CN111648427A - 一种高压旋喷吸砂清淤施工系统及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于一种高压旋喷吸砂清淤施工系统及其施工方法，系统包括空压机、高压水泵车。在围堰施工上端河面上至少设一个高压气囊悬浮台，高压气囊悬浮台上设有旋喷吸砂清淤装置，高压气囊悬浮台通过缆绳和锚固点定位和移动在围堰施工上端河面上，由旋喷吸砂清淤装置挖掘抽取的河底泥沙通过泥水分离船上的分离沉淀装置分离处理，位于河岸上的空压机和高压水泵车为旋喷吸砂清淤装置提供动力。方法包括从上游开始挖掘吸渣施工，三个钻头在挖掘时在同平面上，操作三个钻杆及钻头和吸泥管同步下移施工至设计深度。本发明具有结构设计合理，挖掘清淤面大，堰底清理平整，施工速度快，省工省力，施工成本低，节能环保和效率高的优点。
Description
技术领域
本发明属于一种高压旋喷吸砂清淤施工系统及其施工方法。
背景技术
水上桥梁承台墩采用围堰进行施工，传统围堰下放前，要对围堰部下端河底进行清淤找平施工，清淤找平施工通常使用船只与长臂挖掘机配合或抓斗挖泥船来进行。由于围堰体积和底面积宽大，清淤找平施工中常存在所需作业面大、河道底部高低不平、挖掘清淤面小、施工成本高、超挖和河底清理不平整，不可避免导致围堰封底漏水等问题。对于细部的河底清理工作通常又需要潜水人员进行局部清理，总体耗时较长，亦存在工人的操作空间受到限制、用人多、施工速度慢、费工费力和效率低的问题。同时，在抽砂后，对淤泥砂石直接堰外排放，污染环境。
发明内容
本发明的目的是设计一种高压旋喷吸砂清淤施工系统及其施工方法，具有结构设计合理，挖掘清淤面大，堰底清理平整，施工速度快，省工省力，施工成本低，节能环保和效率高的优点。
为此,本发明一种高压旋喷吸砂清淤施工系统, 包括空压机、高压水泵车、供气管、吸泥管、高压旋喷钻头和泥水分离船。在围堰施工上端河面上至少设一个高压气囊悬浮台。高压气囊悬浮台上设有旋喷吸砂清淤装置。高压气囊悬浮台通过缆绳和锚固点定位和移动在围堰施工上端河面上。由旋喷吸砂清淤装置挖掘抽取的河底泥沙通过泥水分离船上的分离沉淀装置分离处理。位于河岸上的空压机和高压水泵车为旋喷吸砂清淤装置提供动力。
所述的高压气囊悬浮台是：高压气囊悬浮台呈圆台型。圆形的工作台面下端面周边设有环形卡槽，环形卡槽内设有环形高压气囊，高压气囊的充气嘴穿过环形卡槽上端的通孔位于环形卡槽上端外，高压气囊为圆形橡胶充气体，环形卡槽的周长和横截面积与高压气囊的周长和横截面积适配。对应环形卡槽内圈面积的工作台面上呈等边三角形分设有三个供钻杆穿过的钻杆通孔。工作台面中心点位置上设有供吸泥管穿过的泥管通孔。泥管通孔内壁上呈间隔距离设有三个滑轮支架，各滑轮支架的顶端分别轴设有一个导向辊。泥管通孔周边的工作台面上设有吸泥管伸缩装置。泥管通孔的一侧面的工作台面上设有供气管通孔。工作台面的上端周边呈间隔距离设有三个固缆环，钻杆通孔外侧的工作台面上分别设有三组电机驱动的钻机转盘。
所述的吸泥管伸缩装置是：一个环形支架的下端环固在泥管通孔周边的工作台面上。环形支架的内环上、下部设有两层支顶吸泥管外壁的支顶轮组。每层支顶轮组由呈间隔距离分布的数个固定螺杆和调节螺杆所构成。固定螺杆的外端通过内、外螺母与对应处的环形支架固定为一体，固定螺杆的内端轴设有支顶轮。调节螺杆的外端穿过对应处的环形支架上的螺孔与外螺母螺接，调节螺杆的内端凸设有卡簧板，卡簧板与对应处螺孔之间的调节螺杆上套设有弹簧，卡簧板内端的调节螺杆的端面上轴设有支顶轮。位于高压气囊悬浮台上下部的吸泥管外壁上纵向设有一段齿条，对应齿条一侧的环形支架上设有支撑座，变速箱和电机固定在支撑座上，电机的动力输出轮通过连轴器与变速箱的输入轮连接，变速箱的输出齿轮咬合传动齿条。
所述的工作台面中心点与三个钻杆通孔的中心点位置重合。
所述的旋喷吸砂清淤装置是：
