CN114673171B - 一种超深环形断面破岩铣削施工装备及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超深环形断面破岩铣削施工装备及施工方法，施工装备包括：平台、铣削装置、立柱、调整单元，平台设于立柱的顶部，铣削装置设置在平台下方且与立柱移动安装，调整单元安装在立柱的底部；铣削装置包括：提升框架、回转支承、牵引滑轮组、铣削护筒、泥浆泵、铣削头；提升框架移动安装在立柱上，回转支承安装在提升框架的底部，牵引滑轮组固定设置在提升框架上，铣削护筒固定设置在回转支承的底部，泥浆泵安装在铣削护筒中，铣削头安装在铣削护筒的底部。本发明通过上述部件的布置，实现海底大直径环端面槽段施工，实现海底环形槽段泵举反循环钻进，形成的槽段满足大桥桥墩护筒安放的基础要求，代替海上作业平台。

Description

一种超深环形断面破岩铣削施工装备及施工方法

技术领域

本发明属于工程机械技术领域，尤其涉及一种超深环形断面破岩铣削施工装备及施工方法。

背景技术

在海上作业平台中，现有的桥梁施工的一般施工工艺是先搭建平台后围堰；因此现有的施工过程中存在桥梁墩桩桩径较大，群桩较多，平台搭建要求较高，使得海底施工使用大直径装备进行钻孔作业，导致作业周期长的问题，从而造成施工预算成本高；在施工时还需考虑海上其它外部因素的影响，水流、风速以及海底土壤类型和水下地形等；由此现有的施工方案因桥梁墩桩桩径较大，群桩较多造成每个施工桩承受水流力和波浪力的性能不一，因此使得搭建的整体平台无法承受海上施工恶劣环境的能力，影响大直径设备的正常运行，延长施工周期和加大施工成本。

其次，现有的平台式施工作业中的回转设备回转方向和角度单一，从而无法高效率地对复杂地形进行的海底作业，形成的槽段无法满足大桥桥墩护筒安放的基础要求。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种超深环形断面破岩铣削施工装备及施工方法，本发明设计的铣削施工装备无需专门搭建海上作业平台，缩短工期和施工成本，且铣削装置通过立柱进行导向纵向滑移，回转支承带动铣削护筒回转，铣削护筒下方安装泥浆泵、铣削头，调整单元设置在立柱底部，对整体施工装备调平，实现海底地形的环形槽段泵举反循环钻进，形成的槽段满足大桥桥墩护筒安放的基础要求，代替借助海上平台作业大孔径设备。

技术方案：第一方面，本发明提供一种超深环形断面破岩铣削施工装备，包括：安装在立柱顶部的平台，设置在平台下方且与立柱滑动连接的铣削装置，安装在立柱底部的调整单元；其中，所述铣削装置包括：与立柱滑动连接的提升框架、设置在提升框架上的保压装置、安装在提升框架底部的回转支承、设置在提升框架上的牵引滑轮组、设置在回转支承底部的铣削护筒、安装在铣削护筒中的泥浆泵、安装在铣削护筒底部的铣削头。

在进一步地实施例中，所述回转支承包括：安装在提升框架底部的上部转盘，铰接在上部转盘另一侧的若干第一组回转油缸，铰接在第一组回转油缸另一端的第一转盘，铰接在第一转盘另一侧面上的若干第二组回转油缸，铰接在第二组回转油缸底部且与铣削护筒连接的第二转盘。

在进一步地实施例中，所述上部转盘在若干第一组回转油缸带动下可相对于第一转盘在0~60°范围内回转；所述第二转盘在若干第二组回转油缸带动下可相对于第一转盘在60~120°范围内回转；进而在第一组回转油缸和第二组回转油缸带动下使第二转盘上的铣削护筒相对于上部转盘实现0~120°范围内的回转。

在进一步地实施例中，所述调整单元包括：插接在立柱底端的调整节，安装在立柱外部且呈径向分布的若干调节油缸，安装在若干调节油缸的动力输出轴端的导向销，连接在导向销上的固定销轴，安装在立柱外部且与导向销对应的导向板，安装在导向板上且与导向销适配的导向轴套，分别开设在调整节和立柱上的若干调节孔。

在进一步地实施例中，所述提升框架通过导向装置安装在立柱上，所述导向装置为开设在立柱上的滑道和卡接在滑道中且与提升框架连接的导轨，所述滑道和导轨的装配侧焊接有若干耐磨板。

