本發(fā)明涉及一種多功能數(shù)控豎井掘進裝置及施工方法，屬于機械裝備及地下建筑工程領域，適用于污水處理設施，城市排澇工程，地下管廊建設，盾構機工作井施工，井筒式地下立體車庫中豎井掘進施工。

背景技術：

豎井掘進是由地面垂直向下挖掘豎井(又稱立井)的施工過程。豎井掘進方法分普通施工法和特殊施工法兩種。普通施工法適用于井筒涌水量小，巖層比較穩(wěn)定的豎井掘進。特殊施工法適用于不穩(wěn)定巖層(包括流砂、淤泥、破碎的巖層)的豎井掘進。豎井普通施工法用人工或機械鑿巖爆破的方法進行豎井掘進。掘進程序是先進行鎖口施工，然后進行表土施工和基巖施工。豎井特殊施工法有板樁法、沉井法、凍結法、預注漿法、混凝土帷幕法、鉆井法等。

但上述豎井施工方法經(jīng)常會出現(xiàn)導向角度有差異、垂直度偏差、施工場地要求高、適用范圍局限性較大，對周邊建筑地基產生影響等問題。

綜上所述，為了解決現(xiàn)有技術存在的問題，目前亟需發(fā)明一種施工操作簡單，不影響周圍建筑物地基基礎，各類軟土地質條件都能適用，并且通過數(shù)控控制，保證豎井下沉垂直度、平衡度和可靠性，實現(xiàn)豎井平穩(wěn)推進，降低勞動強度，降低施工成本，營造整潔施工環(huán)境，經(jīng)濟技術效益顯著的多功能數(shù)控豎井掘進裝置及施工方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種施工操作簡單，不影響周圍建筑物地基基礎，各類軟土地質條件都能適用，并且通過數(shù)控控制，保證豎井下沉垂直度、平衡度和可靠性，實現(xiàn)豎井平穩(wěn)推進，降低勞動強度，降低施工成本，營造整潔施工環(huán)境，經(jīng)濟技術效益顯著的多功能數(shù)控豎井掘進裝置及施工方法，解決了現(xiàn)有技術存在的問題。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案為：

一種多功能數(shù)控豎井掘進裝置，包括浮動作業(yè)臺、掘進機組、豎井和與所述豎井形狀相同的豎井套井，所述浮動作業(yè)臺設置有泥漿池、泥水分離裝置、水池及高壓泵站，所述掘進機組由操作控制系統(tǒng)控制，置于所述豎井中進行水下掘進，所述掘進機組分別連接泥土排出管和高壓進水軟管，所述豎井套井設有3個以上能采集數(shù)據(jù)、導向、定位、糾偏的下沉推進裝置，所述下沉推進裝置由操作控制系統(tǒng)控制，所述豎井套井設置于所述豎井與地面的連接處，所述豎井套井與豎井井壁之間的間隙注入觸變泥漿作為潤滑裝置。

所述泥漿池、泥水分離裝置、水池及高壓泵站為拼裝式結構，并置于所述豎井井筒內，依靠浮力及豎井井筒傳遞的拉力保持所述浮動作業(yè)臺穩(wěn)定。

所述掘進機組包括潛水鉆機、潛水砂泵和履帶式行走機構，所述潛水鉆機在工作過程呈相反方向旋轉，所述潛水鉆機的鉆頭上端周圓方向設有旋轉式水力沖槍，潛水砂泵安裝在相鄰所述潛水鉆機之間，將鉆機破土后的泥漿提升排入所述浮動作業(yè)臺上的泥漿池。履帶式行走機構根據(jù)操作控制系統(tǒng)的指令在水下往復行走鉆吸排土。

所述的下沉推進裝置包括位于所述豎井井壁底部、用鋼絲繩連接的穿心液壓油缸和受力傳感器，所述鋼絲繩連接穿心液壓油缸保持豎井井筒姿態(tài)平衡，所述受力傳感器將采集的數(shù)據(jù)傳送到所述操作控制系統(tǒng)。

所述豎井井壁由鋼筋混凝土現(xiàn)澆或鋼筋混凝土管片襯砌形成，也可以是鋼結構井壁。

所述豎井套井為鋼筋混凝土結構或現(xiàn)場拼裝的鋼結構，所述豎井套井均勻設置于所述豎井與地面連接處。

所述潤滑裝置為觸變泥漿，所述泥土排出管連接有泥水分離裝置，所述高壓進水軟管連接有高壓泵站。觸變泥漿包括膨潤土、粘土、水，它們的比例為1：1：3。間隙內注入該比例的觸變泥漿，觸變泥漿起到潤滑，減少下沉摩擦阻力，防止地基變形的作用。

