一种基坑底部预留土层开挖装置及基坑开挖方法

技术领域

本发明涉及基坑施工技术领域，具体而言，涉及一种基坑底部预留土层开挖装置及基坑开挖方法。

背景技术

在地下管廊建设过程中需要进行基坑开挖，按照施工规范，采用机械开挖时需要预留150mm至300mm的土层采用人工开挖清平，防止机械超挖或者机械扰动基底原状土。管廊一般几公里长十几米宽，人工开挖量很大。

传统施工做法:第一种，使用机械开挖到设计标高然后用人工清平，容易造成超挖或者扰动基坑底部原状土；第二种，使用人工挖掘修整预留土层，速度慢效率低，成本高。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种基坑底部预留土层开挖装置及基坑开挖方法，旨在提供一种高效率的不扰动基坑底部原状土的管廊基坑底部预留土层基坑底部预留土层开挖装置及基坑开挖方法。

一方面，本发明提出了一种基坑底部预留土层开挖装置，该装置包括：铲土车，用于对预留土层进行开挖；两个滑轨，分别设置在所述车体的两侧，起到纵向导向作用；前牵引组件，可滑动地连接在其中一个所述滑轨上，并且，所述前牵引组件与所述铲土车的前端相连接，用于施加前牵引力至所述铲土车上，以提供所述铲土车前进的动力；后牵引组件，可滑动地连接在另一个所述滑轨上，并且，所述后牵引组件与所述铲土车的后端相连接，用于施加后牵引力至所述铲土车上，以提供所述铲土车后退的动力，以使所述铲土车移动至后端以再次沿纵向自后端向前端移动，进而对预留土层进行开挖。

进一步地，上述基坑底部预留土层开挖装置，所述铲土车包括：车体，作为行走机构；车斗，可转动地设置在所述车体上，用于存放开挖的土体；车刀组件，设置在所述车体的前端，用于切割预留土层的土体，并对切割松散的土体进行挤压导向，以使切割下来的土体进入所述车斗内。

进一步地，上述基坑底部预留土层开挖装置，所述车刀组件包括：固定刀头；滑动刀头，沿所述固定刀头的长度方向上可滑动地连接在所述固定刀头上，用于往复滑动以切割土体；驱动组件，动力输出端与所述滑动刀头相连接，用于驱动所述滑动刀头滑动。

进一步地，上述基坑底部预留土层开挖装置，所述滑动刀头上沿其长度方向设有滑动槽，所述固定刀头上设有连接件，所述连接件可滑动地穿设于所述滑动槽。

进一步地，上述基坑底部预留土层开挖装置，所述驱动组件包括：驱动电机；同轴传动轮，所述同轴传动轮与所述驱动电机的输出轴通过传动链条传动连接；连接杆，第一端铰接在所述同轴传动轮上，用于在所述同轴传动轮转动的作用下进行摆动；设置在所述滑动刀头上的连接块，所述连接杆的第二端与所述连接块相铰接，在所述连接杆的摆动作用下，所述连接块带动所述滑动刀头沿所述固定刀头的长度方向滑动。

进一步地，上述基坑底部预留土层开挖装置，所述车体的前端设有前进牵引钩，用于挂接所述前牵引组件的牵引钢丝绳，以使所述车体在所述前牵引组件的牵引钢丝绳的作用下前进；和/或，所述车体的后端设有后退牵引钩，用于挂接所述后牵引组件的牵引钢丝绳，以使所述车体在所述后牵引组件的牵引钢丝绳的作用下后退；和/或，所述车斗上设有车斗翻转钩，用以挂接所述前牵引组件的牵引钢丝绳，以使所述车斗在所述牵引钢丝绳的作用下前翻。

