一种多功能数控竖井掘进装置及施工方法与流程

本发明涉及一种多功能数控竖井掘进装置及施工方法，属于机械装备及地下建筑工程领域，适用于污水处理设施，城市排涝工程，地下管廊建设，盾构机工作井施工，井筒式地下立体车库中竖井掘进施工。

背景技术：

竖井掘进是由地面垂直向下挖掘竖井(又称立井)的施工过程。竖井掘进方法分普通施工法和特殊施工法两种。普通施工法适用于井筒涌水量小，岩层比较稳定的竖井掘进。特殊施工法适用于不稳定岩层(包括流砂、淤泥、破碎的岩层)的竖井掘进。竖井普通施工法用人工或机械凿岩爆破的方法进行竖井掘进。掘进程序是先进行锁口施工，然后进行表土施工和基岩施工。竖井特殊施工法有板桩法、沉井法、冻结法、预注浆法、混凝土帷幕法、钻井法等。

但上述竖井施工方法经常会出现导向角度有差异、垂直度偏差、施工场地要求高、适用范围局限性较大，对周边建筑地基产生影响等问题。

综上所述，为了解决现有技术存在的问题，目前亟需发明一种施工操作简单，不影响周围建筑物地基基础，各类软土地质条件都能适用，并且通过数控控制，保证竖井下沉垂直度、平衡度和可靠性，实现竖井平稳推进，降低劳动强度，降低施工成本，营造整洁施工环境，经济技术效益显著的多功能数控竖井掘进装置及施工方法。

技术实现要素：

本发明提出一种施工操作简单，不影响周围建筑物地基基础，各类软土地质条件都能适用，并且通过数控控制，保证竖井下沉垂直度、平衡度和可靠性，实现竖井平稳推进，降低劳动强度，降低施工成本，营造整洁施工环境，经济技术效益显著的多功能数控竖井掘进装置及施工方法，解决了现有技术存在的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种多功能数控竖井掘进装置，包括浮动作业台、掘进机组、竖井和与所述竖井形状相同的竖井套井，所述浮动作业台设置有泥浆池、泥水分离装置、水池及高压泵站，所述掘进机组由操作控制系统控制，置于所述竖井中进行水下掘进，所述掘进机组分别连接泥土排出管和高压进水软管，所述竖井套井设有3个以上能采集数据、导向、定位、纠偏的下沉推进装置，所述下沉推进装置由操作控制系统控制，所述竖井套井设置于所述竖井与地面的连接处，所述竖井套井与竖井井壁之间的间隙注入触变泥浆作为润滑装置。

所述泥浆池、泥水分离装置、水池及高压泵站为拼装式结构，并置于所述竖井井筒内，依靠浮力及竖井井筒传递的拉力保持所述浮动作业台稳定。

所述掘进机组包括潜水钻机、潜水砂泵和履带式行走机构，所述潜水钻机在工作过程呈相反方向旋转，所述潜水钻机的钻头上端周圆方向设有旋转式水力冲枪，潜水砂泵安装在相邻所述潜水钻机之间，将钻机破土后的泥浆提升排入所述浮动作业台上的泥浆池。履带式行走机构根据操作控制系统的指令在水下往复行走钻吸排土。

所述的下沉推进装置包括位于所述竖井井壁底部、用钢丝绳连接的穿心液压油缸和受力传感器，所述钢丝绳连接穿心液压油缸保持竖井井筒姿态平衡，所述受力传感器将采集的数据传送到所述操作控制系统。

所述竖井井壁由钢筋混凝土现浇或钢筋混凝土管片衬砌形成，也可以是钢结构井壁。

所述竖井套井为钢筋混凝土结构或现场拼装的钢结构，所述竖井套井均匀设置于所述竖井与地面连接处。

所述润滑装置为触变泥浆，所述泥土排出管连接有泥水分离装置，所述高压进水软管连接有高压泵站。触变泥浆包括膨润土、粘土、水，它们的比例为1：1：3。间隙内注入该比例的触变泥浆，触变泥浆起到润滑，减少下沉摩擦阻力，防止地基变形的作用。

