CN111778982A - 一种应用于地铁深基坑工程的土方分段开挖的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及地下工程领域，具体是涉及一种应用于地铁深基坑工程的土方分段开挖的方法及装置，包括布置基坑，在基坑周围布置打桩柱，并在每个打桩柱内打入嵌岩桩，使桩基深度大于所需深度，形成承端桩，布置围护板，在基坑边缘的打桩柱之间挖护板槽，护板槽的深度与所需深度相匹配，然后在所述护板槽内装入围护板，在土面上开设灌浆孔，灌浆孔的深度与所需深度相匹配，然后向灌浆孔内灌浆，形成防水层，分层开挖，自土面向下逆作开挖，逐层施工，本发明利用嵌岩桩供给装置实现自动化的嵌岩桩逐个供给、转运和卸料，便于将嵌岩桩打入打桩柱内。

Description

一种应用于地铁深基坑工程的土方分段开挖的方法及装置
技术领域
本发明涉及地下工程领域，具体是涉及一种应用于地铁深基坑工程的土方分段开挖的方法及装置。
背景技术
土方工程是建筑工程施工中主要工程之一，包括一切土(石)方的挖梆、填筑、运输以及排水、降水等方面。土木工程中，土石方工程有：场地平整、路基开挖、人防工程开挖、地坪填土，路基填筑以及基坑回填。要合理安排施工计划，尽量不要安排在雨季，同时为了降低土石方工程施工费用，贯彻不占或少占农田和可耕地并有利于改地造田的原则，要作出土石方的合理调配方案，统筹安排。
基坑施工前，应对施工区域内存在的各种障碍物，如建筑物、道路、沟渠、管线、防空洞、旧基础、坟墓、树木等，凡影响施工的均应拆除、清理或迁移，并在施工前妥善处理，确保施工安全。大型土方和开挖较深的基坑工程，施工前要认真研究整个施工区域和施工场地内的工程地质和水文资料、邻近建筑物或构筑物的质量和分布状况、挖土和弃土要求、施工环境及气候条件等，编制专项施工组织设计(方案)，制定有针对性的安全技术措施，严禁盲目施工。相邻基坑深浅不等时，一般应按先深后浅的顺序施工，否则应分析后施工的深坑对先施工的浅坑可能产生的危害，并应采取必要的保护措施。基坑开挖工程应验算边坡或基坑的稳定性，并注意由于土体内应力场变化和淤泥土的塑性流动而导致周围土体向基坑开挖方向位移，使基坑邻近建筑物等产生相应的位移和下沉。验算时应考虑地面堆载、地表积水和邻近建筑物的影响等不利因素，决定是否需要支护，选择合理的支护形式。在基坑开挖期间应加强监测。、基坑开挖应严格按要求放坡，操作时应随时注意边坡的稳定情况，如发现有裂纹或部分塌落现象，要及时进行支撑或改缓放坡，并注意支撑的稳固和边坡的变化。
目前，针对表层为软土层，底层为岩石层的地质结构的地下结构的施工，常采用以下步骤：1、打桩到岩石层；2、现浇地下连续墙，墙体深度同样达到岩石层；3、土方开挖。这样施工的好处是，采用承端桩受力，支撑效果好，贯穿整个软土层的地下连续墙可以有效隔绝软土层内的流水进入地下室。但是，这种施工方式存在以下缺点：1、连续墙深度大，施工成本高；2、现浇墙体具有漏水隐患，且难以确定漏水位置。为保证隔水效果，多数基坑采用围堰方式进行三面隔水处理，尤其对临江、湖、河、海等水文地质条件复杂情况下，且临水区域通常为城市核心区域，且周边构筑物密集，为达到较好的变形控制效果，地下连续墙根据规范设计要求嵌入隔水层中，应满足稳定性、变形、隔水要求，同时，作为地下结构的一部分。但是，对于隔水层埋置深度大时，地下连续墙嵌入隔水层土，在造价上成本显著增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于地铁深基坑工程的土方分段开挖的方法及装置，该技术方案解决了对于隔水层埋置深度大时，地下连续墙嵌入隔水层土，在造价上成本显著增加的问题，该土方分段开挖的方法及装置利用嵌岩桩供给装置实现自动化的嵌岩桩逐个供给、转运和卸料，便于将嵌岩桩打入打桩柱内。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
提供一种应用于地铁深基坑工程的土方分段开挖的方法，包括以下步骤：
布置基坑，在基坑周围布置打桩柱，并在每个打桩柱内打入嵌岩桩，使桩基深度大于所需深度，形成承端桩；
