洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备及其作业方法与流程

1.本发明涉及桩基施工技术领域，具体涉及一种洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备及其作业方法。


背景技术：

2.钻孔灌注桩是被广泛采用的一种基础形式，其成孔施工装备也比较成熟，但纵观现有桩基成孔装备，体型大、桅杆高、设备重是其共同存在的特点。而在地下轨道交通工程中，采用pba(柱洞法)暗挖法施工，需要在空间及其狭小的导洞内施工钻孔灌注桩。在此类狭小空间内施工钻孔灌注桩，现有大体型、高桅杆的钻孔设备无法在洞内进行作业。面对此类洞内成桩难题，现有的解决方案就是放弃机械成孔，改用人工挖孔等方法，不仅人工劳动强度大、施工效率低，而且成桩质量差、工期长、费用高。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的在于提供一种洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备及其作业方法，旨在便于实现狭小导洞内施工钻孔。
4.为实现上述目的，本发明提供一种洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备，包括车架、孔底钻机以及排渣筒，其中，孔底钻机包括螺旋提渣机构以及从下至上依次设置的钻头、环形钻头驱动机构和导向给进机构，钻头包括同轴设置且转动方向相反的环形钻头和短螺旋钻头，螺旋提渣机构穿设于环形钻头驱动机构和导向给进机构上且底端与短螺旋钻头连接以驱动其转动，环形钻头驱动机构与环形钻头固定连接以驱动其转动，螺旋提渣机构和排渣筒均通过绳索悬挂于车架下方，螺旋提渣机构的出渣口位于排渣筒上方以将渣土排至排渣筒内。
5.优选地，螺旋提渣机构包括中空设置的提渣框架、螺旋提渣杆、与螺旋提渣杆顶部连接的提渣驱动器以及用于容纳提渣驱动器的悬吊壳体，其中，螺旋提渣杆具有螺旋形的叶片以运输渣土，螺旋提渣杆贯穿于环形钻头驱动机构和导向给进机构且头部容纳于提渣框架内，螺旋提渣杆的底端与短螺旋钻头固定连接以驱动其转动，提渣框架的侧壁上开设有出渣口，悬吊壳体固定于提渣框架上方，悬吊壳体上方还设置有吊耳以与绳索连接。
6.优选地，所述螺旋提渣机构还包括用于容纳提渣驱动器的悬吊壳体，悬吊壳体固定于提渣框架上方，悬吊壳体上方还设置有吊耳以与绳索连接。
7.优选地，所述环形钻头驱动机构包括驱动框架、位于驱动框架底部的转盘、固定于驱动框架上方的驱动马达、以及连接驱动马达输出轴与转盘的回转支撑，其中，转盘底端与环形钻头固定连接以驱动其转动，驱动框架设置有中空通道以供螺旋提渣机构穿过。
8.优选地，所述导向给进机构包括导向立柱、套装于导向立柱外部且相对其可上下移动的支撑臂、多个安装于支撑壁上且相对于其可横向移动的支撑脚，多个支撑脚配合将支撑臂支撑固定在孔壁上，导向立柱设置有中空通道以供螺旋提渣机构穿过。
9.优选地，所述导向给进机构包括伸缩油缸和升降油缸，伸缩油缸的输出轴与支撑
脚连接以驱动其横向移动，伸缩油缸的两端分别与导向立柱和支撑臂连接以驱动支撑壁竖向移动。
10.优选地，所述孔底钻机还包括位于导向给进机构上方的孔底动力站机构，该孔底动力站机构包括用于支承提渣框架的动力框架以及容纳于动力框架内的孔底动力驱动控制装置，孔底动力驱动控制装置与提渣驱动器、伸缩油缸和升降油缸连接。
11.优选地，所述排渣筒包括至少两个分体捞渣筒以及连接锁扣，其中，至少两个分体捞渣筒依次拼接形成圆环形的捞渣筒本体，相邻两分体捞渣筒之间通过连接锁扣可拆卸连接，分体捞渣筒的底壁上开设有滤渣孔。
12.优选地，所述环形钻头包括同轴设置的上支撑环和下支撑环以及连接上支撑环和下支撑环之间的连接肋柱，上支撑环和下支撑环内部形成中空的渣土腔，连接肋柱、上支撑环和下支撑环外部均设置有多个碎岩截齿。
