一种绿色城市地下构筑物免开挖施工工艺及施工设备

技术领域

本申请涉及建筑技术的领域，尤其是涉及一种绿色城市地下构筑物免开挖施工工艺及施工设备。

背景技术

沉井是井筒状的构筑物，它是以井内挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻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。一般在施工大型桥墩的基坑，污水泵站，大型设备基础，人防掩蔽所，盾构拼装井，地下车道与车站水工基础施工围护装置时使用。

公开号为CN1888329A的专利公开了一种沉井构筑物的施工方法，先经勘探选择沉井的位置；放置钢筋笼，打钢筋混凝土的圈梁；待混凝土圈梁凝固并达到预定强度后，在圈梁内继续下挖，取走圈梁内核底部的部分土体，使圈梁下沉；在圈梁上砌筑护井墙；待护井墙达到预定强度后，取走井内和护井墙底部土体，直到沉井的深度达到要求；最后砌筑井沿，直至成井。

针对上述中的相关技术，存在有以下缺陷：通过人工挖掘沉井下方土体，使沉井下沉，施工人员工作量大，施工效率低下。

发明内容

为了提高施工效率，简化施工人员工作量，本申请提供一种绿色城市地下构筑物免开挖施工工艺及施工设备。

第一方面，本申请提供一种绿色城市地下构筑物免开挖施工设备，采用如下的技术方案：

一种绿色城市地下构筑物免开挖施工设备，包括护筒，所述护筒的内部可拆卸安装有支架，所述支架的底壁上设置有用于冲刷沉井底壁的喷头组，所述喷头组的进水端口外接水源，所述护筒的内壁上设置有抽浆管，所述抽浆管的一端位于喷头组的出水端的下方、另一端外接集渣池，所述抽浆管上设置有抽沙泵，所述抽沙泵的进沙端连通向护筒内，所述支架的底部设置有若干搅拌装置。

通过采用上述技术方案，施工人员在将护筒安装在地面上后，启动喷头组，由喷头组冲刷护筒内部的地面，同时启动搅拌装置，对地面上的土体进行搅拌，使土体与水混合呈浆水混合，而护筒在下方土体松散后，在自重作用下下沉，同时启动抽沙泵，将护筒中的浆水抽出至集渣池中，重复持续作业，即可使护筒不断下沉，直至护筒顶部下沉至标高，省去施工人员手动对土石进行开挖，节省人力，并且提高沉井施工效率。

可选的，所述搅拌装置包括转动杆、钻头和第一驱动源，所述转动杆竖直转动设置在支架上，所述钻头固设在转动杆的底部，所述第一驱动源设置在支架上用于驱使转动杆转动。

通过采用上述技术方案，在施工人员启动第一驱动源后，由第一驱动源带动转动杆转动，从而带动钻头对支架下方土体破碎搅拌，加快土体与水混合，提高施工效率。

可选的，所述支架上沿竖直方向滑动设置有若干升降架，所述转动杆转动连接在升降架上，所述第一驱动源固设在升降架上，所述支架上水平设置有转动轴，所述转动轴的两端与支架转动连接，所述支架上固设有用于驱使转动轴转动的第二驱动源，所述转动轴上固设有凸轮，所述凸轮的侧壁与升降架的水平板面滑动接触，所述支架上设有用于驱使升降架靠近凸轮的弹簧，所述弹簧的一端与之间固定连接、另一端与升降架固定连接。

通过采用上述技术方案，施工人员在启动第二驱动源后，第二驱动源带动转动轴以及转动轴上凸轮旋转，使支架上升降架在弹簧和凸轮共同作用下不断上下运动，更好地破开下方土体，进一步加快土体与水混合，提高施工效率。

可选的，所述喷头组包括内喷头和外喷头，所述外喷头设置在支架靠近护筒内壁的边沿，所述外喷头的出水端口竖直朝下，所述外喷头沿护筒周向均匀间隔设置有多个，所述内喷头在支架的底壁上均匀阵列设置有多个，所述内喷头位于外喷头内侧，所述内喷头的出水端口竖直朝下。

