CN114876364B - 一种低净空全套管桩机系统及低净空全套管桩机装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种低净空全套管桩机系统及低净空全套管桩机装置。系统包括桩机本体和控制系统；桩机本体包括：主机架；走行及调姿伺服系统；万用承载平台，连接在主机架外顶的中部；卫星定位信号接收机，分别设置在万用承载平台及主机架顶部，与地基增强站构成低净空全套管桩机的高精度定位系统，用以赋予桩机时空信息基准和监测桩机姿态；控制系统包括：桩机边缘服务器和桩工时空信息云平台，两者协同作用，通过与桩机本体进行数据交互，实现在施工前桩机定位调平、套管贯入施工中垂直度控制和贯入取土后套管三维姿态测定。本申请实施例解决了现有技术缺少时空信息基准，施工定位调平、纠偏和三维姿态测控受人为影响较大的技术问题。

Description

一种低净空全套管桩机系统及低净空全套管桩机装置

技术领域

本申请涉及工程机械设备技术领域，具体地，涉及一种低净空全套管桩机系统及低净空全套管桩机装置。

背景技术

随着城市建设进程加快、路网的不断完善，在高铁、市政、桥梁等基础设施下方进行净空受限条件下的围护结构施工、地基加固处理及施工，而且又不能影响基础设施的安全稳定运行，是长期困扰建筑行业的难题。

桩基工程在低净空领域施工一直是目前国内外岩土工程机械施工的短板，尤其在铁路既有线增建第二线，高压线下施工，下穿既有建筑物工程等受限工况条件下，为解决净空受限条件下的围护结构施工、地基加固处理等施工难题，设计者不得不采用许多安全风险高、投资大、对环保有影响的工程措施，如施工设备高度较低的旋喷桩、布袋注浆桩等工程措施。所以，在不影响既有基础设施安全稳定运行条件下的低净空桩基础施工，是长期困扰建筑行业的难题。

全套管全回转桩机一般指利用全回转桩机对套管施加扭矩和垂直荷载，使套管在地层中边旋转边下压或上拔的装置。该过程脱离了泥浆护壁，为干式作业，对周围地层扰动小，成桩质量高，在国内外得到了广泛的应用。

全套管桩施工一般邻近重要结构物基础，对桩间距有着严格的要求，成桩后邻近桩基有的要求齿合严密，有的要求互不干扰。桩基形成的维护或支撑系统不能侵入既有结构物限界（比如桩基挤压既有桩基、侵入既有隧洞结构及运营的地下工程）和影响后续施工（比如桩基作为隧洞、基坑围护桩占位施工机械如盾构机的开挖路径），造成重大质量和安全事故。

桩基的施工质量主要受以桩基材料和施工工艺为主的自身因素影响和以桩间距和桩基几何尺寸为主的空间参数影响。可见空间参数影响着桩基的成桩几何形态，对桩基施工尤其是特殊条件下的低净空桩基施工质量起着决定性的作用。而空间参数的准确需要空间基准的准确，目前低净空全套管桩基施工中的空间基准主要通过人工测量（水准仪、经纬仪、全站仪等）来确定，涉及的空间参数主要有定位、调平、纠偏、套管拼接监控和成桩检测。依靠人工测量的桩机及桩体空间几何控制，在一定程度上会干扰正常施工工序，降低施工效率，受人为影响较大，缺少实时监控和预警能力，阻碍了低净空桩工设备的数字化和智能化发展。

现有技术中，关于套管姿态控制，公开了一种双套筒坎岩准直桩垂直度检测装置（CN202021718095.8）和全套管钻机纠偏方法、装置及系统 （CN201310033752.3）。所述装置和方法都没有解决全套管桩机和套管实时姿态监控的问题。

在背景技术中公开的上述信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此其可能包含没有形成为本领域普通技术人员所知晓的现有技术的信息。

发明内容

本申请实施例提供了一种低净空全套管桩机系统及低净空全套管桩机装置，以解决传统的全套管桩机缺少时空信息基准，施工定位调平、纠偏和三维姿态监控受人为影响较大的技术问题。

本申请实施例的提供了一种低净空全套管桩机系统，包括桩机本体和控制系统；

所述桩机本体包括：

主机架；

走行及调姿伺服系统，安装在所述主机架的底部；

万用承载平台，可锁紧可解锁连接在所述主机架外顶的中部，作为施工部件搭载平台；

卫星定位信号接收机，分别设置在万用承载平台及主机架顶部，与地基增强站构成低净空全套管桩机的高精度定位系统，用以赋予桩机时空信息基准和监测桩机姿态；

所述控制系统包括：

布置于控制系统前端的桩机边缘服务器和布置于云端的桩工时空信息云平台，所述桩机边缘服务器和所述桩工时空信息云平台协同作用，通过与桩机本体进行数据交互，实现在施工前桩机定位调平、套管贯入施工中垂直度控制和贯入取土后套管三维姿态测定。

本申请实施例还提供一种低净空全套管桩机装置，包括桩机本体和布置于前端的桩机边缘服务器；

所述桩机本体包括：

主机架；

走行及调姿伺服系统，安装在所述主机架的底部；

万用承载平台，可锁紧可解锁连接在所述主机架外顶的中部，作为施工部件搭载平台；

卫星定位信号接收机，分别设置在万用承载平台及主机架顶部，与地基增强站构成低净空全套管桩机的高精度定位系统，用以赋予桩机时空信息基准和监测桩机姿态；

所述桩机边缘服务器，用于通过与所述走行及调姿伺服系统数据交互，在施工前对桩机进行定位调平、套管贯入施工中垂直度控制和贯入取土后套管三维姿态测定。

本申请实施例由于采用以上技术方案，具有以下技术效果：

本申请实施例的低净空全套管桩机系统中，万用承载平台作为施工部件的搭载平台，在施工前且万用承载平台锁紧在初始位置时，在万用承载平台的位置能够确定时，即将施工的桩位位置能够确定。承载平台卫星定位信号接收机与万用承载平台固定，承载平台卫星定位信号接收机的位置坐标能够标识万用承载平台的位置。分别设置在万用承载平台及主机架顶部的卫星定位信号接收机与地基增强站构成低净空全套管桩机的高精度定位系统，用以赋予桩机时空信息基准和监测桩机姿态。布置于控制系统前端的桩机边缘服务器和布置于云端的桩工时空信息云平台，通过与桩机本体进行数据交互，实现在施工前桩机定位调平、套管贯入施工中垂直度控制和贯入取土后套管三维姿态测定。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例的低净空全套管桩机系统的示意图；

图2为图1所示低净空全套管桩机系统的桩机本体的示意图；

图3为图2的分解图；

图4为图2所示的桩机本体的套管和多源套管姿态监测及检测系统的配合示意图；

图5和图6为图4所示的多源套管姿态监测及检测系统的两种状态的示意图；

图7为图2所示的桩机本体的万用承载平台的变化状态示意图；

图8为图2所示的桩机本体的回转驱动系统的示意图。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本申请考虑了导致低净空全套管桩机空间几何参数失控的主要因素，主要提供一种适合在低净空施工环境下施工的融合北斗定位及自动伺服控制功能的全套管全回转尺寸及重量可调桩机装置及系统。

针对桩机施工过程中的空间参数控制环节主要有定位、调平、套管纠偏和成桩检测四个方面。现有技术中，四个环节面临如下实际问题：

（1）桩位定位精度低：对于桩基点定位主要通过现场人工放样标点，定位精度低，且施工开始后点位标志会被破坏，施工过程中无法实时监测桩位偏离程度；在邻近既有地下结构物施工的过程中，需要开挖暴露后确定相互位置关系。