布置围护板，在基坑边缘的打桩柱之间挖护板槽，护板槽的深度与所需深度相匹配，然后在所述护板槽内装入围护板；
在土面上开设灌浆孔，灌浆孔的深度与所需深度相匹配，然后向灌浆孔内灌浆，形成防水层；
分层开挖，自土面向下逆作开挖，逐层施工。
作为应用于地铁深基坑工程的土方分段开挖的方法的一种优选方案，分层开挖，自土面向下逆作开挖，逐层施工，具体包括以下步骤：
从土面向下整体开挖第一层；
水平架设支撑梁和支撑立柱；
在支撑梁上铺设压型钢板制成楼板，预留出土孔，支撑梁留有连接压型钢板的连接接口，且支撑梁留出与楼板厚度相同的高度；
重复之前步骤，继续向下开挖至第N层，直至N层结构全部完成，N为所需开挖的层数。
作为应用于地铁深基坑工程的土方分段开挖的方法的一种优选方案，支撑梁采用叠合梁技术，楼板通过压型钢板组合后与支撑梁一体化现浇，支撑梁上预留有与压型钢板组合楼板的装配接口，围护板为拼接式结构，包括母弧板和公弧板，所述母弧板上设有贯通母弧板的第一灌注孔，母弧板的一端端部设有向内凹陷的对接母槽，所述公弧板上设有贯通公弧板的第二灌注孔，公弧板的一端端部向外凸出的对接公插条，所述对接公插条与对接母槽卡接配合，对接公插条上设有贯通对接公插条的第三灌注孔。
还提供一种应用于地铁深基坑工程的土方分段开挖的装置，包括嵌岩桩供给装置，所述嵌岩桩供给装置包括：
运载车，用于围绕深基坑进行位置变化；
供料机构，设置在所述运载车上，用于存放嵌岩桩，并执行嵌岩桩的供料工作；
转运机构，设置在运载车上，所述转运机构的输入端与所述供料机构的输出端连接，用于将嵌岩桩从转运机构的输入端转运至转运机构的输出端，并在转运机构的输入端将嵌岩桩转运至后续设备中；
抓取机械手，设置在运载车上，并靠近转运机构的输出端设置，具有多个自由度，用于对卸料机构的位置进行调节；
所述卸料机构，设置在抓取机械手上，用于接收来自转运机构输入端转运的嵌岩桩，并执行嵌岩桩的卸料工作，使得嵌岩桩打入打桩柱中。
作为应用于地铁深基坑工程的土方分段开挖的装置的一种优选方案，所述供料机构包括供料箱体、安装架和下料辊，所述供料箱体设置在运载车上，供料箱体的顶部设有入料口，供料箱体的内底面倾斜设置，形成下料面，并在所述下料面低处设有出料口，供料箱体相对设置的两侧壁上均架设有所述安装架，安装架倾斜设置并与下料面的倾斜方向相反，安装架上转动连接有若干所述下料辊，下料辊的两端端部均与安装架转动连接。
作为应用于地铁深基坑工程的土方分段开挖的装置的一种优选方案，供料箱体的侧部设有一对纠偏箱体，所述纠偏箱体靠近所述出料口设置，纠偏箱体设置为扇形，纠偏箱体上转动连接有若干纠偏辊。
作为应用于地铁深基坑工程的土方分段开挖的装置的一种优选方案，所述转运机构包括输运组件和送料组件，所述输运组件包括转运驱动电机、主动轮、传动皮带、皮带轮、传动轴、载物架、传动轮、载物皮带和挡物架，所述转运驱动电机设置在运载车上，且远离供料箱体设置，转运驱动电机的输出轴传动连接有所述主动轮，主动轮通过所述传动皮带传动连接有所述皮带轮，皮带轮套设在传动轴上，传动轴的两端分别套设有一个所述传动轮，传动轮相互远离的一侧设有所述载物架，传动轮与载物架转动连接，传动轮上传动连接有所述载物皮带，载物皮带水平设置，载物皮带的一端延伸至出料口处，载物皮带的另一端设有所述送料组件，运载车上固定有所述挡物架，挡物架与送料组件之间设有一定间隙，挡物架与送料组件之间的间隙高度大于嵌岩桩的直径，挡物架远离供料箱体的一端端部设有挡板，所述挡板与送料组件之间设有一定间隙，挡板与送料组件之间的间隙高度小于嵌岩桩的半径。
作为应用于地铁深基坑工程的土方分段开挖的装置的一种优选方案，送料组件包括送料驱动电机、第一齿轮、第二齿轮、送料轮和支撑板，所述送料驱动电机设置在运载车上，送料驱动电机的输出轴传动连接有所述第一齿轮，第一齿轮的侧部设有所述支撑板，支撑板上转动连接有所述第二齿轮和所述送料轮，第二齿轮和送料轮同轴设置，送料轮与最远离供料箱体出料口的嵌岩桩滚动连接，该嵌岩桩与挡板抵接，第二齿轮与第一齿轮啮合。
