本發(fā)明屬于沉井施工技術領域，具體涉及一種利用地下豎井機器人施作大直徑沉井的方法。

背景技術：

沉井是井筒狀的結構物，它是以井內挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到設計標高，然后經(jīng)過混凝土封底并填塞井孔，使其成為橋梁墩臺或其它結構物的基礎。沉井施工技術在我國50～60年代開始運用，主要用在大型沉井基礎和水下、地下工程等。這些工程30m范圍周邊無建筑物或無淺基礎建筑物、構筑物，以避免沉井開挖過程中對周邊土層造成擾動；同時在沉井開挖過程中需要持續(xù)抽取地下水，以便施工人員及設備對沉井內部進行開挖。

現(xiàn)有技術中的沉井施工技術存在以下問題：（1）現(xiàn)有的沉井施工過程中會造成周邊地表沉降，影響周邊建筑的安全；（2）現(xiàn)有的施工設備無法在水下作業(yè)，因此施工過程中需要持續(xù)降水，持續(xù)降水會加劇施工現(xiàn)場周邊的地表沉降。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術的不足之處，提供一種利用地下豎井機器人施作大直徑沉井的方法，該方法通過采用自動化的開挖機器人及刃腳下放裝置，大大增加了沉井施工的效率同時減小了施工過程對周邊土層的擾動。

本發(fā)明目的實現(xiàn)由以下技術方案完成：

一種利用地下豎井機器人施作大直徑沉井的方法，所述方法包括以下步驟：將一刃腳圈吊入待施作沉井位置處的基坑內，并通過位于所述基坑外的下放裝置對所述刃角圈進行臨時鎖緊定位；在所述刃腳圈的上方安裝底部環(huán)片，并在所述底部環(huán)片的內表面安裝挖掘機器人；利用所述挖掘機器人對所述基坑下方的土體進行開挖，每開挖掘進一段深度，在所述底部環(huán)片的上方安裝上部環(huán)片，并使用所述下放裝置控制所述刃腳圈向下沉降，如此往復，直至掘進到預設深度。

所述下放裝置沿所述基坑的邊緣等間隔地設置，所述下放裝置用于鎖緊或釋放連接所述刃腳圈的鋼絞線。

各所述下放裝置通過調節(jié)所述鋼絞線的釋放長度以調節(jié)所述刃角圈的姿態(tài)。

所述挖掘機器人包括機艙、水平支桿、姿態(tài)調節(jié)機構以及挖掘臂；若干所述水平支桿自所述機艙的側面向外延伸并搭設在所述底部環(huán)片內表面上的導向限位件上；所述姿態(tài)調節(jié)機構設置在所述機艙的底部，所述挖掘臂的尾端鉸接所述姿態(tài)調節(jié)機構，其前端連接有用于切削土壤的滾刀。

在所述基坑邊緣安裝卷揚機組件，并將所述卷揚機組件的鋼纜連接所述水平支桿；所述卷揚機組件用于驅動所述挖掘機器人沿豎直方向移動。

所述挖掘臂為伸縮式挖掘臂；所述姿態(tài)調節(jié)機構包括回轉調節(jié)組件以及俯仰角調節(jié)組件。

利用所述挖掘機器人對所述基坑下方的土體進行開挖的方法為：通過所述俯仰角調節(jié)組件調節(jié)所述挖掘臂的傾斜角度，并伸縮調節(jié)所述挖掘臂的長度，以使所述挖掘臂前端的滾刀位于所需的挖掘半徑和深度上；通過所述回轉調節(jié)組件驅動所述挖掘臂進行回轉挖掘土體。

所述挖掘臂的前端還安裝有泥漿抽取裝置；在所述挖掘機器人開挖所述基坑底部的土方的過程中，使用所述泥漿抽取裝置抽取所述基坑底部的泥漿并輸送至地面，對所述泥漿進行泥水分離處理，將分離得到的水排放至所述基坑內部。

所述上部環(huán)片以及所述底部環(huán)片均設置有注漿管，在所述刃腳圈沉降的過程中，通過所述注漿管向所述底部環(huán)片以及所述上部環(huán)片的外側注入膨潤土。

所述刃腳圈沉降至預設深度后，移除所述挖掘機器人，并向所述基坑底部灌注混凝土。

本發(fā)明的優(yōu)點是，（1）挖掘機器人采用液壓動力，可以在水下作業(yè)；（2）使用下放裝置控制沉井的環(huán)片沉井過程，可以有效的調節(jié)環(huán)片的沉降速度和姿態(tài)，避免偏斜；（3）對周邊土層的擾動較小，可在城區(qū)狹小環(huán)境中工作，不影響周邊建筑物和地面的沉降；（4）挖掘機器人可自動挖掘，挖掘效率高，且其挖掘臂可進行臂長、俯仰角度以及旋轉角度的自由調節(jié)控制，挖掘范圍和適應性較廣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中底部環(huán)片安裝過程的示意圖；

