用于管棚的纠偏定位装置以及纠偏定位方法

1.本发明涉及管棚施工的技术领域，尤其涉及砂卵石地层管棚施工的技术领域，具体而言，涉及用于管棚的纠偏定位装置以及纠偏定位方法。


背景技术：

2.管棚是地下结构工程浅埋暗挖时的超前支护结构，其实质是在拟开挖的地下隧道或结构工程的衬砌拱圈隐埋弧线上安设刚度较大的钢管，起临时超前支护作用，防止土层坍塌和地表下沉，以保证掘进与后续支护工艺安全运作。但在砂卵石地层进行管棚施工时，因砂卵石地层具有卵石颗粒大、含量高、粘结性差等特点，管棚施工难度较大，难以保障跟管钻进的打击精度，容易引起较大偏差，甚至挤压到相邻管棚，造成管棚施工质量下降。因此当管棚发生偏移时，需要及时进行纠偏。
3.目前的管棚施工多采用全站仪、挂线、钻杆导向相结合的纠偏方法，这种传统的纠偏方法十分繁琐，需要反复进行调整才能确保钻机的钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。砂卵石地层相比于其它地层所需纠偏频率更高，纠偏位移更大，因此这种效率低下的传统纠偏方法并不适用于砂卵石地层，很大概率使得工期滞后。
4.公开号为cn112343509a的中国发明专利申请公开了砂卵石地层管棚施工导向及纠偏装置，该装置虽然相比于传统纠偏装置具有更高的效率，但是仍存在以下缺点：在管棚施工时，岩土将在钻杆与管棚的间隙移动并借由风压或水压排出，而该现有技术所采用的螺杆和螺杆基座之间采用螺纹连接，螺纹密闭性差，移动的岩土容易粘附在螺纹空隙中致使螺杆卡壳甚至失效；砂卵石地层的卵石颗粒大而坚硬，在管棚顶进时产生的卵石颗粒将与纠偏装置直接相撞，容易造成纠偏装置损坏；螺杆的伸缩需要手段调节，使用不方便，纠偏效率低且纠偏效果的准确性较差。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供用于管棚的纠偏定位装置以及纠偏定位方法，以解决现有纠偏装置存在的失效、损坏、使用不便、效率低和准确性差的技术问题。
6.为了实现上述目的，本发明首先提供了用于管棚的纠偏定位装置，技术方案如下：
7.用于管棚的纠偏定位装置，包括：基座，所述基座与管棚施工所用钻机的钻杆连接并形成朝向管棚内壁的安装面；伸缩结构，所述伸缩结构一端安装于所述安装面上，另一端与管棚的内壁相接触或形成间隙；防护结构，所述防护结构用于对伸缩结构进行防护，所述防护结构设于伸缩结构的靠近钻头的一侧；其中，所述伸缩结构包括伸缩组件，所述伸缩组件包括伸缩杆以及驱动伸缩杆伸缩的动力机构。
8.首先，本发明的纠偏定位装置采用动力驱动的伸缩组件，可以远程控制，使用更加方便，效率更高，易于精准控制纠偏方向，不存在粘附岩土的间隙；其次，本发明的纠偏定位装置具有对伸缩结构进行防护的防护结构，有效防止卵石颗粒与伸缩结构直接相撞而造成伸缩结构损坏。所述的伸缩结构为一个或多个，但是优选为至少两个以提升对管棚的支撑
效果。
9.作为本发明的纠偏定位装置的进一步改进为：纠偏定位装置包括至少一个伸缩单元，所述伸缩单元包括两个安装于朝向相反的安装面上的伸缩结构；并且/或者，纠偏定位装置还包括轴承，所述轴承设于基座与钻杆之间。伸缩单元中的两个伸缩结构对管棚进行纠偏时，其中一个伸缩结构进行伸展，另外一个伸缩结构进行收缩，使管棚始终受到两个伸缩结构的对称的支撑，这样能提升纠偏的稳定性；通过安装结构沿轴承的转动能够改变伸缩结构的朝向，实现多个方向的纠偏定位以及最佳伸缩方向的选取；由此，伸缩单元与可转动的安装结构相配合，可以显著提升纠偏效率。所述轴承优选采用密封性轴承，从而防止岩土进入间隙造成失效或损坏。
10.作为本发明的纠偏定位装置的进一步改进为：纠偏定位装置包括两个相互垂直排列的伸缩单元。由此，通过两个相互垂直的伸缩单元可以依次实现两个方向的纠偏，减少安装结构转动，进一步提升纠偏效率；对岩土在钻杆与管棚之间移动的影响较小，并且便于加工制造。
11.作为本发明的纠偏定位装置的进一步改进为：所述动力机构为液压机构，液压机构的下缸盖与安装面连接；并且/或者，所述伸缩组件通过底板和螺钉安装于安装面上。由此，便于伸缩结构的加工制造、拆装和控制。所述安装面优选为平面，从而更加偏于加工制造以及伸缩结构的拆装，且显著提升伸缩结构的结构稳定性。