位于工作台面下端的三根钻杆长度相等，三根钻杆的下端接有钻头，三根钻杆的上端分别穿过工作台面上对应的各钻杆通孔与电机驱动的钻机转盘连接转动。三根钻杆的上端通过高压水管和密封接头与高压水泵车的高压水出口相通，钻头呈等边三角形分布。
吸泥管下端的吸泥口位于三个钻头上端的中心点位置。吸泥管下端设有半圆形的集泥罩。吸泥管的吸泥口相通集泥罩的下端中心部。集泥罩的下端外侧周沿位于呈等边三角形分布的三个钻头旋转半径内。三根钻杆呈等边三角形分布在集泥罩下端周沿外侧。吸泥口内设有一段纵向三等分吸泥口内空的隔板。位于吸泥管下端管壁上设有出气混合器，出气混合器的环形出气孔与对应的吸泥管内相通，供气管的一端与出气混合器的进气口相通，供气管的另一端与穿过工作台面上的供气管通孔与空压机送气口相通。吸泥管的上端穿过工作台面上的泥管通孔和吸泥管伸缩装置并通过导泥管与泥水分离船的沉淀池相通。
所述的一个钻头的旋挖直径等于另外两个钻头的旋挖周边的直线连接长度。
所述的钻头为高压旋喷钻头，钻头的上部为圆柱体形。钻头的上端面中部设有与中空导水的钻杆下端螺接的钻头接口槽。钻头的中心部设有与钻头接口槽下部相通的压水管。钻头的下端面周边设有一圈底边切割齿，底边切割齿内的钻头下端面为圆锥形体，圆锥形体的侧壁上呈间隔距离设有数个射水孔组，每个射水孔组为上、下分布的两个射水孔。钻头的上部侧壁中部呈间隔距离设有数个可调角度的挖掘翼，挖掘翼的后端面上呈间隔距离设有数个射水孔，射水孔的内端通过横向中空管相通压水管，挖掘翼通过横向中空管和螺母能调整翼角地固定在钻头的上部侧壁上。射水孔的出口为收窄射流出水口。
所述的锚固点为位于高压气囊悬浮台一侧船体上的收放缆绳的绞盘和位于高压气囊悬浮台另一侧岸基上的能收放缆绳的绞盘。
所述的岸基上的能收放缆绳的绞盘为：绞盘底座的下端四角设有横向移动轮，绞盘底座的下端外侧壁四角设有锚固耳，锚杆下端穿过锚固耳扎固在地面中。绞盘底座的上端面前部两侧设有绞盘支架，绞盘通过中部的绞盘轴和绞盘支架上的轴承轴接在两个绞盘支架中部之间，绞盘轴的一端位于绞盘支架中部外侧且固接有绞盘伞状从动齿轮。绞盘伞状从动齿轮后侧的绞盘底座上依次固定有绞盘减速器和绞盘电机，绞盘减速器的输出轮为与伞状从动齿轮咬合的伞状主动齿轮。绞盘电机通过连轴器带动绞盘减速器的输入轴转动，缆绳的一端固定缠绕在绞盘上，缆绳的另一端固定在高压气囊悬浮台的固缆环上。
一种高压旋喷吸砂清淤施工系统的施工方法，包括如下步骤：
(1)根据设计围堰的底面积决定围堰河底面的挖掘清平施工面积，设计围堰的底面积向外扩延10～15m为围堰河底面的挖掘清平施工面积，河底挖掘清平施工深度与设计围堰底端插入河底的深度相同。
(2)在挖掘清平施工面积的上端河面设置高压气囊悬浮台，高压气囊悬浮台分别通过两个相邻的固缆环和两根缆绳与河岸上的两个呈距离设置的能收放缆绳的绞盘连接，另一个固缆环和一根缆绳与船体上的收放缆绳的绞盘连接，三个绞盘呈三角形分布。在高压气囊悬浮台上设旋喷吸砂清淤装置和吸泥管伸缩装置，位于工作台面下端的三根钻杆长度相等。三根钻杆的下端接有高压旋喷钻头，三根钻杆的上端分别穿过工作台面上对应的各钻杆通孔与电机驱动的钻机转盘连接转动，三根钻杆的上端通过高压水管和密封接头与高压水泵车的高压水出口相通。
高压旋喷钻头呈等边三角形分布。高压旋喷钻头的下端面在同一平面上。吸泥管下端的吸泥口位于三个钻头上端的中心点位置。吸泥管下端设有半圆形的集泥罩，吸泥口相通集泥罩的下端中心部，集泥罩的下端周长位于呈等边三角形分布的三个钻头旋转半径内，三根钻杆呈等边三角形分布在集泥罩下端周边外侧。
位于吸泥管下端管壁上设有出气混合器，出气混合器的环形出气孔与对应的吸泥管内相通，供气管的一端与出气混合器的进气口相通，供气管的另一端与穿过工作台面上的供气管通孔与空压机送气口相通。
吸泥管的上端穿过工作台面上的泥管通孔和吸泥管伸缩装置并通过导泥管与泥水分离船的沉淀池相通。