13.本发明进一步提出一种基于上述的洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备的作业方法，包括以下步骤：
14.步骤s1，通过绳索将孔底钻机和排渣筒均放入孔内，控制支撑臂移动至下止点后，控制支撑脚伸出使导向给进机构与孔壁固定；
15.步骤s2，通过环形钻头驱动机构和螺旋提渣杆分别控制环形钻头与短螺旋钻头同时进行反向旋转以达到动态平衡，在掘进过程中通过排渣筒及时排出掘进过程的渣土，并在掘进过程中控制支撑臂相对于导向立柱向上移动，当移动至上止点时，停止当前掘进过程；
16.步骤s3，控制支撑脚缩回后再调整导向给进机构的定位位置，重复步骤s2直至到达设计孔深，停止掘进作业。
17.优选地，所述步骤s2具体包括：
18.通过环形钻头驱动机构和螺旋提渣杆分别控制环形钻头与短螺旋钻头同时进行反向旋转，通过动态平衡调整技术控制环形钻头与短螺旋钻头的转速以达到底孔钻机外扭矩为零，切削破碎后的渣土集中于环形钻头的渣土腔内，通过螺旋提渣机构将渣土排至排渣筒内；
19.当排渣筒内渣土装满时，通过绳索将孔底排渣筒整体吊运至地表，解除连接锁扣，拆分为分体捞渣筒后分别倒出渣土，再次拼装排渣筒于绳索上，下放至孔底，自动就位于出渣口下方，完成单次排渣；
20.继续控制环形钻头与短螺旋钻头旋转以掘进，在掘进过程中控制支撑臂相对于导向立柱向上移动，当支撑臂移动至上止点时，停止当前掘进过程。
21.本发明提出的洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备，具有以下有益效果：
22.1、能够以绳索悬吊孔底钻机方式，实现洞室狭小空间内钻孔灌注桩的机械化成孔施工，解决了狭小空间环境下钻孔灌注桩机械成孔施工难题。本发明装备工作高度可控制在三米以内，满足pba暗挖法等洞室内狭小空间环境下钻孔灌注桩机械成孔要求，不仅降低了此类工程的人工劳动强度、提高了施工效率，而且成桩质量高、安全性强、工期短、费用低，也弥补了低净空领域桩工机械的空白；
23.2、采用的双钻头的岩土掘进方法，利用两个钻头回转方向相反的动态平衡技术实现整机外扭矩为零，可有效解决绳索悬吊作业方式无法提供钻进扭矩反力的问题；
24.3、采用孔底提渣配合排渣筒的出渣方案，规避了泥浆循环排渣环境污染问题，降低了洞室狭小空间机械成孔施工难度。
附图说明
25.图1为本发明洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备的结构示意图；
26.图2为本发明洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备中孔底钻机的结构示意图；
27.图3为本发明洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备中孔底钻机和排渣筒的分解结构示意图；
28.图4为本发明洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备中孔底钻机和排渣筒的剖视结构示意图；
29.图5为本发明洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备的作业流程示意图。
30.图中，1-孔底钻机、11-钻头、111-短螺旋钻头、112-环形钻头、12-环形钻头驱动机构、121-驱动框架、122-转盘、123-回转支撑、124-驱动马达、13-导向给进机构、131-导向立柱、132-支撑臂、133-升降油缸、134-支撑脚、135-伸缩油缸、14-孔底动力站机构、141-动力框架、142-孔底动力控制器、15-螺旋提渣机构、151-提渣框架、152-出渣口、153-螺旋提渣杆、154-提渣驱动器、155-悬吊壳体、156-吊耳；2-排渣筒、21-分体捞渣筒、22-连接锁扣；3-车架；31-悬吊支撑架、32-主机悬吊装置与排渣筒吊运装置、33-主机悬吊绳索、34-渣筒吊运绳索。