在进一步地实施例中，所述立柱上还安装有限位机构，所述限位机构包括：安装在立柱上且与提升框架相对设置的插销油缸，开设在导向装置的导轨上的若干限位孔，安装在插销油缸的动力输出端的限位插销；所述插销油缸的动力输出轴端与限位孔对应，通过插销油缸带动限位插销与限位孔插接，从而对导向装置以及导向装置上的提升框架进行限位。

在进一步地实施例中，所述平台上还安装有动力站、泥浆卷盘、电缆卷盘、钢丝绳卷扬、发电机、液压卷盘、操作室；所述动力站与发电机电联用于驱动发电机，所述发电机通过电缆卷盘上缠绕的电缆与铣削装置电联用于为铣削装置提供动力扭矩；所述钢丝绳卷扬上缠绕有钢丝绳，钢丝绳卷扬上向外延伸的钢丝绳段与牵引滑轮组缠绕连接，从而通过所述钢丝绳卷扬的转动调整钢丝绳向外延伸的段长，从而为牵引滑轮组上的提升框架提供纵向运动的驱动力；所述泥浆卷盘上缠绕有泥浆管，所述泥浆卷盘上向外延伸的泥浆管段与泥浆泵连接。

在进一步地实施例中，所述保压装置用于平衡铣削头外部随泥浆深度变化的压力差。

在进一步地实施例中，所述泥浆泵外部设有吸渣头，所述吸渣头的另一端连接有吸渣管，所述吸渣管通过岩屑泵与排渣池连通，所述排渣池设置在平台上。

第二方面，提供一种超深环形断面破岩铣削施工方法，包括：

S1、下放调整单元至海底并在海底处固定调整单元，下放立柱至调整单元的顶部，驱动调整单元中的调节油缸，调节油缸带动固定销轴相对于调整节运动，从而使固定销轴配合在同一水平位置的若干调节孔中，最终通过调整单元对立柱的水平高度进行调整；

S2、在立柱的顶部组装平台，并在平台上依次安装动力站、泥浆卷盘、电缆卷盘、钢丝绳卷扬、发电机、液压卷盘、操作室；

S3、操作室指定深度后，通过平台上的钢丝绳卷扬带动钢丝绳向下延伸，从而吊放钢丝绳一端的铣削装置至海底，并由通过限位机构中的插销油缸带动限位插销与限位孔插接，从而对导向装置以及导向装置上的提升框架进行限位；

S4、在操作室中控制回转支承带动铣削护筒回转，铣削头在铣削护筒底部切削地层；

S5、泥浆卷盘提供泥浆管连接泥浆泵进行随钻反循环排渣；保压装置随钻保持铣削头内外压差恒定；由铣削护筒上安装的传感器反馈装备深度和压力，调节铣削速度及铣削深度；

S6、铣削装置完成当前指定深度的铣削任务后，通过钢丝绳卷扬带动钢丝绳、牵引滑轮组提升铣削装置，取出该铣削装置，完成施工，若操作室重新指定深度，则继续驱动钢丝绳卷扬下放钢丝绳，并重复S3至S5的操作。

有益效果：本发明与现有技术相比具有以下优点：

设计的铣削施工装备无需专门搭建海上作业平台，缩短工期和施工成本，且铣削装置通过立柱进行导向纵向滑移，回转支承带动铣削护筒回转，铣削护筒下方安装泥浆泵、铣削头，安装的保压装置抵抗随深度变化的外界压力；调整单元设置在立柱底部，对整体施工装备调平，实现海底地形的环形槽段泵举反循环钻进，形成的槽段满足大桥桥墩护筒安放的基础要求，代替借助海上平台作业大孔径设备。

附图说明

图1是本发明一种超深环形断面破岩铣削施工装备整体结构示意图；

图2是本发明一种超深环形断面破岩铣削施工装备平台结构示意图；

图3是本发明一种超深环形断面破岩铣削施工装备铣削装置结构示意图；

图4是本发明一种超深环形断面破岩铣削施工装备铣削装置俯视图；

图5是本发明一种超深环形断面破岩铣削施工装备回转支承原理图；

图6是本发明一种超深环形断面破岩铣削施工装备立柱及调整单元结构示意图；

图7是本发明一种超深环形断面破岩铣削施工装备传动关系示意图。

附图标记：1，平台；2，铣削装置；3，立柱；4，调整节；101，动力站；102，泥浆卷盘；103，电缆卷盘；104，钢丝绳卷扬；105，发电机；106，液压卷盘；107，操作室；201，提升框架；202，保压装置；203，回转支承；204，铣削护筒；205，泥浆泵；206，铣削头；2012，插销油缸；2011，导向装置；2031，上部转盘；2032，回转油缸；2033，第一转盘；2034，第二转盘；2051，吸渣头；301，调节油缸；302，导向板；303，导向轴套；304，导向销；305，固定销轴。