(3)启动各电机驱动的钻机转盘带动三根钻杆及下端的高压旋喷钻头转动。启动高压水泵车通过高压水管、密封接头、三根钻杆向高压旋喷钻头内的压水管注入高压水，高压水从钻头底部圆锥形体和钻头的上部侧壁中部挖掘翼上的数个射水孔喷出，配合旋接转的钻头上的挖掘翼、底边切割齿将河底砂石与河底切割冲压分离。启动空压机通过供气管、出气混合器对吸泥管下端供气，利用气举反循环原理将集泥罩下端由三个钻头产生的钻渣吸入吸泥管中导入泥水分离船上的沉淀池中，钻渣经沉淀池、絮凝池、排水装置处理，渣石再利用，污物污水净化环保排除。
(4)从上游开始挖掘吸渣施工，三个钻头在挖掘时在同平面上，集泥罩下端沿在三个钻头顶面连线中心点上端0.5～0.8m范围内，操作三个钻杆及钻头和吸泥管同步下移施工至设计深度。
通过同步收紧位于高压气囊悬浮台一侧的绞盘缆绳和展放高压气囊悬浮台另一侧的绞盘缆绳使高压气囊悬浮台横向移至下一个施工位，下一个施工位的三个钻头的挖掘半径履盖相邻己施完工位的三分之一挖掘半径。
通过纵向移动锚固点使高压气囊悬浮台纵向移至下一个施工位，下一个施工位的三个钻头的挖掘半径履盖相邻己施完工位的三分之一挖掘半径。
(5)通过横、纵向移动高压气囊悬浮台使三个钻头和吸泥管的挖掘施工面履盖包括设计围堰的底面积在内的围堰河底面的挖掘清平施工面积，而后检测挖掘施工面质量，修补至达到设计要求。
所述的操作三个钻杆及钻头和吸泥管同步下移施工是通过同步下移电机驱动的钻机转盘和驱动吸泥管伸缩装置同步带动吸泥管下移完成的。
上述结构和方法达到了本发明的目的。
本发明具有结构设计合理，挖掘清淤面大，堰底清理平整，施工速度快，省工省力，施工成本低，节能环保和效率高的优点。
本发明与现有技术相比，有以下优点和积极效果：
（1）本发明在围堰施工上端河面上设高压气囊悬浮台，高压气囊悬浮台上设有旋喷吸砂清淤装置，改变了传统使用船只与长臂挖掘机配合或抓斗挖泥船来进行施工的方法，不但减少了施工人员，加快了施工速度，大大提高了工作效率，而且可使施工质量一次达到优良水平，河底清理平整，彻底降决了围堰封底漏水等问题。施工后无需潜水人员进行局部清理，能够有效保证工人的人身安全。
（2）本发明用高压气囊悬浮台上布置的三钻头带动呈等边三角形分布高压旋喷钻头且保持高压旋喷钻头的下端面在同一平面上。采用吸泥管伸缩装置使吸泥管与三钻头同步移动。吸泥管下端的吸泥口位于三个钻头上端的中心点位置。吸泥管下端设有半圆形的集泥罩，可有效将高压气囊悬浮台下端底面的泥沙混合物挖掘抽吸上来，作业速度快、质量好。泥水分离船上设有沉淀池、絮凝池、泥水分离装置和排水装置，能将抽吸上来的泥沙混合物进行有效分离，处理后的水能直接外排，减少河水污染。
（3）本发明的高压旋喷钻头在钻头的上部侧壁中部设有数个可调角度的挖掘翼，挖掘翼的后端面上数个射水孔，钻头下端面为圆锥形体，圆锥形体的侧壁上数个射水孔，钻头的下端面周边设有一圈底边切割齿的结构，保证了钻头切割运行的稳定性、有效性和较快的挖掘施工速度。
（4）本发明实施成本低，设备布置所用时间短，能在大幅度提高施工速度的同时降低施工成本，测算表明本发明能使施工成本降低60%，施工速度提高2倍以上。
（5）本发明结构简单，重量轻，成本低，工作性能可靠，操作灵活省力，具有适宜施工使用、便于进行推广等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中的A-A剖面结构示意图。
图3是本发明的高压气囊悬浮台的俯视结构示意图。
图4是图3中的B-B剖面结构示意图。
图5是本发明的吸泥管伸缩装置的结构示意图。
图6是本发明的吸泥口及吸泥罩的结构示意图。
图7是本发明的高压旋喷钻头的结构示意图。
图8是本发明的高压旋喷钻头局部剖面结构示意图。
图9是本发明的能收放缆绳的绞盘结构示意图。
图10是本发明的高压气囊悬浮台施工作业运行路线示意图。
具体实施方式
