一种多功能沉放设备及其施工方法技术领域
本发明涉及地下建筑施工技术领域，具体涉及一种多功能沉放设备及其施
工方法。
背景技术
随着城市化进程加快，城市人口高度密集，生产与交通工具密集，使得北
京、上海、广州等大中型城市停车难的矛盾日益突出，在中心城区和一些重点
保护建筑密集的地区增建多层地下停车库是值得研究的热门问题；目前各个国
家均极力推广“海绵”城市，对如何使特大型城市的蓄水功能得到提高和改善
进行了一系列探索，其中日本东京建立世界最大的深部蓄水管道工程，有效改
善了城市的蓄水功能。目前我国蓄水弱的城市如上海、北京等，急需建立深部
地下蓄水工程，然而，当前国内各种公共地下停车库及综合管廊深井工程处于
起步阶段，可以借鉴的工程经验较少，针对超深大直径预制装配井壁结构施工
还处于试验阶段，也没有相应可行的配套预制装配、沉放及吊装起重装置。
发明内容
本发明提供了一种多功能沉放设备及其方法，以解决上述技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种多功能沉放设备，包
括设于竖井施工区域外周的环形轨道、竖直设于所述环形轨道上的若干立柱、
设于所述立柱上方的水平环形支架、设于所述施工区域内部的泥浆循环处理系
统、竖直设于所述泥浆循环处理系统内的中心支撑、以及水平设于所述中心支
撑上的环形悬挂平台，所述水平环形支架上设有若干组起重装置，所述环形悬
挂平台上悬挂有水力切削装置。
进一步的，每根所述立柱下方设有轨道小车，所述轨道小车与回转驱动装
置连接，带动所述立柱沿所述环形轨道旋转。
进一步的，还包括与所述立柱连接的调平补偿装置。
进一步的，所述水平环形支架包括与所述立柱上端连接的外圈桁架、与所
述外圈桁架同心设置的内圈桁架、以及连接所述立柱、外圈桁架和内圈桁架的
若干径向支撑桁架，所述起重装置设于所述径向支撑桁架上，所述径向支撑桁
架与所述立柱之间设有斜撑。
进一步的，所述环形轨道的内侧设有一圈环形运输道路，所述环形运输道
路的内侧设有环形导墙，且所述环形导墙位于所述内圈桁架的正投影区域内，
所述环形轨道下方设有若干支承桩，所述环形运输道路的宽度≥9m。
进一步的，所述水平环形支架上方还设有防雨隔尘棚。
进一步的，所述泥浆循环处理系统包括循环池、多级沉淀池、注浆设备、
排浆设备、吸泥设备和过滤设备，所述多级沉淀池设于所述循环池的外周，所
述多级沉淀池和循环池之间连通，所述注浆设备的两端分别连接循环池和注浆
孔，所述排浆设备的两端分别连接排浆孔和多级沉淀池，所述吸泥设备的两端
分别连接多级沉淀池和排污车，所述过滤设备设于所述多级沉淀池内。
进一步的，所述环形悬挂平台连有提升装置，所述提升装置驱动所述环形
悬挂平台相对所述中心支撑上下移动。
进一步的，所述水力切削装置包括水力切削钻杆和与所述水利切削钻杆连
接的钻杆驱动装置，所述钻杆驱动装置设于所述环形悬挂平台上，所述水力切
削钻杆的一端固设于所述环形悬挂平台上，另一端由上而下伸至注浆孔的底端。
本发明还提供一种多功能沉放设备的施工方法，包括以下步骤：
S1：建设选址并确定施工区域，施工环形轨道、环形运输道路及环形导墙，
在所述环形导墙内侧开挖导墙沟槽，进行井壁基础施工，并在基坑内施工泥浆
循环处理系统；
S2：安装立柱、水平环形支架、中心支撑、环形悬挂平台和起重装置；
S3：将预制管片运输至环形运输轨道中，通过起重装置将其装配成环形管
片，并吊运至导墙沟槽中；
S4：安装水力切削装置，将水力切削钻杆插入预制管片的注浆孔内，对预
制管片底部的土体进行水力切削，并采用泥浆循环处理系统对槽内泥浆循环处
理；
S5：分段下沉环形管片，同时提升水力切削装置；
