CN112962648A - 一种利用地下竖井机器人施作大直径沉井的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用地下竖井机器人施作大直径沉井的方法，将刃脚圈吊入待施作沉井位置处的基坑内，对刃脚圈进行临时锁紧；在刃脚圈的上方安装底部环片，并安装挖掘机器人，挖掘机器人延伸出的若干水平支杆与底部环片连接；在基坑边缘安装卷扬机组件，并将钢缆连接在靠近刃脚圈外壁的水平支杆上；对基坑下方的土体进行开挖，每开挖掘进一段深度，在底部环片的上方安装上部环片，如此往复，直至完成；本发明通过在靠近刃脚圈外壁的水平支杆安装吊装钢缆，同时在刃脚圈外壁安装钢绞线，两者在近距离的条件下对环片进行双重夹紧式的定位紧固，避免钢绞线单独对环片进行定位时，容易向内发生侧翻、不牢固、不稳定的问题。

Description

一种利用地下竖井机器人施作大直径沉井的方法

本申请是一种利用地下竖井机器人施作大直径沉井的方法的分案申请，一种利用地下竖井机器人施作大直径沉井的方法的申请日为2017年4月24日，申请号为201710271660.7。

技术领域

本发明涉及沉井施工技术领域，特别是涉及一种利用地下竖井机器人施作大直径沉井的方法。

背景技术

沉井是井筒状的结构物，它是以井内挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，然后经过混凝土封底并填塞井孔，使其成为桥梁墩台或其它结构物的基础。沉井施工技术在我国50～60年代开始运用，主要用在大型沉井基础和水下、地下工程等。这些工程30M范围周边无建筑物或无浅基础建筑物、构筑物，以避免沉井开挖过程中对周边土层造成扰动；同时在沉井开挖过程中需要持续抽取地下水，以便施工人员及设备对沉井内部进行开挖。

现有技术中的沉井施工技术存在以下问题：现有的沉井施工过程中会造成周边地表沉降，影响周边建筑的安全；现有的施工设备无法在水下作业，因此施工过程中需要持续降水，持续降水会加剧施工现场周边的地表沉降；环片在下沉过程中不稳定，容易发生侧翻等问题。如公开号为CN 202467844 U的竖井挖掘机以及公开号为CN 106121657 B的一种多功能数控竖井掘进装置及施工方法均存在上述问题。为了解决上述问题，本发明提供一种利用地下竖井机器人施作大直径沉井的方法，来达到保证环片均匀稳定沉降的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用地下竖井机器人施作大直径沉井的方法，来达到保证环片均匀稳定沉降的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种利用地下竖井机器人施作大直径沉井的方法，包括以下步骤：

将刃脚圈吊入待施作沉井位置处的基坑内，并通过位于所述基坑外的下放装置释放的钢绞线连接于所述刃脚圈外壁，并对刃脚圈进行临时锁紧定位；

在所述刃脚圈的上方安装底部环片，并在所述底部环片的内壁安装挖掘机器人，所述挖掘机器人通过延伸出的若干水平支杆与所述底部环片内壁连接；

在所述基坑边缘安装卷扬机组件，并将所述卷扬机组件的钢缆连接在靠近所述刃脚圈外壁的所述水平支杆上；

利用所述挖掘机器人对所述基坑下方的土体进行开挖，每开挖掘进一段深度，在所述底部环片的上方安装上部环片，并使用所述下放装置控制所述刃脚圈向下沉降，如此往复，直至掘进到预设深度。

优选的，所述钢缆连接在若干所述水平支杆的位置相同。

优选的，所述下放装置沿所述基坑的边缘等间隔地设置。

优选的，所述底部环片上安装有导向限位件，所述水平支杆安装在所述导向限位件内。

优选的，所述底部环片的材质强度高于所述上部环片的材料强度。

优选的，所述挖掘机器人还包括机舱、姿态调节机构以及挖掘臂；所述姿态调节机构设置在所述机舱的底部，所述挖掘臂的尾端铰接所述姿态调节机构，其前端连接有用于切削土壤的滚刀。

优选的，所述挖掘臂为伸缩式挖掘臂，所述姿态调节机构包括回转调节组件以及俯仰角调节组件。

优选的，所述底部环片和所述上部环片均设置有注浆管，在所述刃脚圈沉降的过程中，通过所述注浆管向所述底部环片和上部环片的外侧注入膨润土。

优选的，所述刃脚圈沉降至预设深度后，移除所述挖掘机器人，并向所述基坑底部灌注混凝土。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1.本发明通过在靠近刃脚圈外壁的水平支杆安装吊装钢缆，同时在刃脚圈外壁安装钢绞线，两者在近距离的条件下对环片进行双重夹紧式的定位紧固，避免钢绞线单独对环片进行定位时，容易向内发生侧翻、不牢固、不稳定的问题。

