与管体分离。

优选地，所述第一驱动机构包括设置于所述俯仰臂与所述机架之间的油缸。

优选地，所述第二驱动机构包括装设于所述俯仰臂上的油缸、设置于油缸的活塞杆的端部的链轮、绕过所述链轮而连接至所述第一滑座的链条。

优选地，所述作业装置还包括基座，所述基座装设于所述第二回转机构上，所述基础导向座枢接于所述基座上;其中：所述第三驱动机构包括设置于所述基座与所述基础导向架之间的油缸。

优选地，所述第四驱动机构包括两端分别连接至所述基础导向架与所述主体导向架之间的油缸。

优选地，所述第五驱动机构包括装设于所述主体导向架上的油缸、装设于所述油缸的活塞杆端部的链轮、绕过所述链轮而连接至所述第二滑座上的链条。

优选地，所述基座导向架的内部具有筒状空间，所述油缸装设于所述筒状空间中。

优选地，所述主体导向架限定出条状空间，所述油缸装设于所述条状空间中。

与传统钻机相比，新型智能化钻机的有益效果是：

（1）借由俯仰臂、第一滑座、摇臂以及基础导向架等部件的连接方式和配合使得钻头机构能够钻出符合施工要求的各种空间姿态的孔。

（2）基础导向架相对摇臂滑动而能够在钻头机构改变朝向的过程中使得作业装置避免与联络通道的孔壁发生干涉。

（3）机架底部撑靴将智能化钻机固定在圆形衬砌中，机架本身作为钻机支撑体系，无需人工安装固定支撑体系进行钻孔作业。

四、可移动钻孔伺服平台

可移动钻孔伺服平台包括：水平移动平台，轻型轨道及剪叉式自动升降平台。

水平移动平台由轻型H型钢和可刹车胶轮组成，平台可在圆形衬砌水平方向移动。

轻型轨道由牛腿和24kg轻轨配合形成轨距3米的轨道组供水平移动平台行走。

剪叉式自动升降平台载重550kg，有效提升高度为3米，可提供水平方向0.9米的懸臂踏板，可供2人在圆形衬砌中垂直方向进行作业。

优选地可移动钻孔伺服平台可在圆形衬砌中可覆盖高空作业的任意区域。

五、具体实施方式

（1）作业人员根据设计图纸通过可移动伺服平台在圆形衬砌中进行孔位布设。

（2）根据布设的孔位作业人员进行迎孔的水平角和倾角的定位安装。

（3）用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机借由行走机构20运动至联络通道处，首先利用第一驱动机构使得俯仰臂30从水平状态切换至竖直状态，然后，借由第二、三、四驱动机构调整钻头机构61的空间姿态，使得该钻头机构61的空间姿态满足待需钻孔的空间姿态，借由第五驱动机构驱动钻头机构61朝向土体移动以实施钻孔。在完成钻孔后，借由钻头机构61使冷冻管伸入至孔中，然后，利用夹持机构80夹持冷冻管的末端，通过反转钻头机构61而使钻头机构61与冷冻管脱离，作业人员通道移动伺服平台进行下一根管安装，依次循环。

应该说明：钻头机构61应尽量沿联络通道的截面的外围弧线瞬时针或者逆时针依次钻孔。

六、结语

综上所述，采用智能化钻机无固定支撑体系的钻孔技术，可以有效的提高地铁联络通道的钻孔效率，提高施工的安全性，降低风险，解放人力。