CN112323891A - 一种在岩石基础中切割管沟的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在岩石基础中切割管沟的施工方法，包括的施工步骤如下：步骤一：根据设计图纸，在岩石上划定管沟的开挖中心线和开挖边线，并且将轨道水平安装并固定到岩石上；步骤二：设计管沟施工开挖方案保证位于管沟最深处的施工层的宽度足以满足岩石切割装置正常工作，并且满足管道安装要求；步骤三：操作岩石切割装置，按照管沟施工开挖方案完成管沟的切割开挖；开挖后的管沟的侧壁是呈台阶状；步骤四：管沟开挖切割完成后，保证管沟开挖尺寸满足设计要求。该施工方法开挖出来的管沟的侧壁截面呈台阶状，对原岩石基础的扰动小，开挖和后期回填用料少，极大地节约了施工成本；振动小、噪音得到抑制。

Description

一种在岩石基础中切割管沟的施工方法

技术领域

本发明属于市政公用工程施工机械技术领域，具体涉及一种在岩石基础中切割管沟的施工方法。

背景技术

市政管网施工，如燃气管道、自来水管以及通信管网等，在室外一般均是将管网埋置于地下。因此，管网施工离不开管沟开挖。管沟开挖又可分为直接开挖和破碎开挖，直接开挖是指开挖土或者土石混合物，而破碎开挖则是指开挖岩石。现有的施工中，我们一般采用带破碎头的挖掘机来对岩石进行破碎。由于破碎头的尺寸就大，破碎头在工作中受到岩石反作用力跳动严重，这种破碎方式开挖出来的管沟宽度和深度是无法控制的，很容易违反施工中″严禁超挖″的施工原则，而且易扰动管沟周围原有构筑物的结构稳定。而且挖掘机和破碎头在工作中振动大、噪音大。

在一些空间狭小的地方，由于挖掘机的大臂无法伸展，还只能由人工手持风镐机对岩石进行破碎。风镐机与破碎头的工作原理是一致的，在对岩石进行破碎时，风镐机受到的反作用力非常大，长时间工作会导致工人手臂发麻、身体酸疼，而且还容易引发安全隐患。这种人工破碎的方式不但耗时长而且效率极其低下，对于施工进度和施工成本的控制均是不利的。因此，在岩石基础中施工管网是非常困难的，成本也非常高。

发明内容

本发明提供一种在岩石基础中切割管沟的施工方法，以解决岩石基础中开挖的管沟宽度和深度中不容易控制的问题。

本发明的技术方案如下：一种在岩石基础中切割管沟的施工方法，其特征在于：使用了轨道和岩石切割装置，所述岩石切割装置与所述轨道滑动配合，由轨道限制岩石切割装置只能沿着轨道往复滑动，该施工方法具体的施工步骤如下：

步骤一：根据设计图纸，在岩石上划定管沟的开挖中心线和开挖边线，沿着开挖边线铺设轨道，轨道与开挖中心线以及开挖边线平行，并且将轨道水平安装并固定到岩石上；

步骤二：设计管沟施工开挖方案：将待开挖的管沟按照切割深度分为若干个施工层，并且沿着管沟的深度方向施工层的切割宽度逐渐缩小；保证位于管沟最深处的施工层的宽度足以满足岩石切割装置正常工作，并且满足管道安装要求；

步骤三：将岩石切割装置加设到轨道上，完成岩石切割装置的调试；操作岩石切割装置，按照管沟施工开挖方案完成管沟的切割开挖；开挖后的管沟的侧壁是呈台阶状；

步骤四：管沟开挖切割完成后，测量开挖的管沟尺寸是否满足设计要求，如果满足则移除轨道以及岩石切割装置；如果未满足，则选取人工局部修整或者再次利用岩石切割装置重复切割以保证管沟开挖尺寸满足设计要求。

