一种开挖矩形竖井的钻机的制作方法

本发明涉及竖井施工设备，特别是指一种开挖矩形竖井的钻机，尤其适用于矩形抗滑桩、地下车库等的施工。

背景技术：

目前机械开挖的竖井多以圆形为主，因此能够开挖圆形竖井的全自动化钻机随之被提出，如公布号为cn109630124a，名称为“一种沉井法竖井掘进机及其施工方法”的发明专利申请，提供了一种能够全自动化作业，井下无人施工，安全性高，开挖、出渣、支护同步进行，施工效率高，有效控制超欠挖，成井精度高的圆形竖井掘进设备。

但是在抗滑桩、地下车库、及其它地下空间等领域，矩形竖井相较于圆形竖井，空间利用率高，相同面积的矩形断面比圆形断面抗弯截面系数大，矩形竖井比圆形竖井的应用范围更广。而现有圆形竖井掘进设备并不能适用于矩形截面的开挖。

技术实现要素：

本发明提出一种开挖矩形竖井的钻机，解决了现有圆形竖井掘进设备不适用矩形截面开挖的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种开挖矩形竖井的钻机，包括推进系统，所述的推进系统上设有横向滑移的平移系统，平移系统上设有纵向摆动的开挖系统。

所述的开挖系统包括铣挖头、工作臂和摆臂油缸，铣挖头安装在工作臂的前端，工作臂的后端与平移系统的平移箱体铰接，摆臂油缸的一端与平移箱体铰接，摆臂油缸的另一端与工作臂铰接。

所述的工作臂的前端设有两个左右对称的铣挖头。

所述的平移系统包括固定平台、平移箱体和平移油缸，固定平台与推进系统连接，平移箱体滑动设在固定平台上，平移油缸的一端与固定平台铰接，平移油缸的另一端与平移箱体铰接，平移箱体与开挖系统连接。

还包括出渣系统，出渣系统包括吸浆管、渣浆分离箱和吊桶，吸浆管伸至开挖系统处，吸浆管与渣浆分离箱连通，渣浆分离箱上设有出渣口。

所述的渣浆分离箱位于推进系统的顶部。

所述的推进系统包括撑靴、滑移套筒、滑移立柱、稳定器和推进油缸，撑靴固定在滑移套筒上，稳定器固定在滑移立柱上，滑移立柱滑动设置滑移套筒内，推进油缸的一端与滑移套筒铰接，推进油缸的另一端与滑移立柱铰接，滑移立柱与平移系统连接。

所述的撑靴包括撑靴箱体、撑靴油缸和撑靴座，撑靴座固定在滑移套筒上，撑靴箱体滑动设置在撑靴座内，撑靴油缸的一端与撑靴箱体铰接，撑靴油缸的另一端与撑靴座铰接。

所述的稳定器包括稳定器箱体、稳定器油缸和稳定器座，稳定器座固定在滑移立柱上，稳定器箱体滑动设在稳定器座内，稳定器油缸的一端与稳定器箱体铰接，稳定器油缸的另一端与稳定器座铰接。

还包括支护系统，支护系统包括位于竖井内、矩形截面的底部管片和普通管片，以及位于地面上的管片提压装置，普通管片上设有注浆口。

地面上设有吊机。

本发明的有益成果：

1、土层、破碎岩层、硬岩及富水地层均可应用，适应性广；

2、矩形全断面覆盖掘进；

3、开挖、出渣、支护同步进行，施工效率高；

4、有效控制超欠挖，控制成井精度，确保施工质量；

5、设备可快速出井及复位，便于检修及设备出井。

6、远程控制、全自动化作业，机械化程度高，井下无人施工，降低施工风险。

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为本发明结构示意图。

图2为图1的b-b向视图。

图3为图1的a-a向视图。

图中：1-开挖系统，101-铣挖头，102-工作臂，103-摆臂油缸；2-平移系统，201-固定平台，202-平移箱体，203-平移油缸；3-出渣系统，301-吸浆管，302-渣浆分离箱，303-吊桶；4-推进系统，401-撑靴，4011-撑靴箱体，4012-撑靴油缸，4013-撑靴座，402-滑移套筒，403-滑移立柱，404-稳定器，4041-稳定器箱体，4042-稳定器油缸，4043-稳定器座，405-推进油缸；5-支护系统，501-底部管片，502-普通管片，503-注浆口，504-管片提压装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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付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。