S6：重复步骤S3-S5，直至完成井壁施工；
S7：封井及固化井底土体，基坑降水，挖运井内土方及井壁内衬施工、浇
筑底板并对其进行养护。
本发明提供一种多功能沉放设备及其施工方法，通过立柱、水平环形支架
和起重装置可以对预制管片进行快速安装和吊装，通过水力切削装置对管片底
部土体进行水力切削，便于快速下沉环形管片，通过设置泥浆循环处理系统有
效解决大型预制装配水力切削垂直沉管作业时多台设备供水供浆和泥浆排放，
实现泥浆的循环使用，减少环境污染，提高了资源利用率，本发明集预制管片
安装、吊装和沉放等功能为一体，提高了自动化程度和经济效益，同时提高了
地下建筑的施工效率和质量。
附图说明
图1是本发明多功能沉放设备的结构示意图；
图2是本发明水平环形支架的结构示意图；
图3是本发明泥浆循环处理系统的结构示意图。
图中所示：1、环形轨道；2、立柱；3、水平环形支架；31、外圈桁架；32、
内圈桁架；33、径向支撑桁架；4、泥浆循环处理系统；41、循环池；42、多级
沉淀池；421、一级沉淀池；422、二级沉淀池；423、三级沉淀池；424、三
级沉淀池；425、泥浆溢流口；43、注浆设备；431、高压泵；432、注浆支管；
433、泵送设备；44、排浆设备；441、排浆支管；442、泵吸设备；45、吸泥设
备；451、水平龙门支架；452、泥浆泵支架；453、排污支管；454、排污泵；；
5、中心支撑；6、环形悬挂平台；7、起重装置；8、水力切削装置；81、水利
切削钻杆；82、钻杆驱动装置；9、预制管片；91、注浆孔；92、排浆孔；10、
轨道小车；13、斜撑；14、防雨隔尘棚；15、排污车；16、环形运输道路；18、
环形导墙。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细描述：
如图1所示，本发明提供一种多功能沉放设备，包括设于施工区域外周的
环形轨道1、竖直设于所述环形轨道1上的若干立柱2、设于所述立柱2上方的
水平环形支架3、设于所述施工区域内部的泥浆循环处理系统4、竖直设于所述
泥浆循环处理系统4内的中心支撑5、以及水平设于所述中心支撑5上的环形悬
挂平台6，所述水平环形支架3上设有若干组起重装置7，用于将预制管片9吊
装至指定位置进行沉放，所述环形悬挂平台6上悬挂有水力切削装置8。优选的，
所述环形轨道1设有一圈环形运输道路16，所述环形运输道路16的内侧设有环
形导墙18，且所述环形导墙18位于内圈桁架32的正投影区域内，所述环形导
墙18由地面1竖直延伸至施工区域下方，用于在沉放预制管片9(简称沉管)
时起到竖直导向作用，环形轨道1下方设有若干支承桩，用于提高环形轨道1
的强度，防止地面承受荷载产生不均匀的沉降；环形运输道路16的宽度≥9m，
作为预制管片9、施工材料、废泥浆及土方的运输通道，且允许两辆运输车双向
行驶。需要说明的是，施工区域根据地下建筑的占地面积划定，本实施例中根
据地下深井的占地面积划定。此外，本实施例中，立柱2设有6根，沿环形轨
道1的外边缘均匀排列，采用型钢拼接而成，形成桁架立柱，强度大、可靠性
好。
优选的，每根所述立柱2下方设有轨道小车10，所述轨道小车10与回转驱
动装置连接，带动所述立柱2沿所述环形轨道1旋转，从而使水平环形支架3
旋转并通过起重装置7沿径向支撑桁架33吊运预制管片9至对应内圈桁架32
水平环向不同位置装配和沉放，本实施例中回转驱动装置带动立柱2进行旋转
的角度范围为0-60度。优选的，多功能沉放设备还包括与所述立柱2连接的调
平补偿装置，用于适应轨道路基沉降变形，保障立柱2及水平环形支架3正常
