CN209384303U - 一种水下沉井掘进机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水下沉井掘进机，解决了现有技术中沉井掘进机开挖效率低、开挖轮廓不易控制，易产生沉井姿态偏斜的问题。本实用新型包括设置在竖井下部构件中的支撑座，支撑座与提升装置相连接，所述支撑座上设有密封舱，密封舱上设有排浆系统，密封舱的外壁上连接有撑靴装置，密封舱的下部设有回转机构，回转机构上设有掘进机构，掘进机构上设有下排浆管，下排浆管与排浆系统相连接。本实用新型实现了机械化可控开挖，确保沉井姿态精确，水下作业可控度高，提高开挖效率，解决了传统水中开挖状况不可控、沉井姿态难以控制的问题，对于沉井尤其是超大截面多仓室沉井的高质量施工作业具备重要意义。

Description

一种水下沉井掘进机

技术领域

本实用新型涉及水下隧道施工技术领域，特别是指一种水下沉井掘进机。

背景技术

水下沉井掘进机，是一种专用工程机械，具有开挖水下岩土、排出泥水混合物、开挖轮廓检测控制，沉井深度及姿态检测等功能，涉及地质、土木、机械、液压、控制、测量等多门学科技术。

目前，大型涉水桥梁的桥墩，采用多仓沉井法构筑，成本低，质量好。但常规简易型绞吸机构，位置控制端在井上，距离长柔性大，支反力小，开挖效率低、开挖轮廓不容易控制，容易产生沉井姿态偏斜问题，进而影响施工效率。

实用新型内容

针对上述背景技术中的不足，本实用新型提出一种水下沉井掘进机，解决了现有技术中沉井掘进机开挖效率低、开挖轮廓不易控制，易产生沉井姿态偏斜的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种水下沉井掘进机，包括设置在竖井下部构件中的支撑座，支撑座与提升装置相连接，所述支撑座上设有密封舱，密封舱上设有排浆系统，密封舱的外壁上连接有撑靴装置，密封舱的下部设有回转机构，回转机构上设有掘进机构，掘进机构上设有下排浆管，下排浆管与排浆系统相连接。

所述排浆系统包括混合器和回转接头，混合器设置在密封舱的上部，回转接头设置在密封舱内部，混合器上连接有上排浆管和压气管，上排浆管和压气管向上穿过支撑座，上排浆管的下部与回转接头相连接，回转接头通过柔性管与下排浆管相连接。

所述回转机构包括回转座，回转座连接在密封舱的下部，密封舱内设有回转驱动装置，回转驱动装置与回转座相连接且带动回转座转动，掘进机构安装在回转座上。

所述掘进机构包括至少一个工作臂，工作臂通过摆臂油缸与回转座相连接，工作臂内套设有伸缩臂，伸缩臂通过伸缩油缸与工作臂相连接，伸缩臂的前端设有绞吸头。

所述工作臂的一侧设有伸缩泥浆管，伸缩泥浆管的一端与下排浆管相连接、另一端与绞吸头相对应。

所述工作臂内设有绞吸头驱动装置，绞吸头与绞吸头驱动装置相连接，绞吸头驱动装置为绞吸头的转动提供动力；所述摆臂油缸上设有传感器。

所述密封舱的外壁上沿周向设有若干个撑靴装置，撑靴装置和回转座上均设有传感器。

所述撑靴装置包括外套筒和内套筒，外套筒连接在密封舱的外壁上，内套筒位于外套筒内部且通过撑靴油缸与外套筒相连接，外套筒的外端面设有撑靴板。

一种水下沉井掘进机的施工方法，包括如下步骤：S1：采用拖船或大型浮吊将沉井下部构件置于设计坐标位置，根据需要进行锚索精确定位，在沉井下部构件的腔体内注入混凝土，在重力作用下，沉井下部构件进行初步下沉；

S2：在水上工作平台上，在提升装置的作用下将水下沉井掘进机吊入沉井下部构件中，提升装置采用双绳吊装水下沉井掘进机，控制调入姿态，使支撑座落在沉井下部构件预设的内壁承台上；动力站及操控室放置在水上工作平台上，连接动力管线及控制管线，连接排浆及压气管路。

