一种立井施工装置及施工方法与流程

1.本发明属于立井施工技术领域，具体涉及一种立井施工装置及施工方法。


背景技术：

2.目前，竖井钻机的钻井法施工是采用刀盘全断面开挖，气举反循环泥浆排渣，掘进过程采用泥浆护壁支护，掘进完成之后采用预制管片沉井支护，对于地质容易塌方的地区，施工前需要对竖井周围进行注浆加固。刀盘全断面开挖，效率高，气举反循环泥浆排渣效率高；但是施工过程采用泥浆护壁，由于仅靠泥浆的张力支撑井筒，容易发生塌方，尤其存在刀盘转动的扰动影响，地面注浆成本高、污染地质，甚至因为高压注浆破坏周围的土质，发生不可预见的次生灾害，此外，刀盘直径固定，无法从小的后部衬砌中拎出来。
3.下沉式立井掘进机施工是采用下沉式立井掘进机的截割头开挖，泵吸反循环排渣，下沉管片同步支护。下沉管片同步支护的支护效果好，避免塌方危险，但是截割头挖掘范围有限，严重限制施工效率，泵吸反循环的排渣效率低于气举反循环泥浆排渣，且对泵的要求非常高，泵的采购成本高。
4.因此，现有技术中：下沉式立井掘进机施工无法做到全断面开挖，施工效率低；泵吸反循环排渣效率低，且泵的要求高，不适应深竖井施工；泥浆护壁无法有效保证井筒在施工中不塌方，施工风险高；传统的固定式刀盘无法实现变径，在钻进过程中若后部有钢筒、管片等支护，施工完成后导致钻具无法拎出来。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的是提供一种立井施工装置。
6.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
7.一种立井施工装置，包括：
8.机架，包括平台、多根支腿，多根所述的支腿支撑在所述的平台底部，使所述的平台底部架空并形成工作空间；
9.钻机，包括钻机主机、连接在所述的钻机主机底部的钻具，所述的钻机主机设置在所述的平台上；所述的钻具包括钻杆、连接在所述的钻杆底端的导向器、一端连接在所述的导向器底部的中心筒以及连接在所述的中心筒另一端的刀盘；
10.吊机，所述的吊机连接在所述的平台的底部，并且可相对平台移动；
11.起重设备，所述的起重设备设置在所述的工作空间内；
12.空压设备以及泥浆处理设备，所述的空压设备、泥浆处理设备设置在所述的平台上。
13.上述技术方案优选地，所述的导向器包括导向器固定架、连接在所述的固定架四周的多个连杆机构以及连接在所述的连杆机构上的撑靴，所述的撑靴的支撑面始终保持在竖直方向上，所述的连杆机构带动所述的撑靴在导向器固定架径向上伸出或者缩回。
14.进一步优选地，所述的撑靴的支撑面上设置有耐磨板，所述的耐磨板上具有凸起
的耐磨条。
15.上述技术方案优选地，所述的刀盘包括刀盘固定架、连接在所述的刀盘固定架四周的多个连杆机构、连接在所述的连杆机构上的扩孔臂以及滚刀，所述的连杆机构带动所述的扩孔臂在刀盘固定架径向上伸出或者缩回，所述的刀盘固定架底部设置有多个所述的滚刀，多个所述的滚刀在水平方向上分布，所述的扩孔臂上也设置有多个所述的滚刀。
16.进一步优选地，所述的扩孔臂具有扩孔面、安装面，所述的扩孔面始终保持在竖直方向上，所述的安装面与所述的扩孔面之间形成大于90度夹角，多个所述的滚刀设置在所述的安装面上。
17.进一步优选地，所述的扩孔面上设置有耐磨板，所述的耐磨板上具有凸起的耐磨条。
18.上述技术方案优选地，所述的钻具内部设置有空气通道、泥浆通道，所述的空压设备可与所述的空气通道连通，所述的泥浆处理设备可与所述的泥浆通道连通。
19.上述技术方案优选地，所述的装置还包括切口环、管片，所述的起重设备通过拉线吊住所述的切口环，所述的吊机移动所述的管片。
20.进一步优选地，所述的起重设备设置多台，多台所述的起重设备均匀分布吊住所述的切口环。
21.本发明的另一个目的是提供一种立井施工方法。
22.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
23.一种立井施工方法包括：
24.a、开挖基坑、制作锁口，并安装切口环，设置起重设备，并将起重设备的拉线连接至切口环上，
25.b、安装机架，设置钻机、吊机、空压设备以及泥浆处理设备，吊装钻具并进行钻进施工，
26.c、在切口环上采用吊机拼装管片，当钻进时，超出地面的管片不足100mm时进行拼装，始终保持管片漏出地面一定高度，
27.d、钻进到目标深度后，移除钻具，采用井筒封底，底部混凝土达到要求后，管片外周膨润土置换，并固井，
28.e、剪断切口环与起重设备的拉线，移除起重设备，完成施工。
29.由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
30.1)、通过加高平台，留出设备及管片操作空间，保证施工操作的便利性，施工效率、施工安全均有大幅度提升；
31.2)、刀盘全断面开挖，大幅提高施工效率，钻具的移除，不与管片干涉；
32.3)、下沉管片同步支护，有效保证施工安全。
附图说明
33.附图1为本实施例中施工装置的示意图；
34.附图2为本实施例中钻具的示意图；
35.附图3为附图1中a部放大图；
36.附图4、5为本实施例中起重设备的分布示意图。
37.以上附图中：
38.10、平台；11、支腿；12、工作空间；
39.20、钻机主机；21、钻杆；22、导向器；220、导向器固定架；221、撑靴；222、杆件；223、油缸；224、耐磨板；225、耐磨条；23、中心筒；24、刀盘；240、刀盘固定架；241、滚刀；242、杆件；243、油缸；245、扩孔面；246、安装面；247、耐磨板；248、耐磨条；25、过渡接头；
