一种推进式筑堤机及其筑堤方法.pdf

本发明提供一种推进式筑堤机及其筑堤方法，本发明将筑堤机定位到需要筑堤的位置，通过喷射孔的作用使筑堤机逐渐沉入到淤泥中，然后向筑堤机的成型舱中抛石，当石料高度大于筑堤机上推进油缸的高度后，推进油缸活塞杆向后伸出推动石料，石料不能挤开后方较坚固的淤泥，所以石料会给整个筑堤机一个向前的反作用力，喷射孔一直工作活化、冲开前端和下端的淤泥，所以筑堤机前进将前端淤泥挤开，筑堤机在行进时不断抛石完成对海堤下部的抛填，然后通过常规方法对海堤上部抛填进而完成整个海堤堤身的建造。本发明可以在施工后使堤身与施工图纸很好的吻合，并且能节省石料的使用，同时还能在复杂的地质条件下进行筑堤，具有很高的实用性。

权利要求书
1.  一种推进式筑堤机，其特征在于：包括主体舱（1）和主体舱（1）后端的成型舱（2），所述主体舱（1）的前端和底端设有多个喷射孔（11），所述主体舱（1）的下部设有多个前后设置的推进油缸（3），推进油缸（3）的活塞杆能从主体舱（1）的后端板伸出到成型舱（2）中，主体舱（1）上部设有液压泵组和水泵组，液压泵组和推进油缸（3）连接，水泵组通过管路与喷射孔（11）连通，主体舱（1）的上部和下部之间设有隔板（12），主体舱（1）顶部设有多台锚索绞车（4）；所述成型舱（2）包括左、右挡板和下挡板，左、右挡板与主体舱（1）的左、右两端相连接，下挡板与主体舱（1）的底板相连接。

2.  根据权利要求1所述的一种推进式筑堤机，其特征在于：所述主体舱（1）顶部的左右两端还分别设有一可蓄水的浮体舱（5）。

3.  根据权利要求1所述的一种推进式筑堤机，其特征在于：所述推进油缸（3）的活塞杆上套有套筒（31），套筒（31）的一端设有端盖，所述端盖内侧与推进油缸（3）的活塞杆顶端相铰接。

4.  根据权利要求1所述的一种推进式筑堤机，其特征在于：所述主体舱（1）下部分为动力舱（13）和蓄水舱（14），所述推进油缸（3）在动力舱（13）中。

5.  根据权利要求4所述的一种推进式筑堤机，其特征在于：所述动力舱（13）的底部设有吸泥管道。

6.  一种使用权利要求1所述的推进式筑堤机的筑堤方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、根据施工图纸放样，设立抛填标志和抛锚标志，并且将相关的标志位置参数输入GPS定位系统以便于定位；
二、将所述推进式筑堤机由施工船拖至施工现场，根据抛填标志确定筑堤机的起始位置，根据抛锚标记将锚索绞车（4）上的锚抛至抛锚标志所在位置，筑堤机推进油缸（3）的活塞杆处于收缩状态；
三、将筑堤机前端朝下下放至水中，当筑堤机前端和淤泥接触后筑堤机前端和下端的喷射孔（11）喷射高压水活化、冲开淤泥，同时石料运输驳船（6）沿着筑堤机的成型舱（13）底板所在一侧向成型舱（13）中投放石料，石料加速筑堤机下沉的同时使得筑堤机的中心发生偏移而倾斜，筑堤机翻转最终竖立在淤泥中；
四、将石料运输驳船行（6）驶至筑堤机竖立后成型舱（13）的上方，继续向成型舱（13）中抛石，当石料的高度高于推进油缸（3）的活塞杆时，活塞杆从主体舱（1）中伸出向后推动石料，石料给筑堤机一个向前的反作用力，同时筑堤机上的喷射孔（11）一直处于喷射状态，活化、冲开筑堤机前端和下端的淤泥，筑堤机挤开淤泥向前运动，在筑堤机运动过程中锚索绞车（4）收放绞链辅助控制筑堤机的姿态；
五、筑堤机向前运动，石料运输驳船一起向前运动并持续抛石，推进油缸（3）的活塞杆反复伸缩推动石料进行下部海堤的建造，同时在不影响筑堤机工作的情况下对上部海堤进行抛填建造；
六、筑堤结束后，停止抛石，施工船将锚从水中拉起，锚索绞车（4）通过绞链收起锚，施工船将筑堤机拉起拖走退出工位。

