用以构筑地下连续壁体的挖掘机及采用这种挖掘机的构筑方法

摘要

一种构筑地下连续壁体的挖掘机，包括一可延长的导向杆，一绕设在导向杆上部的链驱动轮和设在导向杆下部的链轮延伸的循环链，交替地设置在链上一组铲刀头和一组搅拌杆，和一设在导向杆内的喷射管，它可连接于液体供给源并带有一组从喷射管分出的喷嘴，循环链铲刀可拆卸地安装在从载车上延伸的梁之端部，并且它垂直可动地安装在梁上以便由驱动装置垂直驱动。铲刀头可由更硬的铲刀头更换以取出地下障碍物。

说明书

本发明涉及一种在土木工程及施工作业中开挖地面以构筑一地下连续壁体的挖掘机及使用这种挖掘机的构筑方法。

根据现有技术在形成这种地下连续壁体时，首先用一强力挖斗将一椭圆形断面（长轴为2至3米）的孔在地表上挖至一预定深度，或用两或三组螺旋钻将孔钻至预定深度。在泥浆中形成的孔由膨润土溶液密封以防止泥浆的进一步渗透，将一加强钢筋组架置于孔内并向孔内浇入混合后的混凝土以形成一基柱。重复采用这种方法而形成一地下连续壁体。

采用上述现有技术的形成地下连续壁体之方法，其工艺较复杂，因此在完成连续壁体时须很长时间。此外，在连续的基柱之间接缝处的泥浆或膨润土溶液中断了连续壁体的形成，所以在壁体完成后，地下水往往会经接缝渗入连续壁体的内侧。所以很困难提供一种同时、兼具基础壁体和隔离壁体两种功能的连续壁体。

此外，过去为了改善与地下连续壁体的构筑相关的地层，采用了一种地层改善方法，其中采用地钻或类似机器开挖地层，同时通过搅拌叶片或类似物将稳定剂强迫混入砂土。然而，该方法的操作不能连续地进行而只能断续地完成，所以效率不高。

而且，过去在构筑俯视图所见为矩形断面的地下壁体桩（有时称为“椭圆桩”）时，通过用抓斗或人工挖掘而形成矩形孔。然而，这种作业效率低下且危险。

此外，过去在取出地下障碍物如岩石，混凝土块及类似物时，采用岩石钻或类似物将它们破碎，然后将它们取出。这种作业效率也较低，这是因为涉及到额外的工艺，这种工艺采用了并非在地下连续壁体的构筑方法中所用的附加设备。

所以，本发明的目的是提供一种在简单的工艺及较短的构筑期间内构筑地下连续壁体的挖掘机，该壁体平滑连续以兼具基础壁体和隔离壁体两种功能。

本发明的另一目的是提供一种改善地层，构筑壁体桩及取出地下障碍物的方法，它可以以高效率实现，而除了用构筑一地下连续壁体的挖掘机外无需任何附加设备。

为了达到第一目的，根据本发明的用以构筑地下连续壁体的挖掘机包括一个梁，它从在地面上运行的载车上延伸并带有一个从载车一侧向外伸出的端部，一个可拆卸地固定在梁的端部的可延长导向杆，一个绕设在导向杆上部的链驱动轮和设在导向杆下部的链轮延伸的循环链，交替地设置在链上的形成一循环链铲刀的一组铲刀头和一组搅拌杆，和一设在导向杆内可与液体供给源连接的喷射管，它带有一组从喷射管上分出的喷嘴。

在采用本发明的挖掘机构筑地下连续壁体时，首先在地面上在待构筑地下连续壁体的位置挖掘一具有预定深度的垂直孔。当具有所需长度的循环链在孔内安装好后，链铲刀被固定在从载车延伸的梁上。当链铲刀被驱动时，沿一个方向驱动载车以挖掘壁体的一侧。地下连续壁体以这种方式构筑。由于挖掘机安装在在地面上运行的履带式车辆之类的载车上，所以有可能在任何地方使用挖掘机，便于快速地完成作业。

根据本发明的另一方面，构筑地下连续壁体的挖掘机包括一在导向杆两侧表面沿导向杆的纵向带有导轨的可延长导向杆，至少一个与导轨平行设置的齿条，一个绕设在导向杆上部的链驱动轮和设在导向杆下部的链轮延伸的循环链，交替地设置在链上以形成一循环链铲刀的一组铲刀头和一组搅拌杆，一设在导向杆内的喷射管，它可与液体供给源连接并带有一组从喷射管分出的喷嘴，设置在从在地面上运行的载车延伸的梁之一端上的支板，用以垂直可动地在其两侧支承循环链铲刀，一设在支板上的与齿条啮合的齿轮，和驱动齿轮的驱动装置。

由于根据本发明第二方面的挖掘机能使循环链铲刀相对于从载车延伸的梁上、下移动，通过驱动铲刀的链以迫使它进入地面而可将铲刀置于所需的深度。所以，根据本发明第二方面的挖掘机不需要现有技术中所需的地钻之类的打孔机。

在根据本发明的两种挖掘机中，循环链绕可转动地支承在导向杆下端的链轮和设在导向杆上端的驱动轮延伸，并且一组铲刀头和一组搅拌杆交替地设置在链上以形成循环链铲刀。铲刀的循环链可被驱动并使载车移动，从而以高效率构筑高度精确的地下连续壁体。