通过采用上述技术方案，在启动喷头组对护筒下方地面进行冲刷时，先同时启动外喷头和内喷头，由外喷头对护筒正下方地面着重冲刷，使护筒快速下沉，当护筒下沉适当高度后，首先关闭外喷头，继续由内喷头和抽浆管运作，对护筒内部土体充分搅拌并抽出后，再继续开启外喷头进行冲刷，使抽浆管能充分将护筒内土体抽出，护筒下降平稳，操作便利。

可选的，所述支架的底壁上转动设置有安装环，所述安装环与护筒同轴，所述外喷头设置在安装环上，所述支架上设置有用于驱使安装环往复旋转的驱动装置。

通过采用上述技术方案，施工人员在启动驱动装置后，驱使安装环带动外喷头在护筒边缘处往复移动，使外喷头能均匀对护筒下方土体进行冲刷，使护筒各方向下沉均匀，提高护筒下沉过程中垂直度效果保持。

可选的，所述驱动装置包括齿圈、齿轮和第三驱动源，所述齿圈同轴固设在安装环的内壁上，所述齿轮与齿环啮合，所述第三驱动源固设在支架上，所述第三驱动源驱使齿轮转动。

通过采用上述技术方案，施工人员启动第三驱动源，即可带动齿轮旋转，通过齿轮与齿条之间传动，从而带动安装环转动，并通过第三驱动源正反转，从而使齿轮正反转带动外喷头来回移动，对护筒下方土体冲刷，使用方便。

可选的，所述护筒的下端设置有刃脚，所述刃脚靠近护筒的内侧。

通过采用上述技术方案，在外喷头对护筒下方进行冲刷时，刃口将水流遮挡，有效防止外喷头将护筒外的土体冲刷出缺口，保持护筒安装稳定性。

可选的，还包括引导架，所述引导架设置在地面上，所述引导架的内壁上转动设置有导向辊，所述导向辊沿竖直方向均匀间隔设置有至少两排，所述导向辊沿护筒周向均匀间隔设置有多组，所述导向辊的外壁与护筒的外壁滑动接触。

通过采用上述技术方案，在护筒下沉过程中，通过引导架以及引导架上的导向辊对护筒的下沉方向进行导向，进一步保持护筒下沉过程中护筒的垂直度，进一步提高沉井质量。

第二方面，本申请提供一种绿色城市地下构筑物免开挖施工工艺，采用如下的技术方案：

一种绿色城市地下构筑物免开挖施工工艺，包括以下步骤：

（1）准备工作：平整场地，测量定位；

（2）护筒就位：开挖定位浅坑，护筒吊装就位；

（3）护筒下沉：向护筒底部冲水松散护筒底部地面，使护筒在自重作用下均匀下沉，对护筒内部区域泥土加水搅拌；

（4）砂石排出：将护筒内部砂石泥浆抽出至集渣池；

（5）护筒持续下沉：重复护筒下沉和砂石排出作业，直至护筒顶部下沉至指定标高。

通过采用上述技术方案，采用高压水流冲刷护筒下方土体，将土体冲刷成泥浆，再将泥浆抽出，使护筒在自重下下沉，省去人工开挖下方泥土，节省施工人员工作量，提高沉井下沉施工效率。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.施工人员在将护筒安装在地面上后，由喷头组冲刷护筒内部的地面，使土体与水混合呈浆水混合，护筒下方土体松散后，护筒在自重作用下下沉，再由抽沙泵，将护筒中的浆水抽出至集渣池中，重复持续作业，即可使护筒下沉至标高，节省人力，并且提高沉井施工效率；

2.在启动喷头组对护筒下方地面进行冲刷时，先同时启动外喷头和内喷头，由外喷头对护筒正下方地面着重冲刷，使护筒快速下沉，当护筒下沉适当高度后，关闭外喷头，继续由内喷头和抽浆管运作，使抽浆管能充分将护筒内土体抽出，护筒下降平稳，操作便利；

3.施工人员在启动驱动装置后，驱使安装环带动外喷头在护筒边缘处往复移动，使外喷头能均匀对护筒下方土体进行冲刷，使护筒各方向下沉均匀，提高护筒下沉过程中垂直度效果保持。

