[发明专利]一种穿岩层的沉井机械施工装置和方法

说明书

本发明涉及一种穿岩层的沉井机械施工装置和方法，包括壁行凿岩机、壁行挖掘机和环形轨道；壁行凿岩机和壁行挖掘机能够在环形轨道上沿沉井井壁圆周移动，壁行凿岩机破碎沉井底部的岩石形成岩碴，壁行挖掘机挖取岩碴堆放至沉井中部，再由提升系统提升至地面。所述沉井机械施工装置和方法能够实现一种针对穿岩层的沉井自动机械装备和施工工艺。

技术领域

本发明涉及一种穿岩层的沉井机械施工装置和方法，应用于土木工程中地下结构及基础工程领域。

背景技术

沉井常用于矿山、给排水和市政工程中。随着给排水和市政工程中沉井深度的增加，沉井入岩的问题在沉井工程中开始显现。目前沉井多采用人工挖掘的方式，井内空间受限，井下的人员安全问题显著。此外，遇到岩石地层，特别是无法进行爆破作业的情况下，人工凿岩开挖沉井工程难度大、施工效率低，以上问题提高了沉井的施工难度，对沉井工程的工期和造价均有不利影响，限制了沉井的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种穿岩层的沉井机械施工装置和方法，能够实现一种针对穿岩层的沉井自动机械装备和施工工艺。

为达到上述目的，本发明所采取的方案为：

一种穿岩层的沉井机械施工装置，其特征在于，包括壁行凿岩机、壁行挖掘机和环形轨道；壁行凿岩机和壁行挖掘机能够在环形轨道上沿沉井井壁圆周移动，壁行凿岩机破碎沉井底部的岩石形成岩碴，壁行挖掘机挖取岩碴堆放至沉井中部，再由提升系统提升至地面。

进一步的，壁行挖掘机包括环移平车、挖掘臂和液压动力箱，挖掘臂上安装有挖斗，其特征在于，壁行凿岩机由壁行挖掘机的挖斗更换为铣槽器而成，能够通过控制挖掘臂动作，根据岩石的强度，设定铣槽器的铣削深度和动作路径。

进一步的，当沉井在岩层中施工时，根据沉井井壁内径和壁行凿岩机的铣槽器尺寸，将沉井内部等分为偶数个扇区，使每个扇区的弦长小于铣槽器的宽度。

进一步的，壁行凿岩机完其中1个扇区的凿岩工作后，壁行挖掘机首先将岩碴堆积在该扇区刃脚下，同时壁行凿岩机破碎对侧扇区的岩体，防止沉井突沉；所有扇区均被破碎后，通过壁行挖掘机清理刃脚下的岩碴。

进一步的，提升系统包括主提升装置、副提升装置、龙门架和环形提升轨道；主提升装置和副提升装置均安装在龙门架横梁上，主提升装置可以为抓斗或吊桶，龙门架沿着围绕沉井圆周的环形提升轨道转动，其特征在于，龙门架的两侧分别安装有管线绞盘、管线架和动力泵站，通过安装在管线绞盘和管线架上的液压管和控制电缆为壁行挖掘机和壁行凿岩机提供动力和控制信号。

进一步的，壁行挖掘机和壁行凿岩机沿环形轨道对称布置，且随龙门架同步转动。

进一步的，挖掘机提升装置从沉井口延伸至环向导轨并与环向导轨相连，用于挖掘主机的检修维护，也能够用作在井下布置多台挖掘主机。

一种穿岩层的沉井机械施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

（A）地质勘查：对沉井施工现场进行地质勘查，明确土层和岩层的交界面倾角，制定沉井穿越交界面的防偏措施，确定沉井所穿岩层的岩石类型、单轴抗压强度和破碎程度；若地下水位高于沉井底部，则在沉井四周预先施工止水帷幕；

（B）沉井准备：场地进行平整和硬化，在沉井井口施工锁口，并沿锁口挖掘存储槽，存储槽底部为锥形的混凝土硬化层，在存储槽中导入卵石或石子作为减阻材料；在地面组装提升系统，用挖掘机和抓斗在井口挖掘刃脚组装空间，并在四周铺设垫块，安装和拼接刃脚钢板，并浇筑或拼装第一段井壁；

（C）设备组装调试：组装龙门吊车，调试壁行挖掘机和壁行凿岩机，在刃脚或第一段井壁上安装环形轨道，并且同时安装龙门架、主提升装置、副提升装置和环形提升导轨；在地面装配提升载板和壁行挖掘机，连接壁行挖掘机的动力和控制管线到管线绞盘上，通过提升架、提升导轨和提升载板将壁行挖掘机引导至环向导轨上，期间进行提升载板定位调试以及导轨和壁行挖掘机调试工作；