12.作为本发明的纠偏定位装置的进一步改进为：所述伸缩结构还包括板体，所述板体一侧与液压机构的上缸盖连接，另一侧与管棚的内壁相配合；优选地，所述板体呈弧形。通过板体提升伸缩结构与管棚的接触面积，有助于提升纠偏的准确性。
13.作为本发明的纠偏定位装置的进一步改进为：伸缩结构还包括调节组件，所述调节组件用于使所述板体沿管棚的圆周方向转动。由此，调节组件有助于使在多方向纠偏定位时使已纠偏的板体通过小幅转动而始终与管棚内壁贴合，从而提升纠偏的准确性。
14.作为本发明的纠偏定位装置的进一步改进为：所述调节组件包括：耳座，所述耳座设于伸缩组件上，耳座上设有第一通孔；u型部，所述u型部设于板体上，u型部上设有第二通孔；螺栓机构，所述螺栓机构通过第一通孔和第二通孔将板体和伸缩组件连接。由此，调节组件的结构简单，便于加工制造，且结构稳定。
15.作为本发明的纠偏定位装置的进一步改进为：所述防护结构包括与伸缩结构的数量相匹配防撞片，所述防撞片优选安装于安装面上。由此，有效防止卵石颗粒与伸缩结构相撞。
16.作为本发明的纠偏定位装置的进一步改进为：所述防撞片的宽度沿朝向管棚内壁的方向递减；由此，减少对岩土在钻杆与管棚之间移动的影响；所述防撞片呈弧形且朝向掘进方向凸起；由此，便于岩土沉积在防撞片上，并且能够对岩土进行二次破碎。
17.为了实现上述目的，本发明其次提供了用于管棚的纠偏定位方法，技术方案如下：
18.用于管棚的纠偏定位方法，其特征在于：采用上述的纠偏定位装置。
19.可见，本发明的用于管棚的纠偏定位装置以及纠偏定位方法的结构简单易实施，使用方便，有效解决了现有纠偏装置存在的失效、损坏、使用不便、效率低和准确性差的技术问题，具有极强的实用性。
20.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优
点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
21.构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。在附图中：
22.图1为本发明的用于管棚的纠偏定位装置的实施例的一个方向的立体图。
23.图2为本发明的用于管棚的纠偏定位装置的实施例的另一个方向的立体图。
24.图3为本发明的用于管棚的纠偏定位装置的实施例中伸缩结构的结构示意图。
25.图4为本发明的用于管棚的纠偏定位方法的实施例中step200的状态图。
26.图5为本发明的用于管棚的纠偏定位方法的实施例中step310的状态图。
27.图6为本发明的用于管棚的纠偏定位方法的实施例中step320的状态图。
28.图7为本发明的用于管棚的纠偏定位方法的实施例中step420的状态图。
29.上述附图中的有关标记为：
30.100-基座，110-安装面，200-轴承，300-伸缩结构，310-伸缩组件，311-伸缩杆，312-下缸盖，313-上缸盖，320-板体，330-调节组件，331-耳座，332-u型部，333-螺栓机构，340-底板，350-螺钉，400-防撞片，500-管棚，600-钻杆，700-伸缩单元。
具体实施方式
31.下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：
32.本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。
33.此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
34.关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
35.图1为本发明的用于管棚的纠偏定位装置的实施例的一个方向的立体图。
36.图2为本发明的用于管棚的纠偏定位装置的实施例的另一个方向的立体图。图3为本发明的用于管棚的纠偏定位装置的实施例中伸缩结构的结构示意图。