31.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
32.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
33.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.本发明提出一种洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备。
35.参照图1至图5，本优选实施例中，一种洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备，包括车架3、孔底钻机1以及排渣筒2，其中，孔底钻机1包括螺旋提渣机构15以及从下至上依次设置的钻头11、环形钻头驱动机构12和导向给进机构13，钻头11包括同轴设置且转动方向相反的环形钻头112和短螺旋钻头111，螺旋提渣机构15穿设于环形钻头驱动机构12和导向给进机构13上且底端与短螺旋钻头111连接以驱动其转动，环形钻头驱动机构12与环形钻头112固定连接以驱动其转动，螺旋提渣机构15和排渣筒2均通过绳索悬挂于车架3下方，螺旋提渣机构15的出渣口152位于排渣筒2上方以将渣土排至排渣筒2内。
36.环形钻头112与短螺旋钻头111构成的共轴双钻头结构，以相反的方向旋转破碎岩土进行作业，能够通过动态平衡技术实现孔底钻机1外扭矩为零，解决现有技术中绳索悬吊作业方式无法提供钻进扭矩反力的问题。
37.本实施例中，结合参照图2和图3，螺旋提渣机构15包括中空设置的提渣框架151、
螺旋提渣杆153以及与螺旋提渣杆153顶部连接的提渣驱动器154，其中，螺旋提渣杆153具有螺旋形的叶片以运输渣土，螺旋提渣杆153贯穿于环形钻头驱动机构12和导向给进机构13且头部容纳于提渣框架151内，螺旋提渣杆153的底端与短螺旋钻头111固定连接(可通过螺纹连接)以驱动其转动，提渣框架151的侧壁上开设有出渣口152。
38.具体地，提渣框架151为外表面具有一定锥度的筒状构件。提渣框架151的内径与螺旋提渣杆153外径呈配合关系，是渣土提升通道。螺旋提渣杆153其上端可通过回转支撑结构与提渣驱动器154连接，从而提渣驱动器154带动螺旋提渣杆153转动，进而带动短螺旋钻头111转动并运输渣土。
39.进一步地，螺旋提渣机构15还包括用于容纳提渣驱动器154的悬吊壳体155，悬吊壳体155固定于提渣框架151上方，悬吊壳体155上方还设置有吊耳156以与绳索(主机悬吊绳索33)连接从而承受整机重量。悬吊壳体155包裹于提渣驱动器154的外部，其下端与提渣框架151的上端法兰固定连接。
40.本实施例中，结合参照图2和图3，环形钻头驱动机构12包括驱动框架121、位于驱动框架121底部的转盘122、固定于驱动框架121上方的驱动马达124、以及连接驱动马达124输出轴与转盘122的回转支撑123，其中，转盘122底端与环形钻头112固定连接以驱动其转动，驱动框架121设置有中空通道以供螺旋提渣机构15穿过。
41.转盘122通过回转支撑123设置于驱动框架121下端，转盘122能够绕中心轴旋转并能够承受钻进压力。驱动框架121的中间设有通孔，通孔直径与螺旋提渣杆153外径呈配合关系，是渣土提升通道。驱动马达124固定在驱动框架121上，可通过齿轮传动机构驱动转盘122转动。转盘122上设有与环形钻头112相匹配的法兰，通过法兰将环形钻头112固定连接在转盘122上，进而带动环形钻头112以一定的钻进压力旋转切削破碎岩土体。
