CN117684986A - 一种竖井掘进施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种竖井掘进施工方法，所述竖井掘进施工方法包括：确定竖井施工区域，并在竖井掘进施工前，于竖井施工区域相邻位置开设导洞；当导洞钻进预设深度后，于竖井施工区域安装掘进设备进行竖井掘进；所述竖井和导洞采用相同掘进速率进行掘进，导洞的深度始终大于竖井的深度，且深度差为恒定值；所述竖井的掘进端部与导洞之间设有排渣通道，用于排除竖井内掘进过程产生的泥渣，并由竖井内掘进设备完成相应渣土的外排；当竖井开挖至设计深度时，拆除各掘进设备，并从导洞内浇筑混凝土进入竖井，完成竖井封底，待混凝土凝固形成一个干燥稳固的竖井工作面。通过本发明方法解决了大直径竖井掘进过程的排渣问题。

Description

一种竖井掘进施工方法

技术领域

本发明属于建筑施工技术领域，尤其涉及一种竖井掘进施工方法。

背景技术

竖井掘进机是竖井建设的主要施工设备，而竖井建设广泛应用于城市建设、资源勘查和矿产采集等多个领域。

由于竖井掘进机主要通过竖井刀盘实现全断面开挖，竖井刀盘掘进方向与重力方向一致，渣土无法自动聚集，不利于刀盘排渣，而排渣能力是影响竖井刀盘开挖效率的重大因素。且对于大直径竖井掘进工程，所需的大体积的掘进设备常不便于运输和安拆，大大增加掘进工作的准备时间。

发明内容

本发明的目的在于：为了克服现有技术问题，公开了一种竖井掘进施工方法，通过本发明竖井掘进施工方法解决了大直径竖井掘进过程的排渣问题。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种竖井掘进施工方法，所述竖井掘进施工方法包括：确定竖井施工区域，并在竖井掘进施工前，于竖井施工区域相邻位置开设导洞；

当导洞钻进预设深度后，于竖井施工区域安装掘进设备进行竖井掘进；

所述竖井和导洞采用相同掘进速率进行掘进，导洞的深度始终大于竖井的深度，且深度差为恒定值；

所述竖井的掘进端部与导洞之间设有排渣通道，用于排除竖井内掘进过程产生的泥渣，并由竖井内掘进设备完成相应渣土的外排；

当竖井开挖至设计深度时，拆除各掘进设备，并从导洞内浇筑混凝土进入竖井，完成竖井封底，待混凝土凝固形成一个干燥稳固的竖井工作面。

根据一个优选的实施方式，所述导洞与竖井相切设置，且竖井内设有第一护筒，导洞内设有第二护筒。

根据一个优选的实施方式，所述第二护筒在成孔跟进过程中，于底端在与竖井相切侧预留有预设高度缺口，以形成排渣通道。

根据一个优选的实施方式，所述第二护筒在一个环面方向上由两块护筒片构成，每块护筒片在环向的下部两端面留有凸榫结构，在上部两端面开设榫槽；下放第二护筒时，将护筒片的凸榫结构放置于上一个护筒片的榫槽中，留出的榫槽用于下一个护筒片的安装，通过各个护筒片的交错叠加形成整体护筒结构。

根据一个优选的实施方式，所述导洞采用旋挖钻机成孔。

根据一个优选的实施方式，所述竖井掘进施工设备包括掘进刀盘和掘进机；

所述掘进刀盘由环向刀刃拼接形成，所述环向刀刃内侧壁上还设有转盘槽，且所述掘进刀盘内还设有封板，所述封板与各环向刀刃卡接相连，完成对掘进刀盘的横向密封；

所述环向刀刃顶部设有空腔以为竖井的第一护筒提供连接插口，并由第一护筒顶推所述掘进刀盘进行竖向运动；

所述掘进机包括动力模块、刀盘架、驱动齿轮及破碎头；

各刀盘架一端与所述动力模块相连，另一端连接有驱动齿轮，所述驱动齿轮卡接于所述转盘槽内，所述转盘槽内设有齿条结构与驱动齿轮啮合，所述动力模块带动各刀盘架于水平面进行转动，从而实现由驱动齿轮带动掘进刀盘进行水平面内转动驱动；