进一步：所述岩石切割装置包括车架，车架的底部设有与轨道匹配的车轮，由轨道限制车轮的移动轨迹；所述车架上开设有水平的燕尾滑槽，燕尾滑槽的长度方向轨道的长方向，车架上设有水平操作台，所述水平操作台与燕尾滑槽滑动连接；所述水平操作台内螺纹配合有丝杠，所述丝杠与车架转动连接，丝杠远离水平操作台的端部同轴安装有第一手柄轮，通过手柄轮可转动丝杠，并通过丝杠牵引水平操作台沿着燕尾滑槽往复滑动；所述操作台上安装有竖向深度控制机构和切割机构，利用切割机构对岩石进行切割，利用竖向深度控制机构控制切割机构切割岩石的深度。

进一步：切割机构包括切割片组、切割轴、电机以及伸缩杆，所述切割片组同轴固定安装在切割轴上，所述伸缩杆的一端与切割轴转动连接、伸缩杆的另一端与水平操作台转动连接；所述电机固定安装在水平操作台上，电机的输出轴通过链轮以及链条与切割轴连接，由电机驱动切割轴旋转。

进一步：所述竖向深度控制机构包括第二手柄轮以及小型蜗轮减速机，所述小型蜗轮减速机包括蜗杆和蜗轮，所述蜗轮与所述电机的输出轴位于同一回转轴线上，所述第二手柄轮同轴固定在蜗杆的输入端；所述蜗轮的输出端上同轴固定安装有轮盘，所述伸缩杆远离切割轴的一端与所述轮盘可拆卸固定。

进一步：所述切割片组包括沿切割轴依次同轴布设的第一挡盘、圆锯片、压簧以及第二挡盘，所述第一挡盘与所述切割轴固定连接；所述圆锯片设有若干片，所有的圆锯片均层叠并同轴套装在切割轴上，且圆锯片与所述切割轴滑动配合；所述压簧套装在切割轴上，压簧的一端抵紧在圆锯片上、压簧的另一端抵紧在第二挡盘上；所述第二挡盘与所述切割轴同轴螺纹连接，通过旋转第二挡盘可调节压簧施加于圆锯片上的压紧力。

进一步：所述水平操作台上设有水平仪和冷却水喷淋机构；其中，在步骤三具体施工时，通过水平仪时刻对切割机构在岩石内的切割深度进行矫正，同时也利用水平仪对轨道是否处于水平状态进行检测和矫正，并利用冷却水喷淋机构对岩石切割装置进行冷却。

有益效果：

1、按照本方案提供的施工方法，开挖出来的管沟的侧壁截面呈台阶状，这种截面形状的管沟不但能够满足管道的安装要求，同时对原岩石基础的扰动小，开挖和后期回填用料少，极大地节约了施工成本；采用了切割的方式替代破碎的方式，振动小、噪音得到抑制，工人操作起来反向作用力小。

2、本方案提供的一种岩石切割装置，采用第一手柄轮、丝杠与水平操作台的配合以完成切割机构的水平移动，结构简单，移动精度高；采用竖向深度控制机构与切割机构的配合，一方面精密控制了切割机构对岩石进行切割的深度，另一方面使得切割机构的体积小，切割机构能够深入到管沟底部，按照分层原则实现对岩石的切割。

3、本方案中的竖向深度控制机构，利用了蜗轮减速机中蜗轮的自锁的特性，较好的避免了岩石的反作用力引起的切割深度的变化。由于切割机构在岩石中进刀时受到的阻力很大，而工作通过很小的力气就可以转动蜗杆，而蜗杆则可以通过蜗轮放大这种力矩，使得切割机构能够顺利在岩石中完成进刀，因此这种竖向深度控制机构采用纯机械的结构不但可靠性强，而且非常省力。

4、本方案提供的一种优化的切割片组，不但便于后期维护，同时保证切割片组能够顺利完成切割并形成保护机制，保护圆锯片在切割到坚硬岩石时不撞刀以及保护操作人员不受伤害。

