CN109372000A - 复杂地质条件下沉井水下高效取土平台装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复杂地质条件下沉井水下高效取土平台装置，防水密封平台交错的设置有钻机装置和吸泥管；钻机装置的钻头伸出到防水密封平台的底部之外；吸泥管的端头伸出到防水密封平台的底部之外；防水密封平台的底部还设有旋喷头，旋喷头与高压水管连接。通过采用多个高压水管喷射、多个吸泥管和多个钻机装置交错布置的组合，系统破坏复杂土层，将复杂土层破碎后再进行吸泥操作，大幅提高取土效率。高压水喷射系统可以保证钻机装置间隙处的土体破碎效率，还可实时冲洗钻头，避免黏土板结于钻头上，从而大大扩大取土作业面，提高了取土效率。如遇到粘土层，可以通过调节喷射水压力和无级变速器转速，保证破土作业面正常取土。

Description

复杂地质条件下沉井水下高效取土平台装置

技术领域

本发明涉及大型沉井水下开挖技术领域，特别是一种复杂地质条件下沉井水下高效取土平台装置。

背景技术

随着大型桥梁建设，大型沉井基础形式得到了越来越广泛的应用，而大型沉井开挖下沉方法也受到越来越多的重视。沉井水下开挖下沉时，由于水下泥面标高情况不明，沉井支撑不能很好获得，结合水下开挖等因素，导致目前水下吸泥设备存在功效低的问题，如何增强沉井水下吸泥作业功效决定了大型沉井施工是否快速、高效的关键。而沉井传统水下取土方法，例如：单纯的水力吸泥法，水力吸泥法已经不能满足水下条件沉井快速取土的需要，主要存在以下缺点：

1）水力吸泥法受水深影响极大，应用条件较为苛刻。

2）在面对黏土层以及胶结岩层时取土较为困难。

3）单一吸泥装置吸泥程度不均，导致整体效率不高。

中国专利文献CN1024338881A记载了一种超大型沉井的取土装置及其使用方法。设置了一种可开合的刮刀，可以在井下将刮刀打开，提高取土效率。但是在应对复杂地址条件下，较大的刮刀直径导致刮刀为较为费力的结构，尤其是位于刮刀边缘位置的较小的阻力即需要较大的扭矩克服，破土的效果不理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种复杂地质条件下沉井水下高效取土平台装置，能够大幅提高取土效率。优选的方案中，能够根据实际需要较为方便的调节取土范围。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种复杂地质条件下沉井水下高效取土平台装置，防水密封平台交错的设置有钻机装置和吸泥管；

钻机装置的钻头伸出到防水密封平台的底部之外；

吸泥管的端头伸出到防水密封平台的底部之外；

防水密封平台的底部还设有旋喷头，旋喷头与高压水管连接。

优选的方案中，所述的钻机装置中，变频电机与位于中间的钻机装置的轴杆连接，轴杆上沿轴向设有多个主传动轮，位于周围的钻机装置的轴杆上设有从传动轮，主传动轮通过传动链条与从传动轮连接；

变频电机密封的安装在防水密封平台内，变频电机通过防水电线与供电装置电连接。

优选的方案中，所述的钻头为沿径向向外伸展的片状结构；

钻头的底部设有锯齿。

优选的方案中，钻头的外缘旋转轨迹互相交叉。

优选的方案中，所述的钻头底部外缘较低，中间的位置较高。

优选的方案中，所述的钻机装置中，传动轮与传动套筒固定连接，传动套筒的内壁和轴杆的外壁设有互相啮合的结构，使传动套筒与轴杆之间能够互相传递扭矩而不限定轴向移动，在轴杆的顶端，双伸轴电机通过电机安装套筒与轴杆固定连接，双伸轴电机的两输出轴与偏心块固定连接；

