CN117266766A - 一种洗井机器人及洗井方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种洗井机器人，具有这样的特征，包括：负压洗井系统，用于负压洗井，包括封堵装置和清洗装置；定位自行系统，用于带动负压洗井系统在井内上下移动并定位，从而实现分段清洗，包括钢套管、移动装置以及通信装置；驱动辅助系统，用于控制和驱动负压洗井系统和定位自行系统工作，包括气泵、空压机、电源以及钢管，钢管竖直设置在井内。其中，移动装置、通信装置、封堵装置以及清洗装置均设置在钢套管上。钢套管可移动地设置在钢管上，气泵与封堵装置相连接，空压机与清洗装置相连接。本发明还提供了一种洗井方法，为利用本发明的洗井机器人进行洗井。

Description

一种洗井机器人及洗井方法

技术领域

本发明涉及降排水工程、基坑工程、地下建筑工程、地质工程、岩土工程、泄压抗管涌工程、地基处理技术领域，具体涉及一种洗井机器人及洗井方法。

背景技术

在深基坑降水工程中，在同一含水层中打井出水量有很大差异，有些出水量很大，但完全相同结构的临近井却可能出水量极少，出水量过少，导致无法降低附近水位，而地下水对工程存在不利影响，在众多建设项目中，如果疏干排水不利，会导致地基大变形、围护结构受力不利、土体流动推坏桩基、挖机下陷、外运土方含水量高并导致水污染环境等问题。而出水量少主要是因打井时护壁产生了泥皮覆盖了井壁孔所致。

现有的洗井方法主要是空压机洗井和活塞洗井。但洗井的效果常常不佳，是制约基坑降水的主要问题之一。综上降水井洗井方法亟待发展新工艺。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种洗井机器人及洗井方法。

本发明提供了一种洗井机器人，具有这样的特征，包括：负压洗井系统，用于负压洗井，包括封堵装置和清洗装置；定位自行系统，用于带动负压洗井系统在井内上下移动并定位，从而实现分段清洗，包括钢套管、移动装置以及通信装置；驱动辅助系统，用于控制和驱动负压洗井系统和定位自行系统工作，包括气泵、空压机、电源以及钢管，钢管竖直设置在井内。其中，移动装置、通信装置、封堵装置以及清洗装置均设置在钢套管上。钢套管可移动地设置在钢管上，气泵与封堵装置相连接，空压机与清洗装置相连接。

在本发明提供的洗井机器人中，还可以具有这样的特征：其中，钢套管为中空，其内径略大于钢管的外径，并套设在钢管上，钢管上设置有滑轨，钢套管通过滑轨在钢管上进行上下移动。钢套管上设置有多个穿线孔。

在本发明提供的洗井机器人中，还可以具有这样的特征：其中，移动装置包括机器人臂架弹簧、伸缩架、导向轮、主动轮以及电源电缆线。机器人臂架弹簧的两端分别连接钢套管和伸缩架，用于控制伸缩架的伸缩。伸缩架的数量为多个，分别安装在钢套管的上下两端，分别于两端环向设置，上端的伸缩架分别与导向轮和主动轮连接，下端的所述伸缩架分别与导向轮和主动轮连接。主动轮在电源的驱动下，带领整个移动装置和钢套管沿着井壁进行上下移动，导向轮发挥导向作用。电源电缆线穿过钢套管上的穿线孔，将导向轮和主动轮与井外的电源连接。

在本发明提供的洗井机器人中，还可以具有这样的特征：其中，封堵装置包括两个环向封堵气囊，分别安装在钢套管的上下两端，并环向布设，用于在充气状态下形成封闭空间。清洗装置包括多个可旋转高压喷嘴，安装在钢套管的中部，用于在封闭空间内释放高压气体，将封闭腔中水压出井壁，通过滤料穿越泥皮，再瞬时泄压在封堵空间内产生负压，高压水因压差冲入封闭段破除泥皮，打通排水通道，从而达到洗井目的。

在本发明提供的洗井机器人中，还可以具有这样的特征：其中，负压洗井系统还包括双气管。双气管包括连接高压气的第一气管和连接负压气的第二气管。第一气管用于连接气泵与封堵装置，第二气管用于连接空压机与清洗装置。

在本发明提供的洗井机器人中，还可以具有这样的特征：其中，通信装置包括信号线和手柄遥控器。手柄遥控器通过信号线与移动装置相连接，用于根据观察装置观察到的井内情况手动控制移动装置的位置。

