专利名称：流水中砂石简易挖掘船及其中砂石挖掘的方法
技术领域：
本发明属于流水中桥墩维修加固技术，具体涉及一种水中桥墩维修加固时,挖掘水床(河床、江床和海床等)砂石覆盖层的挖掘船以及施工方法。
背景技术：
水中桥墩维修加固时，通常需选择特殊的挖掘船(不能用采砂船)将水床(河床、江床和海床等)砂石覆盖层挖至一定深度后再加固。然而，在动态的水流中，我国南北方均无成型的、相适应的、简易的专门流水中砂石挖掘船供使用。在我国水系及船舶发达的南方及沿海地区静态水中桥墩外砂石开挖时，能找到挖掘船(水深小于I. 2m时，可能采用水陆两用挖掘机；水深大于I. 2m时，可能采用在大型工程驳船+挖掘机的联合体或专门的挖掘泵送船)；动态水中桥墩外开挖时，可能采用大型工 程驳船+挖掘机的联合体(存在驳船定位问题、挖机移动安全问题)或专门的挖掘泵送船(数量少、体积大、造价高、多为液压制动定位)。水深较大时，常常会因为桥下净空较小而作业受限、水床覆盖层过密实很难挖掘、挖掘设备在水流较急难以定位等因素引起现有的挖掘设备无法使用。在我国水系及船舶不发达的北方地区，常常既无水陆两用挖掘机、又无大型的工程驳船，更无专门的挖掘泵送船，施工条件和经济条件更为有限。往往会因为桥下空间狭小而作业受限、水床覆盖层过密实很难挖掘、挖掘设备在急流中难以定位、挖掘设备在浅水中易于搁浅等因素限制，基本上找不到适应于桥墩外动态水床覆盖层开挖的挖掘设备。随着我国经济的发展，在役桥梁的桥墩维修加固工程正在增多，现有的挖掘设备将很难适应，结合我国桥梁维修加固工程的现状，非常有必要开发一种适应于各个地区的简易的、经济的砂石挖掘设备。
发明内容
本发明的目的在于基于现有桥下空间狭小而作业受限、水床覆盖层过密实很难挖掘、挖掘设备在急流中难以定位、挖掘设备在浅水中易于搁浅等因素限制的施工环境下，提出一种流水中砂石简易挖掘船及其中砂石挖掘的方法，从而解决上述问题。本发明的流水中砂石简易挖掘船的技术方案是它包括浮体平台，浮体平台一端部设置导流翘体，浮体平台上设置挖掘主机，浮体平台的两侧设有各设置定位装置，浮体平台上设有辅助行走结构；所述定位装置包括固定在浮体平台一侧边缘的立柱支架，浮体平台的侧舷上相对于立柱支架的位置设有垂直导向装置，垂直导向装置与定位桩连接，立柱支架与定位桩之间设有定位桩提升装置，浮体平台与定位桩之间设有定位桩下压装置；垂直导向装置与定位桩之间设有定位桩限位定位装置。所述辅助行走结构是人工缆绳绞盘机构。本发明的挖掘船无需动力行走结构，利用挖掘主机，辅助行走结构实现行走，结构简单，使用方便；定位装置实现挖掘施工时浮体平台的定位，其结构构思简单，操作方便。巧妙利用定位桩下压装置实现定位桩的定位。定位桩限位定位装置包括与浮体平台连接固定的定位架，定位桩穿过定位架，定位桩竖向设有多个定位孔，定位架与定位桩上的定位孔之间由定位销连接。上述结构进一步保证定位时,定位桩的安全。所述定位架包括与浮体平台连接固定的下支撑板，上支撑架，下支撑板和上支撑架之间连接锚固结构，上支撑架包括上下平板和上下平板之间连接的左右立板，上下平板和左右立板构成矩形框结构；左右立板上对称设置与定位销配合的定位孔。
定位架的结构稳定,定位支撑强度高。垂直导向装置包括导向套筒，与导向套筒连接的支撑连接板，支撑连接板与浮体平台连接。其结构简单，稳定，强度高。定位桩穿过导向套筒，定位桩顶部设有吊耳。便于定位桩下压装置的安装连接及使用。定位桩下压装置包括设在定位桩顶部的手拉葫芦，手拉葫芦的牵引绳一端与浮体平台顶面连接，另一端为牵引端。巧妙利用手拉葫芦实施下压，结构简单，操作方便。所述人工缆绳绞盘机构包括支撑在浮体平台上的转筒，转筒内设铰支轴，转筒上连接转板，转板径向设套筒；转筒上连接缆绳，转筒底部设棘轮装置；所述棘轮装置包括固定底座上圆周均匀设置的限位板，转筒上铰接连接有棘板，棘板与限位板相对应。人工缆绳绞盘机构简单，操作方便。