CN112360466B - 一种适用于软土层的下沉式竖井掘进机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于软土层的下沉式竖井掘进机，包括：管片，用于拼接成环状以安装在竖井侧壁，管片上设有安装轨道；牵引机构，连接于管片以调整管片相对竖井的深度；开挖机构，可调节的连接于安装轨道，开挖机构相对安装轨道的安装位置可沿管片长度方向调节；提升机构，连接于开挖机构，以调节开挖机构相对安装轨道的安装位置；泥浆管路输送机构，连接于开挖机构，以将开挖机构挖掘的泥浆抽出；开挖机构包括旋转机构、连接于旋转机构上的驱动机构、连接于驱动机构的开挖头，驱动机构用于驱动开挖头沿管片的轴向与径向移动。具有开挖效率高且开挖直径大的特点。

Description

一种适用于软土层的下沉式竖井掘进机

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，更具体地说，涉及一种适用于软土层的下沉式竖井掘进机。

背景技术

随着竖井设施的广泛应用，如何安全高效地开挖竖井工程，正成为工程机械技术领域的关注重点。

传统的人工半机械化开挖方法，能适用不同地层及不同开挖直径的需求，但其消耗人力资源多，同时人工开挖竖井，存在一定的安全风险，且施工效率慢，施工周期较长，不适用于大面积工程的开挖。而常见的竖井掘进设备，具有开挖效率较低，开挖直径较小的缺点，难以应用在大直径竖井工程中。

因此，如何解决当前竖井掘进设备开挖效率低且开挖直径较小的问题，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种适用于软土层的下沉式竖井掘进机，具有开挖效率高且开挖直径大的特点。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种适用于软土层的下沉式竖井掘进机，其特征在于，包括：

管片，用于拼接成环状以安装在竖井侧壁，所述管片上设有安装轨道；

牵引机构，连接于所述管片以调整所述管片相对竖井的深度；

开挖机构，可调节的连接于所述安装轨道，所述开挖机构相对所述安装轨道的安装位置可沿所述管片长度方向调节；

提升机构，连接于所述开挖机构，以调节所述开挖机构相对所述安装轨道的安装位置；

泥浆管路输送机构，连接于所述开挖机构，以将所述开挖机构挖掘的泥浆抽出；

所述开挖机构包括旋转机构、连接于所述旋转机构上的驱动机构、连接于所述驱动机构的开挖头，所述驱动机构用于驱动所述开挖头沿所述管片的轴向与径向移动。

优选的，还包括用于向管片与土体间隙注入浆液的注浆机构，所述管片上设有注浆通道，所述注浆机构连接于所述注浆通道。

优选的，所述管片沿其长度方向上均匀设置有多个注浆通道。

优选的，还包括用于收管与放管的管线缠绕机构，所述泥浆管路输送机构的管路的出浆口连接于所述开挖机构，所述管路的另一端绕过所述管线缠绕机构连接于泥浆处理站。

优选的，所述出浆口设于所述开挖头的下部。

优选的，所述开挖机构包括连接于所述安装轨道的固定架，所述固定架的下方设有旋转机构，所述旋转机构上设有两套所述驱动机构，每套所述驱动机构上均连接有所述开挖头，且其中一套所述驱动机构与所述旋转机构的旋转中心的距离大于另外一套所述驱动机构与所述旋转机构的旋转中心的距离。

优选的，所述驱动机构包括伸缩油缸与摆动油缸，所述旋转机构上设有铰接座，所述开挖头铰接于所述旋转机构，所述摆动油缸的一端铰接于所述铰接座，所述摆动油缸的另一端连接于所述开挖头，所述伸缩油缸套设于所述开挖头内部。

优选的，所述固定架在所述旋转机构的上部设有保护壳，泥浆管路输送机构的管路穿过所述保护壳连接于所述开挖机构。

优选的，所述管片的内壁预埋有固定底板，所述安装轨道焊接于所述固定底板上，所述安装轨道沿其长度方向设有若干个第一销孔，所述固定架上设有与所述第一销孔对应的第二销孔，所述固定架与所述安装轨道通过销轴可调节安装连接。