42.本实施例中，结合参照图2和图3，导向给进机构13包括导向立柱131、套装于导向立柱131外部且相对其可上下移动的支撑臂132、多个安装于支撑壁上且相对于其可横向移动的支撑脚134，多个支撑脚134配合将支撑臂132支撑固定在孔壁上，导向立柱131设置有中空通道以供螺旋提渣机构15穿过。导向立柱131为中间设有通孔的筒状结构，通孔直径与螺旋提渣杆153的外径呈配合关系，是渣土提升通道。本实施例中，导向立柱131的下端设有快速连接装置与驱动框架121上端共轴固定连接。
43.本实施例中导向立柱131是采用以下结构与支撑臂132滑动配合：导向立柱131外侧设有导轨，支撑臂132中心内孔设置有导轨槽与导轨进行配合，从而实现导向立柱131和支撑臂132的滑动连接。采用导轨槽和导轨的配合，从而实现了导向立柱131和支撑臂132稳定滑动。
44.具体地，参照图3和图4，导向给进机构13包括伸缩油缸135和升降油缸133，伸缩油缸135的输出轴与支撑脚134连接以驱动其横向移动，伸缩油缸135的两端分别与导向立柱131和支撑臂132连接以驱动支撑壁竖向移动。通过设置伸缩油缸135和升降油缸133，从而实现自动精确调节支撑脚134和支撑臂132的移动。
45.升降油缸133的两端分别设置于导向立柱131的下端面与支撑臂132上端面上，通过升降油缸133能够控制支撑臂132沿导向立柱131轴向升降移动但不能相对转动。支撑臂132的径向至少设有三个横向支腿以实现稳定支撑导向立柱131，每个支腿设有只能够沿径向伸缩的支撑脚134，伸缩油缸135设置于支腿臂与支撑脚134之间，通过伸缩油缸135能够
控制支撑脚134径向进行伸缩运动。支撑脚134外端面设有掌子面，通过伸长支撑脚134能够使支撑臂132有效支撑固定在孔壁上，同时通过多个支撑脚134不同伸缩程度组合，能够调整支撑臂132在孔内的空间姿态，进而通过导向立柱131将孔壁支撑力传递至孔底钻机1整体，实现钻进加压和导向纠偏功能。
46.进一步地，孔底钻机1还包括位于导向给进机构13上方的孔底动力站机构14，该孔底动力站机构14包括用于支承提渣框架151的动力框架141以及容纳于动力框架141内的孔底动力驱动控制装置。孔底动力驱动控制装置与提渣驱动器154、伸缩油缸135和升降油缸133连接以提供动力和控制。
47.具体地，孔底动力驱动控制装置包括孔底动力控制器142和液压马达，孔底动力控制器142与提渣驱动器154、伸缩油缸135和升降油缸133电连接，液压马达通过液压管道与提渣驱动器154、伸缩油缸135和升降油缸133连接从而提供液压动力。
48.动力框架141为中间设有通孔的密封壳体结构，通孔的直径与螺旋提渣杆153外径呈配合关系，是渣土提升通道。动力框架141的下端设有快速连接装置与导向立柱131上端共轴固定连接。孔底动力控制器142设置于动力框架141密封内腔中，为环形钻头驱动机构12、导向给进机构13和螺旋提渣机构15提供动力输入和逻辑控制功能。
49.进一步地，钻头11、环形钻头驱动机构12、导向给进机构13、孔底动力站机构14这四者之间可拆卸连接。通过各机构之间可拆卸连接，因此，可按需组装与功能扩展，单机构重量轻，周转运输便捷，尤其适用狭小空间或条件复杂的工作环境。
50.本实施例中，排渣筒2包括至少两个分体捞渣筒21以及连接锁扣22，其中，至少两个分体捞渣筒21依次拼接形成圆环形的捞渣筒本体，相邻两分体捞渣筒21之间通过连接锁扣22可拆卸连接，分体捞渣筒21的底壁上开设有滤渣孔从而排出渣土中的水体。本实施例中以设置两个分体捞渣筒21为例具体说明，此时，两个分体捞渣筒21为半环u形筒，两个半环u形筒通过连接锁扣22能够便捷的拼合与分离。
