护壁式沉井下沉装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种护壁式沉井下沉装置，该装置包括门式支架单元、纠偏单元、助沉单元和辅助单元，门式支架单元由设备基础、门式支架和侧支撑架组成，纠偏单元包括内外护壁和吊链，助沉单元包含设备层、内外侧气龛以及纵向高压空气输送管道，辅助单元由启闭机和电磁铁组成；还包括由姿态传感器和控制器处理器组成的姿态监控单元。本实用新型的装置针对深厚覆盖地基的自动化程度高的沉井施工，能够实时监测沉井的姿态并及时纠偏沉井的姿态。本实用新型在充分利用沉井自重下沉的同时，充分结合新的助沉、纠偏、电磁铁护壁等措施，保证各节沉井下沉工作能够连续高效精准的在深厚覆盖地基上开展，自动化程度较高，沉井间互相干扰小。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种护壁式沉井下沉装置，属于水利水电工程基础开挖施工领 域。 护壁式沉井下沉装置
【背景技术】
[0002] 沉井是钢筋混凝土结构，主要由井筒（井壁）、隔墙和刃脚等组成。沉井是在预制 好的钢筋混凝土井筒内挖土，依靠井筒自重克服井壁与地层的摩擦阻力逐步沉入地下，以 实现工程目标的一项施工技术。
[0003] 水电建设在六十年代开始引入沉井技术，先后在一些大型水利水电工程中应用， 主要用于治理大规模山体滑坡，河流防冲护岸，桥梁墩台防冲以及取水井筒等；对某些建筑 物基础承载能力不足、又不宜明挖的情况下，也可采用沉井加强基础。沉井在深基础施工中 具有独特的优点：由于占地面积小，不需板桩围护，技术上又比较可靠，与大开挖相比挖土 量少，节省投资；无需特殊的专业设备，而且操作简便；在各类地下构筑物中沉井结构又可 作为地下构筑物的围护结构，沉井内部空间亦可得到充分利用。
[0004] 目前，在工程中的沉井施工技术主要包括了 ：传统的纯自沉工法、压沉沉井工法以 及SS沉井工法。随着施工技术和施工机械的不断革新，这些沉井施工技术已不能满足一些 工程的要求，具体表现如下：
[0005] (1)传统的纯自沉工法，即完全依靠井筒自重克服井壁与土层之间的摩阻力和刃 脚下方土体抗力而下沉的施工方法。主要问题是下沉困难：沉不下去、下沉速度极慢或严重 倾斜。
[0006] (2)压沉沉井工法，即借助于地锚反力装置强行将沉井压入地基中的施工方法，但 其前提是施工现场应具备可以设置地锚提供有效反力的条件，因此具有一定局限性。
[0007] (3) SS沉井工法，即刃脚改形卵砾填缝的自沉沉井工法，这种工法摩阻力与卵砾石 粒径的大小、均匀程度和磨圆度有关，与土层性质及下沉深度关系不大。SS沉井工法多应用 于较小型的沉井施工，应用范围较小，存在沉井下沉过程不易纠偏等问题。 实用新型内容
[0008] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提出一种护壁式沉井下 沉装置，通过助沉单元使得沉井快速下沉，通过纠偏单元调整沉井在下沉过程中倾斜的问 题。
[0009] 技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型的一种护壁式沉井下沉装置，包括门 式支架单元、纠偏单元、助沉单元和辅助单元；
[0010] 所述门式支架单元包含设备基础、侧支撑架和门式支架，所述侧支撑架下部与设 备基础铰接，侧支撑架上部与门式支架铰接；
[0011] 所述纠偏单元包含内护壁、外护壁和吊链，内护壁和外护壁均由弧形壳体构成；