在本发明提供的洗井机器人中，还可以具有这样的特征：其中，气泵用于实现环向封堵气囊的快速充气封堵和泄气走行。空压机用于通过高压喷嘴向洗井部位持续提供高压气体。电源为洗井机器人的自行提供驱动电能。

在本发明提供的洗井机器人中，还可以具有这样的特征：其中，定位自行系统还包括观察装置，包括照明灯、摄像头以及显示设备。照明灯和摄像头均安装在钢套管的顶部，并位于同一高度，显示设备设置在井外。摄像头用于观察井壁带泥情况，照明灯用于为摄像头提供光源，显示设备用于实时显示摄像头拍摄到的井内图像。

在本发明提供的洗井机器人中，还可以具有这样的特征：其中，驱动辅助系统还包括提拉头，焊接在钢管的最下端，是一个球形扩大头，用于判断洗井机器人是否到达井底，因为提拉头位于井底，当所述洗井机器人下行至触碰到所述提拉头，即为到达井底，完成最后一段洗井作业，完毕后将整个装置一同拉出井外。

本发明提供了一种洗井方法，具有这样的特征，包括以下步骤：

步骤1，在有洗井需要的降水井中心位置垂直放入底端焊接有提拉头的钢管，直至提拉头触碰到井底，钢管上均匀分布滑轨；步骤2，将移动装置、通信装置、封堵装置以及清洗装置均安装在钢套管上形成套管整体，将套管整体对准钢管上滑轨位置，在钢管上滑入井内；步骤3，开启观察装置，通信装置控制移动装置沿着钢管上下行走，在行走到滤管位置时，通过手柄遥控器控制机器人臂架弹簧调节伸缩架，使伸缩架上的导向轮和主动轮与井壁相接，再根据观察装置观测到的井壁附近带泥情况，然后按需要开启环向封堵气囊；步骤4，通过气泵给上下两端的环向封堵气囊充气，形成一个封闭分隔段，随后关闭气泵，打开空压机，通过气管向高压喷嘴输送高压气体，在两端封闭气囊的帮助下，喷嘴形成的高压气体挤压封闭腔内的水，将水压入井壁外，通过滤料穿越泥皮，并使该井段周边的水压快速升高，维持压力一定时间后再关闭可旋转高压喷嘴，封闭空间内快速泄压，泥皮外和喷嘴之间形成负压差，从而高压水通过泥皮和滤料冲入封闭段，破除泥皮；步骤5，恢复压力平衡后，气泵通过气管收回气囊中的气体，则环向封堵气囊泄气，封闭空间解除，遥控器再控制主动轮继续行走，到下一段工作。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的洗井机器人，因为包括：负压洗井系统，用于负压洗井，包括封堵装置和清洗装置；定位自行系统，用于带动负压洗井系统在井内上下移动并定位，从而实现分段清洗，包括钢套管、移动装置以及通信装置；驱动辅助系统，用于控制和驱动负压洗井系统和定位自行系统工作，包括气泵、空压机、电源以及钢管，钢管竖直设置在井内。其中，移动装置、通信装置、封堵装置以及清洗装置均设置在钢套管上。钢套管可移动地设置在钢管上，气泵与封堵装置相连接，空压机与清洗装置相连接。

本发明的洗井机器人用于降排水工程，运用驱动辅助系统、定位自行系统、负压洗井系统，通过电力驱动、装置自行、摄像定位、气囊封堵、高压破泥、负压洗井排水等步骤，能够实现深基坑降水工程中部分降水井出水量过少的问题，施工完成后能避免同一含水层临近的同结构井出水差异大的情况，对实现基坑工程等地下工程的降水效率和工程建设安全性的提升有重大意义。

此外，本发明的洗井机器人的优点是比一般空压机洗井和活塞洗井更精准，更有针对性，相比粗放式的空压机洗井和活塞洗井，节约时间，节约能源。

附图说明

图1是本发明的实施例中洗井机器人的示意图；

图2是本发明的实施例中洗井方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明洗井机器人以及洗井方法作具体阐述。

本实施例提供了一种洗井机器人100。

图1是本发明的实施例1中洗井机器人的示意图。

如图1所示，本实施例的洗井机器人100包括驱动辅助系统10、定位自行系统20以及负压洗井系统30。

本实施例中，驱动辅助系统10用于控制和驱动负压洗井系统30和定位自行系统20工作。驱动辅助系统10包括气泵11、空压机12、电源13、钢管14以及提拉头15。

气泵11为“空气泵”，是从一个封闭空间排除空气或从封闭空间添加空气的一种装置。空压机12是一种用以压缩气体的设备，与水泵构造类似，发挥向一封闭空间释放高压的作用。