所述破碎头设置于各刀盘架构成平面的底侧，用于完成掘进过程的土层破碎。

根据一个优选的实施方式，所述掘进机包括伸缩副臂，所述破碎头经伸缩副臂与动力模块底端的中心轴承相连，并由所述中心轴承带动绕竖井的轴线转动。

根据一个优选的实施方式，所述掘进机包括第一液压杆，所述第一液压杆一端与中心轴承连接，另一端与伸缩副臂末端连接，由第一液压杆完成伸缩副臂的伸缩驱动控制。

根据一个优选的实施方式，所述掘进机包括挖掘铲头和伸缩主臂，所述挖掘铲头经伸缩主臂与动力模块底端的中心轴承相连，并由所述中心轴承带动绕竖井的轴线转动，实现破碎后渣土导向，以使得相应渣土经排渣通道进入导洞。

根据一个优选的实施方式，所述掘进机包括第二液压杆，所述第二液压杆一端与中心轴承连接，另一端与伸缩主臂末端连接，由第二液压杆完成伸缩主臂的伸缩驱动控制。

前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

本发明的有益效果：

本发明竖井掘进施工方法解决了竖井刀盘掘进方向与重力方向一致，渣土无法自动聚集，不利于刀盘排渣的问题，通过设置直径远小于竖井的导洞，经掘进机将相应渣土导入导洞内即实现了渣土的主动聚集，从而通过导洞内相应掘进设备完成了竖井内渣土的外排。并请本发明中使用的掘进设备由于没有排渣结构，而结构小巧灵活，避免了传统的大体积的掘进设备带来的运输和安拆不便以及掘进工作准备时间长的问题。

附图说明

图1是本发明竖井掘进施工结构示意图；

图2是本发明竖井和导洞的俯视结构示意图；

图3是本发明环向刀刃的结构示意图；

图4是本发明掘进机的结构示意图；

其中，10-竖井，11-第一护筒，12-掘进刀盘，120-环向刀刃，121-空腔，122-转盘槽，123-封板，20-导洞，21-第二护筒，22-排渣通道，30-掘进机，301-动力模块，302-刀盘架，303-驱动齿轮，304-中心轴承，305-伸缩主臂，306-伸缩副臂，307-挖掘铲头，308-破碎头，309-第一液压杆，310-第二液压杆。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明要指出的是，本发明中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本发明涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。

实施例1

参考图1至图4所示，图中示出了一种竖井掘进施工方法，所述竖井掘进施工方法包括：

确定竖井10施工区域，并在竖井10掘进施工前，于竖井10施工区域相邻位置开设导洞20；

当导洞20钻进预设深度后，于竖井10施工区域安装掘进设备进行竖井10掘进；

所述竖井10和导洞20采用相同掘进速率进行掘进，导洞20的深度始终大于竖井10的深度，且深度差为恒定值；

所述竖井10的掘进端部与导洞20之间设有排渣通道22，用于排除竖井10内掘进过程产生的泥渣，并由竖井10内掘进设备完成相应渣土的外排；

当竖井10开挖至设计深度时，拆除各掘进设备，并从导洞20内浇筑混凝土进入竖井10，完成竖井10封底，待混凝土凝固形成一个干燥稳固的竖井10工作面。

优选地，所述导洞20与竖井10相切设置，导洞20的直径远小于竖井10的直径。且竖井10内设有第一护筒11，导洞20内设有第二护筒21。竖井10和导洞20在同时进行掘进工作时，导洞20的掘进与竖井10中的掘进设备不位于同一水平面上，且彼此有护筒，不会产生干涉作用。

优选地，导洞20可采用旋挖钻机成孔，或者拉铲、抓铲等机械设备，根据他不同底层选择不同设备。第二护筒21在成孔跟进过程中，于底端在与竖井10相切侧预留有预设高度缺口，以形成排渣通道22。以保证竖井10中切削的岩土可以排至导洞20内。

导洞30的作用包括：排渣；检修：当掘进机30出现故障，需要在导洞20内下井进行检修和更换零件；以及封底混凝土的转运通道。

进一步地，当竖井10挖掘完成后，导洞20底部浇筑部分混凝土后可以作为顶管设备的后背墙，不浇筑混泥土，可以作为顶管前期入洞的横向导向，方便顶管机头安放。

优选地，所述第二护筒21在一个环面方向上由两块护筒片构成，每块护筒片在环向的下部两端面留有凸榫结构，在上部两端面开设榫槽；下放第二护筒21时，将护筒片的凸榫结构放置于上一个护筒片的榫槽中，留出的榫槽用于下一个护筒片的安装，通过各个护筒片的交错叠加形成整体护筒结构。