2.本发明中钢缆连接在若干水平支杆的位置相同，从而使得每个钢缆与水平支杆的连接点距离刃脚圈外壁的距离相同，一方面保证了卷扬机在进行提升或者下降时，挖掘机器人运动的稳定性，另外一方面，保证了钢缆在和钢绞线配合定位时施加夹紧力的均匀性，使得整个环片在周向上受到的夹紧力是相同的，避免了不同部位受力不均，导致环片发生侧翻的问题。

3.本发明中下放装置沿所述基坑的边缘等间隔地设置，下放装置的等间距设置，决定了钢绞线的位置同样是对刃脚圈环向的等间距拉紧固定，进而保证了下放装置再进行放线或收线时对刃脚圈的均匀稳定提升或者下降，保证了刃脚圈不会发生倾斜侧翻。

4.本发明中挖掘臂为伸缩式挖掘臂，姿态调节机构包括回转调节组件以及俯仰角调节组件，挖掘机器人可自动挖掘，挖掘效率高，且其挖掘臂可进行臂长、俯仰角度以及旋转角度的自由调节控制，挖掘范围和适应性较广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1为本发明中底部环片安装过程的示意图；

附图2为本发明中挖掘机器人安装过程的侧视图；

附图3为本发明中挖掘机器人安装过程的俯视图；

附图4为本发明中顶部环片安装过程的侧视图；

附图5为本发明中混凝土灌注完成后的示意图。

其中，1、基坑；2、钢筋混凝土基础；3、刃脚圈；4、下放装置；5、钢绞线；6、底部环片；7、挖掘机器人；8、导向限位件；9、机舱；10、水平支杆；11、姿态调节机构；12、挖掘臂；13、滚刀；14、回转调节组件；15、俯仰角调节组件；16、卷扬机组件；17、管线输送架；18、上部环片。

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。

本发明的目的是提供一种利用地下竖井机器人施作大直径沉井的方法，来达到保证环片均匀稳定沉降的目的。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-3，一种利用地下竖井机器人施作大直径沉井的方法，将刃脚圈3吊入待施作沉井位置处的基坑1内，对刃脚圈3进行临时锁紧；在刃脚圈3的上方安装底部环片6，并安装挖掘机器人7，挖掘机器人7延伸出的若干水平支杆10与底部环片6连接；在基坑1边缘安装卷扬机组件16，并将钢缆连接在靠近刃脚圈3外壁的水平支杆10上；对基坑1下方的土体进行开挖，每开挖掘进一段深度，在底部环片6的上方安装上部环片18，如此往复，直至完成；本发明通过在靠近刃脚圈3外壁的水平支杆10安装吊装钢缆，同时在刃脚圈3外壁安装钢绞线5，两者在近距离的条件下对环片进行双重夹紧式的定位紧固，避免钢绞线5单独对环片进行定位时，容易向内发生侧翻、不牢固、不稳定的问题。

参考图3，钢缆连接在若干水平支杆10的位置相同，从而使得每个钢缆与水平支杆10的连接点距离刃脚圈3外壁的距离相同，一方面保证了卷扬机在进行提升或者下降时，挖掘机器人7运动的稳定性，另外一方面，保证了钢缆在和钢绞线5配合定位时施加夹紧力的均匀性，使得整个环片在周向上受到的夹紧力是相同的，避免了不同部位受力不均，导致环片发生侧翻的问题。

参考图1-2，下放装置4沿所述基坑1的边缘等间隔地设置，下放装置4的等间距设置，决定了钢绞线5的位置同样是对刃脚圈3环向的等间距拉紧固定，进而保证了下放装置4再进行放线或收线时对刃脚圈3的均匀稳定提升或者下降，保证了刃脚圈3不会发生倾斜侧翻。

参考图2-3，底部环片6上安装有导向限位件8，水平支杆10安装在导向限位件8内，进一步的，导向限位件8具有顶部卡扣以及底部卡扣，配合卷扬机组件16可以将挖掘机器人7的水平支杆10固定在顶部卡扣或所述底部卡扣，进而调节挖掘机器人7的高度以及挖掘范围。

进一步的，底部环片6的材质强度高于上部环片18的材料强度，可以更好的承担来自于挖掘机器人7作用于底部环片6上的重力以及上部环片18下压在底部环片6上的重力，整体上保证了环片的稳定性。

如图1所示，在沉井的预设位置开挖基坑1，并在基坑1周边的地表浇筑钢筋混凝土基础2，用以安装沉井下沉所需的设备和承受沉井下沉的作用力；钢筋混凝土基础2施工完成后，拼装刃脚圈3，并将刃脚圈3吊入基坑1内部；刃脚圈3为环形，其底部边沿设置有用于切削泥土的尖锐刃脚。