如图1至图10所示，一种高压旋喷吸砂清淤施工系统, 包括空压机17、高压水泵车16、供气管14、吸泥管6、高压旋喷钻头2和泥水分离船1。泥水分离船上搭载分离沉淀装置，包括泥水分离罐10、压滤装置、沉淀池12和絮凝池11等设施，可将由吸泥管吸出经导泥管导出入沉淀池的河底砂石与清水初步分离，以达到直接排放要求，固体砂石经简单处理后可用于池塘回填等用途，泥水分离船及其上搭载的分离沉淀装置为传统技术，故不再累述。
本发明在围堰施工上端河面上至少设一个高压气囊悬浮台3。高压气囊悬浮台上设有旋喷吸砂清淤装置。高压气囊悬浮台通过缆绳8和锚固点9定位和移动在围堰施工上端河面上。由旋喷吸砂清淤装置挖掘抽取的河底泥沙通过泥水分离船上的分离沉淀装置分离处理。位于河岸上的空压机和高压水泵车为旋喷吸砂清淤装置提供动力。
如图2至图4所示，所述的高压气囊悬浮台是：高压气囊悬浮台呈圆台型。圆形的工作台面31下端面周边设有环形卡槽36，环形卡槽内设有环形高压气囊33。高压气囊的充气嘴35穿过环形卡槽上端的通孔位于环形卡槽上端外，以方便对高压气囊内充气。高压气囊为圆形橡胶充气体，环形卡槽的周长和横截面积与高压气囊的周长和横截面积适配，高压气囊为高压气囊悬浮台提供足够的浮力。环形卡槽用于卡位连接高压气囊。
对应环形卡槽内圈面积的工作台面上呈等边三角形分设有三个供钻杆5穿过的钻杆通孔。钻杆为中空的气密性传动钻杆。钻杆通孔外侧的工作台面上分别设有三组电机驱动的钻机转盘7。电机驱动的钻机转盘由底部与工作台面焊成一体的导轨杆71、能沿导轨杆上下运行的升降底座75、固定在升降底座上的钻杆驱动电机72和驱动电机齿轮73、与钻杆固定且带动钻杆转动与电机齿轮咬合的钻杆齿轮74。电机驱动的钻机转盘可使钻杆接长、升降和转动，为传统结构，故不再累述。
如图5所示，工作台面中心点位置上设有供吸泥管6穿过的泥管通孔38。泥管通孔内壁上呈间隔距离设有三个滑轮支架32，各滑轮支架的顶端分别轴设有一个导向辊34，三个导向辊用于定位移动导向吸泥管于泥管通孔中心部。
泥管通孔周边的工作台面上设有吸泥管伸缩装置。所述的吸泥管伸缩装置是：一个环形支架62的下端通过焊接环固在泥管通孔周边的工作台面上。环形支架的内环上、下部设有两层支顶吸泥管外壁的支顶轮组。每层支顶轮组由呈间隔距离分布的数个固定螺杆68和调节螺杆67所构成。固定螺杆68的外端通过内螺母69和外螺母66与对应处的环形支架(在对应处的环形支架上设螺杆孔)固定为一体，固定螺杆的内端轴设有支顶轮63。调节螺杆67的外端穿过对应处的环形支架上的螺孔与外螺母66螺接，调节螺杆的内端凸设有卡簧板64，卡簧板与对应处螺孔之间的调节螺杆上套设有弹簧65，卡簧板内端的调节螺杆的端面上轴设有支顶轮。每层支顶轮组可配2个固定螺杆和1个调节螺杆，或3个固定螺杆和2个调节螺杆，每组的三个支顶轮顶压吸泥管外壁于环形支架中轴线部，以方便定位移动导向吸泥管。
位于高压气囊悬浮台上下部的吸泥管外壁上纵向设有一段齿条611，对应齿条一侧的环形支架上设有支撑座，变速箱612和电机614固定在支撑座上，电机的动力输出轮通过连轴器613与变速箱的输入轮连接，变速箱的输出齿轮610咬合传动齿条。使用时，操作电机正反转可通过变速箱的输出齿轮带动齿条使吸泥管上升或下降。
泥管通孔的一侧面的工作台面上设有供气管通孔，方便供气管14的一端穿过供气管通孔与出气混合器4的进气口相通，供气管的另一端与位于河岸上的空压机17相通。工作台面的上端周边呈间隔距离设有三个固缆环37，用于与缆绳一端固定。
所述的工作台面中心点与三个钻杆通孔的中心点位置重合。
如图6至图8所示，所述的旋喷吸砂清淤装置是：位于工作台面下端的三根钻杆5长度相等，三根钻杆的下端接有钻头2。三根钻杆的上端分别穿过工作台面上对应的各钻杆通孔与电机驱动的钻机转盘连接转动。三根钻杆的上端通过高压水管15和密封接头与高压水泵车16的高压水出口相通。钻头呈等边三角形分布。