5、通过在水平操作台上设置水平仪，利用水平仪时刻校验轨道的安装是否处于水平，同时通过水平仪作为参照以校验管沟不同控制点的切割深度，方便施工操作。

6、通过增设冷却水喷淋机构以对圆锯片进行喷水冷却，保护圆锯片。

附图说明

图1为本发明中切割设备的结构示意图；

图2为本发明中切割机构的结构示意图；

图3为现有技术中管沟开挖截面结构示意图；

图4为本发明中管沟开挖截面结构示意图；

图5为本发明中轨道在岩石上安装的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1、图2、图3、图4以及图5所示，本发明公开了一种在岩石基础中切割管沟的施工方法，包括轨道1和岩石切割装置，所述岩石切割装置滑动配合于轨道1上。相应地，本方案还公开了一种管沟17的开挖施工方法，该开挖施工方法同样地利用了本方案中的切割设备。

在具体施工时，首先是根据设计图纸在岩石上划定管沟17的开挖中心线和开挖边线。需要说明的是：本方案中的管沟17开挖，在岩石基础内一般都开挖成直线，也即开挖中心线为一条直线。如果两条管沟17交错，在交错点位做一个弯头，那么也是两条直线型的开挖中心线相交。

第一步，沿着开挖中心线铺设至少一条轨道1，然后将岩石切割装置架设到轨道1上。完成岩石切割装置的调试：岩石切割装置与轨道1滑动配合，由轨道1限制岩石切割装置只能沿着轨道1的长方向往复滑动。

第二步利用岩石切割装置沿着开挖中心线在岩石基础上切割出来管沟17，现有的管沟17开挖横截面如图3所示，本施工方案中切割出来的管沟17横截面如图4所示，通过本方案中的岩石切割装置切割出来的管沟17的侧壁是呈台阶状的。

第三步：管沟17开挖切割完成后，测量开挖的管沟17尺寸是否满足设计要求，如果满足则移除轨道1以及岩石切割装置；如果未满足，则选取人工局部修整或者再次利用岩石切割装置重复切割以保证管沟17开挖尺寸满足设计要求。

这种截面形状的管沟17不但能够满足管道18的安装要求，同时对原岩石基础的扰动小，开挖和后期回填用料少，极大地节约了施工成本；采用了切割的方式替代破碎的方式，振动小、噪音得到抑制，工人操作起来反向作用力小。

我们在开挖如图4所示呈台阶状的管沟17时，应当按照如下原则来进行：首先是将待开挖的管沟17由上至下分为若干个施工层，施工层的横截面宽度由上至下依次减小。最后一个施工层的横截面宽度应当大于或者等于管道18尺寸，使得管道18能够顺利安装到管沟17中。

如本优化的实施例中，每一个施工层的高度设置为H，施工层的横截面宽度由上至下分别设计为3B、2B以及B。这一个程序设计是必要的，否则以现有的岩石切割装置很难达到管沟17的管沟17的切割深度。因为我们目前的管沟17在岩石基础内深度一般深达60cm，而现有的岩石切割装置所用的锯片的工作直径一般不会超过30cm，否则锯片很容易断裂或者说大直径的锯片在切割岩石时操作起来非常危险，一般不采用。本方案将开挖的管沟17按照分层开挖，并且施工层由上至下的截面宽度依次减小，就是为了让岩石切割装置能够完成管沟17的切割并且保证设备和工人安全。

如图4所示，我们将管沟17切割由上至下分为三个施工层，每一个施工层的设计切割深度均为H＝20cm。岩石切割装置先完成第一个施工层的切割，由于第一个施工层的宽度为岩石切割装置提供了足够的切割空间，因此岩石切割装置可以整体下移并完成第二个施工层的切割。重复上述过程，由岩石切割装置最终切割出来如图4所示的整个管沟17。而岩石切割装置所采用的锯片的工作直径则一直为20cm，符合安全性要求。

