开槽式竖井掘进装置

172 编辑：中冶有色技术网来源：杭州牛斯顿地下空间科技有限公司

2024-01-05 14:12:02

权利要求书： 1.一种开槽式竖井掘进装置，其特征在于：包括挖掘组件，以及平衡组件；所述挖掘组件包括贴竖井内壁设置的挖槽装置(6)；所述平衡组件包括设置在竖井(4)外侧壁外侧地面上的支撑装置，所述支撑装置的支撑方向与竖井(4)下沉方向呈直角，以及机械控制装置(1)，所述机械控制装置(1)包括地面拉力千斤顶(5)，连接竖井(4)底部与所述地面拉力千斤顶(5)的钢索(7)，力感应器(3)，以及与所述力感应器(3)相连的数据处理系统，所述力感应器(3)设置在所述钢索(7)上。

2.根据权利要求1所述的开槽式竖井掘进装置，其特征在于：所述挖槽装置与所述数据处理系统通过电信号相连。

3.根据权利要求1所述的开槽式竖井掘进装置，其特征在于：所述挖掘组件包括一套或多套挖槽装置(6)。

4.根据权利要求1所述的开槽式竖井掘进装置，其特征在于：所述机械控制装置(1)设置在所述支撑装置上，所述力感应器(3)设置在所述机械控制装置(1)上。

5.根据权利要求1所述的开槽式竖井掘进装置，其特征在于：所述机械控制装置(1)包括至少三个机械控制单元，每个机械控制单元内均设置有力感应器(3)，所述机械控制单元均匀分布在竖井(4)口外周侧。

6.根据权利要求1所述的开槽式竖井掘进装置，其特征在于：所述支撑装置为设置在竖井(4)侧壁外侧地面上的支撑环(2)，所述支撑环(2)具有一定的厚度，结构稳定，并形成有支撑面，所述支撑面支撑方向与竖井(4)下沉方向呈直角。

7.根据权利要求6所述的开槽式竖井掘进装置，其特征在于：所述支撑环(2)为钢筋混凝土或钢结构，所述支撑环(2)下方设置有桩基础或复合基础。

8.根据权利要求1所述的开槽式竖井掘进装置，其特征在于：所述挖槽装置(6)包括铣挖式成槽机组，或钻吸式成槽机组，或抓斗式成槽机组，以及泥浆搅吸设备，铣槽提升设备。