（2）桩机姿态变化敏感度低。桩机的调平主要依靠设备自身的水准气泡和人工控制测量，需要通过人为观察凭经验调整，对施工过程中的桩机姿态变化敏感度较低。

（3）缺乏套管监控手段。对于套管拼接监控主要依靠套管自身端口平整度，人工水平尺和经纬仪测量控制，套管下沉钻进过程中缺少对每节套管中心轴线的监控。

（4）智能化程度低。对于套管贯入取土后套管姿态检测，无水情况下多通过钢筋笼、垂线或激光对中检测，对于像低净空多节连接长套管的在地层中的三维姿态缺乏好的检测措施，对于围护桩群或承载桩群的整体相互关系缺乏精确描述，无法为BIM等数字化模型提供足够精度的现实数据，难以实现BIM模型上的碰撞检查，不能及时为复杂结构施工提供预警。

实施例一

如图1至图8所示，本申请实施例的低净空全套管桩机系统，包括桩机本体和控制系统；其中：

所述桩机本体包括：主机架1、北斗机架姿态监测系统2、走行及调姿伺服系统3、回转驱动系统4、套管5、万用承载平台6、多源套管姿态监测及检测系统7、施工部件15。带有多源感知终端的低净空全套管桩机8为桩机本体1至7以及施工部件15的总成。

控制系统用于对带有多源感知终端的低净空全套管桩机8进行控制，包括：北斗卫星系统9、地面伪卫星基站10、北斗地基增强站11、桩机边缘服务器12、北斗桩工时空云平台13（简称云平台）、实时伺服通讯模块14。

具体的，北斗机架姿态监测系统2包括卫星定位信号接收机，分别设置在万用承载平台及主机架顶部，与地基增强站构成低净空全套管桩机的高精度定位系统，用以赋予桩机时空信息基准和监测桩机姿态。其中，设置在主机架外顶的各个顶角位置的卫星定位信号接收机为机架卫星定位信号机，为低净空全套管桩机的高精度定位系统的一部分以获取机架的空间几何位置坐标；设置在万用承载平台顶部的卫星定位信号接收机为承载平台卫星定位信号接收机。

本申请实施例的低净空全套管桩机系统主要是由“云、边、端”三个部分，组成的物联网系统。

“云”是北斗桩工时空云平台13，是桩机边缘服务器12的上级管控端；能够把握全局，处理大量数据并进行深入分析。

“边”是桩机边缘服务器12，实时与设备终端交互，侧重于局部，能够更好地在小规模、实时的智能分析中发挥作用。

“端”是桩机装置，即带有多源感知终端的低净空全套管桩机8。

北斗桩工时空云平台13负责的云计算更适合大规模数据的集中处理，而桩机边缘服务器12负责的边缘计算可以用于小规模的智能分析和本地服务 。

边缘计算与云计算相辅相成、互相协调，实现低净空全套管桩机的数字化。

布置于控制系统前端的桩机边缘服务器12和布置于云端的桩工时空信息云平台13协同作用，通过与带有多源感知终端的低净空全套管桩机8数据交互，实现在施工前桩机定位调平、套管贯入施工中垂直度控制和贯入取土后套管三维姿态测定。

实现事前桩机就位的说明

实施中，如图1所示，在桩机本体中：

走行及调姿伺服系统3，安装在所述主机架的底部；

万用承载平台6，可锁紧可解锁连接在所述主机架外顶的中部，作为施工部件搭载平台；

承载平台卫星定位信号接收机21，与所述万用承载平台6固定，为桩机高精度定位系统的一部分以获取承载平台的位置坐标。

控制系统中：

如图1所示，桩机边缘服务器12，具体用于在施工前，根据桩位预设位置和承载平台卫星定位信号接收机21的位置坐标，控制所述走行及调姿伺服系统3走行直至所述承载平台卫星定位信号接收机到达桩位预设位置，以调整桩机就位并进行调平。

具体的，桩位预设位置是将要施工形成的灌注桩的坐标设计位置。将要施工形成的灌注桩设计参数包括坐标位置、桩长、桩径和桩的垂直度等等。桩位预设位置一般是一个范围如以一个点为圆心的圆形。

本申请实施例的低净空全套管桩机系统中，万用承载平台作为施工部件的搭载平台，在施工前且万用承载平台锁紧在初始位置时，在万用承载平台的位置能够确定时，即将施工的桩位位置能够确定。承载平台卫星定位信号接收机与万用承载平台固定，承载平台卫星定位信号接收机的位置坐标能够反应万用承载平台的位置。承载平台卫星定位信号接收机作为桩机高精度定位系统的一部分，能够得到承载平台的位置坐标。桩机边缘服务器12根据桩位预设位置和施工前承载平台卫星定位信号接收机的位置坐标，控制所述走行及调姿伺服系统走行直至所述承载平台卫星定位信号接收机到达桩位预设位置。这样，只要桩机边缘服务器获得了桩位及姿态预设参数，之后的依据卫星定位坐标和伺服传感器参数进行的施工前定位调平、施工中伺服纠偏，低净空全套管桩机系统都能够自动进行。另外，在统一时空信息基准下通过卫星定位信号接收机获取的桩机各关键控制点的位置坐标，与传统的人工定位方式相比，定位精度和定位效率更高。

具体的，承载平台卫星定位信号接收机作为桩机高精度定位系统的一部分，能够获得承载平台卫星定位信号接收机所在位置的位置坐标，位置坐标包括经度、纬度和高度。

具体的，承载平台卫星定位信号接收机固定在所述万用承载平台6顶面的中心位置。

承载平台卫星定位信号接收机的信号受到的遮挡较少，有效的利用了万用承载平台6顶面的位置。

实现事前桩机调平的说明

实施中，如图2所示，所述桩机本体还包括：

多个机架卫星定位信号接收机22，分别固定在所述主机架外顶的各个顶角位置，为桩机高精度定位系统中的一部分以获取机架外顶的各个顶角的位置坐标；

所述桩机边缘服务器具体用于：

在施工前且所述承载平台卫星定位信号接收机到达桩位预设位置（即在桩机就位）的情况下，控制所述走行及调姿伺服系统3调整主机架顶角位置的高度直至各个机架卫星定位信号接收机的高度相同，以调整桩机，即调整桩机姿态处于水平状态。

施工前，先将桩机就位，之后将桩机调平。桩机调平通过机架卫星定位信号接收机、走行及调姿伺服系统和桩机边缘服务器配合实现，使得调平的精度更高，调平的效率更高。

具体的，调平的精度在厘米级。

具体的，所述机架卫星定位信号接收机为桩机高精度定位系统中的一部分，能够获得机架卫星定位信号接收机所在位置的位置坐标，位置坐标包括经度、纬度和高度。

具体的，机架卫星定位信号接收机为四个，分别固定在所述主机架的顶面的四个顶角的位置。

机架卫星定位信号接收机的信号受到的遮挡较少，有效的利用了主机架顶面的位置。

具体的，机架卫星定位信号接收机、承载平台卫星定位信号接收机均采用多模北斗高精度定位信号接收机（兼容主流导航系统信号）。

实施中，如图1所示，所述机架卫星定位信号接收机、承载平台卫星定位信号接收机、北斗卫星系统9、地面伪卫星基站10和北斗地基增强站11构成了桩机高精度定位系统，使得用于定位和调姿的机架各关键位置的定位坐标精确度更高。

