CN110685695B - 一种从上往下的竖井施工系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种从上往下的竖井施工系统，包括内筒体、刀盘组件、泥水环流装置和固设于内筒体的内壁且与泥水环流装置靠近刀盘组件一端的外周面相接触的固定隔套，使固定隔套与待掘地面之间形成封闭的泥水仓。泥水环流装置包括进浆管道和排浆管道，刀盘组件进给时泥水仓被压缩，泥水仓具有压力，使刀盘组件能够带压挖掘待掘地面。当进浆管道输入泥水后，泥水仓内的泥水与刀盘组件切削下的土渣相混合，形成的混合物便在泥水仓的压力作用下从排浆管道排出。刀盘组件的带压进给能够有效保证待掘地面稳定，从而使刀盘组件对待掘地面周围的土层扰动减小，施工风险有所降低，因此有利于提升竖井施工的安全性。本发明还提供一种从上往下的竖井施工方法。

Description

一种从上往下的竖井施工系统及方法

技术领域

本发明涉及竖井施工领域，特别涉及一种从上往下的竖井施工系统及方法。

背景技术

随着城市化发展进程的加快，城市轨道交通和地下综合管廊的需求量日益剧增，而城市轨道交通建设和地下综合管廊建设通常均需开挖竖井，以实现电线连通或通风等功能，使得竖井的应用越来越普遍。

现有的竖井通常采用人工的方式自上而下开挖，并结合矿山支护装置实现竖井支护，当施工人员在竖井中施工时，极易发生井壁塌方等事故，施工人员的人身安全受到严重的威胁，因此现有竖井的在施工过程中的安全性相对于较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种从上往下的竖井施工系统及方法，有利于提升竖井施工的安全性。

其具体方案如下：

本发明提供一种从上往下的竖井施工系统，包括：

内筒体；

安装于所述内筒体前端的刀盘组件；

设于所述内筒体内的泥水环流装置；

固设于所述内筒体的内壁且与所述泥水环流装置靠近所述刀盘组件一端的外周面相接触、用于与待掘地面之间形成封闭的泥水仓的固定隔套；

所述泥水环流装置包括用于将泥水输送至所述泥水仓的进浆管道和与所述泥水仓相连通以将所述泥水仓内的泥水与所述刀盘组件切削下的渣土形成的混合物排出的排浆管道。

优选地，还包括：

设于所述固定隔套与所述泥水环流装置之间、用于支撑所述固定隔套相对于所述泥水环流装置转动的泥水环回转支撑件；

设于所述泥水环回转支撑件的内侧面与所述泥水环流装置的外周面之间、用于密封二者之间缝隙的泥水环密封件。

优选地，还包括：

套于所述内筒体外周的外筒体；

若干位于所述泥水仓上方且固设于所述内筒体侧壁、用于选择性地从所述内筒体的侧壁穿出直至与所述外筒体内侧面相抵接以连接所述内筒体和所述外筒体的连接驱动件。

优选地，还包括：

具有供所述外筒体穿过的定位孔、用于设于施工地面以限定所述外筒体位置的定位装置。

优选地，还包括：

用于选择性地夹紧或松开所述外筒体的夹紧装置；

固设于所述定位装置且与所述夹紧装置相固连、用于在所述夹紧装置夹紧所述外筒体后驱动所述夹紧装置带动所述外筒体和所述刀盘组件向待掘地面进给的顶推装置。

优选地，还包括：

设于所述定位装置所设的安装槽内且固套于所述外筒体的外周、用于防止待掘地面涌水的洞门密封件。

优选地，还包括：

设于所述泥水仓、用于检测所述泥水仓压力的压力检测装置；

分别与所述压力检测装置和所述顶推装置相连、用于根据所述压力检测装置发送的信号在所述泥水仓压力突变时对应控制所述顶推装置进给速度的控制装置。

本发明还提供一种应用如上任一项所述的从上往下的竖井施工系统的从上往下的竖井施工方法，包括步骤：

S1、组装内筒体、刀盘组件和泥水环流装置，将组装为一体的所述内筒体和外筒体安装至定位装置的定位孔中；

S2、顶推装置在所述夹紧装置夹紧所述外筒体后沿竖直方向向下推进所述外筒体以挖掘待掘地面，同时所述泥水环流装置的进浆管道输入泥水至所述泥水环流装置与待掘地面之间所形成的泥水仓中，所述泥水环流装置的排浆管道将所述泥水仓内的泥水与所述刀盘组件切削下的渣土形成的混合物排出；当所述顶推装置推进至预设长度后，所述夹紧装置松开所述外筒体，拼接所述内筒体和所述外筒体以延长内筒体和所述外筒体长度；