7.  根据权利要求6所述的筑堤方法，其特征在于：所述步骤三中，当筑堤机下放前，筑堤机主体舱（1）中的蓄水舱（14）打开进水。

8.  根据权利要求6所述的筑堤方法，其特征在于：所述步骤三中，在筑堤机竖立过程中，筑堤机浮体舱（5）通过进水、排水调节筑堤机的左右平衡。

9.  根据权利要求6所述的筑堤方法，其特征在于：所述步骤六中筑堤机在停止工作后，其蓄水舱（14）和浮体舱（5）同时排水。

说明书一种推进式筑堤机及其筑堤方法
技术领域
本发明涉及海堤建造工程领域，尤其涉及一种推进式筑堤机及其筑堤方法。
背景技术
海堤是修筑在河口或沿海地区的堤坝。海堤直接承受风浪、潮水、急流，一般情况下是作为围海工程的主体部分用来控制围区水位，满足制盐、水产养殖、工业用地、交通航运等方面的防护工作要求。
在海堤建筑工程中，在水深较大、淤泥层深厚、水流较急的工况下围海筑堤，以往采用控制加载爆炸挤淤置换法，简称爆炸挤淤置换法。专利公开号是CN1477271A的中国专利公开了一种《控制加载爆炸挤淤置换法》，其操作过程主要包括a确定堤身抛填高度；b根据所述堤身抛填高度和堤身设计断面，确定堤身抛填宽度；c根据堤身抛填高度和所述堤身抛填宽度，确定堤身自重挤淤深度，及要到达设计断面尚需挤除的淤泥厚度；d确定爆炸参数；e进行抛填；f在堤头布设群药包，然后引爆所述的群药包，实施堤头爆炸，使堤身下沉进行挤淤置换；然后重复步骤e、f，直到堤身设计断面形成。通过爆炸挤淤置换法建筑海堤虽然可以建筑海堤，但是也存在诸多不足之处：1、爆炸是瞬间的、爆炸的过程是不可控制的、爆炸作用的结果是随机的，通过爆炸进行挤淤置换不能保证海堤的外形尺寸和海堤底面高程与图纸一致；2、很难适应复杂的地质条件；3、爆炸振动会活化海堤底部及周围淤泥，在实际施工时可能会出现斜坡上的淤泥和堤身滑动，造成严重的质量事故；4、爆炸作业存在安全隐患。所以需要一种能适应复杂的地质条件，并且施工稳定的筑堤方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种结构可靠的筑堤机，以克服现有技术的上述缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种推进式筑堤机，包括主体舱和主体舱后端的成型舱，所述主体舱的前端和底端设有多个喷射孔，所述主体舱的下部设有多个前后设置的推进油缸，推进油缸的活塞杆能从主体舱的后端板伸出到成型舱中，主体舱上部设有液压泵组和水泵组，液压泵组和推进油缸连接，水泵组通过管路与喷射孔连通，主体舱的上部和下部之间设有隔板，主体舱顶部设有多台锚索绞车；所述成型舱包括左、右挡板和下挡板，左、右挡板与主体舱的左、右两端相连接，下挡板与主体舱的底板相连接。
优选地，所述主体舱顶部的左右两端还分别设有一可蓄水的浮体舱。
优选地，所述推进油缸的活塞杆上套有套筒，套筒的一端设有端盖，所述端盖内侧与推进油缸的活塞杆顶端相铰接。
优选地，所述主体舱下部分为动力舱和蓄水舱，所述推进油缸在动力舱中。
进一步地，所述动力舱的底部设有吸泥管道。
本发明要解决的另一个问题是提出一种通过所述推进式筑堤机建造筑堤的方法。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：一种推进式筑堤机的筑堤方法，包括以下步骤：
一、根据施工图纸放样，设立抛填标志和抛锚标志，并且将相关的标志位置参数输入GPS定位系统以便于定位；
二、将所述推进式筑堤机由施工船拖至施工现场，根据抛填标志确定筑堤机的起始位置，根据抛锚标记将锚索绞车上的锚抛至抛锚标志所在位置，筑堤机推进油缸的活塞杆处于收缩状态；