如图1、2和图6所示，吸泥管下端的吸泥口位于三个钻头上端的中心点位置。吸泥管下端设有半圆形的集泥罩18。集泥罩可方便收拢三个钻头产生的泥渣。吸泥管的吸泥口相通集泥罩的下端中心部。集泥罩的下端外侧周沿位于呈等边三角形分布的三个钻头旋转半径内。三根钻杆呈等边三角形分布在集泥罩下端周沿外侧。吸泥口内设有一段纵向三等分吸泥口内空的隔板61，隔板可以增大抽吸力。位于吸泥管下端管壁上设有出气混合器4，出气混合器的环形出气孔与对应的吸泥管内相通。供气管14的一端与出气混合器的进气口相通，供气管的另一端与穿过工作台面上的供气管通孔与空压机送气口相通。出气混合器的环形出气孔直径Ø20mm，气孔与吸泥管呈45°向上夹角。空压机为1台20m3/min的空压机向吸泥管输气。吸泥管采用Ø273×17.5的导管加工而成，供气管将空压机产生的高压空气通过供气管进入出气混合器再进入吸泥管内，在吸泥管内高压气体稀释水后，密度减轻的水往上流使吸泥管内产生负压，位于集泥罩下端中部的吸泥管口可将河底部的泥砂、石子等覆盖物被水流吸起经吸泥管排入沉淀池中。供气管直径Ø50mm，壁厚5mm，每节长9m。供气管采用法兰盘联结。供气管用焊接在吸泥管上的加劲板固定。
吸泥管的上端穿过工作台面上的泥管通孔和吸泥管伸缩装置并通过连接由橡胶软管制成的导泥管13与泥水分离船1的沉淀池12相通。
如图2所示，所述的一个钻头的旋挖直径等于另外两个钻头的旋挖周边的直线连接长度，以保证三个钻头的旋挖面积履盖高压气囊悬浮台下端河面。
如图7和图8所示，所述的钻头2为高压旋喷钻头，钻头的上部为圆柱体形。钻头的上端面中部设有与中空的钻杆下端螺接的钻头接口槽21。钻头的中心部设有与钻头接口槽下部相通的压水管210。钻头的下端面周边设有一圈底边切割齿26，以方便切割河底砂石。底边切割齿内的钻头下端面为圆锥形体25，圆锥形体的侧壁上呈间隔距离设有数个射水孔组，每个射水孔组为上、下分布的两个射水孔24。钻头的上部侧壁中部呈间隔距离设有数个可调角度的挖掘翼22，挖掘翼上挖掘齿23，挖掘翼的后端面上呈间隔距离设有数个射水孔27，射水孔的内端通过横向中空管28相通压水管，挖掘翼通过横向中空管和螺母29能调整翼角地固定在钻头的上部侧壁上。射水孔24、27的出口为收窄射流出水口。钻杆的下端螺接在钻头接口槽21内，钻杆的上端穿过钻杆通孔通过高压水管15与高压水泵车的高压水泵出水口相通。位于工作台面上的钻杆上端外壁由电机驱动的钻机转盘带动逆时针旋转。高压水泵扬程250m，流量250m3/h，可根据砂卵石细密程度调整其规格。射水孔用于在比较密实的覆盖层或砂卵石层中破土。
所述的锚固点9为位于高压气囊悬浮台一侧泥水分离船的船体上的收放缆绳的绞盘和位于高压气囊悬浮台另一侧岸基上的能收放缆绳的绞盘。
如图9所示，所述的岸基上的能收放缆绳的绞盘为：绞盘底座910的下端四角设有横向移动轮98，横向移动轮可使绞盘底座横向移动。绞盘底座的下端外侧壁四角设有锚固耳912，锚杆97下端穿过锚固耳扎固在地面中，完成绞盘底座的固定。绞盘底座的上端面前部两侧设有绞盘支架96，绞盘91通过中部的绞盘轴99和绞盘支架上的轴承轴接在两个绞盘支架中部之间，绞盘轴的一端位于绞盘支架中部外侧且固接有绞盘伞状从动齿轮92。绞盘伞状从动齿轮后侧的绞盘底座上依次固定有绞盘减速器911和绞盘电机95，绞盘减速器的输出轮为与伞状从动齿轮咬合的伞状主动齿轮93。绞盘电机通过连轴器94带动绞盘减速器的输入轴转动，从而减速带动绞盘减速器的输出轮及伞状主动齿轮转动，伞状主动齿轮通过咬合的伞状从动齿轮带动绞盘转动。缆绳的一端固定缠绕在绞盘上，缆绳的另一端固定在高压气囊悬浮台的固缆环上。控制绞盘电机的正反转，使绞盘正反转动，控制缆绳的收放。
一种高压旋喷吸砂清淤施工系统的施工方法，包括如下步骤：
(1)根据设计围堰的底面积19决定围堰河底面的挖掘清平施工面积191，设计围堰的底面积向外扩延10～15m为围堰河底面的挖掘清平施工面积，河底挖掘清平施工深度与设计围堰底端插入河底的深度相同。