进一步地，上述基坑底部预留土层开挖装置，所述车体的后端设有扶手，用于手动调整所述车体前进方向，还用于手动调整所述车体的水平度以配合控制切土深度。

进一步地，上述基坑底部预留土层开挖装置，所述前牵引组件和/或所述后牵引组件包括：滑动底座，其可滑动地连接在所述滑轨上；卷扬机，设置在所述滑动底座上，并且，所述卷扬机的牵引钢丝绳连接在所述铲土车的前端或后端。

进一步地，上述基坑底部预留土层开挖装置，所述导轨上沿其长度方向设有凸起，所述滑动底座上设有与所述凸起相适配的凹槽；和/或，所述导轨上沿其长度方向设有凹槽，所述滑动底座上设有与所述凹槽相适配的凸起。

另一方面，本发明还提出了一种基坑开挖方法，该基坑开挖方法包括如下步骤：采用土方开挖机械对基坑的上部土层进行开挖，并开挖至所述上部土层和所述预留土层之间的分界线处，以使所述基坑底部的预留土层暴露出来；所述上部土层和所述预留土层之间的分界线与所述基坑的基坑底标高间距为150mm至300mm；采用上述基坑底部预留土层开挖装置对所述预留土层进行开挖并开挖至所述基坑底标高。

本发明提供的基坑底部预留土层开挖装置及基坑开挖方法，通过前牵引组件施加前牵引力至铲土车上，以提供铲土车前进的动力，使得铲土车纵向移动，并在移动的同时对预留土层进行铲土，并在后牵引组件的牵引作用下，使得铲土车后退，即铲土车在前牵引组件和后牵引组件的牵引下纵向移动；前牵引组件和后牵引组件还可在滑轨上沿滑轨进行横向移动，以带动铲土车进行横向移动，因此管廊宽度范围内的土体均在铲土车的工作范围之内；通过该基坑底部预留土层开挖装置对预留土层进行开挖，开挖面平整不需要大面积修整，可以提高预留土层的挖土效率，控制开挖深度防止超挖，防止扰动基坑设计标高以下原状土，即提供了一种高效率的不扰动基坑底部原状土的管廊基坑底部预留土层基坑底部预留土层开挖装置及基坑开挖方法。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的基坑开挖方法的流程框图；

图2为本发明实施例提供的基坑土层的横断面图；

图3为本发明实施例提供的基坑土层的纵断面图；

图4为本发明实施例提供的基坑底部预留土层开挖装置的俯视图；

图5为本发明实施例提供的基坑底部预留土层开挖装置的侧视图；

图6为本发明实施例提供的铲土车的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的铲土车头部位置的局部放大图；

图8为本发明实施例提供的固定刀头和滑动刀头之间的布置示意图；

图9为本发明实施例提供的车刀组件的后视图；

图10为本发明实施例提供的滑轨和牵引组件之间的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参见图1，其为本发明实施例提供的基坑开挖方法的流程框图。如图所示，该方法包括如下步骤：

步骤S1，采用土方开挖机械对基坑的上部土层进行开挖，并开挖至上部土层和预留土层之间的分界线处，以使基坑底部的预留土层暴露出来；上部土层和预留土层之间的分界线与基坑的基坑底标高间距为150mm至300mm。

具体地，如图2和图3所示，按施工规范自原地坪线A-A至基坑底标高B-B，从上到下，基坑土层可依次划分为上部土层T1和预留土层T2。首先，按施工规范用土方开挖机械将基坑的上部土层T1开挖，并开挖至基坑底标高31以上150mm至300mm处，暴露出预留土层T2。如图2所示，基坑土层的周边可设有支护结构10，以对基坑进行防护，避免开挖过程中周边土层的倾倒。