刃脚圈3吊装完成后在基坑1外部的钢筋混凝土基础2的表面安装四个下放装置4(当然根据实际情况也可以是更多数量)，并使用钢绞线5将下放装置4与刃脚圈3连接，以便使用下放装置4对刃脚圈3进行临时锁紧定位，阻止刃脚圈3在基坑1底部发生沉降。

在本实施例中，四个下放装置4沿基坑1的边缘等间隔的设置，当然，根据刃角圈3的直径或是基坑1的直径，下放装置4的数量可以选择更多个；下放装置4可以锁紧或释放连接在刃脚圈3上的钢绞线5；在释放钢绞线5的过程中，下放装置4可以调节钢绞线5的释放速度及释放长度，进而调节刃脚圈3不同侧边的沉降速度。

如图1、2、3所示，在刃脚圈3及下放装置4安装完成后，在刃脚圈3的上方安装底部环片6，两者牢固连接；并在底部环片6的内表面吊装入挖掘机器人7；具体的：

如图2、3所示，本实施例中底部环片6的直径与刃脚圈3的直径相同；底部环片6架设在刃脚圈3的顶部边缘，用于支撑挖掘机器人7的导向限位件8焊接在底部环片6内表面的预埋件上；在本实施例中，导向限位件8的数目为四，四个导向限位件8的位于相同高度，并等间距的分布在所述底部环片6的内部。

如图2、3所示，挖掘机器人7包括机舱9、水平支杆10、姿态调节机构11以及挖掘臂12；若干水平支杆10自机舱9的侧面向外延伸并搭设在底部环片6内表面上的导向限位件8上，导向限位件8向各水平支杆10提供稳定的向上支撑力；在本实施例中，水平支杆10的数目为四，四个水平支杆10分布在机舱9的四个侧面；姿态调节机构11设置在机舱9的底部，挖掘臂12的尾端铰接姿态调节机构11，其前端连接有用于切削基坑1底部土壤的滚刀13。

如图2、3所示，挖掘臂12为一伸缩式挖掘臂12；姿态调节机构11包括位于机舱9内部的回转调节组件14以及连接在回转调节组件14底部的俯仰角调节组件15，挖掘臂12铰接在俯仰角调节组件15的底部；回转调节组件14可以带动俯仰角调节组件15以及挖掘臂12同步回转，本实施例中，回转调节组件14的回转范围为正负180°，从而可以防止机舱9内的线缆缠绕；在俯仰角调节组件15以及挖掘臂之间设置有液压油缸，通过控制液压油缸的伸缩，可以控制挖掘臂12的倾斜角度；在挖掘臂12内部设置有液压驱动的伸缩装置，通过该伸缩装置，可以调节挖掘臂12的臂长。在本实施例中，回转调节组件14、挖掘臂12内部的伸缩装置以及挖掘臂12的滚刀13均采用液压油缸或液压马达作为动力，从而可适应水下作业，避免采用电力部件造成触漏电等故障。

如图2、3所示，在基坑1边缘的钢筋混凝土基础2的表面安有三个卷扬机组件16，并将卷扬机组件16的钢缆连接水平支杆10上的起吊孔；卷扬机组件16用于驱动挖掘机器人7沿竖直方向移动，即将挖掘机器人7吊装入底部环片6内并沿导向限位件8平稳的上、下移动；在卷扬机组件16安装完成后，在基坑1边缘的钢筋混凝土基础2的表面安装管线输送架17，管线输送架17用于支撑连接在机舱9上的各种管线。

如图2、3所示，本实施例中，底部环片6内表面的导向限位件8具有顶部卡扣以及底部卡扣，配合卷扬机组件16可以将挖掘机器人7的水平支杆10固定在所述顶部卡扣或所述底部卡扣，进而调节所述挖掘机器人7的高度以及挖掘范围。

如图4所示，利用挖掘机器人7对基坑1下方的土体进行开挖，每开挖掘进一段深度，在底部环片6的上方安装上部环片18，相邻的上部环片18之间固定连接；并使用下放装置4控制刃脚圈3向下沉降，如此往复，直至掘进到预设深度。

如图4所示，利用挖掘机器人7对基坑下方的土体进行开挖的方法为：通过俯仰角调节组件15调节挖掘臂12的倾斜角度，并伸缩调节挖掘臂12的长度，以使挖掘臂12前端的滚刀13位于所需的挖掘半径和深度上；通过回转调节组件14驱动挖掘臂12进行回转挖掘土体；挖掘臂12的前端还安装有泥浆抽取装置；在挖掘机器人7开挖基坑底部的土方的过程中，使用泥浆抽取装置抽取基坑1底部的泥浆并输送至地面，对泥浆进行泥水分离处理，处理后将分离得到的水排放至基坑内部。