三、将筑堤机前端朝下下放至水中，当筑堤机前端和淤泥接触后筑堤机前端和下端的喷射孔喷射高压水活化、冲开淤泥，同时石料运输驳船沿着筑堤机的成型舱底板所在一侧向成型舱中投放石料，石料加速筑堤机下沉的同时使得筑堤机的中心发生偏移而倾斜，筑堤机翻转最终竖立在淤泥中；
四、将石料运输驳船行驶至筑堤机竖立后成型舱的上方，继续向成型舱中抛石，当石料的高度高于推进油缸的活塞杆时，活塞杆从主体舱中伸出向后推动石料，石料给筑堤机一个向前的反作用力，同时筑堤机上的喷射孔一直处于喷射状态，活化、冲开筑堤机前端和下端的淤泥，筑堤机挤开淤泥向前运动，在筑堤机运动过程中锚索绞车收放绞链辅助控制筑堤机的姿态；
五、筑堤机向前运动，石料运输驳船一起向前运动并持续抛石，推进油缸的活塞杆反复伸缩推动石料进行下部海堤的建造，同时在不影响筑堤机工作的情况下对上部海堤进行抛填建造；
六、筑堤结束后，停止抛石，施工船将锚从水中拉起，锚索绞车通过绞链收起锚，施工船将筑堤机拉起拖走退出工位。
优选地，所述步骤三中，当筑堤机下放前，筑堤机主体舱中的蓄水舱打开进水。
优选地，所述步骤三中，在筑堤机竖立过程中，筑堤机浮体舱通过进水、排水调节筑堤机的左右平衡。
优选地，所述步骤六中筑堤机在停止工作后，其蓄水舱和浮体舱同时排水。
如上所述，本发明一种推进式筑堤机及其筑堤方法，具有以下有益效果：
一、海堤的外形因为成型舱左、右挡板的限位作用可以与施工图很好的吻合，堤身更加外表规整；同时在水深较大、水流较快的情况下，成型舱的左、右挡板能避免石料被水流冲走，有效的节约了石料的使用，大大降低了成本。
二、石料之间因为推进油缸的作用可以使堤身均匀密实，并且通过观察推进油缸的推力可知堤身的密实程度，进而可以在施工中对密实程度进行调节，因此可以更好地满足海堤建造的要求。
三、在施工时没有爆炸振动，不会对堤身周围的淤泥造成过大影响，不会使堤身底面高低不平，也不会因为爆炸振动造成斜坡上的淤泥和堤身滑动进而造成严重的质量事故，本发明可以非常好的满足在深厚淤泥层中建造悬浮式海堤和在斜坡上建造海堤的施工要求。
四、调整推进式筑堤机上浮或下沉的位置可以调整海堤底面标高，所以本发明能更好地适应不复杂多变的地质条件。
五、推进筑堤机的筑堤方法既能适用于石料由车载从堤头抛石逐渐向前延伸的筑堤形式，又能适用于石料由石料运输驳船抛石的筑堤方法，或者两种运输方法同时使用，加快施工速度，缩短工期。
附图说明
图1为本发明推进式筑堤机的仰视结构图。
图2为本发明推进式筑堤机的后视结构图。
图3为本发明推进式筑堤机的前视结构图。
图4为本发明推进式筑堤机的剖视图。
图5为本发明的筑堤方法步骤图。
图6为本发明推进式筑堤机的动力输出原理图。
图中：1  主体舱  11 喷射孔
12 隔板      13 动力舱
14 蓄水舱    2  成型舱
3  推进油缸  31 套筒
4  锚索绞车  5  浮体舱
51 定位板    6  石料运输驳船
具体实施方式
说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1-图4所示为本发明一种用于海堤建造的推进式筑堤机，包括主体舱1和主体舱1后端的成型舱2，所述主体舱1的前端和底端设有多个喷射孔11，所述主体舱1的下部设有多个前后设置的推进油缸3，主体舱1的后端板上开有供推进油缸3活塞杆伸出的孔。主体舱1上部设有液压泵组和水泵组，液压泵组和推进油缸3连接，水泵组通过管路与喷射孔11连通。本筑堤机在水中工作，所以主体舱1的上部和下部之间设有隔板12，上部形成密封舱体防止漏水。筑堤机的主要作用是清除水中淤泥，水底的淤泥因为地质结构存在斜坡、沟壑等很多种情况，所以为了方便筑堤机的工作，所述的主体舱1顶部设有多台用于调整定位的锚索绞车4，锚索绞车4上设有带锚的绞链。在筑堤机工作时锚索绞车4上的锚会被抛向不同的方向，通过收放绞链达到调整筑堤机的目的。本发明中的成型舱2包括左、右挡板和下挡板，左、右挡板与主体舱1的左、右两端相连接，下挡板与主体舱1的底板相连接，即成型舱2的上端和后端是敞开的，呈箕斗状。