相应地，我们还提供了一种优化以后的岩石切割装置。所述岩石切割装置包括车架3，车架3的底部设有与轨道1匹配的车轮2，由轨道1限制车轮2的移动轨迹；所述车架3上开设有水平的燕尾滑槽，燕尾滑槽的长度方向轨道1的长方向，车架3上设有水平操作台5，所述水平操作台5与燕尾滑槽滑动连接；所述水平操作台5内螺纹配合有丝杠，所述丝杠与车架3转动连接，丝杠远离水平操作台5的端部同轴安装有第一手柄轮4，通过第一手柄轮4可转动丝杠，并通过丝杠牵引水平操作台5沿着燕尾滑槽往复滑动；所述操作台上安装有竖向深度控制机构和切割机构，利用切割机构对岩石进行切割，利用竖向深度控制机构控制切割机构切割岩石的深度。

在具体操作时，首先通过第一手柄轮4转动丝杠，将切割机构对准管沟17的开挖外侧壁，然后启动切割机构，并通过竖向深度控制机构控制切割机构伸入岩石的深度达到施工层的设计厚度，然后推动车架3沿着轨道1移动，完整管沟17的最上层的施工层的第一次切割；设计切割机构每次切割出来的管沟17的厚度为N，那么完成一个施工层的切割就至少需要(3B或2B或B)/N次。因此，完成一个施工层的切割必须要调整切割机构距离轨道1的垂直距离，而在本优化的岩石切割装置中，切割机构距离轨道1的垂直距离则是通过第一手柄轮4和丝杠来对水平操作台5进行调整的。采用这种结构不但调整方便，而且水平操作台5的滑动精度也较高。

本方案还进一步对竖向深度控制机构和切割机构进行了优化。

切割机构包括切割片组11、切割轴13、电机12以及伸缩杆10，所述切割片组11同轴固定安装在切割轴13上，所述伸缩杆10的一端与切割轴13转动连接、伸缩杆10的另一端与水平操作台5转动连接；所述电机12固定安装在水平操作台5上，电机12的输出轴通过链轮以及链条9与切割轴13连接，由电机12驱动切割轴13旋转。

切割片组11包括沿切割轴13依次同轴布设的第一挡盘14、圆锯片14a、压簧15以及第二挡盘16，所述第一挡盘14与所述切割轴13固定连接；所述圆锯片14a设有若干片，所有的圆锯片14a均层叠并同轴套装在切割轴13上，且圆锯片14a与所述切割轴13滑动配合；所述压簧15套装在切割轴13上，压簧15的一端抵紧在圆锯片14a上、压簧15的另一端抵紧在第二挡盘16上；所述第二挡盘16与所述切割轴13同轴螺纹连接，通过旋转第二挡盘16可调节压簧15施加于圆锯片14a上的压紧力。

这种切割机构结构简单，而正是这种简单的结构使得切割机构体积小，易于深入到管沟17中完成最下面的施工层的岩石切割，维护方便。

竖向深度控制机构包括第二手柄轮6以及小型蜗轮减速机7，所述小型蜗轮减速机7包括蜗杆和蜗轮，所述蜗轮与所述电机12的输出轴位于同一回转轴线上，所述第二手柄轮6同轴固定在蜗杆的输入端；所述蜗轮的输出端上同轴固定安装有轮盘8，所述伸缩杆10远离切割轴13的一端与所述轮盘8可拆卸固定。

本方案中的竖向深度控制机构，利用了蜗轮减速机中蜗轮的自锁的特性，较好的避免了岩石的反作用力引起的切割深度的变化。由于切割机构在岩石中进刀时受到的阻力很大，而工作通过很小的力气就可以转动蜗杆，而蜗杆则可以通过蜗轮放大这种力矩，使得切割机构能够顺利在岩石中完成进刀，因此这种竖向深度控制机构采用纯机械的结构不但可靠性强，而且非常省力。