说明书：一种开槽式竖井掘进装置技术领域[0001] 本实用新型属于机械制造及地下建筑工程领域，具体涉及一种开槽式竖井掘进装置。背景技术[0002] 随着城市的发展，城市中心的土地资源日益紧缺。竖井技术的不断发展，为地下空间的拓展提供了很大的便利。目前现有的竖井施工方法是在井壁的下端设置刃脚结构，刃脚插入土层，利用井筒的自身重力下沉。在井筒下沉期间，将已下沉的井筒内侧土方全部挖除。由于大型竖井，如立体车库，井筒直径较大，竖井深度深，采用现有的竖井施工方法、设备施工时，井壁外侧承受的土方压力很大，井筒极易出现突沉、倾斜等事故，已挖掘的井底容易受力两侧压力发生向上的土水突涌，在对大型深度竖井工程来说，施工的难度和风险很大。[0003] 因此，如何保持竖井在下沉过程中的垂直和竖井周围土体的稳定，避免竖井工程出现的突沉、倾斜等事故发生，保证超深竖井工程能够平稳、安全下沉，是业界亟待解决的技术难题。发明内容[0004] 本实用新型的目的是提供一种开槽式竖井掘进装置。该装置能很好的配合先进的竖井掘进方法，在竖井施工时，一方面能够保持竖井在下沉过程中的垂直，另一方面也能保持竖井周围土体的稳定，避免竖井工程出现的突沉、倾斜等事故的发生。[0005] 为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：[0006] 一种开槽式竖井掘进装置，包括挖掘组件，以及平衡组件；所述挖掘组件包括贴竖井内壁设置的挖槽装置；所述平衡组件包括设置在竖井外侧壁外侧地面上的支撑装置，以及机械控制装置，所述机械控制装置包括力感应器，以及与所述力感应器相连的数据处理系统。[0007] 竖井掘进装置贴竖井壁内侧设置的挖槽装置能够在竖井的过程中在竖井内壁处开槽，从而减小竖井下沉时竖井壁与中间土体摩擦产生的阻力。同时，开槽的挖掘方法取代传统的将中间所有土体挖除的处理方法，减小了竖井底部土体承受的挤压力，进一步降低了施工的风险。平衡组件可配合挖槽装置，保证竖井下沉时的竖直姿态。[0008] 作为优选，所述挖槽装置与所述数据处理系统通过电信号相连。[0009] 当挖槽装置与数据处理系统通过电信号相连时，当竖井发生歪斜，力感应器将数据传送至数据处理系统，数据系统向挖槽装置发送警报，挖槽装置能够自动调整挖槽位置，在受力较大处停止挖槽，在受力较小处继续挖槽，继而调整竖井下沉姿态，直至受力数据显示达到平衡，挖槽装置再继续进行周向挖掘。[0010] 作为优选，所述挖掘组件包括一套或多套挖槽装置。挖掘组件中的挖槽装置可根据竖井的大小、形状配备合适的数量。[0011] 作为优选，所述机械控制装置设置在所述支撑装置上，所述力感应器设置在所述机械控制装置上。[0012] 力感应器设置在机械控制装置上，便于力感应器更好的感受沉井受力情况，方便机械控制装置根据回传的数据及时调整竖井姿态。[0013] 作为优选，所述机械控制装置包括至少三个机械控制单元，每个机械控制单元内均设置有力感应器，所述机械控制单元均匀分布在竖井口外周侧。[0014] 竖井必须有至少3个受力点，才能保证下沉过程中的姿态能够得到有效的调平。因此设置三个均匀分布的机械控制单元，使得竖井可以在周向均匀受到牵拉。[0015] 作为优选，所述机械控制单元包括地面拉力千斤顶，以及连接竖井底部与所述地面拉力千斤顶的钢索，所述力感应器设置在所述钢索上。[0016] 竖井在下沉时通过钢索从底部牵拉，以调整姿态，力感应器设置在钢索上能及时捕获这些受力数据并回传，以便及时做出牵拉调整。[0017] 作为优选，所述支撑装置为设置在竖井侧壁外侧地面上的支撑环，所述支撑环具有一定的厚度，结构稳定，并形成有支撑面，所述支撑面支撑方向与竖井下沉方向成直角。[0018] 支撑装置的结构、材质、形状、尺寸规格根据竖井工程的外形、荷重设计选定。本方案中优选为具有一定厚度的支撑环。设置在地面上的支撑环能够很好的保持竖井开始下沉时竖直的姿态。[0019] 作为优选，所述支撑环为钢筋混凝土或钢结构，所述支撑环下方设置有桩基础或复合基础。[0020] 支撑环采用钢筋混凝土或钢结构能给沉井，以及机械控制装置提供有力的支撑。[0021] 作为优选，所述挖槽装置包括铣挖式成槽机组，或钻吸式成槽机组，或抓斗式成槽机组，以及泥浆搅吸设备，铣槽提升设备。[0022] 本方案中优选的设备组可满足竖井挖槽在干土层以及储水层的直接施工需要。