一种沉井施工设备及施工方法与流程

本发明涉及水利水电工程技术领域，具体涉及一种沉井施工设备及施工方法。

背景技术：

在水利水电工程施工中，沉井施工法是修筑水闸、泵站工程和深埋基础工程所采用的重要施工方法之一，其具有施工工艺简单，埋深大，整体性及稳定性好等优点，并且对邻近建筑物和周围环境的影响较小。进行沉井施工，比大开挖施工，可大大减少挖、运、回填的土方量，因此可加快施工进度，降低施工费用。

现有技术的沉井施工设备中，在沉井下降的过程中，当所挖的竖井的侧壁对在竖井内下沉的沉井的阻力大于沉井的自重时，会产生沉井的不均匀沉降现象，现有的解决办法是通过辅助加压机构进行加压，辅助加压机构包括加压支架，设置在加压支架上的加压油缸、与加压油缸的伸缩端连接的压板，通过压板抵住沉井对沉井进行加压，从而使沉井顺利下沉。这样的辅助加压机构不仅结构庞大，而且运输安装不便。另外，在对于不同地质，例如砂砾地层、粘土层等地层进行施工过程中，施工人员需要先勘察地质，在沉井施工地点钻探，了解该处地质情况，然后进行沉井施工设备的选择。但实际上，上述施工准备也并不能够完全反映地层的实时施工环境，并且选择的施工设备在实际沉井施工过程中，不能够根据地质条件进行调节。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中沉井施工中易产生不均匀沉降，从而提供一种高效沉井施工的设备及施工方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种沉井施工设备，包括：

挖掘机构，用于向下挖掘竖井；

沉井提放机构，用于随所述挖掘机构掘进，往竖井内提放沉井；

渣浆分离机构；

排浆机构，用于将竖井内的泥浆混合物抽吸至所述渣浆分离机构进行分离；

注浆机构，用于将渣浆分离机构分离后的泥浆注回竖井内；

高压冲水机构，用于冲击并软化竖井阻挡所述沉井下沉的部位，以及稀释竖井内泥浆的密度。

上述沉井施工设备中，还包括：

沉井位置传感器，其绕所述沉井的井壁均匀设置，对所述沉井下降位置进行实时检测；

控制器，其与所述沉井位置传感器通信连接，获取沉井位置信号，判断沉井受阻位置，所述控制器与高压冲水机构及所述注浆机构通信连接，所述控制器控制所述高压冲水机构朝沉井受阻位置喷射高压水，并控制注浆泵停止工作。

上述沉井施工设备中，还包括泥浆密度分析器，其设置于所述渣浆分离机构内，对所述渣浆分离机构内的泥浆密度进行检测；所述控制器与泥浆密度传感器通信连接，对所述泥浆密度分析其输送的泥浆密度值进行判断，若所检测的泥浆密度值大于或等于第一阈值时，所述控制器控制所述高压冲水机构开始工作，并控制注浆泵停止工作。

上述沉井施工设备中，高压冲水机构包括高压水泵，进水管和高压水枪；所述高压水泵的入口与水源连接，所述高压水泵的出口与所述进水管的一端连接，所述进水管的另一端连接所述高压水枪。

上述沉井施工设备中，挖掘机构为抓挖机，其开挖竖井内土体并将开挖的土体运输至所述竖井外。

上述沉井施工设备中，排浆机构包括：吸浆盘，其对竖井内的泥浆进行抽吸；排浆管，所述排浆管的入口端与所述吸浆盘连接；排浆软管，其入口端与所述排浆管的出口端连接；排浆泵，其入口端与所述排浆软管的出口端连接，其出口端与所述渣浆分离机构的入口连接。

所述注浆机构包括：泥浆箱，与所述渣浆分离机构的泥浆出口连接；注浆泵，设置在所述泥浆箱的出口；注浆管，所述注浆管连通至沉井底部；注浆软管，所述注浆软管的一端与所述注浆泵连接，所述注浆软管的另一端连通至所述注浆管。