位于中间的钻机装置中，主传动轮与套筒联轴器连接，双伸轴电机和偏心块位于套筒联轴器内部的空腔内。

优选的方案中，吸泥管通过管路与空压机连接。

优选的方案中，高压水管与增压装置的输出口连接，增压装置的输入口与供水水箱连接，在高压水管上设有压力传感器。

优选的方案中，高压水管位于吸泥管的外围，高压水管与防水密封平台密封连接；旋喷头位于吸泥管底端的周围。

优选的方案中，在防水密封平台底部的外缘设有工作罩体，工作罩体的下端为柔性的片材，工作罩体的下端低于钻头的下端。

本发明提供的一种复杂地质条件下沉井水下高效取土平台装置，通过采用多个高压水管喷射、多个吸泥管和多个钻机装置交错布置的组合，系统破坏复杂土层，将复杂土层破碎后再进行吸泥操作，大幅提高取土效率。高压水喷射系统可以保证钻机装置间隙处的土体破碎效率，还可实时冲洗钻头，避免黏土板结于钻头上，从而大大扩大取土作业面，提高了取土效率。如遇到粘土层，可以通过调节喷射水压力和无级变速器转速，保证破土作业面正常取土，其社会与经济效益明显。如碰到胶结岩层可以开启钻机装置轴杆的振动装置，结合振动破碎和喷射水，进一步提高破碎和取土效率。通过采用同步传动技术，实现钻头的外缘旋转轨迹互相交叉，从而减少甚至消除钻机装置之间的间隙。设置的工作罩体，能够将泥浆约束在较小的范围内，进一步提高吸土的效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的俯视示意图。

图2为本发明的主视示意图。

图3为本发明的俯视示意图。

图4为本发明中边缘位置的钻机装置的主视图。

图5为本发明中中间位置的钻机装置的主视图。

图中：工作罩体1，钻头2，钻机装置3，防水密封平台4，吸泥管5，空压机6，供水水箱7，增压装置8，压力传感器9，高压水管10，旋喷头11，供电装置12，防水电线13，沉井井壁14，变频电机15，主传动轮16，从传动轮17，传动链条18，轴杆19，花键段191，导向套筒20，轴承21，偏心块22，双伸轴电机23，电机安装套筒24，传动套筒25，套筒联轴器26。

具体实施方式

实施例1：

如图1~2中，一种复杂地质条件下沉井水下高效取土平台装置，防水密封平台4交错的设置有钻机装置3和吸泥管5；

钻机装置3的钻头2伸出到防水密封平台的底部之外；

吸泥管5的端头伸出到防水密封平台4的底部之外；

防水密封平台4的底部还设有旋喷头11，旋喷头11与高压水管10连接。旋喷头11对着钻头2和钻机装置3之间的空隙，能够在破碎土层同时，清洗钻头2。如图1中，防水密封平台4上设有9个开口，其中钻机装置3设置有5个，吸泥管5设置有4个，互相交错布置。钻机装置3破碎的泥土，能够被吸泥管5快速的吸取。旋喷头11喷射的高压水柱，能够进一步提高土层的破碎效果，尤其是对于钻头2覆盖范围之外的间隙的位置。

实施例2：

在实施例1的基础上，优选的方案如图2~5中，所述的钻机装置3中，变频电机15与位于中间的钻机装置3的轴杆19连接，轴杆19上沿轴向设有多个主传动轮16，位于周围的钻机装置3的轴杆19上设有从传动轮17，主传动轮16通过传动链条18与从传动轮17连接；

变频电机15密封的安装在防水密封平台4内，变频电机15通过防水电线13与供电装置12电连接。由此结构，通过一台变频电机15即可驱动5台钻机装置3的轴杆同步旋转，采用同步旋转方案的优势在于，在优选的方案如图3中，当钻头2的叶片为1~4片时，钻头2的外缘旋转轨迹能够互相交叉，以进一步减少钻头之间的间隙，尽量覆盖尽可能多的土层。

另一可选的方案中，每台钻机装置3均设置独立的变频电机15驱动。在此结构下，则无需设置主传动轮16和从传动轮17的结构，但是该结构下，实现钻头2的外缘旋转轨迹互相交叉则较为困难，需要付出更高的成本。

