CN111705828A - 一种刃脚管节支护结构及其纠偏支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刃脚管节支护结构及其纠偏支护方法，解决了现有技术中沉井井筒支护过程中易偏斜，不易纠正的问题。本发明刃脚管节，包括分块式环套，分体式环套上设有纠偏机构，纠偏机构沿周向设置在分块式环套上，分体式环套下部的内壁上设有刃脚。本发明采用具有纠偏机构的刃脚管片，对施工过程的井筒进行及时、准确纠偏，使井筒支护具备切削土体和辅助纠偏双功能，可靠的纠偏能满足下沉过程的及时修正井筒姿态，保证垂直度要求，提高施工质量和效率。

Description

一种刃脚管节支护结构及其纠偏支护方法

技术领域

本发明涉及沉井施工技术领域，特别是指一种刃脚管节支护结构及其纠偏支护方法。

背景技术

沉井作为地下空间构筑物或高层建筑深基础或深基坑支护施工的一种结构，具有广泛的工程应用条件和应用范围。传统沉井施工采用人工或机械式开挖中心区域并借助刃脚切土下沉。

一般而言，传统沉井井筒下沉的垂直度取决于刃脚周围取土的均匀性和地质状况，当井筒发生偏斜时，一般采用井底不均匀取土的方式被动纠偏，或者在井口采用千斤顶进行辅助修正。其纠偏方式单一，不适用于垂直度要求较高的沉井施工工程。且在施工时，虽然配备有井筒提升设备，一定程度上可以保证井筒整体匀速下沉，不容易出现突沉现象，但是下沉过程有可能遭遇地层不稳定、掘进机偏重或开挖不均匀等现象，依然存在井筒偏斜的风险，其下沉精度依然难以精确控制，发生井筒偏斜时只能靠提升设备在井筒尾端纠偏，进而影响施工效率。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种刃脚管节支护结构及其纠偏支护方法，解决了现有技术中沉井井筒支护过程中易偏斜，不易纠正的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种刃脚管节，包括分块式环套，分块式环套上设有纠偏机构，纠偏机构沿周向设置在分块式环套上，分块式环套下部的内壁上设有刃脚。

所述纠偏机构包括径向伸缩件，径向伸缩件的伸缩端设有靴板，径向伸缩件伸出状态下，靴板伸出分块式环套。

所述靴板与分块式环套之间设有密封件；所述径向伸缩件为纠偏油缸，纠偏油缸固定在分块式环套内部的法兰板上。

所述分块式环套包括至少一个轴向环套，每个轴向环套均包括侧分块和中间分块，侧分块和中间分块可拆卸拼接为环形套筒。

所述侧分块和中间分块均为弧形环块，侧分块外弧面的弧度大于侧分块内弧面的弧度，中间分块外弧面的弧度等于或小于中间分块内弧面的弧度。侧分块之间沿径向连接，中间分块与相邻的侧分块之间直向连接。