优选的，所述旋转机构从旋转起点起绕其旋转中心可顺时针转动180°-200°，且所述旋转机构从所述旋转起点起绕其旋转中心可逆时针转动180°-200°。

本发明所提供的适用于软土层的下沉式竖井掘进机，通过管片拼接成环形管体，环形管体既能起到遮挡竖井侧壁的作用，以方便灌浆，还能够作为安装开挖机构的支架，在管片上设置安装轨道，通过调整开挖机构在安装轨道上的安装位置，配合提升装置可实现开挖机构在竖井内深度的小幅度调整，通过牵引机构调整管片在竖井内的深度，可以实现开挖机构在竖井内深度的大幅度调整，且泥浆管路输送机构能够排出井内泥浆，保证挖掘的高效进行，显著提高开挖的效率。

且由于开挖机构中的驱动机构能够驱动开挖头沿管片的轴向与径向移动，并配合旋转机构的圆周运动，从而可保证开挖头能够在较大范围内移动，相比于现有技术只能在小范围内移动的开挖头的掘进机，本发明能够显著提高开挖的直径，且整体结构拆装简易，有利于设备始发前的调试安装作业，当开挖机构出现工作故障，可使用提升机构将其整体吊出井外，能方便快捷地完成故障排除和维修养护工作；当竖井开挖工程作业完毕，对开挖机构进行整体吊出，更改保护壳直径和结构形式，实现开挖机构的重复利用，具有良好的适用性与经济性。

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为本发明所提供适用于软土层的下沉式竖井掘进机具体实施例的正视示意图；

图2为本发明所提供适用于软土层的下沉式竖井掘进机具体实施例的侧视示意图；

图3为本发明所提供适用于软土层的下沉式竖井掘进机具体实施例的俯视示意图；

图4为开挖机构与管片的连接示意图；

图5为安装轨道的示意图。

其中，1-开挖机构、11-开挖头、111-刀具、112-刀具驱动组件、113-伸缩油缸、114-摆动油缸、12-驱动机构、13-保护壳、14-旋转机构、2-提升机构、3-管线缠绕机构，4-管片、41-管片最底层、42-注浆通道、43-固定底板、5-牵引机构、51-钢绞线、6-泥浆管路输送机构、7-注浆机构、8-安装轨道、9-连接组件、91-销轴。

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。

本发明的核心是提供一种适用于软土层的下沉式竖井掘进机，具有开挖效率高且开挖直径大的特点。

请参考图1至图5，图1为本发明所提供适用于软土层的下沉式竖井掘进机具体实施例的正视示意图；图2为本发明所提供适用于软土层的下沉式竖井掘进机具体实施例的侧视示意图；图3为本发明所提供适用于软土层的下沉式竖井掘进机具体实施例的俯视示意图；图4为开挖机构与管片的连接示意图；图5为安装轨道的示意图。

本发明所提供的适用于软土层的下沉式竖井掘进机，包括：管片4，用于拼接成环状以安装在竖井侧壁，管片4上设有安装轨道8；牵引机构5，连接于管片4以调整管片4相对竖井的深度；开挖机构1，可调节的连接于安装轨道8，开挖机构1相对安装轨道8的安装位置可沿管片4长度方向调节；提升机构2，连接于开挖机构1，以调节开挖机构1相对安装轨道8的安装位置；泥浆管路输送机构6，连接于开挖机构1，以将开挖机构1挖掘的泥浆抽出；开挖机构1包括旋转机构14、连接于旋转机构14上的驱动机构12、连接于驱动机构12的开挖头11，驱动机构12用于驱动开挖头11沿管片4的轴向与径向移动。

在使用时，先通过人工或机械开挖出合适深度和直径的始发竖井，并对井口周围一定范围内的土体进行加固处理，然后在井口外布置提升机构2、牵引机构5，并按照设计要求，沿竖井侧壁的圆周方向拼接布置管片4，使用钢绞线51将管片4与牵引机构5连接起来。