作为应用于地铁深基坑工程的土方分段开挖的装置的一种优选方案，所述卸料机构包括固定盘、旋转托架、载物筒、旋转齿轮盘、旋转驱动电机、第三齿轮和切换组件，所述固定盘设置在抓取机械手上，并随抓取机械手的运动进行位置调节，固定盘上转动连接有所述旋转托架，旋转托架与固定盘同轴设置，所述旋转托架上圆周分布有至少一个载物筒，载物筒与旋转托架同步转动，固定盘上偏心设有一卸料通孔，载物筒具有沿轴向方向延伸的装载口，所述装载口与所述卸料通孔相匹配，载物筒远离旋转托架的侧壁上开设有缺口槽，缺口槽沿轴向方向延伸设置，载物筒的外部套设有所述旋转齿轮盘，旋转齿轮盘与旋转托架同轴设置，并套设在所有载物筒外部，固定盘上设有所述旋转驱动电机，旋转驱动电机的输出轴传动连接有所述第三齿轮，第三齿轮与旋转齿轮盘啮合，所述切换组件靠近卸料通孔设置，具有锁紧嵌岩桩和卸料嵌岩桩两种模式，并在锁紧嵌岩桩和卸料嵌岩桩两种模式下进行切换。
作为应用于地铁深基坑工程的土方分段开挖的装置的一种优选方案，切换组件包括推动气缸、滑动板、转动座、下料滚轮、卸料驱动电机、电动推杆和顶紧杆，固定盘上设有所述推动气缸，推动气缸的输出轴设有所述滑动板，固定盘上设有至少一根与滑动板滑动连接的导向杆，滑动板上设有等距设置的若干所述下料滚轮，下料滚轮通过所述转动座连接在滑动板上，下料滚轮与转动座转动连接，其中一个转动座桑设有所述导向杆，卸料驱动电机的输出轴与相对应的下料滚轮传动连接，相邻的两个下料滚轮之间的滑动板上开设有通孔，所述通孔内滑动连接有所述顶紧杆，相邻的两个下料滚轮之间的滑动板上设有所述电动推杆，电动推杆与顶紧杆一一对应，电动推杆的输出轴与相对应的顶紧杆传动连接。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
先布置基坑，在基坑周围布置打桩柱，并在每个打桩柱内打入嵌岩桩，嵌岩桩通过嵌岩桩供给装置实现自动化的嵌岩桩逐个供给、转运和卸料，桩基深度大于所需深度，即将桩穿透软土层打入岩石层，形成承端桩，再布置围护板，在基坑边缘的打桩柱之间挖护板槽，护板槽的深度与所需深度相匹配，然后在护板槽内装入围护板，之后在土面上开设灌浆孔，围护板上设置的第一灌注孔、第二灌注孔、第三灌注孔便于进行灌注工作，灌浆孔的深度与所需深度相匹配，然后向灌浆孔内灌浆，灌浆方式采用高压灌浆，灌注物为胶黏剂，形成防水层，最后分层开挖，自土面向下逆作开挖，逐层施工。
该土方分段开挖的方法和装置，可以大幅节约了建筑用材料，施工周期短，具有良好的防水效果，检修维护容易。利用嵌岩桩供给装置实现自动化的嵌岩桩逐个供给、转运和卸料，便于将嵌岩桩打入打桩柱内。
附图说明
图1为本发明布置基坑状态下的结构示意图；
图2为本发明布置基坑状态下的正视图；
图3为本发明中围护板处的爆炸示意图；
图4本发明中嵌岩桩供给装置的结构示意图一；
图5本发明中嵌岩桩供给装置的结构示意图二；
图6为本发明中嵌岩桩供给装置的背视图；
图7为图6中A-A处的剖面示意图；
图8为本发明中嵌岩桩供给装置的俯视图；
图9为图8中A处的放大示意图；
图10为本发明中嵌岩桩供给装置的结构示意图三；
图11为图10中B处的放大示意图；
图12和图13为本发明中抓取机械手和卸料机构处两者不同视角下的结构示意图；
图14为本发明中卸料机构处的背视图；
图15为本发明中卸料机构处的俯视图；
图16为图15中C处的放大示意图；
图17为本发明方法的流程示意图；
图18为本发明中S400)中具体的流程示意图。
图中标号为：
1-运载车；
2-供料机构；2a-供料箱体；2a1-下料面；2b-安装架；2c-下料辊；2d-纠偏箱体；2e-纠偏辊；
3-转运机构；3a-转运驱动电机；3b-主动轮；3c-传动皮带；3d-皮带轮；3e-传动轴；3f-载物架；3g-传动轮；3h-载物皮带；3i-送料组件；3i1-送料驱动电机；3i2-第一齿轮；3i3-第二齿轮；3i4-送料轮；3i5-支撑板；3j-挡物架；3j1-挡板；
4-抓取机械手；
5-卸料机构；5a-固定盘；5b-旋转托架；5c-载物筒；5c1-缺口槽；5d-旋转齿轮盘；5e-旋转驱动电机；5f-第三齿轮；5g-推动气缸；5h-滑动板；5i-导向杆；5j-转动座；5k-下料滚轮；5l-卸料驱动电机；5m-电动推杆；5n-顶紧杆；