S3、重复上述步骤S2，直至获取整条竖井。

优选地，在所述获取整体竖井之后，还包括：

拆除所述夹紧装置和所述顶推装置；

收缩用于连接所述内筒体和所述外筒体的连接驱动件以使所述内筒体和所述外筒体分离，从所述外筒体内抽出所述内筒体。

相对于背景技术，本发明所提供的上往下的竖井施工系统，包括内筒体、安装于所述内筒体前端的刀盘组件和设于所述内筒体内的泥水环流装置，所述泥水环流装置包括进浆管道和排浆管道，还包括固设于所述内筒体的内壁且所述泥水环流装置靠近所述刀盘组件一端的外周面相接触的固定隔套，使所述固定隔套的端面、待掘地面、所述内筒体的内侧面之间形成封闭的空间，该封闭空间便为泥水仓。

当所述刀盘组件向待掘地面进给时，所述泥水仓被压缩，使所述泥水仓具有一定的压力，从而使所述刀盘组件能够带压挖掘待掘地面。当所述进浆管道输入泥水后，所述泥水仓内的泥水便与所述刀盘组件切削下的土渣相混合，形成的混合物便在所述泥水仓的压力下从所述排浆管道排出。

由此可知，所述刀盘组件的带压进给能够有效保证待掘地面稳定，从而使所述刀盘组件对待掘地面周围的土层扰动减小，能适应的土层类型较多，施工风险有所降低，因此本发明所提供的上往下的竖井施工系统有利于提升竖井施工的安全性。

本发明还提供一种从上往下的竖井施工方法，具有相同的有益效果。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具体实施例所提供的从上往下的竖井施工系统初步施工时的状态图；

图2为图1中内筒体前端各部件的组装结构图；

图3为图1中内筒体、外筒体和连接驱动件的组装结构图；

图4为图1中顶推装置与夹紧装置的组装结构图；

图5为本发明一种具体实施例所提供的从上往下的竖井施工系统完成施工时的状态图。

附图标记如下：

内筒体1、外筒体2、刀盘组件3、泥水环流装置4、泥水仓5、固定隔套6、搅拌棒7、连接驱动件8、定位装置9、夹紧装置10、顶推装置11和洞门密封件12；

进浆管道41、排浆管道42和泥水环回转支撑件43；

夹紧块101、楔形块102和夹紧驱动缸103。

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。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图5，图1为本发明一种具体实施例所提供的从上往下的竖井施工系统初步施工时的状态图；图2为图1中内筒体前端各部件的组装结构图；图3为图1中内筒体、外筒体和连接驱动件的结构图；图4为图1中顶推装置与夹紧装置的组装结构图；图5为本发明一种具体实施例所提供的从上往下的竖井施工系统完成施工时的状态图。

本发明实施例公开了一种从上往下的竖井施工系统，包括内筒体1、刀盘组件3、泥水环流装置4和固定隔套6。

内筒体1用于保护刀盘组件3所安装的电气元件、转动轴承等关键部件，同时能够方便地从开挖的竖井中抽离刀盘组件3、泥水环流装置4和固定隔套6等关键部件。在该具体实施例中，内筒体1可以呈圆柱状，也呈方形柱状，在此不作限定。

刀盘组件3固定于内筒体1的前端，用于挖掘待掘地面，具体可参照现有技术，在此不再赘述。

固定隔套6位于内筒体1的内侧面与泥水环流装置4的外周面之间，固定隔套6的外周面固设于内筒体1的内壁，固定隔套6的内侧面与泥水环流装置4靠近刀盘组件3一端的外周面相接触，从而使固定隔套6的端面、待掘地面、内筒体1的内侧面之间形成封闭的空间，该封闭空间便为泥水仓5。当刀盘组件3向待掘地面进给时，泥水仓5被压缩，使泥水仓5具有一定的压力，从而使刀盘组件3能够带压挖掘待掘地面。

泥水环流装置4设于内筒体1内，包括进浆管道41和排浆管道42，当进浆管道41输入泥水后，泥水仓5内的泥水便与刀盘组件3切削下的土渣相混合，形成的混合物便在泥水仓5的压力下从排浆管道42排出。相应地，泥水环流装置4还包括用于为泥水在进浆管道41内的流通提供动力的进浆泵，使流入进浆管道41的泥水具有一定的压力，使泥水与渣土在泥水仓5快速混合，有利于排浆管道42快速排出混合物。

