地下连续墙的施工方法及用于地下连续墙的挖掘机.pdf

在一种地下连续墙的施工方法中，一由带有截齿的循环链(17)缠绕的中心导柱(4)被安装于一位于地上的可移动的主体上，并且在该中心导柱被插入地层中的状态下，移动该中心导柱，进行挖土并将液体固化剂排入到地层中，高质量的地下连续墙能够在短期内通过包括使所述中心导柱以一个设置在所述可移动主体上的支撑点为中心转动的运动而被有效地获得。

1、  一种地下连续墙的施工方法，其中在地下连续墙的施工方法中，一由带有截齿的循环链(17)缠绕的中心导柱(4)被安装于一位于地上的可移动的主体上，并且在该中心导柱插入到地层中的状态下，移动该中心导柱，进行挖土并将液体固化剂排入到地层中，所述中心导柱的运动包括一使所述中心导柱以设置在所述可移动主体上的一支撑点为中心转动的动作。

2、  如权利要求1所述的地下连续墙的施工方法，其中所述中心导柱的转动包括：固定所述支撑点的位置，使所述中心导柱的底部向正向的转动动作；和在所述中心导柱的底部向逆向转动的同时，使所述支撑位置平行于地表移动的动作。

3、  一种用于地下连续墙的挖掘机，包括：一安装在一可移动机架(2)上的框架(3)；一设置成能够相对所述框架移动的、且由带有截齿的循环链缠绕的中心导柱(4)；所述挖掘机具有一主导杆(7)，其能够沿所述框架从一侧移动到另一侧；以及次导杆(9)，其能够相对所述主导杆上下移动；所述中心导柱被设置成能够相对所述次导杆转动。

4、  如权利要求3所述的用于地下连续墙的挖掘机，其中一驱动部框架(11)通过一销轴(12)可转动地安装在所述次导杆上，并且所述中心导柱的上端与所述驱动部框架相连接。

5、  如权利要求4所述的用于地下连续墙的挖掘机，其中在所述次导杆的内部安装一电机(13)，并且一安装在所述电机的一输出轴上的小齿轮(14)与一安装在所述驱动部框架上的齿轮(15)啮合。