实现套管5的首节短套管落入桩位预设位置的说明

实施中，如图4，图5和图6所示，所述桩机本体中：

拼接式的套管5由首节短套管和陆续拼接的多个后节短套管组成；

回转驱动系统4固定安装在所述主机架的内底；其中，所述回转驱动系统4用于在万用承载平台锁紧在初始位置且桩机就位和桩机调平时，对中夹持首节短套管使其对应桩位预设位置；所述回转驱动系统4还用于带动套管进行下钻贯入地层或上拔套管。

这样，在万用承载平台锁紧在初始位置，桩机就位和桩机调平后，回转驱动系统4对中夹持住首节短套管，向下落入到地层的位置，就对应了桩位预设位置。即实现了首节短套管落入到桩位预设位置。之后进行首节短套管下钻贯入地层中。首节短套管和后续各个后节短套管在下钻贯入地层时，为了实现后续的拼接，会露出一部分在地层之上。

之后，拼接一个后节短套管，会将新拼接的后节短套管下钻贯入地层；各个后节短套管的拼接和下钻贯入地层的过程类似。首节短套管下钻贯入地层、后节短套管拼接和下钻贯入地层的过程中，会产生较大的振动，桩机实际位置和桩机实际姿态都会发生变化，需要对桩机实际位置、桩机实际姿态、套管姿态的变化进行控制，使得变化在预设范围内，超出预定范围则需要进行调整。因此，需要桩机实际位置、桩机实际姿态、套管姿态进行监控和控制。

短套管下钻贯入地层的说明

实施中，如图1，图2，图4，图5和图6所示，所述桩机本体还包括：

套管姿态监测及检测系统7，能够安装在所述万用承载平台6的下底；

套管进行下钻贯入地层的过程中：

所述万用承载平台6处于解锁状态能够在所述主机架1外顶活动：

所述套管姿态监测及检测系统7用于检测正在下钻贯入地层的短套管的位置坐标、套管轴线位置和套管倾斜度；

桩机边缘服务器12，具体用于以正在下钻贯入地层的短套管的位置坐标为参考位置，根据套管轴线位置和套管倾斜度、承载平台卫星定位信号接收机的位置坐标、机架卫星定位信号接收机的位置坐标，控制所述走行及调姿伺服系统对桩机本体进行调平以及走行移动直至套管达到预设的垂直度。

首节短套管落入到桩位预设位置后，首节短套管局部下钻贯入地层的过程进行说明，具体如下：

第一步：解锁万用承载平台，使其处于X和Y方向自由状态，其下部连接的套管姿态监测及检测系统7伸入到首节短套管中，回转驱动系统4带动套首节短套管进行下钻；在此过程中，套管姿态监测及检测系统7检测正在下钻的首节短套管的位置坐标、套管轴线位置和套管倾斜度；

此时，施工过程中振动或地层阻力会导致承载平台卫星定位信号接收机偏离万用承载平台的初始对中位置，此时，即首节短套管和承载平台卫星定位信号接收机之间连接的套管姿态监测及检测系统的轴线位置（视为套管轴线位置）已经倾斜；此时，需要通过走行及调姿伺服系统3使桩机微调位置和姿态，以实现调整承载平台卫星定位信号接收机的位置，目标是调节贯入过程中的套管垂直度在预设范围内。另外，还需要对桩机本体进行调平。

第二步：调节的方式是：桩机边缘服务器12以正在下钻的首节短套管的位置坐标为参考位置，根据套管轴线位置和套管倾斜度、承载平台卫星定位信号接收机的位置坐标、机架卫星定位信号接收机的位置坐标，对桩机本体进行调平以及走行移动直至正在下钻贯入地层的短套管达到预设的垂直度。调整的目标是套管垂直且桩机调平，通过将承载平台卫星定位信号接收机调整到首节短套管之上，且各个机架卫星定位信号接收机的高度相同。

这样，在套管下钻贯入地层的过程中，整体的垂直度是受到控制的，使得后续取土、成孔和灌注形成灌注桩后，灌注桩的位置和垂直度都能达到预设要求。

实施中，在套管进行下钻贯入地层的过程中：

所述套管姿态监测及检测系统7还用于检测正在下钻贯入地层的短套管的实际转速和实际贯入速度；

桩机边缘服务器12具体用于根据预设转速、预设贯入速度、正在下钻贯入地层的短套管的实际转速和实际贯入速度，动态控制正在下钻贯入地层的短套管的实际转速和实际贯入速度。

这样，实现了正在下钻贯入地层的短套管的实际转速和实际贯入速度的闭环控制。

实现套管5的拼接及检测的说明

实施中，在短套管进行拼接的过程中：

所述万用承载平台处于解锁状态能够在所述主机架外顶活动；

套管姿态监测及检测系统7伸入到最近一个局部下钻贯入地层的短套管内，用于检测最近一个局部下钻贯入地层的短套管的位置坐标、套管轴线位置和倾斜度；

桩机边缘服务器12，具体用于以最近一个下钻贯入地层的位置坐标为参考位置，根据套管轴线位置和套管倾斜度、承载平台卫星定位信号接收机的位置坐标、机架卫星定位信号接收机的位置坐标，控制所述走行及调姿伺服系统对桩机本体进行调平以及走行移动直至套管达到预设的垂直度。

具体的，套管姿态监测及检测系统7和万用承载平台之间是可拆卸连接，需要使用套管姿态监测及检测系统7是进行固定连接，不需要时进行拆除。

以正在拼接的短套管为第一个后节短套管为例进行说明，首节短套管的一部分下钻贯入地层，此时，首节短套管是落入到地层中且位于桩位预设位置处。因此，局部下钻的首节短套管贯入到地层中的位置为桩位预设位置，作为参考位置。正在拼接的第一个后节短套管的一端与首节短套管对接，此时，套管姿态监测及检测系统7伸入到套管内，且万用承载平台处于解锁状态能够在所述主机架外顶活动。由于施工中桩机本体的振动或地层阻力，会导致万用承载平台跟随套管偏离万用承载平台的初始对中位置，即此时承载平台卫星定位信号接收机的位置坐标不再对应桩位预设位置；还会导致桩机本体倾斜，需要进行调平。因此，桩机边缘服务器12以首节短套管的位置坐标为参考位置，通过将承载平台卫星定位信号接收机调整到首节短套管之上，且各个机架卫星定位信号接收机的高度相同为目标进行动态调整套管拼接过程中的垂直度。

实施中，在套管贯入取土后：

套管姿态监测及检测系统7还用于置入所述完成全部拼接的套管内沿所述套管的内壁进行上下往复测量获取所述套管的三维实际姿态；所述套管的三维实际姿态的参数包括套管的高度、各节短套管的垂直度、各节段套管的内径；

桩机边缘服务器具体用于根据套管的三维实际姿态和套管的三维预设姿态，判断套管的三维实际姿态是否符合要求。

这样，套管姿态监测及检测系统7和桩机边缘服务器12配合，实现了对套管的三维实际姿态的获取和判断。

关于高精度定位的说明

实施中，如图1所示，所述地面伪卫星基站10和北斗地基增强站11为桩基高精度定位系统中的一部分；

云平台13，用于根据桩机边缘服务器发送的承载平台卫星定位信号接收机的位置坐标、机架卫星定位信号接收机的位置坐标，北斗卫星系统9、地面伪卫星基站10和北斗地基增强站11的时空基准数据，实现所述承载平台卫星定位信号接收机和所述机架卫星定位信号接收机的高精度定位以得到高精度的承载平台位置坐标和机架各关键部位的位置坐标。