为了便于后期维护，同时保证切割片组11能够顺利完成切割并形成保护机制，本方案还提供了一种优化以后的切割片组11的结构。

本方案中的切割片组11包括沿切割轴13依次同轴布设的第一挡盘14、圆锯片14a、压簧15以及第二挡盘16，所述第一挡盘14与所述切割轴13固定连接；所述圆锯片14a设有若干片，所有的圆锯片14a均层叠并同轴套装在切割轴13上，且圆锯片14a与所述切割轴13滑动配合；所述压簧15套装在切割轴13上，压簧15的一端抵紧在圆锯片14a上、压簧15的另一端抵紧在第二挡盘16上；所述第二挡盘16与所述切割轴13同轴螺纹连接，通过旋转第二挡盘16可调节压簧15施加于圆锯片14a上的压紧力。

这种切割片组11具有以下优势：

切割片组11的圆锯片14a采用层叠，多片圆锯片14a层叠起来形成的有效工作宽度可以根据圆锯片14a的数量进行调整，以适应不同的切割宽度；圆锯片14a之间相互独立，当某一片或几片圆锯片14a损坏时，可以立即对这些损坏的圆锯片14a进行独立更换，成本降低同时维修便利；圆锯片14a通过第一挡盘14、第二挡盘16以及压簧15在切割轴13上进行固定。当遇到非常坚硬的岩石时，圆锯片14a可以实现打滑，也即压簧15与圆锯片14a之间属于摩擦固定，避免圆锯片14a受损。此时可以采用人工手持风镐机局部凿除该处的坚硬的岩石，避免切割机构受损。

当然，本方案在水平操作台5上设有水平仪和冷却水喷淋机构。需要说明的是：我们在切割岩石的时候，岩石的基准面可能是凹凸不平的。具体如图5所示，而且轨道1的安装一定是水平的。因此，在施工设计阶段，我们需要每个一定的距离在岩石上做好控制点，控制点如图中箭头所示。并在该控制点处做好切割深度的标记。很多时候每一个控制点的切割深度都是不同的。而有了水平仪以后，我们在保持水平仪水平的时候，通过切割机构的旋转角度很快就能够确定切割岩石的深度。

而当我们的切割机构受到岩石反向作用力发生跳动或者上下偏移时，就会引起整个轨道1出现偏移，轨道1的水平状态受到破坏，而这一破坏就会反映到水平仪上。因此当我们发现水平仪没有显示水平时，我们就能够快速的得知该处的切割深度出现了少切或者超切，需要重新校正。因此，水平仪实际上是一种管沟17开挖是否符合设计的校正机制，同时也是安装的轨道1是否处于水平的参考标准。而冷却水喷淋机构用于对我们的圆锯片14a进行喷水冷却，保护圆锯片14a，也即利用冷却水喷淋机构对岩石切割装置进行冷却。

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

Claims (6)

1.一种在岩石基础中切割管沟的施工方法，其特征在于：使用了轨道(1)和岩石切割装置，所述岩石切割装置与所述轨道(1)滑动配合，由轨道(1)限制岩石切割装置只能沿着轨道(1)往复滑动，该施工方法具体的施工步骤如下：

步骤一：根据设计图纸，在岩石上划定管沟(17)的开挖中心线和开挖边线，沿着开挖边线铺设轨道(1)，轨道(1)与开挖中心线以及开挖边线平行，并且将轨道(1)水平安装并固定到岩石上；

步骤二：设计管沟(17)施工开挖方案：将待开挖的管沟(17)按照切割深度分为若干个施工层，并且沿着管沟(17)的深度方向施工层的切割宽度逐渐缩小；保证位于管沟(17)最深处的施工层的宽度足以满足岩石切割装置正常工作，并且满足管道(18)安装要求；

步骤三：将岩石切割装置加设到轨道(1)上，完成岩石切割装置的调试；操作岩石切割装置，按照管沟(17)施工开挖方案完成管沟(17)的切割开挖；开挖后的管沟(17)的侧壁是呈台阶状；

