CN113047843B - 大直径桩或竖井成孔土体开挖装置 - Google Patents

大直径桩或竖井成孔土体开挖装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大直径桩或竖井成孔土体开挖装置，包括竖向设置的盾壳以及安装于所述盾壳下端的锥形刀盘，所述盾壳下端设置有一土舱顶板，所述盾壳、所述土舱顶板与所述锥形刀盘共同围合构成土舱；所述土舱顶板的中心安装有一螺旋输送机，所述螺旋输送机的螺旋轴自上而下贯穿所述土舱并凸出于所述锥形刀盘的下端部；所述土舱顶板设置有锥形刀盘驱动装置，所述锥形刀盘驱动装置经连接杆连接所述锥形刀盘并驱动旋转。本发明的优点是：施工效率高、机械化程度高、对地层的扰动小，可靠度高；适用于由上向下开挖土体，尤其适用于大直径桩或竖井成孔时土体开挖。

Description

大直径桩或竖井成孔土体开挖装置
技术领域
本发明涉及施工机械设备的技术领域，尤其是一种大直径桩或竖井成孔土体开挖装置。
背景技术
对于大型复杂且其滑动面很深（深度L>30m）的滑坡、边坡等不良地质灾害体整治过程，大直径超长抗滑桩显提尤为重要。大直径超长抗滑坡施工过程中，其成孔难度大，需要挖出的土石方量多，单孔桩成桩时间长。现有的成孔方法主要采用人工开挖并配合相关辅助工具与方法，如：以风镐、铁锹为主，爆破为辅。出渣采用卷扬机吊斗提升。在成孔过程中，为了防止孔壁坍塌，每挖一截需要现浇钢筋混凝土护壁结构，并进行一定时间的养护时间后方可进行下一截施工，因此其劳动强度大、效率低、单桩成孔施工时间长。由于出渣采用卷扬机吊斗提升，对于底部的抗滑杭成孔施工人员具有较大的安全风险。在人工进行抗滑桩成孔施工时，当施工范围内存在地下水时，需要采取人工降水，在此过程中将对周围地层形成扰动。抗滑桩成孔后较长时间未完成桩体施工，对地层的影响大，甚至在此期间发生较大量的降雨时，滑坡将存在滑移的风险。超长抗滑桩施工还存在桩坑内送风困难，护壁施作至下部，混凝土浇筑难，渣土出土风险极大，坡体变形控制难等不利因素或不利影响。
因此有必要提出施工效率高、机械化程度高、对地层的扰动小的大直径抗滑桩成孔施工装置。现有的盾构机在土体开挖与地层稳定控制方面具有良好的借鉴，但现有的盾构机主要用于近似的水平掘进开挖土体，而当用于垂直向下开挖土体时，刀盘切削土体难以顺利地进土舱内，即使进入土舱内后，无法再次由螺旋输送机输出。若考虑采用泥水循环输出时，则导致开挖面上形成水压，且水渗入地层中对需要整治的边坡不利，且现场的场地有限，泥浆处理场地的建设难度大。因此有必要研发适用于大断面桩垂直成孔的施工机械设备。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种大直径桩或竖井成孔土体开挖装置，通过锥形刀盘对地层土体进行从上至下的开挖，并通过螺旋输送机将渣土输送至渣土箱内，实现了对地层土体的纵向开挖。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种大直径桩或竖井成孔土体开挖装置，其特征在于：包括竖向设置的盾壳以及安装于所述盾壳下端的锥形刀盘，所述盾壳下端设置有一土舱顶板，所述盾壳、所述土舱顶板与所述锥形刀盘共同围合构成土舱；所述土舱顶板的中心安装有一螺旋输送机，所述螺旋输送机的螺旋轴自上而下贯穿所述土舱并凸出于所述锥形刀盘的下端部；所述土舱顶板设置有锥形刀盘驱动装置，所述锥形刀盘驱动装置经连接杆连接所述锥形刀盘并驱动旋转。
所述螺旋输送机包括螺旋轴圆筒、螺旋输送机马达以及螺旋轴，所述螺旋轴圆筒自上而下贯穿所述土舱顶板的中心并伸入至所述土舱中，所述螺旋轴圆筒的上端侧部开设有渣土出口、下端开口构成渣土入口，所述螺旋轴贯穿通过所述螺旋轴圆筒并延伸至所述锥形刀盘下端开口外，所述螺旋输送机马达驱动所述螺旋轴转动。
所述锥形刀盘由若干刀盘单体组合而成，各所述刀盘单体分别经所述连接杆连接所述锥形刀盘驱动装置，所述刀盘驱动装置驱动所述锥形刀盘以所述土舱顶板中心为转轴进行旋转。
所述土舱中设置有渣土搅拌棒，所述渣土搅拌棒固定于所述连接杆上并随所述连接杆转动。
所述锥形刀盘的锥形角为60°-90°。
所述盾壳内壁沿其周长方向上均匀设有若干反力支撑座。
所述盾壳由3-4块壳体拼装组成，所述土舱顶板由3-4块板体拼接组成。
本发明的优点是：施工效率高、机械化程度高、对地层的扰动小，可靠度高；适用于由上向下开挖土体，尤其适用于大直径桩或竖井成孔时土体开挖。
附图说明
图1为本发明的大直径桩或竖井成孔土体开挖装置的结构示意图；