上述是以实现的功能为中心对低净空全套管桩机系统进行的说明。下面针对低净空全套管桩机系统的各个部件进行说明。

主机架1的说明

实施中，如图3所示，主机架1，包括：

核心框架11-1，用于支撑万用承载平台6和回转驱动系统4、连接走行及调姿伺服系统3；

扩展框架12-1，能够可拆卸的与核心框架连接；

支撑框架13-1，固定在所述核心框架之下，用于与走行及调姿伺服系统3配合实现桩机本体的走行。

具体的，主要用来扩展桩机功能，如承载注浆系统、套管吊送系统、监测系统和配重系统。

北斗机架姿态监测系统2的说明

如图2和图3所示，北斗机架姿态监测系统2，包括承载平台卫星定位信号接收机21和四个机架卫星定位信号接收机22。

承载平台卫星定位信号接收机用于事前桩机就位的调整；四个机架卫星定位信号接收机用于事前桩机调平的调整；并在始终过程中，依据预警值通过桩机边缘服务器12和云平台13实时循环监测-处理-反馈桩机姿态的参数，与走行及调姿伺服系统3进行数据双向传输，实现机架姿态的保持。即通过北斗机架姿态监测系统2采集的桩机姿态数据，与边缘服务器12预警值对比计算，将每个走行及调姿伺服终端的调整参数计算出来，再通过伺服系统控制桩机调整，这个过程中云平台13始终对边缘服务器12的计算进行监控校对，并对时空基准进行校准，灌入边缘服务器大数据分析结果，调整施工参数。

同时，云平台13始终对边缘服务器12的计算进行监控校对，并对时空基准进行校准，灌入对边缘服务器12所采集施工大数据的分析结果，调整施工参数。

走行及调姿伺服系统3的说明

如图3所示，所述走行及调姿伺服系统3包括：

双向双层走行板31；

设置在所述双向双层走行板31内的X向液压伺服系统32和Y向液压伺服系统33；

设置在主机架和所述双向双层走行板31之间的Z向液压伺服系统34。

在桩机边缘服务器的伺服控制下，X向液压伺服系统32和Y向液压伺服系统33能够实现桩机本体走行（包括实现桩机就位），Z向液压伺服系统34能够实现调整主机架顶角位置的高度的调整（包括实现桩机调平），进而也实现对套管的垂直度调整（包括套管姿态的调整）。

回转驱动系统4的说明

如图8所示，回转驱动系统4包括回转支撑平台41、转盘及回转齿轮传动系统42、套管对中夹持系统43、双向驱动系统44、转盘顶升及下拉系统45。

转盘及回转齿轮传动系统42和回转支撑平台41间通过轴承连接，由电动或液压双向驱动系统44的齿轮驱动同心转动；回转驱动系统4主要通过套管对中夹持系统43对中夹持套管5，顶进（下钻）或抬升（上拔）套管5。

套管5的说明

如图4所示，所述套管5包括拼接式的套管5，由首节短套管53和陆续拼接的多个后节短套管51、快速对接环52。

具体的，多个后节短套管51和快速对接环52，短套管之间在固定连接时通过快速对接环52进行限位；短套管包括首节短套管53和后节短套管51；

环形阵列刀头54，所述环形阵列刀头54可拆卸的固定连接在所述首节短套管53的下端。

环形阵列刀头54和首节短套管5之间可拆卸的固定连接，能够方便的更换环形阵列刀头。这样，能够根据地层岩土属性更换环形阵列刀头54，以达到套管快速贯入地层的目的。

具体的，首节短套管53和环形阵列刀头54通过快速拆装机构连接。

具体的，套管5为由多节短套管焊接或快速栓接形成拼接式的套管。将未拼接的一节短套管和首节短套管对中之后固定连接在首节短套管的上端，固定连接的方式可以为焊接或快速栓接。之后，将未拼接的一节短套管继续固定连接；依次进行下去，形成拼接式的套管。快速对接环52用于为套管的对中焊接或快速栓接提供快速限位。

具体的，套管5贯入过程中，对于贯入困难地层可以在万用承载平台6加载套管注浆模块152，通过贯通设置在套管外侧的注浆管注浆，以实现润滑地层减少摩擦阻力，提高套管贯入效率。

万用承载平台6的说明

实施中，如图7所示，所述万用承载平台6，包括：

X向齿条导向板61，固定在所述核心框架11-1的外顶；

Y向齿条导向板62，啮合连接在所述X向齿条导向板61的外顶，且所述Y向齿条导向板62相对于所述X向齿条导向板啮合传动的方向为X向；

顶部承载板63，啮合连接在所述Y向齿条导向板62的外顶，且所述顶部承载板63相对于所述Y向齿条导向板62啮合传动的方向为Y向；

其中，所述顶部承载板的外顶的中部固定所述承载平台卫星定位信号接收机，所述顶部承载板用于搭载施工部件。

具体的，顶部承载板63能够快接搭载多源套管姿态监测及检测系统7、套管吊装模块151、套管注浆模块152、取土系统模块153和混凝土灌注模块154。即万用承载平台6能够快接搭载多个功能模块。。

具体的，万用承载平台6的X向齿条导向板61与核心框架11-1通过螺栓连接。

这样，在万用承载平台6需要更换时，能够方便的拆卸下来进行更换。

具体的，X向齿条导向板为矩形框形状的X向齿条导向板，所述X向齿条导向板的短边与核心框架11-1通过螺栓固定，X向齿条导向板的长边的长度方向为X向，X向齿条导向板的短边的长度方向为Y向；

Y向齿条导向板62为正方形框形状的Y向齿条导向板62，且所述Y向齿条导向板62的边长和所述X向齿条导向板的短边长度一致；

顶部承载板63为田字形的顶部承载板63，所述顶部承载板63的外边长和所述Y向齿条导向板62的边长的长度一致，顶部承载板63的十字形交叉位置作为用于快接搭载的位置。

在每节短套管的钻进过程中，万用承载平台6的X向齿轮导向板61、Y向齿轮导向板62处于解锁状态，可使得下部搭载的多源套管姿态监测及检测系统7在平面内解除约束，桩机和整节套管的动态参数都可以通过机架卫星定位信号接收机（即北斗机架姿态监测系统2）和多源套管姿态监测及检测系统7获取，包括桩机位移、机架姿态，套管转速、贯入速度、轴心位置、轴线倾角等。动态参数通过物联网与桩机边缘服务器12的数据双向交互，可以实现套管钻进过程中的桩机水平姿态保持和套管垂直姿态保持。

