本實用新型屬于巖、土鉆孔技術領域，具體涉及平移式鑿巖成孔機。

背景技術：

現有的在土木工程中，巖、土體中成孔是一個十分重要的技術。例如邊坡工程中的抗滑樁、建筑中的樁基礎、橋梁工程中的橋墩、大型設備的基礎、隧道通風管道等等，都需要在巖、土體中成孔。就成孔方法而言，主要有兩大類：機械成孔與人工挖掘成孔。其中，機械成孔主要靠轉動提供破巖(土)動力或變化鑿巖點位置，因此，只能形成圓形孔。但是，圓形截面結構與矩形或其它截面形狀的結構相比，抗彎性能差很多。在很多情況下，結構需要有足夠的受彎能力。例如邊坡工程中的抗滑樁就是以受彎為主，對于有指定方向上有水平荷載的建筑，基礎樁也需要有抗彎能力，等等。因此，在很多情況下巖、土圓形成孔不能滿足工程要求。不幸的是到目前為止，巖、土非圓形成孔還是采用以人工為主的方法進行。雖然可以輔助切割機、風鎬、取芯機等工具，終究離不開人在孔中的局面。人工挖孔面臨很多問題：人力成本大幅度上升，提高了工程造價；成孔過程人在孔中，安全得不到保障，在復雜巖土體中更是如此；成孔時間長，工期得不到保證。特別是人員安全問題一直未解決，國家主管部門已經對人工挖孔進行了限制，需要組織專家評估才能進行。非圓形機械成孔技術的滯后，已是工程建設中的一大難題，但是到目前為止均未見有效突破。

現有鉆孔機械不能實施非圓成孔的原因在于：破巖動力來自于機械的轉動扭矩；或者破巖點位置的改變來自于機械的轉動。所以轉動是現行鉆孔機械的必要因素。采用轉動形成的孔就離不開圓形，即使想做成橢圓孔都難，這是成孔原理所注定的。對于沖擊破巖而言，通過圓形轉動改變沖擊點理想位置也是一件難辦的事。因為弧長與距圓心的距離有關，很難做到等距離移動，而對于同一種巖體而言，只有等距離移動才是功效最高的。

技術實現要素：

本實用新型解決的技術問題是現有鉆孔機械不能實施的非圓形成孔。

為了解決上述技術問題，本實用新型提供如下技術方案：平移式鑿巖成孔機，包括框架、渣斗、活塞沖擊器、鑿巖頭、雙向步進活塞和氣控閥，框架包括固定框架和移動框架，固定框架上安裝橫向移動的移動框架和渣斗，移動框架上固接活塞沖擊器、雙向步進活塞、氣控 閥；活塞沖擊器下端連接鑿巖頭，活塞沖擊器的側壁上設有回程出氣口和進程出氣口；氣控閥包括矩形活塞缸、氣控活塞缸、定位活塞，氣控活塞缸與矩形活塞缸并連，定位活塞與矩形活塞缸兩端連接；所述矩形活塞缸上設第一進氣口、第二進氣口、第一出氣口、第二出氣口，矩形活塞缸內設矩形導氣空心活塞，矩形導氣空心活塞上設有與第一進氣口、第二進氣口、第一出氣口、第二出氣口和對應的換氣口，所述氣控活塞缸上設有兩個進氣口和兩個出氣口，兩個進氣口分別與矩形活塞缸第一出氣口和第二出氣口連通，兩個出氣口連接雙向步進活塞，氣控活塞缸內部設有氣控活塞，氣控活塞兩端連接有導氣筒，導氣筒壁設有導氣孔且兩端還分別設有第一側出氣口和第二側出氣口，導氣孔隨氣控活塞移動連通雙向步進活塞，所述定位活塞端頭橫向伸出移動框架外邊緣且伸出長度大于第一進氣口直徑；所述雙向步進活塞包括步進活塞缸、環形活塞和步進活塞軸，環形活塞套設于步進活塞缸內部且在步進活塞缸中部移動，步進活塞軸貫穿步進活塞缸和環形活塞且在步進活塞缸、環形活塞內移動，兩端與固定框架連接，步進活塞缸固定在移動框架上且其上設有回程進/出氣孔和進程進/出氣孔，步進活塞缸和環形活塞上均設有止退銷，止退銷后面設置有彈簧，步進活塞軸沿周向均勻四條單向止退槽，鄰排的單向止退槽反向設置，弧形滑槽設置在止退槽分布范圍的兩端，弧形滑槽底部設有止退臺階。