6-嵌岩桩；
7-打桩柱；
8-围护板；8a-母弧板；8a1-第一灌注孔；8a2-对接母槽；8b-公弧板；8b1-第二灌注孔；8b2-对接公插条；8b3-第三灌注孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“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。
请参阅图17，该土方分段开挖的方法,包括以下步骤：
S100)布置基坑，在基坑周围布置打桩柱7，并在每个打桩柱7内打入嵌岩桩6，使桩基深度大于所需深度，即将桩穿透软土层打入岩石层，形成承端桩；
S200)布置围护板8，在基坑边缘的打桩柱7之间挖护板槽，护板槽的深度与所需深度相匹配，然后在护板槽内装入围护板8；
S300)在土面上开设灌浆孔，灌浆孔的深度与所需深度相匹配，然后向灌浆孔内灌浆，灌浆方式采用高压灌浆，灌注物为胶黏剂，形成防水层；
S400)分层开挖，自土面向下逆作开挖，逐层施工。
请参阅图18，S400)分层开挖，自土面向下逆作开挖，逐层施工，具体包括以下步骤：
S410)从土面向下整体开挖第一层，基坑采用盆式开挖技术，根据实际情况采用放坡或不放坡的盆式开挖方式施工；
S420)水平架设支撑梁和支撑立柱；
S430在支撑梁上铺设压型钢板制成楼板，预留出土孔，支撑梁留有连接压型钢板的连接接口，且支撑梁留出与楼板厚度相同的高度；
S440)重复之前步骤，继续向下开挖至第N层，直至N层结构全部完成，N为所需开挖的层数。
在本实施例中，支撑梁采用叠合梁技术，楼板通过压型钢板组合后与支撑梁一体化现浇，支撑梁上预留有与压型钢板组合楼板的装配接口，
围护板8为拼接式结构，包括母弧板8a和公弧板8b，母弧板8a上设有贯通母弧板8a的第一灌注孔8a1，母弧板8a的一端端部设有向内凹陷的对接母槽8a2，公弧板8b上设有贯通公弧板8b的第二灌注孔8b1，公弧板8b的一端端部向外凸出的对接公插条8b2，对接公插条8b2与对接母槽8a2卡接配合，对接公插条8b2上设有贯通对接公插条8b2的第三灌注孔8b3。第一灌注孔8a1、第二灌注孔8b1和第三灌注孔8b3可以形成灌注孔，便于进行灌注工作。
请参阅图4、图5和图10，该土方分段开挖的装置包括嵌岩桩供给装置，嵌岩桩供给装置包括：
运载车1，用于围绕深基坑进行位置变化；
供料机构2，设置在运载车1上，用于存放嵌岩桩6，并执行嵌岩桩6的供料工作；
转运机构3，设置在运载车1上，转运机构3的输入端与供料机构2的输出端连接，用于将嵌岩桩6从转运机构3的输入端转运至转运机构3的输出端，并在转运机构3的输入端将嵌岩桩6转运至后续设备中；
抓取机械手4，设置在运载车1上，并靠近转运机构3的输出端设置，具有多个自由度，用于对卸料机构5的位置进行调节；
卸料机构5，设置在抓取机械手4上，用于接收来自转运机构3输入端转运的嵌岩桩6，并执行嵌岩桩6的卸料工作，使得嵌岩桩6打入打桩柱7中。
请参阅图6和图7，供料机构2包括供料箱体2a、安装架2b和下料辊2c，供料箱体2a设置在运载车1上，供料箱体2a的顶部设有入料口，供料箱体2a的内底面倾斜设置，形成下料面2a1，并在下料面2a1低处设有出料口，供料箱体2a相对设置的两侧壁上均架设有安装架2b，安装架2b倾斜设置并与下料面2a1的倾斜方向相反，安装架2b上转动连接有若干下料辊2c，下料辊2c的两端端部均与安装架2b转动连接。
安装架2b和下料面2a1倾斜方向相反，均用于嵌岩桩6的运动导向，使得嵌岩桩6可以在安装架2b处受到下料辊2c的导向，并在下料面2a1的导向下，最终顺着下料面2a1逐个地滚动至出料口处，并从出料口进入到转运机构3处。
请参阅图8和图9，供料箱体2a的侧部设有一对纠偏箱体2d，纠偏箱体2d靠近出料口设置，纠偏箱体2d设置为扇形，纠偏箱体2d上转动连接有若干纠偏辊2e，纠偏箱体2d用于对滚动至出料口处的嵌岩桩6进行纠偏，使得嵌岩桩6之后顺利进入到转运机构3上，纠偏辊2e起到了运动导向作用。
