CN117090254A - 一种深基坑斜井挖掘系统及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深基坑斜井挖掘系统及其操作方法，主要涉及深基坑的技术领域。包括设置在基础环梁上的第一框架和设置在预制环梁上的第二框架，第一框架上转动连接有与斜井配合使用的挖掘装置，第一框架与第二框架之间设有张合装置，第一框架与第二框架上均设有与基础环梁和预制环梁相接触的固定装置，地面上设有若干个绞绳升降机，绞绳升降机上设有绞绳，绞绳的端部与第一框架相连接，基础坑上设有与基础环梁和预制环梁滑动连接的轨道，轨道上滑动连接有与预制环梁相接触的压块。本发明的有益效果在于：解决现有深基坑斜井挖掘效率较低的问题，提高挖掘深基坑斜井的效率和质量，避免安全事故的发生。

Description

一种深基坑斜井挖掘系统及其操作方法

技术领域

本发明涉及深基坑的技术领域，具体是一种深基坑斜井挖掘系统及其操作方法。

背景技术

目前，基坑工程一般通过人工或机械凿岩爆破的方法进行掘进。但是传统挖掘方式挖进距离较短、效率较低，无法有效对基坑周边进行有效支撑，使得既有地下结构及周边建构筑物的结构变形，从而导致安全事故发生。现存在一种竖井挖进机，其包括以下步骤：

S1、首先运用到挖掘机或其他挖掘设备在定位点挖掘一到两米的基础坑，并用混凝土制成环形基座，在基座内滑动设置基础环梁，通过基座对基础环梁起到支撑的作用，随后在基座的四周设置若干个绞绳升降机，绞绳的端部与基础环梁的底部相连接，同时在基础环梁底部设置的钢刃，便于基础环梁穿过土层，配合其他挖掘设备的挖掘、以及绞绳长度的延长，使得基础环梁不断下沉，把基础环梁下放至指定高度后，通过螺栓将支撑框架安装在基础环梁的内壁上，再通过吊机将竖井挖进机安装在支撑框架上，再将多个绞绳固定在竖井挖进机的固定框架上，实现竖井挖进机上下的运动，另外，再将电线和输送水和泥浆的管路与外界对应的控制设备连接，最后，操作人员通过监控设备输送指令让竖井挖进机实现自动挖掘；

S2、通过管路向竖井内注满水，以此来平衡周围地质的地下水位，同时，水可充当运送泥浆的介质；

S3、挖掘设备通过动力臂的摆动由中心相外挖掘，通过挖掘设备在固定框架的旋转，以及动力臂通过气缸实现小范围的伸缩，实现全方位的挖掘，配合挖掘设备上旋转的滚刃将石头切割成细小的颗粒，而泥土碰到水变成泥浆，再由高压泵将其经管道输送至地面，配合地面上设有的分离机构实现泥水分离，再通过回流管道将泥水回流到竖井内，以此形成一个循环；

S4、当挖掘深度超过动力臂延伸的作业范围时，通过固定框架在支撑框架上下移动，调节竖井挖进机的工作范围，同时当环梁顶部下降至地面以下后，依次增加支护，从而对周边的泥土实现支撑，避免既有地下结构及周边建构筑物的结构变形，导致深基坑坍塌；

S5、重复循环上述S2-S4步骤，依次实现对深基坑的挖掘，完成挖掘后，通过绞绳将竖井挖进机吊起，往井底注入混凝土进行井底封面，并将泥水完全从井底抽离，进而实现深基坑斜井的挖掘。

但由于地下环境逐渐复杂，为了躲避既有地下结构及周边建构筑物，避免影响现有建筑，往往需要斜挖深基坑。但是通过上述方法实施深基坑斜井挖掘时，由于基础环梁和支撑框架自身重量会增加与土层产生摩擦力，同时钢刃受到土层的阻力，导致挖掘到一定深度后，环梁将无法通过自身重力配合绞绳在斜井内下滑，不能对下方的斜井继续支护，导致底部斜井的结构不稳定，存在塌方的风险，同时无法带动挖掘装置继续下移进行挖掘；由于固定框架与支撑框架之间通过竖井挖掘机的自身重量配合绞绳的缩短和延长，控制固定框架在支撑框架上上下移动，固定框架自身重量作用在支撑框架上产生的摩擦力，将影响绞绳控制固定框架在支撑框架上上下移动，进而影响挖掘设备的挖掘效率。故此，上述竖井挖掘装备无法运用到斜井上，一定程度上影响了深基坑斜井的挖掘效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深基坑斜井挖掘系统及其操作方法，解决现有深基坑斜井挖掘效率较低的问题，提高挖掘深基坑斜井的效率和质量，避免安全事故的发生。

发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种深基坑斜井挖掘系统，包括设置在地面上的基础坑和基础环梁，所述地面上设有与基础坑连通的斜井，所述斜井与基础环梁滑动连接，所述斜井的顶部设有与基础环梁滑动连接的基座，所述基础环梁的一端设有与斜井配合使用的钢刃，所述基础环梁的另一端设有若干个与斜井侧壁滑动连接的预制环梁，还包括设置在基础环梁上的第一框架和设置在预制环梁上的第二框架，所述第一框架上转动连接有与斜井配合使用的挖掘装置，所述第一框架与第二框架之间设有张合装置，所述第一框架与第二框架上均设有与基础环梁和预制环梁相接触的固定装置，所述地面上设有若干个绞绳升降机，所述绞绳升降机上设有绞绳，所述绞绳的端部与第一框架相连接，所述基础坑上设有与基础环梁和预制环梁滑动连接的轨道，所述轨道上滑动连接有与预制环梁相接触的压块。

进一步的，所述挖掘装置包括与第一框架转动连接的套筒，所述套筒上滑动连接有驱动杆和支撑块，所述支撑块的端部转动连接有动力臂，所述动力臂与驱动杆之间设有第一连接块，所述第一连接块的两端分别与驱动杆的端部和动力臂的中部转动连接，所述动力臂的端部转动连接有与斜井相接触的滚刃。