采用上述技術方案，運行時：主進氣管作用于活塞沖擊器，啟動活塞沖擊器中沖擊活塞向下運動，沖擊下部鑿巖頭，同時沖擊活塞缸下部部分高壓氣通過進程出氣口進入進程出氣管；鑿巖頭侵入巖體；進程出氣管中高壓氣通過氣控閥進入雙向步進活塞，啟動其中環形活塞反向運動；當活塞沖擊器中沖擊活塞向上運動時，沖擊活塞缸上部高壓氣通過回程出氣口進入回程出氣管，回程出氣管中高壓氣通過氣控閥進入雙向步進活塞，啟動其中環形活塞和步進活塞軸正向運動，迫使雙向步進活塞缸、移動框架和其上沖擊活塞缸正向運動一個步長，鑿巖頭也平行移動一個步長；重復上述過程，移動框架一直正向移動，下部鑿巖頭按設計步長改變位置沖擊破巖；當移動框架正向移動與固定框架接觸時，雙向步進活塞自動改變移動方向，這時氣控閥上定位活塞接觸固定框架，交換進程出氣管、回程出氣管中的高壓氣流向，始終保持活塞沖擊器中沖擊活塞向上運動時，整個移動框架上的結構移動，重復上述過程，達到破巖、成孔目的。破巖形成的巖石碎屑，通過高壓送風沿固定框架與孔壁之間空隙吹出，落入上部渣斗。渣滿后，取出渣斗棄渣。通過上述技術方案，鑿巖頭平行移動破巖，可以保證非圓形孔成孔。

雙向步進活塞工作時，由回程進/出氣孔和進程進/出氣孔單向交換送氣和排氣。首先回程進/出氣孔進氣，進程進/出氣孔排氣，環形活塞帶動步進活塞軸正向移動一個步進量，步進活塞缸上兩端止退銷滑移退出單向止退槽，進入下一個單向止退槽，完成一次步進；當進 程進/出氣孔開始進氣，回程進/出氣孔排氣時，環形活塞反向移動一個步進量，其上止退銷滑移退出單向止退槽，步進活塞缸上兩端止退銷置于止退槽內，防止步進活塞軸反向移動，為環形活塞第二次向正向移動提供空間；重復以上過程，實現回程進氣驅動下正向步進移動。當步進活塞軸移動至單向止退滑槽端部時，步進活塞缸上兩端止退銷進入弧形滑槽，迫使步進活塞軸旋轉。環形活塞對應的單向止退滑槽變為可橫移單向止退槽，容許步進活塞軸旋轉。弧形滑槽上，按步進量設置有止退臺階，防止反轉和倒退。按上述步驟可實現步進活塞軸旋轉90°的目的。步進活塞軸旋轉90°后，其上兩側的反向單向止退滑槽移動至步進活塞缸上、下部位，進入止退銷控制范圍。原來的正向單向止退滑槽轉向兩側而失效。這時，正向移動結束，反向移動開始。反向步進移動原理與正向步進移動相同，反向移動轉換為正向移動也是同樣原理。