优选的方案如图3中，所述的钻头2为沿径向向外伸展的片状结构；

优选的方案如图4、5中，钻头2的底部设有锯齿。由此方案，能够进一步提高破土效率。

优选的方案如图4、5中，所述的钻头2底部外缘较低，中间的位置较高。由此结构，能够减少钻头与土层的接触面积，减少土层阻力对钻头的阻滞。

优选的方案如图4、5中，所述的钻机装置3中，传动轮与传动套筒25固定连接，传动套筒25的内壁和轴杆19的外壁设有互相啮合的结构，使传动套筒25与轴杆19之间能够互相传递扭矩而不限定轴向移动，在轴杆19的顶端，双伸轴电机23通过电机安装套筒24与轴杆19固定连接，双伸轴电机23的两输出轴与偏心块22固定连接；由此结构，通过双伸轴电机23的转动，即可驱动偏心块22上下振动，根据之前探测的岩层结构的共振频率，将振动装置的振动频率调节的与岩层结构的共振频率相同，则能够大幅提高破土和破岩的效果。采用双伸轴电机23和电机安装套筒24的结构，使振动方向集中沿着轴杆19的轴线方向，进一步提高破土效率。

优选的如图5中，位于中间位置的钻机装置3中，变频电机15通过套筒联轴器26与主传动轮16固定连接，双伸轴电机23和偏心块22组成的振动装置位于套筒联轴器26的内部的套筒空腔内。由此结构，变频电机15能够直接驱动主传动轮16旋转，而不会影响振动装置的振动。

传动套筒25通过两个轴承支承，通过变频电机15的旋转带动传动套筒25旋转。传动套筒25通过类似花键的啮合结构驱动轴杆19旋转，在防水密封平台4底部的位置，还固设有导向套筒20，导向套筒20内设有至少一个密封圈，以与轴杆19之间形成可靠密封。

实施例3：

在实施例1、2的基础上，优选的方案如图2中，吸泥管5通过管路与空压机6连接。通过空压机6的压力实现吸泥管5抽吸泥浆。

优选的方案中，高压水管10与增压装置8的输出口连接，增压装置8的输入口与供水水箱7连接，在高压水管10上设有压力传感器9。优选的，增压装置8采用曲轴多缸柱塞泵，以输出具有高压的水流。增压装置8的入口与供水水箱7连接。

优选的方案如图1~3中，高压水管10位于吸泥管5的外围，高压水管10与防水密封平台4密封连接；旋喷头11位于吸泥管5底端的周围。

优选的方案如图2、3中，在防水密封平台4底部的外缘设有工作罩体1，工作罩体1的下端为柔性的片材，例如橡胶片材，工作罩体1的内部设有用于支撑的网罩，例如钢筋焊接而成的网罩，工作罩体1的下端低于钻头2的下端。工作罩体1具有一定保压作用，且能够根据取土范围调节笼罩的范围，并相应更换不同外缘直径的钻头2，以适应不同工况。

实施例4：

在实施例1~3的基础上，采用上述取土平台装置的实施方法包括以下步骤：

S1、按照沉井井孔尺寸，在地面上将本发明的装置组装好，确保防水密封平台4的密封可靠，各个部件运转顺滑，对于钻头2的外缘旋转轨迹互相交叉的方案，要确保各个钻头2在转动过程中不会互相干涉。通过塔吊将本发明的装置吊装到需要进行取土作业的井孔底处。接通供电装置12的电源，变频电机15带动钻头2旋转，开始破碎土层；启动增压装置8的电源，高压水从高压水管10进入到旋喷头11，并从旋喷头11喷出。破碎钻头间隙处的土体，以及清洗钻头2上粘连的土体；开启空压机6，高压空气沿着吸泥管5管壁进入，使水土混合物形成密度小于1的混合物，由于吸泥管内外存在压力差，泥浆混合物在压力作用下沿着吸泥管5排出井外，完成取土作业。通过塔吊移动本发明的取土平台装置，快速完成取土作业面的转换，提高本发明的作业效率；