51.具体地，分体捞渣筒21的侧壁上设置有连接销孔，连接锁扣22为锁定销，锁定销的两销轴分别插入相邻两分体捞渣筒21的连接销孔以将二者固定。分体捞渣筒21上还设置有吊耳以与渣筒吊运绳索连接。捞渣筒本体的外径小于钻孔直径，捞渣筒本体的内径大于孔底设备绳索或钻杆中间障碍物体的外轮廓最大直径。
52.排渣筒本体中间通孔壁面呈与提渣框架151外表面锥度一致的锥形，能与提渣框架151根部紧密套接，因此，排渣筒本体可挂于提渣框架151外部。
53.车架3用于悬吊孔底钻机1和排渣筒2，至少包括悬吊支撑架31、主机悬吊装置和排渣筒吊运装置。悬吊支撑架31置于桩孔正上方，其上设有主机悬吊装置和排渣筒吊运装置，主机悬吊装置通过主机悬吊绳索33悬吊孔底钻机1于孔内，能够控制孔底钻机1上下升降。排渣筒吊运装置通过两个渣筒吊运绳索34分别与两个分体捞渣筒21连接，吊运排渣筒2往返于地表与孔底，将渣土逐筒吊运至地表。
54.不同于现有技术中采用泥浆循环出渣、螺旋钻出渣或者旋挖钻往复出渣的方式，本洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备首次提出采用排渣筒来配合钻机使用进行排渣(目前仅仅人工开挖采用排渣筒)，排渣筒不仅结构简单、成本低，而且无需泥浆辅助，效能高、低碳环保效果好，从根本上解决了洞室等狭小空间内不便于采用泥浆循环排渣的难题。采用便捷开合的穿心排渣筒2，实现了钻孔中间存在钻杆或绳索等障碍情况下的干作业出土排
渣工艺，孔底碎岩掘进能够连续作业，实现了边掘进边出渣同步作业，改变了旋挖钻等传统提钻排渣间断掘进作业方式，极大地提升了钻孔作业效率。排渣筒2有利于实现自动孔底装渣和地表倒渣，达到少人化或无人化智能作业，减轻人工劳作强度。
55.具体地，环形钻头112包括同轴设置的上支撑环和下支撑环以及连接上支撑环和下支撑环之间的连接肋柱，上支撑环和下支撑环内部形成中空的渣土腔，连接肋柱、上支撑环和下支撑环外部均设置有多个碎岩截齿，螺旋提渣杆153穿设于上支撑环和下支撑环的中空通道内部。
56.本实施例中，环形钻头112还包括位于渣土腔内的多个集渣板以及连接多个集渣板的支撑环，支撑环的内径大于内输出轴外径。通过设置集渣板，能够将破碎后的渣土集中于中部渣土腔中。通过设置支撑环从而提高了集渣板的结构稳定性。
57.进一步地，上支撑环的顶端面上固定有连接法兰以与外输出轴固定连接。
58.具体地，短螺旋钻头111包括用于与螺旋提渣杆153连接的立柱、固定于立柱外侧壁上的螺旋肋板、以及设置于立柱底部的钻头尖，螺旋肋板的外侧壁上均固定有碎岩截齿。螺旋肋板的外轮廓呈上大下小的锥形。
59.钻机因包括同轴设置的环形钻头112和短螺旋钻头111，利用两个钻头11回转方向相反的动态平衡技术实现整机外扭矩为零，可有效解决绳索悬吊作业方式无法提供钻进扭矩反力的问题。
60.参照图5，本洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备的工作过程如下：
61.步骤一：车架3通过主机悬吊绳索33将孔底钻机1放入孔内，将空的排渣筒拼合锁定，并使主机悬吊绳索33置于排渣筒的中间通孔中，下放自动就位于孔底钻机1出渣口152以下。移动支撑臂132至下止点(下止点指的是支撑臂132相对于导向立柱131所能移动的最下方)，伸出所有的支撑脚134，使掌子面与孔壁有效支撑固定。
62.步骤二：环形钻头112与短螺旋钻头111按设计反向旋转，全断面碎岩掘进，切削破碎后的渣土集中于钻头11的渣土腔内，渣土腔内的渣土在螺旋提渣杆153的作用下，沿渣土提升通道提升运输至孔底钻机1上部，从出渣口152排入排渣筒2内。与此同时，导向给进机构13的升降油缸133带动孔底钻机1下降，提供足够的钻机压力，并根据桩孔垂直度检测情况，进行自动导向纠偏，直至支撑臂132运行至上止点或排渣筒2内渣土装满，暂停掘进作业。