图2为本发明的大直径桩或竖井成孔土体开挖装置的施工状态示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-2所示，图中标记1-20分别表示为：盾壳1、锥形刀盘2、土舱顶板3、螺旋输送机马达4、螺旋轴5、螺旋轴圆筒6、锥形刀盘马达7、连接杆8、渣土搅拌棒9、渣土出口10、渣土入口11、第一连接件12、第二连接件13、第三连接件14、连接杆15、渣土箱16、护壁管片17、土钉18、千斤顶19、反力支撑座20。
实施例：如图1-2所示，本实施例涉及一种大直径桩或竖井成孔土体开挖装置，其开挖装置主要包括竖直设置的盾壳1、锥形刀盘2和土舱顶板3，其中，锥形刀盘2安装于盾壳1底端，盾壳1下端设有土舱顶板3，土舱顶板3起密封和承载作用，用于承载各安装部件，并且可以防止土体进入盾壳1内，保护各安装部件。盾壳1、锥形刀盘2和土舱顶板3共同围合构成土舱，土舱用于存储容纳土体，盾壳1由3-4块壳体拼装组成，土舱顶板3由3-4块板体拼装组成。锥形刀盘2顶端与盾壳1底端间留有间隙，切削的土体可由该间隙进入土舱内。土舱顶板3上设置有锥形刀盘驱动装置，锥形刀盘驱动装置经连接杆8驱动锥形刀盘2转动。根据地层情况，锥形刀盘2上可安装滚刀与刮刀等刀具，用于切削土体。土舱顶板3中心处安装有螺旋输送机，螺旋输送机用于运送土体。另外，由于采用锥形刀盘2，使得土舱呈漏斗状，从而让切削的土体掉落到土舱中心位置，而螺旋输送机也位于土舱中心位置，因此，可以有效地提高螺旋输送机的运输效率。
本实施例中，开挖装置（从上至下）前进的动力，主要依靠向下顶推的顶推装置（如千斤顶等），当然，开挖装置自身的重力在一定程度上也可起到顶推作用。
如图1所示，螺旋输送机包括螺旋输送机马达4、螺旋轴5和螺旋轴圆筒6，螺旋输送机马达4和螺旋轴5相连接，螺旋输送机马达4可以驱动螺旋轴5转动。具体地，螺旋轴圆筒6自上而下贯穿土舱顶板3的中心并伸入至土舱中，螺旋轴圆筒6的上端侧部开设有渣土出口10、下端开口构成渣土入口11，渣土出口10下方设有一渣土箱16，用于收集渣土，当然也可以在渣土出口10处连接其他设备用以将渣土运出。螺旋轴5贯穿通过螺旋轴圆筒6并延伸至锥形刀盘下端开口外，本实施例中，螺旋轴5下端延伸至锥形刀盘2下端开口外的距离为0.4-1m，而螺旋轴5下端延伸至锥形刀盘2下端开口外，能够有效地切削锥形刀盘2中心位置处的土体。当土体进入土舱内时，螺旋输送机马达4驱动螺旋轴5转动，螺旋轴5转动时将土舱内的土体由渣土入口11送入，并从渣土出口10送出，最后掉落至渣土箱16内。
如图1所示，锥形刀盘驱动装置包括锥形刀盘马达7和连接杆8，锥形刀盘马达7驱动连接杆8转动，进而带动锥形刀盘2转动，并以土舱顶板3的中心为旋转中心。具体地，连接杆8的朝向螺旋轴圆筒6的一端设有连接杆15，连接杆15垂直设于连接杆8上，并且连接杆15上安装有多个竖直设置的渣土搅拌棒9，渣土搅拌棒9上端相平，其下端长度（沿朝向螺旋轴圆筒6的方向）逐渐增加。渣土搅拌棒9的设计，可以将土舱内的土体搅碎，便于螺旋输送机运送渣土。另外，本实施例中，渣土搅拌棒9的数量为2个，渣土搅拌棒9的数量也可根据实际情况作适当的增减。
如图1所示，锥形刀盘2由多个刀盘单体组合而成，各刀盘单体分别经连接杆8连接各锥形刀盘驱动装置。本实施例中，刀盘单体的锥形角在60-90度范围内，刀盘单体的数量为4-6个。
如图1所示，螺旋输送机和锥形刀盘驱动装置分别通过第一连接件12和第二连接件13均连接于土舱顶板3上，土舱顶板3与盾壳1通过第三连接件14进行连接，第一连接件12、第二连接件13和第三连接件14均为可拆卸部件，实现了本开挖装置的可拆卸安装。
如图2所示，盾壳1内壁沿其周长方向上均匀设有多个反力支撑座20，反力支撑座20用于放置千斤顶19。
此外，结合图1和图2所示，本实施例还具有以下施工方法：
a、组装本开挖装置，并将本开挖装置吊装至待开挖位置，开启锥形刀盘2旋转，对地层土体进行从上至下的开挖，切削的渣土通过螺旋输送机输送至渣土箱16内；
b、每当开挖地层土体的成孔深度达到单个护壁管片17的高度时，暂停锥形刀盘2的向下开挖，并将护壁管片17吊装至反力支撑座20上固定设置的千斤顶19上，通过调节千斤顶19来调整护壁管片17的位置；
c、调整完护壁管片17的位置后，对护壁管片17进行拼装，形成管片环，并对管片环进行固定，具体地，通过护壁管片17中心位置的吊装孔（锚固孔）向土体中打入土钉18，加强护壁管片17与土体的磨阻力，防止拼装的管片环上下移动；
d、回缩千斤顶19，继续控制锥形刀盘2向下开挖，使盾壳1与管片环脱离；
e、重复上述步骤b至步骤d，从上至下依次安装各管片环，直至施工到设计深度，最后将本开挖装置进行拆卸解体并吊至地面。
综上所述，本开挖装置对地层的扰动小，适用于由上向下开挖土体，尤其适用于大直径桩或竖井成孔时土体开挖。
虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。