旋转移动，本实施例中采用机械液压装置，当然也可以采用其他装置，只要能
实现上述功能即可。
如图2所示，所述水平环形支架3包括与所述立柱2上端连接的外圈桁架
31、与所述外圈桁架31同心设置的内圈桁架32、以及连接所述立柱2、外圈桁
架31和内圈桁架32的若干径向支撑桁架33，所述起重装置7设于所述径向支
撑桁架33上，所述径向支撑桁架33与所述立柱2之间设有斜撑13，用于加固
径向支撑桁架33，保证吊装安全稳定。具体的，外圈桁架31和内圈桁架32均
采用型钢焊接拼装而成，径向支撑桁架33也相应设有6根，从水平环形支架3
的中心处向立柱2方向发散，每根径向支撑桁架33上皆设有一组起重装置7，
每组起重装置7可以沿相应的径向支撑桁架33移动，可以采用起重小车或采用
其他设备，只要起重能力满足实际施工需要即可，此外，本实施例中回转驱动
装置带动立柱2进行旋转的角度范围为0-60度，因此每组起重装置7负责独立
的一个以水平环形支架3的中心为圆心，且圆心角为60度的扇形区域内预制管
片9的装配和吊运工作。优选的，所述水平环形支架3的上方还设有防雨隔尘
棚14，达到防雨、隔音以及降尘的效果，提高施工环境，适应不同天气的需要，
进一步提高施工效率。
如图3所示，所述泥浆循环处理系统4包括循环池41、多级沉淀池42、注
浆设备43、排浆设备44、吸泥设备45和过滤设备，所述多级沉淀池42设于所
述循环池41的外周，所述多级沉淀池42和循环池41之间连通，所述注浆设备
43的两端分别连接循环池41和注浆孔91，所述排浆设备44的两端分别连接排
浆孔92和多级沉淀池42，所述吸泥设备45的两端分别连接多级沉淀池42和排
污车15，所述过滤设备设于所述多级沉淀池42内。具体的，所述多级沉淀池
42包括一级沉淀池421、二级沉淀池422、三级沉淀池423和四级沉淀池424，
所述一级沉淀池421、二级沉淀池422、三级沉淀池423和四级沉淀池424沿所
述循环池41外周依次排列，所述一级沉淀池421与二级沉淀池422之间、所述
二级沉淀池422和三级沉淀池424之间、所述三级沉淀池423和四级沉淀池424
之间、以及所述四级沉淀池424和循环池41之间均开设有泥浆溢流口425，所
述二级沉淀池422和三级沉淀池423分别与吸泥设备45连接。为了提高泥浆的
沉淀效果，所述一级沉淀池421与二级沉淀池之间422的泥浆溢流口425与所
述二级沉淀池422和三级沉淀池423之间的泥浆溢流口425对角分布，所述三
级沉淀池423和四级沉淀池424的泥浆溢流口425与二级沉淀池422和三级沉
淀池423之间的泥浆溢流口425也对角分布。
请继续参照图3，循环池41设有两个，且两个循环池41围成环形结构，所
述一级沉淀池421、二级沉淀池422、三级沉淀池423和四级沉淀池424均设有
两个，每个所述循环池41的外周对应一个一级沉淀池421、一个二级沉淀池422、
一个三级沉淀池423和一个四级沉淀池424，两个循环池41之间、两个一级沉
淀池421之间、两个二级沉淀池422之间、两个三级沉淀池423之间、以及两
个四级沉淀池424之间相互独立，互不影响，可以同时工作。即一个循环池41
和一个一级沉淀池421、一个二级沉淀池422、一个三级沉淀池423、一个四级
沉淀池424为一组循环沉淀池，另一个循环池41和另一个一级沉淀池421、另
一个二级沉淀池422、另一个三级沉淀池423、另一个四级沉淀池424为另一组
循环沉淀池，两组循环沉淀池之间独立工作，互不影响，大大提高了施工速度。
具体的，泥浆从一级沉淀池421进入后依次通过二级沉淀池422、三级沉淀池
423和四级沉淀池424进行四次沉淀，最后通过泥浆溢流口425进入循环池41