进一步的，所述套筒内滑动连接有驱动板，所述驱动板的一侧与支撑块的端部相插接，所述驱动杆上设有与驱动板滑动连接的导杆，所述驱动板的两侧与驱动杆之间均设有套设在导杆外侧的缓冲弹簧，所述驱动杆与套筒之间设有第一气缸。

进一步的，所述固定装置包括若干个刹车块，所述第一框架和第二框架上均设有凸块，所述刹车块的端部与凸块的中部转动连接，所述第一框架和第二框架上分别设有驱动刹车块与基础环梁和预制环梁相接触的第二连接块，所述第一框架和第二框架上均设有轮槽，所述凸块的端部转动连接有与轮槽滚动接触的滚轮。

进一步的，所述第一框架和第二框架上均转动连接有转盘，所述转盘上转动连接有若干个第三连接块，所述第三连接块与第二连接块之间设有第四连接块，所述第四连接块分别与第三连接块和第二连接块转动连接，所述第一框架和第二框架上分别设有与第四连接块滑动连接的导向槽。

进一步的，所述转盘的外侧设有第一齿轮，所述第一框架和第二框架上设有与第一齿轮啮合的第一齿条，所述第一框架和第二框架上设有第二气缸，所述第二气缸的活动端与第一齿条相连接，所述第一齿条的一侧设有滑杆，所述第一框架和第二框架上设有挡块，所述挡块上设有供滑杆穿过的通孔，所述滑杆的外侧套设有复位弹簧，所述复位弹簧设置在挡块与第一齿条之间。

进一步的，所述张合装置包括剪叉设置的支撑臂，所述支撑臂对称设置在基础环梁和预制环梁之间，所述基础环梁和预制环梁上分别设有导轨，所述导轨上滑动连接有若干个与支撑臂转动连接的滑块，所述支撑臂上的其中一个剪叉处转动连接有竖块，所述第一框架和第二框架上设有第三气缸，所述第三气缸的活动端与竖块相连接。

进一步的，所述轨道上对称设置的倾斜块，所述压块的底部设有与倾斜块滑动连接的槽口，所述倾斜块的端部设有与基础环梁和预制环梁相接触的弧面，所述压块的一侧设有与基础环梁和预制环梁插接配合的嵌槽，所述基础环梁和预制环梁的端部均设有凹槽，所述预制环梁的另一端设有与相邻凹槽插接配合的密封块。

进一步的，所述压块的一侧转动连接有第五连接块，所述轨道上转动连接有摆杆，所述摆杆的端部与第五连接块转动连接，所述轨道上设有第四气缸，所述第四气缸的活动端设有第二齿条，所述摆杆上设有与第二齿条啮合的第二齿轮。

一种深基坑斜井挖掘系统的操作方法，包括以下步骤：

S1、预制基础环梁和预制环梁，在基础环梁的端部设置钢刃，在底面上挖掘基础坑，在基础坑上设置基座和轨道，在第一框架上转动设置挖掘装置，通过固定装置将第一框架和第二框架分别固定在基础环梁和预制环梁内，并分别将基础环梁和预制环梁放置在轨道上，同时在地面上架设绞绳升降机，将绞绳与第一框架的底部相连接，将张合装置的两端分别与第一框架和第二框架连接，延伸绞绳使得基础环梁和预制环梁在滑轨上滑动，并依次与滑入斜井内；

S2、待预制环梁进入到竖井内后，向斜井内注满水；

S3、挖掘装置通过第一气缸带动驱动杆在套筒上滑动，并压缩缓冲弹簧，同时带动驱动板在套筒上滑动，使得第一连接块和支撑块同时向下滑动，直至滚刃与斜井底部相接触，限制支撑块继续向下滑动，随后，第一气缸继续带动驱动块向下滑动并进一步压缩缓冲弹簧，驱动动力臂摆动，使得挖掘装置由中心相外挖掘，配合挖掘装置在第一框架上旋转，以及动力臂端部旋转的滚刃，将石头切割成细小的颗粒，实现挖掘装置全方位斜向下螺旋挖掘；

S4、当挖掘深度超过动力臂延伸的作业范围时，第一框架与第二框架通过固定装置与基础环梁和预制环梁固定连接，通过张合装置的张开、以及压块与预制环梁端部相接触，带动基础环梁斜向下滑动，下滑指定距离后，通过张合装置的合拢、以及压块与预制环梁端部相接触，带动预制环梁向下滑动，对斜井挖掘部分起到支护的作用，此外，当尾部的预制环梁完全沉入斜井内前，在轨道上滑动压块增加预制环梁；

S5、重复循环上述S2-S4步骤，逐步实现对深基坑的挖掘，完成挖掘后，通过绞绳将挖掘装置吊起，往井底注入混凝土进行井底封面，并将泥水完全从井底抽离，进而实现深基坑斜井的挖掘。

对比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、当挖掘深度超过动力臂延伸的作业范围时，第一框架与第二框架通过固定装置分别与基础环梁和预制环梁固定连接，通过张合装置的张开、以及压块与预制环梁端部相接触，带动基础环梁斜向下滑动，下滑指定距离后，通过张合装置的合拢、以及压块与预制环梁端部相接触，带动预制环梁向下滑动，对斜井挖掘部分起到支护的作用，避免事故的发生；此外，无需边挖掘边在后面喷涂混凝土，对挖掘后的土层进行加固，从而提高挖掘的效率；

2、对斜井进行挖掘时，通过第一气缸、驱动杆、套筒、缓冲弹簧、驱动板、第一连接块、支撑块、动力臂之间的配合，使得挖掘装置由中心相外挖掘，配合挖掘装置在第一框架上旋转，以及动力臂端部旋转的滚刃，将石头切割成细小的颗粒，实现挖掘装置全方位斜向下螺旋挖掘，此外，无需单独设置驱动装置，分别驱动动力臂伸缩和摆动，从而减少驱动装置的制造费用和安装空间；同时通过缓冲弹簧实现挖掘装置伸缩量的机械控制，避免伸缩量过大导致滚刃崩坏，便于系统控制管理，提高斜井深基坑的挖掘效率；