Claims (4)

1.一种大直径桩或竖井成孔土体开挖装置，其特征在于：包括竖向设置的盾壳以及安装于所述盾壳下端的锥形刀盘，所述盾壳下端设置有一土舱顶板，所述盾壳、所述土舱顶板与所述锥形刀盘共同围合构成土舱；所述土舱顶板的中心安装有一螺旋输送机，所述螺旋输送机的螺旋轴自上而下贯穿所述土舱并凸出于所述锥形刀盘的下端部；所述土舱顶板设置有锥形刀盘驱动装置，所述锥形刀盘驱动装置经连接杆连接所述锥形刀盘并驱动旋转；
所述锥形刀盘由若干刀盘单体组合而成，各所述刀盘单体分别经所述连接杆连接所述锥形刀盘驱动装置，所述刀盘驱动装置驱动所述锥形刀盘以所述土舱顶板中心为转轴进行旋转；
所述土舱中设置有渣土搅拌棒，所述渣土搅拌棒固定于所述连接杆上并随所述连接杆转动；
所述盾壳内壁沿其周长方向上均匀设有若干反力支撑座。
2.如权利要求1所述的一种大直径桩或竖井成孔土体开挖装置，其特征在于：所述螺旋输送机包括螺旋轴圆筒、螺旋输送机马达以及螺旋轴，所述螺旋轴圆筒自上而下贯穿所述土舱顶板的中心并伸入至所述土舱中，所述螺旋轴圆筒的上端侧部开设有渣土出口、下端开口构成渣土入口，所述螺旋轴贯穿通过所述螺旋轴圆筒并延伸至所述锥形刀盘下端开口外，所述螺旋输送机马达驱动所述螺旋轴转动。
3.如权利要求1或2所述的一种大直径桩或竖井成孔土体开挖装置，其特征在于：所述锥形刀盘的锥形角为60°-90°。
4.如权利要求1所述的一种大直径桩或竖井成孔土体开挖装置，其特征在于：所述盾壳由3-4块壳体拼装组成，所述土舱顶板由3-4块板体拼接组成。
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