63.步骤三：当排渣筒2内渣土装满暂停掘进时(环形钻头112与短螺旋钻头111停止转动)，车架3的排渣筒吊运装置将排渣筒2吊运至地表，解除排渣筒2的连接锁扣22使两个分体捞渣筒21分离，分别倒出排渣筒2内的渣土至地表。然后再次将两个分体捞渣筒21拼合，下放自动就位于孔底钻机1出渣口152以下，继续掘进作业。
64.步骤四：当支撑臂132运行至上止点(上止点指的是支撑臂132相对于导向立柱131所能移动的最上方)暂停掘进时，缩回支撑脚134，解除支撑臂132与孔壁的固定，移动支撑臂132至下止点，再次伸出支撑脚134使掌子面与孔壁有效支撑固定，继续掘进作业。
65.步骤五：重复上述步骤二至步骤四，直至到达设计孔深，停止掘进作业。
66.步骤六：吊运排渣筒2至地表，缩回支撑脚134，解除支撑臂132与孔壁的固定，主机悬吊装置将孔底钻机1吊至地表，完成桩基机械成孔施工作业。
67.本实施例提出的洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备，具有以下有益效果：
68.1、能够以绳索悬吊孔底钻机1的方式，实现洞室狭小空间内钻孔灌注桩的机械化成孔施工，解决了狭小空间环境下钻孔灌注桩机械成孔施工难题。本发明装备工作高度可控制在三米以内，满足pba暗挖法等洞室内狭小空间环境下钻孔灌注桩机械成孔要求，不仅降低了此类工程的人工劳动强度、提高了施工效率，而且成桩质量高、安全性强、工期短、费用低，也弥补了低净空领域桩工机械的空白；
69.2、采用的双钻头11的岩土掘进方法，利用两个钻头11回转方向相反的动态平衡技术实现整机外扭矩为零，可有效解决绳索悬吊作业方式无法提供钻进扭矩反力的问题；
70.3、采用孔底提渣配合排渣筒2的出渣方案，规避了泥浆循环排渣环境污染问题，降低了洞室狭小空间机械成孔施工难度。
71.本发明进一步提出一种洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备的作业方法。
72.本优选实施例中，一种基于上述洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备的作业方法，包括以下步骤：
73.步骤s1，通过绳索将孔底钻机1和排渣筒2均放入孔内，控制支撑臂132移动至下止点后，控制支撑脚134伸出使导向给进机构13与孔壁固定；
74.步骤s2，通过环形钻头驱动机构12和螺旋提渣杆153分别控制环形钻头111与短螺旋钻头112同时进行反向旋转以达到动态平衡，在掘进过程中通过排渣筒及时排出掘进过程的渣土，并在掘进过程中控制支撑臂132相对于导向立柱131向上移动，当移动至上止点时，停止当前掘进过程；
75.步骤s3，控制支撑脚134缩回后再调整环形钻头驱动机构12的定位位置(支撑脚134缩回后控制导向立柱131整体向孔内移动，再次伸出支撑脚134支撑在孔壁从而将导向立柱131固定)，重复步骤s2直至到达设计孔深，停止掘进作业。
76.具体地，步骤s2具体包括：
77.步骤s21，通过环形钻头驱动机构12和螺旋提渣杆153分别控制环形钻头111与短螺旋钻头112同时进行反向旋转，通过动态平衡调整技术控制环形钻头111与短螺旋钻头112的转速以达到孔底钻机外扭矩为零，切削破碎后的渣土集中于环形钻头111的渣土腔内，通过螺旋提渣机构15将渣土排至排渣筒2内；
78.步骤s22，当排渣筒2内渣土装满时，通过绳索将孔底排渣筒2整体吊运至地表，解除连接锁扣22，拆分为分体捞渣筒21后分别倒出渣土，再次拼装排渣筒2于绳索上，下放至孔底，自动就位于出渣口下方，完成单次排渣；
79.步骤s23，继续控制环形钻头111与短螺旋钻头112旋转以掘进，在掘进过程中控制支撑臂132相对于导向立柱131向上移动，当支撑臂132移动至上止点时，停止当前掘进过程。