本发明流水中砂石简易挖掘船的中砂石挖掘的方法的技术方案是将浮体平台系好缆绳，开动挖掘主机，通过挖掘主机铲斗挖入水底固定，利用铲斗臂及铲斗反力驱动浮体平台移动和/或旋转，联合缆绳带动船体缓慢定向移动，到需要挖掘的地方后，利用挖掘主机铲斗挖入水底固定浮体平台，挂设缆绳固定，再利用定位桩下压装置同步将定位桩压入水床覆盖层，直至船体稳定托起成水平状态，挖掘主机的铲斗先离开河床，再根据先上游后下游的顺序对挖掘点实施开挖。该方法利用挖掘主机铲斗的反作用力实现浮体平台初定位，姿态调整。该方法简单，本发明的流水中砂石挖掘船适应性好、技术先进、结构简单、制作方便、操作性好、安全可靠、经济性好、应用前景好等技术特征适应性好可用于卵石层开挖，密实河道清淤，小型的安装、起重、打桩和拔桩等水上作业；特别适应于水深较小(I. 2nT5m)，流速较缓(2m/s以下)、行走速度要求小(lm/s以内)、行走距离较短，水床覆盖层密实、施工空间有限的水上工程(桥梁维修加固工程及相关的水利工程)。可在挖掘机前、左、右超180度范围内自由旋转作业，适应于较小净空墙体结构旁边(如桥墩外)的开挖工作。技术先进目前国内尚无专用于在役桥梁桥墩桥梁维修加固用的水上挖掘船，本发明的流水中砂石挖掘船填补了这一空白。结构简单只需简单的浮体平台和导流翘体单元组合即可形成浮式平台；只需少量的型钢、钢板连接构成装置，并与钢丝绳、手拉葫芦等组合即可实现人工定位和无专门动力行走；只需现成的挖机的上部转台和工作装置固定于浮式平台作为开挖主机；只需2根轻型定位桩与型钢、钢板及手拉葫芦组合连接即可实现流水中挖掘作业定位；无需安装特别的电控、数控为主的高技术组件。制作方便定位装置、人力绞车及连接件均可在小型吊装设备辅助下现场制作。浮式平台和挖掘主机可在市场上获得，通过合理组织即可实现。操作性好挖掘船使用时，只需要6名船员(I名司机、I名指挥手、4名操作手)即可完成所有开挖工作，普通劳动力经培训均可胜任操作；操作流程和操作指令独立明确，可定人定岗。安全可靠挖掘船均为市场成型产品及装置组合而成，系统总成各部分性能稳定；结构简单，便于检查，结构安全有保障；使用过程无特殊工艺，工况稳定，便于控制，技术风险小；在双定位桩、配重和浮力的共同作用下，结构定位可靠，开挖过程平稳。经济性好①挖掘船主要由市场成型产品及装置组成，组装和加工工艺简单，制作成本较低；②自做船体减少了大量的船舶租赁费用定位装置采用人力驱动的轻型定位 桩，与常规的液压重力式定位桩相比节省钢材及液压制动的能耗及相关费用；④挖掘船在稳定定位下，能实现正常挖掘机的开挖工效，相对人工水下开挖、小型抓斗开挖，工效显著，可为密实卵石河床上的双壁钢围堰施工，可改进采用“先开挖后下沉”的施工方法，创造较好的经济效益。运用前景好流水中砂石挖掘船作为水上工程设备，具有适应性好，性能稳定和经济简便等优点，能较好地适应于中国桥梁工程的现状，既可为在役桥梁桥墩维修加固提供技术保障，也可为相关水上工程作业提供技术参考，具有较好的应用前景。
图I流水中砂石简易挖掘船整体结构示意图。图2挖掘船整体结构俯视示意图。图3定位装置结构主视示意图。图4定位装置结构左视示意图。图5定位桩示意图。图6定位架结构俯视示意图。图7定位架局部立面结构示意图。图8下支撑板结构俯视示意图。图9辅助行走结构结构示意图。图10棘轮装置示意图I。图11棘轮装置示意图II。
具体实施例方式如图1、2所示，浮体平台100是由多个标准钢浮箱单元连接而成，浮体平台100 —端部设置导流翘体101。浮体平台100上连接支撑挖掘主机200，挖掘主机200选择市场成型的中型单斗液压挖掘机的上部转台和工作装置组成。上部转台由回转平台、液压传动装置、伺服操纵装置、动力装置、司机室、空调系统、电器系统等组成。工作装置是直接完成挖掘业务的装置，由动臂、斗杆、铲斗等三部分铰接而成。上部台和工作装置可直接借用单斗液压挖掘机的相应部分，需选择合适的臂长及铲斗容量(由开挖深度确定)，并固定于浮体平台100上加劲梁的回转支承上，由浮体平台100替代单斗液压挖掘机的行走装置。浮体平台100的两侧设有定位装置300 (图2所示)，浮体平台100上设有辅助行走结构400。辅助行走结构400采用人工缆绳绞盘机构实现无原动力行走。