附图说明

图1是本申请实施例的整体结构示意图。

图2是本申请实施例的局部剖视结构示意图。

图3是图2中A部分的局部放大示意图。

图4是本申请实施例另一视角的局部剖视结构示意图。

图5是图4中B部分的局部放大示意图。

附图标记说明：1、护筒；2、支架；21、升降架；22、转动轴；23、凸轮；24、第二驱动源；25、弹簧；3、喷头组；31、内喷头；32、外喷头；4、抽浆管；41、集渣池；42、抽沙泵；5、搅拌装置；51、转动杆；52、钻头；53、第一驱动源；6、安装环；61、驱动装置；611、齿圈；612、齿轮；613、第三驱动源；7、刃脚；8、引导架；81、导向辊。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种绿色城市地下构筑物免开挖施工设备。参照图1、2，包括护筒1和引导架8。护筒1在地面上竖直放置，引导架8使用预埋螺栓固定安装在地面上。引导架8位于护筒1外侧，引导架8靠近护筒1的侧壁上转动安装有导向辊81，导向辊81的轴线呈水平。导向辊81在引导架8上沿竖直方向并排设有至少两排，可以为三排、四排。本实施例中，导向辊81为两排，导向辊81的侧壁滑动接触在护筒1的外壁上。引导架8在护筒1的外围，沿护筒1周向均匀间隔设有多个，可以为三个，也可以为四个。通过多个引导架8共同夹持护筒1，从而对护筒1起到直线导向作用。

参照图1、2，护筒1外壁材质为中夹层金属筒，金属筒的夹层中填充混凝土。护筒1的底部沿自身周向设有刃脚7，刃脚7靠近护筒1的内侧。刃脚7靠近护筒1内侧的侧壁与护筒1的内壁同轴共面，刃脚7靠近护筒1外侧的侧壁为斗形倾斜面，护筒1下沉时，将护筒1侧壁正下方泥土挤压向护筒1外侧。

参照图2、3，护筒1的内壁上靠近护筒1底部的位置，沿自身周向焊接有耳板，耳板上使用螺栓可拆卸安装有支架2，支架2呈水平盘状，中部镂空，支架2中添加网格架体支撑。支架2上安装有出水端口朝下的喷头组3，本实施例中，喷头组3包括外喷头32和内喷头31。内喷头31有多个，均匀布置安装在支架2上的网格架体上，其出水端口竖直朝下，进水端口连接于同一第一进水管道，第一进水管道外接自来水管，第一进水管道上安装有用于开闭第一进水管道的第一阀门。

参照图2、3，支架2的底壁上，转动安装有与护筒1同轴的安装环6，外喷头32固定安装在安装环6上，外喷头32沿安装环6的周向均匀间隔布置多个，可以为四个，也可以为六个。外喷头32的出水端口竖直朝下，外喷头32的进水端口通过软管连接于另一第二进水管道上，第二进水管道外接自来水管，第二进水管上安装有用于开闭第二进水管道的第二阀门。

参照图2、3，为了驱使安装环6在支架2上来回转动，使外喷头32对护筒1内底壁边缘位置均匀冲刷，支架2上设有用于驱使安装环6往复旋转的驱动装置61。本实施例中，驱动装置61包括齿圈611、齿轮612和第三驱动源613。第三驱动源613为伺服电机，伺服电机螺栓固定安装在支架2上，齿圈611同轴焊接固定在安装环6上，齿圈611的齿朝内，齿轮612同轴固定套接在伺服电机的输出轴上，齿轮612与齿圈611相啮合。通过伺服电机的输出轴正反转，带动安装环6在支架2上来回转动，从而使护筒1侧壁正下方泥土受到均匀冲刷，使护筒1下沉平稳。

参照图1、2，护筒1的内壁上还通过管箍固定安装有抽浆管4，地面上提前开挖集渣池41。抽浆管4的一端伸入护筒1内部，其端部低于喷头组3的出水端，且高于护筒1的底端，抽浆管4的另一端伸入集渣池41中。地面上安装有抽沙泵42，抽沙泵42的进沙端口朝向护筒1内，出沙端口朝向集渣池41。