圖2為本發(fā)明中挖掘機器人安裝過程的側視圖；

圖3為本發(fā)明中挖掘機器人安裝過程的俯視圖；

圖4為本發(fā)明中頂部環(huán)片安裝過程的側視圖；

圖5為本發(fā)明中混凝土灌注完成后的示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖通過實施例對本發(fā)明的特征及其它相關特征作進一步詳細說明，以便于同行業(yè)技術人員的理解：

如圖1-5，圖中標記1-18分別為：基坑1、鋼筋混凝土基礎2、刃腳圈3、下放裝置4、鋼絞線5、底部環(huán)片6、挖掘機器人7、導向限位件8、機艙9、水平支桿10、姿態(tài)調節(jié)機構11、挖掘臂12、滾刀13、回轉調節(jié)組件14、俯仰角調節(jié)組件15、卷揚機組件16、管線輸送架17、上部環(huán)片18。

實施例：本實施例具體涉及一種利用地下豎井機器人施作大直徑沉井的方法，方法包括以下步驟：

（1）如圖1所示，在沉井的預設位置開挖基坑1，并在基坑1周邊的地表澆筑鋼筋混凝土基礎2，用以安裝沉井下沉所需的設備和承受沉井下沉的作用力；鋼筋混凝土基礎2施工完成后，拼裝刃腳圈3，并將刃腳圈3吊入基坑1內部；刃腳圈3為環(huán)形，其底部邊沿設置有用于切削泥土的尖銳刃腳。

刃腳圈3吊裝完成后在基坑1外部的鋼筋混凝土基礎2的表面安裝四個下放裝置4（當然根據(jù)實際情況也可以是更多數(shù)量），并使用鋼絞線5將下放裝置4與刃腳圈3連接，以便使用下放裝置4對刃腳圈3進行臨時鎖緊定位，阻止刃腳圈3在基坑1底部發(fā)生沉降。

在本實施例中，四個下放裝置4沿基坑1的邊緣等間隔的設置，當然，根據(jù)刃角圈3的直徑或是基坑1的直徑，下放裝置4的數(shù)量可以選擇更多個；下放裝置4可以鎖緊或釋放連接在刃腳圈3上的鋼絞線5；在釋放鋼絞線5的過程中，下放裝置4可以調節(jié)鋼絞線5的釋放速度及釋放長度，進而調節(jié)刃腳圈3不同側邊的沉降速度。

（2）如圖1、2、3所示，在刃腳圈3及下放裝置4安裝完成后，在刃腳圈3的上方安裝底部環(huán)片6，兩者牢固連接；并在底部環(huán)片6的內表面吊裝入挖掘機器人7；具體的：

如圖2、3所示，本實施例中底部環(huán)片6的直徑與刃腳圈3的直徑相同；底部環(huán)片6架設在刃腳圈3的頂部邊緣，用于支撐挖掘機器人7的導向限位件8焊接在底部環(huán)片6內表面的預埋件上；在本實施例中，導向限位件8的數(shù)目為四，四個導向限位件8的位于相同高度，并等間距的分布在所述底部環(huán)片6的內部。

如圖2、3所示，挖掘機器人7包括機艙9、水平支桿10、姿態(tài)調節(jié)機構11以及挖掘臂12；若干水平支桿10自機艙9的側面向外延伸并搭設在底部環(huán)片6內表面上的導向限位件8上，導向限位件8向各水平支桿10提供穩(wěn)定的向上支撐力；在本實施例中，水平支桿10的數(shù)目為四，四個水平支桿10分布在機艙9的四個側面；姿態(tài)調節(jié)機構11設置在機艙9的底部，挖掘臂12的尾端鉸接姿態(tài)調節(jié)機構11，其前端連接有用于切削基坑1底部土壤的滾刀13。

如圖2、3所示，挖掘臂12為一伸縮式挖掘臂12；姿態(tài)調節(jié)機構11包括位于機艙9內部的回轉調節(jié)組件14以及連接在回轉調節(jié)組件14底部的俯仰角調節(jié)組件15，挖掘臂12鉸接在俯仰角調節(jié)組件15的底部；回轉調節(jié)組件14可以帶動俯仰角調節(jié)組件15以及挖掘臂12同步回轉，本實施例中，回轉調節(jié)組件14的回轉范圍為正負180°，從而可以防止機艙9內的線纜纏繞；在俯仰角調節(jié)組件15以及挖掘臂之間設置有液壓油缸，通過控制液壓油缸的伸縮，可以控制挖掘臂12的傾斜角度；在挖掘臂12內部設置有液壓驅動的伸縮裝置，通過該伸縮裝置，可以調節(jié)挖掘臂12的臂長。在本實施例中，回轉調節(jié)組件14、挖掘臂12內部的伸縮裝置以及挖掘臂12的滾刀13均采用液壓油缸或液壓馬達作為動力，從而可適應水下作業(yè)，避免采用電力部件造成觸漏電等故障。