(2)在挖掘清平施工面积的上端河面设置高压气囊悬浮台，高压气囊悬浮台分别通过两个相邻的固缆环和两根缆绳与河岸上的两个呈距离设置的能收放缆绳的绞盘连接，另一个固缆环和一根缆绳与船体上的收放缆绳的绞盘连接，三个绞盘呈三角形分布。在高压气囊悬浮台上设旋喷吸砂清淤装置和吸泥管伸缩装置，位于工作台面下端的三根钻杆长度相等。三根钻杆的下端接有高压旋喷钻头，三根钻杆的上端分别穿过工作台面上对应的各钻杆通孔与电机驱动的钻机转盘连接转动，三根钻杆的上端通过高压水管和密封接头与高压水泵车的高压水出口相通。
高压旋喷钻头呈等边三角形分布。高压旋喷钻头的下端面在同一平面上。吸泥管下端的吸泥口位于三个钻头上端的中心点位置。吸泥管下端设有半圆形的集泥罩，吸泥口相通集泥罩的下端中心部，集泥罩的下端周长位于呈等边三角形分布的三个钻头旋转半径内，三根钻杆呈等边三角形分布在集泥罩下端周边外侧。
位于吸泥管下端管壁上设有出气混合器，出气混合器的环形出气孔与对应的吸泥管内相通，供气管的一端与出气混合器的进气口相通，供气管的另一端与穿过工作台面上的供气管通孔与空压机送气口相通。
吸泥管的上端穿过工作台面上的泥管通孔和吸泥管伸缩装置并通过导泥管与泥水分离船的沉淀池相通。
(3)启动各电机驱动的钻机转盘带动三根钻杆及下端的高压旋喷钻头转动。启动高压水泵车通过高压水管、密封接头、三根钻杆向高压旋喷钻头内的压水管注入高压水，高压水从钻头底部圆锥形体和钻头的上部侧壁中部挖掘翼上的数个射水孔喷出，配合旋接转的钻头上的挖掘翼、底边切割齿将河底砂石与河底切割冲压分离。启动空压机通过供气管、出气混合器对吸泥管下端供气，利用气举反循环原理将集泥罩下端由三个钻头产生的钻渣吸入吸泥管中导入泥水分离船上的沉淀池中，钻渣经沉淀池、絮凝池、排水装置处理，渣石再利用，污物污水净化环保排除。
如图10所示，为高压气囊悬浮台施工作业运行路线192示意图，其中：39为高压气囊悬浮台的一个施工位。(4)从上游开始挖掘吸渣施工，三个钻头在挖掘时在同平面上，集泥罩下端沿在三个钻头顶面连线中心点上端0.5～0.8m范围内，操作三个钻杆及钻头和吸泥管同步下移施工至设计深度。
通过同步收紧位于高压气囊悬浮台一侧的绞盘缆绳和展放高压气囊悬浮台另一侧的绞盘缆绳使高压气囊悬浮台横向移至下一个施工位，下一个施工位的三个钻头的挖掘半径履盖相邻己施完工位的三分之一挖掘半径。
通过纵向移动锚固点使高压气囊悬浮台纵向移至下一个施工位，下一个施工位的三个钻头的挖掘半径履盖相邻己施完工位的三分之一挖掘半径。
(5)通过横、纵向移动高压气囊悬浮台使三个钻头和吸泥管的挖掘施工面履盖包括设计围堰的底面积在内的围堰河底面的挖掘清平施工面积，而后检测挖掘施工面质量，修补至达到设计要求。
所述的操作三个钻杆及钻头和吸泥管同步下移施工是通过同步下移电机驱动的钻机转盘和驱动吸泥管伸缩装置同步带动吸泥管下移完成的。如可在钻杆及吸泥管壁上设刻度尺线，同步下移一个刻度尺线距离即可。故不再累述。
总之,本发明具有结构设计合理，挖掘清淤面大，堰底清理平整，施工速度快，省工省力，施工成本低，节能环保和效率高的优点。
Claims (10)
1. 一种高压旋喷吸砂清淤施工系统, 包括空压机、高压水泵车、供气管、吸泥管、高压旋喷钻头和泥水分离船,其特征在于：在围堰施工上端河面上至少设一个高压气囊悬浮台，高压气囊悬浮台上设有旋喷吸砂清淤装置，高压气囊悬浮台通过缆绳和锚固点定位和移动在围堰施工上端河面上，由旋喷吸砂清淤装置挖掘抽取的河底泥沙通过泥水分离船上的分离沉淀装置分离处理，位于河岸上的空压机和高压水泵车为旋喷吸砂清淤装置提供动力。