3、通过刹车块在凸块上转动，使其端部与基础环梁和预制环梁相接触，分别实现第一框架和第二框架在基础环梁和预制环梁上的固定，此外，通过凸块的端部设有的滚轮与轮槽滚动接触，减少第一框架和第二框架与基础环梁和预制环梁之间的摩擦力，便于挖掘完成后，通过绞绳将挖掘装置吊出斜井，提高斜井深基坑的挖掘效率；

4、当挖掘深度超过动力臂延伸的作业范围时，通过第二气缸、第一齿条、第一齿轮、转盘、第一框架、第二框架、第二连接块、第三连接块、第四连接块、刹车块、凸块、摩擦部之间的配合，实现第一框架与第二框架与基础环梁和预制环梁固定连接，此外，无需多个驱动装置单独控制刹车块转动，从而减少驱动装置的制造费用和安装空间，便于系统控制管理，提高斜井深基坑的挖掘效率；

4、当第二气缸失效时，复位弹簧压缩后产生的回弹力将带动第一齿条滑动，带动转盘转动，实现第一框架和第二框架上在基础环梁和预制环梁的固定，避免事故的发生；

5、通过第三气缸、竖块、支撑臂、滑块、导轨之间的配合，从而带动第一框架与第二框架相对移动，配合压块对尾部预制环梁施加外力，带动预制环梁向下滑动，对挖掘后的土层进行支护，避免安全事故的发生；下滑指定距离后，再通过第三气缸带动支撑臂相下滑动，实现支撑臂的合拢，配合压块对尾部预制环梁施加外力，从而带动预制环梁向下滑动，对斜井挖掘部分起到支护的作用，避免事故的发生；此外，通过支撑臂施加作用力推动基础环梁下压，与直接通过压块带动基础环梁下压相比，作用力不会预制环梁与斜井之间的摩擦力消耗，从而更容易推动基础环梁下压，提高深基坑斜井挖掘的效率；同时力的传递方向也不会被预制环梁带偏，避免斜井下挖的角度发生偏差，提高深基坑斜井挖掘的质量；

6、当尾部的预制环梁将完全要沉入斜井内时，通过第四气缸、第二齿条、轨道、第二齿轮、摆杆、第五连接块、压块、摆杆之间的配合，带动压块在轨道上斜向上滑动，同时通过压块底部设有的槽口与倾斜块滑动连接，对压块起到导向的作用，随后，将下个预制环梁放置在轨道上，接着通过第二气缸复位带动压块斜向下滑动，使得压块的底部设有的嵌槽与预制环梁的端部相接触，从而对基础环梁和预制环梁下滑起到导向的作用，避免基础环梁和预制环梁偏移轨迹影响深基坑的挖掘质量；此外，相比直接用气缸驱动压块在导杆上滑动，通过第四气缸带动摆杆摆动，将力矩通过第五连接块传递到压块上，使得第四气缸需要更少的行程，减少第四气缸安装所需的空间，同时降低第四气缸带动压块滑动所需的力矩；

7、基础环梁和预制环梁的端部均设有凹槽，预制环梁的另一端设有与相邻凹槽插接配合的密封块，进而防止从泥土相邻预制环梁、预制环梁和基础环梁之间的缝隙流入斜井，影响挖掘的效率。

附图说明

附图1是本发明基础环梁的等轴测视图。

附图2是本发明压块的结构示意图。

附图3是本发明挖掘装置的结构示意图。

附图4是本发明驱动杆的结构示意图

附图5是本发明刹车块的结构示意图。

附图6是本发明附图5中A部位的局部放大图。

附图7是本发明第一齿条的结构示意图。

附图8是本发明支撑臂的结构示意图。

附图9是本发明竖块的结构示意图。

附图10是本发明滑块的结构示意图。

附图11是本发明轨道的结构示意图。

附图12是本发明从动轮的结构示意图

附图中所示标号：

1、地面；2、基础坑；3、基础环梁；4、斜井；5、基座；6、钢刃；7、预制环梁；8、第一框架；9、第二框架；10、挖掘装置；11、张合装置；12、固定装置；13、绞绳升降机；14、绞绳；15、轨道；16、压块；17、套筒；18、驱动杆；19、支撑块；20、动力臂；21、第一连接块；22、滚刃；23、驱动板；24、导杆；25、缓冲弹簧；26、第一气缸；27、刹车块；28、凸块；29、第二连接块；30、轮槽；31、滚轮；32、转盘；33、第三连接块；34、第四连接块；35、导向槽；36、第一齿轮；37、第一齿条；38、第二气缸；39、滑杆；40、挡块；41、通孔；42、复位弹簧；43、支撑臂；44、导轨；45、滑块；46、竖块；47、第三气缸；48、倾斜块；49、槽口；50、弧面；51、嵌槽；52、凹槽；53、密封块；54、第五连接块；55、摆杆；56、第四气缸；57、第二齿条；58、第二齿轮；59、从动轮；60、旋转电机；61、主动轮。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

本发明提供一种深基坑斜井挖掘系统，如图1和图2所示，包括设置在地面1上的基础坑2和基础环梁3，具体在定位点挖掘基础坑2，基础坑2的一侧为斜面，其斜度和斜井4的斜度保持一致，便于后续滑入第一框架8和第二框架9，提高挖掘深基坑的效率；所述地面1上设有与基础坑2连通的斜井4，所述斜井4与基础环梁3滑动连接，所述斜井4的顶部设有与基础环梁3滑动连接的基座5，所述基础环梁3的一端设有与斜井4配合使用的钢刃6，便于基础环梁3下沉，提高挖掘深基坑的效率；所述基础环梁3的另一端设有若干个与斜井4侧壁滑动连接的预制环梁7，对挖掘后的斜井4起到支护的作用，避免深基坑坍塌导致安全事故的发生，同时无需边挖掘边制造支护结构，从而提高挖掘的效率；还包括设置在基础环梁3上的第一框架8和设置在预制环梁7上的第二框架9，用于固定挖掘装置10和推动基础环梁3向下滑动，具体在第一框架8和第二框架9的中部设有供管路和电缆穿过的贯穿孔，用于泥水和电路的输送；所述第一框架8上转动连接有与斜井4配合使用的挖掘装置10，实现对斜井4多个方位的挖掘，所述第一框架8与第二框架9之间设有张合装置11，所述第一框架8与第二框架9上均设有与基础环梁3和预制环梁7相接触的固定装置12，将第一框架8和第二框架9固定在基础环梁3和预制环梁7上，配合张合装置11的张合，用于带动基础环梁3向下延伸，对挖掘后的斜井4起到支护的作用；所述地面1上设有若干个绞绳升降机13，所述绞绳升降机13上设有绞绳14，深基坑挖掘完成后，通过解除固定装置12的固定，配合绞绳14将挖掘装置10拉出斜井4；所述绞绳14的端部与第一框架8相连接，所述基础坑2上设有与基础环梁3和预制环梁7滑动连接的轨道15，所述轨道15上滑动连接有与预制环梁7相接触的压块16，用于按压后续的预制环梁7，带动尾部的预制环梁7下压弥补相邻预制环梁7、预制环梁7和基础环梁3之间的空缺，对挖掘后土层起到支护的作用，避免安全事故的发生。