步骤四：管沟(17)开挖切割完成后，测量开挖的管沟(17)尺寸是否满足设计要求，如果满足则移除轨道(1)以及岩石切割装置；如果未满足，则选取人工局部修整或者再次利用岩石切割装置重复切割以保证管沟(17)开挖尺寸满足设计要求。

2.根据权利要求1所述的一种在岩石基础中切割管沟的施工方法其特征在于：所述岩石切割装置包括车架(3)，车架(3)的底部设有与轨道(1)匹配的车轮(2)，由轨道(1)限制车轮(2)的移动轨迹；所述车架(3)上开设有水平的燕尾滑槽，燕尾滑槽的长度方向轨道(1)的长方向，车架(3)上设有水平操作台(5)，所述水平操作台(5)与燕尾滑槽滑动连接；所述水平操作台(5)内螺纹配合有丝杠，所述丝杠与车架(3)转动连接，丝杠远离水平操作台(5)的端部同轴安装有第一手柄轮(4)，通过手柄轮可转动丝杠，并通过丝杠牵引水平操作台(5)沿着燕尾滑槽往复滑动，从而调整对岩石的切割位置；所述操作台上安装有竖向深度控制机构和切割机构，利用切割机构对岩石进行切割，利用竖向深度控制机构控制切割机构切割岩石的深度。

3.根据权利要求1所述的一种在岩石基础中切割管沟的施工方法其特征在于：切割机构包括切割片组(11)、切割轴(13)、电机(12)以及伸缩杆(10)，所述切割片组(11)同轴固定安装在切割轴(13)上，两侧的所述伸缩杆(10)的一端与切割轴(13)转动连接、伸缩杆(10)的另一端与水平操作台(5)转动连接；所述电机(12)固定安装在水平操作台(5)上，电机(12)的输出轴通过链轮以及链条(9)与切割轴(13)连接，由电机(12)驱动切割轴(13)旋转。

4.根据权利要求3所述的一种在岩石基础中切割管沟的施工方法其特征在于：所述竖向深度控制机构包括第二手柄轮(6)以及小型蜗轮减速机(7)，所述小型蜗轮减速机(7)包括蜗杆和蜗轮，所述蜗轮与所述电机(12)的输出轴位于同一回转轴线上，所述第二手柄轮(6)同轴固定在蜗杆的输入端；所述蜗轮的输出端上同轴固定安装有轮盘(8)，所述伸缩杆(10)远离切割轴(13)的一端与所述轮盘(8)可拆卸固定。

5.根据权利要求2所述的一种在岩石基础中切割管沟的施工方法其特征在于：所述切割片组(11)包括沿切割轴(13)依次同轴布设的第一挡盘(14)、圆锯片(14a)、压簧(15)以及第二挡盘(16)，所述第一挡盘(14)与所述切割轴(13)固定连接；所述圆锯片(14a)设有若干片，所有的圆锯片(14a)均层叠并同轴套装在切割轴(13)上，且圆锯片(14a)与所述切割轴(13)滑动配合；所述压簧(15)套装在切割轴(13)上，压簧(15)的一端抵紧在圆锯片(14a)上、压簧(15)的另一端抵紧在第二挡盘(16)上；所述第二挡盘(16)与所述切割轴(13)同轴螺纹连接，通过旋转第二挡盘(16)可调节压簧(15)施加于圆锯片(14a)上的压紧力。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的一种在岩石基础中切割管沟的施工方法，其特征在于：所述水平操作台(5)上设有水平仪和冷却水喷淋机构；其中，在步骤三具体施工时，通过水平仪时刻对切割机构在岩石内的切割深度进行矫正，同时也利用水平仪对轨道(1)是否处于水平状态进行检测和矫正，并利用冷却水喷淋机构对岩石切割装置进行冷却。

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