在下钻过程中，万用承载平台处于解锁状态的目的是为了在下钻的过程中，让多源套管姿态监测及检测系统7，与套管在水平方向上同步运动，用以监测套管下钻过程的轴线姿态。

多源套管姿态监测及检测系统7的说明

实施中，如图4，图5和图6所示，多源套管姿态监测及检测系统7包括：

自上而下顺序固定的法兰盘71、多级伺服液压杆72、测斜仪和端部伺服液压杆75；所述多级伺服液压杆72和所述端部伺服液压杆75能够伸缩；

能够张开的全向支撑架73，固定在所述测斜仪的下部和所述端部伺服液压杆75的下部；

四个全向自适应导轮74，四个所述全向自适应导轮以两两相背的方式可转动的安装在所述全向支撑架处；

其中，在所述端部伺服液压杆75进行伸缩时，所述全向支撑架73的张开程度能够变化以顶紧在短套管的内壁处。

实施中，如图4，图5和图6所示，所述全向自适应导轮74和全向支撑架73之间为转动连接，且所述全向自适应导轮能够处于横向状态且也能够转动呈竖向状态；

在套管姿态监测及检测系统7置入所述套管内沿所述套管的内壁进行上下往复测量获取所述套管的三维实际姿态的过程中，所述全向自适应导轮处于竖向状态；

在短套管进行拼接的过程中，所述全向自适应导轮处于横向状态。

实施中，如图4，图5和图6所示，多源套管姿态监测及检测系统7还包括：

MEMS微惯导77，固定在所述端部伺服液压杆75的底端；

其中，所述MEMS微惯导用于检测正在下钻贯入地层的短套管的实际转速和实际贯入速度。

在套管拼接过程中，万用承载平台处于先解锁，推到主机架一端锁定备用，这样可以腾出中心位置用以拼接，拼接后再解锁移入套管内，继续进行姿态监控。

带有多源感知终端的低净空全套管桩机8的说明

如图1，图2和图3所示，多源感知终端的低净空全套管桩机8为桩机本体1至7以及施工部件15的总成。

控制系统的说明

实施中，如图1所示，所述地面伪卫星基站10和北斗地基增强站11为桩基高精度定位系统中的一部分；

布置于云端的桩工时空信息云平台13，用于根据桩机边缘服务器12发送的承载平台卫星定位信号接收机的位置坐标、机架卫星定位信号接收机的位置坐标，北斗卫星系统9、地面伪卫星基站10和北斗地基增强站11的时空基准数据，实现所述承载平台卫星定位信号接收机和所述机架卫星定位信号接收机的高精度定位，以得到高精度的承载平台位置坐标和机架各关键部位的位置坐标。

具体的，北斗卫星系统9和地面伪卫星基站10，主要用来在桩机本体位于开阔或卫星信号遮挡区域施工时，实现北斗/伪卫星协同定位，提高带有桩机本体（即带有多源感知终端的低净空全套管桩机8）的姿态和监测控制精度。

具体的，北斗地基增强站11包括北斗/GPS兼容接收机111、高精度专用测量型天线112、观测墩113、供电系统（市电/太阳能供电、UPS）114、和通讯模块（GPRS/3G/4G/5G/无线网桥/电台/光纤）115。

具体的，桩机边缘服务器12包括硬件系统121、网络模块122、边缘伺服控制计算软件123，桩机边缘服务器12是承载桩机自动化系统边缘计算功能的实物载体，其承载的边缘计算是一种优化应用程序或云计算系统的技术，将数据的处理、应用程序的运行，甚至一些功能服务的实现，由中心服务器一个或多个中心节点（“云”）下放到网络边缘的逻辑端点上（“端”），具有实时、智能和数据聚合的性能优势。

具体的，北斗桩工时空云平台13，简称云平台，包括数据处理子系统131、数据分析与发布系统132，主要提供北斗高精度位置服务。主要包括：GNSS数据统一管理，接入基准站原始观测数据，并将原始观测数据进行存储和转发；高精度差分数据处理，对原始观测数据进行解析和预处理，利用网络RTK和网络RTD技术，生成实时高精度差分数据产品；北斗通信服务，北斗数据综合处理系统到基准站系统、数据播发系统、业务数据综合处理系统的数据分发。

实施中，桩机边缘服务器12具体用于：

生成针对桩机的伺服控制指令，如图3和图5所示，针对桩机的伺服控制指令包括对X向液压伺服系统32、Y向液压伺服系统33、Z向液压伺服系统34、多级伺服液压杆72、端部伺服液压杆75的伺服控制指令；

如图5所示，实时伺服通讯模块14用于：

将所述桩机本体的伺服传感器检测数据传输至桩机边缘服务器12；

将针对桩机的伺服控制指令传输至X向液压伺服系统32、Y向液压伺服系统33、Z向液压伺服系统34、多级伺服液压杆72、端部伺服液压杆75；

其中，伺服传感器包括承载平台卫星定位信号接收机、机架卫星定位信号接收机、测斜仪、MEMS微惯导。

具体的，实时伺服通讯模块，主要为5G/无线网桥/光纤等大带宽、低延时通讯方式。实时伺服通讯模块实现桩机边缘服务器与桩机本体（即带有多源感知终端的低净空全套管桩机）的实时数据交互和伺服控制，具体用于将所述桩机本体的伺服传感器检测数据传输至桩机边缘服务器，还用于将桩机边缘服务器的伺服控制指令传输至所述桩机本体以实现对桩机本体的调整。

施工部件15的说明

实施中，如图1所示，施工部件15包括：

套管吊装模块151，用于对套管进行吊装；

套管注浆模块152，用于在套管进行下钻贯入地层的过程中注浆进行润滑；

取土系统模块153，用于在贯入地层的套管内进行取土；

混凝土灌注模块154，用于在取土后的套管内安装钢筋笼并进行混凝土灌注。

其中，套管吊装模块151、套管注浆模块152、取土系统模块153和混凝土灌注模块154能够分别和万用承载平台快速对接，以实现套管的吊装、对套管的注浆、取土成孔和混凝土灌注。

施工部件15还可以包括其它可拓展的模块，这些模块可快速对接万用承载平台6，协助完成施工前准备，施工中监测，施工后检测的工作，是整个桩机系统不可或缺的一部分。

下面对本申请的低净空全套管桩机系统的特点进行总结如下：

（1）通过引入北斗卫星和伪卫星定位系统，在桩机机架顶部设置4个测量型接收机、在万用承载平台设置1个测量型接收机，在施工区域附近设置增强站，并接入北斗桩工时空云平台，可以解决低净空桩机对空开阔或邻近构筑物遮挡情况下的桩位放样、桩机定位和调平、桩机姿态跟踪等桩机时空位置问题，并能发挥云平台的桩机施工数据清洗、提取、挖掘、分发等大数据分析能力，促进低净空全套管桩机的智能化迭代升级。

（2）施工过程中，通过设置边缘服务器、大宽带低时延实时伺服通讯模块（5G/无线网桥/光纤等），设置于桩机上的多个北斗高精度测量型接收机，设置于多源套管姿态监测及检测系统中的测斜仪、MEMS和微型惯导，可以实时监控桩机姿态和桩位位置（比如受施工震动和地基下沉影响下，桩位及桩机姿态会在施工过程中发生变化），并可以将姿态数据反馈给桩机伺服液压及电传机构，实现桩机姿态的实时最优保持。

（3）套管贯入地层过程中，通过基于北斗高精度定位、加速度计、MEMS和微型惯导的模块化多源套管姿态监测及检测系统，可以实时监测每节套管贯入过程中的中心偏移轨迹，判断每节套管的倾斜情况，超过预警值时，将通过边缘服务器实时驱动桩机XY平面内的X向和Y向液压伺服系统，通过桩机位移带动桩机夹持系统整体位移，解决低净空短套管频繁拼接过程轴线姿态控制、贯入速度角度监控以及每节套管实时纠偏的问题，保证成桩后的桩体垂直度。

（4）利用多源套管姿态监测及检测系统中的液压伸缩杆、测斜仪和微惯导，组成套管取土后的内壁深层水平位移测斜系统，解决了全套管贯入后最终几何状态检测的难题，为低净空数字化智能化施工提供精确孪生数据，辅助BIM模型的正向设计和仿真预警分析，实现隐蔽工程的数字化施工。