還包括助沉裝置，所述助沉裝置為所述浮動作業(yè)臺和泥漿池泥漿的自重，通過力傳遞機構將重力傳遞到所述豎井井筒，根據(jù)需要對所述豎井井筒進行加壓助沉，幫助所述豎井井筒下沉推進。

一種多功能數(shù)控豎井掘進裝置的施工方法，包括以下步驟：

步驟一、施工前準備：根據(jù)設計圖紙，清理施工場地，并組織施工材料、機械、人員就位；

步驟二、在設計位置根據(jù)豎井的形狀設置豎井套井；

步驟三、在設計位置進行井壁預制或井壁襯砌，制作，并在所述豎井套井上安裝糾偏下沉推進裝置；

步驟四、安裝浮動作業(yè)臺，掘進機組，所述掘進機組與泥土排出管和高壓進水軟管相互連接，往所述豎井與豎井套井的間隙處注入觸變泥漿；

步驟五、通過操作控制系統(tǒng)控制掘進機組進行鉆吸排土施工，鉆機破土后的泥漿通過潛水砂泵和泥土排出管提升至浮動作業(yè)臺的泥漿池；

步驟六、通過操作控制系統(tǒng)控制下沉推進裝置，一邊掘進，一邊澆筑或襯砌豎井井壁，一邊推進，在所述豎井不斷下沉的同時往所述豎井與豎井套井的間隙處逐漸注入觸變泥漿，直至所述豎井下沉至設計標高。

步驟七、確定豎井下沉至設計位置，豎井與豎井套井的間隙處壓密注漿，注入水泥漿將觸變泥漿置換成水泥漿進行固井處理。

步驟八、豎井施工完成后進行井筒水下鋼筋混凝土封底。

所述步驟二中豎井套井的地基可打設水泥攪拌樁進行地基加固處理。

本發(fā)明具有以下的特點和有益效果：

本發(fā)明涉及的一種多功能數(shù)控豎井掘進裝置及施工方法，通過設置浮動作業(yè)臺，增加井筒下沉推進的動力，并易于操控，提高工效，施工對環(huán)境影響降到最低。通過設置豎井套井，使各種機械操作和數(shù)據(jù)采集具有可靠保障，通過設置履帶式掘進機組在井筒內水下鉆吸排土，通過觸變泥漿潤滑系統(tǒng)，減少內井壁摩擦力；通過操作控制系統(tǒng)進行采集數(shù)據(jù)，并利用豎井自重，操作控制豎井套井上安裝的導向、糾偏、平衡、推進裝置，使豎井平穩(wěn)下沉推進，豎井套井及操作系統(tǒng)可以操控，垂直、平衡度、安全下沉；不排水下沉對周邊建筑影響極??；本機施工，成本大幅降低。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一種多功能數(shù)控豎井掘進裝置的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明一種多功能數(shù)控豎井掘進裝置的俯視圖。

圖中，1-豎井套井；2-下沉推進裝置；3-豎井井筒；4-潤滑裝置；5-水泥攪拌樁；6-泥水分離裝置；7-掘進機組；8-浮動作業(yè)臺；9-操作控制系統(tǒng)；10-泥土排出管；11-高壓泵站；12-高壓進水軟管；13-泥漿池；14-助沉裝置。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構成對本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

參照圖1和圖2所示的一種多功能數(shù)控豎井掘進裝置的結構示意圖和俯視圖。一種多功能數(shù)控豎井掘進裝置，包括浮動作業(yè)臺8、掘進機組7、豎井和與所述豎井形狀相同的豎井套井1，所述浮動作業(yè)臺8設置有泥漿池13、泥水分離裝置6、水池及高壓泵站11，所述掘進機組7由操作控制系統(tǒng)9控制，置于所述豎井中進行水下掘進，所述掘進機組7分別連接泥土排出管10和高壓進水軟管12，所述豎井套井1設有3個以上能采集數(shù)據(jù)、導向、定位、糾偏的下沉推進裝置2，所述下沉推進裝置2由操作控制系統(tǒng)9控制，所述豎井套井1設置于所述豎井與地面的連接處，所述豎井套井1與豎井井壁之間的間隙注入觸變泥漿作為潤滑裝置4。所述下沉推進裝置2數(shù)量可根據(jù)井筒的形狀、尺寸設定，可以是3組，4組，5組，6組，7組......20組，單筒標準配置3組。

所述的豎井掘進的截面形狀為圓形、拱形、方形或圓形、拱形、方形的組合。

所述泥漿池13、泥水分離裝置6、水池及高壓泵站11為拼裝式結構，并置于所述豎井井筒3內，依靠浮力及豎井井筒3傳遞的拉力保持所述浮動作業(yè)臺8穩(wěn)定。