上述沉井施工设备中，所述吸浆盘压力范围为15～35mpa。

上述沉井施工设备中，还包括震沉模块，所述震沉模块均匀布置在所述沉井顶端。

本发明还提供一种沉井施工方法，包括如下步骤：

开挖竖井：挖掘竖井并将土壤运输至所述竖井外；

泥浆分离循环：对竖井内的泥浆混合物抽吸分离后，将分离后的泥浆注入竖井内；

沉井下沉：将沉井下沉竖井内，若沉井下沉过程中受阻时，对受阻处喷射高压水，并停止注浆工作。

上述施工方法中，在所述沉井下沉步骤中，若检测到所述沉井下降过程中泥浆密度大于或等于第一阈值时，向竖井内喷射高压水稀释，并停止注浆；若检测到所述沉井下降过程中泥浆密度小于第一阈值时，停止喷射高压水，并开始注浆。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的沉井施工设备，其通过排浆、注浆循环机构，以及高压冲水机构两套注浆系统的设置，在沉井产生不均匀下降时，可利用高压冲水机构冲击沉井下沉阻力点，减小该处井口下端摩阻力，从而保证沉井均匀下降；相对于压板抵住沉井对沉井进行加压下降的沉井施工设备，具有结构简单，下沉效率高的优点。

2.使用挖掘机构挖除竖井内土石，并间接扰动土石分离，破碎土体、砂砾与泥浆混合，然后通过吸浆盘采用15-35mpa高压力吸浆，其吸排出沉井并经由输泥管路送至渣浆分离机构，分离出的泥浆通过注浆管路送回沉井底部，随着竖井内土面逐渐降低，沉井借其自重，加上震沉模块减少沉井端摩阻力，提高工作效率。

3.通过泥浆密度分析器，及根据分析结果对注浆、高压冲水机构的控制，可使本发明提供的沉井施工设备适用于不同的地层，例如，沉井施工至粘土地层，泥浆密度分析器分析到渣浆分离机构内的泥浆密度大于第一阈值，阻碍沉井的正常下沉，此时开启高压冲水机构，稀释井内泥浆密度，减小井口下端摩阻力，保证沉井正常下沉。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明沉井施工设备的结构示意图；

附图标记说明：

1-沉井；2-挖掘机构；4-震沉模块；31-吸浆盘；32-排浆管；33-排浆软管；34-排浆泵；35-渣浆分离机构；36-泥浆箱；37-注浆软管；38注浆管；51-水源；52-高压水泵；53-进水管；54-高压水枪。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种沉井施工设备，包括：

挖掘机构2，用于向下挖掘竖井，该挖掘机构可选择为抓挖机、刀盘式钻机等；

沉井提放机构，用于随挖掘机构掘进，往竖井内提放沉井1；

渣浆分离机构35，该渣浆分离机构优选为泥沙筛机；

排浆机构，用于将竖井内的泥浆混合物抽吸至渣浆分离机构进行分离；

注浆机构，用于将渣浆分离机构分离后的泥浆注回竖井内；

高压冲水机构，用于冲击并软化竖井阻挡所述沉井下沉的部位，以及稀释竖井内泥浆的密度。

沉井施工设备通过排浆、注浆循环机构，以及高压冲水机构两套注浆系统的设置，在沉井产生不均匀下降时，可利用高压冲水机构冲击沉井下沉阻力点，减小该处井口下端摩阻力，从而保证沉井均匀下降；其相对于压板抵住沉井对沉井进行加压下降的沉井施工设备，具有结构简单，下沉效率高的优点。

在本实施例中，还包括：沉井位置传感器，其绕所述沉井的井壁均匀设置，对所述沉井下降位置进行实时检测；

控制器，其与所述沉井位置传感器通信连接，获取沉井位置信号，判断沉井受阻位置，所述控制器与高压冲水机构及所述注浆机构通信连接，所述控制器控制所述高压冲水机构朝沉井受阻位置喷射高压水，并控制注浆泵停止工作。

采用沉井位置传感器可精确获取沉井位置信号，在沉井出现倾斜时，通过控制器的控制，实现喷射高压水与注浆的交替工作，精确调整沉井位置，提高工作效率。

在本实施例中，还包括泥浆密度分析器，其设置于所述渣浆分离机构内，对所述渣浆分离机构内的泥浆密度进行检测；所述控制器与泥浆密度传感器通信连接，对所述泥浆密度分析其输送的泥浆密度值进行判断，若所检测的泥浆密度值大于或等于第一阈值时，所述控制器控制所述高压冲水机构开始工作，并控制注浆泵停止工作。