下面对本申请的低净空全套管桩机系统的效果进行总结，如下：

对低净空桩机从结构到功能，再到系统进行全面模块化设计。

（1）结构上，主机构包括核心框架和拓展框架，可根据不同工况单独使用或组合使用，解决了一些下穿和邻近既有结构物施工中的桩机尺寸和重量限制问题；

（2）功能上，通过万用承载平台与不同功能模块进行快速连接，桩机整体具备了吊装、钻进、注浆、过程监控、纠偏、开挖取土、混凝土灌注、成桩检测等模块化功能；

（3）系统上，采用北斗卫星和伪卫星高精度导航定位系统（包括地面伪卫星基站和北斗地基增强站）为桩机本体提供时空基准和多源感知系统，同时采用“云+端”的模式，为桩机本体设置边缘服务器（包括自动伺服控制系统），通过物联网信息交互实现桩机的实时自动伺服智能控制，并将数据实时汇集到北斗桩工时空云平台，通过施工过程设备参数大数据的收集、清洗、提取和挖掘，形成低净空全套管桩机的智慧化施工专家系统。

带有北斗多源感知模块化装置的低净空全套管桩机系统

（1）提出了一种适合在低净空施工环境下施工的融合北斗定位及自动伺服控制功能的全套管全回转尺寸及重量可调桩机系统--即低净空全套管桩机系统，可实现统一北斗时空信息基准条件下的低净空环境下桩机及套管姿态的保持，数字化控制及大数据分析。

（2）通过设置于桩机的多个北斗高精度定位信号接收机（简称北斗高精度接收机），可以实时监控桩机姿态和桩位位置，并可以将姿态数据反馈给桩机伺服液压及电传机构，实现施工前和施工中桩机姿态的实时最优保持。

（3）通过基于北斗高精度定位、测斜仪、MEMS和微型惯导的模块化套管监测检测系统，解决低净空短套管频繁拼接过程轴线姿态控制、贯入速度角度监控以及全套管贯入后最终几何状态检测的难题。

（4）为低净空数字化智能化施工提供精确孪生数据，辅助BIM模型的正向设计和仿真预警分析，实现隐蔽工程的数字化施工。

桩基工程在低净空领域施工一直是目前国内外岩土工程机械施工的短板，尤其在铁路既有线增建第二线，高压线下施工，下穿既有建筑物工程等受限工况条件下导致工程有时无法实施。本专利除了可以实现低净空（大于等于3.5m小于等于4.5m）条件下的全套管全回转灌注桩的施工外，还实现了桩机结构的模块化、基于北斗多源传感器的桩机及套管姿态自动伺服控制、低净空群桩的数字化施工。

具体地以下穿既有桥梁工程，既有桥桩低净空维护桩施工为例，本发明的具体实施方式如下：

（1）施工前期准备

施工前应搭建控制系统，包括地面伪卫星基站10、北斗地基增强站11、桩机边缘服务器12、北斗桩工时空云平台13、实时伺服通讯模块14和通讯网络等；调试桩机边缘服务器12和北斗桩工时空云平台13中的各计算及控制软硬件。

（2）桩机及感知系统组装

在低净空高度限定条件下（大于等于3.5m小于等于4.0m），依据下穿围护桩作业水平向作业空间，选取主机架1的基本构成，安装扩展框架12-1；组合主机架1和走行及调姿伺服系统3，安装北斗机架姿态监测系统2在主机架1的四角位置和万用承载平台6中心位置。

通过快接于万用承载平台6底部框架上的套管吊装模块151，实现套管5的水平向喂入套管对中夹持系统43；将多源套管姿态监测及检测系统7通过多级伺服液压杆72推送进入套管内部，利用全向支撑架73将全向自适应导轮74与套管5内壁顶紧，此时导轮处于水平状态，用来为套管5定位和监控垂直度。

（3）桩机定位调平

桩机边缘服务器12获取桩机四角及万用承载平台6坐标，依据提前输入的桩位坐标设计数据及施工顺序（是否跳桩施工等），发送指令到桩机走行伺服液压系统，引导桩机进入设计桩位，即实现桩机就位

北斗机架姿态监测系统2反馈实时桩机坐标数据到桩机边缘服务器12，桩机边缘服务器12通过调平系统软件计算后发送指令到桩机Z向液压伺服系统34，通过4个液压伺服系统实现桩机在最低支撑高度下的调平，即实现桩机调平。

（4）套管垂直度初始静态控制

通过转盘顶升及下拉系统45将首节套管落入桩位，通过北斗第五姿态监测站25和内置测斜仪76采集的数据，借助桩机边缘服务器12实时计算及双向数据交换，校核套管5的轴线位置和倾斜度，并依据计算结果通过X向液压伺服系统32和Y向液压伺服系统33调整桩机水平位置，带动套管对中夹持系统43同步水平移动，达到进行自动实时伺服调整套管5垂直度的目的。

同理，在每节套管与上一节套管焊接或栓接的过程中，同样可以对连接过程进行实时伺服调整，保证每节套管连接的垂直度，为成桩后的整桩垂直度打下基础。

（5）套管钻进过程中的桩机水平姿态保持和套管垂直姿态保持

每节短套管的钻进过程中，万用承载平台6的X向齿轮导向板61、Y向齿轮导向板62处于解锁状态，对多源套管姿态监测及检测系统7在平面内解除约束，桩机和整节套管的动态参数都可以通过北斗机架姿态监测系统2和多源套管姿态监测及检测系统7获取，包括桩机位移、机架姿态，套管转速、贯入速度、轴心位置、轴线倾角等。动态参数通过物联网与桩机边缘服务器12的数据双向交互，可以实现套管钻进过程中的桩机水平姿态保持和套管垂直姿态保持。另外，结合桩位地层地勘数据，在北斗桩工时空云平台进行低净空桩机施工过程大数据分析，可以获取后期桩机和地层的对应关系，构建云平台上的低净空桩机施工专家系统。

（6）套管注浆

套管5贯入过程中，对于困难地层可以在桩机万用承载平台6加载套管注浆模块152，通过贯通设置在套管外侧的注浆管注浆，以实现润滑地层减少摩擦阻力，提高套管贯入效率。

（7）套管取土

套管全部贯入后，可以在桩机万用承载平台6加载取土系统模块153，采用旋挖钻头将套管内土体取出。

（8）套管整体三维姿态测定

套管贯入取土后套管整体三维姿态测定，是低净空桩机成桩后，桩身几何参数检测的重要环节，关系到单桩的成桩质量、群桩施工顺序的影响评价、后续新建下穿主体结构物的限界完整性、群桩施工后与既有结构物的关系等相关方面是否满足设计要求。套管取土清孔后，将多源套管姿态监测及检测系统7放入套管5内，利用全向支撑架73将全向自适应导轮74与套管5内壁顶紧，此时导轮处于竖直状态，通过多级伺服液压杆72推送置于杆内的内置测斜仪76和MEMS微惯导77沿着套管内壁进行上下往复测量，通过两次测量，并借助北斗高精度与测斜仪及微惯导的多源组合校核，可以获得高精度的桩体套管整体三维姿态，为群桩的数字孪生、BIM正向设计及隐蔽桩基工程的数字施工提供数据支撑。

（9）套管混凝土灌注

在套管整体三维姿态满足设计要求后，可以在桩机万用承载平台6加载混凝土灌注模块154，植入分段连接的钢筋笼后（如需配筋情况下）灌注混凝土，完成低净空全套管桩的整桩施工（如需要拔除套管，应依次分节拔出套管完成整桩施工）。