所述掘進機組7包括潛水鉆機、潛水砂泵和履帶式行走機構，所述潛水鉆機在工作過程呈相反方向旋轉，所述潛水鉆機的鉆頭上端周圓方向設有旋轉式水力沖槍，潛水砂泵安裝在相鄰所述潛水鉆機之間，將鉆機破土后的泥漿提升排入所述浮動作業(yè)臺8上的泥漿池。履帶式行走機構根據(jù)操作控制系統(tǒng)9的指令在水下往復行走鉆吸排土。

所述的下沉推進裝置2包括位于所述豎井井壁底部、用鋼絲繩連接的穿心液壓油缸和受力傳感器，所述鋼絲繩連接穿心液壓油缸保持豎井井筒姿態(tài)平衡，所述受力傳感器將采集的數(shù)據(jù)傳送到所述操作控制系統(tǒng)9。

所述豎井井壁由鋼筋混凝土現(xiàn)澆或鋼筋混凝土管片襯砌形成，也可以是鋼結構井壁。

所述豎井套井1為鋼筋混凝土結構或現(xiàn)場拼裝的鋼結構，所述豎井套井1均勻設置于所述豎井與地面連接處。

所述潤滑裝置4為觸變泥漿，所述泥土排出管10連接有泥水分離裝置6，所述高壓進水軟管12連接有高壓泵站11。觸變泥漿包括膨潤土、粘土、水，它們的比例為1：1：3，間隙內注入該比例的觸變泥漿，觸變泥漿起到潤滑，減少下沉摩擦阻力，防止地基變形的作用。

所述助沉裝置14為所述浮動作業(yè)臺8和泥漿池13泥漿的自重，通過力傳遞機構將重力傳遞到所述豎井井筒3，根據(jù)需要對所述豎井井筒3進行加壓助沉，幫助所述豎井井筒3下沉推進。

一種多功能數(shù)控豎井掘進裝置的施工方法，包括以下步驟：

步驟一、施工前準備：根據(jù)設計圖紙，清理施工場地，并組織施工材料、機械、人員就位；

步驟二、在設計位置根據(jù)豎井的形狀設置豎井套井1；

步驟三、在設計位置進行井壁預制或井壁襯砌，制作，并在所述豎井套井1上安裝糾偏下沉推進裝置2；

步驟四、安裝浮動作業(yè)臺8，掘進機組7，所述掘進機組7與泥土排出管10和高壓進水軟管12相互連接，往所述豎井與豎井套井1的間隙處注入觸變泥漿；

步驟五、通過操作控制系統(tǒng)9控制掘進機組7進行鉆吸排土施工，鉆機破土后的泥漿通過潛水砂泵和泥土排出管10提升至浮動作業(yè)臺8的泥漿池13；

步驟六、通過操作控制系統(tǒng)9控制下沉推進裝置，一邊掘進，一邊澆筑或襯砌豎井井壁，一邊推進，在所述豎井不斷下沉的同時往所述豎井與豎井套井1的間隙處逐漸注入觸變泥漿，直至所述豎井下沉至設計標高。

步驟七、確定豎井下沉至設計位置，豎井與豎井套井1的間隙處壓密注漿，注入水泥漿將觸變泥漿置換成水泥漿進行固井處理。

步驟八、豎井施工完成后進行井筒水下鋼筋混凝土封底。

所述步驟二中豎井套井的地基可打設水泥攪拌樁進行地基加固處理。

本發(fā)明涉及的一種多功能數(shù)控豎井掘進裝置及施工方法，通過設置浮動作業(yè)臺8，增加豎井井筒3下沉推進的動力，并易于操控，提高工效，施工對環(huán)境影響降到最低，通過設置豎井套井1，使各種機械操作和數(shù)據(jù)采集具有可靠保障。通過設置履帶式掘進機組7在井筒內水下鉆吸排土，通過觸變泥漿潤滑系統(tǒng)，減少內井壁摩擦力；通過操作控制系統(tǒng)9進行采集數(shù)據(jù)，并利用豎井自重，操作控制豎井套井1上安裝的導向、糾偏、平衡、推進裝置，使豎井平穩(wěn)下沉推進，豎井套井1及操作控制系統(tǒng)9可以操控，垂直、平衡度、安全下沉；不排水下沉對周邊建筑影響極?。槐緳C施工，成本大幅降低。

以上結合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細說明，但本發(fā)明不限于所描述的實施方式。對于本領域的技術人員而言，在不脫離本發(fā)明原理和精神的情況下，對這些實施方式進行多種變化、修改、替換和變型，仍落入本發(fā)明的保護范圍內。