此外，内筒体1的内壁固设有搅拌棒7，搅拌棒7具体位于泥水仓5中，以便快速搅匀泥水和渣土，有效防止排浆管道42被渣土堵塞，进一步有利于排浆管道42快速排出混合物。搅拌棒7沿内筒体1的内侧壁呈圆环状分布，且搅拌棒7沿内筒体1的轴向方向错开设置，重要的是，每根搅拌棒7与内筒体1的中心轴线倾斜相交，在刀盘组件3的进给方向上使搅拌棒7固连于内筒体1的一端高于另一端设置，以便改善由泥水和渣土形成的混合物的流塑性，有利于混合物顺利排出。当然，搅拌棒7的结构不限于此。

综上所述，刀盘组件的带压进给能够有效保证待掘地面稳定，从而使刀盘组件3对待掘地面周围的土层扰动减小，能适应的土层类型较多，施工风险有所降低，因此本发明所提供的上往下的竖井施工系统有利于提升竖井施工的安全性。

优选地，本发明还包括泥水环回转支撑件43和泥水环密封件。泥水环回转支撑件43设于固定隔套6与泥水环流装置4之间，优选滚动轴承，以便泥水环回转支撑件43支撑固定隔套6相对于泥水环流装置4转动，从而当内筒体1带动固定隔套6转动时，泥水环回转支撑件43能够相对于待掘地面静止，防止泥水环流装置4的进浆管道41和排浆管道42在内筒体1转动的过程中发生缠绕交叉，保证进浆管道41和排浆管道42通畅，有利于降低故障率，可靠性自然有所提升。

泥水环密封件设于泥水环回转支撑件43的内侧面与泥水环流装置4的外周面之间，用于密封泥水环回转支撑件43与泥水环流装置4之间缝隙，在保证泥水仓5具有足够的压力的前提下能够使泥水环流装置4稳定可靠地运转，有利于泥水仓5内混合物的能够顺利地排出。泥水环密封件优先橡胶密封圈，但类型不限于此。另外，需保证泥水环密封件材质具有一定的耐磨性，以延长泥水环密封件的使用寿命。

本发明还包括外筒体2和连接驱动件8，外筒体2套于内筒体1的外周，外筒体2能够用于支撑竖井井壁，防止井壁塌陷或沉降。连接驱动件8包括若干个，若干个连接驱动件8固设于内筒体1侧壁，且均位于泥水仓5上方，以免影响泥水仓5压力稳定。优选地，连接驱动件8优选液压缸，该液压缸的缸筒固定于内筒体1的内侧壁上，相应地，内筒体1的侧壁设有贯穿的连接孔，外筒体2的内侧壁设有与液压缸的活塞杆相抵的抵接块。当液压缸的活塞杆伸出时，活塞杆连接内筒体1和外筒体2，使内筒体1和外筒体2固连为一体，保证刀盘组件3在挖掘过程中，内筒体1和外筒体2能够同步动作；当液压缸的活塞杆收缩时，活塞杆与外筒体2脱离接触，从而使内筒体1和外筒体2分离，进而在竖井施工完成后能够将外筒体2留至竖井中以支护井壁，同时将内筒体1及安装于内筒体1内的部件从外筒体2内抽出，以便用于挖掘其他竖井。连接驱动件8具体通过连接法兰和连接螺栓可拆卸地固定于内筒体1的内壁上。若干连接驱动件8呈圆环状均匀排布，以保证内筒体1受力均匀。当然，内筒体1和外筒体2的连接方式不限于此，采用其他类似的结构并不影响实现本发明的目的。

本发明还包括具有供外筒体2穿过的定位孔的定位装置9。定位装置9设于施工地面，定位孔供外筒体2穿过，从而限定外筒体2的位置，防止在施工过程中外筒体2发生径向移动，有利于改善竖井的挖掘精度。在该具体实施例中，定位装置9包括支撑框架和固定于支撑框架上的配重块，支撑框架用于支撑顶推装置11，配置块用于保证稳定性。定位装置9的底部可增设行走机构，行走机构可以是轮轨式、轮式和履带式，方便灵活地移动定位装置9。