（10）闭环桩机系统控制

在整个低净空全套管桩机施工过程中，北斗桩工时空云平台13为桩机提供时空信息基准和大数据分析计算，其与桩机边缘服务器12实时数据交互；边缘服务器12与带有多源感知终端的低净空全套管桩机8实时数据交互；所有交互及伺服控制都通过实时伺服通讯模块14和大带宽低延时物联网和互联网通讯网络实现。这个系统达到了实时感知、边缘快速计算传输、高效伺服响应再接续实时感知的闭环桩机控制，系统具有较高的鲁棒性。

另外，本申请的低净空全套管桩机系统还可应用于铁路既有线增建第二线、新建线引入既有车站、路基桥梁帮宽及高压线下施工等净空受限区域的低净空全套管桩基施工，具有广阔的市场推广应用前景。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (25)

1.一种低净空全套管桩机系统，其特征在于，包括桩机本体和控制系统；

所述桩机本体包括：

主机架；

走行及调姿伺服系统，安装在所述主机架的底部；

万用承载平台，可锁紧可解锁连接在所述主机架外顶的中部，作为施工部件搭载平台；

卫星定位信号接收机，分别设置在万用承载平台及主机架顶部，与地基增强站构成低净空全套管桩机的高精度定位系统，用以赋予桩机时空信息基准和监测桩机姿态；

所述控制系统包括：

布置于控制系统前端的桩机边缘服务器和布置于云端的桩工时空信息云平台，所述桩机边缘服务器和所述桩工时空信息云平台协同作用，通过与桩机本体进行数据交互，实现在施工前桩机定位调平、套管贯入施工中垂直度控制和贯入取土后套管三维姿态测定；

设置在主机架外顶的各个顶角位置的卫星定位信号接收机为机架卫星定位信号机，为低净空全套管桩机的高精度定位系统的一部分以获取机架的空间几何位置坐标；设置在万用承载平台顶部的卫星定位信号接收机为承载平台卫星定位信号接收机；

所述桩机本体还包括：

拼接式的套管，由首节短套管和陆续拼接的多个后节短套管组成；

套管姿态监测及检测系统，能够安装在所述万用承载平台的下底；

套管进行下钻贯入地层的过程中：

所述万用承载平台处于解锁状态能够在所述主机架外顶活动：

所述套管姿态监测及检测系统用于检测正在下钻贯入地层的短套管的位置坐标、套管轴线位置和套管倾斜度；

桩机边缘服务器，具体用于以实时监测到的贯入地层的短套管的位置坐标及倾角为参考，根据套管轴线位置和套管倾斜度、承载平台卫星定位信号接收机的位置坐标、机架卫星定位信号接收机的位置坐标，控制所述走行及调姿伺服系统对桩机本体进行调平以及走行移动直至套管达到预设的垂直度，实现实时纠偏。

2.根据权利要求1所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，所述桩机边缘服务器具体用于：

在施工前且所述承载平台卫星定位信号接收机到达桩位预设位置的情况下，控制所述走行及调姿伺服系统调整主机架顶角位置的高度直至各个机架卫星定位信号接收机的高度相同，以调平桩机。

3.根据权利要求2所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，所述桩机本体还包括：

回转驱动系统，固定安装在所述主机架的内底；

其中，所述回转驱动系统用于在万用承载平台锁紧在对中位置且桩机就位和桩机调平时，夹持首节及多个后节短套管以对中桩位预设位置；所述回转驱动系统还用于带动套管进行下钻贯入地层和上拔套管。

4.根据权利要求3所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，在短套管进行拼接的过程中：

所述万用承载平台处于解锁状态能够在所述主机架外顶活动；

套管姿态监测及检测系统伸入到拼接的新一节短套管内，用于检测新一节短套管的位置坐标、套管轴线位置和倾斜度；

桩机边缘服务器，具体用于以拼接的新一节短套管的位置坐标为参考位置，根据新一节套管轴线位置和套管倾斜度、承载平台卫星定位信号接收机的位置坐标、机架卫星定位信号接收机的位置坐标，控制所述走行及调姿伺服系统对桩机本体进行调平以及走行移动直至新一节套管达到预设的垂直度后进行套管连接，实现接管垂直度的高精度控制。

5.根据权利要求4所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，在套管进行下钻贯入地层的过程中：

所述套管姿态监测及检测系统还用于检测正在下钻贯入地层的短套管的实际转速和实际贯入参数；所述实际贯入参数包括实际贯入速度；

桩机边缘服务器具体用于通过对比预设贯入参数和实际贯入参数，动态控制各地层下钻贯入地层的短套管的实际转速和实际贯入速度，实现桩机贯入不同地层的参数自适应。

6.根据权利要求5所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，在套管贯入取土后：

套管姿态监测及检测系统还用于置入所述套管内沿所述套管的内壁进行上下往复测量获取所述套管的三维实际姿态；所述套管的三维实际姿态的参数包括套管的长度、各节短套管的垂直度、各节段套管的内径；

桩机边缘服务器具体用于根据套管的三维实际姿态和套管的三维预设姿态参数，实时动态判断套管的三维实际姿态是否符合要求。

7.根据权利要求6所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，所述控制系统具体用于根据桩机边缘服务器发送的承载平台卫星定位坐标、机架卫星定位坐标和地基增强站的时空基准数据，进行差分定位解算及大数据分析后回传结果至桩机边缘服务器，用以修正桩机伺服控制参数。

8.根据权利要求6所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，多源套管姿态监测及检测系统包括：

自上而下顺序固定的法兰盘、多级伺服液压杆、测斜仪和端部伺服液压杆；所述多级伺服液压杆和所述端部伺服液压杆能够伸缩；

能够张开的全向支撑架，固定在所述测斜仪的下部和所述端部伺服液压杆的下部；

四个全向自适应导轮，四个所述全向自适应导轮以两两相背的方式可转动的安装在所述全向支撑架处；

其中，在所述端部伺服液压杆进行伸缩时，所述全向支撑架的张开程度能够变化以顶紧在短套管的内壁处。

9.根据权利要求8所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，所述全向自适应导轮和全向支撑架之间为转动连接，且所述全向自适应导轮能够处于横向状态且能够呈竖向状态；

在套管姿态监测及检测系统置入所述套管内沿所述套管的内壁进行上下往复测量获取所述套管的三维实际姿态的过程中，所述全向自适应导轮处于竖向状态；

在短套管进行回转贯入的过程中，所述全向自适应导轮处于横向状态。

10.根据权利要求9所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，多源套管姿态监测及检测系统还包括：

MEMS微惯导，固定在所述端部伺服液压杆的底端；

其中，所述MEMS微惯导用于检测正在下钻贯入地层的短套管的实际贯入速度和垂直度，并融合测斜仪用来测量整个套管的三维姿态。

11.根据权利要求10所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，所述走行及调姿伺服系统包括：

双向双层走行板；

设置在所述双向双层走行板内的X向液压伺服系统和Y向液压伺服系统；

设置在主机架和所述双向双层走行板之间的Z向液压伺服系统。

12.根据权利要求11所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，桩机边缘服务器具体用于：

生成针对桩机的伺服控制指令，针对桩机的伺服控制指令包括对X向液压伺服系统、Y向液压伺服系统、Z向液压伺服系统、多级伺服液压杆、端部伺服液压杆的伺服控制指令；

所述控制系统还包括：

实时伺服通讯模块用于：

将所述桩机本体的伺服传感器检测数据传输至桩机边缘服务器；

将针对桩机的伺服控制指令传输至X向液压伺服系统、Y向液压伺服系统、Z向液压伺服系统、多级伺服液压杆、端部伺服液压杆；

其中，伺服传感器包括承载平台卫星定位信号接收机、机架卫星定位信号接收机、测斜仪、MEMS微惯导。

13.根据权利要求1至12任一所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，所述万用承载平台，包括：