S3：控制撑靴装置伸出，撑紧在井壁上，启动水上工作平台上的空压机，压缩空气沿压气管进入混合器，在泥浆管路内形成气泡，在泥浆管路内外部密度差的作用下，沉井内的水体沿泥浆管路上升，并排出井筒，建立泥水循环；沉井井筒外部水体通过井壁上预留的孔洞可以进入井筒。

S4：启动绞吸头，绞吸头在旋转的过程中，将水底岩土切削为小颗粒，并随沉井内的水体的流动进入绞吸头侧部的伸缩泥浆管中，随泥水循环排出至沉井外部；控制摆臂油缸的伸出，调节绞吸头的工作半径，控制回转机构的回转座进行回转运动，带动工作臂沿周向旋转，绞吸切削掉井筒内下部的岩土；

S5：控制工作臂伸出，重复步骤S4，对沉井内下部深层及井筒下部刃脚处岩土进行开挖；根据传感器反馈信息，控制沉井周边开挖量一致；完成步进开挖量后，收缩伸缩油缸和摆臂油缸，使伸缩臂收回至工作臂内；

S6：向沉井下部构件内部加注水体或在其上部施加压重，控制沉井稳步下沉，拆除上部管线，在沉井上部加装井筒，完成一节井筒的下沉；

S7：重复步骤S4~S6，完成全部沉井下沉作业；

S8：缩回工作臂，收缩摆臂油缸，缩回撑靴装置，拆除上部管线，利用提升装置将水下工作装置整体吊出，利用导管向井底加注混凝土，进行沉井水下封底，完成挖掘作业。

本实用新型采用绞吸头对水下岩土进行开挖，通过气举反循环的方式将切削的泥水混合物排出井外，绞吸头安装在伸缩臂上，由摆臂油缸控制进行径向摆动，工作臂安装在回转座上，通过回转座进行回转运动，并且工作臂具备伸缩功能，从而实现绞吸头对沉井的整个开挖面的覆盖。撑靴装置、摆臂油缸及回转座上安装传感器，可以监测井内的开挖轮廓。本实用新型实现了机械化可控开挖，确保沉井姿态精确，水下作业可控度高，提高开挖效率，解决了传统水中开挖状况不可控、沉井姿态难以控制的问题，对于沉井尤其是超大截面多仓室沉井的高质量施工作业具备重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型整体结构示意图。

图2为本实用新型俯视示意图。

图3为撑靴装置与掘进机构与密封舱连接结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1，如图1-2所示，一种水下沉井掘进机，包括设置在竖井下部构件2中的支撑座5，支撑座设置在沉井下部构件预设的承台上，支撑座5与提升装置相连接，提升装置可采用龙门吊或大型浮吊，通过钢丝绳7对支撑座采用双绳吊装，控制调入姿态，使支撑座落在沉井下部构件预设的承台上，泵站和操控室放置在沉井上部。支撑座上部连接钢丝绳，撑靴及工作臂缩回后，可通过该钢丝绳将整套装备快速吊出。所述支撑座5下部设有密封舱11，密封舱11上设有排浆系统，密封舱11的外壁上连接有撑靴装置12，撑靴装置沿密封仓周边布置，设置多组，起到稳定密封舱的作用。密封舱11的下部设有回转机构，回转机构上设有掘进机构，掘进机构通过回转机构实现自身的旋转，达到覆盖开挖面积的作用，掘进机构上设有下排浆管18，下排浆管18与排浆系统相连接，通过气举反循环的方式将切削的泥水混合物排出井外。