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

申请人研究发现：根据墙体形状，一般有圆形和矩形（近矩形）墙两种。圆形连续墙具有“自拱”效应，对地层围护效果好，但是对接头部位要求高，通常以套铣为主；在成桩技术施工过程中，常用的是旋挖钻机，全回转钻机，地连墙施工设备等。旋挖钻机适合直径0.5m～6m的桩基础施工，全回转钻机适合直径6～10m大直径桩基础施工，地连墙施工设备适合矩形（近矩形）墙施工。上述施工装备不满足大桥桥墩的护筒安放的基础需求。

第一方面，本发明提供一种超深环形断面破岩铣削施工装备包括：平台1、铣削装置2、立柱3、调整节4、动力站101、泥浆卷盘102、电缆卷盘103、钢丝绳卷扬104、发电机105、液压卷盘106、操作室107、提升框架201、保压装置202、回转支承203、铣削护筒204、泥浆泵205、铣削头206、插销油缸2012、导向装置2011、上部转盘2031、回转油缸2032、第一转盘2033、第二转盘2034、吸渣头2051、调节油缸301、导向板302、导向轴套303、导向销304、固定销轴305。

其中，平台1设于立柱3的顶部，铣削装置2设置在平台1下方且与立柱3滑动连接，调整单元安装在立柱3的底部；

铣削装置2包括：提升框架201、保压装置202、回转支承203、牵引滑轮组、铣削护筒204、泥浆泵205、铣削头206；

提升框架201滑动连接在立柱3上，保压装置202设置在提升框架201上，回转支承203安装在提升框架201的底部，牵引滑轮组固定设置在提升框架201上，铣削护筒204设置在回转支承203的底部，泥浆泵205安装在铣削护筒204中，铣削头206安装在铣削护筒204的底部。

回转支承203包括：上部转盘2031、回转油缸2032、第一转盘2033、第二转盘2034；

上部转盘2031安装在提升框架201的底部，若干第一组回转油缸2032铰接在上部转盘2031的另一侧，第一转盘2033铰接在第一组回转油缸2032的另一端，若干第二组回转油缸2032铰接在第一转盘2033的另一侧面上，第二转盘2034铰接在第二组回转油缸2032的底部且与铣削护筒204连接。

上部转盘2031在若干第一组回转油缸2032带动下可相对于第一转盘2033在0~60°范围内回转；

第二转盘2034在若干第二组回转油缸2032带动下可相对于第一转盘2033在60~120°范围内回转；进而在第一组回转油缸2032和第二组回转油缸2032带动下使第二转盘2034上的铣削护筒204相对于上部转盘2031实现0~120°范围内的回转。

调整单元包括：调节油缸301、导向板302、导向轴套303、导向销304、固定销轴305；

调整节4插接在立柱3底端，若干调节油缸301安装在立柱3外部且呈径向分布，导向销304安装在若干调节油缸301的动力输出轴端，固定销轴305固定连接在导向销304上，导向板302安装在立柱3外部且与导向销304对应，导向轴套303安装在导向板302上且与导向销304适配，若干调节孔分别开设在调整节4和立柱3上；在安装立柱3时，将每个分别开设在调整节4和立柱3上的若干调节孔重合对应，从而使每根立柱3的水平位置相同，若干调节油缸301的动力经过动力输出轴端传递至导向销304，使导向销304带动固定销轴305沿着导向板302、导向轴套303移动，移动至指定的水平位置上的调节孔处时，带动固定销轴305插入立柱3和调整节4重合的调节孔中，对立柱3进行调平。

提升框架201通过导向装置2011滑动连接在立柱3上，导向装置2011为开设在立柱3上的滑道和卡接在滑道中且与提升框架201固定连接的导轨，导向装置2011滑道和导轨的装配侧焊接有若干耐磨板。

立柱3上还安装有限位机构，限位机构包括：插销油缸2012、若干限位孔；

插销油缸2012安装在立柱3上且与提升框架201相对设置，若干限位孔开设在导向装置2011的中导轨上，限位插销安装在插销油缸2012的动力输出端；插销油缸2012的动力输出轴端与限位孔对应，通过插销油缸2012带动限位插销与限位孔插接，从而对导向装置2011以及导向装置2011上的提升框架201进行限位。