本发明筑堤机的工作原理是：将筑堤机放置到需要筑堤的位置，通过喷射孔11的作用使筑堤机逐渐沉入到淤泥中，然后向成型舱2中抛石，当石料高度大于推进油缸3的高度后，推进油缸3活塞杆向后伸出推动石料，因为石料后方是没有活化的较坚固淤泥，石料不能挤开淤泥，所以石料会给整个筑堤机一个向前的反作用力，同时因为喷射孔11一直工作可以活化、冲开前端和下端的淤泥，所以筑堤机前进将前端淤泥挤开，筑堤机在行进时不断抛石完成对海堤下部的抛填，然后通过常规方法对海堤上部抛填进而完成整个海堤堤身的建造。
因为筑堤机是由金属材料制成，所以重量很大，为了方便运输移动，优选地实施方式是在主体舱1顶部的左右两端分别设置一可蓄水的浮体舱5，浮体舱5可以通过进水、排水来控制筑堤机在水中上浮或下沉；同时所述浮体舱5还可以通过进水、排水来调整筑堤机在运动时的左右平衡。本发明中的锚索绞车4设置在浮体舱5上，每个浮体舱5上设有两台。
在本发明中，所述的推进油缸3作为主要的动力输出装置，其活塞杆向后推动石料，根 据作用力与反作用力的原理使得筑堤机前进。在工作时，如果直接通过活塞杆推动成型舱2下部的石料，那么活塞杆以上的石料会对活塞杆产生很大的压力，很容易损伤活塞杆，所以优选地实施方式是在推进油缸3的活塞杆上设置套筒31，套筒31的一端设有端盖，所述端盖内侧设有球窝，所述推进油缸3的活塞杆顶端设有球头，球头和球窝铰接配合。所述套筒31的外径大于推进油缸3的外径以满足活塞杆在工作时的伸缩需要，在活塞杆伸缩时套筒31随着活塞杆从主体舱1的后端伸出和回缩，但是套筒31不会完全从主体舱1后端伸出。在工作时为了缓冲活塞杆上部石料对活塞杆的压力作用，所述套筒31的外圆周面与主体舱1后端板上的孔之间有一定的间隙，因为活塞杆和套筒31是铰接，所以套筒31能以活塞杆的球头作为支点做微小摆动以缓冲压力，同时不会影响到活塞杆，进一步保护了活塞杆。设置套筒31的目的还在于增大推进油缸3对石料的作用面积，因为活塞杆的直径较小，如果只通过活塞杆来推动石料那么则需要很多推进油缸3，这无疑增加了成本。本实施例中在活塞杆上设置套筒31，套筒31的端面直径比活塞杆端面大很多，所以大大增加对石料的作用面积，进而减少了推进油缸3的使用，节约了成本，本实施例中的推进油缸3设有四个。
在本实施例中，所述主体舱1下部分为动力舱13和蓄水舱14，所述推进油缸3在动力舱13中。所述蓄水舱14可以进水排水，也能调节浮力，在筑堤机的运输移动时起到辅助作用。推进油缸3在工作时是在水中，所以水中的泥沙会进入到动力舱13中，为了避免泥沙影响推进油缸3工作，所述动力舱13的底部设有吸泥管道，当筑堤机工作一段时间后，对动力舱13中泥沙进行清理。
本实施例中以筑堤机在淤泥呈斜坡状的水中建造海堤为例，因海堤沿斜坡建造，所以为保证堤身整体稳定堤底要有较大宽度；同时因为淤泥呈斜坡状，堤身内侧淤泥面高度大于外侧淤泥面高度，如果将主体舱1前端设置成平端面，那么内侧淤泥不易被挤出，同时也会大大增加工作难度，所以如图6所示，将主体舱1前端要设置成斜面状，通过斜面将内侧淤泥推向外侧。如图2所示，本发明通过成型舱2的左、右挡板限制石料的位置，有效地防止了石料向周围散落、造成浪费。根据上述条件，并结合图1-6所示，通过推进式筑堤机进行海堤建造的方法主要包括以下步骤：
