[发明专利]一种下沉式竖井掘进机及其成井方法

权利要求书

1.一种下沉式竖井掘进机，其特征在于：包括主机、下沉系统、管线系统以及主机回收系统；所述下沉系统、管线系统和主机回收系统分别安装在井口圈梁上；所述主机设置在竖井中；所述竖井内侧设有相连的竖井刃脚和基础管节，所述竖井刃脚设置在所述基础管节下方；所述下沉系统与所述竖井刃脚相连；所述主机回收系统与所述主机相连；所述主机包括铣挖头、支撑臂、回转单元、连接横梁和排渣泵单元，所述支撑臂的一端与所述回转单元铰接，所述支撑臂的另一端与所述铣挖头连接；所述连接横梁的一侧与所述回转单元的一侧连接，所述连接横梁的另一侧与所述基础管节连接；所述排渣泵单元安装在所述铣挖头上。

2.根据权利要求1所述的下沉式竖井掘进机，其特征在于：所述回转单元包括固定机架、回转架、回转减速机、回转马达和回转支撑；所述回转马达、回转减速机和回转支撑依次连接并安装在所述固定机架内部，所述回转架安装在所述回转支承下部。

3.根据权利要求2所述的下沉式竖井掘进机，其特征在于：所述支撑臂包括伸缩杆、套筒、伸缩油缸以及俯仰油缸；所述伸缩杆和伸缩油缸设置在所述套筒内，所述伸缩杆下端与所述铣挖头的支座连接，所述伸缩杆的上端与所述伸缩油缸的一端铰接；所述伸缩油缸的另一端与所述套筒铰接；所述套筒与所述回转单元的所述回转架的下部铰接；所述俯仰油缸的一端与所述套筒铰接，所述俯仰油缸的另一端与所述回转单元的所述回转架的下部铰接。

4.根据权利要求2所述的下沉式竖井掘进机，其特征在于：所述连接横梁包括横梁、顶紧机构和横梁支座；所述横梁的一侧与所述回转单元的所述固定机架连接，所述横梁的另一侧与所述顶紧机构连接，所述顶紧机构安装在所述横梁支座上，所述横梁支座与所述基础管节的预埋钢板连接。

5.根据权利要求1所述的下沉式竖井掘进机，其特征在于：所述铣挖头包括截齿滚筒、液压马达、减速机、支座、机架；所述液压马达与减速机连接并且安装在截齿滚筒内部，所述减速机的一侧通过机架与支座连接，所述减速机的外壳与截齿滚筒连接，用于驱动所述截齿滚筒铣挖土体；所述排渣泵单元安装在所述铣挖头的支座上部，包括电机和渣浆泵，用于通过所述管线系统排出挖掘下来的渣土与水混合的泥浆。

6.根据权利要求1所述的下沉式竖井掘进机，其特征在于：所述下沉系统包括3组沉降单元组成，每组沉降单元包括油缸支架、绞线油缸、绞线卷盘和钢绞线；所述油缸支架安装在所述井口圈梁上，所述绞线油缸安装在所述油缸支架上，带有钢绞线的绞线卷盘安装在所述油缸支架附近，所述钢绞线与所述竖井刃脚连接。

7.根据权利要求1所述的下沉式竖井掘进机，其特征在于：所述管线系统包括绞车支架、管线绞车和多个管路线缆；所述绞车支架安装在所述井口圈梁上，所述绞车支架上部安装有管线绞车。

8.根据权利要求1所述的下沉式竖井掘进机，其特征在于：所述主机回收系统包括3组回收单元，每组回收单元包括回收绞车、支架、钢丝绳和动滑轮；所述支架安装在所述井口圈梁上，所述回收绞车安装在所述支架上，所述钢丝绳的一端缠绕在所述回收绞车上，所述钢丝绳的另一端绕过所述动滑轮连接到所述支架上，所述动滑轮连接到所述连接横梁上。

9.根据权利要求1所述的下沉式竖井掘进机，其特征在于：还包括设置在地面上的液压站、泥水处理系统和控制单元。

10.一种下沉式竖井掘进机的成井方法，包括以下步骤：

(1)挖掘及排渣：截齿滚筒旋转，俯仰油缸伸出，截齿滚筒由竖井中心向外铣削土体，直到竖井刃脚内侧，然后俯仰油缸缩回；回转马达通过减速机驱动回转架旋转，进而带动支撑臂和铣挖头旋转适当角度，截齿滚筒重复由竖井中心至刃脚内侧的铣挖过程，直到完成整个断面的挖掘工作，完成第一层的挖掘；伸缩油缸伸出，重复上述的挖掘过程，完成第二层的挖掘；重复上述过程，直到完成一个管节深度的挖掘工作；

在挖掘的同时，排渣泵将渣浆泵送至地面的泥水处理系统。

(2)衬砌安装：利用吊机拼装预制的混凝土管片；

(3)下沉：衬砌完成后，下沉系统的若干下沉单元同时将整个竖井的衬砌和井下设备下沉一个管节的深度，同时管线系统的绞车将管线下沉相应的深度，主机回收绞车的动滑轮也随其下沉；

(4)重复上述挖掘过程，完成整个竖井挖掘；

(5)结构封底：移除主机后，浇筑封底混凝土，通过衬砌上的注浆孔注入水泥浆，排出井内的泥水和井底淤泥，竖井施工完成。