步骤S2，采用基坑底部预留土层开挖装置对预留土层进行开挖并开挖至基坑底标高。

具体地，可采用基坑底部预留土层开挖装置对预留土层T2进行开挖并开挖至基坑底标高31处，完成基坑的开挖。

参见图4，其为本发明实施例提供的基坑底部预留土层开挖装置的结构示意图。如图所示，该开挖装置包括：铲土车1、两个滑轨2、前牵引组件3和后牵引组件4；其中，

铲土车1用于对预留土层T2进行开挖；两个滑轨2分别设置在铲土车1的两侧，起到纵向（如图4所示的水平方向）导向作用；前牵引组件3可滑动地连接在其中一个滑轨2（如图4所示的右侧的滑轨2）上，并且，前牵引组件3与铲土车1的前端（如图4所示的右端）相连接，用于施加前牵引力至铲土车1上，以提供铲土车1前进的动力；后牵引组件4可滑动地连接在另一个滑轨2（如图4所示的左侧的滑轨2）上，并且，后牵引组件4与铲土车1的后端（如图4所示的左端）相连接，用于施加后牵引力至铲土车1上，以提供铲土车1后退的动力，以使铲土车1移动至后端以再次沿纵向（如图4所示的水平方向）自后端（如图4所示的左端）向前端（如图4所示的右端）移动，进而对预留土层进行开挖。

具体实施时，铲土车1工作时由前牵引组件3牵引着铲土车1，使得铲土车1自图3所示的左侧向右侧移动，并在移动的同时对预留土层T2进行铲土，并可在后牵引组件4的牵引作用下，使得铲土车1自图3所示的右侧即C端处后退即向右侧移动，也就是向D端处移动，即铲土车1在前牵引组件3和后牵引组件4的牵引下纵向移动；前牵引组件3和后牵引组件4还可在滑轨2上沿滑轨2进行横向（如图4所示的竖直方向）移动，以带动铲土车1进行横向移动，因此管廊宽度范围内的土体均在铲土车1的工作范围之内。按照本管廊基坑底部预留土层开挖方法，开挖面平整不需要大面积修整，可以提高预留土层的挖土效率，控制开挖深度防止超挖，防止扰动基坑设计标高以下原状土。

在本实施例中，如图5所示，滑轨2可通过锚地桩5固定在地面或工作面上。可沿管廊纵向在预留土层T2的两端（如图2所示的左右两端）插入锚地桩5，可通过螺栓将滑轨2固定安装在锚地桩5的桩顶上。

参见图5至图7，其示出了本发明实施例提供的基坑底部预留土层开挖装置的优选结构。如图所示，该铲土车1包括：车体11、车斗12、车刀组件13；其中，

车体11底部设有履带轮14，履带轮14用于作为行走机构。具体地，如图5至图6所示，车体11可以为水平设置的底板结构，起到支撑作用；车体11的底部两侧（如图6所示的上下两侧）均设有履带轮14，履带轮14增大铲土车1与预留土层的接触面积，减小压强，减小铲土车1移动对土层的扰动。为便于调整车体11移动方向以及铲土深度，优选地，车体11上可设有扶手16，扶手16可通过焊接固定在车体11的尾部（如图5所示的右端），以调整车体11移动方向和车体11的水平度，进而通过水平度的调整控制挖土深度。

车斗12可转动地设置在车体11上，用于存放开挖的土体，以便将开挖的土体整体运输至其他位置。具体地，如图5所示，车斗12的右端和车体11的顶壁可转动地相连接，以便可向前翻转，可翻转至如图5所示的虚线位置，以进行车斗12内土体的卸土。如图7所示，车斗12和车体11之间可通过合页15可转动地相连接，合页15的两个合页板151之间通过合页转轴152相铰接，两个合页板151分别焊接在车斗12和车体11上，以使车斗12可在牵引力的作用下绕着合页转轴152前翻。在本实施例中，车斗12上设有车斗翻转钩121，用以挂接前牵引组件3的牵引钢丝绳，以使车斗12在牵引钢丝绳的作用下前翻。在本实施例中，前牵引组件3的牵引钢丝绳上可设有防脱挂钩（图中未示出），其可挂接在前进牵引钩111或车斗翻转钩121上，以便切换提供前拉动力和翻转动力。