优选的，如图3、图4所示，所述挖掘装置10包括与第一框架8转动连接的套筒17，如图12所示，具体在套筒17的外侧设置从动轮59，并在第一底座上设置旋转电机60，旋转电机60的活动端设有与从动轮59啮合的主动轮61，从而带动套筒17在第一框架8上转动，实现挖掘装置10全方位挖掘；所述套筒17上滑动连接有驱动杆18和支撑块19，所述支撑块19的端部转动连接有动力臂20，所述动力臂20与驱动杆18之间设有第一连接块21，所述第一连接块21的两端分别与驱动杆18的端部和动力臂20的中部转动连接，通过驱动杆18在套筒17上滑动，其端部带动第一连接块21的一端斜向下移动，从而带动动力臂20由中心相外摆动，配合挖掘装置10在第一框架8上旋转，以及驱动杆18和支撑块19在套筒17上同时滑动，带动动力臂20小范围的伸缩，配合动力臂20端部旋转的滚刃22，将石头切割成细小的颗粒，实现挖掘装置10全方位斜向下螺旋挖掘；所述动力臂20的端部转动连接有与斜井4相接触的滚刃22，具体在动力臂20的端部设有驱动滚刃22旋转的步进电机，从而更好控制滚刃22的旋转，提高斜井4深基坑的挖掘质量。

优选的，如图3、图4所示，所述套筒17内滑动连接有驱动板23，所述驱动板23的一侧与支撑块19的端部相插接，通过驱动板23带动支撑块19在套筒17上滑动，所述驱动杆18上设有与驱动板23滑动连接的导杆24，所述驱动板23的两侧与驱动杆18之间均设有套设在导杆24外侧的缓冲弹簧25，通过驱动杆18带动支撑块19在套筒17上滑动，使得驱动杆18和支撑块19在套筒17上同时滑动，带动动力臂20小范围的伸缩，直至滚刃22与斜井4相接触，限制驱动板23继续在套筒17上滑动，此时，驱动杆18继续在套筒17上下移，压缩其与驱动板23之间的缓冲弹簧25，配合第一连接块21驱动动力臂20在支撑块19上摆动，配合旋转的滚刃22实现对斜井4的挖掘，同时，无需单独设置驱动装置，分别驱动动力臂20伸缩和摆动，从而减少驱动装置的制造费用和安装空间；此外，通过缓冲弹簧25实现挖掘装置10伸缩量的机械控制，避免伸缩量过大导致滚刃22崩坏，便于系统控制管理，提高斜井4深基坑的挖掘效率；所述驱动杆18与套筒17之间设有第一气缸26，具体第一气缸26固定在套筒17上，其活动端与驱动杆18相连接，从而带动驱动杆18在套筒17上滑动。

优选的，如图5、图6、图7所示，所述固定装置12包括若干个刹车块27，具体刹车块27的一侧设有与基础环梁3和预制环梁7相接触的摩擦部，摩擦部与刹车块27通过螺栓连接，当摩擦部磨损一定程度后，只需更换摩擦部即可，无需更换整个刹车块27，从而减少维护所需费用；所述第一框架8和第二框架9上均设有凸块28，所述刹车块27的端部与凸块28的中部转动连接，所述第一框架8和第二框架9上分别设有驱动刹车块27与基础环梁3和预制环梁7相接触的第二连接块29，从而实现第一框架8和第二框架9在基础环梁3和预制环梁7上的固定，配合张合装置11的张合，带动基础环梁3和预制环梁7相对移动，配合压块16对尾部预制环梁7的施压，带动预制环梁7向下滑动，对挖掘后的土层进行支护，避免安全事故的发生；所述第一框架8和第二框架9上均设有轮槽30，所述凸块28的端部转动连接有与轮槽30滚动接触的滚轮31，对第一框架8和第二框架9起到导向的作用，同时减少第一框架8和第二框架9与基础环梁3和预制环梁7之间的摩擦力，便于挖掘完成后，通过绞绳14将挖掘装置10吊出斜井4，提高斜井4深基坑的挖掘效率。

优选的，如图5、图6、图7所示，所述第一框架8和第二框架9上均转动连接有转盘32，所述转盘32上转动连接有若干个第三连接块33，所述第三连接块33与第二连接块29之间设有第四连接块34，第四连接块34分别与第三连接块33和第二连接块29转动连接，通过转动第一框架8或第二框架9上的转盘32，同时带动多个第三连接块33的一端移动，通过第二连接块29、第三连接块33、第四连接块34之间的配合，带动多个刹车块27同时与基础环梁3或预制环梁7相接触，实现第一框架8或第二框架9在基础环梁3或预制环梁7上的固定，此外，无需多个驱动装置单独控制刹车块27转动，从而减少驱动装置的制造费用和安装空间，便于系统控制管理，提高斜井4深基坑的挖掘效率；所述第一框架8和第二框架9上分别设有与第四连接块34滑动连接的导向槽35，限制第四连接块34滑动的方向，更好的控制刹车块27与斜井4相接触，避免刹车块27失效影响第一框架8和第二框架9上在基础环梁3和预制环梁7的固定，导致无法正常挖掘影响挖掘斜井4的效率和质量。