当遇到板结黏土层和胶结岩层时，通过调整增压装置8的水压及变频电机15转速，可实时冲洗钻头，避免钻头阻力过大情况出现，也能将板结黏土和胶结岩冲击破碎成为泥浆，最终被吸入排泥管中，排出井外。碰到较硬的胶结岩体，根据采样获取的岩体自振频率，启动双伸轴电机23，带动偏心块以岩体自振频率相同的频率转动，钻头2将振动传导给胶结岩体，从而使胶结岩体产生共振破碎。进一步提高取土效率。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复杂地质条件下沉井水下高效取土平台装置，其特征是：防水密封平台（4）交错的设置有钻机装置（3）和吸泥管（5）；

钻机装置（3）的钻头（2）伸出到防水密封平台的底部之外；

吸泥管（5）的端头伸出到防水密封平台（4）的底部之外；

防水密封平台（4）的底部还设有旋喷头（11），旋喷头（11）与高压水管（10）连接。

2.根据权利要求1所述的一种复杂地质条件下沉井水下高效取土平台装置，其特征是：所述的钻机装置（3）中，变频电机（15）与位于中间的钻机装置（3）的轴杆（19）连接，轴杆（19）上沿轴向设有多个主传动轮（16），位于周围的钻机装置（3）的轴杆（19）上设有从传动轮（17），主传动轮（16）通过传动链条（18）与从传动轮（17）连接；

变频电机（15）密封的安装在防水密封平台（4）内，变频电机（15）通过防水电线（13）与供电装置（12）电连接。

3.根据权利要求2所述的一种复杂地质条件下沉井水下高效取土平台装置，其特征是：所述的钻头（2）为沿径向向外伸展的片状结构；

钻头（2）的底部设有锯齿。

4.根据权利要求2所述的一种复杂地质条件下沉井水下高效取土平台装置，其特征是：各个钻头（2）之间的外缘旋转轨迹互相交叉。

5.根据权利要求3所述的一种复杂地质条件下沉井水下高效取土平台装置，其特征是：所述的钻头（2）底部外缘较低，中间的位置较高。

6.根据权利要求1~5任一项所述的一种复杂地质条件下沉井水下高效取土平台装置，其特征是：所述的钻机装置（3）中，传动轮与传动套筒（25）固定连接，传动套筒（25）的内壁和轴杆（19）的外壁设有互相啮合的结构，使传动套筒（25）与轴杆（19）之间能够互相传递扭矩而不限定轴向移动，在轴杆（19）的顶端，双伸轴电机（23）通过电机安装套筒（24）与轴杆（19）固定连接，双伸轴电机（23）的两输出轴与偏心块（22）固定连接；

位于中间的钻机装置（3）中，主传动轮（16）与套筒联轴器（26）连接，双伸轴电机（23）和偏心块（22）位于套筒联轴器（26）内部的空腔内。

7.根据权利要求1所述的一种复杂地质条件下沉井水下高效取土平台装置，其特征是：吸泥管（5）通过管路与空压机（6）连接。

8.根据权利要求1所述的一种复杂地质条件下沉井水下高效取土平台装置，其特征是：高压水管（10）与增压装置（8）的输出口连接，增压装置（8）的输入口与供水水箱（7）连接，在高压水管（10）上设有压力传感器（9）。

9.根据权利要求1或7所述的一种复杂地质条件下沉井水下高效取土平台装置，其特征是：高压水管（10）位于吸泥管（5）的外围，高压水管（10）与防水密封平台（4）密封连接；旋喷头（11）位于吸泥管（5）底端的周围。

10.根据权利要求1所述的一种复杂地质条件下沉井水下高效取土平台装置，其特征是：在防水密封平台（4）底部的外缘设有工作罩体（1），工作罩体（1）的下端为柔性的片材，工作罩体（1）的下端低于钻头（2）的下端。