無固定支撐體系的鉆孔技術在地鐵聯絡通道施工中的運用

張沛

摘要：多年以來在地鐵土建施工領域，地鐵盾構區間凍結法聯絡通道鉆孔施工中由于其空間狹小，鉆孔角度變化多端，傳統的施工工藝為搭設腳手架作為鉆孔固定支撐后靠和人工作業平臺，人工安裝輕型錨固鉆機進行鉆孔作業，本文介紹了一種新型無需固定支撐后靠體系的智能化鉆機配合新型伺服作業平臺的新型鉆孔施工工藝，分析其優缺點和其推廣前景。

關鍵字：地鐵;凍結法聯絡通道;無固定支撐體系;智能化鉆機;新工藝

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

多年以來地鐵聯絡通道鉆孔施工從未進行過技術革新及裝備升級，隨著一批農民工漸漸老去，中國迎來了用工荒，建筑業用工成本激增，新生建筑業農民工由于受教育程度提高，已不愿意從事惡劣環境下大體力勞動，智能化機器裝備代替人已迫在眉睫。

二、國內現狀

在傳統的鉆孔施工要求中，需要使聯絡通道的外圍形成眾多的一圈孔，且其中大多數孔的空間姿態不同，這要求鉆機不但要沿聯絡通道的外圍弧線移動進行鉆孔，且需要不斷調整鉆頭的朝向，然而，現有技術中，鉆機的鉆頭部件多以固定方式安裝，并不存在便于位置和角度調節的鉆機，進而使得鉆孔施工過程困難，效率低下。

三、一種自行式智能化鉆機

一種用于在已襯砌圓形隧道內實施鉆孔施工的鉆機，包括：

機架;

行走機構，其裝設于機架的底部;

俯仰臂，其樞接于所述機架上并借由第一驅動機構驅動而實施俯仰動作;

第一滑座，其滑動連接至所述俯仰臂上并借由第二驅動機構驅動而沿所述俯仰臂的長度方向滑動;第一回轉機構，其裝設于所述第一滑座上;

搖臂，其一端連接至所述第一回轉機構，所述搖臂的轉動平面與所述俯仰臂的轉動平面垂直;第二回轉機構，其裝設于所述搖臂的第二端;

作業裝置，其包括基礎導向架、與所述基礎導向架滑動連接的主體導向架、與所述主體導向架滑動連接的第二滑座、裝設于第二滑座上的鉆頭機構;所述基礎導向架樞接于所述第二回轉機構上，所述基礎導向架借由第三驅動機構的驅動而擺動;所述主體導向架借由第四驅動機構驅動而沿所述基礎導向架滑動，所述第二滑座借由第五驅動機構而沿所述主體導向架滑動。

優選地，所述第二滑座上設置有導向柱;其中：

所述作業裝置上形成有導向套，所述導向套套設于所述導向柱上，所述導向柱上還套設有用于對所述導向套施加彈力的彈簧。

優選地，所述主體導向架的頭部裝設有用于夾持管體的夾持機構以用于借由所述鉆頭機構反轉而使得鉆頭機構與管體分離。

優選地，所述第一驅動機構包括設置于所述俯仰臂與所述機架之間的油缸。

優選地，所述第二驅動機構包括裝設于所述俯仰臂上的油缸、設置于油缸的活塞桿的端部的鏈輪、繞過所述鏈輪而連接至所述第一滑座的鏈條。

優選地，所述作業裝置還包括基座，所述基座裝設于所述第二回轉機構上，所述基礎導向座樞接于所述基座上;其中：所述第三驅動機構包括設置于所述基座與所述基礎導向架之間的油缸。

優選地，所述第四驅動機構包括兩端分別連接至所述基礎導向架與所述主體導向架之間的油缸。

優選地，所述第五驅動機構包括裝設于所述主體導向架上的油缸、裝設于所述油缸的活塞桿端部的鏈輪、繞過所述鏈輪而連接至所述第二滑座上的鏈條。

優選地，所述基座導向架的內部具有筒狀空間，所述油缸裝設于所述筒狀空間中。

優選地，所述主體導向架限定出條狀空間，所述油缸裝設于所述條狀空間中。

與傳統鉆機相比，新型智能化鉆機的有益效果是：

（1）借由俯仰臂、第一滑座、搖臂以及基礎導向架等部件的連接方式和配合使得鉆頭機構能夠鉆出符合施工要求的各種空間姿態的孔。

（2）基礎導向架相對搖臂滑動而能夠在鉆頭機構改變朝向的過程中使得作業裝置避免與聯絡通道的孔壁發生干涉。

（3）機架底部撐靴將智能化鉆機固定在圓形襯砌中，機架本身作為鉆機支撐體系，無需人工安裝固定支撐體系進行鉆孔作業。

四、可移動鉆孔伺服平臺

可移動鉆孔伺服平臺包括：水平移動平臺，輕型軌道及剪叉式自動升降平臺。

水平移動平臺由輕型H型鋼和可剎車膠輪組成，平臺可在圓形襯砌水平方向移動。

輕型軌道由牛腿和24kg輕軌配合形成軌距3米的軌道組供水平移動平臺行走。

剪叉式自動升降平臺載重550kg，有效提升高度為3米，可提供水平方向0.9米的懸臂踏板，可供2人在圓形襯砌中垂直方向進行作業。

優選地可移動鉆孔伺服平臺可在圓形襯砌中可覆蓋高空作業的任意區域。

五、具體實施方式

（1）作業人員根據設計圖紙通過可移動伺服平臺在圓形襯砌中進行孔位布設。

（2）根據布設的孔位作業人員進行迎孔的水平角和傾角的定位安裝。

（3）用于在已襯砌圓形隧道內實施鉆孔施工的鉆機借由行走機構20運動至聯絡通道處，首先利用第一驅動機構使得俯仰臂30從水平狀態切換至豎直狀態，然后，借由第二、三、四驅動機構調整鉆頭機構61的空間姿態，使得該鉆頭機構61的空間姿態滿足待需鉆孔的空間姿態，借由第五驅動機構驅動鉆頭機構61朝向土體移動以實施鉆孔。在完成鉆孔后，借由鉆頭機構61使冷凍管伸入至孔中，然后，利用夾持機構80夾持冷凍管的末端，通過反轉鉆頭機構61而使鉆頭機構61與冷凍管脫離，作業人員通道移動伺服平臺進行下一根管安裝，依次循環。

應該說明：鉆頭機構61應盡量沿聯絡通道的截面的外圍弧線瞬時針或者逆時針依次鉆孔。

六、結語

綜上所述，采用智能化鉆機無固定支撐體系的鉆孔技術，可以有效的提高地鐵聯絡通道的鉆孔效率，提高施工的安全性，降低風險，解放人力。