一种沉井式竖井掘进机

技术领域

本申请涉及建筑施工技术领域，尤其涉及一种沉井式竖井掘进机。

背景技术

沉井是井筒状的结构物，它是以井内挖土，依靠沉井的自身重力克服井壁摩擦力后下沉到设计标高，然后经过混凝土封底并填塞井孔，使其成为桥梁墩台或其它结构物的基础。

原有的井内挖土采取的是人工挖掘和人工机械挖掘，但是这种方式危险性大，且效率低下，现在，大部分都开始采用自动化机械—沉井掘进机进行井内的挖土，现有的自动化机械，将沉井通过钢丝绳，固定在井壁提吊系统上，然后在井的内壁上固定轨道，使掘进机的滑轨与轨道适配，使掘进机悬在井内，然后，向井底灌入水，将掘进机的钻头(截割装置)掩盖，通过自动化控制，操控钻头对井内的土、石块等进行逐步粉碎，形成泥浆，通过泵吸作用将泥浆抽走，当沉井刃脚(沉井内侧壁底部倒斜角的部位)下方的阻碍物被完全粉碎后，井壁提吊系统将通过钢丝绳将沉井下放，使沉井的底部再次接触地底，然后重复上述挖土和放井的步骤，完成沉井的挖掘。

在这一过程中，截割装置一般通过液压杆控制角度，使截割装置从中心位置向刃脚位置做弧线运动的挖掘，然后截割装置复位至中心，在通过旋转装置转动一定的角度，再次进行从中心位置向刃脚位置做弧线运动的挖掘，不断重复，才能完成一次井底的三百六十度全方位挖掘，以圆柱状沉井为例，这种方式就导致先失去底部泥土支撑的刃脚部位，沉井有向此方位倾斜的趋势，这就导致井壁提吊系统需要长时间的对沉井进行力度调节的控制，同时，在截割装置远离中心的过程中，截割装置的力臂不断增大，导致液压杆承受的压力不断增大(F1·L1(动力臂)＝F2·L2(阻力臂)，用力的点为动力点，承载重物的点为阻力点，起支撑作用的点叫支点)，特别是液压杆与液压腔的直接接触部位，将形成支点，液压杆的活塞与液压腔的直接接触部位将形成动力点，截割装置不断改变的位置将形成阻力点，使得液压杆和液压腔需要不断提供增大的力来保持截割装置的平衡，导致液压杆磨损严重。

发明内容

本申请提出了一种沉井式竖井掘进机，具备从内到外完成挖掘、短时间内完成沉井底部支撑物的挖掘、支座点缩短液压杆的力臂、补偿杆分担液压杆的受力、挤压气体进入膨胀腔使膨胀胶层胀大提高浮力、浮力增大减小液压杆的受力、滑动环座在输入的气体压力下上抬、膨胀胶层进行向上的拉伸和向外侧的膨胀、滑动环座挤压堵塞胶层向上压缩、堵塞胶层向外侧膨胀提供增大的浮力的优点，用以解决现有截割装置对刃脚部位的挖掘时间间隔长、截割装置伸长导致力臂增大、液压杆受力增大的问题。

为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：一种沉井式竖井掘进机，包括沉井，所述沉井内设有支撑装置，用于放置掘进机主体；

所述支撑装置的底部设有旋转总成，用于带动掘进机进行周向运动；

所述旋转总成的底部设有液压装置，用于带动掘进机进行直线运动；

所述液压装置上设有补偿装置，用于分担反作用力；

所述液压装置的一端设有挖掘装置，用于完成沉井底部的挖掘；

所述挖掘装置上设有浮力装置，用于向挖掘装置提供浮力；

所述浮力装置的上方设有密封补偿装置，用于对浮力装置进行密封，并向挖掘装置提供额外的浮力。

优选的，所述支撑装置包括固定连接在井壁上的三个均布的轨道，所述轨道上设有支撑杆，所述支撑杆正对沉井中心的一端设有机架座，用于保持掘进机主体悬空于沉井的中心。

优选的，所述液压装置包括固定连接在旋转总成底端的液压座，用于保持液压座的相对位置，所述液压座内开设有液压腔，所述液压腔内设有液压杆，所述液压座上设有提供液压动力的液压系统，用于推动液压杆进行直线运动。