中。二级沉淀池422、三级沉淀池423底部的废泥浆经吸泥设备45排出。需要
说明的是，本发明中的多级沉淀池42可以是整体式，也可以是分体组合式；可
以是钢筋混凝土结构，也可以是钢结构。
优选的，所述注浆设备43设于所述中心支撑5和水平环形支架3上，包括
高压泵431、注浆支管432和泵送设备433，所述泵送设备433的两端分别通过
注浆支管432连接循环池41和高压泵431，所述高压泵431的另一端通过注浆
支管432连接注浆孔91，所述高压泵431与注浆孔91之间的注浆支管432依次
通过中心支撑5和水平环形支架3后进入注浆孔91中，具体的，泵送设备433
可以设置多台，具体根据施工需要进行配置，保证泥浆的合理流量及输送压力，
用于将循环池41中的泥浆经注浆支管432输送至高压泵431的输入端，之后泥
浆从高压泵431的输出端通过注浆支管432依次经过中心支撑5和水平环形支
架3后注入注浆孔91中，由于水平环形支架3可以中心支撑5为中心旋转，因
此可带动注浆支管432旋转与不同的注浆孔91相对应，完成注浆过程。
优选的，所述排浆设备44包括排浆支管441、泵吸设备442或气举设备，
具体实施时，在地下50米范围内，采用泵吸设备442，50米以上采用气举设备，
通过泵吸设备442或气举设备产生的孔内压力差，排出水力切削系统产生的泥
浆和钻渣。所述排浆设备44的两端分别通过排浆支管441连接排浆孔92和一
级沉淀池421。如图1所示，泥浆在泵吸设备442的作用下从排浆孔92中排出
后通过排浆支管441进入一级沉淀池421内，并从泥浆溢流口425流入二级沉
淀池422内进行二次沉淀。
请继续参照图3，所述吸泥设备45包括分别与所述多级沉淀池42的上下两
侧对应的水平龙门支架451、设于所述水平龙门支架451之间的泥浆泵支架、排
污支管453、以及设于所述泥浆泵支架上的排污泵454和电葫芦，所述排污泵
454分别通过排污支管453与二级沉淀池422和三级沉淀池423连接，所述电葫
芦分别连接排污泵454和泥浆泵，所述泥浆泵设于所述泥浆支架上。具体的，
泥浆泵支架可沿水平龙门支架451移动，电葫芦用于控制泥浆泵和排污泵454
的升降，当二级沉淀池422和三级沉淀池423中沉淀的废浆较多时，电葫芦控
制排污泵454下降至池底，通过排污支管453将其抽出至排污车15中运走。
优选的，所述过滤设备设于所述四级沉淀池424内，包括振动筛、除砂器、
脱水筛、除泥器和过渡槽，泥浆经所述过滤设备处理后通过泥浆支管和泥浆泵
连接至所述循环池41。具体的，过滤设备设于四级沉淀池424内，泥浆通过泥
浆支管输送至过滤设备内后依次通过振动筛以筛除粒径3mm以上的砂砾，并使
泥浆均匀分配至除砂器和脱水筛中，经除砂分离及细筛脱水后清除大部分45um
粒径以上的砂质颗粒，再经过过度槽进行泥浆性能调整后，通过泥浆支管和泥
浆泵连接至所述循环池1中，并通过注浆设备43输送至不同的注浆孔91内。
通过上述流程，70％以上的泥浆可得到重复利用，利用率高，减少了资源浪费和
环境污染。
优选的，所述环形悬挂平台6连有提升装置(图中未标出)，所述提升装置
驱动所述环形悬挂平台6相对所述中心支撑5上下移动，从而控制水力切削装
置8升降，对预制管片9下方的土体进行切削。
请继续参照图1，所述水力切削装置8包括水力切削钻杆81和与所述水利
切削钻杆81连接的钻杆驱动装置82，所述钻杆驱动装置82设于所述环形悬挂
平台6上，所述水力切削钻杆81的上端固设于所述环形悬挂平台6上，下端由
上而下伸至注浆孔91的底端，在钻杆驱动装置82的控制下对预制管片9下方