[0012] 所述助沉单元包含设备层、外侧气龛、内侧气龛和纵向高压空气输送管道，设备 层为空心圆柱体，其内部通过一个隔板分为上下两层：上层的隔板上布设有高压空气泵送 机，下层设有横向高压空气输送管道，同时设备层底部铺设有轨道，纵向高压空气输送管道 预先埋置在内护壁和外护壁中，外侧气龛具有预埋在外护壁底部靠近接触土层一侧的喷气 孔，内侧气龛具有预埋在内护壁底部靠近接触土层一侧的喷气孔，当高压空气泵送机开启 时，高压空气经由横向高压空气输送管道和纵向高压空气输送管道到达内护壁和外护壁 处，通过外侧气龛和内侧气龛喷出高压空气，在外护壁和内护壁与土层接触面上形成一道 空气幕，起到助沉作用；在内护壁内侧与土层接触面上，高压空气使沉井内部土体松动甚至 液化，便于对其进行开挖作业；
[0013] 所述辅助单元包含启闭机和电磁铁线圈组，所述启闭机安置于门式支架顶部，启 闭机通过吊链与下部设备层连接，所述电磁铁线圈组内置于内护壁中，由内护壁底部向上 间隔一定距离设置一组电磁铁线圈组。
[0014] 其中，外护壁的厚度与沉井刃脚上部凹壁有关，所述沉井刃脚上部壁面为一内凹 壁面，外护壁厚度与沉井外侧凹壁面内陷厚度相同，当外护壁贴紧沉井外壁后，可实现外护 壁与沉井外侧凹壁面的完整贴合，下沉到达设计位置，向上提出内外护壁后，向其间隙中注 入水泥砂浆，使井筒和地层紧密固结在一起。
[0015] 作为优选，还包括姿态监控单元，所述姿态监控单元包含姿态传感器和与姿态传 感器连接的控制处理器，所述姿态传感器安装在沉井侧壁上，控制器处理器与启闭机连接 并控制启闭机的启动。例如，所述姿态传感器为DMS2-05三维姿态传感器，控制器处理器为 STM32单片机。
[0016] 作为优选，所述内护壁和外护壁均由四个90°弧形壳体构成，所述吊链有四根，四 根吊链垂直布置在设备层顶部平面两条相互垂直轴线的外边缘位置：四根吊链分别在设备 层15顶部平面的0°、90°、180°以及270°的外边缘位置，所述启闭机有四台，每台启闭 机与一根吊链连接并位于吊链的正上方，每组电磁铁线圈组有四个电磁铁线圈。
[0017] 作为优选，所述内护壁和外护壁的每个90°弧形壳体均通过位于每个90°弧形 壳体中心的固定连接轴与设备层下层底部的轨道连接，且每个90°弧形壳体均可通过连接 轴沿轨道径向移动；同时，内护壁和外护壁均为内部预埋纵向高压输气管道的实体不锈钢 材质构件，且外侧气龛和内侧气龛采用Φ2(：πι的圆孔形气龛。在与土层接触过程中，须一直 保持高压空气泵送机的工作状态，持续通过气龛向外喷气，防止土体等杂物堵塞内侧气龛 以及外侧气龛。
[0018] 作为优选，所述轨道包含服务内护壁的内轨道和服务外护壁的外轨道，且内轨 道和外轨道都为四个，内轨道从俯视方向看位于设备层底部平面的0°、90°、180°以及 270°的轴线处，外轨道从俯视方向看位于设备层15底部平面的45°、135°、225°以及 315°的轴线处。在设备层上层的设计高度应满足进人维修的要求。
[0019] 特别地，如果在选定施工区域进行大规模沉井施工时，可多台设备同时施工，每部 独立的沉井均处于所述护壁式沉井下沉装置的控制下，相邻沉井间下沉过程的相互影响 小，为大规模沉井群施工提供了一种高效施工方法。
[0020] 有益效果：本实用新型的护壁式沉井下沉装置，具有以下优点：
[0021 ] (1)采用了的护壁式沉井下沉装置，在下沉过程中，沉井连同护壁式沉井下沉装置 一同下沉，通过对下沉过程中的实时监控，启闭机的实时调整及时调整护壁式沉井下沉装 置，有效解决沉井下沉过程中的偏斜问题；
[0022] (2)在内护壁和外护壁中预埋气龛，为沉井下沉提供了一种有效地助沉手段，同时 有助于沉井内部土体的松弛，便于后续开挖；
[0023] (3)该装置保证了各节沉井下沉工作能够连续高效精准的在深厚覆盖地基上开 展；具有自动化程度较高，沉井间互相干扰小，施工工艺简单，可操作性强等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1为本实用新型的护壁式沉井下沉装置正面立体图；
[0025] 图2为本实用新型的护壁式沉井下沉装置侧面立体图；