优选的，所述补偿装置包括液压座内开设的储气腔，所述储气腔内填充有低密度的气体，用于向浮力装置提供所需的气体，所述储气腔内设有补偿杆，用于分担液压杆受到的力，所述补偿杆探出液压座的一端固定连接有支点座，所述支点座固定套接在液压杆上，用于接收液压杆受到的力。

优选的，所述补偿杆和储气腔的横截面均呈矩形，所述补偿杆的顶端贴合在储气腔的顶端，用于提高补偿杆的受力面积，所述补偿杆的竖截面呈L形，所述补偿杆的L形部位的高度和宽度与储气腔的高度和宽度相适配，用于保持储气腔一侧的密封，推动储气腔内的气体排出。

优选的，所述挖掘装置包括固定连接在液压杆一端的延伸座Ⅰ，所述延伸座Ⅰ的底端设有延伸座Ⅱ，用于接收液压杆提供的支撑力，保持悬空，所述延伸座Ⅱ的底部设有挖掘动力总成，用于提供挖掘的动力，所述挖掘动力总成的底部设有挖掘钻头，用于挖掘沉井底部的泥土。

优选的，所述挖掘钻头呈阶梯状，且挖掘钻头的顶部呈圆台状，用于挖掘沉井底部的刃脚下方的泥土。

优选的，所述浮力装置包括挖掘动力总成顶端固定连接的固定环座，用于将浮力提供给挖掘动力总成，所述固定环座的顶端设有膨胀胶层，所述膨胀胶层于延伸座Ⅱ的外侧壁之间形成膨胀腔，所述膨胀腔内填充有低密度的气体，用于进行膨胀提供浮力，所述膨胀胶层的顶端设有滑动环座，用于向上拉伸膨胀胶层，所述膨胀胶层上设有输气管，所述输气管的另一端于储气腔接通，用于输送储气腔和膨胀腔内的气体。

优选的，所述密封补偿装置包括固定连接在滑动环座顶端的堵塞胶层，所述堵塞胶层的顶端与延伸座Ⅰ的底端固定连接，用于对浮力装置进行密封。

优选的，所述堵塞胶层靠近延伸座Ⅱ的内侧封闭，在堵塞胶层内形成空腔，所述空腔内填充有低密度气体，用于接收滑动环座的推力转化为浮力。

本申请提供的一种沉井式竖井掘进机，通过旋转总成带动液压座和挖掘钻头同步转动，使挖掘钻头能形成圆周挖掘轨迹，同时通过液压杆推动延伸座Ⅰ，带动挖掘钻头逐步从中心向沉井的内壁方向移动，使挖掘钻头能从中心向沉井的内壁方向，完成逐步的圆周挖掘，从而当挖掘钻头在沉井的内壁处进行一周挖掘时，沉井底部的其它部位已经完成挖掘，此时沉井只会出现，挖掘钻头挖掘沉井底部的短时间的受力不平衡，减少提吊系统的调节时间。

同时，在液压杆不断伸出液压座时，挖掘钻头处对液压杆提供的力臂不断增大(液压杆底端与液压座的接触部位为支点)，此时，液压杆与支点座的接触点和液压杆与液压座的接触点形成平衡点(此时液压杆的支点位于支点座处，除非液压杆脱离支点座，那么液压杆的支点依然是与液压座的接触部位)，而液压杆的动力臂增长，阻力臂缩短，将保持液压杆的平行，减小液压杆的形变。

同时，此时挖掘钻头处施加的向下的力主要作用在靠近的支点座上，此时补偿杆伸出液压座的长度也在不断增大，使得补偿杆的力臂不断增大(补偿杆底端与液压座的接触部位为支点)，而支点座受到的力将传递给补偿杆(支点座成为阻力点)，而补偿杆顶端与液压座的接触面积大于液压杆顶端与液压座的接触面积(动力点的接触面积大，使得补偿杆抵抗形变的能力增大)，从而通过补偿杆对液压杆进行抗形变的补偿，减缓液压杆和补偿杆的整体形变时间。