地下连续墙的施工方法及用于地下连续墙的挖掘机
技术领域
本发明涉及一种地下连续墙的施工方法和用于地下连续墙的挖掘机。具体的是能够在一个短的工期内简单、有效地建造高均匀质量的地下连续墙的施工方法和用于地下连续墙的挖掘机。
背景技术
在过去，作为建造水泥土地下连续墙的一种简单的方法，通常的施工方法是通过使用一个多轴杆的螺旋钻机在地下挖掘并在现场对挖出的土与液体固化剂进行搅拌和混合之后，建造一个中心导柱。
然而，在这种传统的绕柱式施工方法中，如果地下连续墙的深度增加了，没有充分搭接的部位就会漏水，并且发生由于过多的斜洞而使得钢梁插入变得困难的问题。另外，将钢梁位置限定在螺旋钻的中心也束缚了施工。
螺旋钻在地面以上的高度要大于地下连续墙的深度，在过去当地下连续墙加深时，螺旋钻在移动时经常会发生倾覆事故。因此当地下连续墙的深度大于30米时，就会主要采用增加螺旋钻的方法，这样，就会降低施工效率。
另外，由于地层最深处的土没有被上下搅拌，甚至由于土质的不同而不能获得强度。因此，这样不能建造出理想均质的地下连续墙。
为解决上述传统的绕柱式施工方法地问题，在1994年日本专利公开文本No.86729中公开了一种水泥土地下连续墙的施工方法。在该方法中，使用了一台具有一中心导柱的挖掘机，该中心导柱安装有带有截齿的可旋转的循环链。在该带有截齿的循环链被垂直插入到地层中之后，挖掘机沿水平方向移动的同时该中心导柱不做上下移动，液体固化剂从预定的部位排出，从而建造水泥土地下连续墙。
上述专利文献公开的地下连续墙的施工方法适于解决现有技术中存在的各种难题。然而该方法也有下面所述的一些问题。
首先，当将带有悬臂的中心导柱置于土体中时，具有上下安装在框架上的两个液压缸结构的挖掘机在地上沿水平方向移动。因此，由于阻力会使中心导柱底部产生一个大的偏差。需要使用一个操作来弥补这一偏差。这种操作需要有足够的经验，那就是一个熟练的司机当看到附着于该中心导柱的倾角计产生偏转时，将复杂的各种操作，比如驱动电机的正向旋转和反向旋转，以及对中心导柱进行推拉动作组合在一起。另外，这种操作很难实现自动化，并且司机在操作时总是很紧张。
建造了地下连续墙之后，还需要多挖一块不被排出的水泥液体固化剂所影响的安全空间用于放置中心导柱。所需放置空间的挖掘长度依赖于墙的施工深度、厚度、土壤情况和液体固化剂的情况。通常，假设土壤硬度是标准的，深度是从30米到40米，则要求在2米的范围内不受液体固化剂的水泥硬化的影响，这需要约2个小时。因此，多余的开挖将增加很多花费。
本发明解决了上述现有技术中的问题并提供地下连续墙的施工方法和一种通过简单操作在短期内有效地建造高质量地下连续墙的用于地下连续墙的挖掘机。
发明内容
根据权利要求1，本发明涉及一种地下连续墙的施工方法，其中在地下连续墙的施工方法中，一由带有截齿的循环链(17)缠绕的中心导柱(4)被安装于一位于地上的可移动的主体上，并且在该中心导柱被插入到地层中的状态下，移动该中心导柱，进行挖土并将液体固化剂(solidifier liquid)排入到地层中，所述中心导柱的运动包括一使所述中心导柱以设置在所述可移动主体上的一支撑点为中心转动的动作。
根据权利要求2，本发明涉及一种在权利要求1中描述的地下连续墙的施工方法，其中，所述中心导柱的转动包括：固定所述支撑点的位置，使所述中心导柱的底部向正向的转动动作；和在所述中心导柱的底部向逆向转动的同时，使所述支撑位置平行于地表移动的动作。
根据权利要求3，本发明涉及一种用于地下连续墙的挖掘机，其中，地下连续墙挖掘机是这样的，即一框架(3)被安装在一可移动的机架(basemachine)(2)上，以及一由带有截齿的循环链缠绕的中心导柱(4)被设置成能够相对所述框架移动，所述挖掘机具有一主导杆(7)，其可以沿所述框架从一侧移动到另一侧；以及次导杆(9)，其能够相对所述主导杆上下移动；所述中心导柱被设置成能够相对所述次导杆转动。
根据权利要求4，本发明涉及权利要求3中描述的用于地下连续墙的挖掘机，其中，一驱动部框架(11)通过一销轴(12)可转动地安装在所述次导杆上，并且所述中心导柱的上端与所述驱动部框架相连接。
根据权利要求5，本发明涉及权利要求4中描述的用于地下连续墙的挖掘机，其中，一电机(13)安装在所述次导杆的内部，并且一安装在所述电机的一输出轴上的小齿轮(14)与一安装在所述驱动部框架上的齿轮(15)啮合。
附图说明
图1是本发明中用于地下连续墙的挖掘机的侧视图。
图2是本发明中用于地下连续墙的挖掘机的主视图。