优选的，如图5、图6、图7所示，所述转盘32的外侧设有第一齿轮36，所述第一框架8和第二框架9上设有与第一齿轮36啮合的第一齿条37，通过齿条在底座上的往复移动，带动转盘32在第一框架8和第二框架9上转动，驱动多个刹车块27在凸块28上转动，实现第一框架8和第二框架9在基础环梁3和预制环梁7的固定，所述第一框架8和第二框架9上设有第二气缸38，所述第二气缸38的活动端与第一齿条37相连接，用于驱动第一齿条37滑动，所述第一齿条37的一侧设有滑杆39，所述第一框架8和第二框架9上设有挡块40，所述挡块40上设有供滑杆39穿过的通孔41，对第一齿条37滑动起到导向作用，确保第一齿条37顺利带动转盘32转动，实现第一框架8和第二框架9上在基础环梁3和预制环梁7的固定；所述滑杆39的外侧套设有复位弹簧42，所述复位弹簧42设置在挡块40与第一齿条37之间，在第二气缸38失效时，复位弹簧42压缩后产生的回弹力将带动第一齿条37滑动，带动转盘32转动，实现第一框架8和第二框架9上在基础环梁3和预制环梁7的固定。

优选的，如图8、图9和图10所示，所述张合装置11包括剪叉设置的支撑臂43，所述支撑臂43对称设置在基础环梁3和预制环梁7之间，通过支撑臂43相互之间的剪叉配合，配合固定装置12将第一框架8和第二框架9固定在基础环梁3和预制环梁7上，带动基础环梁3和预制环梁7相对移动，配合压块16对尾部的预制环梁7下压，带动预制环梁7下滑，对挖掘后的土层进行支护，此外，通过支撑臂43施加作用力推动基础环梁3下压，与直接通过压块16带动基础环梁3下压相比，作用力不会预制环梁7与斜井4之间的摩擦力消耗，从而更容易推动基础环梁3下压，提高深基坑斜井4挖掘的效率；同时力的传递方向也不会被预制环梁7带偏，避免斜井4下挖的角度发生偏差，提高深基坑斜井4挖掘的质量；所述基础环梁3和预制环梁7上分别设有导轨44，所述导轨44上滑动连接有若干个与支撑臂43转动连接的滑块45，从而将支撑臂43固定在基础环梁3和预制环梁7上，所述支撑臂上的其中一个剪叉处转动连接有竖块，所述第一框架8和第二框架9上设有第三气缸47，所述第三气缸47的活动端与竖块46相连接，通过第三气缸47带动竖块46往复运动，带动支撑臂43的中心点上下往复运动，实现支撑臂43的张开和闭合，从而带动基础环梁3下移，对挖掘后的土层进行支护，避免安全事故的发生。

优选的，如图11所示，所述轨道15上对称设置的倾斜块48，所述压块16的底部设有与倾斜块48滑动连接的槽口49，对压块16轨道15上滑动起到导向的作用；所述倾斜块48的端部设有与基础环梁3和预制环梁7相接触的弧面50，对基础环梁3和预制环梁7在轨道15上滑起到导向的作用；所述压块16的一侧设有与基础环梁3和预制环梁7插接配合的嵌槽，从而对基础环梁3和预制环梁7下滑起到导向的作用，避免基础环梁3和预制环梁7偏移轨迹影响深基坑的挖掘质量；所述基础环梁3和预制环梁7的端部均设有凹槽52，所述预制环梁7的另一端设有与相邻凹槽52插接配合的密封块53，防止从泥土相邻预制环梁7、预制环梁7和基础环梁3之间的缝隙流入斜井4，影响挖掘的效率；

优选的，如图1、图2、图11所示，所述压块16的一侧转动连接有第五连接块54，所述轨道15上转动连接有摆杆55，所述摆杆55的端部与第五连接块54转动连接，所述轨道15上设有第四气缸56，所述第四气缸56的活动端设有第二齿条57，所述摆杆55上设有与第二齿条57啮合的第二齿轮58，用于带动压块16在导杆24上滑动，相比直接用气缸驱动压块16在导杆24上滑动，通过第四气缸56带动摆杆55摆动，将力矩通过第五连接块54传递到压块16上，使得第四气缸56需要更少的行程，便于气缸的安装，同时第四气缸56需要耗费更少的力矩，即可实现压块16在轨道15上的滑动。

本发明还提供一种深基坑斜井挖掘系统的操作方法，包括以下步骤：

S1、预制基础环梁3和预制环梁7，在基础环梁3的端部设置钢刃6，便于基础环梁3下沉，提高挖掘深基坑的效率；在定位点挖掘基础坑2，在基础坑2上设置基座5和轨道15，在第一框架8上转动设置挖掘装置10，通过固定装置12将第一框架8和第二框架9分别固定在基础环梁3和预制环梁7内，分别将基础环梁3和预制环梁7放置在轨道15上，同时在地面1上架设绞绳升降机13，将绞绳14与第一框架8的底部相连接，将张合装置11的两端分别与第一框架8和第二框架9连接，延伸绞绳14使得基础环梁3和预制环梁7在滑轨上滑动，并依次与滑入斜井4内；

S2、待预制环梁7进入到竖井内后，向斜井4内注满水，以此来平衡周围地质的地下水位，同时水可充当运送泥浆的介质，并将压块16滑动连接在轨道15上，使其一侧与预制环梁7的端部相接触；

S3、挖掘装置10通过第一气缸26带动驱动杆18在套筒17上滑动，并压缩缓冲弹簧25，缓冲弹簧25产生的回弹力带动驱动板23在套筒17上滑动，使得第一连接块21和支撑块19同时向下滑动，直至滚刃22与斜井4底部相接触，限制支撑块19继续向下滑动，随后，第一气缸26继续带动驱动块向下滑动，并进一步压缩缓冲弹簧25，通过第一连接块21的两端分别与驱动块和动力臂20转动连接，驱动动力臂20摆动，使得挖掘装置10由中心相外挖掘，配合挖掘装置10在第一框架8上旋转，以及动力臂20端部旋转的滚刃22，将石头切割成细小的颗粒，实现挖掘装置10全方位斜向下螺旋挖掘；