本发明还包括夹紧装置10和顶推装置11。夹紧装置10能够选择性地夹紧或松开外筒体2。在该具体实施例中，夹紧装置10包括两个对称设置的夹紧装置10，且每个夹紧装置10优选包括夹紧块101和驱动夹紧块101相对于外筒体2伸缩的夹紧驱动缸103，还包括用于引导夹紧块101移动的楔形块102，楔形块102固定于顶推装置11，夹紧块101远离外筒体2的一侧具有与楔形块102的楔形面相配合的斜面，楔形块102为夹紧块101提供支撑反力，从而使夹紧块101在楔形块102的作用下能够充分夹紧外筒体2。夹紧块101的夹持面与外筒体2的外周面相吻合，可以是平面或圆弧面等，但无论夹紧块101的夹持面采用何种形状，必须保证夹持面与外筒体2的外周面充分贴合，为外筒体2的移动提供充足的动力。进一步地，可在夹紧块101的夹持面增设橡胶制防滑垫，以增大夹持面与外筒体2之间的摩擦力，有效防止外筒体2与夹紧块101之间发生相对滑动。在刀盘组件3掘进时，若干夹紧驱动缸103的活塞杆伸出，使活塞杆带动夹紧块101向外筒体2的中心聚拢以夹紧外筒体2；当刀盘组件3停止挖掘时，若干夹紧驱动缸103的活塞杆收缩，使活塞杆带动夹紧块101远离外筒体2以松开外筒体2。当然，夹紧装置10的结构不限于此。

顶推装置11固设于定位装置9，且与夹紧装置10相固连。在该具体实施例中，顶推装置11包括固定于定位装置9上的导向柱和安装于导向柱以沿导向柱滑动的动力组件，夹紧装置10的夹紧驱动缸103与动力组件相固连。当夹紧装置10夹紧外筒体2后，启动动力组件，动力组件沿导向柱移动，同时为夹紧装置10提供纵向进给的功力，从而使夹紧装置10带动外筒体2向待掘地面进给，鉴于在进给过程中外筒体2与内筒体1相固连，自然，内筒体1带动刀盘组件3向待掘地面进给，以挖掘待掘地面。当然，顶推装置11的结构不限于此。

为提升安全性，本发明还包括固套于外筒体2外周的洞门密封件12，洞门密封件12安装于定位装置9所设的安装槽，且洞门密封件12外周面与安装槽的内侧面相贴合，从而防止从待掘地面涌水，使洞门密封件12起到密封止水作用。洞门密封件12优选由特殊耐磨橡胶制成，以便洞门密封件12的内侧面能够克服外筒体2旋转磨损，从而保证洞门密封件12具有较长的使用寿命。

本发明还包括压力检测装置和控制装置。压力检测装置设于泥水仓5内，用于检测泥水仓5压力。压力检测装置优选压力传感器。控制装置分别与压力检测装置和顶推装置11相连，以便控制装置根据压力检测装置发送的信号在泥水仓5压力突变时对应控制顶推装置11的进给速度。当刀盘组件3在掘进过程中突遇溶洞或流沙等较软地质时，泥水仓5的压力突然减小，压力检测装置将信号发送至控制装置，控制装置驱动顶推装置11快速进给，刀盘组件3快速穿过较软地层，使以保证刀盘组件3顺利通过危险区域，有利于进一步降低施工风险，安全性自然有所提升。

本发明还提供一种应用上述从上往下的竖井施工系统的从上往下的竖井施工方法，包括步骤：

S1、组装内筒体、刀盘组件和泥水环流装置，将组装为一体的内筒体和外筒体安装至定位装置的定位孔中；

首先，将定位装置移动至施工地面，并稳定加固定位装置。然后，再组装内筒体、刀盘组件和泥水环流装置及其他部件。接着，将完成组装的内筒体插入外筒体，启动连接驱动件，内筒体与外筒体固连为一体，完成内筒体和外筒体的组装。再接着，将组装后的内筒体安装至定位孔，同时需保证外筒体能够穿过定位装置上所安装的洞门密封件。

S2、顶推装置在夹紧装置夹紧外筒体后沿竖直方向向下推进外筒体以挖掘待掘地面，同时泥水环流装置的进浆管道输入泥水至泥水环流装置与待掘地面之间所形成的泥水仓中，泥水环流装置的排浆管道将泥水仓内的泥水与刀盘组件所切削的渣土形成的混合物排出；当顶推装置推进至预设长度后，夹紧装置松开外筒体，拼接内筒体和外筒体以延长内筒体和外筒体长度；

在此需要说明的是，预设长度小于内筒体和外筒体的长度。在顶推装置停止推进后，将新的外筒体焊接至位于竖井中的外筒体接口处，同样地，将新的内筒体焊接至位于竖井中的内筒体接口处，以保证内筒体和外筒体能适应待掘竖井的长度，适应性较强，同时有利于节省材料。

当夹紧装置松开外筒体后，顶推装置带动夹紧装置沿竖直方向向上返回至初始位置，使下次掘进仍从初始位置开始，有效缩短顶推装置的长度，有利于节省材料，还有利于提升安全性。