其中，提升机构2、牵引机构5可根据竖井的大小或深度，沿井口的圆周方向均匀布置多个，具体数量可根据需要灵活设置，牵引机构5通过钢绞线51与管片最底层41连接，以控制管片整体的均匀下沉。

将开挖机构1固定在安装轨道8上近地的一端，再将开挖机构1与提升机构2和泥浆管路输送机构6连接起来，将泥浆管路输送机构6的出浆口设置在开挖头11的最下方，以便泥浆管路输送机构6及时的将竖井内的泥浆抽出。具体的，开挖头11包括刀具111以及用于驱动刀具111工作的刀具驱动组件112。

工作时，由泥浆管路输送机构6的进浆口向井内注入一定深度的循环水，开启驱动机构12和刀具驱动组件112，调整驱动机构12的行程，以使开挖头11完成径向和轴向土体的开挖，再调整旋转机构14的旋转角度，实现竖井的开挖面的全覆盖。

随着竖井开挖深度的增加，调节开挖机构1相对安装轨道8的位置，配合提升机构2使开挖机构1相对安装轨道8下移，对更深层的土体进行开挖作业，当驱动机构12最大行程范围内的土体开挖完毕后，将开挖机构1移动到安装轨道8的最上方，并通过牵引机构5下放管片4，以使管片4和开挖机构1整体下沉，各路管线和泥浆管路输送机构6对应延伸。

当竖井开挖达到合适的深度，且整体下沉完毕，进行下一层管片4的环形拼接作业，拼接完成后，继续进行下一阶段的开挖，当竖井开挖达到工程预期深度后，将开挖机构1从安装轨道8上拆卸，利用提升机构2将开挖机构1吊出井内，向井底泵送混凝土，完成井底面的密封加固工作，再通过泥浆管路输送机构6排出井内泥浆，拆除井口周围的提升机构2和牵引机构5等设施，完成整个竖井作业工程。

本发明所提供的适用于软土层的下沉式竖井掘进机，通过管片4拼接成环形管体，环形管体即能起到遮挡竖井侧壁，以方便灌浆的作用，还能够作为安装开挖机构1支架，在管片4上设置安装轨道8，通过调整开挖机构1在安装轨道8上的安装位置，配合提升装置可实现开挖机构1在竖井内深度的小幅度调整，通过牵引机构5调整管片4在竖井内的深度，可以实现开挖机构1在竖井内深度的大幅度调整，且泥浆管路输送机构6能够排出井内泥浆，保证挖掘的高效进行，显著提高开挖的效率。

且由于开挖机构1中的驱动机构12能够驱动开挖头11沿管片4的轴向与径向移动，并配合旋转机构14的圆周运动，从而可保证开挖头11能够在较大范围内移动，相比于现有技术只能在小范围内移动的开挖头11的掘进机，本发明能够显著提高开挖的直径，且整体结构拆装简易，有利于设备始发前的调试安装作业，当开挖机构1出现工作故障，可使用提升机构2将其整体吊出井外，能方便快捷地完成故障排除和维修养护工作；当竖井开挖工程作业完毕，对开挖机构1进行整体吊出，更改保护壳13直径和结构形式，实现开挖机构1的重复利用，具有良好的适用性与经济性。

在上述实施例的基础之上，作为一种优选，还包括用于向管片4与土体间隙注入浆液的注浆机构7，管片4上设有注浆通道42，注浆机构7连接于注浆通道42。本实施例中，在管片4上开设有注浆通道42，在竖井掘进的过程中，通过向管片4外壁与周围土体间隙注入浆液，维持竖井周围土体的稳定性，保证施工安全。

在上述实施例的基础之上，作为一种优选，管片4沿其长度方向上均匀设置有多个注浆通道42。以保证浆液注入的均匀性。

在上述实施例的基础之上，作为一种优选，还包括用于收管与放管的管线缠绕机构3，泥浆管路输送机构6的管路的出浆口连接于开挖机构1，管路的另一端绕过管线缠绕机构3连接于泥浆处理站。