车刀组件13设置在车体11的前端（如图5所示的右端），用于切割预留土层的土体，并对切割松散的土体进行挤压导向，以使切割下来的土体进入车斗12内。具体地，车刀组件13设置在车体11的前端，以在车体11移动时对土层进行切割，并在移动过程中切割松散的土体由土的挤压作用进入车斗12内。为避免车刀组件13切土太深，优选地，车体11上于车刀组件13的两侧设有深度控制板17，用于顶压在土层上，以控制刀头组件13的开挖深度，以避免车体11倾斜导致车刀组件13切土太深。在本实施例中，如图7所示，车体11上设有刀头安装板18，用于对车刀组件13进行支撑；该刀头安装板18可倾斜设置在车体11的前端即头部，以使车刀组件13倾斜设置，以便通过车刀组件13的切割端（如图7所示的前端）插至土层内进行土层的切割。其中，该车刀组件13可以为电动刀头。

在本实施例中，如图7所示，车体11的前端（如图7所示的右端）设有前进牵引钩111，用于挂接前牵引组件3的牵引钢丝绳，以使车体11在前牵引组件3的牵引钢丝绳的作用下前进，即向右移动；和/或，车体11的后端（如图7所示的左端）设有后退牵引钩112，用于挂接后牵引组件4的牵引钢丝绳，以使车体11在后牵引组件4的牵引钢丝绳的作用下后退，即向左移动，同时，还可在前牵引组件3和后牵引组件4的作用下进行横向移动。其中，前进牵引钩111、后退牵引钩112可通过焊接固定在车体11上，以便牵引钢丝绳可通过防脱挂钩栓挂在前进牵引钩111、后退牵引钩112上。

继续参见图7至图9，车刀组件13包括：固定刀头131、滑动刀头132和驱动组件133；其中，滑动刀头132沿固定刀头131的长度方向（如图8和图9所示的水平方向）上可滑动地连接在固定刀头131上，用于往复滑动以切割土体；驱动组件133的动力输出端与滑动刀头132相连接，用于驱动滑动刀头132滑动。

具体地，固定刀头131可设置在刀头安装板18的上方，并且，固定刀头131和刀头安装板18之间具有一定间隙，滑动刀头132可滑动地夹设在刀头安装板18和固定刀头131之间；在本实施例中，如图9所示，滑动刀头132上沿其长度方向设有滑动槽1322，固定刀头131上设有连接件134，连接件134可滑动地穿设于滑动槽1322内，该连接件134的两端（如图9所示的上下两端）可分别连接在固定刀头131和刀头安装板18上，且中间穿设于滑动槽1322且可相对滑动槽1322进行滑动。驱动组件133的动力输出端与滑动刀头132相连接，用于驱动滑动刀头132滑动，以使滑动刀头132沿横向往复运动（如图7所示的垂直于纸面方向）切割土体。其中，连接件134可以为平头螺栓，以便连接在固定刀头131、滑动刀头132连接在刀头安装板18上。

在本实施例中，采用电动滑动刀头是为了提高车刀组件13的切土效率，特别适用于预留土层的土质偏硬、使用普通平刀切割时阻力较大的情况。

继续参见图7和图9，驱动组件133包括：驱动电机1331、同轴传动轮1332、连接杆1333、连接块1334；其中，同轴传动轮1332与驱动电机1331的输出轴通过传动链条1335传动连接；连接杆1333的第一端（如图9所示的右端）铰接在同轴传动轮1332上，用于在同轴传动轮1332转动的作用下进行摆动；连接块1334设置在滑动刀头132上，并且，连接杆1333的第二端（如图9所示的左端）与连接块1334相铰接，在连接杆1333的摆动作用下，连接块1334带动滑动刀头132沿固定刀头131的长度方向（如图9所示的水平方向）滑动。