请参阅图7、图10和图11，转运机构3包括输运组件和送料组件3i，输运组件包括转运驱动电机3a、主动轮3b、传动皮带3c、皮带轮3d、传动轴3e、载物架3f、传动轮3g、载物皮带3h和挡物架3j，转运驱动电机3a设置在运载车1上，且远离供料箱体2a设置，转运驱动电机3a的输出轴传动连接有主动轮3b，主动轮3b通过传动皮带3c传动连接有皮带轮3d，皮带轮3d套设在传动轴3e上，传动轴3e的两端分别套设有一个传动轮3g，传动轮3g相互远离的一侧设有载物架3f，传动轮3g与载物架3f转动连接，传动轮3g上传动连接有载物皮带3h，载物皮带3h水平设置，载物皮带3h的一端延伸至出料口处，载物皮带3h的另一端设有送料组件3i，运载车1上固定有挡物架3j，挡物架3j与送料组件3i之间设有一定间隙，挡物架3j与送料组件3i之间的间隙高度大于嵌岩桩6的直径，挡物架3j远离供料箱体2a的一端端部设有挡板3j1，挡板3j1与送料组件3i之间设有一定间隙，挡板3j1与送料组件3i之间的间隙高度小于嵌岩桩6的半径。
当转运驱动电机3a工作时，转运驱动电机3a驱动主动轮3b转动，主动轮3b通过传动皮带3c带动皮带轮3d转动，而皮带轮3d是套设在传动轴3e上的，传动轴3e的两端分别套设有一个传动轮3g，传动轮3g相互远离的一侧设有载物架3f，传动轮3g与载物架3f转动连接，传动轮3g上又设置了水平设置的载物皮带3h，因此在皮带轮3d转动时，便能带动载物皮带3h转动，在经过纠偏箱体2d和纠偏辊2e的纠偏下，嵌岩桩6从供料箱体2a的出料口进入到转运机构3上，嵌岩桩6的两端分别搭载在一条载物皮带3h上，在载物皮带3h工作下，嵌岩桩6便可以依次逐个地从出料口进入到转运机构3的输入端，并从转运机构3的输入端转运至转运机构3的输出端。
挡物架3j的设置，使得单次只能有一根嵌岩桩6通过挡物架3j与送料组件3i之间的间隙，避免嵌岩桩6层叠，挡板3j1的设置，起到了限位作用，使得嵌岩桩6能够被输运的极限位置即为挡板3j1的位置。
送料组件3i包括送料驱动电机3i1、第一齿轮3i2、第二齿轮3i3、送料轮3i4和支撑板3i5，送料驱动电机3i1设置在运载车1上，送料驱动电机3i1的输出轴传动连接有第一齿轮3i2，第一齿轮3i2的侧部设有支撑板3i5，支撑板3i5上转动连接有第二齿轮3i3和送料轮3i4，第二齿轮3i3和送料轮3i4同轴设置，送料轮3i4与最远离供料箱体2a出料口的嵌岩桩6滚动连接，该嵌岩桩6与挡板3j1抵接，第二齿轮3i3与第一齿轮3i2啮合。
抓取机械手4具有多个自由度，当需要将与挡板3j1抵接的嵌岩桩6推送转移至卸料机构5内时，抓取机械手4先将卸料机构5转运至送料组件3i处，使得卸料机构5上其中一根载物筒5c对准该嵌岩桩6。之后送料组件3i开始工作，送料驱动电机3i1驱动第一齿轮3i2转动，当第一齿轮3i2转动时，带动第二齿轮3i3一起进行转动，而第二齿轮3i3转动时，又会带动送料轮3i4与其同步进行转动，送料轮3i4与和挡板3j1抵接的嵌岩桩6滚动连接，在送料轮3i4转动时，便可以将嵌岩桩6推送至对准该嵌岩桩6的载物筒5c内，此状态下，载物皮带3h未停机，下一根嵌岩桩6又会被输送至与挡板3j1抵接的位置。卸料机构5上具有多个载物筒5c，且载物筒5c可以转动，当其中一根载物筒5c内装载了嵌岩桩6之后，将下一个载物筒5c转动至对准嵌岩桩6的位置，循环上述步骤，将嵌岩桩6逐个转运至卸料机构5内，直至所有的载物筒5c内均装载了嵌岩桩6。
具体的，请参阅图12、图13和图14，卸料机构5包括固定盘5a、旋转托架5b、载物筒5c、旋转齿轮盘5d、旋转驱动电机5e、第三齿轮5f和切换组件，固定盘5a设置在抓取机械手4上，并随抓取机械手4的运动进行位置调节，固定盘5a上转动连接有旋转托架5b，旋转托架5b与固定盘5a同轴设置，旋转托架5b上圆周分布有至少一个载物筒5c，载物筒5c与旋转托架5b同步转动，固定盘5a上偏心设有一卸料通孔，载物筒5c具有沿轴向方向延伸的装载口，装载口与卸料通孔相匹配，载物筒5c远离旋转托架5b的侧壁上开设有缺口槽5c1，缺口槽5c1沿轴向方向延伸设置，载物筒5c的外部套设有旋转齿轮盘5d，旋转齿轮盘5d与旋转托架5b同轴设置，并套设在所有载物筒5c外部，固定盘5a上设有旋转驱动电机5e，旋转驱动电机5e的输出轴传动连接有第三齿轮5f，第三齿轮5f与旋转齿轮盘5d啮合，切换组件靠近卸料通孔设置，具有锁紧嵌岩桩6和卸料嵌岩桩6两种模式，并在锁紧嵌岩桩6和卸料嵌岩桩6两种模式下进行切换。