所述侧分块包括至少一个拼接块，相邻两个拼接块之间沿径向连接。

一种刃脚管节支护结构，包括标准环形管节和上述的刃脚管节。

所述刃脚管节的分块式环套包括三个轴向环套，位于最下端的轴向环套的外壁上设有钢套筒，钢套筒上设有密封环套；所述钢套筒的高度大于单个轴向环套的高度。

所述密封环套包括设置在钢套筒上的压板和密封环，密封环的下部插接在压板与钢套筒之间，压板通过螺栓将密封环固定在钢套筒上。

一种所述的刃脚管节支护结构的纠偏支护方法，步骤如下：

S1：刃脚管节连接在标准环形管节上，保证刃脚管节与标准环形管节同轴线设置，在刃脚管节外壁上连接钢套筒；

S2：竖井中的掘进装置向下进行掘进，并依次拼装标注标准环形管节形成井筒；

S3：当井筒出现倾斜时，刃脚管节上对应的纠偏机构作用在竖井的侧壁土体上，提供纠偏所需的水平作用，纠正标准环形管节拼装位姿；

S4：在掘进装置向下掘进过程中，根据开挖地层情况，控制多组纠偏机构协同作用，对井筒和掘进装置进行扶稳；

S5：重复步骤S2~S4，直至竖井施工到设计标高；

S6：根据需要拆除刃脚管节；

S7：井筒继续向下施作，直至完成整个竖井支护施工。

步骤S6的具体步骤如下：

S6.1：拆除位于下部的轴向环套的中间分块，再拆除位于下部的轴向环套的侧分块；

S6.2：钢套筒保持不动，通过掘进装置的提拉装置带动井筒匀速下降，直至位于中部的轴向环套接触到钢套筒底部；

S6.3：依次拆除位于中部的轴向环套的中间分块和侧分块；

S6.4：钢套筒保持不动，通过掘进装置的提拉装置带动井筒匀速下降，直至位于上部的轴向环套接触到钢套筒底部；

S6.5：依次拆除位于上部的轴向环套的中间分块和侧分块，完成刃脚管节的全部拆除。

本发明采用具有纠偏机构的刃脚管片，对施工过程的井筒进行及时、准确纠偏，使井筒支护具备切削土体和辅助纠偏双功能，可靠的纠偏能满足下沉过程的及时修正井筒姿态，保证垂直度要求，提高施工质量和效率。刃脚管片采用轴向分环和径向分块，优化刃脚管节的传统形式，减少浪费且可重复利用，提升多点作业工作效率，节约施工成本。本发明具有成本低、精度高、操作简单、可重复利用的优点，且其施工方法安全高效，大大提高施工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明刃脚管节结构示意图。

图2为图1中A-A向视图。

图3为图1中B处局部放大图。

图4为刃脚管节支护结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，实施例1，一种刃脚管节，包括分块式环套1，分块式环套1可以是轴向多环拼接，且为同环的分块拼接。分块式环套1上设有纠偏机构2，纠偏机构2沿周向设置在分块式环套1上，纠偏机构的数量根据需要设置，在径向上进行纠偏，分块式环套1下部的内壁上设有刃脚3。刃脚的倾斜度根据地层或施工工况选择设计，刃脚的设计提高入土效率，使分块式环套具备切削土体和辅助纠偏的双功能。该刃脚管节不仅用于沉井工法的施工，在竖井或类似工程施工中根据功能的需要均可以使用。

进一步，如图2所示，所述纠偏机构2包括径向伸缩件201，所述径向伸缩件201为纠偏油缸，纠偏油缸通过螺栓固定在分块式环套1内部的法兰板203上，且能沿径向进行伸缩。径向伸缩件201的伸缩端设有靴板202，径向伸缩件201伸出状态下，靴板202伸出分块式环套1。所述靴板202与分块式环套1之间设有密封件，保持伸缩过程中的密封性。靴板的大小与地层承压能力有关，需根据具体地层进行相应的匹配设计。工作时纠偏油缸伸出，带动靴板伸出并支撑在侧面土体上从而提供井筒纠偏所需要的侧向力。动作时可多组靴板同时动作，以减少接触比压。可靠的纠偏能满足下沉过程的及时修正井筒姿态，保证垂直度要求。安装有纠偏机构不仅限于上述形式，也可以根据已有材料进行适当调整，满足受力要求即可。

进一步，所述分块式环套1包括至少一个轴向环套10，根据需要可设置一个或两个或多个，相邻两个轴向环套通过螺栓连接，形成完整的环套。每个轴向环套10均包括侧分块1-1和中间分块1-2，侧分块1-1和中间分块1-2可拆卸拼接为环形套筒。中间分块采用特殊设计，实现洞内快速拆装。

优选地，所述侧分块1-1和中间分块1-2均为弧形环块，侧分块1-1外弧面的弧度大于侧分块1-1内弧面的弧度，中间分块1-2外弧面的弧度等于或小于中间分块1-2内弧面的弧度。中间分块1-2外弧面的弧度等于中间分块1-2内弧面的弧度时，中间分块1-2与相邻的侧分块1-1之间直向连接，保持侧面结合面相互平行。或中间分块1-2外弧面的弧度小中间分块1-2内弧面的弧度时，保持侧面结合面外小内大的倒楔形结构形式，满足刃脚环井内直接解体和拆除，可重复利用。针对多竖井并行作业的工程还可以提高刃脚管节的制作周期，提高竖井施工效率。

进一步，所述侧分块1-1包括至少一个拼接块，也可设置为两个或多个，相邻两个拼接块之间沿径向连接。考虑运输方便和拆卸方便，同时需考虑纠偏刃脚管节的井内拆除工况，每层刃脚环分成多块由工厂内提前预支，拼接块之间通过螺栓和定位销连接而成。由于刃脚管节一般作为沉井过程中的土体切削和支护作用，成井后一般需要将刃脚环掩埋至地下，而刃脚管节结构过高则造成一定程度上的浪费，因此将刃脚管节采用轴向分环和径向分块，优化刃脚管节的传统形式，可重复利用，降低生产成本。