同时，泥土碰到水变成泥浆，再由高压泵将其经管道输送至地面1，配合地面1上设有的分离装置实现泥水分离，再通过回流管道将泥水回流到斜井4内，以此形成一个循环；

S4、当挖掘深度超过动力臂20延伸的作业范围时，第一框架8与第二框架9通过固定装置12与基础环梁3和预制环梁7固定连接，通过张合装置11的张开、以及压块16与预制环梁7端部相接触，带动基础环梁3斜向下滑动，下滑指定距离后，通过张合装置11的合拢、以及压块16与预制环梁7端部相接触，带动预制环梁7向下滑动，此外，当尾部的预制环梁7完全沉入斜井4内前，在轨道15上滑动压块16增加预制环梁7，对斜井4挖掘部分起到支护的作用，避免事故的发生；

S5、重复循环上述S2-S4步骤，逐步实现对深基坑的挖掘，完成挖掘后，通过绞绳14将挖掘装置10吊起，往井底注入混凝土进行井底封面，并将泥水完全从井底抽离，进而实现深基坑斜井的挖掘一到两米的基础坑2。

实施例1

本发明提供一种深基坑斜井挖掘系统及其操作方法，如图1和图2所示，预制基础环梁3和预制环梁7，在基础环梁3的端部设置钢刃6，便于基础环梁3下沉，提高挖掘深基坑的效率；通过其他挖掘设备在定位点挖掘基础坑2，基础坑2的一侧为斜面，其斜度和斜井4的斜度保持一致，便于后续滑入第一框架8和第二框架9，提高挖掘深基坑的效率；在基础坑2的斜面上设置轨道15，在斜井4的入口处设置基座5，在第一框架8上转动设置挖掘装置10，通过固定装置12将第一框架8和第二框架9分别固定在基础环梁3和预制环梁7内，分别将基础环梁3和预制环梁7放置在轨道15上，同时在地面1上架设绞绳升降机13，将绞绳14与第一框架8的底部相连接，将张合装置11的两端分别与第一框架8和第二框架9连接，延伸绞绳14使得基础环梁3和预制环梁7在滑轨上滑动，并依次与滑入斜井4内；在第一框架8和第二框架9的中部设有供管路和电缆穿过的贯穿孔，用于泥水和电路的输送，待预制环梁7沉入基座5内后，向斜井4内注满水，以此来平衡周围地质的地下水位，同时通过挖掘装置10挖掘斜井4，挖掘后产生的泥土碰到水变成泥浆，再由高压泵将其经管道输送至地面1，配合地面1上设有的分离装置实现泥水分离，再通过回流管道将泥水回流到斜井4内，以此形成一个循环；当挖掘深度超过动力臂20延伸的作业范围时，第一框架8与第二框架9通过固定装置12与基础环梁3和预制环梁7固定连接，通过张合装置11的张开、以及压块16与预制环梁7端部相接触，带动基础环梁3斜向下滑动，下滑指定距离后，通过张合装置11的合拢、以及压块16与预制环梁7端部相接触，带动预制环梁7向下滑动，对斜井4挖掘部分起到支护的作用，避免事故的发生；此外，无需边挖掘边在后面喷涂混凝土，对挖掘后的土层进行加固，从而提高挖掘的效率；

多次重复循环上述步骤后，逐步实现对深基坑的挖掘，完成挖掘后，通过绞绳14将挖掘装置10吊起，往井底注入混凝土进行井底封面，并将泥水完全从井底抽离，进而实现深基坑斜井的挖掘。

实施例2

在实施例1的基础上，如图3、和图4所示，对斜井4进行挖掘时，通过第一气缸26带动驱动杆18在套筒17上滑动，并压缩缓冲弹簧25，缓冲弹簧25产生的回弹力带动驱动板23在套筒17上滑动，使得第一连接块21和支撑块19同时向下滑动，直至滚刃22与斜井4底部相接触，限制支撑块19继续向下滑动，随后，驱动块继续向下滑动并进一步压缩缓冲弹簧25，带动连接块的一端斜向下滑动，驱动与连接块另一端转动连接的动力臂20摆动，使得挖掘装置10由中心相外挖掘，配合挖掘装置10在第一框架8上旋转，以及动力臂20端部旋转的滚刃22，将石头切割成细小的颗粒，实现挖掘装置10全方位斜向下螺旋挖掘；此外，无需单独设置驱动装置，分别驱动动力臂20伸缩和摆动，从而减少驱动装置的制造费用和安装空间；同时通过缓冲弹簧25实现挖掘装置10伸缩量的机械控制，避免伸缩量过大导致滚刃22崩坏，便于系统控制管理，提高斜井4深基坑的挖掘效率；最后通过第一气缸26回缩带动驱动杆18在套筒17上复位，带动动力臂20复位，实现一轮挖掘。

实施例3

在实施例1的基础上，如图5和图6所示，固定装置12包括若干个刹车块27，具体刹车块27的一侧设有与基础环梁3和预制环梁7相接触的摩擦部，摩擦部与刹车块27通过螺栓连接，当摩擦部磨损一定程度后，只需更换摩擦部即可，无需更换整个刹车块27，从而减少维护所需费用；此外，第一框架8和第二框架9上均设有凸块28，第一框架8和第二框架9上均设有轮槽30，通过凸块28的端部设有的滚轮31与轮槽30滚动接触，减少第一框架8和第二框架9与基础环梁3和预制环梁7之间的摩擦力，便于挖掘完成后，通过绞绳14将挖掘装置10吊出斜井4，提高斜井4深基坑的挖掘效率；