进一步，所述排浆系统包括混合器10和回转接头19，混合器10设置在密封舱11的上部，回转接头19设置在密封舱11内部的底部，混合器10上连接有上排浆管8和压气管9，上排浆管8和压气管9向上穿过支撑座5，并延伸至沉井外部，上排浆管8的下部与回转接头19相连接，回转接头19通过柔性管与下排浆管18相连接。下排浆管18、回转接头19和上排浆管8组成泥浆管路，用于排出沉井中的泥浆。密封仓内安装回转接头，上排浆管从密封仓上部接入，通过回转接头从密封仓下部接出，并与工作臂上的下排浆管通过柔性管路进行连接。所述回转机构包括回转座13，回转座13连接在密封舱11的下部，密封舱11内设有回转驱动装置，回转驱动装置与回转座13相连接且带动回转座13转动，掘进机构安装在回转座13上。回转驱动装置通过回转座13带动掘进机构进行回转运动。动力及控制管线通过密封接头接入密封舱内，密封舱内安装控制盒、润滑装置及分配阀组。

实施例2，如图3所示，一种水下沉井掘进机，所述掘进机构包括至少一个工作臂14，工作臂14可设置一个或两个，其数量根据开挖直径设置。一个工作臂14时，工作臂设置在回转座的中心位置；工作臂14通过摆臂油缸15与回转座13相连接，通过摆臂油缸实现工作臂的径向摆动，工作臂14内套设有伸缩臂20，伸缩臂20通过伸缩油缸21与工作臂14相连接，伸缩臂20的前端设有绞吸头17。通过伸缩油缸实现工作臂的伸缩，改变开挖直径。上述机构的复合运动可以控制绞吸头对圆形、矩形截面沉井下部岩土1的开挖。

进一步，所述工作臂14的一侧设有伸缩泥浆管16，伸缩泥浆管16采用柔性管，在伸缩臂的作用下实现其伸缩功能，伸缩泥浆管16的一端与下排浆管18相连接、另一端与绞吸头17相对应，即及时吸收绞吸头切削下来的岩土。所述工作臂14内设有绞吸头驱动装置，绞吸头17与绞吸头驱动装置相连接，绞吸头驱动装置为绞吸头17的转动提供动力，带动绞吸头转动，实现对岩石的切削；绞吸头的驱动安装在工作臂内部，由压盖、密封结构进行密封，驱动绞吸头的轴端设置密封结构防水。所述摆臂油缸15上设有传感器。所述密封舱11的外壁上沿周向设有若干个撑靴装置12，撑靴装置12和回转座13上均设有传感器，可以监测井内的开挖轮廓，及时调整，确保开挖轮廓。

进一步，所述撑靴装置12包括外套筒121和内套筒122，外套筒121连接在密封舱11的外壁上，内套筒122位于外套筒121内部且通过撑靴油缸123与外套筒121相连接，外套筒121的外端面设有撑靴板124，撑靴板用于顶住沉井下部构件，增大受力面积，减少压强，外部套筒和内支撑之间有油缸连接，在油缸的作用下，内套筒122可以相对于外套筒121伸出或缩回。

其他结构与实施例1相同。

实施例3，一种水下沉井掘进机的施工方法，包括如下步骤：S1：采用拖船或大型浮吊将沉井下部构件2置于设计坐标位置，根据需要进行锚索精确定位，在沉井下部构件2的腔体内注入混凝土，在重力作用下，沉井下部构件2进行初步下沉；

S2：在水上工作平台上，在提升装置的作用下将水下沉井掘进机吊入沉井下部构件2中，提升装置采用双绳吊装水下沉井掘进机，控制调入姿态，使支撑座5落在沉井下部构件2预设的内壁承台上；动力站及操控室放置在水上工作平台上，连接动力管线及控制管线，连接排浆及压气管路。

S3：控制撑靴装置12伸出，撑紧在井壁上，启动水上工作平台上的空压机，压缩空气沿压气管9进入混合器10，在泥浆管路内形成气泡，在泥浆管路内外部密度差的作用下，沉井内的水体沿泥浆管路上升（伸缩泥浆管16、下排浆管、回转接头、上排浆管形成泥浆管路），并排出井筒，建立泥水循环；沉井井筒外部水体通过井壁上预留的孔洞可以进入井筒。

