一种基坑开挖装置及其施工方法发明专利

专利名称：一种基坑开挖装置及其施工方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210759263.5

专利申请（专利权）人：北京场道市政工程集团有限公司
权利人地址：北京市大兴区科苑路13号

专利发明（设计）人：史爱超,郑天华,杨金龙,纪超,王远鹏,柴俊虎,刘似玉,石小龙,周子涛,刘鹏,姚晶晶

专利摘要：本发明公开了一种基坑开挖装置及其施工方法，包括设置于基坑四周的围护结构、架设于围护结构两侧的纵向轨道、可滑动式架设于两纵向轨道上的横向轨道以及安装于横向轨道上的平移小车，平移小车上设置有开挖机，开挖机包括盾壳、设置于盾壳前端面上的开挖刀盘以及设置于盾壳内的螺旋输土机构，盾壳竖向设置且开挖刀盘的开挖面指向下方。本发明的优点是：基坑开挖装置总体结构简单，在轨道与开挖刀盘的组合使用之下，可实现基坑开挖的自动化施工，避免了以往需要大量挖机在基坑内开挖的大量人力资源耗费；同时通过运土斗与渣土传送带的组合使用，提高了渣土运送效率，避免了以往需要渣土车开入基坑内运土的不便。

主权利要求：
1.一种基坑开挖装置，其特征在于所述基坑开挖装置包括设置于基坑四周的围护结构、架设于所述围护结构两侧的纵向轨道、可滑动式架设于两所述纵向轨道上的横向轨道以及安装于所述横向轨道上的平移小车，所述平移小车上设置有开挖机，所述开挖机包括盾壳、设置于所述盾壳前端面上的开挖刀盘以及设置于所述盾壳内的螺旋输土机构，所述盾壳竖向设置且所述开挖刀盘的开挖面指向下方；
所述纵向轨道的内侧面间隔开设有多个限位槽，所述围护结构的外侧面上对应于所述限位槽的位置设置有若干竖向凸缘，所述限位槽与所述竖向凸缘相匹配构成竖向滑动配合；
所述纵向轨道的两端设置有吊装孔，所述基坑外的两侧地面分别设置有固定基座，所述固定基座上设置有卷扬机，所述卷扬机上的钢缆连接所述吊装孔以控制所述纵向轨道的竖向升降；
所述开挖机的所述盾壳尾端固定于所述平移小车上，所述盾壳内设置有一隔板，所述隔板与所述开挖刀盘以及所述盾壳共同围合构成土舱，所述横向轨道上设置有运土斗，所述螺旋输土机构的一端延伸入所述土舱中、另一端延伸出所述盾壳的尾端并延伸至所述运土斗内；
所述基坑外侧的地面固定设置有悬臂机构，所述悬臂机构的底座固定于所述基坑外侧的地面，所述悬臂机构的顶部悬臂延伸至所述基坑的上方，且所述顶部悬臂经卷扬机构和钢缆实现所述运土斗的吊装升降；所述基坑外侧的地面还设置有渣土传送带。
2.根据权利要求1所述的一种基坑开挖装置，其特征在于所述横向轨道经若干走行轮安装于所述纵向轨道上，所述走行轮由第一驱动电机控制转动。
3.根据权利要求1所述的一种基坑开挖装置，其特征在于所述平移小车经若干走行轮安装于所述横向轨道上，所述走行轮由第二驱动电机控制转动。
4.根据权利要求1所述的一种基坑开挖装置，其特征在于所述开挖刀盘为圆形平面切削刀盘或圆锥形切削刀盘，所述开挖刀盘上具有进土口且所述进土口位置具有切削刀具。
5.一种涉及权利要求1‑4任一所述的基坑开挖装置的施工方法，其特征在于所述施工方法包括以下步骤：（S1）在基坑的四周打入一圈围护结构，所述围护结构的侧壁面上提前焊接有若干竖向凸缘，所述竖向凸缘高出于地面；
（S2）在所述围护结构的两侧地面上设置固定基座，所述固定基座上架设有卷扬机；将两根具有限位槽的纵向轨道吊装并使所述纵向轨道上的所述限位槽同两侧的所述围护结构侧壁面上的竖向凸缘进行匹配，同时使所述卷扬机的钢缆连接所述纵向轨道上的吊装孔，在所述卷扬机的钢缆吊装下使所述纵向轨道保持竖向高度调节；
（S3）在两侧的所述纵向轨道之间架设横向轨道；在所述横向轨道上安装平移小车，且所述平移小车上设置有开挖机；