如圖2、3所示，在基坑1邊緣的鋼筋混凝土基礎2的表面安有三個卷揚機組件16，并將卷揚機組件16的鋼纜連接水平支桿10上的起吊孔；卷揚機組件16用于驅動挖掘機器人7沿豎直方向移動，即將挖掘機器人7吊裝入底部環(huán)片6內并沿導向限位件8平穩(wěn)的上、下移動；在卷揚機組件16安裝完成后，在基坑1邊緣的鋼筋混凝土基礎2的表面安裝管線輸送架17，管線輸送架17用于支撐連接在機艙9上的各種管線。

如圖2、3所示，本實施例中，底部環(huán)片6內表面的導向限位件8具有頂部卡扣以及底部卡扣，配合卷揚機組件16可以將挖掘機器人7的水平支桿10固定在所述頂部卡扣或所述底部卡扣，進而調節(jié)所述挖掘機器人7的高度以及挖掘范圍。

（3）如圖4所示，利用挖掘機器人7對基坑1下方的土體進行開挖，每開挖掘進一段深度，在底部環(huán)片6的上方安裝上部環(huán)片18，相鄰的上部環(huán)片18之間固定連接；并使用下放裝置4控制刃腳圈3向下沉降，如此往復，直至掘進到預設深度。

如圖4所示，利用挖掘機器人7對基坑下方的土體進行開挖的方法為：通過俯仰角調節(jié)組件15調節(jié)挖掘臂12的傾斜角度，并伸縮調節(jié)挖掘臂12的長度，以使挖掘臂12前端的滾刀13位于所需的挖掘半徑和深度上；通過回轉調節(jié)組件14驅動挖掘臂12進行回轉挖掘土體；挖掘臂12的前端還安裝有泥漿抽取裝置；在挖掘機器人7開挖基坑底部的土方的過程中，使用泥漿抽取裝置抽取基坑1底部的泥漿并輸送至地面，對泥漿進行泥水分離處理，處理后將分離得到的水排放至基坑內部。

在本實施例中，在挖掘過程中不必抽取基坑1內的地下水，由液壓驅動的挖掘機器人7可以在水下進行挖掘作業(yè)；位于基坑1外部的控制室可以對挖掘機器人7進行人工手動控制、半自動控制或全自動編程控制；控制室中的顯示設備能顯示挖掘設備的各種數(shù)據(jù)和監(jiān)控畫面。

在本實施例中，當基坑底部的土質為軟質土時，僅需使用挖掘機器人7開挖基坑1底部中心的土體，位于刃腳圈3下方、基坑1底部邊緣的土體可在刃腳圈3沉降過程中利用刃腳圈3的底部邊沿切削；當基坑底部的土質為硬質土時，需要將挖掘機器人7固定至導向限位件8的底部卡扣，以便挖掘機器人7挖掘刃腳圈3正下方的土體。

如圖4所示，在刃腳圈3沉降過程中，連接在刃腳圈3上方的上部環(huán)片18以及底部環(huán)片6與刃腳圈3同步沉降；在每次沉降過程中，通過下放裝置4調節(jié)刃腳圈3的整體沉降深度；在刃腳圈沉降過程中，可以調節(jié)刃腳圈3不同側邊的下放裝置4的釋放速度以及下方長度，從而調節(jié)刃腳圈3不同側面的沉降速度，進而調節(jié)刃腳圈3、上部環(huán)片18以及底部環(huán)片6的姿態(tài)，避免上部環(huán)片18以及底部環(huán)片6的傾角在沉降過程中發(fā)生偏移。

如圖4所示，上部環(huán)片18以及底部環(huán)片6均設置有注漿管，在刃腳圈3沉降的過程中，通過注漿管向底部環(huán)片6以及上部環(huán)片18的外側注入膨潤土，膨潤土可以起到潤滑的作用，便于上部環(huán)片以及底部環(huán)片沉降。

（4）如圖5所示，當刃腳圈3沉降至預設深度后，通過卷揚機組件16起吊移除挖掘機器人7及其附屬管線，并向基坑1底部灌注混凝土，混凝土凝固后將基坑及底部環(huán)片封堵；隨后抽取底部環(huán)片6以及上部環(huán)片18內部的積水即可完成沉井的施工。

本實施例的有益技術效果為：（1）挖掘機器人采用液壓動力，可以在水下作業(yè)；（2）使用下放裝置控制沉井的環(huán)片沉井過程，可以有效的調節(jié)環(huán)片的沉降速度和姿態(tài)，避免偏斜；（3）對周邊土層的擾動較小，可在城區(qū)狹小環(huán)境中工作，不影響周邊建筑物和地面的沉降；（4）挖掘機器人可自動挖掘，挖掘效率高，且其挖掘臂可進行臂長、俯仰角度以及旋轉角度的自由調節(jié)控制，挖掘范圍和適應性較廣。