当旋转驱动电机5e工作时，会带动第三齿轮5f进行转动，第三齿轮5f与套设在所有载物筒5c外部的旋转齿轮盘5d啮合，因此便能够带动旋转齿轮盘5d转动，旋转齿轮盘5d转动时，由于载物筒5c是安装在旋转托架5b上的，旋转托架5b又与固定盘5a转动连接，因此载物筒5c可以沿着固定盘5a的中心轴进行转动，改变各个载物筒5c相对于卸料通孔的位置，也能够使得相应的载物筒5c与转运机构3输出端上嵌岩桩6对准。由于卸料机构5上只有一个载物筒5c能够与卸料通孔所对齐，当需要将嵌岩桩6打入打桩柱7内时，抓取机械手4再次改变卸料机构5的位置，使得载物筒5c垂直于基坑，并且固定盘5a朝下，固定盘5a作为载物筒5c的底，只有与与卸料通孔所对齐载物筒5c内装载的嵌岩桩6能够顺着卸料通孔滑落进入到打桩柱7内，其他的嵌岩桩6均会被固定盘5a所挡住。当卸料机构5刚被抓取机械手4垂直拎起来时，为了嵌岩桩6直接掉落，而还没有进入到打桩柱7内，在本实施例中设置切换组件，切换自检具有锁紧嵌岩桩6和卸料嵌岩桩6两种模式，并在锁紧嵌岩桩6和卸料嵌岩桩6两种模式下进行切换，分别用于锁住嵌岩桩6，使得嵌岩桩6无法滑落，以及使得嵌岩桩6缓慢卸料，在其他设备的驱动下，打入打桩柱7内。
请参阅图15和图16，切换组件包括推动气缸5g、滑动板5h、转动座5j、下料滚轮5k、卸料驱动电机5l、电动推杆5m和顶紧杆5n，固定盘5a上设有推动气缸5g，推动气缸5g的输出轴设有滑动板5h，固定盘5a上设有至少一根与滑动板5h滑动连接的导向杆5i，滑动板5h上设有等距设置的若干下料滚轮5k，下料滚轮5k通过转动座5j连接在滑动板5h上，下料滚轮5k与转动座5j转动连接，其中一个转动座5j桑设有导向杆5i，卸料驱动电机5l的输出轴与相对应的下料滚轮5k传动连接，相邻的两个下料滚轮5k之间的滑动板5h上开设有通孔，通孔内滑动连接有顶紧杆5n，相邻的两个下料滚轮5k之间的滑动板5h上设有电动推杆5m，电动推杆5m与顶紧杆5n一一对应，电动推杆5m的输出轴与相对应的顶紧杆5n传动连接。
当推动气缸5g工作时，推动气缸5g推动滑动板5h朝向或者远离卸料通孔处的载物筒5c运动，使得下料滚轮5k和顶紧杆5n能够进入到该载物筒5c的缺口槽5c1内或者从缺口槽5c1内离开。导向杆5i起到了滑动板5h滑动过程的导向作用。锁紧模式下，电动推杆5m驱动其输出端拉伸，使得各个顶紧杆5n进入到缺口槽5c1内，并与嵌岩桩6外壁抵接，在顶紧杆5n的顶紧下，嵌岩桩6即被锁住，卸料模式下，电动推杆5m驱动其输出轴复位，使得顶紧杆5n与嵌岩桩6外壁分离，嵌岩桩6被松开，在卸料驱动电机5l的驱动下，其中一个下料滚轮5k主动发生转动，驱动嵌岩桩6顺着卸料通孔滑动，其他的下料滚轮5k起到了减少摩擦以及导向作用。
本发明的工作原理为：先布置基坑，在基坑周围布置打桩柱7，并在每个打桩柱7内打入嵌岩桩6，嵌岩桩6通过嵌岩桩供给装置实现自动化的嵌岩桩逐个供给、转运和卸料，桩基深度大于所需深度，即将桩穿透软土层打入岩石层，形成承端桩，再布置围护板8，在基坑边缘的打桩柱7之间挖护板槽，护板槽的深度与所需深度相匹配，然后在护板槽内装入围护板8，之后在土面上开设灌浆孔，围护板8上设置的第一灌注孔8a1、第二灌注孔8b1、第三灌注孔8b3便于进行灌注工作，灌浆孔的深度与所需深度相匹配，然后向灌浆孔内灌浆，灌浆方式采用高压灌浆，灌注物为胶黏剂，形成防水层，最后分层开挖，自土面向下逆作开挖，逐层施工。
该土方分段开挖的方法和装置，可以大幅节约了建筑用材料，施工周期短，具有良好的防水效果，检修维护容易。利用嵌岩桩供给装置实现自动化的嵌岩桩逐个供给、转运和卸料，便于将嵌岩桩6打入打桩柱7内。

Claims (10)