同时，通过补偿杆不断的伸出液压座，使补偿杆推动储气腔内的气体，通过输气管不断的输入膨胀腔内，当挖掘钻头处的重心不断的靠近沉井的井壁时，膨胀腔内的空气将不断增多，使膨胀胶层不断胀大，使膨胀的膨胀胶层提供的浮力逐渐增大，减小挖掘钻头处向液压杆提供的力，且滑动环座将在气体的挤压下不断上抬，使膨胀胶层向外侧胀大的同时，也向上拉伸，缩小膨胀胶层向外侧胀大的范围，避免膨胀胶层过渡膨胀而摩擦井壁，导致膨胀胶层磨损的问题。

同时，滑动环座的上抬，将挤压堵塞胶层，使堵塞胶层不断向上压缩空间，使堵塞胶层内的气体不断压缩，使堵塞胶层在增大的气压下抵抗外界水压的能力不断增大，且堵塞胶层的位置不断上移，水压不断减小，使堵塞胶层不断向外侧胀大，此时堵塞胶层形变胀大的空间大于原先未形变的空间，在保持膨胀腔的密封的同时，使堵塞胶层提供的浮力也不断增大，进一步的减小液压杆受到的力。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本申请公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本申请公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1为本发明立体结构示意图；

图2为本发明挖掘钻头结构位置示意图；

图3为本发明液压座内部结构示意图；

图4为本发明结构初始状态示意图；

图5为本发明挖掘钻头远离中心后的结构状态示意图。

附图标记说明：

1、沉井；2、轨道；3、机架座；4、支撑杆；5、旋转总成；6、液压座；7、液压腔；8、液压杆；9、储气腔；10、补偿杆；11、支点座；12、延伸座Ⅰ；13、延伸座Ⅱ；14、堵塞胶层；15、固定环座；16、膨胀胶层；17、滑动环座；18、挖掘动力总成；19、挖掘钻头；20、输气管。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

请参阅图1，包括沉井1，沉井1的井壁上固定连接有三个均布的轨道2，沉井1的底部内侧开设有刃脚，沉井1的底部填充有水，对挖掘钻头19进行降温，同时与挖掘钻头19粉碎的泥土形成浆液，便于排走，沉井1的中心设有机架座3，机架座3的外侧固定连接有三个均布的支撑杆4，支撑杆4的外侧设有滑轨，支撑杆4通过滑轨与轨道2连接，使机架座3能通过支撑杆4悬空于沉井1内，为下方的其它装置提供支持力。

参阅图1至图3，机架座3的底部设有旋转总成5，使旋转总成5带动液压座6和延伸座Ⅰ12，以沉井1的中心线为圆心，进行圆周转动，旋转总成5的底端固定连接有液压座6，液压座6上设有液压系统，液压座6内开设有液压腔7，液压腔7内设有液压杆8，液压腔7和液压杆8的横截面均呈矩形，增大液压杆8与液压座6接触面的面积(液压杆8与液压座6接触面处形成的支点)，提高液压杆8的强度，液压杆8的一端设有活塞，液压杆8的竖截面呈T字形，使液压腔7能在活塞的两端形成两个空间，使液压座6上的液压系统能向两个空间输入液压油，完成液压杆8的往复运动。

参阅图3至图5，液压座6内开设有储气腔9，储气腔9内活动套接有补偿杆10，补偿杆10和储气腔9的横截面均呈矩形，补偿杆10的顶端贴合在储气腔9的顶端，增大补偿杆10与液压座6的接触面积，提高补偿杆10的强度，分散补偿杆10向液压座6提供的阻力(来源于延伸座Ⅰ12一侧的各结构提供的阻力)，储气腔9内填充有密度低的气体，补偿杆10的竖截面呈L形，补偿杆10L形部位的高度和宽度与储气腔9的高度和宽度相适配，使补偿杆10在向延伸座Ⅰ12的方向移动时，补偿杆10能挤压储气腔9内的气体，使气体通过输气管20压入膨胀腔中。

参阅图3至图5，储气腔9处于液压腔7的下方，液压杆8的一端探出液压座6，且这一端固定连接有延伸座Ⅰ12，补偿杆10的一端探出液压座6，且这一端固定连接有支点座11，支点座11固定套接在液压杆8上，且支点座11靠近延伸座Ⅰ12，使延伸座Ⅰ12对液压杆8施加的向下的力，大部分能通过支点座11施加在补偿杆10上，从而使补偿杆10帮助液压杆8分担大部分的向下的力，减缓液压杆8和补偿杆10的形变无效时间。