氣控閥工作時，第一進氣口、第二進氣口與第一出氣口、第二出氣口直通的條件下，當移動框架移動到與固定框架相接觸時，定位活塞向左移動一個控制量，帶動矩形導氣空心活塞移動，第一進氣口的氣流從第二出氣口流出，第二進氣口的氣流從第一出氣口流出，完成進氣道轉換，反之亦然，完成進氣通道的轉換功能。由進氣通道轉換過的氣體進入氣道進、出轉換裝置后，當從第一出氣口進氣時，迫使氣控活塞向右移動，這時第二出氣口封閉，雙向步進活塞排出的氣體通過第二側出氣口排出。同理，當從第二出氣口進氣時，雙向步進活塞排除的氣體通過第一側出氣口排出，由此完成雙向步進活塞進、出氣轉換。

進一步，所述矩形導氣空心活塞上分別設有四個進氣的換氣口和四個出氣的換氣口。

進一步，所述移動框架上、下及兩側均設有滾軸。

進一步，所述固定框架上設有定向控制條，防止成孔發生偏移。

進一步，所述移動框架底部設有柔性封底，防止成孔過程中巖土粉塵進入成孔機內部。

進一步，所述渣斗側壁為翻轉結構，便于出渣。

進一步，平移式鑿巖成孔方法，包括以下步驟：a、根據成孔巖土特性，選擇性組合活塞沖擊器和鑿巖頭上刃具，并且設置步進活塞步長量；b、將組合后形成的平移式鑿巖成孔機放置在初始定位裝置上，調整好成孔位置和方向；c、啟動空壓機送氣，平移式鑿巖成孔機開始成孔，待機身深入地表以下時，松開初始定位裝置，平移鑿巖成孔機自行掘進，成孔過程中，整個鑿巖頭和其上刃具進行平移沖擊破巖；d、平移式鑿巖成孔機上部渣斗盛滿土石方后，利用提升裝置將平移式鑿巖成孔機提出孔外出渣；e、利用提升裝置重新將平移式鑿巖成孔機放入孔中，重復以上步驟，直到成孔完畢。

進一步，所述步驟c中，鑿巖頭上每個刃具均等距離平行移動，這樣可以有效控制平移沖擊破巖成孔。

本實用新型效果：

1、鑿巖頭上每個破巖刃具都是按最佳破巖效果設計的等距離平行移動，避免了傳統鉆機弧形移動使鑿巖頭上破巖刃具不能等距離移動的弊病，可明顯提高破巖效果；

2、平移式鑿巖成孔機采用平行移動，而不是傳統鉆機的弧形移動破巖，從根本上改變了破巖移動方式，可以進行矩形、T形、工字形等很多孔形的成孔。這種破巖方式不僅結束了非圓形孔必須人工開挖的局面，有可能導致傳統圓弧形移動破巖辦不到一系列新技術產生；

3、平移式鑿巖成孔機動力由柔性高壓氣管提供，不需要專門的機架，可以在空間很狹小環境下與已有建筑物零距離施工，傳統鉆機不可能做到這一點，更不用說實施矩形等非圓成孔，在這方面，本實用新型填補了空白。

4、平移式鑿巖成孔機不需要專門的機架，為一孔多機施工提供了可能。可做成單元成孔機，多機組合在一起，挖掘更大的、形狀不同的孔，這在以前是不可能想象的；

5、平移式鑿巖成孔機采用多沖擊器組合成孔，除了爆破、錨桿孔等分散小孔鉆機以外，組合大孔的實施至今未見此種結構。這種結構的優點是：多沖擊器組合尺度、孔形變化豐富，可實施不同要求的孔形、尺度的成孔；動能配置靈活，可采用不同功率的空壓機進行組合，提高設備使用率和機動性；

6、平移式鑿巖成孔機結構簡單、成本低、技術難度不高、可實施性好、容易推廣應用。平移式鑿巖成孔機屬于中小型設備，購置、運輸、使用方便，但是又能夠組合起來完成大型設備不能完成的大型孔施工。所述雙向步進活塞結構簡單、體積小、出力大、步進量準確可調，能夠有效提供鑿巖頭的步進移動。