首先要根据施工图纸放样，设立抛填标志和抛锚标志，并且将相关的标志位置参数输入GPS定位系统以便于定位。确保筑堤机的蓄水舱14和浮体舱5中是无水状态，使筑堤机能浮在水中，然后施工船根据GPS定位系统将本发明推进式筑堤机（以下简称筑堤机）拖至施工现场，根据抛填标志确定筑堤机的起始位置，根据抛锚标记将锚索绞车4上的锚抛至抛锚标志所在位置，筑堤机推进油缸3的活塞杆处于收缩状态。
结合图4和图5，当筑堤机和锚都处于工作位置后，将筑堤机调整至前端朝下的状态，筑堤机主体舱1中的蓄水舱14打开进水，筑堤机因为重量增加而下沉进入水中。一般情况下，筑堤机在被施工船拖至抛填标记位置的过程中就处于前端朝下的状态；但是如果在拖运过程中筑堤机发生倾斜则通过施工船对筑堤机进行调整，确保前端朝下。如图5a所示，当筑堤机前端面与淤泥接触后，筑堤机前端和下端的喷射孔11喷射高压水活化并冲开淤泥；同时带有石料的石料运输驳船6行驶到筑堤机附近，石料运输驳船6沿着筑堤机的成型舱13底板所在一侧向成型舱13中投放石料，如图5b所示，石料在加速筑堤机下沉的同时，也使筑堤机的重心偏移而倾斜，所以筑堤机翻转最终竖立在淤泥中，如图5c所示。在筑堤机竖立过程中，筑堤机浮体舱5通过进水排水调节筑堤机的左右平衡，防止因为水中的地质条件、水流等因素导致筑堤机倾斜而影响正常工作。
筑堤机竖立在淤泥中后，其浮体舱5会高于水面，如图3所示，浮体舱5的后端分别设有向后延伸的定位板51，将石料运输驳船行6行驶至成型舱13的上方并贴靠在定位板51边缘，定位板51将主体舱1和石料运输驳船6之间隔出一块抛石空间，石料运输驳船6通过此抛石空间继续向成型舱13中抛石，如图5d所示，当石料的堆积高度高于推进油缸3的活塞杆时，活塞杆从主体舱1中伸出向后推动石料，根据作用力和反作用力原理，石料给筑堤机一个向前推的作用力，同时筑堤机上的喷射孔11一直处于喷射状态活化并冲开筑堤机前端和下端的淤泥，筑堤机挤开淤泥向前运动。在筑堤机运动过程中，锚索绞车4收放绞链，辅助控制筑堤机的姿态，同时可以起到助力作用；如图6所示F1是推进油缸3对筑堤机的推力、F2是锚索对筑堤机的拉力。在筑堤机行进过程中，活塞杆向后推动石料时使得石料之间的接触更为紧密而使堤身更加紧密，并且因为石料之间有各个方向上的相互作用力，所以在筑堤机推进过程中，石料之间向下的作用力会使堤身沉入下层的坚固淤泥中，可以使堤身更加稳固。
在筑堤机向前推进运动时，石料运输驳船6一起向前运动并持续抛石，推进油缸3的活塞杆反复伸缩推动石料进行下部海堤的建造；与此同时，在不影响筑堤机作业的情况下，对建造好的下部海堤上方通过其他石料运输驳船6或者车载对上部海堤进行抛填。在上部海堤抛填完整后在外海测抛填大块镇压石以加固海堤。筑堤结束后，停止抛石，施工船将锚从水中拉起，锚索绞车4通过绞链收起锚，浮体舱5、蓄水舱14中水全部排出增大筑堤机的浮力，施工船将筑堤机拉起拖走退出工位。
综上所述，本发明一种推进式筑堤机及其筑堤方法，能够在水深较大、淤泥层较厚、水流较急的情况下保证建造海堤的质量、提高作业安全性。所以，本发明有效克服了现有技术 中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。
上述实施方式仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。本发明还有许多方面可以在不违背总体思想的前提下进行改进，对于熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，可对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。