1.一种应用于地铁深基坑工程的土方分段开挖的方法，其特征在于，布置基坑，在基坑周围布置打桩柱(7)，并在每个打桩柱(7)内打入嵌岩桩(6)，使桩基深度大于所需深度，形成承端桩；
布置围护板(8)，在基坑边缘的打桩柱(7)之间挖护板槽，护板槽的深度与所需深度相匹配，然后在所述护板槽内装入围护板(8)；
在土面上开设灌浆孔，灌浆孔的深度与所需深度相匹配，然后向灌浆孔内灌浆，形成防水层；
分层开挖，自土面向下逆作开挖，逐层施工。
2.根据权利要求1所述的一种应用于地铁深基坑工程的土方分段开挖的方法，其特征在于，分层开挖，自土面向下逆作开挖，逐层施工，具体包括以下步骤：
从土面向下整体开挖第一层；
水平架设支撑梁和支撑立柱；
在支撑梁上铺设压型钢板制成楼板，预留出土孔，支撑梁留有连接压型钢板的连接接口，且支撑梁留出与楼板厚度相同的高度；
重复之前步骤，继续向下开挖至第N层，直至N层结构全部完成，N为所需开挖的层数。
3.根据权利要求2所述的一种应用于地铁深基坑工程的土方分段开挖的方法，其特征在于，楼板通过压型钢板组合后与支撑梁一体化现浇，支撑梁上预留有与压型钢板组合楼板的装配接口，围护板(8)为拼接式结构，包括母弧板(8a)和公弧板(8b)，所述母弧板(8a)上设有贯通母弧板(8a)的第一灌注孔(8a1)，母弧板(8a)的一端端部设有向内凹陷的对接母槽(8a2)，所述公弧板(8b)上设有贯通公弧板(8b)的第二灌注孔(8b1)，公弧板(8b)的一端端部向外凸出的对接公插条(8b2)，所述对接公插条(8b2)与对接母槽(8a2)卡接配合，对接公插条(8b2)上设有贯通对接公插条(8b2)的第三灌注孔(8b3)。
4.一种应用于地铁深基坑工程的土方分段开挖的装置，其特征在于，包括嵌岩桩供给装置，所述嵌岩桩供给装置包括：
运载车(1)，用于围绕深基坑进行位置变化；
供料机构(2)，设置在所述运载车(1)上，用于存放嵌岩桩(6)，并执行嵌岩桩(6)的供料工作；
转运机构(3)，设置在运载车(1)上，所述转运机构(3)的输入端与所述供料机构(2)的输出端连接，用于将嵌岩桩(6)从转运机构(3)的输入端转运至转运机构(3)的输出端，并在转运机构(3)的输入端将嵌岩桩(6)转运至后续设备中；
抓取机械手(4)，设置在运载车(1)上，并靠近转运机构(3)的输出端设置，具有多个自由度，用于对卸料机构(5)的位置进行调节；
所述卸料机构(5)，设置在抓取机械手(4)上，用于接收来自转运机构(3)输入端转运的嵌岩桩(6)，并执行嵌岩桩(6)的卸料工作，使得嵌岩桩(6)打入打桩柱(7)中。
5.根据权利要求4所述的一种应用于地铁深基坑工程的土方分段开挖的装置，其特征在于，所述供料机构(2)包括供料箱体(2a)、安装架(2b)和下料辊(2c)，所述供料箱体(2a)设置在运载车(1)上，供料箱体(2a)的顶部设有入料口，供料箱体(2a)的内底面倾斜设置，形成下料面(2a1)，并在所述下料面(2a1)低处设有出料口，供料箱体(2a)相对设置的两侧壁上均架设有所述安装架(2b)，安装架(2b)倾斜设置并与下料面(2a1)的倾斜方向相反，安装架(2b)上转动连接有若干所述下料辊(2c)，下料辊(2c)的两端端部均与安装架(2b)转动连接。
6.根据权利要求5所述的一种应用于地铁深基坑工程的土方分段开挖的装置，其特征在于，供料箱体(2a)的侧部设有一对纠偏箱体(2d)，所述纠偏箱体(2d)靠近所述出料口设置，纠偏箱体(2d)设置为扇形，纠偏箱体(2d)上转动连接有若干纠偏辊(2e)。