附圖說明

圖1為本實用新型平移式鑿巖成孔機的立剖面結構示意圖；

圖2為本實用新型平移式鑿巖成孔機的側剖面視圖

圖3為本實用新型平移式鑿巖成孔機氣控閥部位的橫剖面視圖

圖4為本實用新型平移式鑿巖成孔機中活塞沖擊器的結構示意圖；

圖5為本實用新型平移式鑿巖成孔機中雙向步進活塞的結構示意圖；

圖6為本實用新型平移式鑿巖成孔機中氣控閥的結構示意圖；

圖7為本實用新型平移式鑿巖成孔機實施例2中多機組合成孔示意圖；

圖8為本實用新型平移式鑿巖成孔機實施例3中活塞沖擊器的組合結構示意圖；

圖9為本實用新型平移式鑿巖成孔機實施例4中傾斜成孔示意圖

圖中：1、主進氣管；2、渣斗；3、翻轉棄渣側板；4、固定框架；5、氣控閥；6、回程出氣管；7、移動框架；8、活塞沖擊器；9、進程出氣管；10、雙向步進活塞；11、鑿巖頭；12、滾軸；13、柔性封底；14、步進活塞進出氣管；15、定向控制條；16、回程出氣口；17、進程出氣口；18、沖擊活塞缸；19、沖擊活塞；20弧形滑槽；21、止退銷；22、回程進/出氣孔；23、進程進/出氣孔；24、單向止退槽；25、步進活塞軸；26、步進活塞缸；27、環形活塞；28、彈簧；29、止退臺階；30、步進量；32、步進調節環；33、定位活塞；34、矩形活塞缸；35、矩形導氣空心活塞；36、氣控活塞缸；37、氣控活塞；38、導氣筒；39、第二側出氣口；40、第一側出氣口；41、第一進氣口；42、第二進氣口；43、第一出氣口；44、第二出氣口。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步詳細的說明：

實施例1

如圖1、2、3、4、5、6所示：平移式鑿巖成孔機，包括框架、渣斗2、活塞沖擊器8、鑿巖頭11、雙向步進活塞10和氣控閥5，框架包括固定框架4和移動框架7，固定框架4上安裝橫向移動的移動框架7和渣斗2，移動框架7上固接活塞沖擊器8、雙向步進活塞10、氣控閥5；活塞沖擊器8下端連接鑿巖頭11，活塞沖擊器8的側壁上設有回程出氣口16和進程出氣口17；氣控閥5包括矩形活塞缸34、氣控活塞缸36、定位活塞33，氣控活塞缸36與矩形活塞缸34并連，定位活塞33與矩形活塞缸34兩端連接；所述矩形活塞缸34上設第一進氣口41、第二進氣口42、第一出氣口43、第二出氣口44，矩形活塞缸34內設矩形導氣空心活塞35，矩形導氣空心活塞35上設有與第一進氣口41、第二進氣口42、第一出氣口43、第二出氣口44和對應的換氣口，所述氣控活塞缸36上設有兩個進氣口和兩個出氣口，兩個進氣口分別與矩形活塞缸第一出氣口43和第二出氣口44連通，兩個出氣口連接雙向步進活塞10，氣控活塞缸36內部設有氣控活塞37，氣控活塞37兩端連接有導氣筒38，導氣筒38壁上設有導氣孔且兩端還分別設有第一側出氣口40和第二側出氣口39，導氣筒38隨氣控活塞37移動；所述定位活塞33端頭橫向伸出移動框架7外邊緣且伸出長度大于第一進氣口41直徑；所述雙向步進活塞10包括步進活塞缸26、環形活塞27和步進活塞軸25，環形活塞27套設于步進活塞缸26內部且在步進活塞缸26中部移動，步進活塞軸25貫穿步進活塞缸26和環形活塞27且在步進活塞缸26、環形活塞27內移動，兩端與固定框架4連接，步進活塞缸26固定在移動框架7上且其上設有回程進/出氣孔22和進程進/出氣孔23，步進活塞缸26和環形活塞25上均設有止退銷21，止退銷21后面設置有彈簧28，步進活塞軸25沿周向均勻四條單向止退槽24，鄰排的單向止退槽24反向設置，弧形滑槽20設置在單向止退槽24分布范圍的兩端，弧形滑槽20底部設有止退臺階29。所述矩形導氣空心活塞35上分別設有四個進氣的換氣口和四個出氣的換氣口。所述移動框架7上、下及兩側均設有滾軸12。所述固定框架4上設有定向控制條15。所述移動框架7底部設有柔性封底13。所述渣斗7側壁為翻轉結構。