[0026] 图3为本实用新型的护壁式沉井下沉装置A-A剖面图；
[0027] 图4为本实用新型的护壁式沉井下沉装置B-B剖面图；
[0028] 图5为本实用新型应用示例图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。
[0030] 如图1至图4所示，本实用新型的一种护壁式沉井下沉装置，包括门式支架单元、 纠偏单元、助沉单元和辅助单元。
[0031] 具体来说，门式支架单元包含设备基础1、侧支撑架2和门式支架3,侧支撑架2下 部与设备基础1铰接，侧支撑架2上部与门式支架3铰接，门式支架单元主要起到固定并移 动设备，承载设备启闭力，安置辅助设备等功用，设备基础1为20mX 20m的矩形平台，高度 为1. 5m，可以根据沉井17要求的下沉位置对护壁式沉井下沉装置进行移动，门式支架3高 40m，其顶部为15mX 15m的矩形平台。
[0032] 纠偏单元包含内护壁9、外护壁10和吊链4,内护壁9和外护壁10为圆弧形壳体， 内护壁9和外护壁10均由四个90°弧形壳体构成，内护壁9和外护壁10高度均为30m，弧 形壳体厚度均为〇.2m，吊链4有四根，四根吊链4分别在设备层15顶部平面的0°、90°、 180°以及270°的外边缘位置，启闭机16有四台，每台启闭机16与一根吊链4连接形位于 吊链4的正上方。
[0033] 助沉单元由设备层15、外侧气龛11、内侧气龛12和纵向高压空气输送管道14组 成，设备层15为空心的圆柱体，直径为14m，厚度2. 5m，其内部通过一个隔板分为上下两层： 上层高1. 8m，其隔板中部布设有高压空气泵送机6,下层高0. 7m设有横向高压空气输送管 道13,同时设备层15底部铺设有轨道5 ;其中内护壁9和外护壁10的每个90°弧形壳体 均通过位于每个90°弧形壳体中心的固定连接轴7与设备层15下层底部的轨道5连接，且 每个90°弧形壳体均可通过连接轴7沿轨道5径向移动，且沿轨道5径向最大可移动半径 为7m ;纵向高压空气输送管道14预先埋置在内护壁9和外护壁10中；外侧气龛11由预埋 在外护壁10靠近土层接触一侧底部的喷气孔组成，其由外护壁10底部向上分布，喷气孔数 量为13排，一排有10个，均勻分布在外护壁10的圆周上，孔直径为2cm，相邻两排喷气孔的 间距为0. 4m ;内侧气龛12由预埋在内护壁9靠近土层接触一侧底部的喷气孔组成，其由内 护壁9底部向上分布，喷气孔数量为13排，一排有10个，均匀分布在内护壁9的圆周上，孔 直径为2cm，相邻两排喷气孔的间距为0. 4m，；当高压空气泵送机6开启时，高压空气经由横 向高压空气输送管道13和纵向高压空气输送管道14到达内护壁9和外护壁10处，通过外 侧气龛11和内侧气龛12喷出高压空气。
[0034] 辅助单元由启闭机16和电磁铁线圈组8构成，启闭机16安置于门式支架3顶部， 通过吊链4与下部设备层15连接；四条吊链4垂直布置在设备层15顶部平面两条相互垂 直轴线的外边缘位置，即从俯视方向看，四条吊链4分别在设备层15顶部平面的0°、90°、 180°以及270°的外边缘位置；启闭机16的数量共四台，其与四条吊链4的布置位置相 同；电磁铁线圈组8内置于内护壁9中，由内护壁9底部向上间隔1.5m设置一组，每组四个 电磁铁线圈，共3组；内外护壁10贴紧沉井壁时，向电磁铁线圈组8通电，通过内外护壁10 的引力作用，提供夹紧沉井17的引力，便于沉井17的吊运。
[0035] 其中，轨道5包含服务内护壁9的内轨道和服务外护壁10的外轨道，且内轨道和 外轨道都为四个，内轨道5从俯视方向看位于设备层15底部平面的0°、90°、180°以及 270°的轴线处，内护壁9其中一个90°弧形壳体中点处定位为0°，外轨道5从俯视方向 看位于设备层15底部平面的45°、135°、225°以及315°的轴线处。