如图4所示，实施例2，一种刃脚管节支护结构，包括标准环形管节4和和实施例1中所述的刃脚管节。刃脚管节的上部设有上端面设计有定位止口9，用以快速定位和安装标准管节，提供标准管节的安装基准，保证管节的安装精度。

进一步，所述刃脚管节的分块式环套1包括三个轴向环套10，从上到下依次为第一轴向环套101、第二轴向环套102和第三轴向环套103，位于最下端的轴向环套10（即第三轴向环套103）的外壁上通过螺栓连接有钢套筒5，钢套筒5的外壁上设有至少一道密封环套6；钢套筒和密封套环用来密封井筒外侧减摩泥浆，防止泥浆流失，保证减摩泥浆套圆周方向的完整性。所述钢套筒5的高度大于单个轴向环套10的高度。钢套筒作为拆除刃脚管节时的临时支撑，避免地层坍塌造成人员伤亡和井筒偏斜，钢套筒的高度一般高于单层刃脚环高度，确保拆除作业完全在套筒的保护下进行。密封套环用以密封井筒外侧减摩泥浆，防止泥浆泄露，保证减摩泥浆套的完整性。

优选地，如图3所示，所述密封环套6包括设置在钢套筒5上的压板601和密封环602，密封环602的下部插接在压板601与钢套筒5之间，压板601通过螺栓603将密封环602固定在钢套筒5上。密封环602的上部向外伸出，对防止泥浆泄露，保证减摩泥浆套的完整性。

实施例3，一种刃脚管节支护结构的纠偏支护方法，步骤如下：

S1：刃脚管节连接在标准环形管节4的下部，保证刃脚管节与标准环形管节4同轴线设置，在刃脚管节外壁上连接钢套筒5；可以有效保护井内施工人员安全，避免地层塌陷。同时井筒匹配有提拉装置用以控制井筒的稳定性，防止井筒突然下沉，防止拆除过程出现意外；

S2：竖井中的掘进装置7向下进行掘进，并依次拼装标注标准环形管节4形成井筒；井筒下沉过程中，为减少下沉阻力及保持井筒垂直，在井筒外侧注有减摩泥浆，减摩泥浆包裹井筒上形成泥浆套，以减少下沉阻力，同时泥浆套可以有效防止井筒下沉过程中带动周边地层坍塌和剥落，保持井筒下沉的垂直度；

S3：当井筒出现倾斜时，刃脚管节上对应的纠偏机构2作用在竖井的侧壁土体上，提供纠偏所需的水平作用，纠正标准环形管节4拼装位姿；及时对井筒做出调整，保证井筒的垂直度。

S4：在掘进装置7向下掘进过程中，根据开挖地层情况，控制多组纠偏机构2协同作用，对井筒和掘进装置7进行扶稳；即在配合竖井掘进机施工过程中，还可以控制多组纠偏油缸同时伸出，起到稳定设备，减小设备震动的作用。

S5：重复步骤S2~S4，直至竖井施工到设计标高；

S6：根据需要拆除刃脚管节；即在保证井筒下沉到底以后，能够从内部将刃脚环拆掉重复利用，节省成本的同时也降低了封底混凝土的高度。

S7：井筒继续向下施作，直至完成整个竖井支护施工。

步骤S6的具体步骤如下（如图4所示）：

S6.1：拆除位于下部的轴向环套10即第三轴向环套103的中间分块1-2，再拆除位于下部的轴向环套10的侧分块1-1；

S6.2：钢套筒5保持不动，通过掘进装置7的提拉装置带动井筒匀速下降，直至位于中部的轴向环套10接触到钢套筒5底部；

S6.3：依次拆除位于中部的轴向环套10即第二轴向环套102的中间分块1-2和侧分块1-1；

S6.4：钢套筒5保持不动，通过掘进装置7的提拉装置带动井筒匀速下降，直至位于上部的轴向环套10接触到钢套筒5底部；

S6.5：依次拆除位于上部的轴向环套10即第一轴向环套101的中间分块1-2和侧分块1-1，完成刃脚管节的全部拆除。拆除刃脚管节后，将标准环管节下沉到底部，即完成沉井作业。栓接形式的纠偏刃脚管节可循环重复利用，提升多点作业工作效率，节约施工成本。