平移式鑿巖成孔方法，包括一下步驟：a、根據成孔巖土特性，選擇性組合活塞沖擊器8和鑿巖頭11上刃具，并且設置雙向步進活塞10步長量；b、將組合后形成的平移式鑿巖成孔 機放置在初始定位裝置上，調整好成孔位置和方向；c、啟動空壓機送氣，平移式鑿巖成孔機開始成孔，待機身深入地表以下時，松開初始定位裝置，平移鑿巖成孔機自行掘進，成孔過程中，整個鑿巖頭11和其上刃具進行平移沖擊破巖；d、平移式鑿巖成孔機上部渣斗2盛滿土石方后，利用提升裝置將平移式鑿巖成孔機提出孔外出渣；e、利用提升裝置重新將平移式鑿巖成孔機放入孔中，重復以上步驟，直到成孔完畢。同時，所述步驟c中，鑿巖頭上每個刃具均等距離平行移動。

本實用新型運行時：高壓氣通過設置在渣斗2一側的主進氣管1進入下部移動框架7上的活塞沖擊器8，啟動活塞沖擊器8中沖擊活塞19向下運動，沖擊下部鑿巖頭11，同時沖擊活塞缸18下部部分高壓氣通過進程出氣口17進入進程出氣管9；鑿巖頭11侵入巖體；進程出氣管9中高壓氣通過氣控閥5進入雙向步進活塞10，啟動其中步進活塞軸25反向運動；當活塞沖擊器8中沖擊活塞19向上運動時，沖擊活塞缸18上部高壓氣通過回程出氣口16進入回程出氣管6，回程出氣管6中高壓氣通過氣控閥5進入雙向步進活塞10，啟動其中步進活塞軸25正向運動，迫使雙向步進活塞缸26、移動框架7和其上固定物正向運動一個步長，鑿巖頭11也平行移動一個步長；重復上述過程，移動框架7一直正向移動，下部鑿巖頭11按設計步長改變位置沖擊破巖；當移動框架7正向移動與固定框架4接觸時，雙向步進活塞10自動改變運動方，這時氣控閥上定位活塞33接觸固定框架4，交換進程出氣管9、回程出氣管6中的高壓氣流向，始終保持活塞沖擊器8中沖擊活塞19向上運動時，整個移動框架7上的結構移動；重復上述過程，達到破巖、成孔目的。破巖形成的巖石碎屑，通過高壓送風沿固定框架4與孔壁之間空隙吹出，落入上部渣斗2。渣滿后，取出渣斗2棄渣。固定框架4外面設有定向控制條15，防止成孔發生偏移。