还包括助沉装置，所述助沉装置为所述浮动作业台和泥浆池泥浆的自重，通过力传递机构将重力传递到所述竖井井筒，根据需要对所述竖井井筒进行加压助沉，帮助所述竖井井筒下沉推进。

一种多功能数控竖井掘进装置的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、施工前准备：根据设计图纸，清理施工场地，并组织施工材料、机械、人员就位；

步骤二、在设计位置根据竖井的形状设置竖井套井；

步骤三、在设计位置进行井壁预制或井壁衬砌，制作，并在所述竖井套井上安装纠偏下沉推进装置；

步骤四、安装浮动作业台，掘进机组，所述掘进机组与泥土排出管和高压进水软管相互连接，往所述竖井与竖井套井的间隙处注入触变泥浆；

步骤五、通过操作控制系统控制掘进机组进行钻吸排土施工，钻机破土后的泥浆通过潜水砂泵和泥土排出管提升至浮动作业台的泥浆池；

步骤六、通过操作控制系统控制下沉推进装置，一边掘进，一边浇筑或衬砌竖井井壁，一边推进，在所述竖井不断下沉的同时往所述竖井与竖井套井的间隙处逐渐注入触变泥浆，直至所述竖井下沉至设计标高。

步骤七、确定竖井下沉至设计位置，竖井与竖井套井的间隙处压密注浆，注入水泥浆将触变泥浆置换成水泥浆进行固井处理。

步骤八、竖井施工完成后进行井筒水下钢筋混凝土封底。

所述步骤二中竖井套井的地基可打设水泥搅拌桩进行地基加固处理。

本发明具有以下的特点和有益效果：

本发明涉及的一种多功能数控竖井掘进装置及施工方法，通过设置浮动作业台，增加井筒下沉推进的动力，并易于操控，提高工效，施工对环境影响降到最低。通过设置竖井套井，使各种机械操作和数据采集具有可靠保障，通过设置履带式掘进机组在井筒内水下钻吸排土，通过触变泥浆润滑系统，减少内井壁摩擦力；通过操作控制系统进行采集数据，并利用竖井自重，操作控制竖井套井上安装的导向、纠偏、平衡、推进装置，使竖井平稳下沉推进，竖井套井及操作系统可以操控，垂直、平衡度、安全下沉；不排水下沉对周边建筑影响极小；本机施工，成本大幅降低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种多功能数控竖井掘进装置的结构示意图；

图2为本发明一种多功能数控竖井掘进装置的俯视图。

图中，1-竖井套井；2-下沉推进装置；3-竖井井筒；4-润滑装置；5-水泥搅拌桩；6-泥水分离装置；7-掘进机组；8-浮动作业台；9-操作控制系统；10-泥土排出管；11-高压泵站；12-高压进水软管；13-泥浆池；14-助沉装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1和图2所示的一种多功能数控竖井掘进装置的结构示意图和俯视图。一种多功能数控竖井掘进装置，包括浮动作业台8、掘进机组7、竖井和与所述竖井形状相同的竖井套井1，所述浮动作业台8设置有泥浆池13、泥水分离装置6、水池及高压泵站11，所述掘进机组7由操作控制系统9控制，置于所述竖井中进行水下掘进，所述掘进机组7分别连接泥土排出管10和高压进水软管12，所述竖井套井1设有3个以上能采集数据、导向、定位、纠偏的下沉推进装置2，所述下沉推进装置2由操作控制系统9控制，所述竖井套井1设置于所述竖井与地面的连接处，所述竖井套井1与竖井井壁之间的间隙注入触变泥浆作为润滑装置4。所述下沉推进装置2数量可根据井筒的形状、尺寸设定，可以是3组，4组，5组，6组，7组......20组，单筒标准配置3组。