实施例4

在实施例3的基础上，如图5所示，当挖掘深度超过动力臂20延伸的作业范围时，第二气缸38活动端伸出，分别带动第一齿条37在第一框架8与第二框架9上滑动，由于第一齿条37和第一齿轮36啮合，带动转盘32在第一框架8与第二框架9上顺时针转动，使得第三连接块33一端顺时针移动，带动与第三连接块33转动连接的第四连接块34在基础环梁3和预制环梁7上滑动，通过第二连接块29与第四连接块34和刹车块27转动连接，带动刹车块27在凸块28上转动，使得摩擦部与基础环梁3和预制环梁7相接触，实现第一框架8与第二框架9与基础环梁3和预制环梁7固定连接，此外，无需多个驱动装置单独控制刹车块27转动，从而减少驱动装置的制造费用和安装空间，便于系统控制管理，提高斜井4深基坑的挖掘效率；如图7所示，当第二气缸38失效时，复位弹簧42压缩后产生的回弹力将带动第一齿条37滑动，带动转盘32转动，实现第一框架8和第二框架9上在基础环梁3和预制环梁7的固定，避免事故的发生；

如图8、图9和图10所示，接着通过第三气缸47带动竖块46向上运动，带动支撑臂43的中心点向上运动，实现支撑臂43的张开，配合与支撑臂43转动连接的滑块45在导轨44上滑动，从而带动第一框架8与第二框架9相对移动，配合压块16对尾部预制环梁7施加外力，带动预制环梁7向下滑动，对挖掘后的土层进行支护，避免安全事故的发生，下滑指定距离后，通过第三气缸47带动竖块46向下运动，带动支撑臂43的中心点向下运动，实现支撑臂43的合拢，配合压块16对尾部预制环梁7施加外力，从而带动预制环梁7向下滑动，对斜井4挖掘部分起到支护的作用，避免事故的发生；此外，通过支撑臂43施加作用力推动基础环梁3下压，与直接通过压块16带动基础环梁3下压相比，作用力不会预制环梁7与斜井4之间的摩擦力消耗，从而更容易推动基础环梁3下压，提高深基坑斜井4挖掘的效率；同时力的传递方向也不会被预制环梁7带偏，避免斜井4下挖的角度发生偏差，提高深基坑斜井4挖掘的质量。

实施例5

在实施例1的基础上，如图1、图2和图11所示，当尾部的预制环梁7将完全要沉入斜井4内时，通过第四气缸56带动第二齿条57在轨道15上斜向下滑动，带动第二齿轮58顺时针转动，带动摆杆55顺时针摆动，通过第五连接块54的两端分别与压块16和摆杆55转动连接，带动压块16在轨道15上斜向上滑动，同时通过压块16底部设有的槽口49与倾斜块48滑动连接，对压块16起到导向的作用，随后，将下个预制环梁7放置在轨道15上，通过弧面50与预制环梁7相接触，对预制环梁7在轨道15上滑起到导向的作用；接着通过第二气缸38复位带动压块16斜向下滑动，使得压块16的底部设有的嵌槽与预制环梁7的端部相接触，从而对基础环梁3和预制环梁7下滑起到导向的作用，避免基础环梁3和预制环梁7偏移轨迹影响深基坑的挖掘质量；此外，相比直接用气缸驱动压块16在导杆24上滑动，通过第四气缸56带动摆杆55摆动，将力矩通过第五连接块54传递到压块16上，使得第四气缸56需要更少的行程，减少第四气缸56安装所需的空间，同时降低第四气缸56带动压块16滑动所需的力矩；基础环梁3和预制环梁7的端部均设有凹槽52，预制环梁7的另一端设有与相邻凹槽52插接配合的密封块53，进而防止从泥土相邻预制环梁7、预制环梁7和基础环梁3之间的缝隙流入斜井4，影响挖掘的效率。

Claims (10)

1.一种深基坑斜井挖掘系统，包括设置在地面（1）上的基础坑（2）和基础环梁（3），所述地面（1）上设有与基础坑（2）连通的斜井（4），所述斜井（4）与基础环梁（3）滑动连接，所述斜井（4）的顶部设有与基础环梁（3）滑动连接的基座（5），所述基础环梁（3）的一端设有与斜井（4）配合使用的钢刃（6），所述基础环梁（3）的另一端设有若干个与斜井（4）侧壁滑动连接的预制环梁（7），其特征在于：还包括设置在基础环梁（3）上的第一框架（8）和设置在预制环梁（7）上的第二框架（9），所述第一框架（8）上转动连接有与斜井（4）配合使用的挖掘装置（10），所述第一框架（8）与第二框架（9）之间设有张合装置（11），所述第一框架（8）与第二框架（9）上均设有与基础环梁（3）和预制环梁（7）相接触的固定装置（12），所述地面（1）上设有若干个绞绳升降机（13），所述绞绳升降机（13）上设有绞绳（14），所述绞绳（14）的端部与第一框架（8）相连接，所述基础坑（2）上设有与基础环梁（3）和预制环梁（7）滑动连接的轨道（15），所述轨道（15）上滑动连接有与预制环梁（7）相接触的压块（16）。

2.根据权利要求1所述的一种深基坑斜井挖掘系统，其特征在于：所述挖掘装置（10）包括与第一框架（8）转动连接的套筒（17），所述套筒（17）上滑动连接有驱动杆（18）和支撑块（19），所述支撑块（19）的端部转动连接有动力臂（20），所述动力臂（20）与驱动杆（18）之间设有第一连接块（21），所述第一连接块（21）的两端分别与驱动杆（18）的端部和动力臂（20）的中部转动连接，所述动力臂（20）的端部转动连接有与斜井（4）相接触的滚刃（22）。

3.根据权利要求2所述的一种深基坑斜井挖掘系统，其特征在于：所述套筒（17）内滑动连接有驱动板（23），所述驱动板（23）的一侧与支撑块（19）的端部相插接，所述驱动杆（18）上设有与驱动板（23）滑动连接的导杆（24），所述驱动板（23）的两侧与驱动杆（18）之间均设有套设在导杆（24）外侧的缓冲弹簧（25），所述驱动杆（18）与套筒（17）之间设有第一气缸（26）。