的土体进行切削，以便于预制管片9下沉，当沉管结束时，在提升装置的驱动
下升起，直至水力切削钻杆81的下端从注浆孔91中拔出，结束当前土体切割
工作。
本发明还提供一种多功能沉放设备的施工方法，包括以下步骤：
S1：建设选址并确定施工区域，施工环形轨道1、环形运输道路16及环形
导墙18，在所述环形导墙18内侧开挖导墙沟槽，进行井壁基础施工，并在基坑
内施工泥浆循环处理系统4具体的，该施工区域根据地下建筑的占地面积划定，
在环形轨道1内侧施工环形导墙18，以便在沉放预制管片9时起到竖直导向作
用，并沿环形导墙18内侧开挖导墙沟槽，用于沉放预制管片9。其中基坑是指
导墙沟槽围成的区域。
S2：安装立柱2、水平环形支架3、中心支撑5、环形悬挂平台6和起重装
置7；其中立柱2设有六根，立柱2下方设有轨道小车10，在回转驱动装置的
驱动下带动所述立柱2沿所述环形轨道1旋转，水平环形支架3位于立柱2上
方，可以与水平环形支架3一起旋转移动，起重装置7设于水平环形支架3的
径向支撑桁架33上，并且可以沿径向支撑桁架33运动，回转驱动装置带动立
柱2进行旋转的角度范围为0-60度，每组起重装置7负责独立的一个以水平环
形支架3的中心为圆心，且圆心角为60度的扇形区域内预制管片9的安装和吊
运工作。泥浆循环处理系统4位于施工区域内部，通过注浆设备43和排浆设备
44分别进行注浆和排浆。环形悬挂平台6连接提升装置，可以沿中心支撑5上
下移动。
S3：将预制管片9运输至环形运输道路16中，并通过径向支撑桁架33上
的起重装置7装配成环形管片，并吊装至导墙沟槽内进行沉放。
S4：安装水力切削装置8，将水力切削钻杆81插入预制管片9的注浆孔91
内，对预制管片9底部的土体进行水力切削，并采用泥浆循环处理系统4对槽
底的泥浆进行循环处理；具体的，水力切削钻杆81的上端固设于所述环形悬挂
平台6上，下端由上而下伸至注浆孔91的底端，在钻杆驱动装置82的控制下
对预制管片9下方的土体进行切割，便于预制管片9下沉，当沉管结束时，在
提升装置的驱动下升起，直至水力切削钻杆81的下端从注浆孔91中拔出，结
束当前土体切割工作。
S5：分段下沉环形管片，同时提升水力切削装置8，即每下沉一段环形管片，
便将水力切削装置8提升相应距离。
S6：重复步骤S3-S5，直至完成管壁施工，本实施例中，即完成井壁结构沉
放。
S7：封井及固化井底土体，基坑降水，挖运井内土方及井壁内衬施工、浇
筑底板并对其进行养护。具体的，封井是指采用特定装置深入至井底进行密封
施工，同时固化井底土体，基坑降水是指通过降压井和疏干井对基坑进行降水
处理，通过起重装置7配合开挖管壁围成的内部土方，施工井壁内衬，浇筑底
板并进行养护，直至地下深井的施工。
综上所述，本发明提供一种多功能沉放设备及其施工方法，通过立柱2、水
平环形支架3和起重装置7可以对预制管片9进行快速安装和吊装，通过水力
切削装置对槽底土体进行水力切削及护壁工作，便于快速下沉环形管片，通过
设置泥浆循环处理系统4有效解决大型预制装配水力切削垂直沉管作业时多台
设备供水供浆和泥浆排放，实现泥浆的循环使用，减少环境污染，资源利用率
高，本发明集预制管片9安装、吊装和沉放等功能为一体，提高了自动化程度
和经济效益，同时提高了地下建筑的施工效率和质量。
虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为
提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省
略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。