所述的竖井掘进的截面形状为圆形、拱形、方形或圆形、拱形、方形的组合。

所述泥浆池13、泥水分离装置6、水池及高压泵站11为拼装式结构，并置于所述竖井井筒3内，依靠浮力及竖井井筒3传递的拉力保持所述浮动作业台8稳定。

所述掘进机组7包括潜水钻机、潜水砂泵和履带式行走机构，所述潜水钻机在工作过程呈相反方向旋转，所述潜水钻机的钻头上端周圆方向设有旋转式水力冲枪，潜水砂泵安装在相邻所述潜水钻机之间，将钻机破土后的泥浆提升排入所述浮动作业台8上的泥浆池。履带式行走机构根据操作控制系统9的指令在水下往复行走钻吸排土。

所述的下沉推进装置2包括位于所述竖井井壁底部、用钢丝绳连接的穿心液压油缸和受力传感器，所述钢丝绳连接穿心液压油缸保持竖井井筒姿态平衡，所述受力传感器将采集的数据传送到所述操作控制系统9。

所述竖井井壁由钢筋混凝土现浇或钢筋混凝土管片衬砌形成，也可以是钢结构井壁。

所述竖井套井1为钢筋混凝土结构或现场拼装的钢结构，所述竖井套井1均匀设置于所述竖井与地面连接处。

所述润滑装置4为触变泥浆，所述泥土排出管10连接有泥水分离装置6，所述高压进水软管12连接有高压泵站11。触变泥浆包括膨润土、粘土、水，它们的比例为1：1：3，间隙内注入该比例的触变泥浆，触变泥浆起到润滑，减少下沉摩擦阻力，防止地基变形的作用。

所述助沉装置14为所述浮动作业台8和泥浆池13泥浆的自重，通过力传递机构将重力传递到所述竖井井筒3，根据需要对所述竖井井筒3进行加压助沉，帮助所述竖井井筒3下沉推进。

一种多功能数控竖井掘进装置的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、施工前准备：根据设计图纸，清理施工场地，并组织施工材料、机械、人员就位；

步骤二、在设计位置根据竖井的形状设置竖井套井1；

步骤三、在设计位置进行井壁预制或井壁衬砌，制作，并在所述竖井套井1上安装纠偏下沉推进装置2；

步骤四、安装浮动作业台8，掘进机组7，所述掘进机组7与泥土排出管10和高压进水软管12相互连接，往所述竖井与竖井套井1的间隙处注入触变泥浆；

步骤五、通过操作控制系统9控制掘进机组7进行钻吸排土施工，钻机破土后的泥浆通过潜水砂泵和泥土排出管10提升至浮动作业台8的泥浆池13；

步骤六、通过操作控制系统9控制下沉推进装置，一边掘进，一边浇筑或衬砌竖井井壁，一边推进，在所述竖井不断下沉的同时往所述竖井与竖井套井1的间隙处逐渐注入触变泥浆，直至所述竖井下沉至设计标高。

步骤七、确定竖井下沉至设计位置，竖井与竖井套井1的间隙处压密注浆，注入水泥浆将触变泥浆置换成水泥浆进行固井处理。

步骤八、竖井施工完成后进行井筒水下钢筋混凝土封底。

所述步骤二中竖井套井的地基可打设水泥搅拌桩进行地基加固处理。

本发明涉及的一种多功能数控竖井掘进装置及施工方法，通过设置浮动作业台8，增加竖井井筒3下沉推进的动力，并易于操控，提高工效，施工对环境影响降到最低，通过设置竖井套井1，使各种机械操作和数据采集具有可靠保障。通过设置履带式掘进机组7在井筒内水下钻吸排土，通过触变泥浆润滑系统，减少内井壁摩擦力；通过操作控制系统9进行采集数据，并利用竖井自重，操作控制竖井套井1上安装的导向、纠偏、平衡、推进装置，使竖井平稳下沉推进，竖井套井1及操作控制系统9可以操控，垂直、平衡度、安全下沉；不排水下沉对周边建筑影响极小；本机施工，成本大幅降低。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。