7.根据权利要求6所述的一种应用于地铁深基坑工程的土方分段开挖的装置，其特征在于，所述转运机构(3)包括输运组件和送料组件(3i)，所述输运组件包括转运驱动电机(3a)、主动轮(3b)、传动皮带(3c)、皮带轮(3d)、传动轴(3e)、载物架(3f)、传动轮(3g)、载物皮带(3h)和挡物架(3j)，所述转运驱动电机(3a)设置在运载车(1)上，且远离供料箱体(2a)设置，转运驱动电机(3a)的输出轴传动连接有所述主动轮(3b)，主动轮(3b)通过所述传动皮带(3c)传动连接有所述皮带轮(3d)，皮带轮(3d)套设在传动轴(3e)上，传动轴(3e)的两端分别套设有一个所述传动轮(3g)，传动轮(3g)相互远离的一侧设有所述载物架(3f)，传动轮(3g)与载物架(3f)转动连接，传动轮(3g)上传动连接有所述载物皮带(3h)，载物皮带(3h)水平设置，载物皮带(3h)的一端延伸至出料口处，载物皮带(3h)的另一端设有所述送料组件(3i)，运载车(1)上固定有所述挡物架(3j)，挡物架(3j)与送料组件(3i)之间设有一定间隙，挡物架(3j)与送料组件(3i)之间的间隙高度大于嵌岩桩(6)的直径，挡物架(3j)远离供料箱体(2a)的一端端部设有挡板(3j1)，所述挡板(3j1)与送料组件(3i)之间设有一定间隙，挡板(3j1)与送料组件(3i)之间的间隙高度小于嵌岩桩(6)的半径。
8.根据权利要求7所述的一种应用于地铁深基坑工程的土方分段开挖的装置，其特征在于，送料组件(3i)包括送料驱动电机(3i 1)、第一齿轮(3i2)、第二齿轮(3i3)、送料轮(3i4)和支撑板(3i5)，所述送料驱动电机(3i1)设置在运载车(1)上，送料驱动电机(3i1)的输出轴传动连接有所述第一齿轮(3i2)，第一齿轮(3i2)的侧部设有所述支撑板(3i5)，支撑板(3i5)上转动连接有所述第二齿轮(3i3)和所述送料轮(3i4)，第二齿轮(3i3)和送料轮(3i4)同轴设置，送料轮(3i4)与最远离供料箱体(2a)出料口的嵌岩桩(6)滚动连接，该嵌岩桩(6)与挡板(3j1)抵接，第二齿轮(3i3)与第一齿轮(3i2)啮合。
9.根据权利要求8所述的一种应用于地铁深基坑工程的土方分段开挖的装置，其特征在于，所述卸料机构(5)包括固定盘(5a)、旋转托架(5b)、载物筒(5c)、旋转齿轮盘(5d)、旋转驱动电机(5e)、第三齿轮(5f)和切换组件，所述固定盘(5a)设置在抓取机械手(4)上，并随抓取机械手(4)的运动进行位置调节，固定盘(5a)上转动连接有所述旋转托架(5b)，旋转托架(5b)与固定盘(5a)同轴设置，所述旋转托架(5b)上圆周分布有至少一个载物筒(5c)，载物筒(5c)与旋转托架(5b)同步转动，固定盘(5a)上偏心设有一卸料通孔，载物筒(5c)具有沿轴向方向延伸的装载口，所述装载口与所述卸料通孔相匹配，载物筒(5c)远离旋转托架(5b)的侧壁上开设有缺口槽(5c1)，缺口槽(5c1)沿轴向方向延伸设置，载物筒(5c)的外部套设有所述旋转齿轮盘(5d)，旋转齿轮盘(5d)与旋转托架(5b)同轴设置，并套设在所有载物筒(5c)外部，固定盘(5a)上设有所述旋转驱动电机(5e)，旋转驱动电机(5e)的输出轴传动连接有所述第三齿轮(5f)，第三齿轮(5f)与旋转齿轮盘(5d)啮合，所述切换组件靠近卸料通孔设置，具有锁紧嵌岩桩(6)和卸料嵌岩桩(6)两种模式，并在锁紧嵌岩桩(6)和卸料嵌岩桩(6)两种模式下进行切换。
10.根据权利要求9所述的一种应用于地铁深基坑工程的土方分段开挖的装置，其特征在于，切换组件包括推动气缸(5g)、滑动板(5h)、转动座(5j)、下料滚轮(5k)、卸料驱动电机(5l)、电动推杆(5m)和顶紧杆(5n)，固定盘(5a)上设有所述推动气缸(5g)，推动气缸(5g)的输出轴设有所述滑动板(5h)，固定盘(5a)上设有至少一根与滑动板(5h)滑动连接的导向杆(5i)，滑动板(5h)上设有等距设置的若干所述下料滚轮(5k)，下料滚轮(5k)通过所述转动座(5j)连接在滑动板(5h)上，下料滚轮(5k)与转动座(5j)转动连接，其中一个转动座(5j)桑设有所述导向杆(5i)，卸料驱动电机(5l)的输出轴与相对应的下料滚轮(5k)传动连接，相邻的两个下料滚轮(5k)之间的滑动板(5h)上开设有通孔，所述通孔内滑动连接有所述顶紧杆(5n)，相邻的两个下料滚轮(5k)之间的滑动板(5h)上设有所述电动推杆(5m)，电动推杆(5m)与顶紧杆(5n)一一对应，电动推杆(5m)的输出轴与相对应的顶紧杆(5n)传动连接。
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