S4：启动绞吸头17，绞吸头17在旋转的过程中，将水底岩土切削为小颗粒，并随沉井内的水体的流动进入绞吸头17侧部的伸缩泥浆管16中，随泥水循环排出至沉井外部；控制摆臂油缸15的伸出，调节绞吸头17的工作半径，控制回转机构的回转座13进行回转运动，带动工作臂14沿周向旋转，绞吸切削掉井筒内下部的岩土；

S5：控制工作臂14伸出，重复S4步骤，对沉井内下部深层及井筒下部刃脚处岩土进行开挖；根据传感器反馈信息，控制沉井周边开挖量一致；完成步进开挖量后，收缩伸缩油缸21和摆臂油缸15，使伸缩臂20收回至工作臂14内；

S6：向沉井下部构件2内部加注水体或在其上部施加压重，控制沉井稳步下沉，拆除上部管线，在沉井上部加装井筒，完成一节井筒6的下沉；

S7：重复步骤S4~S6，完成全部沉井下沉作业；

S8：缩回工作臂14，收缩摆臂油缸15，缩回撑靴装置12，拆除上部管线，利用提升装置将水下工作装置整体吊出，利用导管向井底加注混凝土，进行沉井水下封底，完成挖掘作业。

其他结构与实施例2相同。

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

Claims (8)

1.一种水下沉井掘进机，包括设置在竖井下部构件（2）中的支撑座（5），支撑座（5）与提升装置相连接，其特征在于：所述支撑座（5）上设有密封舱（11），密封舱（11）上设有排浆系统，密封舱（11）的外壁上连接有撑靴装置（12），密封舱（11）的下部设有回转机构，回转机构上设有掘进机构，掘进机构上设有下排浆管（18），下排浆管（18）与排浆系统相连接。

2.根据权利要求1所述的水下沉井掘进机，其特征在于：所述排浆系统包括混合器（10）和回转接头（19），混合器（10）设置在密封舱（11）的上部，回转接头（19）设置在密封舱（11）内部，混合器（10）上连接有上排浆管（8）和压气管（9），上排浆管（8）和压气管（9）向上穿过支撑座（5），上排浆管（8）的下部与回转接头（19）相连接，回转接头（19）通过柔性管与下排浆管（18）相连接。

3.根据权利要求1或2所述的水下沉井掘进机，其特征在于：所述回转机构包括回转座（13），回转座（13）连接在密封舱（11）的下部，密封舱（11）内设有回转驱动装置，回转驱动装置与回转座（13）相连接且带动回转座（13）转动，掘进机构安装在回转座（13）上。

4.根据权利要求3所述的水下沉井掘进机，其特征在于：所述掘进机构包括至少一个工作臂（14），工作臂（14）通过摆臂油缸（15）与回转座（13）相连接，工作臂（14）内套设有伸缩臂（20），伸缩臂（20）通过伸缩油缸（21）与工作臂（14）相连接，伸缩臂（20）的前端设有绞吸头（17）。

5.根据权利要求4所述的水下沉井掘进机，其特征在于：所述工作臂（14）的一侧设有伸缩泥浆管（16），伸缩泥浆管（16）的一端与下排浆管（18）相连接、另一端与绞吸头（17）相对应。

6.根据权利要求4或5所述的水下沉井掘进机，其特征在于：所述工作臂（14）内设有绞吸头驱动装置，绞吸头（17）与绞吸头驱动装置相连接，绞吸头驱动装置为绞吸头（17）的转动提供动力；所述摆臂油缸（15）上设有传感器。

7.根据权利要求1或4或5所述的水下沉井掘进机，其特征在于：所述密封舱（11）的外壁上沿周向设有若干个撑靴装置（12），撑靴装置（12）和回转座（13）上均设有传感器。

8.根据权利要求7所述的水下沉井掘进机，其特征在于：所述撑靴装置（12）包括外套筒（121）和内套筒（122），外套筒（121）连接在密封舱（11）的外壁上，内套筒（122）位于外套筒（121）内部且通过撑靴油缸（123）与外套筒（121）相连接，外套筒（121）的外端面设有撑靴板（124）。