如图9所示，人工缆绳绞盘机构包括支撑在浮体平台上的转筒401，转筒401内设置支撑轴403，支撑轴403下端设置固定底座402，转筒401下端与固定底座402 之间设棘轮装置；转筒401上部设转板404，支撑轴403穿过转板404由限位圈410限位；转板404上沿径向设置有套筒405，套筒405用于套装杠杆，以人力驱动绞盘机构。如图9、10所示，棘轮装置包括转筒401底部固定的转筒底板406 ;转筒底板406上沿圆周固定连接有铰支轴407，铰支轴407伸出转筒底板406外的部分铰接连接摆杆408(即棘板)，在固定底座402上沿圆周径向间隔设置有多个限位板409 ;转筒底板406支撑在限位板409上，限位板409伸出转筒底板406，摆杆408为弧形杆。摆杆408可通过限位板409伸出转筒底板406的部分限位。固定底座402与转筒底板406之间设有轴承412。转筒401上绕置缆绳。如图11所示，其工作过程是将杠杆411插入套筒405内，人工驱动转筒401转动，转筒401转动过程中带动摆杆408转动，摆杆408在经过限位板409后，由于重力作用，摆杆408的另一端转落在两个限位板409之间的固定底座402上，此时摆杆408经过限位板409的侧面对摆杆408形成限位阻挡，使得套筒405不能反转，形成棘轮运动。定位装置300如图3所示，它是对称设置于浮体平台100后部左右舷的两侧。如图4所示，定位装置包括固定在浮体平台一侧边缘的立柱支架，立柱支架由两立柱301和两立柱顶部连接横梁302构成；横梁302上挂设定位桩提升装置，定位桩提升装置包括手拉葫芦固定绳挂设在横梁302上的手拉葫芦303，手拉葫芦303的提升端与定位桩320连接,拉动牵引绳可实现定位桩320的提升。浮体平台的侧舷上相对于立柱支架的位置设有垂直导向装置340。垂直导向装置与定位桩连接。本实施例如图4所示，垂直导向装置340包括导向套筒341，与导向套筒341连接的支撑连接板，支撑连接板与浮体平台侧舷连接。支撑连接板包括与浮体平台侧舷顶部连接的顶板342，与浮体平台侧舷中部连接中板343，和底板344。定位桩320穿过导向套筒341，定位桩320的顶部设有吊耳322，吊耳322用于连接定位桩下压装置。定位桩下压装置包括挂设在吊耳322的手拉葫芦323(相当于将现有手拉葫芦323的提升端与吊耳322连接)，浮体平台上设有固定绳连接耳板324，手拉葫芦323的固定绳与牵引绳导向耳板324连接，由于吊耳322的高度大于固定绳连接耳板324，形成反向安装的手拉葫芦牵引系统，在牵引手拉葫芦323的牵引绳时，就形成对定位桩的下压力，实现定位桩下降定位动作。浮体平台与定位桩之间设有定位桩限位定位装置500。定位桩限位定位装置如图4所示，包括与浮体平台100连接固定的定位架，定位架包括与浮体平台连接固定的下支撑板，上支撑架350，下支撑板和上支撑架之间连接锚固结构。本实施例中下支撑板与用于支撑导向套筒341的顶板342是同一块板，如图8所示，它是“T”型板，其上开设套筒孔348，导向套筒341穿过套筒孔348，套筒孔348两侧设有四个锚杆连接孔349。如图6、7所示，上支撑架350包括上下平板351、352和上下平板之间连接的左右立板353、354，上下平板和左右立板构成矩形框结构；左右立板上对称设置与定位销配合的定位孔355。如图5所示，定位桩320设有定位孔321。定位桩320内底部设有封底板328。定位桩320穿过上支撑架350,定位时利用定位销356 (钢棒)穿过定位孔355,定位孔321将定位桩320固定。下支撑板与上支撑架350利用锚杆358连接成整体。利用本发明装置施工过程为