本实施例中，通过设置管线缠绕机构3，将泥浆管路输送机构6的管路缠绕在管线缠绕机构3上，以通过管线缠绕机构3，控制管路放入竖井内的长度，配合开挖机构1上下移动，提高操作的便捷性。在上述实施例的基础之上，作为一种优选，出浆口设于开挖头11的下部，以保证开挖头11挖出的泥浆能够及时被抽走。

在上述任意实施例的基础之上，考虑到开挖机构1的具体设置方式，作为一种优选，开挖机构1包括连接于安装轨道8的固定架，固定架的下方设有旋转机构14，旋转机构14上设有两套驱动机构12，每套驱动机构12上均连接有开挖头11，且其中一套驱动机构12与旋转机构14的旋转中心的距离大于另外一套驱动机构12与旋转机构14的旋转中心的距离。

本实施例中，旋转机构14上为双开挖头11设计，且双开挖头11为非对称设置，距离旋转中心较近的开挖头11用于对竖井内圈土体进行开挖，距离旋转中心较远的开挖头11用于对竖井外圈土体的进行开挖，再配合旋转机构14，实现对竖井开挖面的全覆盖，提高掘进效率。

在上述实施例的基础之上，考虑到驱动机构12的具体设置方式，作为一种优选，驱动机构12包括伸缩油缸113与摆动油缸114，旋转机构14上设有铰接座，开挖头11铰接于旋转机构14，摆动油缸114的一端铰接于铰接座，摆动油缸114的另一端连接于开挖头11，伸缩油缸113套设于开挖头11内部。

本实施例中，分别调整伸缩油缸113和摆动油缸114的行程，可完成径向和轴向土体的开挖，再调整旋转机构14的旋转角度，能够实现竖井的开挖面的全覆盖，在掘进的过程中，注浆机构7通过注浆通道42向管片4外壁与周围土体的间隙内注入浆液，保证周围土体的稳定性。

在上述实施例的基础之上，作为一种优选，固定架在旋转机构14的上部设有保护壳13，泥浆管路输送机构6的管路穿过保护壳13连接于开挖机构1。从而避免进口上方跌落的重物砸坏开挖机构1。

在上述实施例的基础之上，考虑到开挖机构1与安装轨道8的具体连接方式，作为一种优选，管片4的内壁预埋有固定底板43，安装轨道8焊接于固定底板43上，安装轨道8沿其长度方向设有若干个第一销孔，固定架上设有与第一销孔对应的第二销孔，固定架与安装轨道8通过销轴91可调节安装连接。

其中，可在固定支架上设置连接组件9，将第二销孔设置在该连接组件9上，当连接组件9损坏时，可只将连接组件9进行更换，无需对固定支架进行更换，降低维护成本。首先将安装轨道8焊接到管片4上的固定底板43上，再将连接组件9安装在固定支架上，最后通过销轴91将开挖机构1与安装轨道8连接起来。

作为一种优选，销轴91可通过驱动油缸配合夹抓自动插入或拔出第一销孔与第二销孔，以进一步提高操作的便捷性。

在上述实施例的基础之上，作为一种优选，旋转机构14以旋转起点开始，可顺时针旋转180°-200°，同时以旋转起点开始，可逆时针旋转180°-200°，实现对竖井开挖面进行全覆盖，提高掘进效率。且可避免旋转机构14连续在一个方向旋转，导致其连接于开挖机构1的管道拧在一起。具体的，旋转机构14从旋转起点起绕其旋转中心可顺时针旋转190°，且旋转机构14从旋转起点起绕其旋转中心可逆时针旋转190°。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供适用于软土层的下沉式竖井掘进机进行了详细介绍。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。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种适用于软土层的下沉式竖井掘进机，其特征在于，包括：