平台1上还安装有动力站101、泥浆卷盘102、电缆卷盘103、钢丝绳卷扬104、发电机105、液压卷盘106、操作室107；

动力站101与发电机105电联用于驱动发电机105，发电机105通过电缆卷盘103上缠绕的电缆与铣削装置2电联用于为铣削装置2提供动力扭矩；

钢丝绳卷扬104上缠绕有钢丝绳，钢丝绳卷扬104向外延伸的钢丝绳段与牵引滑轮组缠绕连接，从而通过钢丝绳卷扬104的转动调整钢丝绳向外延伸的段长，从而为牵引滑轮组上的提升框架201提供纵向运动的驱动力。

泥浆卷盘102上缠绕有泥浆管，泥浆卷盘102向外延伸的泥浆管段与泥浆泵205连接，通过泥浆管段向铣削头206输送高压冲洗液，清理铣削头206上铣削下来的岩屑；

液压卷盘106缠绕有液压油管，液压卷盘106上向外延伸的液压油管段与铣削装置2上的多个油缸和其它增压装置连接，通过液压油管段供油用于为整个设备输出液体压力；

进一步的，泥浆泵205外部一端设有吸渣头2051，吸渣头2051的一端对应铣削头206，吸渣头2051的另一端连接有吸渣管，吸渣管与岩屑泵连接，岩屑泵与排渣池连通，吸渣头2051通过吸渣管、岩屑泵向排渣池输送所清理的岩屑，排渣池设置在平台1上。

保压装置202通过若干压力传感器在施工过程中检测铣削头206的压力，并主要通过增压补偿器向铣削头206增压和排压，从而在随钻过程中调节铣削头206的压力，用于平衡铣削头206外部随泥浆深度变化的内外压力差。

超深环形断面破岩铣削施工装备的工作原理如下：

下放调整节4至海底并在海底处固定调整节4，下放立柱3至调整节4的顶部，驱动调节油缸301带动固定销轴305相对于调整节4运动，从而使固定销轴305配合在同一水平位置的若干调节孔中，最终使立柱3固定在调整节4上；在立柱3的顶部组装平台1，并在平台1上依次设置有动力站101、泥浆卷盘102、电缆卷盘103、钢丝绳卷扬104、发电机105、液压卷盘106、操作室107；操作室107指定深度后，通过钢丝绳卷扬104带动钢丝绳向下延伸，从而吊放钢丝绳一端的铣削装置2至海底面，并由通过插销油缸2012带动限位插销与限位孔插接，从而对导向装置2011以及导向装置2011上的提升框架201进行限位；在操作室107中控制回转油缸2032带动铣削护筒204回转铣削，铣削头206在铣削护筒204底部切削地层；泥浆卷盘102提供泥浆管连接泥浆泵205进行随钻反循环排渣；保压装置202随钻保持铣削头206内外压差恒定；由铣削护筒204上安装的传感器反馈装备深度和压力，调节铣削速度及铣削深度；铣削装置2完成当前指定深度的铣削任务后，钢丝绳提升铣削装置2，取出该铣削装置，完成施工，若操作室107重新指定深度，并继续驱动钢丝绳卷扬104下放钢丝绳，并重复回转铣削操作。

本发明设计的铣削施工装备无需专门搭建海上作业平台1，缩短工期和施工成本，且铣削装置2通过立柱3进行导向纵向滑移，回转支承203带动铣削护筒204回转，铣削护筒204下方安装泥浆泵205、铣削头206，安装的保压装置202抵抗随深度变化的外界压力；调整单元设置在立柱3底部，对整体施工装备调平，实现海底地形的环形槽段泵举反循环钻进，形成的槽段满足大桥桥墩护筒安放的基础要求，代替借助海上平台1作业大孔径设备。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种超深环形断面破岩铣削施工装备，其特征在于，包括：安装在立柱顶部的平台，设置在平台下方且与立柱滑动连接的铣削装置，安装在立柱底部的调整单元；

其中，所述铣削装置包括：与立柱滑动连接的提升框架、设置在提升框架上的保压装置、安装在提升框架底部的回转支承、设置在提升框架上的牵引滑轮组、设置在回转支承底部的铣削护筒、安装在铣削护筒中的泥浆泵、安装在铣削护筒底部的铣削头；

所述回转支承包括：安装在提升框架底部的上部转盘，铰接在上部转盘另一侧的若干第一组回转油缸，铰接在第一组回转油缸另一端的第一转盘，铰接在第一转盘另一侧面上的若干第二组回转油缸，铰接在第二组回转油缸底部且与铣削护筒连接的第二转盘；