通过泥浆密度分析器，及根据分析结果对注浆、高压冲水机构的控制，可使本发明提供的沉井施工设备适用于不同的地层，例如，当沉井施工至砂石层时，泥浆密度分析器分析到渣浆分离机构内的泥浆密度小于第一阈值，此时，仅实施泥浆分离循环步骤即可保证沉井均匀顺利下降；当沉井施工至粘土地层，泥浆密度分析器分析到渣浆分离机构内的泥浆密度大于第一阈值，阻碍沉井的正常下沉，此时开启高压冲水机构，稀释井内泥浆密度，减小井口下端摩阻力，保证沉井正常下沉。

在本实施例中，所述高压冲水机构包括高压水泵52，进水管53和高压水枪54；所述高压水泵52的入口与水源51连接，所述高压水泵52的出口与所述进水管53的一端连接，所述进水管53的另一端连接所述高压水枪54。

在本实施例中，所述挖掘机构2为抓挖机，其开挖竖井内土体并将开挖的土体运输至所述竖井外。

在本实施例中，所述排浆机构包括：吸浆盘31，其对竖井内的泥浆进行抽吸；所述吸浆盘31压力范围为15～35mpa。排浆管32，所述排浆管32的入口端与所述吸浆盘31连接；排浆软管33，其入口端与所述排浆管32的出口端连接；排浆34泵，其入口端与所述排浆软管33的出口端连接，其出口端与所述渣浆分离机构35的入口连接。

所述注浆机构包括：泥浆箱36，与所述渣浆分离机构35的泥浆出口连接；还包括注浆泵(未图示)，设置在所述泥浆箱36的出口；注浆管38，所述注浆管38连通至沉井底部；注浆软管37，所述注浆软管37的一端与所述注浆泵连接，所述注浆软管37的另一端连通至所述注浆管38。

在本实施例中，还包括震沉模块4，震沉模块4均匀布置在所述沉井顶端。所述震沉模块优选为震动机。

使用挖掘机构挖除竖井内土石，并间接扰动土石分离，破碎土体、砂砾与泥浆混合，然后通过吸浆盘采用15-35mpa高压力吸浆，其吸排出沉井并经由输泥管路送至渣浆分离机构，分离出的泥浆通过注浆管路送回沉井底部，随着竖井内土面逐渐降低，沉井借其自重，加上震沉模块减少沉井端摩阻力，提高工作效率。

实施例2

本实施例提供了一种沉井施工方法，采用实施例1中所述的沉井施工设备。该沉井施工方法包括如下步骤：

开挖竖井：挖掘竖井并将土壤运输至所述竖井外；

泥浆分离循环：对竖井内的泥浆混合物抽吸分离后，将分离后的泥浆注入竖井内；

沉井下沉：将沉井下沉竖井内，若沉井下沉过程中受阻时，对受阻处喷射高压水，并停止注浆工作。

该施工方法通过泥浆分离循环、以及对受阻处喷射高压水步骤，在沉井产生不均匀下降时，可利用高压冲水机构冲击沉井下沉阻力点，减小该处井口下端摩阻力，从而保证沉井均匀下降。

上述施工方法中，在所述沉井下沉步骤中，若检测到所述沉井下降过程中泥浆密度大于或等于第一阈值时，向竖井内喷射高压水稀释，并停止注浆；若检测到所述沉井下降过程中泥浆密度小于第一阈值时，停止喷射高压水，并开始注浆。

通过上述施工方法，可使本发明提供的沉井施工设备适用于不同的地层，例如，当沉井施工至砂石层时，泥浆密度分析器分析到渣浆分离机构内的泥浆密度小于第一阈值，此时，仅实施泥浆分离循环步骤即可保证沉井均匀顺利下降；当沉井施工至粘土地层，泥浆密度分析器分析到渣浆分离机构内的泥浆密度大于第一阈值，阻碍沉井的正常下沉，此时开启高压冲水机构，稀释井内泥浆密度，减小井口下端摩阻力，保证沉井正常下沉。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。