开挖方法开挖前，先检查船体，确保安全后，由挖掘主机的铲斗挖入水底定位，挂设缆绳固定，再由定位桩下压装置同步将定位桩压入水床覆盖层，直至船体稳定托起成水平状态，定位桩限位定位装置的定位销实施定位；开挖时，挖掘主机的铲斗先离开河床，再根据设计好的开挖点“先上游后下游”的顺序开挖(一般需运输船配合清渣)。开挖过程跟踪调整反压装置和保护装置的工作状态，保持定位桩可靠定位。其他的操作和防护参照普通船体的相关要求。行走方法首先由定位桩提升装置升起定位桩固定在套筒装置上；然后将船体带好缆绳(包括人力绞车上的钢丝绳)，开动挖掘主机，在合适位置通过铲斗挖入水底固定，由伊斗反力驱动船体移动和旋转，联合缆绳带动船体缓慢定向移动(首翅单元保持朝水流上游侧；大距离移动则需重复以上步骤；水流较大时，大距离移动需拖船配合或由特殊的螺旋桨带动)；移动到位后带好缆绳，再由定位桩下压装置将定位桩压入水床覆盖层定位。
权利要求
1.一种流水中砂石简易挖掘船，它包括浮体平台，浮体平台一端部设置导流翘体，浮体平台上设置挖掘主机，其特征在于浮体平台的两侧分别设置定位装置，浮体平台上设有辅助行走结构；所述定位装置包括固定在浮体平台一侧边缘的立柱支架，浮体平台的侧舷上相对于立柱支架的位置设有垂直导向装置，垂直导向装置与定位桩连接，立柱支架与定位桩之间设有定位桩提升装置，浮体平台与定位桩之间设有定位桩下压装置；垂直导向装置与定位桩之间设有定位桩限位定位装置。
2.如权利要求I所述流水中砂石简易挖掘船，其特征在于定位桩限位定位装置包括与浮体平台连接固定的定位架，定位桩穿过定位架，定位桩竖向设有多个定位孔，定位架与定位桩上的定位孔之间由定位销连接。
3.如权利要求2所述流水中砂石简易挖掘船，其特征在于所述定位架包括与浮体平台连接固定的下支撑板，上支撑架，下支撑板和上支撑架之间连接锚固结构，上支撑架包括上下平板和上下平板之间连接的左右立板，上下平板和左右立板构成矩形框结构；左右立板上对称设置与定位销配合的定位孔。
4.如权利要求I所述流水中砂石简易挖掘船，其特征在于垂直导向装置包括导向套筒，与导向套筒连接的支撑连接板，支撑连接板与浮体平台连接。
5.如权利要求4所述流水中砂石简易挖掘船，其特征在于定位桩穿过导向套筒，定位桩顶部设有吊耳。
6.如权利要求I或4所述流水中砂石简易挖掘船，其特征在于定位桩下压装置包括设在定位桩顶部的手拉葫芦，手拉葫芦的牵引绳一端与浮体平台顶面连接，另一端为牵引端。
7.如权利要求I所述流水中砂石简易挖掘船，其特征在于所述辅助行走结构是人工缆绳绞盘机构。
8.如权利要求6所述流水中砂石简易挖掘船，其特征在于所述人工缆绳绞盘机构包括支撑在浮体平台上的转筒，转筒内设铰支轴，转筒上连接转板，转板径向设套筒；转筒上连接缆绳，转筒底部设棘轮装置；所述棘轮装置包括固定底座上圆周均匀设置的限位板，转筒上铰接连接有棘板，棘板与限位板相对应。
9.一种如权利要求I所述流水中砂石简易挖掘船的中砂石挖掘的方法，将浮体平台系好缆绳，开动挖掘主机，通过挖掘主机铲斗挖入水底固定，利用铲斗臂及铲斗反力驱动浮体平台移动和/或旋转，联合缆绳带动船体缓慢定向移动，到需要挖掘的地方后，利用挖掘主机铲斗挖入水底固定浮体平台，挂设缆绳固定，再利用定位桩下压装置同步将定位桩压入水床覆盖层，直至船体稳定托起成水平状态，挖掘主机的铲斗先离开河床，再根据先上游后下游的顺序对挖掘点实施开挖。
全文摘要
本发明公开了一种流水中砂石简易挖掘船及其中砂石挖掘的方法。它包括浮体平台，浮体平台一端部设置导流翘体，浮体平台上设置挖掘主机，浮体平台的两侧设有各设置定位装置，浮体平台上设有辅助行走结构；所述定位装置包括固定在浮体平台一侧边缘的立柱支架，浮体平台的侧舷上相对于立柱支架的位置设有垂直导向装置，垂直导向装置与定位桩连接，立柱支架与定位桩之间设有定位桩提升装置，浮体平台与定位桩之间设有定位桩下压装置；浮体平台与定位桩之间设有定位桩限位定位装置。本发明的挖掘船无需动力行走结构，结构简单，使用方便。
文档编号B63B35/00GK102874384SQ20121032640
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者李少芳, 朱慈祥, 武向东, 王蔚, 盛海军, 张汉生, 吴俊明, 李士兵, 朱浩, 陈新林, 陈海伟, 樊少飞, 陈修龙, 马小云, 汪淋 申请人:武汉二航路桥特种工程有限责任公司