[发明专利]一种顶端固定水钻装置及其应用方法和开挖系统

权利要求书

1.一种顶端固定水钻装置，其特征在于：包括定位结构、支撑结构、承接结构；支撑结构为伸缩式结构，横跨工作井，支撑结构的数量为至少两组；水钻的顶端安装在承接结构上，承接结构横跨各支撑结构，并与各支撑结构平面位置可调式连接，嵌入工作井内壁的定位结构安装在支撑结构上。

2.按照权利要求1所述的一种顶端固定水钻装置，其特征在于：每组支撑结构均包括一根第一支撑杆、两个连接丝扣、两根第二支撑杆，第一支撑杆的两端均通过连接丝扣与第二支撑杆可伸缩式连接，两个连接丝扣的螺纹旋向相反。

3.按照权利要求1所述的一种顶端固定水钻装置，其特征在于：承接结构为一方木，通过钢绞线与支撑结构可拆式连接，并通过钢绞线的拆装调节方木的位置；方木设于支撑结构的下方。

4.按照权利要求1所述的一种顶端固定水钻装置，其特征在于：

定位结构分为井内定位部和井口定位部；

井内定位部安装在支撑结构上，组成用于较深工作井的内部固定装置，支撑结构位于工作井内横跨工作井；

井口定位部安装在支撑结构上，组成用于较浅工作井的外部固定装置，支撑结构位于工作井的顶部横跨工作井。

5.按照权利要求4所述的一种顶端固定水钻装置，其特征在于：

井口定位部包括连接杆和卡接头，卡接头安装在连接杆的下端，连接杆的上端固定在支撑结构上；每组支撑结构均装有两个井口定位部；

井内定位部包括锥形头，每组支撑结构的两端均安装有锥形头。

6.按照权利要求4所述的一种顶端固定水钻装置，其特征在于：

内部固定装置和外部固定装置分别具有独立的支撑结构，从而内部固定装置和外部固定装置相互独立；

或内部固定装置和外部固定装置共用支撑结构，组成既用于内部固定装置又用于外部固定装置的一体式结构。

7.一种顶端固定水钻装置的应用方法，采用权利要求1至6任一项所述的一种顶端固定水钻装置，其特征在于：用于岩石地质的顶管工作井开挖，包括如下步骤，

步骤一，布置取芯点；

步骤二，采用顶端固定水钻装置对水钻进行固定就位；

步骤三：操作水钻进行钻取开挖，直至所有取芯点被钻取完毕；

步骤四：对钻取完毕后得到的整体岩层进行分割处理；

步骤五：出渣。

8.按照权利要求7所述的任一种顶端固定水钻装置的应用方法，其特征在于：步骤二中，预先在顶管工作井内壁钻取固定孔，采用2个外部固定装置或内部固定装置，将支撑结构伸缩至定位结构卡入固定孔中，完成装置的固定，然后将承接结构安装在支撑结构的下方，通过钢绞线与支撑结构连接，从而承接结构抵住水钻的顶端；当工作井的深度不超过2m时，采用外部固定装置，当工作井的深度超过2m时，采用内部固定装置；

步骤三中，对一取芯点钻取完毕后，松开钢绞线，根据下一取芯点位置调整水钻及方木的位置，再次用钢绞线将方木固定，然后操作水钻进行钻取，直至所有取芯点被钻取完毕。

9.按照权利要求7所述的任一种顶端固定水钻装置的应用方法，其特征在于：步骤一中，具体操作为，进行测量放线，确定工作井开挖中心点，确定工作井开挖半径，以工作井中心点为基点画圆，布置取芯点时，根据已画出的顶管工作井范围，将取芯点的内外边际线表示出来；

步骤四中，具体操作为，先对剩下的整体岩层进行水钻钻取分割，然后采用手电钻在剩余岩芯上钻孔，再用二锤捶击钢楔或风镐分裂中部岩体，直至岩石沿铅锤面被拉裂并从底部发生剪切破裂，然后取出分裂的岩块；

步骤五中，具体操作为，将取出的岩块装载至料斗中，采用电动卷扬机出渣。

10.一种顶端固定水钻的开挖系统，采用权利要求1至6任一项所述的一种顶端固定水钻装置，其特征在于：包括水钻、电动葫芦、门架，水钻的顶端通过顶端固定水钻装置固定在工作井内，电动葫芦通过门架设于工作井上方。