参阅图1至图5，延伸座Ⅰ12的底端中心固定连接有延伸座Ⅱ13，延伸座Ⅱ13的底端固定连接有挖掘动力总成18，挖掘动力总成18的底部设有挖掘钻头19，使挖掘动力总成18在带动挖掘钻头19，以延伸座Ⅰ12的中心线为圆心自转时，还能通过挖掘动力总成18、延伸座Ⅱ13、延伸座Ⅰ12、液压杆8和液压座6，跟随旋转总成5，做以沉井1的中心线为圆心的转动，从而使挖掘钻头19完成对井底的圆周挖掘，使挖掘钻头19在对沉井刃脚下方的支撑泥土进行挖掘时，能在短时间内通过圆周运动的挖掘轨迹完成挖掘，挖掘钻头19呈阶梯状，且挖掘钻头19的顶部呈圆台状，使挖掘钻头19在靠近沉井1的刃脚时，能通过阶梯状的外形，完成沉井1底部支撑物的直接破碎，不会出现撞击沉井1的问题。

参阅图3至图5，挖掘动力总成18的顶端固定连接有固定环座15，固定环座15的顶端固定连接有膨胀胶层16，膨胀胶层16的顶端固定连接有滑动环座17，固定环座15、膨胀胶层16、滑动环座17均套接在延伸座Ⅱ13的外侧，膨胀胶层16与延伸座Ⅱ13的外侧壁之间形成膨胀腔，膨胀腔内填充有低密度气体，使膨胀胶层16只能进行向外侧扩张的形变、向内侧压缩的形变和向上拉伸的形变，从而保证膨胀胶层16与延伸座Ⅱ13的相对位置，使膨胀胶层16能通过固定环座15向延伸座Ⅱ13提供浮力，膨胀胶层16上固定连接有输气管20，输气管20的另一端与储气腔9接通，使延伸座Ⅰ12在远离沉井的中心时，补偿杆10将不断的向延伸座Ⅰ12的方向移动，使补偿杆10挤压储气腔9内的气体，通过输气管20输入膨胀腔内，使膨胀胶层16不断胀大，向延伸座Ⅰ12提供不断增大的浮力，从而减小液压杆8和补偿杆10受到的延伸座Ⅰ12提供的压力。

实施例二

在实施例一的基础上

请参阅图3至图5，滑动环座17的顶端固定连接有堵塞胶层14，堵塞胶层14的顶端与延伸座Ⅰ12的底端固定连接，堵塞胶层14的竖截面呈波浪形，使堵塞胶层14可以进行高效的压缩和拉伸，保证滑动环座17的上下滑动，堵塞胶层14套接在延伸座Ⅱ13的外侧，使滑动环座17在延伸座Ⅱ13上进行上下滑动时，堵塞胶层14也能对滑动环座17进行密封，使膨胀腔内的气体不会通过滑动环座17与延伸座Ⅱ13间的缝隙发生泄漏，且外界的泥浆也不会黏附在延伸座Ⅱ13的外侧，阻碍滑动环座17的滑动，避免滑动环座17上下位移失效，导致膨胀胶层16向外侧过度膨胀，发生挖掘钻头19靠近沉井1的刃脚部位时，过度膨胀的膨胀胶层16挤压在沉井1的井壁上，导致膨胀胶层16摩擦井壁而出现磨损，以及提供过大的摩擦阻力的问题。

参阅图4至图5，堵塞胶层14靠近延伸座Ⅱ13的内侧封闭，在堵塞胶层14内形成空腔，空腔内填充有低密度气体，使膨胀腔内的气体无法进入堵塞胶层14内，在滑动环座17不断上滑的过程中，将挤压堵塞胶层14，使堵塞胶层14不断向上压缩空间，使空腔内的气体不断压缩，使堵塞胶层14在增大的气压下抵抗外界水压的能力不断增大，且堵塞胶层14的位置不断上移，水压不断减小，使堵塞胶层14不断向外侧胀大，此时堵塞胶层14形变胀大的空间大于原先未形变的空间，在保持膨胀腔的密封的同时，使堵塞胶层14提供的浮力也不断增大，进一步的减小液压杆受到的力。