图3是沿图1的A-A线的放大剖面图。
图4是显示通过本发明的地下连续墙施工过程的初始情况的侧视图。
图5是显示通过本发明的地下连续墙施工过程的第一步的示意图。
图6是显示通过本发明的地下连续墙施工过程的第二步的示意图。
图7是显示通过本发明的地下连续墙施工过程的第三步的示意图。
图8是显示通过本发明的地下连续墙施工过程的第四步的示意图。
具体实施方式
下文中，参照附图来解释涉及本发明的地下连续墙的施工方法和用于地下连续墙的挖掘机的优选实施例。图1是本发明中用于地下连续墙的挖掘机的侧视图，图2是本发明中用于地下连续墙的挖掘机的主视图，图3是沿图1的A-A线的放大剖面图。
涉及本发明的用于地下连续墙的挖掘机具有一机架2，其可通过位于该机架2下部的履带1而移动；一框架3，其安装在该机架2上；以及一中心导柱4，其被设置成能够平行于框架3移动。
框架3具有两根彼此平行安装的水平框31和32，和不止两根的纵向框33或连接于水平框31和32之间的倾斜框。
框架3的上水平框31通过一框架后部支撑杆5与机架2相互连接，框架3相对于机架2的倾角可以通过一个安装在框架后部支撑杆5下面的液压缸6的伸缩运动进行调整。
一主导杆7安装在框架3上。
该主导杆7从框架3的一侧移动到另一侧，并通过次导杆9使得驱动部框架11沿垂直方向上下移动。
横向滑动部件34和35以一定间距彼此平行地安装在框架3的背面。上面的横向滑动部件34附着在上水平框31上以能够横向滑动，下面的横向滑动部件35附着在下水平框32上以能够横向滑动。
因此，通过被框架3支撑的主导杆7的上部和下部使得主导杆7能够沿框架3从一侧滑向另一侧。
通常，重型结构例如主导杆7、次导杆9和驱动部框架11的重量由框架3的下水平框32支撑。因此，主导杆7通常通过沿下水平框32安装的液压缸8的伸缩运动而滑动。能够安装不止一个液压缸8。
次导杆9附着在主导杆7上。
主导杆7的两侧都安装有上下线性延伸的滑轨71。次导杆9被设置成可通过位于该次导杆9背面的两滑轨夹持件91而沿滑轨71上下滑动(参见图3)。
因此，次导杆9能够沿主导杆7的中心轴线上下滑动。
次导杆9的上下运动是通过一对安装在主导杆7中心轴线两侧的液压缸10的伸缩运动来进行的。
驱动部框架11通过一销轴12可转动地安装在次导杆9上。
在次导杆9内设有一电机13，在电机13的一输出轴上安装有一小齿轮14。另外，在驱动部框架11上安装有一齿轮15，并且销轴12穿过齿轮15的中心。
小齿轮14与齿轮15啮合，使电机13的转动力从小齿轮14传递到齿轮15上，并使驱动部框架11随着齿轮15的旋转而旋转。
驱动部框架11的下部通过一凸缘16与中心导柱4的上端连接。
中心导柱4由带有截齿的循环链17缠绕，形成一个循环链刀具。该循环链刀具具有与公知的地下连续墙挖掘机相同的结构。它的下部在图中省略。
安装在驱动部框架11顶部上的液压马达18旋转，并通过减速器(在图中未示出)和驱动部框架内部的其它部分传递力来驱动循环链17旋转。
用以测量中心导柱倾斜程度的倾角计(在图中未示出)安装在中心导柱4的中心。该倾角计通常被用于测量朝向中心导柱4移动方向上的偏转角并同时测量墙的倾角，该倾角计也具有在其它地下连续墙施工方法中采用的公知结构。
在本发明中，虽然在中心导柱4的下端安装至少一个倾角计就足够了，但是也可以在从上端到下端具有适当间隔的位置处安装多个倾角计。
在中心导柱4内侧，安装有一个与外部液体固化剂供应源，如水泥浆供应源相连接的喷嘴，安装该喷嘴以向地层中排放液体固化剂(该喷嘴在图中未示出)。
在本发明中，这个喷嘴安装在中心导柱4下端和中部的两个或多个位置处。在中部安装喷嘴的具体位置由建造的地下连续墙的深度和中心导柱的旋转角度决定。
下面说明使用具有上述结构的地下连续墙挖掘机施工地下连续墙的方法。
首先，在要建造地下连续墙的地点挖掘出一个具有预定深度的洞。将中心导柱4插入到这个洞中之后，将中心导柱4安装在具有可移动机架2的主体上(见图4)。中心导柱4的上端通过驱动部框架11和框架3安装在机架2上。
然后，当带有截齿的循环链17通过驱动液压马达18而旋转时，中心导柱4通过驱动电机13绕其支撑点的销轴12以一预定角度α向一个方向(为了方便称其为正向)转动。在挖掘和搅拌土体时，可通过安装在中心导柱4下端的喷嘴将如水泥浆之类的液体固化浆液排放入地层中来施工地下连续墙。
在上述操作中主导杆7保持不动。