其他结构与实施例2相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种刃脚管节，其特征在于：包括分块式环套（1），分块式环套（1）上设有纠偏机构（2），纠偏机构（2）沿周向设置在分块式环套（1）上，分块式环套（1）下部的内壁上设有刃脚（3）。

2.根据权利要求1所述的刃脚管节，其特征在于：所述纠偏机构（2）包括径向伸缩件（201），径向伸缩件（201）的伸缩端设有靴板（202），径向伸缩件（201）伸出状态下，靴板（202）伸出分块式环套（1）。

3.根据权利要求2所述的刃脚管节，其特征在于：所述靴板（202）与分块式环套（1）之间设有密封件；所述径向伸缩件（201）为纠偏油缸，纠偏油缸固定在分块式环套（1）内部的法兰板（203）上。

4.根据权利要求1~3所述的刃脚管节，其特征在于：所述分块式环套（1）包括至少一个轴向环套（10），每个轴向环套（10）均包括侧分块（1-1）和中间分块（1-2），侧分块（1-1）和中间分块（1-2）可拆卸拼接为环形套筒。

5.根据权利要求4所述的刃脚管节，其特征在于：所述侧分块（1-1）和中间分块（1-2）均为弧形环块，侧分块（1-1）外弧面的弧度大于侧分块（1-1）内弧面的弧度，中间分块（1-2）外弧面的弧度等于或小于中间分块（1-2）内弧面的弧度。

6.根据权利要求5所述的刃脚管节，其特征在于：所述侧分块（1-1）包括至少一个拼接块，相邻两个拼接块之间沿径向连接。

7.一种刃脚管节支护结构，其特征在于：包括标准环形管节（4）和如权利要求1~3、5、6任一项所述的刃脚管节。

8.根据权利要求7所述的刃脚管节支护结构，其特征在于：所述刃脚管节的分块式环套（1）包括三个轴向环套（10），位于最下端的轴向环套（10）的外壁上设有钢套筒（5），钢套筒（5）上设有密封环套（6）；所述钢套筒（5）的高度大于单个轴向环套（10）的高度。

9.根据权利要求8所述的刃脚管节支护结构，其特征在于：所述密封环套（6）包括设置在钢套筒（5）上的压板（601）和密封环（602），密封环（602）的下部插接在压板（601）与钢套筒（5）之间，压板（601）通过螺栓（603）将密封环（602）固定在钢套筒（5）上。

10.一种如权利要求9所述的刃脚管节支护结构的纠偏支护方法，其特征在于：步骤如下：

S1：刃脚管节连接在标准环形管节（4）上，保证刃脚管节与标准环形管节（4）同轴线设置，在刃脚管节外壁上连接钢套筒（5）；

S2：竖井中的掘进装置（7）向下进行掘进，并依次拼装标注标准环形管节（4）形成井筒；

S3：当井筒出现倾斜时，刃脚管节上对应的纠偏机构（2）作用在竖井的侧壁土体上，提供纠偏所需的水平作用，纠正标准环形管节（4）拼装位姿；

S4：在掘进装置（7）向下掘进过程中，根据开挖地层情况，控制多组纠偏机构（2）协同作用，对井筒和掘进装置（7）进行扶稳；

S5：重复步骤S2~S4，直至竖井施工到设计标高；

S6：根据需要拆除刃脚管节；

S7：井筒继续向下施作，直至完成整个竖井支护施工。

11.根据权利要求10所述的刃脚管节支护结构的纠偏支护方法，其特征在于：步骤S6的具体步骤如下：

S6.1：拆除位于下部的轴向环套（10）的中间分块（1-2），再拆除位于下部的轴向环套（10）的侧分块（1-1）；

S6.2：钢套筒（5）保持不动，通过掘进装置（7）的提拉装置带动井筒匀速下降，直至位于中部的轴向环套（10）接触到钢套筒（5）底部；

S6.3：依次拆除位于中部的轴向环套（10）的中间分块（1-2）和侧分块（1-1）；

S6.4：钢套筒（5）保持不动，通过掘进装置（7）的提拉装置带动井筒匀速下降，直至位于上部的轴向环套（10）接触到钢套筒（5）底部；

S6.5：依次拆除位于上部的轴向环套（10）的中间分块（1-2）和侧分块（1-1），完成刃脚管节的全部拆除。

Images