[0023] 本实用新型相比现有技术突出且有益的技术效果是：[0024] 本实用新型的通用竖井掘进装置，有益效果有三。一、通过平衡组件的设置，保持了竖井下沉时候的竖直；贴竖井内壁设置的挖槽装置，使得井筒发生歪斜时，可以通过调整井筒周侧竖井槽的挖掘深度和宽度，调整平衡。这种组合调整方法更加高效，使得竖井在下沉过程中的垂直得到了多重的保证。二、由于开槽机的使用，使得竖井中部的土壤不必全部挖除，大部分土体得以保留，井筒底部所受两侧土体向上的挤压力被中心土体重力中和，有效地避免了井筒中心涌土涌水，从而避免了因受地质因素影响而产生的突沉，有效地降低了施工风险。三、在进行超深竖井作业时，遇到储水层，传统方法不可避免需要进行防水处理，而本设备的可通过泥浆搅吸设备带水施工，节省了工程开支。附图说明[0025] 图1是本实用新型实施例1的平面结构示意图。[0026] 图2是本实用新型实施例1的剖面结构示意图。[0027] 图3是本实用新型实施例2的平面结构示意图。[0028] 图4是本实用新型实施例2的剖面结构示意图。[0029] 图中，1、机械控制装置；2、支撑环；3、力感应器；4、竖井；5、拉力千斤顶；6、挖槽装置；7、钢索；8、竖井槽；9、地面。具体实施方式[0030] 为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于已给出的实施例，本领域普通技术人员在未做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。[0031] 在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。[0032] 在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。[0033] 在本申请的描述中，术语“以上”包含本数。[0034] 实施例1[0035] 本实用新型的一种通用竖井掘进装置，其在圆形井筒的竖井工程中应用。[0036] 如图1?2所示，本实用新型所述的开槽式竖井掘进装置用在圆形竖井的竖井施工中。竖井掘进装置包括挖掘组件，以及与挖掘组件相连接的平衡组件。[0037] 实施例1中所涉及的挖掘组件包括贴竖井4内壁设置的挖槽装置6，以及竖井完成后竖井内部土壤的挖掘装置。图中所示为竖井未完成时的挖槽装置。挖槽装置具体包括铣挖式成槽机组，泥浆搅吸设备，铣槽提升设备等。铣挖式成槽机组在竖井体的内部作业，一般为单台，根据需要也可以是双台或多台同时工作。在本实施例中，根据竖井的大小，设置为单台工作。在干土层施工时，铣挖式成槽机组可直接将挖出的干土运至地面，在储水层施工时，铣挖式成槽机组可直接将水与泥打成泥浆进行抽吸，并进行泥浆护壁，不必加设隔水钢板等隔水层，可直接湿式作业。[0038] 数据处理系统可以与挖槽装置通过电信号连接，也可不连接。不连接时可通过人工接收数据处理系统警报，并对挖槽装置进行对应处理。在本实施例中，数据处理系统与挖槽装置通过电信号连接。当力感应器检测到竖井受力不平衡时，力感应器将信号传至数据处理系统，数据处理系统报警，并将信号传送至铣挖式成槽机组，及时调整挖掘方案。平衡组件包括设置在竖井4侧壁外侧的地面9上的支撑环，以及机械控制装置1。支撑环2为钢筋混凝土或钢结构，下方设置有桩基础。支撑环具有一定的厚度，并形成有支撑面，所述支撑面支撑方向与竖井4下沉方向成直角。根据圆形竖井的外形以及大小，本实施例中的机械控制装置设置有四个机械控制单元，机械控制单元包括地面拉力千斤顶5，以及连接竖井4底部与所述地面拉力千斤顶5的钢索7，力感应器3设置在所述钢索7上。如图1所示，机械控制单元均匀分布在竖井4口外周侧的支撑环的四分点上，这样排布保证了钢索能够在四个力平衡的方向上拉住竖井，保持竖井的平衡。设置在钢索7上的力感应器3能够及时有效的回传竖井下沉时的受力数据到数据处理系统，以便竖井发生歪斜或有歪斜倾向时能及时发现并预先干预。[0039] 实施例2[0040] 本实施例中的竖井相较与实施例1中的竖井占地面积更大，形状为椭圆形。如图3?4所示，为保证力的平衡以及力传感器回传数据能够得到有效运用，在设置机械控制单元时，本实施例沿椭圆形六分点均匀设置有六组机械控制单元。这样设置使得椭圆形竖井能够均匀受到钢索牵拉，同时有六个点位的力传感器回传数据，便于预警和调整。