所述调整单元包括：插接在立柱底端的调整节，安装在立柱外部且呈径向分布的若干调节油缸，安装在若干调节油缸的动力输出轴端的导向销，连接在导向销上的固定销轴，安装在立柱外部且与导向销对应的导向板，安装在导向板上且与导向销适配的导向轴套，分别开设在调整节和立柱上的若干调节孔；

所述平台上还安装有动力站、泥浆卷盘、电缆卷盘、钢丝绳卷扬、发电机、液压卷盘、操作室；

所述动力站与发电机电联用于驱动发电机，所述发电机通过电缆卷盘上缠绕的电缆与铣削装置电联用于为铣削装置提供动力扭矩；

所述钢丝绳卷扬上缠绕有钢丝绳，钢丝绳卷扬上向外延伸的钢丝绳段与牵引滑轮组缠绕连接，从而通过所述钢丝绳卷扬的转动调整钢丝绳向外延伸的段长，从而为牵引滑轮组上的提升框架提供纵向运动的驱动力；

所述泥浆卷盘上缠绕有泥浆管，所述泥浆卷盘上向外延伸的泥浆管段与泥浆泵连接；

所述保压装置用于平衡铣削头外部随泥浆深度变化的压力差。

2.根据权利要求1所述的一种超深环形断面破岩铣削施工装备，其特征在于，所述上部转盘在若干第一组回转油缸带动下可相对于第一转盘在0~60°范围内回转；

所述第二转盘在若干第二组回转油缸带动下可相对于第一转盘在60~120°范围内回转；进而在第一组回转油缸和第二组回转油缸带动下使第二转盘上的铣削护筒相对于上部转盘实现0~120°范围内的回转。

3.根据权利要求1所述的一种超深环形断面破岩铣削施工装备，其特征在于，所述提升框架通过导向装置安装在立柱上，所述导向装置为开设在立柱上的滑道和卡接在滑道中且与提升框架连接的导轨，所述滑道和导轨的装配侧焊接有若干耐磨板。

4.根据权利要求3所述的一种超深环形断面破岩铣削施工装备，其特征在于，所述立柱上还安装有限位机构，所述限位机构包括：安装在立柱上且与提升框架相对设置的插销油缸，开设在导向装置的导轨上的若干限位孔，安装在插销油缸的动力输出端的限位插销；所述插销油缸的动力输出轴端与限位孔对应，通过插销油缸带动限位插销与限位孔插接，从而对导向装置以及导向装置上的提升框架进行限位。

5.根据权利要求1所述的一种超深环形断面破岩铣削施工装备，其特征在于，所述泥浆泵外部设有吸渣头，所述吸渣头的另一端连接有吸渣管，所述吸渣管通过岩屑泵与排渣池连通，所述排渣池设置在平台上。

6.一种超深环形断面破岩铣削施工方法，其特征在于，基于权利要求4所述的铣削施工装备，包括：

S1、下放调整单元至海底并在海底处固定调整单元，下放立柱至调整单元的顶部，驱动调整单元中的调节油缸，调节油缸带动固定销轴相对于调整节运动，从而使固定销轴配合在同一水平位置的若干调节孔中，最终通过调整单元对立柱的水平高度进行调整；

S2、在立柱的顶部组装平台，并在平台上依次安装动力站、泥浆卷盘、电缆卷盘、钢丝绳卷扬、发电机、液压卷盘、操作室；

S3、操作室指定深度后，通过平台上的钢丝绳卷扬带动钢丝绳向下延伸，从而吊放钢丝绳一端的铣削装置至海底，并由通过限位机构中的插销油缸带动限位插销与限位孔插接，从而对导向装置以及导向装置上的提升框架进行限位；

S4、在操作室中控制回转支承带动铣削护筒回转，铣削头在铣削护筒底部切削地层；

S5、泥浆卷盘提供泥浆管连接泥浆泵进行随钻反循环排渣；保压装置随钻保持铣削头内外压差恒定；由铣削护筒上安装的传感器反馈装备深度和压力，调节铣削速度及铣削深度；

S6、铣削装置完成当前指定深度的铣削任务后，通过钢丝绳卷扬带动钢丝绳、牵引滑轮组提升铣削装置，取出该铣削装置，完成施工，若操作室重新指定深度，则继续驱动钢丝绳卷扬下放钢丝绳，并重复S3至S5的操作。

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