具体地，如图7所示，驱动电机1331即电动机可以通过螺栓固定在电机底座1336上，电机底座1336可焊接在车体11的下方，以实现该驱动电机1331的固定；同轴传动轮1332与驱动电机1331之间通过传动链条1335相连接，以使同轴传动轮1332与驱动电机1331同步转动；连接块1334可通过焊接固定在滑动刀头132上，且与同轴传动轮1332采用连接杆1334铰接连接，以使连接块1334来回运动从而使滑动刀头132来回运动切割土体。在本实施例中，连接块1334、连接杆1333和同轴传动轮1332组合形成曲柄滑块机构，以带动滑动刀头132沿固定刀头131的长度方向即横向进行往复直线运动。其中，传动链条1335可以倾斜设置。

参见图10，其为本发明实施例提供的滑轨和牵引组件之间的结构示意图。如图所示，该牵引组件可以为前牵引组件3和/或后牵引组件4，牵引组件可以包括：滑动底座61和卷扬机62；其中，滑动底座61可滑动地连接在滑轨2上；卷扬机62设置在滑动底座61上，并且，如图4所示，卷扬机62的牵引钢丝绳621连接在铲土车2的前端或后端，即前牵引组件3的牵引钢丝绳621可连接在前进牵引钩111或车斗翻转钩121上，后牵引组件4的的牵引钢丝绳621可连接在后退牵引钩112上。

具体地，如图10所示，导轨2上沿其长度方向设有凸起21，滑动底座61上设有与凸起21相适配的凹槽611；当然亦可为，导轨2上沿其长度方向设有凹槽，滑动底座61上设有与凹槽相适配的凸起。滑动底座61和卷扬机62之间可通过螺栓固定连接，亦可通过其他连接方式固定连接，本实施例中对其不做任何限定。

该基坑底部预留土层开挖装置的工作原理：刀头组件13工作时由驱动电机1331提供动力，由传动链条1335带动同轴传动轮1332转动，同轴传动轮1332转动时带动连接杆1333端部的连接块1334来回运动，连接块1334焊接在滑动刀头132上与同轴传动轮1332采用连接杆1333铰接连接，连接块1334来回运动从而使滑动刀头1332来回运动切割土体；铲土车1工作时由前牵引组件3的牵引钢丝绳牵621引着铲土车1，刀头组件13切割土体，切割松散的土体由土的挤压作用进入车斗12内，当前牵引组件3的牵引钢丝绳621将铲土车1牵引至图3所示的D端时，改变牵引钢丝绳621上挂钩的栓挂位置，栓挂在车斗12上的车斗翻转钩121上；车斗12在牵引钢丝绳621的牵引作用下前翻卸土，然后由大型开挖机械挖运；铲土车1在C、D端的卷扬机的牵引下，在C、D端纵向移动，卷扬机62能沿滑轨2横向移动，因此管廊宽度范围内的土体均在铲土车1的工作范围之内。

综上，本实施例提供的基坑底部预留土层开挖装置及基坑开挖方法，通过前牵引组件3施加前牵引力至铲土车1上，以提供铲土车1前进的动力，使得铲土车1纵向移动，并在移动的同时对预留土层T2进行铲土，并在后牵引组件4的牵引作用下，使得铲土车1后退，即铲土车1在前牵引组件3和后牵引组件4的牵引下纵向移动；前牵引组件3和后牵引组件4还可在滑轨2上沿滑轨2进行横向移动，以带动铲土车1进行横向移动，因此管廊宽度范围内的土体均在铲土车1的工作范围之内；通过该基坑底部预留土层开挖装置对预留土层进行开挖，开挖面平整不需要大面积修整，可以提高预留土层的挖土效率，控制开挖深度防止超挖，防止扰动基坑设计标高以下原状土，即提供了一种高效率的不扰动基坑底部原状土的管廊基坑底部预留土层基坑底部预留土层开挖装置及基坑开挖方法。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。