参照图3、4，为了使护筒1内部土体与水快速混合呈浆，支架2的底部均匀阵列若干搅拌装置5，本实施例中，搅拌装置5包括转动杆51、钻头52和第一驱动源53。支架2上方，设有与转动杆51数量相同的升降架21，升降架21均匀阵列布置在支架2上的网格架体上。升降架21可以为3*3布置，也可以为4*4布置，使升降架21上的钻头52和搅拌杆等对护筒1内部区域的土体均匀搅拌。升降架21的底壁上竖直焊接有导向杆，支架2上开设有与导向杆相适配的导向孔，导向杆竖直滑动穿设在导向孔内。转动杆51转动安装在升降架21上，转动杆51的轴线竖直，支架2上开设有供转动杆51穿过的通孔，转动杆51穿过通孔，并在通孔中活动。钻头52螺栓固定连接在转动杆51的底端，位于支架2的下方，钻头52磨损时，可随时将钻头52出泥管转动杆51上拆下并更换。第一驱动源53为第一电动机，第一电动机螺栓固定安装在升降架21上，第一电动机的输出轴依靠齿轮612传动，带动转动杆51转动。

参照图3、4，为了提高钻头52对土体的搅拌效果，以及使护筒1和支架2在下沉过程中钻头52更好破开土体，支架2上设有用于驱使升降架21往复升降的升降装置。本实施例中升降装置包括第二驱动源24、凸轮23和弹簧25。第二驱动源24为第二电动机，第二电动机螺栓固定安装在支架2上，其输出轴水平，且在输出轴上同轴固定套接有转动轴22，转动轴22两端通过轴承座转动安装在支架2上。转动轴22根据升降架21的布置形式，成排平行布置在支架2上，与升降架21布置排数一一对应。凸轮23固定套接在转动轴22上，凸轮23的中心线与转动轴22的轴线相平行。凸轮23的外壁滑动接触在升降架21的底壁上，弹簧25用于拉动升降架21下降，弹簧25的一端固定连接在支架2上、另一端固定连接在升降架21的底壁上。

在其他实施例中搅拌装置5可以为转动环、搅拌杆和刮片，转动环与护筒1同轴，转动安装在支架2的底壁上。搅拌杆竖直焊接固定在转动环的底壁上，并且搅拌杆沿转动环轴线均匀间隔设有多个。刮片与搅拌杆螺栓固定连接，各搅拌杆上的刮片，沿转动环的转动方向，在搅拌杆上同一朝向固定。支架2上设有驱使转动环转动的转动机构。

本申请实施例一种绿色城市地下构筑物免开挖施工设备的实施原理为：施工人员在将护筒1安装在地面上后，先同时启动外喷头32和内喷头31，由外喷头32对护筒1正下方地面着重冲刷，使护筒1在自重作用下快速下沉。护筒1下沉过程中，启动第一电动机，带动钻头52转动，对护筒1中土体和水进行搅拌，使土体与水混合呈浆水混合状态。当护筒1下沉适当高度后，首先关闭外喷头32，继续由内喷头31和抽浆管4运作，将护筒1内部浆水抽出至集渣池41。待浆水抽净后，继续开启外喷头32进行冲刷，重复持续作业，即可使护筒1不断下沉，直至护筒1顶部下沉至标高，。省去施工人员手动对土石进行开挖，节省人力，并且提高沉井施工效率。

本申请实施例还公开一种绿色城市地下构筑物免开挖施工工艺。

包括以下步骤：

（1）准备工作：平整场地，预挖集渣池41，测量定位；

（2）护筒1就位：开挖定位浅坑，在定位浅坑周围安装引导架8，护筒1通过吊机吊装就位，插接在定位浅坑中；

（3）护筒1下沉：同时启动外喷头32和内喷头31，向护筒1底部冲水，松散护筒1底部地面，使护筒1在自重作用下均匀下沉，在护筒1下沉指定高度后，停止外喷头32，并对护筒1内部区域泥土继续加水搅拌；

（4）砂石排出：在护筒1中土体搅拌至泥浆，并取样合适后，将护筒1内部砂石泥浆抽出至集渣池41；

（5）护筒1持续下沉：重复护筒1下沉和砂石排出作业，直至护筒1顶部下沉至指定标高。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。