37.如图1-3所示，用于管棚500的纠偏定位装置包括基座100、轴承200、伸缩结构300和防护结构；所述基座100与管棚500施工所用钻机的钻杆600连接并形成朝向管棚500内壁的安装面110，所述安装面110为平面；所述轴承200设于基座100与钻杆600之间；所述伸缩结构300一端安装于所述安装面110上，另一端与管棚500的内壁相接触或形成间隙；所述防护结构用于对伸缩结构300进行防护，所述防护结构设于伸缩结构300的靠近钻头的一侧。
38.所述纠偏定位装置包括两组相互垂直排列的伸缩单元700，每个伸缩单元700包括两个安装于朝向相反的安装面110上的伸缩结构300。
39.每个伸缩结构300包括伸缩组件310、板体320和调节组件330；所述伸缩组件310通
过底板340和螺钉350安装于安装面110上；所述伸缩组件310包括伸缩杆311以及驱动伸缩杆311伸缩的动力机构；所述动力机构为液压机构，液压机构的下缸盖312与安装面110连接；所述板体320一侧与液压机构的上缸盖313连接，另一侧与管棚500的内壁相配合；所述板体320呈弧形；所述调节组件330用于使所述板体320沿管棚500的圆周方向转动；所述调节组件330包括耳座331、u型部332和螺栓机构333；所述耳座331设于伸缩组件310上，耳座331上设有第一通孔；型部，所述u型部332设于板体320上，u型部332上设有第二通孔；所述螺栓机构333通过第一通孔和第二通孔将板体320和伸缩组件310连接。
40.所述防护结构包括与伸缩结构300的数量相匹配防撞片400，所述防撞片400安装于安装面110上；所述防撞片400的宽度沿朝向管棚500内壁的方向递减；所述防撞片400呈弧形且朝向掘进方向凸起。
41.本发明的用于管棚500的纠偏定位方法的实施例为采用上述的用于管棚500的纠偏定位装置，具体包括以下步骤：
42.step100，通过测斜管、经纬仪等设备得到管棚500钻进方向的偏离方向，确定需要进行纠偏时每个伸缩结构300的伸缩量及伸缩方向；
43.step200，如图4所示，转动安装结构，使四个伸缩结构300转动至所需的伸缩方向上；
44.step300，首先进行一个伸缩单元700中两个伸缩结构300的纠偏定位；
45.step310，如图5所示，操控上下两个伸缩结构300的伸缩组件310伸长至使板体320与管棚500内壁紧密贴合；
46.step320，如图6所示，同时操控上方伸缩组件310伸长(伸长距离为s1)和下方伸缩组件310缩短(缩短距离为s2)，上方伸缩组件310伸长的距离与下方伸缩组件310缩短的距离相同，即s1＝s2，该过程中上下两个弧形的板体320始终与管棚500内壁紧密贴合；
47.step400，然后进行另一个伸缩单元700中两个伸缩结构300的纠偏定位；
48.step410，操控左右两个伸缩结构300的伸缩组件310伸长至使板体320与管棚500内壁紧密贴合；
49.step420，如图7所示，同时操控右方伸缩组件310伸长(伸长距离为s3)和左方伸缩组件310缩短(缩短距离为s4)，右方伸缩组件310伸长的距离与左方伸缩组件310缩短的距离相同，即s3＝s4，该过程中左右两个弧形的板体320始终与管棚500内壁紧密贴合；
50.由此，完成管棚500的纠偏定位，在后续的钻机掘进过程中，管棚500将跟随钻机朝向纠偏后的方向掘进。
51.优选地，当管棚500按照纠偏后的方向掘进施工一段距离(优选为0.5～2m)直至管棚500位置稳定时，可以使伸缩组件310复位，然后调整钻杆600的位置，使得钻杆600与管棚500同轴设置，这样有助于使钻机的钻头作用于推进面的中心处，提升钻机的工作效率。
52.当不需要对管棚500的位置进行纠偏定位时，可以使四个伸缩组件310呈现相同的伸缩量，并使得四个板体320均与管棚500内壁紧密贴合，这样使得钻杆600与管棚500始终同轴设置，有助于防止管棚500在掘进施工过程中发生偏移。
53.以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。