（S4）控制所述平移小车进行横移且所述开挖机上的开挖刀盘同时切削土体；
（S5）待完成该横移路径切削土体后，控制所述横向轨道纵移所述开挖刀盘直径大小的距离，并重复步骤（S4）,如此往复，直至完成该高度范围内的土体切削；
（S6）通过所述卷扬机控制所述纵向轨道下沉至下一高度，之后重复步骤(S4）和（S5），完成该高度范围内的土体切削，如此往复，直至完成整个基坑的开挖。
6.根据权利要求5所述的一种基坑开挖装置的施工方法，其特征在于所述开挖机在切削土体时，土体经所述开挖刀盘上的进土口进入所述开挖机盾壳的土舱内，所述盾壳内的螺旋输土机构将所述土舱内的土体输运至所述横向轨道上的运土斗内，通过设置于基坑外侧地面上的悬臂机构吊运所述运土斗以将所述运土斗内的土体倾倒至基坑外侧地面上的渣土传送带输运出去。 说明书 : 一种基坑开挖装置及其施工方法技术领域[0001] 本发明属于基坑施工技术领域，具体涉及一种基坑开挖装置及其施工方法。背景技术[0002] 在基坑开挖过程中，一般土体的抗剪强度较低，抗拉强度几乎可以忽略，但土体有一定的结构整体性，当开挖基坑时，土体存在使边坡直立的临界高度，当超过这一深度或者在地面超载及其它因素作用下，将发生边坡突发性整体破坏现象。为了防止基坑边坡的侧滑，目前在基坑开挖前，都会在基坑的外侧设置围护结构，且基坑通过长臂挖机进行开挖并通过运输车将开挖土体从基坑中运出，施工较为不便。发明内容[0003] 本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种基坑开挖装置及其施工方法，该基坑开挖装置通过在基坑围护结构上架设可纵移、横移以及竖向移动的空间轨道，并通过在空间轨道上设置开挖刀盘，从而实现基坑的轨道式快速切削开挖，并可通过运土斗和传送带的组合使用来实现土体的快速运出。[0004] 本发明目的实现由以下技术方案完成：[0005] 一种基坑开挖装置，其特征在于所述基坑开挖装置包括设置于基坑四周的围护结构、架设于所述围护结构两侧的纵向轨道、可滑动式架设于两所述纵向轨道上的横向轨道以及安装于所述横向轨道上的平移小车，所述平移小车上设置有开挖机，所述开挖机包括盾壳、设置于所述盾壳前端面上的开挖刀盘以及设置于所述盾壳内的螺旋输土机构，所述盾壳竖向设置且所述开挖刀盘的开挖面指向下方。[0006] 所述纵向轨道的内侧面间隔开设有多个限位槽，所述围护结构的外侧面上对应于所述限位槽的位置设置有若干竖向凸缘，所述限位槽与所述竖向凸缘相匹配构成竖向滑动配合。[0007] 所述纵向轨道的两端设置有吊装孔，所述基坑外的两侧地面分别设置有固定基座，所述固定基座上设置有卷扬机，所述卷扬机上的钢缆连接所述吊装孔以控制所述纵向轨道的竖向升降。[0008] 所述横向轨道经若干走行轮安装于所述纵向轨道上，所述走行轮由第一驱动电机控制转动。[0009] 所述平移小车经若干走行轮安装于所述横向轨道上，所述走行轮由第二驱动电机控制转动。[0010] 所述开挖机的所述盾壳尾端固定于所述平移小车上，所述盾壳内设置有一隔板，所述隔板与所述开挖刀盘以及所述盾壳共同围合构成土舱，所述横向轨道上设置有运土斗，所述螺旋输土机构的一端延伸入所述土舱中、另一端延伸出所述盾壳的尾端并延伸至所述运土斗内。[0011] 所述基坑外侧的地面固定设置有悬臂机构，所述悬臂机构的底座固定于所述基坑外侧的地面，所述悬臂机构的顶部悬臂延伸至所述基坑的上方，且所述顶部悬臂经卷扬机构和钢缆实现所述运土斗的吊装升降；所述基坑外侧的地面还设置有渣土传送带。[0012] 所述开挖刀盘为圆形平面切削刀盘或圆锥形切削刀盘，所述开挖刀盘上具有进土口且所述进土口位置具有切削刀具。