在本实施例中，在挖掘过程中不必抽取基坑1内的地下水，由液压驱动的挖掘机器人7可以在水下进行挖掘作业；位于基坑1外部的控制室可以对挖掘机器人7进行人工手动控制、半自动控制或全自动编程控制；控制室中的显示设备能显示挖掘设备的各种数据和监控画面。

在本实施例中，当基坑底部的土质为软质土时，仅需使用挖掘机器人7开挖基坑1底部中心的土体，位于刃脚圈3下方、基坑1底部边缘的土体可在刃脚圈3沉降过程中利用刃脚圈3的底部边沿切削；当基坑底部的土质为硬质土时，需要将挖掘机器人7固定至导向限位件8的底部卡扣，以便挖掘机器人7挖掘刃脚圈3正下方的土体。

如图4所示，在刃脚圈3沉降过程中，连接在刃脚圈3上方的上部环片18以及底部环片6与刃脚圈3同步沉降；在每次沉降过程中，通过下放装置4调节刃脚圈3的整体沉降深度；在刃脚圈沉降过程中，可以调节刃脚圈3不同侧边的下放装置4的释放速度以及下方长度，从而调节刃脚圈3不同侧面的沉降速度，进而调节刃脚圈3、上部环片18以及底部环片6的姿态，避免上部环片18以及底部环片6的倾角在沉降过程中发生偏移。

如图4所示，上部环片18以及底部环片6均设置有注浆管，在刃脚圈3沉降的过程中，通过注浆管向底部环片6以及上部环片18的外侧注入膨润土，膨润土可以起到润滑的作用，便于上部环片以及底部环片沉降。

如图5所示，当刃脚圈3沉降至预设深度后，通过卷扬机组件16起吊移除挖掘机器人7及其附属管线，并向基坑1底部灌注混凝土，混凝土凝固后将基坑及底部环片封堵；随后抽取底部环片6以及上部环片18内部的积水即可完成沉井的施工。

根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种利用地下竖井机器人施作大直径沉井的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将刃脚圈吊入待施作沉井位置处的基坑内，并通过位于所述基坑外的下放装置释放的钢绞线连接于所述刃脚圈外壁，并对刃脚圈进行临时锁紧定位；

在所述刃脚圈的上方安装底部环片，并在所述底部环片的内壁安装挖掘机器人，所述挖掘机器人通过延伸出的若干水平支杆与所述底部环片内壁连接；

在所述基坑边缘安装卷扬机组件，并将所述卷扬机组件的钢缆连接在靠近所述刃脚圈外壁的所述水平支杆上；

利用所述挖掘机器人对所述基坑下方的土体进行开挖，每开挖掘进一段深度，在所述底部环片的上方安装上部环片，并使用所述下放装置控制所述刃脚圈向下沉降，如此往复，直至掘进到预设深度。

2.根据权利要求1所述的一种利用地下竖井机器人施作大直径沉井的方法，其特征在于，所述钢缆连接在若干所述水平支杆的位置相同。

3.根据权利要求1所述的一种利用地下竖井机器人施作大直径沉井的方法，其特征在于，所述下放装置沿所述基坑的边缘等间隔地设置。

4.根据权利要求2所述的一种利用地下竖井机器人施作大直径沉井的方法，其特征在于，所述底部环片上安装有导向限位件，所述水平支杆安装在所述导向限位件内。

5.根据权利要求3所述的一种利用地下竖井机器人施作大直径沉井的方法，其特征在于，所述底部环片的材质强度高于所述上部环片的材料强度。

6.根据权利要求1所述的一种利用地下竖井机器人施作大直径沉井的方法，其特征在于，所述挖掘机器人还包括机舱、姿态调节机构以及挖掘臂；所述姿态调节机构设置在所述机舱的底部，所述挖掘臂的尾端铰接所述姿态调节机构，其前端连接有用于切削土壤的滚刀。

7.根据权利要求6所述的一种利用地下竖井机器人施作大直径沉井的方法，其特征在于，所述挖掘臂为伸缩式挖掘臂，所述姿态调节机构包括回转调节组件以及俯仰角调节组件。

8.根据权利要求7所述的一种利用地下竖井机器人施作大直径沉井的方法，其特征在于，所述底部环片和所述上部环片均设置有注浆管，在所述刃脚圈沉降的过程中，通过所述注浆管向所述底部环片和上部环片的外侧注入膨润土。

9.根据权利要求8所述的一种利用地下竖井机器人施作大直径沉井的方法，其特征在于，所述刃脚圈沉降至预设深度后，移除所述挖掘机器人，并向所述基坑底部灌注混凝土。

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