钢管14竖直设置在井内，钢管14上设置有滑轨，钢管14是位于井中心的支撑洗井机器人100结构的支承柱体，用于整套洗井机器人设备在其上的上下滑动走行。

提拉头15焊接在钢管14的最下端，是一个球形扩大头，用于识别洗井机器人100是否到达井底，当洗井机器人100下行碰触提拉头即意味到了井底，完成最后一段洗井作业，后将整个装置一同拉出井外。

定位自行系统20用于带动负压洗井系统30在井内上下移动并定位，从而实现分段清洗，包括钢套管21、移动装置22、通信装置23以及观察装置24。

钢套管21为中空，其内径略大于钢管14的外径，并套设在钢管14的滑轨上，从而通过滑轨在钢管14上进行上下移动，完成洗井机器人100的自行，因为洗井装置的部件都安装在可移动钢套管21上，且后续的管线(电源电缆线225、信号线231、双气管33等)也位于钢套管21内、钢管14外，可移动钢套管21上相应位置有穿线孔，方便管线穿出钢套管21连接其上各个部件，通过其在中心钢管14上下滑动从而定位在滤管位置。

移动装置22设置在钢套管21上，移动装置22包括器人臂架弹簧221、伸缩架222、导向轮223、主动轮224以及电源电缆线225。

机器人臂架弹簧221是连接在钢套管21与伸缩架222之间的调节设备，用于控制伸缩架222的伸缩，机器人臂架弹簧221的数量为四个。

伸缩架222的数量为四个，与机器人臂架弹簧221一一对应设置。两个安装在钢套管21的上端，分别与一个导向轮223一个主动轮224连接，另外两个安装在钢套管21的下端，分别与一个导向轮223和一个主动轮224连接。在机器人臂架弹簧221控制下伸缩架222协同导向轮223和主动轮224与井壁相接触。

主动轮224在电源13的驱动下，带领整个移动装置22和钢套管21沿着井壁进行上下移动，导向轮223发挥导向作用。

电源电缆线225穿过钢套管21上的穿线孔，将导向轮223和主动轮224与电源13电连接，电源12为导向轮223和主动轮224提供电力驱动。

观察装置24包括照明灯241、摄像头242以及显示设备243，均安装在钢套管21的顶部。摄像头242用于观察相应位置井内带泥情况，从而判断是否需要负压洗井的后续操作。照明灯241用于为摄像头242提供光源，与摄像头242安装在同一高度，共同发挥出传输信号从而定位的作用。显示设备243用于实时显示摄像头242拍摄到的井内图像。本实施例中显示设备243为显示器。

通信装置23包括信号线231和手柄遥控器232。信号线231、手柄遥控器231均与摄像头242相连接，信号线231实时向井外传输摄像结果以便定位，手柄遥控器231通过电线等连接主动轮224，可根据摄影图像手动控制洗井位置。

负压洗井系统30用于负压洗井，包括封堵装置31、清洗装置32以及双气管33。

封堵装置31包括两个环向封堵气囊311，分别安装在钢套管21的上下两端，并环向布设，用于在充气状态下形成封堵空间。

清洗装置32包括四个可旋转高压喷嘴321，均安装在钢套管21的中部，用于在封堵空间内释放高压气体，打通排水通道，再瞬时泄压在封堵空间内产生负压，从而达到洗井目的。

双气管33双气管包括连接高压气的第一气管331和连接负压气的第二气管332。

第一气管331将环向封堵气囊311和气泵11，气泵11用于实现环向封堵气囊311的快速充气封堵和泄气走行，气泵11按需开启，给气囊211充气，用于形成一个封闭分隔段。

第二气管332用于连接可旋转高压喷嘴321和空压机12。空压机12通过高压喷嘴321向洗井部位持续提供高压气体。

本实施例还提供了一种洗井方法。

图2是本发明的实施例1中洗井方法流程图。

如图2所示，本实施例中的洗井机器人100的洗井方法具体包括如下步骤：

步骤S1，中心钢管(洗井机器人自行轨道)的安装：

本实施例中的洗井机器人100为一种自行有线机器人，而洗井机器人100的走行需要提供支撑结构和轨道，在有洗井需要的降水井中心位置放入底端焊接有提拉头15的钢管14，直至提拉头15触碰到井底，钢管14上均匀分布滑轨。