[0013] 一种涉及上述基坑开挖装置的施工方法，其特征在于所述施工方法包括以下步骤：[0014] （S1）在基坑的四周打入一圈围护结构，所述围护结构的侧壁面上提前焊接有若干竖向凸缘，所述竖向凸缘高出于地面；[0015] （S2）在所述围护结构的两侧地面上设置固定基座，所述固定基座上架设有卷扬机；将两根具有限位槽的纵向轨道吊装并使所述纵向轨道上的所述限位槽同两侧的所述围护结构侧壁面上的竖向凸缘进行匹配，同时使所述卷扬机的钢缆连接所述纵向轨道上的吊装孔，在所述卷扬机的钢缆吊装下使所述纵向轨道保持竖向高度调节；[0016] （S3）在两侧的所述纵向轨道之间架设横向轨道；在所述横向轨道上安装平移小车，且所述平移小车上设置有开挖机；[0017] （S4）控制所述平移小车进行横移且所述开挖机上的开挖刀盘同时切削土体；[0018] （S5）待完成该横移路径切削土体后，控制所述横向轨道纵移所述开挖刀盘直径大小的距离，并重复步骤（S4）,如此往复，直至完成该高度范围内的土体切削；[0019] （S6）通过所述卷扬机控制所述纵向轨道下沉至下一高度，之后重复步骤(S4）和（S5），完成该高度范围内的土体切削，如此往复，直至完成整个基坑的开挖。[0020] 所述开挖机在切削土体时，土体经所述开挖刀盘上的进土口进入所述开挖机盾壳的土舱内，所述盾壳内的螺旋输土机构将所述土舱内的土体输运至所述横向轨道上的运土斗内，通过设置于基坑外侧地面上的悬臂机构吊运所述运土斗以将所述运土斗内的土体倾倒至基坑外侧地面上的渣土传送带输运出去。[0021] 本发明的优点是：基坑开挖装置总体结构简单，在轨道与开挖刀盘的组合使用之下，可实现基坑开挖的自动化施工，避免了以往需要大量挖机在基坑内开挖的大量人力资源耗费；同时通过运土斗与渣土传送带的组合使用，提高了渣土运送效率，避免了以往需要渣土车开入基坑内运土的不便。附图说明[0022] 图1为本发明中基坑开挖装置的结构示意图；[0023] 图2为本发明中围护结构的凸缘与纵向轨道的限位槽之间匹配的局部详图；[0024] 图3为本发明中开挖机的局部详图；[0025] 图4为本发明中开挖刀盘的平面详图。具体实施方式[0026] 以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：[0027] 如图1‑4，图中各标记分别为：纵向轨道1、围护结构2、固定基座3、卷扬机4、横向轨道5、平移小车6、开挖机7、开挖刀盘7a、土舱7b、盾壳7c、螺旋输土机构7d、出土口7e、运土斗8、凸缘9、限位槽10、进土口11、切削刀具12。[0028] 实施例：如图1、2、3、4所示，本实施例具体涉及一种基坑开挖装置及其施工方法，该基坑开挖装置通过在基坑围护结构2上架设可纵移、横移以及竖向移动的空间轨道，并通过在空间轨道上设置开挖刀盘7a，从而实现基坑的轨道式快速切削开挖，并可通过运土斗7f和传送带的组合使用来实现土体的快速运出。[0029] 如图1、2所示，本实施例中的基坑开挖装置主要包括设置于基坑四周的围护结构2，围护结构2可以采用钢板桩或钢管桩；在基坑两侧的围护结构2的侧壁上分别对应设置有纵向轨道1，纵向轨道1与围护结构2的侧壁面之间设置有限位导向结构，具体是，如图2所示，于纵向轨道1的前、后两端或者是以等间隔距离开设限位槽10，限位槽10的横截面呈等腰梯形状，对应于限位槽10的开设位置，围护结构2的侧壁面上焊接有竖向的凸缘9，该竖向凸缘9自上而下设置并与围护结构2等高；此外，纵向轨道1在竖向上的位置保持依赖于固定基座3和卷扬机4的吊拉，即，在基坑围护结构2的两侧地面上分别架设有固定基座3，固定基座3的上表面安装有卷扬机4，卷扬机4上的钢缆连接纵向轨道1上的吊装孔，实现对纵向轨道1的吊拉并可进行竖向高度调节。[0030] 如图1所示，在两侧的纵向轨道1上架设有一横向轨道5，横向轨道5经其两侧的走形轮实现在纵向轨道1上的走行，此处的走形轮由第一驱动电机控制转动。