管片（4），用于拼接成环状以安装在竖井侧壁，所述管片（4）上设有安装轨道（8）；

牵引机构（5），连接于所述管片（4）以调整所述管片（4）相对竖井的深度；

开挖机构（1），可调节的连接于所述安装轨道（8），所述开挖机构（1）相对所述安装轨道（8）的安装位置可沿所述管片（4）长度方向调节；

提升机构（2），连接于所述开挖机构（1），以调节所述开挖机构（1）相对所述安装轨道（8）的安装位置；

泥浆管路输送机构（6），连接于所述开挖机构（1），以将所述开挖机构（1）挖掘的泥浆抽出；

所述开挖机构（1）包括旋转机构（14）、连接于所述旋转机构（14）上的两套驱动机构（12）、连接于各套所述驱动机构（12）上的开挖头（11），且其中一套所述驱动机构（12）与所述旋转机构（14）的旋转中心的距离大于另外一套所述驱动机构（12）与所述旋转机构（14）的旋转中心的距离；所述驱动机构（12）用于驱动所述开挖头（11）沿所述管片（4）的轴向与径向移动，所述开挖头（11）包括刀具（111）以及用于驱动刀具（111）工作的刀具驱动组件（112），驱动机构（12）使开挖头（11）完成径向和轴向土体的开挖，再调整旋转机构（14）的旋转角度，实现竖井的开挖面的全覆盖。

2.根据权利要求1所述的适用于软土层的下沉式竖井掘进机，其特征在于，还包括用于向管片（4）与土体间隙注入浆液的注浆机构（7），所述管片（4）上设有注浆通道（42），所述注浆机构（7）连接于所述注浆通道（42）。

3.根据权利要求2所述的适用于软土层的下沉式竖井掘进机，其特征在于，所述管片（4）沿其长度方向上均匀设置有多个注浆通道（42）。

4.根据权利要求1所述的适用于软土层的下沉式竖井掘进机，其特征在于，还包括用于收管与放管的管线缠绕机构（3），所述泥浆管路输送机构（6）的管路的出浆口连接于所述开挖机构（1），所述管路的另一端绕过所述管线缠绕机构（3）连接于泥浆处理站。

5.根据权利要求4所述的适用于软土层的下沉式竖井掘进机，其特征在于，所述出浆口设于所述开挖头（11）的下部。

6.根据权利要求1至5任一项所述的适用于软土层的下沉式竖井掘进机，其特征在于，所述开挖机构（1）还包括连接于所述安装轨道（8）的固定架，所述固定架的下方设有所述旋转机构（14）。

7.根据权利要求6所述的适用于软土层的下沉式竖井掘进机，其特征在于，所述驱动机构（12）包括伸缩油缸（113）与摆动油缸（114），所述旋转机构（14）上设有铰接座，所述开挖头（11）铰接于所述旋转机构（14），所述摆动油缸（114）的一端铰接于所述铰接座，所述摆动油缸（114）的另一端连接于所述开挖头（11），所述伸缩油缸（113）套设于所述开挖头（11）内部。

8.根据权利要求7所述的适用于软土层的下沉式竖井掘进机，其特征在于，所述固定架在所述旋转机构（14）的上部设有保护壳（13），泥浆管路输送机构（6）的管路穿过所述保护壳（13）连接于所述开挖机构（1）。

9.根据权利要求8所述的适用于软土层的下沉式竖井掘进机，其特征在于，所述管片（4）的内壁预埋有固定底板（43），所述安装轨道（8）焊接于所述固定底板（43）上，所述安装轨道（8）沿其长度方向设有若干个第一销孔，所述固定架上设有与所述第一销孔对应的第二销孔，所述固定架与所述安装轨道（8）通过销轴（91）可调节安装连接。

10.根据权利要求9所述的适用于软土层的下沉式竖井掘进机，其特征在于，所述旋转机构（14）从旋转起点起绕其旋转中心可顺时针转动180°-200°，且所述旋转机构（14）从所述旋转起点起绕其旋转中心可逆时针转动180°-200°。

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