2.根据权利要求1所述的一种高压旋喷吸砂清淤施工系统，其特征在于：所述的高压气囊悬浮台是：高压气囊悬浮台呈圆台型，圆形的工作台面下端面周边设有环形卡槽，环形卡槽内设有环形高压气囊，高压气囊的充气嘴穿过环形卡槽上端的通孔位于环形卡槽上端外，高压气囊为圆形橡胶充气体，环形卡槽的周长和横截面积与高压气囊的周长和横截面积适配，对应环形卡槽内圈面积的工作台面上呈等边三角形分设有三个供钻杆穿过的钻杆通孔，工作台面中心点位置上设有供吸泥管穿过的泥管通孔，泥管通孔内壁上呈间隔距离设有三个滑轮支架，各滑轮支架的顶端分别轴设有一个导向辊，泥管通孔周边的工作台面上设有吸泥管伸缩装置，泥管通孔的一侧面的工作台面上设有供气管通孔，工作台面的上端周边呈间隔距离设有三个固缆环，钻杆通孔外侧的工作台面上分别设有三组电机驱动的钻机转盘。
3.根据权利要求2所述的一种高压旋喷吸砂清淤施工系统，其特征在于：所述的吸泥管伸缩装置是：一个环形支架的下端环固在泥管通孔周边的工作台面上，环形支架的内环上、下部设有两层支顶吸泥管外壁的支顶轮组，每层支顶轮组由呈间隔距离分布的数个固定螺杆和调节螺杆所构成，固定螺杆的外端通过内、外螺母与对应处的环形支架固定为一体，固定螺杆的内端轴设有支顶轮，调节螺杆的外端穿过对应处的环形支架上的螺孔与外螺母螺接，调节螺杆的内端凸设有卡簧板，卡簧板与对应处螺孔之间的调节螺杆上套设有弹簧，卡簧板内端的调节螺杆的端面上轴设有支顶轮，位于高压气囊悬浮台上下部的吸泥管外壁上纵向设有一段齿条，对应齿条一侧的环形支架上设有支撑座，变速箱和电机固定在支撑座上，电机的动力输出轮通过连轴器与变速箱的输入轮连接，变速箱的输出齿轮咬合传动齿条。
4.根据权利要求2所述的一种高压旋喷吸砂清淤施工系统，其特征在于：所述的工作台面中心点与三个钻杆通孔的中心点位置重合。
5.根据权利要求1所述的一种高压旋喷吸砂清淤施工系统，其特征在于：所述的旋喷吸砂清淤装置是：
位于工作台面下端的三根钻杆长度相等，三根钻杆的下端接有钻头，三根钻杆的上端分别穿过工作台面上对应的各钻杆通孔与电机驱动的钻机转盘连接转动，三根钻杆的上端通过高压水管和密封接头与高压水泵车的高压水出口相通，钻头呈等边三角形分布；
吸泥管下端的吸泥口位于三个钻头上端的中心点位置，吸泥管下端设有半圆形的集泥罩，吸泥管的吸泥口相通集泥罩的下端中心部，集泥罩的下端外侧周沿位于呈等边三角形分布的三个钻头旋转半径内，三根钻杆呈等边三角形分布在集泥罩下端周沿外侧，吸泥口内设有一段纵向三等分吸泥口内空的隔板，位于吸泥管下端管壁上设有出气混合器，出气混合器的环形出气孔与对应的吸泥管内相通，供气管的一端与出气混合器的进气口相通，供气管的另一端与穿过工作台面上的供气管通孔与空压机送气口相通，吸泥管的上端穿过工作台面上的泥管通孔和吸泥管伸缩装置并通过导泥管与泥水分离船的沉淀池相通。
6.根据权利要求5所述的一种高压旋喷吸砂清淤施工系统，其特征在于：所述的一个钻头的旋挖直径等于另外两个钻头的旋挖周边的直线连接长度。
7.根据权利要求5所述的一种高压旋喷吸砂清淤施工系统，其特征在于：所述的钻头为高压旋喷钻头，钻头的上部为圆柱体形，钻头的上端面中部设有与中空导水的钻杆下端螺接的钻头接口槽，钻头的中心部设有与钻头接口槽下部相通的压水管，钻头的下端面周边设有一圈底边切割齿，底边切割齿内的钻头下端面为圆锥形体，圆锥形体的侧壁上呈间隔距离设有数个射水孔组，每个射水孔组为上、下分布的两个射水孔，钻头的上部侧壁中部呈间隔距离设有数个可调角度的挖掘翼，挖掘翼的后端面上呈间隔距离设有数个射水孔，射水孔的内端通过横向中空管相通压水管，挖掘翼通过横向中空管和螺母能调整翼角地固定在钻头的上部侧壁上，射水孔的出口为收窄射流出水口。
8.根据权利要求1所述的一种高压旋喷吸砂清淤施工系统，其特征在于：所述的锚固点为位于高压气囊悬浮台一侧船体上的收放缆绳的绞盘和位于高压气囊悬浮台另一侧岸基上的能收放缆绳的绞盘；