80.也就是说，步骤s2是一个大循环过程，在这个大循环过程中会有多处步骤s22的过程，只要排渣筒装满，即可控制钻头停止转动，不需要提取钻头，此时提出排渣筒将渣土排出即可。
81.需要说明的是，步骤s22中，将排渣筒2拆分为分体捞渣筒21的过程，解决了小环空排渣筒排渣问题，不再是传统的提升、倒渣、下放过程，改变了旋挖钻等传统提钻排渣间断掘进过程的问题，可大大提高钻孔效率。
82.本发明提出的作业方法，具有以下优点：
83.1、通过导向给进机构和螺旋提渣杆分别控制环形钻头与短螺旋钻头进行反向旋转以达到动态平衡，从而实现了绳索配合钻机钻孔的目的(旋转碎岩需要扭矩，钻机需要提供扭矩反力，但对于绳索悬吊的圆形钻机是否无法通过绳索提供扭矩反力的，靠支撑臂固定与孔壁的反力不足且也不可靠，我们通过两个方向钻头使其自耦，极大降低了外扭矩)，因此，可利于在狭小空间内的钻孔作业；
84.2、掘进与出渣同步进行。因现有泥浆循环方式属于掘进与排渣同步，但对于干作业(无泥浆)的钻掘工艺，现有的螺旋钻、旋挖钻都是要提钻排渣，不能同步的。而本技术在排渣过程中，不需要整个将钻头整个提出孔外(对于深孔来说提钻过程特别耗费时间)，因此，本作业方法可大大提高钻孔的工作效率。
85.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备，其特征在于，包括车架、孔底钻机以及排渣筒，其中，孔底钻机包括螺旋提渣机构以及从下至上依次设置的钻头、环形钻头驱动机构和导向给进机构，钻头包括同轴设置且转动方向相反的环形钻头和短螺旋钻头，螺旋提渣机构穿设于环形钻头驱动机构和导向给进机构上且底端与短螺旋钻头连接以驱动其转动，环形钻头驱动机构与环形钻头固定连接以驱动其转动，螺旋提渣机构和排渣筒均通过绳索悬挂于车架下方，螺旋提渣机构的出渣口位于排渣筒上方以将渣土排至排渣筒内。2.如权利要求1所述的洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备，其特征在于，所述螺旋提渣机构包括中空设置的提渣框架、螺旋提渣杆、与螺旋提渣杆顶部连接的提渣驱动器以及用于容纳提渣驱动器的悬吊壳体，其中，螺旋提渣杆具有螺旋形的叶片以运输渣土，螺旋提渣杆贯穿于环形钻头驱动机构和导向给进机构且头部容纳于提渣框架内，螺旋提渣杆的底端与短螺旋钻头固定连接以驱动其转动，提渣框架的侧壁上开设有出渣口，悬吊壳体固定于提渣框架上方，悬吊壳体上方还设置有吊耳以与绳索连接。3.如权利要求2所述的洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备，其特征在于，所述环形钻头驱动机构包括驱动框架、位于驱动框架底部的转盘、固定于驱动框架上方的驱动马达、以及连接驱动马达输出轴与转盘的回转支撑，其中，转盘底端与环形钻头固定连接以驱动其转动，驱动框架设置有中空通道以供螺旋提渣机构穿过。4.如权利要求2或3所述的洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备，其特征在于，所述导向给进机构包括导向立柱、套装于导向立柱外部且相对其可上下移动的支撑臂、多个安装于支撑壁上且相对于其可横向移动的支撑脚，多个支撑脚配合将支撑臂支撑固定在孔壁上，导向立柱设置有中空通道以供螺旋提渣机构穿过。5.如权利要求4所述的洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备，其特征在于，所述导向给进机构包括伸缩油缸和升降油缸，伸缩油缸的输出轴与支撑脚连接以驱动其横向移动，伸缩油缸的两端分别与导向立柱和支撑臂连接以驱动支撑壁竖向移动。6.如权利要求5所述的洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备，其特征在于，所述孔底钻机还包括位于导向给进机构上方的孔底动力站机构，该孔底动力站机构包括用于支承提渣框架的动力框架以及容纳于动力框架内的孔底动力驱动控制装置，孔底动力驱动控制装置与提渣驱动器、伸缩油缸和升降油缸连接。