采用輔助定位和取出裝置或機械，在設計成孔位置，保持好平移式鑿巖成孔機的成孔方向。啟動平移式鑿巖成孔機鑿巖，成孔機下沉。待成孔深度大于平移式鑿巖成孔機機身長度以后，撤除輔助定位和取出裝置或機械，平移式鑿巖成孔機自行下沉鑿巖。輔助定位和取出裝置結構簡單，可以根據現場情況制作臨時裝置，也可以做成專門裝置或機械。主張做成叉車尺度的定位和取出機械，采用電磁的方法與平移式鑿巖成孔機連接，便于固定和放開平移式鑿巖成孔機(以下稱這種機械為“電磁輔助機”)。這種定位機械尺寸小，可進入室內施工，連接和放開時不需要人工作業，施工快捷、方便。一般而言，一個輔助定位裝置或機械可以提供多臺成孔機的定位。繼續啟動平移式鑿巖成孔機，平移式鑿巖成孔機按最初定位方向鑿巖下沉。平移式鑿巖成孔機鑿巖的同時，產生的高壓氣從固定框架4與孔壁之間的空隙排出， 將鑿巖產生的碎屑吹出至平移式鑿巖成孔機上部。碎屑上行到平移式鑿巖成孔機上部后，空間擴大使高壓氣降壓，碎屑下沉，落入渣斗2，不需要使用強風將碎屑吹出孔外。渣斗2盛滿后，采用輔助定位、取出裝置或機械將平移式鑿巖成孔機提升至孔外，卸出渣斗2內的巖土碎屑。渣斗2也可以設計成與平移式鑿巖成孔機分離，只要采取措施最后將平移式鑿巖成孔機取出就行。最后形成與平移式鑿巖成孔機平面形狀相同的非圓形孔。

實施例2

如圖7所示，與實施例1不同的是采用四個平移式鑿巖成孔機組合成孔。由于本實用新型的平移式鑿巖成孔機一旦進入巖體后，不需要機架，可多個成孔機組合使用而不存在機架沖突的情況。因此，可根據常用尺寸做成一些單元成孔機，用單元成孔機進行組合，形成圖7所示的，由四個平移式鑿巖成孔機同時成孔的情況，最后形成T孔。按此方法，還可采用多臺平移式鑿巖成孔機進行組合，完成矩形、L形、工字形、多邊形等各種不同形狀的成孔。此外，還可以用小型機組合施工成大孔。多個成孔機組合成孔時，相鄰成孔機通過在定向控制條15上設卡扣連接方式相互連接，形成一個整體機。也可不加固定，相鄰成孔機通過在定向控制條15相互接觸。多個成孔機組合成孔時，巖石碎屑通過相鄰成孔機定向控制條之間空隙和殼體框架4與孔壁之間的空隙進入渣斗2。渣滿后，分批或一起從孔內提出卸渣。

實施例3

如圖8所示，與實施例1、2不同的是將活塞沖擊器增加到七個，形成更大的T形成孔機。按此方法，改變活塞沖擊器8的縱、橫排列和數量，可形成各種尺度和孔形的平移式鑿巖成孔機。平移式鑿巖成孔機做大以后，可以挖掘更大的，不同形狀的孔。相應的供氣量增加，需要更大的提升力，工作方式與實施例1相同。

實施例4

如圖9所示，與實施例1、2、3不同的是進行傾斜成孔。在成孔位置，采用機械或人工鑿打的方法，按孔的傾斜角度，將地面與平移式鑿巖成孔機接觸部位鑿打成斜面，便于安放成孔機。實施時：采用初始定位裝置保持平移式鑿巖成孔機成孔方向；啟動平移式鑿巖成孔機傾斜破巖；待機身全部進入巖體后，撤除初始定位裝置；平移式鑿巖成孔機固定框架4上的定向控制條15與孔壁接觸，保證成孔方向不會改變；重復實施例1中步驟，完成傾斜成孔。對于直徑大于0.8m的孔，傳統的鉆孔機很難實施傾斜成孔，本實用新型的這種功能有重要意義。傾斜成孔時，平移式鑿巖成孔機自重作用降低，成孔速度相應較慢。如果實施水平或近水平成孔，需要對平移式鑿巖成孔機施加向前的推進力。

以上所述的僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本領域的技術人員來說，在不脫離本實用新型結構的前提下，還可以做出若干變形和改進，也應該視為本實用新型的保護范圍，這些都不會影響本實用新型實施的效果和專利的實用性。