[发明专利]用于土体的高效智能成孔系统及其使用方法

说明书

本发明提出了一种用于土体的高效智能成孔系统及其使用方法，包括钻头装置和尾杆装置，钻头装置与尾杆装置可拆卸连接；钻头装置包括第一中空钻杆，第一中空钻杆内活动设有一级中心杆，第一中空钻杆的纵向设有凹槽，凹槽内设有导轨，导轨内活动设有扩径机构，扩径机构与支撑机构相铰接，支撑机构与一级中心杆相连接；尾杆装置包括第二中空钻杆，第二中空钻杆内活动设有二级中心杆，第二中空钻杆与第一中空钻杆可拆卸连接，二级中心杆与一级中心杆可拆卸连接，第二中空钻杆与驱动机构相连接，驱动机构和二级中心杆均与控制中心相连接。本发明既可以实现常用的柱形锚杆孔，又可以在行进中完成不同直径、不同形状的孔型，且结构和操作简单，安装方便。

技术领域

本发明涉及岩土工程实践以及试验研究中钻锚孔的技术领域，尤其涉及一种用于土体的高效智能成孔系统及其使用方法。

背景技术

锚固技术因其具有小扰动、强隐蔽性、高锚力和充分利用土体的自稳能力的特点，在土体的稳定性控制领域中得到广泛应用。锚固技术中常用的为柱形全长黏结型锚固系统，随着锚固技术的发展，为了获得更大的锚固力以及更优异的承载性能，更好地利用围岩体的自稳性能，锚固技术出现了各种各样的变径锚杆，如扩大头锚杆。相应的对土层锚杆锚固技术的成孔设备以及工艺也提出了新的挑战。现有的土体成孔设备不能在钻孔成型过程中很好的完成不同直径、不同形状的孔型。因此，用于土体的高效智能成孔系统及其使用方法的缺乏在一定程度上制约了土体稳定性控制领域的发展。

现有锚固系统主要依靠杆体与浆体间的黏结产生抗拔效应，目前常见的破坏模式为杆体-浆体界面的脱粘解耦，揭示了杆与浆间咬合摩擦作用弱，更多地依靠了浆体的抗剪强度，而浆体的抗压性能没有得到充分利用，因此，可通过改变杆体与浆体之间的受力形式，充分利用浆体的抗压和抗剪性能，使锚杆承载性能有效提升。鉴于此，拉压复合型锚固系统因其杆体-浆体界面受力过程具有更好的时空连续性，可有效降低杆体-浆体界面应力集中程度等优点，已被广泛应用，而与之相匹配的成孔设备却相对滞后。

目前，已有的旋喷式扩孔设备受限于土体类型，例如土遗址，作为以土为主要建筑材料的文化遗产，是人类文明发源与衍化的直接实证。在对土遗址进行加固时，如使用旋喷式扩孔设备，其工作时产生的水，又会对土遗址产生二次危害，因此只能使用机械式钻孔设备。

发明内容

针对现有的土体成孔设备成孔直径单一，成孔形状不可控的技术问题，本发明提出一种用于土体的高效智能成孔系统及其使用方法，利用控制中心控制二级中心杆使其推动一级中心杆与轴承式推拉板、进而带动前程支撑杆共同运动，前程支撑杆对前程扩径杆产生推力，推力分解为沿杆方向以及垂直于杆身向外侧的分力，使得前程扩径杆被支起，随着控制中心的控制，前程扩径杆被支起的角度也逐渐增加，伴随着主体结构系统的行进，前程扩径杆开始扩孔；利用控制中心控制二级中心杆使其拉动一级中心杆与轴承式推拉板、进而带动前程支撑杆、后程支撑杆共同运动，后程支撑杆对后程扩径杆产生推力，推力分解为沿杆方向以及垂直于杆身向外侧的分力，使得后程扩径杆被支起，随着控制中心的控制，后程扩径杆被支起的角度也逐渐增加，伴随着主体结构系统的行进，后程扩径杆开始扩孔；本发明通过预先计算，可完成多种不同直径、不同形状的锚杆孔型。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种用于土体的高效智能成孔系统，包括钻头装置和尾杆装置，钻头装置与尾杆装置可拆卸连接，所述尾杆装置与驱动机构相连接，驱动机构与控制中心相连接；所述钻头装置包括第一中空钻杆，第一中空钻杆的前端设有钻头，第一中空钻杆内活动设有一级中心杆，第一中空钻杆的纵向设有凹槽，凹槽内设有导轨，导轨内活动设有扩径机构，扩径机构的一端活动设置在导轨内且扩径机构的一端与支撑机构的一端相铰接，支撑机构的另一端与一级中心杆相连接；所述尾杆装置包括第二中空钻杆，第二中空钻杆内活动设有二级中心杆，第二中空钻杆的一端与第一中空钻杆可拆卸连接，二级中心杆的一端与一级中心杆可拆卸连接，第二中空钻杆的另一端与驱动机构相连接，驱动机构和二级中心杆的另一端均与控制中心相连接，控制中心控制驱动机构转动和水平移动，控制中心控制二级中心杆可转动和水平移动。