X向齿条导向板，固定在所述主机架的外顶；

Y向齿条导向板，啮合连接在所述X向齿条导向板的外顶，且所述Y向齿条导向板相对于所述X向齿条导向板啮合传动的方向为X向，传动通过板间齿轮啮合实现；

顶部承载板，啮合连接在所述Y向齿条导向板的外顶，且所述顶部承载板相对于所述Y向齿条导向板啮合传动的方向为Y向，传动通过板间齿轮啮合实现；

其中，所述顶部承载板的外顶的中部固定所述承载平台卫星定位信号接收机，所述顶部承载板用于搭载施工部件。

14.根据权利要求13所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，所述桩机本体还包括施工部件，所述施工部件包括：

套管吊装模块，用于对套管进行吊装；

套管注浆模块，用于在套管进行下钻贯入地层的过程中进行注浆润滑；

取土系统模块，用于在贯入地层的套管内进行取土；

混凝土灌注模块，用于取土后在套管内安装钢筋笼并进行混凝土灌注。

15.根据权利要求14所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，所述套管包括：

多个短套管和快速对接环，短套管之间在固定连接时通过快速对接环进行限位；最下端的短套管为首节短套管；

环形阵列刀头，所述环形阵列刀头可拆卸的固定连接在所述首节短套管的下端。

16.根据权利要求1至12任一所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，主机架包括：

核心框架，用于支撑万用承载平台和回转驱动系统、连接走行及调姿伺服系统；

扩展框架，能够可拆卸的与核心框架连接；

支撑框架，固定在所述核心框架之下，用于与走行及调姿伺服系统配合实现桩机本体的走行。

17.一种低净空全套管桩机装置，其特征在于，包括桩机本体和布置于前端的桩机边缘服务器；

所述桩机本体包括：

主机架；

走行及调姿伺服系统，安装在所述主机架的底部；

万用承载平台，可锁紧可解锁连接在所述主机架外顶的中部，作为施工部件搭载平台；

卫星定位信号接收机，分别设置在万用承载平台及主机架顶部，与地基增强站构成低净空全套管桩机的高精度定位系统，用以赋予桩机时空信息基准和监测桩机姿态；

所述桩机边缘服务器，用于通过与所述走行及调姿伺服系统数据交互，在施工前对桩机进行定位调平、套管贯入施工中垂直度控制和贯入取土后套管三维姿态测定；

设置在主机架外顶的各个顶角位置的卫星定位信号接收机为机架卫星定位信号机，为低净空全套管桩机的高精度定位系统的一部分以获取机架的空间几何位置坐标；设置在万用承载平台顶部的卫星定位信号接收机为承载平台卫星定位信号接收机；

所述桩机本体还包括：

拼接式的套管，由首节短套管和陆续拼接的多个后节短套管组成；

套管姿态监测及检测系统，能够安装在所述万用承载平台的下底；

套管进行下钻贯入地层的过程中：

所述万用承载平台处于解锁状态能够在所述主机架外顶活动：

所述套管姿态监测及检测系统用于检测正在下钻贯入地层的短套管的位置坐标、套管轴线位置和套管倾斜度；

桩机边缘服务器，具体用于以实时监测到的贯入地层的短套管的位置坐标及倾角为参考，根据套管轴线位置和套管倾斜度、承载平台卫星定位信号接收机的位置坐标、机架卫星定位信号接收机的位置坐标，控制所述走行及调姿伺服系统对桩机本体进行调平以及走行移动直至套管达到预设的垂直度，实现实时纠偏。

18.根据权利要求17所述的低净空全套管桩机装置，其特征在于，所述桩机边缘服务器具体用于：

在施工前且所述承载平台卫星定位信号接收机到达桩位预设位置的情况下，控制所述走行及调姿伺服系统调整主机架顶角位置的高度直至各个机架卫星定位信号接收机的高度相同，以调平桩机。

19.根据权利要求18所述的低净空全套管桩机装置，其特征在于，所述桩机本体还包括：

回转驱动系统，固定安装在所述主机架的内底；

其中，所述回转驱动系统用于在万用承载平台锁紧在对中位置且桩机就位和桩机调平时，夹持首节及多个后节短套管以对中桩位预设位置；所述回转驱动系统还用于带动套管进行下钻贯入地层和上拔套管。

20.根据权利要求19所述的低净空全套管桩机装置，其特征在于，套管姿态监测及检测系统包括：

自上而下顺序固定的法兰盘、多级伺服液压杆、测斜仪和端部伺服液压杆；所述多级伺服液压杆和所述端部伺服液压杆能够伸缩；

能够张开的全向支撑架，固定在所述测斜仪的下部和所述端部伺服液压杆的下部；

四个全向自适应导轮，四个所述全向自适应导轮以两两相背的方式可转动的安装在所述全向支撑架处；

其中，在所述端部伺服液压杆进行伸缩时，所述全向支撑架的张开程度能够变化以顶紧在短套管的内壁处。

21.根据权利要求20所述的低净空全套管桩机装置，其特征在于，所述全向自适应导轮和全向支撑架之间为转动连接，且所述全向自适应导轮能够处于横向状态且能够呈竖向状态；

在套管姿态监测及检测系统置入所述套管内沿所述套管的内壁进行上下往复测量获取所述套管的三维实际姿态的过程中，所述全向自适应导轮处于竖向状态；

在短套管进行回转贯入的过程中，所述全向自适应导轮处于横向状态。

22.根据权利要求21所述的低净空全套管桩机装置，其特征在于，多源套管姿态监测及检测系统还包括：

MEMS微惯导，固定在所述端部伺服液压杆的底端；

其中，所述MEMS微惯导用于检测正在下钻贯入地层的短套管的实际贯入速度和垂直度，并融合测斜仪用来测量整个套管的三维姿态。

23.根据权利要求22所述的低净空全套管桩机装置，其特征在于，所述走行及调姿伺服系统包括：

双向双层走行板；

设置在所述双向双层走行板内的X向液压伺服系统和Y向液压伺服系统；

设置在主机架和所述双向双层走行板之间的Z向液压伺服系统。

24.根据权利要求17至23任一所述的低净空全套管桩机装置，其特征在于，所述万用承载平台，包括：

X向齿条导向板，固定在所述主机架的外顶；

Y向齿条导向板，啮合连接在所述X向齿条导向板的外顶，且所述Y向齿条导向板相对于所述X向齿条导向板啮合传动的方向为X向，传动通过板间齿轮啮合实现；

顶部承载板，啮合连接在所述Y向齿条导向板的外顶，且所述顶部承载板相对于所述Y向齿条导向板啮合传动的方向为Y向，传动通过板间齿轮啮合实现；

其中，所述顶部承载板的外顶的中部固定所述承载平台卫星定位信号接收机，所述顶部承载板用于搭载施工部件。

25.根据权利要求24所述的低净空全套管桩机装置，其特征在于，所述套管包括：

多个短套管和快速对接环，短套管之间在固定连接时通过快速对接环进行限位；最下端的短套管为首节短套管；

环形阵列刀头，所述环形阵列刀头可拆卸的固定连接在所述首节短套管的下端。

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