40.3、吊机；
41.4、起重设备；40、拉线；
42.5、空压设备；
43.6、泥浆处理设备；
44.70、切口环；71、管片。
具体实施方式
45.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。
46.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
47.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。
48.如图1所示的一种立井施工装置，包括机架、钻机、吊机3、起重设备4、空压设备5、泥浆处理设备6以及切口环70、管片71等。其中：
49.机架包括平台10、多根支腿11，多根支腿11支撑在平台10底部，使平台10底部架空并形成工作空间12。平台10采用框架型钢结构，主要作用是抬高钻机主机20，留出安装起重设备4和拼装管片71等的作业空间，吊机3运输管片71、管片71拼装均在平台10下部的工作空间12进行操作。
50.钻机包括钻机主机20、连接在钻机20主机底部的钻具。钻机主机20设置在平台10上。钻具包括钻杆21、连接在钻杆21底端的导向器22、一端连接在导向器22底部的中心筒23以及连接在中心筒23另一端的刀盘24。在本实施例中：钻杆21与导向器22之间还连接有过渡接头25，过渡接头25连接钻杆21一端的口径小于连接导向器22一端的口径，呈喇叭状，钻杆21、过渡接头25、导向器22、中心筒23以及刀盘24之间采用法兰连接。施工时，钻机主体20的驱动部驱动钻具旋转，达到开挖的目的，随着钻进深度的越来越深，加装钻杆21。
51.在本实施例中：导向器22包括导向器固定架220、连接在固定架四周的多个连杆机构以及连接在连杆机构上的撑靴221，撑靴221的支撑面始终保持在竖直方向上，连杆机构
带动撑靴221在导向器固定架220径向上伸出或者缩回。具体的：连杆机构包括上下平行的一组杆件222、油缸223(液压油缸)，一组杆件222的一端与导向器固定架220转动连接，撑靴221连接在一组杆件222的另一端，油缸223的一端与导向器固定架220连接，另一端与上方的杆件222连接，通过油缸223的伸缩，实现变径，且变径范围较大。
52.撑靴221的支撑面上设置有耐磨板224，耐磨板224上具有多条凸起的耐磨条225，图示的耐磨条225沿耐磨板224横向延伸，提高撑靴221支撑面的强度和耐磨损度，提高使用寿命。
53.在本实施例中：刀盘24包括刀盘固定架240、连接在刀盘固定架240四周的多个连杆机构、连接在连杆机构上的扩孔臂以及滚刀241，连杆机构带动扩孔臂在刀盘固定架240径向上伸出或者缩回，如图2所示。具体的：
54.连杆机构包括上下平行的一组杆件242、油缸243(液压油缸)，一组杆件242的一端与刀盘固定架240转动连接，扩孔臂连接在一组杆件242的另一端，油缸243的一端与刀盘固定架240连接，另一端与上方的杆件242连接，通过油缸223的伸缩控制扩孔臂的开合。
55.扩孔臂具有扩孔面245、安装面246，扩孔面245在油缸223伸缩的过程中始终保持在竖直方向上，安装面246与扩孔面245之间形成大于90度夹角。扩孔面246上设置有耐磨板247，耐磨板247上具有凸起的耐磨条248，图示的耐磨条248沿耐磨板247纵向延伸，提高使用寿命。
56.刀盘固定架240底部、扩孔臂的安装面246上均设置多个滚刀241，刀盘固定架240底部的多个滚刀241在水平方向上分布。
57.钻具内部设置有空气通道、泥浆通道(图中未示出)，具体的，空气通道、泥浆通道从刀盘24一直延伸至钻杆21顶部，空压设备5可与空气通道连通，泥浆处理设备6可与泥浆通道连通，满足气举反循环排浆要求。
58.吊机3连接在平台10的底部，并且可相对平台移动，是施工中拼装管片71的装置。即吊机3的移动，管片71的拼装均在平台10下方的工作空间12完成，如图3所示。
59.起重设备4设置在工作空间12内，起重设备4具体采用如钢绞线拉力千斤顶，一般为4组、6组、8组等，根据井筒重量，适应性配置，均匀布置在井筒的周围。多组起重设备4形成一个系统，协同动作，吊住切口环70保证71管片平稳下沉，如图4、5所示。
60.空压设备5、泥浆处理设备6均设置在平台10上，空压设备5为气举反循环提供高压空气；泥浆处理设备6是将排出的泥浆过滤、调质后再回流至井内，实现排浆的不断循环。
61.以下具体阐述下本实施例采用上述装置进行立井施工的方法，具体包括：
62.a、开挖基坑、制作锁口，并安装切口环70，安装起重设备4，如图4所示安装4组，并将起重设备4的拉线40连接至切口环70上，
63.b、安装机架(包括平台10、支腿11)，设置在平台10上方安装钻机主体10、空压设备5以及泥浆处理设备6，在平台10底部设置吊机3，在钻机主体10底部吊装钻具并进行钻进施工，
64.c、在切口环70上采用吊机3移动并不断拼装管片71，当钻进时，超出地面的管片71不足100mm时进行拼装，始终保持管片70漏出地面一定高度，
65.d、钻进到目标深度后，移除钻具，采用井筒封底，底部混凝土达到要求后，管片71外周膨润土置换，并固井，
66.e、剪断切口环70与起重设备4的拉线，移除起重设备4，完成施工。
67.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。