步骤S2，辅助设备、动力设备、管线的井外连接：

洗井机器人100是主要由电力驱动的主动轮224和导向轮223组成的车架、两侧的环向封堵气囊311、中部可旋转高压喷嘴321、顶部观察摄像头242组成的装置。上述部件都安装在可移动钢套管21上，对应位置都留有预制孔，在气囊311和高压喷嘴321位置连接双气管33，电源电缆线225连接主动轮224和电源13，信号线231连接主动轮224和手柄遥控器231，信号线231连接摄像头242和井外的图像设备243。各种管线都穿过可移动钢套管21与井外的气泵11、空压机12、电源13、手柄遥控器231相连，然后将连接好的套管整体(洗井机器人)套在中心钢管14上，对准钢管10上滑轨位置，滑入井内。

步骤S3，定位自行系统的使用：

先开启摄像头242和照明灯241，用手柄遥控器231启动机器人，机器人在主动轮224驱动下，能够自动上下行走。在行走到滤管位置时，通过手柄遥控器231控制机器人臂架弹簧221调节伸缩架222，机器人臂架弹簧221连接着钢套管21和伸缩架222，使伸缩架222上的导向轮223和主动轮224与井壁相接。再根据摄像头242观测井壁附近带泥情况，然后按需要开启环向封堵气囊311。

步骤S4，负压洗井系统的使用：

通过气泵11给上下两端的环向封堵气囊311充气，形成一个封闭分隔段，随后关闭气泵11，打开空压机12，通过第二气管332向高压喷嘴321输送高压气体，在两侧环向封堵气囊311的帮助下，高压喷嘴321形成高压气体挤压封闭腔内的水，将水压入井壁外，通过滤料穿越泥皮，并使该井段周边的水压快速升高，维持压力一定时间后再关闭可旋转高压喷嘴321，封闭空间内快速泄压，泥皮外和高压喷嘴321之间形成负压差，从而高压水通过泥皮和滤料冲入封闭段，破除泥皮。

步骤S5，井内多段持续走行工作模式：

恢复压力平衡后，气泵11通过第一气管331收回环向封堵气囊311中的气体，则环向封堵气囊311泄气，封闭空间解除，手柄遥控器231再控制主动轮224继续行走，到下一段工作。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的洗井机器人，因为包括：负压洗井系统，用于负压洗井，包括封堵装置和清洗装置；定位自行系统，用于带动负压洗井系统在井内上下移动并定位，从而实现分段清洗，包括钢套管、移动装置以及通信装置；驱动辅助系统，用于控制和驱动负压洗井系统和定位自行系统工作，包括气泵、空压机、电源以及钢管，钢管竖直设置在井内。其中，移动装置、通信装置、封堵装置以及清洗装置均设置在钢套管上。钢套管可移动地设置在钢管上，气泵与封堵装置相连接，空压机与清洗装置相连接。

本实施例的洗井机器人用于降排水工程，运用驱动辅助系统、定位自行系统、负压洗井系统，通过电力驱动、装置自行、摄像定位、气囊封堵、高压破泥、负压洗井排水等步骤，能够实现深基坑降水工程中部分降水井出水量过少的问题，施工完成后能避免同一含水层临近的同结构井出水差异大的情况，对实现基坑工程等地下工程的降水效率和工程建设安全性的提升有重大意义。

此外，本实施例的洗井机器人的优点是比一般空压机洗井和活塞洗井更精准，更有针对性，相比粗放式的空压机洗井和活塞洗井，节约时间，节约能源。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种洗井机器人，其特征在于，包括：

负压洗井系统，用于负压洗井，包括封堵装置和清洗装置；

定位自行系统，用于带动所述负压洗井系统在井内上下移动并定位，从而实现分段清洗，包括钢套管、移动装置以及通信装置；

驱动辅助系统，用于控制和驱动所述负压洗井系统和定位自行系统工作，包括气泵、空压机、电源以及钢管，所述钢管竖直设置在井内，

其中，所述移动装置、通信装置、封堵装置以及清洗装置均设置在所述钢套管上，

所述钢套管可移动地设置在所述钢管上，所述气泵与所述封堵装置相连接，所述空压机与所述清洗装置相连接。

2.根据权利要求1所述的洗井机器人，其特征在于：

其中，所述钢套管为中空，其内径略大于所述钢管的外径，并套设在所述钢管上，所述钢管上设置有滑轨，所述钢套管通过所述滑轨在所述钢管上进行上下移动，

所述钢套管上设置有多个穿线孔。

3.根据权利要求1所述的洗井机器人，其特征在于：

其中，所述移动装置包括机器人臂架弹簧、伸缩架、导向轮、主动轮以及电源电缆线，

所述机器人臂架弹簧的两端分别连接所述钢套管和所述伸缩架，用于控制所述伸缩架的伸缩，

所述伸缩架的数量为多个，分别安装在所述钢套管的上下两端，分别于两端环向设置，上端的所述伸缩架分别与所述导向轮和所述主动轮连接，下端的所述伸缩架分别与所述导向轮和所述主动轮连接，