此时，在导洞20底部留有一个缺口，该缺口正面朝向竖井10。掘进机30工作时，破碎头8切削完一个工作面的地层后，再对靠近该缺口位置处的地层进行深入破碎，将竖井10和导洞20联通，在底部形成一个排渣通道22，再控制挖掘铲头307将底部泥渣铲入导洞20内，最后从导洞20洞口排出地面。

优选地，所述竖井10施工过程的掘进设备包括掘进刀盘12和掘进机30。

优选地，所述掘进刀盘12由环向刀刃120拼接形成，所述环向刀刃120内侧壁上还设有转盘槽122。所述环向刀刃120底端为刃口结构。

且所述掘进刀盘12内还设有封板123，所述封板123与各环向刀刃120卡接相连，完成对掘进刀盘12的横向密封，以实现在掘进过程中出现出水时，对相应水体进行密封。

所述环向刀刃120顶部设有空腔121以为竖井10的第一护筒11提供连接插口，并由第一护筒11顶推所述掘进刀盘12进行竖向运动。

优选地，所述掘进机30包括动力模块301、刀盘架302、驱动齿轮303及破碎头308。

各刀盘架302一端与所述动力模块301相连，另一端连接有驱动齿轮303，所述驱动齿轮303卡接于所述转盘槽122内，所述转盘槽122内设有齿条结构与驱动齿轮303啮合，所述动力模块301带动各刀盘架302于水平面进行转动，从而实现由驱动齿轮303带动掘进刀盘12进行水平面内转动驱动。

优选地，所述破碎头308设置于各刀盘架302构成平面的底侧，用于完成掘进过程的土层破碎。

优选地，所述掘进机30包括伸缩副臂306，所述破碎头308经伸缩副臂306与动力模块301底端的中心轴承304相连，并由所述中心轴承304带动绕竖井10的轴线转动。中心轴承304能相对动力模块301绕轴线转动。

进一步地，所述掘进机30包括第一液压杆309，所述第一液压杆309一端与中心轴承304连接，另一端与伸缩副臂306末端连接，由第一液压杆309完成伸缩副臂306的伸缩驱动控制。

优选地，所述掘进机30包括挖掘铲头307和伸缩主臂305，所述挖掘铲头307经伸缩主臂305与动力模块301底端的中心轴承304相连，并由所述中心轴承304带动绕竖井10的轴线转动，实现破碎后渣土导向，以使得相应渣土经排渣通道22进入导洞20。

进一步地，所述掘进机30包括第二液压杆，所述第二液压杆一端与中心轴承304连接，另一端与伸缩主臂305末端连接，由第二液压杆完成伸缩主臂305的伸缩驱动控制。

本实施例中，伸缩主臂杆、伸缩副臂杆、挖掘铲头和破碎头可根据需求或竖井直径设置数量。

竖井10中第一护筒11底部为掘进刀盘12，在进行掘进工作时，动力模块301控制盘架转动齿轮303转动，带动掘进刀盘12绕轴线转动，第一护筒11底部的刃脚结构在转动过程中对地层产生切削作用，使第一护筒11整体吃入更深的地层中，同时在井口下放新的护筒片，完成护筒的跟进作业。转盘槽122上方的密封板123，在掘进过程中起到防水作用。

本掘进设备30可以适应不同底层工况的竖向掘进，砂卵石底层、风化泥岩、软土、黏土等软硬底层，更具不同底层更换不同钻头设备，当地下无水可以不安装密封板123，当水下作业位置保证竖井干燥环境，安装密封板123。破碎头308和挖掘铲头307可调整个数，且可以在伸缩臂干上安装探视摄像头，数据传输至地上的操作室，随时观察水下作业工况。

竖井10中第一护筒11各管片类似于地铁拼装管片，上面含有手控和连接孔，其竖向连接采用钢性杆件，包含不限于精轧螺纹钢；横向(环向)连接采用柔性材料，包含但不限于有粘接预应力、无粘接预应力或换粘接预应力。

本发明竖井掘进施工方法解决了竖井刀盘掘进方向与重力方向一致，渣土无法自动聚集，不利于刀盘排渣的问题，通过设置直径远小于竖井的导洞，经掘进机将相应渣土导入导洞内即实现了渣土的主动聚集，从而通过导洞内相应掘进设备完成了竖井内渣土的外排。并请本发明中使用的掘进设备由于没有排渣结构，而结构小巧灵活，避免了传统的大体积的掘进设备带来的运输和安拆不便以及掘进工作准备时间长的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种竖井掘进施工方法，其特征在于，所述竖井掘进施工方法包括：确定竖井施工区域，并在竖井掘进施工前，于竖井施工区域相邻位置开设导洞(20)；