7.如权利要求5所述的洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备，其特征在于，所述排渣筒包括至少两个分体捞渣筒以及连接锁扣，其中，至少两个分体捞渣筒依次拼接形成圆环形的捞渣筒本体，相邻两分体捞渣筒之间通过连接锁扣可拆卸连接，分体捞渣筒的底壁上开设有滤渣孔。8.如权利要求5所述的洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备，其特征在于，所述环形钻头包括同轴设置的上支撑环和下支撑环以及连接上支撑环和下支撑环之间的连接肋柱，上支撑环和下支撑环内部形成中空的渣土腔，连接肋柱、上支撑环和下支撑环外部均设置有多个碎岩截齿。9.一种基于权利要求4至8中任意一项所述的洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备的作业方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1，通过绳索将孔底钻机和排渣筒均放入孔内，控制支撑臂移动至下止点后，控制支撑脚伸出使导向给进机构与孔壁固定；
步骤s2，通过环形钻头驱动机构和螺旋提渣杆分别控制环形钻头与短螺旋钻头同时进行反向旋转以达到动态平衡，在掘进过程中通过排渣筒及时排出掘进过程的渣土，并在掘进过程中控制支撑臂相对于导向立柱向上移动，当移动至上止点时，停止当前掘进过程；步骤s3，控制支撑脚缩回后再调整导向给进机构的定位位置，重复步骤s2直至到达设计孔深，停止掘进作业。10.如权利要求9所述的洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备的作业方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括：通过环形钻头驱动机构和螺旋提渣杆分别控制环形钻头与短螺旋钻头同时进行反向旋转，通过动态平衡调整技术控制环形钻头与短螺旋钻头的转速以达到底孔钻机外扭矩为零，切削破碎后的渣土集中于环形钻头的渣土腔内，通过螺旋提渣机构将渣土排至排渣筒内；当排渣筒内渣土装满时，通过绳索将孔底排渣筒整体吊运至地表，解除连接锁扣，拆分为分体捞渣筒后分别倒出渣土，再次拼装排渣筒于绳索上，下放至孔底，自动就位于出渣口下方，完成单次排渣；继续控制环形钻头与短螺旋钻头旋转以掘进，在掘进过程中控制支撑臂相对于导向立柱向上移动，当支撑臂移动至上止点时，停止当前掘进过程。

技术总结
本发明公开了一种洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备及其作业方法。本洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备包括车架、孔底钻机以及排渣筒，孔底钻机包括螺旋提渣机构、钻头、环形钻头驱动机构和导向给进机构，钻头包括同轴设置且转动方向相反的环形钻头和短螺旋钻头，螺旋提渣机构穿设于环形钻头驱动机构和导向给进机构上且底端与短螺旋钻头连接以驱动其转动，环形钻头驱动机构与环形钻头固定连接以驱动其转动，螺旋提渣机构和排渣筒均通过绳索悬挂于车架下方，螺旋提渣机构的出渣口位于排渣筒上方以将渣土排至排渣筒内。本洞室狭小空间钻孔灌注桩成孔装备，有效地解决了狭小空间环境下钻孔灌注桩机械成孔施工难题。钻孔灌注桩机械成孔施工难题。钻孔灌注桩机械成孔施工难题。


技术研发人员：叱干向明 李强 张洋 钮洪亮 王招兵 黄奎 李华龙 赵正飞 张勤雄 慕冬冬
受保护的技术使用者：中建三局集团有限公司
技术研发日：2023.06.08
技术公布日：2023/9/12