4.根据权利要求1所述的一种深基坑斜井挖掘系统，其特征在于：所述固定装置（12）包括若干个刹车块（27），所述第一框架（8）和第二框架（9）上均设有凸块（28），所述刹车块（27）的端部与凸块（28）的中部转动连接，所述第一框架（8）和第二框架（9）上分别设有驱动刹车块（27）与基础环梁（3）和预制环梁（7）相接触的第二连接块（29），所述第一框架（8）和第二框架（9）上均设有轮槽（30），所述凸块（28）的端部转动连接有与轮槽（30）滚动接触的滚轮（31）。

5.根据权利要求4所述的一种深基坑斜井挖掘系统，其特征在于：所述第一框架（8）和第二框架（9）上均转动连接有转盘（32），所述转盘（32）上转动连接有若干个第三连接块（33），所述第三连接块（33）与第二连接块（29）之间设有第四连接块（34），所述第四连接块（34）分别与第三连接块（33）和第二连接块（29）转动连接，所述第一框架（8）和第二框架（9）上分别设有与第四连接块（34）滑动连接的导向槽（35）。

6.根据权利要求5所述的一种深基坑斜井挖掘系统，其特征在于：所述转盘（32）的外侧设有第一齿轮（36），所述第一框架（8）和第二框架（9）上设有与第一齿轮（36）啮合的第一齿条（37），所述第一框架（8）和第二框架（9）上设有第二气缸（38），所述第二气缸（38）的活动端与第一齿条（37）相连接，所述第一齿条（37）的一侧设有滑杆（39），所述第一框架（8）和第二框架（9）上设有挡块（40），所述挡块（40）上设有供滑杆（39）穿过的通孔（41），所述滑杆（39）的外侧套设有复位弹簧（42），所述复位弹簧（42）设置在挡块（40）与第一齿条（37）之间。

7.根据权利要求1所述的一种深基坑斜井挖掘系统，其特征在于：所述张合装置（11）包括剪叉设置的支撑臂（43），所述支撑臂（43）对称设置在基础环梁（3）和预制环梁（7）之间，所述基础环梁（3）和预制环梁（7）上分别设有导轨（44），所述导轨（44）上滑动连接有若干个与支撑臂（43）转动连接的滑块（45），所述支撑臂（43）上的其中一个剪叉处转动连接有竖块（46），所述第一框架（8）和第二框架（9）上设有第三气缸（47），所述第三气缸（47）的活动端与竖块（46）相连接。

8.根据权利要求1所述的一种深基坑斜井挖掘系统，其特征在于：所述轨道（15）上对称设置的倾斜块（48），所述压块（16）的底部设有与倾斜块（48）滑动连接的槽口（49），所述倾斜块（48）的端部设有与基础环梁（3）和预制环梁（7）相接触的弧面（50），所述压块（16）的一侧设有与基础环梁（3）和预制环梁（7）插接配合的嵌槽（51），所述基础环梁（3）和预制环梁（7）的端部均设有凹槽（52），所述预制环梁（7）的另一端设有与相邻凹槽（52）插接配合的密封块（53）。

9.根据权利要求8所述的一种深基坑斜井挖掘系统，其特征在于：所述压块（16）的一侧转动连接有第五连接块（54），所述轨道（15）上转动连接有摆杆（55），所述摆杆（55）的端部与第五连接块（54）转动连接，所述轨道（15）上设有第四气缸（56），所述第四气缸（56）的活动端设有第二齿条（57），所述摆杆（55）上设有与第二齿条（57）啮合的第二齿轮（58）。

10.根据权利要求3所述的一种深基坑斜井挖掘系统的操作方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、预制基础环梁（3）和预制环梁（7），在基础环梁（3）的端部设置钢刃（6），在底面上挖掘基础坑（2），在基础坑（2）上设置基座（5）和轨道（15），在第一框架（8）上转动设置挖掘装置（10），通过固定装置（12）将第一框架（8）和第二框架（9）分别固定在基础环梁（3）和预制环梁（7）内，并分别将基础环梁（3）和预制环梁（7）放置在轨道（15）上，同时在地面（1）上架设绞绳升降机（13），将绞绳（14）与第一框架（8）的底部相连接，将张合装置（11）的两端分别与第一框架（8）和第二框架（9）连接，延伸绞绳（14）使得基础环梁（3）和预制环梁（7）在滑轨上滑动，并依次与滑入斜井（4）内；

S2、待预制环梁（7）进入到竖井内后，向斜井（4）内注满水；

S3、挖掘装置（10）通过第一气缸（26）带动驱动杆（18）在套筒（17）上滑动，并压缩缓冲弹簧（25），同时带动驱动板（23）在套筒（17）上滑动，使得第一连接块（21）和支撑块（19）同时向下滑动，直至滚刃（22）与斜井（4）底部相接触，限制支撑块（19）继续向下滑动，随后，第一气缸（26）继续带动驱动块向下滑动并进一步压缩缓冲弹簧（25），驱动动力臂（20）摆动，使得挖掘装置（10）由中心相外挖掘，配合挖掘装置（10）在第一框架（8）上旋转，以及动力臂（20）端部旋转的滚刃（22），将石头切割成细小的颗粒，实现挖掘装置（10）全方位斜向下螺旋挖掘；

S4、当挖掘深度超过动力臂（20）延伸的作业范围时，第一框架（8）与第二框架（9）通过固定装置（12）与基础环梁（3）和预制环梁（7）固定连接，通过张合装置（11）的张开、以及压块（16）与预制环梁（7）端部相接触，带动基础环梁（3）斜向下滑动，下滑指定距离后，通过张合装置（11）的合拢、以及压块（16）与预制环梁（7）端部相接触，带动预制环梁（7）向下滑动，对斜井（4）挖掘部分起到支护的作用，此外，当尾部的预制环梁（7）完全沉入斜井（4）内前，在轨道（15）上滑动压块（16）增加预制环梁（7）；

S5、重复循环上述S2-S4步骤，逐步实现对深基坑的挖掘，完成挖掘后，通过绞绳（14）将挖掘装置（10）吊起，往井底注入混凝土进行井底封面，并将泥水完全从井底抽离，进而实现深基坑斜井的挖掘。