[0041] 在上述实施例中的支撑环在实际运用中也可为支撑钢架等支撑装置。在实际运用中，支撑结构、材质、形状、尺寸规格需要根据竖井工程的外形、荷重设计选定。[0042] 实施例3[0043] 本实施例中描述的一种通用竖井掘进方法也是上述竖井掘进装置的使用方法。具体使用包括以下步骤：[0044] S1在竖井4壁外侧设置支撑环，支撑环的支撑面与竖井4下沉方向垂直，将竖井4放置在支撑装置内，在竖井4壁内侧设置挖槽装置6；[0045] 支撑环设置在竖井壁外侧的地面9上，在浅层的沉降过程中能够通过对竖井的外侧壁提供有力的支撑，从而保证竖井在起始位置的垂直沉降。挖槽装置预先设置在竖井内，便于竖井下沉同步进行挖槽工序。[0046] S2贴竖井4壁内侧向竖井4下沉方向开挖竖井槽8，每开挖一层竖井槽8，下沉一层竖井，再安装或浇筑一层竖井，循环操作，直至竖井下沉至设计标高；[0047] 竖井槽紧贴竖井内壁开挖，能够有效的降低竖井内壁与土层的摩擦力，提高竖井的沉降效率，于此同时尽可能的保持中心土体对竖井底部的压力，减少竖井外侧土体对竖井壁的压力，防指竖井因周围土体不稳定，而发生的突沉、倾斜等事故。[0048] S3当竖井4下沉到设计标高后，再根据场地的工程地质条件，选择竖井4内土方的挖掘方式，在地下水丰富地层，采用挖掘组件，选择不排水挖掘，进行水下掘进，在地下无承压水，或地下水可控土层，采取技术措施，选择排水挖掘。[0049] 在竖井下沉完成后再进行竖井内土体的挖掘，此时竖井已经达到预想位置，状态较为稳定，此时挖掘内部的土体能够避免沉降过程中挖掘所造成的的沉降倾斜的弊端。[0050] 本实施例的竖井掘进方法，还包括竖井下沉过程中的姿态调整。挖槽装置6每挖一层，竖井下沉一层，竖井姿态平衡一层；竖井的姿态调节包括以下步骤：[0051] S1竖井外侧的支撑装置具有一定厚度，结构稳定，保证竖井在浅层下沉时不发生歪斜。[0052] S2竖井下沉时，力感应器3监测竖井受力情况，当周向受力均衡时竖井下沉继续，挖槽装置6继续正常挖槽；当力感应器3监测到受力不均衡时，数据处理器发出警报；接收到受力不均匀警报时，挖槽装置6会调整工作位置，直至竖井工作姿态平衡。[0053] 竖井下沉时，由于力感应器3设置在链接竖井底部与拉力千斤顶的钢索上，力感应器3能够监测竖井底部的受力情况，从而判断竖井是否歪斜。当周向受力均衡时竖井下沉继续，挖槽装置6继续正常挖槽；当力感应器3监测到受力不均衡时，数据处理器发出警报；接收到受力不均匀警报时，下沉暂停，可通过调节钢索拉力调整竖井姿态，也可通过调节挖槽装置的挖槽情况调整竖井下沉角度。[0054] 挖槽装置6能够通过以下方法调整竖井姿态：挖槽装置6暂停受力较大方向上的挖槽，在受力较小的方向上继续向下挖槽。在竖井下沉过程中，倾斜向下的部分受力较大，而倾斜向上的部分受力较小。在受力较小的方向上继续向下挖槽可以有效减小受力较小方向上土体与竖井内壁的摩擦力，使得受力较小方向能及时向下调整，从而达到竖井的平衡。待力感应器3回传受力平衡后，继续正常挖槽。[0055] 开槽式竖井的竖井槽8宽在0.6?3.0m之间，在掘进至储水层时，所述掘进方法采用泥水平衡原理，直接将竖井槽8内的泥土与水打成泥浆向上抽吸排渣，竖井槽内始终充满泥浆水。在竖井周向上紧贴竖井内壁由上向下逐层开挖竖井槽8，始终保证竖井槽与竖井方向一致、规则，竖井槽开挖同时须对竖井槽进行泥浆护壁，并严格控制泥浆浓度。[0056] 上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。