[0036] 本实施例中，还可以包括姿态监控单元。姿态监控单元包含姿态传感器和与姿态 传感器连接的控制处理器，姿态传感器为DMS2-05三维姿态传感器，控制器处理器为STM32 单片机，姿态传感器安装在沉井17侧壁上，控制器处理器与启闭机16连接并控制启闭机16 的启动。
[0037] 本实用新型的原理在于：
[0038] 通过移动设备基础1，按需要将护壁式沉井下沉装置布置在沉井17下沉的地基 处；根据沉井17直径大小、沉井壁厚沿轨道5调整内护壁9和外护壁10的位置，以适应不 同沉井17的要求；在内护壁9内部，铺设电磁铁线圈组8,以实现内置于内护壁9中的电磁 铁线圈组8与外护壁10通过相互吸引力作用，牢牢夹住沉井壁，方便各节沉井17的吊运移 动以及连续施工；下沉过程，是内护壁9和外护壁10连同沉井17在自重的作用下同步下 沉；在下沉过程中，通过设备层15中的高压空气泵送机6向内护壁9和外护壁10中泵送高 压空气，通过设置在内护壁9和外护壁10上的内侧气龛12和外侧气龛11喷出，在内护壁 9和外护壁10与土接触面上形成空气幕，有助于沉井17下沉，同时内侧气龛12喷出的高 压空气有助于使内部土体松动或液化，易于沉井17内部土体的开挖；内护壁9和外护壁10 协同沉井17下沉过程中，通过对吊链4的控制，来及时调整沉井17的下沉姿态，实时纠偏； 首节沉井17下沉后，通过吊链4将内护壁9和外护壁10向上提出土基，向其间隙中注入水 泥砂浆，使井筒和地层紧密固结在一起，进行后续各节沉井17吊运下沉工作。
[0039] 结合图5所示，可知护壁式沉井下沉装置进行施工工作的具体实施步骤如下：
[0040] ①根据建筑物基础承载能力提高的要求、以及作为地下构筑物的围护结构的要 求，在选定的地基区域内通过前期勘测确定沉井17下沉位置；
[0041] ②将内护壁9和外护壁10嵌套入预制好的沉井壁中，通过自身调整，即围绕连接 轴7转动调整和在内轨道和外轨道上进行径向移动，使内护壁9和外护壁10贴紧沉井壁， 此时向电磁铁线圈组8中通电，利用电磁铁线圈组8与外护壁10之间的引力，将预制的沉 井17夹紧；
[0042] ③开启安置于门式支架3顶部的四台启闭机16,同步地通过吊链4将预制沉井17 吊起，移动设备基础1，将护壁式沉井下沉装置连同沉井17 -同移动至要求下沉位置；
[0043] ④同步缓慢下放吊链4,将内护壁9和外护壁10连同沉井17缓慢放在下沉地基 处，依靠自重开始下沉，内部土体通过挖掘机开挖，同时开启高压空气泵送机6,经横向高压 空气输送管道13和纵向高压空气输送管道14向内护壁9和外护壁10中充入高压空气，通 过预设在内护壁9和外护壁10上的内侧气龛12和外侧气龛11喷出；
[0044] ⑤沉井17连同护壁式沉井下沉装置共同下沉的过程中，实时监控沉井17姿态，反 馈后，分别调整四台启闭机16的作用力，通过它们各自独立控制的四条吊链4将不同拉力 传递到下沉主体，以调整沉井17状态；
[0045] ⑥待第一节沉井17沉入后，断开对电磁铁线圈组8的供电，利用启闭机16,通过吊 链4将内护壁9和外护壁10同步缓慢起吊出土层，同时关闭高压空气泵送机6,停止泵送高 压空气，向其间隙中注入水泥砂浆，使井筒和地层紧密固结在一起；
[0046] ⑦按照以上②③④⑤⑥步骤，进行后续各节沉井17吊运下沉工作，同一工地可进 行多组设备同时施工，形成规模的沉井群。
[0047] 本实用新型是一种护壁式沉井下沉装置与沉井17本身协同作业，通过对护壁式 沉井下沉装置的控制可以适应不同沉井17和地基的需求，不需要复杂的外界干预措施，就 可以实现沉井17下沉过程中的纠偏助沉，应用方便、高效。