当导洞(20)钻进预设深度后，于竖井施工区域安装掘进设备进行竖井(10)掘进；

所述竖井(10)和导洞(20)采用相同掘进速率进行掘进，导洞(20)的深度始终大于竖井(10)的深度，且深度差为恒定值；

所述竖井(10)的掘进端部与导洞(20)之间设有排渣通道(22)，用于排除竖井(10)内掘进过程产生的泥渣，并由竖井内掘进设备完成相应渣土的外排；

当竖井(10)开挖至设计深度时，拆除各掘进设备，并从导洞(20)内浇筑混凝土进入竖井(10)，完成竖井(10)封底，待混凝土凝固形成一个干燥稳固的竖井工作面。

2.如权利要求1所述的竖井掘进施工方法，其特征在于，所述导洞(20)与竖井(10)相切设置，且竖井(10)内设有第一护筒(11)，导洞(20)内设有第二护筒(21)。

3.如权利要求2所述的竖井掘进施工方法，其特征在于，所述第二护筒(21)在成孔跟进过程中，于底端在与竖井(10)相切侧预留有预设高度缺口，以形成排渣通道(22)。

4.如权利要求3所述的竖井掘进施工方法，其特征在于，所述第二护筒(21)在一个环面方向上由两块护筒片构成，每块护筒片在环向的下部两端面留有凸榫结构，在上部两端面开设榫槽；

下放第二护筒(21)时，将护筒片的凸榫结构放置于上一个护筒片的榫槽中，留出的榫槽用于下一个护筒片的安装，通过各个护筒片的交错叠加形成整体护筒结构。

5.如权利要求1所述的竖井掘进施工方法，其特征在于，所述导洞(20)采用旋挖钻机成孔。

6.如权利要求1所述的竖井掘进施工方法，其特征在于，所述竖井施工过程的掘进设备包括掘进刀盘(12)和掘进机(30)；

所述掘进刀盘(12)由环向刀刃(120)拼接形成，所述环向刀刃(120)内侧壁上还设有转盘槽(122)，且所述掘进刀盘(12)内还设有封板(123)，所述封板(123)与各环向刀刃(120)卡接相连，完成对掘进刀盘(12)的横向密封；

所述环向刀刃(120)顶部设有空腔(121)以为竖井(10)的第一护筒(11)提供连接插口，并由第一护筒(11)顶推所述掘进刀盘(12)进行竖向运动；

所述掘进机(30)包括动力模块(301)、刀盘架(302)、驱动齿轮(303)及破碎头(308)；

各刀盘架(302)一端与所述动力模块(301)相连，另一端连接有驱动齿轮(303)，所述驱动齿轮(303)卡接于所述转盘槽(122)内，所述转盘槽(122)内设有齿条结构与驱动齿轮(303)啮合，所述动力模块(301)带动各刀盘架(302)于水平面进行转动，从而实现由驱动齿轮(303)带动掘进刀盘(12)进行水平面内转动驱动；

所述破碎头(308)设置于各刀盘架(302)构成平面的底侧，用于完成掘进过程的土层破碎。

7.如权利要求6所述的竖井掘进施工方法，其特征在于，所述掘进机(30)包括伸缩副臂(306)，所述破碎头(308)经伸缩副臂(306)与动力模块(301)底端的中心轴承(304)相连，并由所述中心轴承(304)带动绕竖井(10)的轴线转动。

8.如权利要求7所述的竖井掘进施工方法，其特征在于，所述掘进机(30)包括第一液压杆(309)，所述第一液压杆(309)一端与中心轴承(304)连接，另一端与伸缩副臂(306)末端连接，由第一液压杆(309)完成伸缩副臂(306)的伸缩驱动控制。

9.如权利要求6所述的竖井掘进施工方法，其特征在于，所述掘进机(30)包括挖掘铲头(307)和伸缩主臂(305)，

所述挖掘铲头(307)经伸缩主臂(305)与动力模块(301)底端的中心轴承(304)相连，并由所述中心轴承(304)带动绕竖井(10)的轴线转动，实现破碎后渣土导向，以使得相应渣土经排渣通道(22)进入导洞(20)。

10.如权利要求9所述的竖井掘进施工方法，其特征在于，所述掘进机(30)包括第二液压杆(310)，所述第二液压杆(310)一端与中心轴承(304)连接，另一端与伸缩主臂(305)末端连接，由第二液压杆(310)完成伸缩主臂(305)的伸缩驱动控制。