S3、重复上述步骤S2，循环往复，直至获取整条竖井。在获取整体竖井之后，需拆除夹紧装置和顶推装置，还需收缩用于连接内筒体和外筒体的连接驱动件以使内筒体和外筒体分离，从而方便从外筒体内抽出内筒体，在保证竖井能够得到安全支护的前提下，还能够重复利用内筒体及安装内筒体上的其他部件。

本发明所提供的从上往下的竖井施工方法，具有与从上往下的竖井施工系统相同的有益效果，在此不再赘述。

以上对本发明所提供的从上往下的竖井施工系统及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种从上往下的竖井施工系统，其特征在于，包括：

内筒体(1)；

安装于所述内筒体(1)前端的刀盘组件(3)；

设于所述内筒体(1)内的泥水环流装置(4)；

固设于所述内筒体(1)的内壁且与所述泥水环流装置(4)靠近所述刀盘组件(3)一端的外周面相接触、用于与待掘地面之间形成封闭的泥水仓(5)的固定隔套(6)；

设于所述固定隔套(6)与所述泥水环流装置(4)之间、用于支撑所述固定隔套(6)相对于所述泥水环流装置(4)转动的泥水环回转支撑件(43)；

设于所述泥水环回转支撑件(43)的内侧面与所述泥水环流装置(4)的外周面之间、用于密封二者之间缝隙的泥水环密封件；

所述泥水环流装置(4)包括用于将泥水输送至所述泥水仓(5)的进浆管道(41)和与所述泥水仓(5)相连通以将所述泥水仓(5)内的泥水与所述刀盘组件(3)切削下的渣土形成的混合物排出的排浆管道(42)；

顶推装置(11)；

设于所述泥水仓(5)、用于检测所述泥水仓(5)压力的压力检测装置；

分别与所述压力检测装置和所述顶推装置(11)相连、用于根据所述压力检测装置发送的信号在所述泥水仓(5)压力突变时对应控制所述顶推装置(11)进给速度的控制装置。

2.根据权利要求1所述的从上往下的竖井施工系统，其特征在于，还包括：

套于所述内筒体(1)外周的外筒体(2)；

若干位于所述泥水仓(5)上方且固设于所述内筒体(1)侧壁、用于选择性地从所述内筒体(1)的侧壁穿出直至与所述外筒体(2)内侧面相抵接以连接所述内筒体(1)和所述外筒体(2)的连接驱动件(8)。

3.根据权利要求2所述的从上往下的竖井施工系统，其特征在于，还包括：

具有供所述外筒体(2)穿过的定位孔、用于设于施工地面以限定所述外筒体(2)位置的定位装置(9)。

4.根据权利要求3所述的从上往下的竖井施工系统，其特征在于，还包括：

用于选择性地夹紧或松开所述外筒体(2)的夹紧装置(10)；

固设于所述定位装置(9)且与所述夹紧装置(10)相固连、用于在所述夹紧装置(10)夹紧所述外筒体(2)后驱动所述夹紧装置(10)带动所述外筒体(2)和所述刀盘组件(3)向待掘地面进给的顶推装置(11)。

5.根据权利要求4所述的从上往下的竖井施工系统，其特征在于，还包括：

设于所述定位装置(9)所设的安装槽内且固套于所述外筒体(2)的外周、用于防止待掘地面涌水的洞门密封件(12)。

6.一种应用如权利要求4所述的从上往下的竖井施工系统的从上往下的竖井施工方法，包括步骤：

S1、组装内筒体、刀盘组件和泥水环流装置，将组装为一体的所述内筒体和外筒体安装至定位装置的定位孔中；

S2、顶推装置在所述夹紧装置夹紧所述外筒体后沿竖直方向向下推进所述外筒体以挖掘待掘地面，同时所述泥水环流装置的进浆管道输入泥水至所述泥水环流装置与待掘地面之间所形成的泥水仓中，所述泥水环流装置的排浆管道将所述泥水仓内的泥水与所述刀盘组件切削下的渣土形成的混合物排出；当所述顶推装置推进至预设长度后，所述夹紧装置松开所述外筒体，拼接所述内筒体和所述外筒体以延长内筒体和所述外筒体长度；

S3、重复上述步骤S2，直至获取整条竖井。

7.根据权利要求6所述的从上往下的竖井施工方法，其特征在于，在所述获取整体竖井之后，还包括：

拆除所述夹紧装置和所述顶推装置；

收缩用于连接所述内筒体和所述外筒体的连接驱动件以使所述内筒体和所述外筒体分离，从所述外筒体内抽出所述内筒体。

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