[〇〇48] 以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本【技术领域】的普通技 术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和 润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1. 一种护壁式沉井下沉装置，其特征在于：包括门式支架单元、纠偏单元、助沉单元和 辅助单元； 所述门式支架单元包含设备基础（1)、侧支撑架（2)和门式支架（3)，所述侧支撑架（2) 下部与设备基础（1)铰接，侧支撑架（2)上部与门式支架（3)铰接； 所述纠偏单元包含内护壁（9)、外护壁（10)和吊链（4)，内护壁（9)和外护壁（10)均 由弧形壳体构成； 所述助沉单元包含设备层（15)、外侧气龛（11)、内侧气龛（12)和纵向高压空气输送管 道（14)，设备层（15)为空心圆柱体，其内部通过一个隔板分为上下两层：上层的隔板上布 设有高压空气泵送机（6)，下层设有横向高压空气输送管道（13)，同时设备层（15)底部铺 设有轨道（5)，纵向高压空气输送管道（14)预先埋置在内护壁（9)和外护壁（10)中，外侧 气龛（11)具有预埋在外护壁（10)底部靠近接触土层一侧的喷气孔，内侧气龛（12)具有预 埋在内护壁（9)底部靠近接触土层一侧的喷气孔，当高压空气泵送机（6)开启时，高压空气 经由横向高压空气输送管道（13)和纵向高压空气输送管道（14)到达内护壁（9)和外护壁 (10)处，通过外侧气龛（11)和内侧气龛（12)喷出高压空气，在外护壁（10)和内护壁（9) 与土层接触面上形成一道空气幕； 所述辅助单元包含启闭机（16)和电磁铁线圈组（8)，所述启闭机（16)安置于门式支架 ⑶顶部，启闭机（16)通过吊链⑷与下部设备层（15)连接，所述电磁铁线圈组⑶内置 于内护壁（9)中，由内护壁（9)底部向上间隔一定距离设置一组电磁铁线圈组（8)。
2. 根据权利要求1所述的护壁式沉井下沉装置，其特征在于：还包括姿态监控单元，所 述姿态监控单元包含姿态传感器和与姿态传感器连接的控制处理器，所述姿态传感器安装 在沉井（17)侦彳壁上，控制器处理器与启闭机（16)连接并控制启闭机（16)的启动。
3. 根据权利要求1所述的护壁式沉井下沉装置，其特征在于：所述内护壁（9)和外护 壁（10)均由四个90°弧形壳体构成，所述吊链⑷有四根，四根吊链⑷垂直布置在设 备层（15)顶部平面两条相互垂直轴线的外边缘位置：四根吊链（4)分别在设备层（15)顶 部平面的0°、90°、180°以及270°的外边缘位置；所述启闭机（16)有四台，每台启闭机 (16)与一根吊链⑷连接并位于吊链⑷的正上方，每组电磁铁线圈组⑶有四个电磁铁 线圈。
4. 根据权利要求3所述的护壁式沉井下沉装置，其特征在于：所述内护壁（9)和外护 壁（10)的每个90°弧形壳体均通过位于每个90°弧形壳体中心的固定连接轴（7)与设备 层（15)下层底部的轨道（5)连接，且每个90°弧形壳体均可通过连接轴（7)沿轨道（5)径 向移动；同时，内护壁（9)和外护壁（10)均为内部预埋纵向高压输气管道的实体不锈钢材 质构件，且外侧气龛（11)和内侧气龛（12)采用Φ2(：πι的圆孔形气龛。
5. 根据权利要求4所述的护壁式沉井下沉装置，其特征在于：所述轨道（5)包含服务 于内护壁（9)的内轨道和服务于外护壁（10)的外轨道，且内轨道和外轨道都为四个，内轨 道从俯视方向看位于设备层（15)底部平面的0°、90°、180°以及270°的轴线处，外轨道 从俯视方向看位于设备层（15)底部平面的45°、135°、225°以及315°的轴线处。
【文档编号】E02D23/08GK203891046SQ201420244800
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2014年5月13日
【发明者】戴会超, 王雷, 张鸿清, 毛劲乔, 赵彬如 申请人:河海大学, 中国长江三峡集团公司