所述主动轮在所述电源的驱动下，带领整个所述移动装置和所述钢套管沿着井壁进行上下移动，所述导向轮发挥导向作用，

所述电源电缆线穿过所述钢套管上的穿线孔，将所述导向轮和所述主动轮与井外的所述电源电连接。

4.根据权利要求1所述的洗井机器人，其特征在于：

其中，所述封堵装置包括两个环向封堵气囊，分别安装在所述钢套管的上下两端，并环向布设，用于在充气状态下形成封堵空间，

所述清洗装置包括多个可旋转高压喷嘴，安装在所述钢套管的中部，用于在所述封堵空间内释放高压气体，将封闭腔中水压出井壁，通过滤料穿越泥皮，再瞬时泄压在所述封堵空间内产生负压，高压水因压差冲入井内破除泥皮，打通排水通道，从而达到洗井目的。

5.根据权利要求1所述的洗井机器人，其特征在于：

其中，所述负压洗井系统还包括双气管，

所述双气管包括连接高压气的第一气管和连接负压气的第二气管，

所述第一气管用于连接所述气泵与所述封堵装置，所述第二气管用于连接所述空压机与所述清洗装置。

6.根据权利要求1所述的洗井机器人，其特征在于：

其中，所述通信装置包括信号线和手柄遥控器，

所述手柄遥控器通过所述信号线与所述移动装置相连接，用于根据观察装置观察到的井内情况手动控制所述移动装置的位置。

7.根据权利要求1所述的洗井机器人，其特征在于：

其中，所述气泵用于实现环向封堵气囊的快速充气封堵和泄气走行，

所述空压机用于通过高压喷嘴向洗井部位持续提供高压气体，

所述电源为所述洗井机器人的自行提供驱动电能。

8.根据权利要求1所述的洗井机器人，其特征在于：

其中，所述定位自行系统还包括观察装置，包括照明灯、摄像头以及显示设备，

所述照明灯和所述摄像头均安装在所述钢套管的顶部，并位于同一高度，所述显示设备设置在井外，

所述摄像头用于观察井壁带泥情况，所述照明灯用于为所述摄像头提供光源，所述显示设备用于实时显示所述摄像头拍摄到的井内图像。

9.根据权利要求1所述的洗井机器人，其特征在于：

其中，所述驱动辅助系统还包括提拉头，焊接在所述钢管的最下端，是一个球形扩大头，用于判断所述洗井机器人是否到达井底，当所述洗井机器人下行至触碰到所述提拉头，即完成最后一段洗井作业，即为到达井底，完成最后一段洗井作业，完毕后将整个装置一同拉出井外。

10.一种洗井方法，其特征在于，利用如权利要求1～9任意一项所述的洗井机器人进行洗井，包括以下步骤：

步骤1，在有洗井需要的降水井中心位置垂直放入底端焊接有提拉头的钢管，直至提拉头触碰到井底，所述钢管上均匀分布滑轨；

步骤2，将移动装置、通信装置、封堵装置以及清洗装置均安装在钢套管上形成套管整体，将所述套管整体对准钢管上所述滑轨位置，在钢管上滑入井内；

步骤3，开启观察装置，通信装置控制移动装置沿着钢管上下行走，在行走到滤管位置时，通过手柄遥控器控制机器人臂架弹簧调节伸缩架，使伸缩架上的导向轮和主动轮与井壁相接，再根据观察装置观测到的井壁附近带泥情况，然后按需要开启环向封堵气囊；

步骤4，通过气泵给上下两端的环向封堵气囊充气，形成一个封闭分隔段，随后关闭气泵，打开空压机，通过气管向高压喷嘴输送高压气体，在两端封闭气囊的帮助下，喷嘴形成的高压气体挤压封闭腔内的水，将水压入井壁外，通过滤料穿越泥皮，并使该井段周边的水压快速升高，维持压力一定时间后再关闭可旋转高压喷嘴，封闭空间内快速泄压，泥皮外和喷嘴之间形成负压差，从而高压水通过泥皮和滤料冲入封闭段，破除泥皮；

步骤5，恢复压力平衡后，气泵通过气管收回气囊中的气体，则环向封堵气囊泄气，封闭空间解除，遥控器再控制主动轮继续行走，到下一段工作。