在该横向轨道5上安装有一平移小车6，平移小车6同样经若干走行轮实现在横向轨道5上的横向平移，而此处的走形轮则依靠第二驱动电机控制转动。[0031] 如图1、3所示，平移小车6的下表面固定设置有开挖机7，开挖机7的开挖刀盘7a竖直指向下方。开挖机7的主体为一圆柱体形的盾壳7c，在盾壳7c的前端安装有开挖刀盘7a、后端固定于平移小车6的下表面，在盾壳7c的内部设置有一隔板，该隔板、盾壳7c以及开挖刀盘7a共同围合构成土舱7b，在盾壳7c内设置有螺旋输土机构7d，该螺旋输土机构7d的一端延伸入土舱7b内用于取土，另一端延伸出盾壳7c且其上端出土口7e指向设置在横向轨道5上的运土斗7f内，以将渣土输送至运土斗7f内；需要说明的是，运土斗7f可走行式设置在横向轨道5上，为了实现运土斗7f内渣土的快速运出，在基坑两侧的地面上固定设置有悬臂机构（图中未示出），悬臂机构的顶部悬臂延伸至基坑的上方，且顶部悬臂经卷扬机构和钢缆实现运土斗的吊装升降，且在基坑外侧的地面还设置有渣土传送带，吊装的运土斗7f将渣土倾倒至渣土传送带上以向外运出。[0032] 如图4所示，本实施例中的开挖刀盘7a可呈圆形平面状或者是圆锥形状，在开挖刀盘7a的表明间隔分布有若干进土口11，且在进土口11位置设置有切削刀具12，开挖刀盘7a的旋转过程中，切削刀具12切削土体，与此同时，进土口11将切削下来的土体吞吐入土舱7b内。需要说明的是，在图3和图4中为了便于理解，省去了开挖刀盘7a的驱动旋转机构，其结构与目前的盾构机类似，在此不再赘述。[0033] 如图1、2、3、4所示，本实施例中基坑开挖装置的施工方法包括以下步骤：[0034] （S1）在基坑的四周打入一圈围护结构2，围护结构2的侧壁面上提前焊接有若干竖向凸缘9，竖向凸缘9的上端应至少高出于地面，以便于纵向轨道1的安装。[0035] （S2）在围护结构2的两侧地面上设置固定基座3，固定基座3上架设有卷扬机4；将两根具有限位槽10的纵向轨道1吊装并使纵向轨道1上的限位槽10同两侧的围护结构2侧壁面上的竖向凸缘9进行匹配，同时使卷扬机4的钢缆连接纵向轨道1上的吊装孔，在卷扬机4的钢缆吊装下使纵向轨道1可进行竖向高度调节，并可维持在任一高度不动。[0036] （S3）在两侧的纵向轨道1之间架设横向轨道5；在横向轨道5上安装平移小车6，且平移小车6上设置有开挖机7。[0037] （S4）控制平移小车6进行横移且开挖机7上的开挖刀盘7a同时切削土体；为了使每次都能够切削足够的深度，本实施例中选择圆锥形开挖刀盘7a。开挖机7在切削土体时，土体经开挖刀盘7a上的进土口11进入盾壳7c的土舱7b内，盾壳7c内的螺旋输土机构7d将土舱7b内的土体输运至横向轨道5上的运土斗7f内，通过设置于基坑外侧地面上的悬臂机构吊运运土斗7f以将运土斗7f内的土体倾倒至基坑外侧地面上的渣土传送带输运出去。[0038] （S5）待完成该横移路径切削土体后，控制横向轨道5纵移开挖刀盘7a直径大小的距离，并重复步骤（S4）,如此往复，直至完成该高度范围内整个平面的土体切削。[0039] （S6）通过卷扬机4控制纵向轨道1下沉至下一高度，之后重复步骤(S4）和（S5），完成该高度范围内的土体切削，如此往复，直至完成整个基坑的开挖。[0040] 本实施例的优点是：基坑开挖装置总体结构简单，在轨道与开挖刀盘的组合使用之下，可实现基坑开挖的自动化施工，避免了以往需要大量挖机在基坑内开挖的大量人力资源耗费；同时通过运土斗与渣土传送带的组合使用，提高了渣土运送效率，避免了以往需要渣土车开入基坑内运土的不便。

专利地区：北京

专利申请日期：2022-06-30

专利公开日期：2024-06-18

专利公告号：CN115012462B