所述的岸基上的能收放缆绳的绞盘为：绞盘底座的下端四角设有横向移动轮，绞盘底座的下端外侧壁四角设有锚固耳，锚杆下端穿过锚固耳扎固在地面中，绞盘底座的上端面前部两侧设有绞盘支架，绞盘通过中部的绞盘轴和绞盘支架上的轴承轴接在两个绞盘支架中部之间，绞盘轴的一端位于绞盘支架中部外侧且固接有绞盘伞状从动齿轮，绞盘伞状从动齿轮后侧的绞盘底座上依次固定有绞盘减速器和绞盘电机，绞盘减速器的输出轮为与伞状从动齿轮咬合的伞状主动齿轮，绞盘电机通过连轴器带动绞盘减速器的输入轴转动，缆绳的一端固定缠绕在绞盘上，缆绳的另一端固定在高压气囊悬浮台的固缆环上。
9.一种用权利要求1所述的一种高压旋喷吸砂清淤施工系统的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)根据设计围堰的底面积决定围堰河底面的挖掘清平施工面积，设计围堰的底面积向外扩延10～15m为围堰河底面的挖掘清平施工面积，河底挖掘清平施工深度与设计围堰底端插入河底的深度相同；
(2)在挖掘清平施工面积的上端河面设置高压气囊悬浮台，高压气囊悬浮台分别通过两个相邻的固缆环和两根缆绳与河岸上的两个呈距离设置的能收放缆绳的绞盘连接，另一个固缆环和一根缆绳与船体上的收放缆绳的绞盘连接，三个绞盘呈三角形分布，在高压气囊悬浮台上设旋喷吸砂清淤装置和吸泥管伸缩装置，位于工作台面下端的三根钻杆长度相等，三根钻杆的下端接有高压旋喷钻头，三根钻杆的上端分别穿过工作台面上对应的各钻杆通孔与电机驱动的钻机转盘连接转动，三根钻杆的上端通过高压水管和密封接头与高压水泵车的高压水出口相通；
高压旋喷钻头呈等边三角形分布，高压旋喷钻头的下端面在同一平面上，吸泥管下端的吸泥口位于三个钻头上端的中心点位置，吸泥管下端设有半圆形的集泥罩，吸泥口相通集泥罩的下端中心部，集泥罩的下端周长位于呈等边三角形分布的三个钻头旋转半径内，三根钻杆呈等边三角形分布在集泥罩下端周边外侧；
位于吸泥管下端管壁上设有出气混合器，出气混合器的环形出气孔与对应的吸泥管内相通，供气管的一端与出气混合器的进气口相通，供气管的另一端与穿过工作台面上的供气管通孔与空压机送气口相通；
吸泥管的上端穿过工作台面上的泥管通孔和吸泥管伸缩装置并通过导泥管与泥水分离船的沉淀池相通；
(3)启动各电机驱动的钻机转盘带动三根钻杆及下端的高压旋喷钻头转动，启动高压水泵车通过高压水管、密封接头、三根钻杆向高压旋喷钻头内的压水管注入高压水，高压水从钻头底部圆锥形体和钻头的上部侧壁中部挖掘翼上的数个射水孔喷出，配合旋接转的钻头上的挖掘翼、底边切割齿将河底砂石与河底切割冲压分离，启动空压机通过供气管、出气混合器对吸泥管下端供气，利用气举反循环原理将集泥罩下端由三个钻头产生的钻渣吸入吸泥管中导入泥水分离船上的沉淀池中，钻渣经沉淀池、絮凝池、排水装置处理，渣石再利用，污物污水净化环保排除；
(4)从上游开始挖掘吸渣施工，三个钻头在挖掘时在同平面上，集泥罩下端沿在三个钻头顶面连线中心点上端0.5～0.8m范围内，操作三个钻杆及钻头和吸泥管同步下移施工至设计深度；
通过同步收紧位于高压气囊悬浮台一侧的绞盘缆绳和展放高压气囊悬浮台另一侧的绞盘缆绳使高压气囊悬浮台横向移至下一个施工位，下一个施工位的三个钻头的挖掘半径履盖相邻己施完工位的三分之一挖掘半径；
通过纵向移动锚固点使高压气囊悬浮台纵向移至下一个施工位，下一个施工位的三个钻头的挖掘半径履盖相邻己施完工位的三分之一挖掘半径；
(5)通过横、纵向移动高压气囊悬浮台使三个钻头和吸泥管的挖掘施工面履盖包括设计围堰的底面积在内的围堰河底面的挖掘清平施工面积，而后检测挖掘施工面质量，修补至达到设计要求。
10.根据权利要求9所述的施工方法，其特征在于：所述的操作三个钻杆及钻头和吸泥管同步下移施工是通过同步下移电机驱动的钻机转盘和驱动吸泥管伸缩装置同步带动吸泥管下移完成的。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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