如图1至3所示，一种开挖矩形竖井的钻机，包括开挖系统1、平移系统2、出渣系统3、推进系统4和支护系统5。开挖系统通过开挖装置的摆动形式，实现纵向面竖井的掘进。开挖系统设置在平移系统上，平移系统横向滑动设置在推进系统上，平移系统带动开挖系统横向滑移，纵横结合实现矩形断面的全覆盖。出渣系统用于将开挖下的渣土送出竖井。推进系统对前端的开挖和平移系统提供推进力和支撑力，实现不断向前掘进。支护系统对井壁进行及时支护，保证施工安全稳定。本钻机可适用于矩形竖井的作业，也可适用于水平隧道的掘进。以下主要根据竖井进行说明。

开挖系统1包括铣挖头101、工作臂102和摆臂油缸103，铣挖头101安装在工作臂102的前端，并两个铣挖头101左右对称设置，直接对岩土进行掘进，根据地质条件的不同，可更换截齿为适合硬质地层的截齿或滚刀。工作臂102的后端与平移系统2的平移箱体202铰接，摆臂油缸103的一端与平移箱体202铰接，摆臂油缸103的另一端与工作臂102铰接。通过摆臂油缸的伸缩，控制工作臂的摆动角度，实现对一个纵向面的开挖。也可根据不同的开挖断面，选择一个或两个工作臂进行开挖。

平移系统2包括固定平台201、平移箱体202和平移油缸203，固定平台201与推进系统5的滑移立柱403连接，平移箱体202滑动设在固定平台201上，平移油缸203的一端与固定平台201铰接，平移油缸203的另一端与平移箱体202铰接。通过平移油缸的伸缩，控制开挖系统横向移动，与开挖系统的纵向摆动相结合，实现矩形全断面覆盖。

出渣系统3包括吸浆管301、渣浆分离箱302和吊桶303，吸浆管301伸至开挖系统1的铣挖头101处，渣浆分离箱302位于推进系统4的滑移套筒402顶部，吸浆管301与渣浆分离箱302连通，将开挖下来的渣土吸到渣浆分离箱，渣浆分离箱302上设有出渣口，经过分离后的渣土落入吊桶303内，然后再提升至井外。根据不同工况，可采用真空出渣、泥浆泵送、气举反循环、抓斗抓取等方法进行出渣。

推进系统4包括撑靴401、滑移套筒402、滑移立柱403、稳定器404和推进油缸405，撑靴401固定在滑移套筒402上，稳定器404固定在滑移立柱403上，滑移立柱403滑动设置滑移套筒402内，推进油缸405的一端与滑移套筒402铰接，推进油缸405的另一端与滑移立柱403铰接，滑移立柱403与平移系统2连接。向下掘进时，撑靴和稳定器撑紧在普通管片上，推进油缸提供推进力，稳定器随动，稳定刀头，每开挖一个行程后，撑靴收回，推进油缸405带动撑靴下落，实现换步。

撑靴401包括撑靴箱体4011、撑靴油缸4012和撑靴座4013，撑靴座4013固定在滑移套筒402上，撑靴箱体4011滑动设置在撑靴座4013内，撑靴油缸4012的一端与撑靴箱体4011铰接，撑靴油缸4012的另一端与撑靴座4013铰接。

稳定器404包括稳定器箱体4041、稳定器油缸4042和稳定器座4043，稳定器座4043固定在滑移立柱403上，稳定器箱体4041滑动设在稳定器座4043内，稳定器油缸4042的一端与稳定器箱体4041铰接，稳定器油缸4042的另一端与稳定器座4043铰接。

支护系统5包括位于竖井内、矩形截面的底部管片501和普通管片502，以及位于地面上的管片提压装置504，普通管片502上设有注浆口503，可以通过注浆减小管片和地层间的摩擦阻力，管片提压装置504通过销轴和普通管片502连接，控制管片的沉降速度，当管片下沉不畅时，管片提压装置504可以施加压力，使管片顺利下沉。支护系统包括但不限于预制管节、现浇混凝土、钢管片等，同样的，管片提放机构也可以采用钢绞线提放装置加辅助加压机构等形式。如果遇到可以自稳的地层，无需支护，撑靴和稳定器直接撑紧在开挖后的井壁上。

地面上还可加设吊机。当管片提压装置每到达一个行程后，撑靴和稳定器收回，利用吊机吊着设备，防止设备偏斜，然后利用管片提压装置下放管片，然后撑靴和稳定器撑紧在管片上，继续下一个循环。

经导向系统监测发现井壁偏斜后，利用铣挖头超欠挖，同时配合管片提压装置可进行纠偏。检修时，可将撑靴和稳定器收回，工作臂摆在中间位置，整体将设备提出，进行检修。检修完成后，将撑靴和稳定器伸出，继续掘进。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。