预定角度α在本发明中不作特殊限定，而是由土壤硬度决定，假定在一个标准工作时间内，如果中心导柱4的深度为30米到40米，那么中心导柱4可以在7.5°到15°的范围内往复转动。
图5是显示按照上述操作的地下连续墙的施工过程(第一步)的示意图。通过第一步，在带有阴影的扇形区域中施工地下连续墙。
在图5中，A代表作为中心导柱4的转动支撑点的销轴12，B代表转动操作之前中心导柱4的下端的位置，C代表转动操作后中心导柱4的下端的位置，L1代表中心导柱4从地表GL下插的深度，L2代表从地表GL到销轴12的高度。如果以后的附图中没有特别说明，同样的符号代表同样的意思。
然后，当通过驱动电机13以与第一步中相反的方向转动输出轴，然后中心导柱4的下端在与第一步中相反的方向转动一预定角度α时，液压缸8伸展，主导杆7沿框架3水平移动，这使得中心导柱4的上端能够平行于地表GL移动。这个移动距离与在第一步中中心导柱4的下端的水平移动距离相等。
在上述中心导柱4的操作过程中，浆液从位于中心导柱4中部(图6中的H点)的喷嘴中排出。
图6是显示按照上述操作的地下连续墙的施工过程(第二步)的示意图。通过第二步，在带有交叉线阴影的倒三角区域中施工地下连续墙。
在图6中，D代表移动之后的作为中心导柱4的转动支撑点的销轴12的位置，C代表中心导柱4下端的位置，中心导柱4的下端随后向E移动。E代表转动操作之后中心导柱4下端的下一个起始位置，X1代表主导杆7的移动距离，H代表排出浆液的位置。
图7是显示按照上述操作的地下连续墙的施工过程(第三步)的示意图。通过第三步，在带有交叉线阴影的部分区域中施工地下连续墙。
中心导柱4通过驱动电机13绕其支撑点销轴12以预定角度2α正向转动，然后挖掘并搅拌土体，同时液体固化浆液，如水泥浆从设于中心导柱4下端的喷嘴中排出，以建造地下连续墙。
在上述操作中主导杆7保持不动。
在图7中，D代表作为中心导柱4的转动支撑点的销轴12的位置，E代表在转动操作之前中心导柱4的下端的位置，F代表在转动操作之后中心导柱4的下端的位置，G代表中心导柱4下端轨迹的最低点，并且该点位于转动中心D的垂线上。
随着中心导柱4下端位置的固定，液压缸8伸展，主导杆7沿框架3水平移动，这样使得中心导柱4的上端平行于地表GL移动。同时，液体固化浆液，如水泥土从位于中心导柱4下端的喷嘴中排出，以建造地下连续墙。
图8是显示按照上述操作的地下连续墙的施工过程(第四步)的示意图。通过第四步，在带有交叉线阴影的倒三角区域中施工地下连续墙。
在图8中，J代表移动之后作为中心导柱4转动支撑点的销轴12的位置，F代表中心导柱4下端的位置。
通过上面第一步到第四步的过程，建造具有(从点A到点J的水平距离)×(深度L1)区域的地下连续墙。
严格地说，圆弧BC和圆弧EG的交叉点N与线BG之间的深度(L1-L3)是施工盲点，但是这能够通过预先考虑挖掘一个小的深度L5而得到解决。
尽管在上述操作过程中反作用力会带来偏差，如果偏差的程度很大，能够通过从前向后或从后向前转换转动方向来很容易地进行修正。
因为中心导柱4的操作只是简单的转动，中心导柱边缘的偏差能从土壤施加在整个中心导柱上的反作用力和旋转角速度简单地估算。
由于能够从中心导柱下端的偏差点假定中心导柱整个长度的偏差线，所以有至少一个倾角计就足够了，并且该系统可被充分地简化。
在图8中，地下连续墙的预定区域的施工完成后，中心导柱4绕支撑点销轴12转动一个微小的角度β，同时自中心导柱4的最低端排出由液体固化剂转变的如膨润土的非液体固化剂(not hardening liquid like bentonite)。整个中心导柱4移动到离开水泥土墙的J-K线后停止。微小的角度β的度数不作特殊限制，例如它不大于5°。
本发明能够防止不好的效果，例如，施工后正在固化的水泥固化物质(J-F线左侧的部分)的渗漏，会使得水泥液体固化剂附着在中心导柱4上。
传统的施工方法需要约2米的安全距离(refuge distance)并花大约2小时的时间方能完成该工作。由于中心导柱4能够以微小的角度β避开水泥固化的停止线J-F，尤其是避开需要避开的下部，因此这种方法是很有效的，同时还能够大大缩短工期。
如上面的详细说明，因其简单的操作方法使其能够连续地挖掘和建造地下连续墙，所以本发明中的地下连续墙的施工方法和用于地下连续墙的挖掘机在操作期间具有良好的工作性能和安全性。此外，本发明能够建造连续的和无缝的地下连续墙并且即使土壤是不同种类的也能获得均质的墙。
这种方法也能够简化中心导柱偏差的测量系统，容易修正偏差，并且大幅减少挖掘安全空间的施工周期和费用。