此外，在采用本发明第二方面的挖掘机构筑一地下连续壁体的方法中，根据本发明的方法包括的步骤为：使挖掘机循环链铲刀的下端在预定位置与地面接触，通过驱动与齿条啮合的齿轮迫使循环链铲刀进入地面至所需的深度，同时驱动循环链，并通过驱动载车沿一预定方向开挖地面，同时经过设在循环链铲刀的导向杆内的喷射管喷射水泥浆之类的硬化液体，从而使硬化液体与开挖的孔内的砂，土混合而形成一土质水泥壁体。

通过采用本发明第二方面的挖掘机以构筑地下连续壁体的方法不需要现有技术方法中将一孔挖掘至一预定深度的额外的打孔机。根据本发明的方法，地面由挖掘机连续地开挖，同时，借助于在刚开挖的空间内的土质水泥或水泥砂浆连续地构筑地下连续壁体。由于采用本发明之方法构筑的地下连续壁体有平滑的表面，没有任何接缝或台阶，所以不会有通过壁体泄漏地下水的危险。所以，根据本发明的方法可在地面内构筑连续壁体并同时能构筑可用作墙基的连续壁体。

在采用循环链铲刀的地层改善方法中，包括一可延长的导向杆，一绕设在导向杆上部的链驱动轮和设在导向杆下部的链轮延伸的循环链，交替地设置在链上的一组铲刀头和一组搅拌杆，和一设在导向杆内的喷射管，它可连接于一液体供给源并带有一组从喷射管分出的喷嘴，根据本发明的方法包括的步骤为：将循环链铲刀插入地面，通过循环链铲刀沿预定方向挖掘地面，同时将高压流体通过喷射管喷入周围地层以破坏地层并注入稳定剂以稳定地层。

根据本发明的地面改善方法可利用上述挖掘机连续地挖掘地面并同时稳定该处的地层。所以，本发明的方法总能获得均匀稳定的地层。由于该方法不需附加设备，故可以低成本高效率完成稳定地层的作业。

在采用一循环链铲刀构筑壁体桩的方法中，包括一可延长的导向杆，一绕设在导向杆上部的链驱动轮和设在导向杆下部的链轮延伸的循环链，交替地设置在链上的一组铲刀头和一组搅拌杆，根据本发明的方法包括的步骤为：将循环链铲刀插入地面至一预定深度，通过使循环链铲刀沿一预定方向移动一所需距离而挖掘出一俯视图所见为矩形的孔，同时驱动循环链，将加强钢筋插入孔中并将混凝土浇入孔内以形成壁体桩。

根据本发明的壁体桩形成方法可利用构筑地下连续壁体的挖掘机方便地构筑壁体桩，而不必采用抓斗。所以，可以高效率完成形成壁体桩的作业，而不存在现有技术中的危险。

在采用循环链铲刀取出地下障碍物的方法中，包括一可延长的导向杆，一绕设在导向杆上部的链驱动轮和一设在导向杆下部的链轮延伸的循环链，设置在链上的一组硬质合金铲刀，根据本发明的方法包括的步骤为移动循环链铲刀，同时驱动循环链铲刀的链，从而取出地层中的障碍物。

根据本发明的地下障碍物取出方法不需现有技术中所需要的岩石钻之类的特殊粉碎机。只要用硬质合金刀头之类的更硬的铲刀头代替挖掘机循环链铲刀的普通刀头即可。采用这种挖掘机，可切割并取出地下障碍物，同时挖掘出用于地下连续壁体的槽，而为此无需任何特别方案，结果大为改善了作业效率。

结合附图，通过参照下面的详细描述及权利要求书，可更充分地理解本发明，其中：

图1是根据本发明之第一实施例的挖掘机的侧视图;

图2是图1所示挖掘机的前视图;

图3是图1所示挖掘机的俯视图;

图4是一局部侧视图，示出了根据本发明的循环链铲刀，包括交替设置在循环链上的铲刀头和搅拌杆;

图5是沿图4中方向V所见的循环链铲刀的侧视图;

图6a，6b和6c分别是用于本发明之循环链铲刀上的一例铲刀头的俯视，前视和侧视图;

图7a，7b和7c分别是用于本发明之循环链铲刀上的另一例铲刀头的俯视，前视和侧视图;

图8a，8b和8c分别是用于本发明之循环链铲刀上的又一例铲刀头的俯视，前视和侧视图;

图9a和9b分别是用于本发明循环链铲刀上的一例搅拌杆的俯视和前视图;

图10是根据本发明第二实施例的挖掘机的侧视图;

图11是图10所示挖掘机的俯视图;

图12a，12b，12c，12d和12e示出了根据本发明的构筑地下连续壁体的方法，用以解释方法的过程;

图13a，13b，13c，13d，13e和13f示出了根据本发明的地层改善方法，用以解释方法的过程，图13b，13d和13f分别是图13a，13c和13e的俯视图;和

图14a，14b，14c，14d，14e，14f，14g和14h示出了根据本发明的壁体桩构筑方法，用以解释方法的过程，图14b，14d，14f和14h分别是图14a，14c，14e和14g的俯视图。

图1，2和3示出了根据本发明第一实施例的挖掘机。在附图中，数字1表示要在其中形成地下连续壁体的地面。一个在地面1上运行的履带载车A包括履带或循环履带2，一转台3，一回转底座4，一驾驶员室5和一发动机轮舱6。在所示实施例中，从回转底座4向前延伸的是一根矩形断面的梁7，在其前端一体形成有一根梁8，梁8从驾驶员室5看去沿左侧方向相对于梁7以90°角延伸。梁8远离梁7的端部向外延伸的略超出载车A的一侧（在所示实施例的左侧）。

一用于循环链的导向杆9由一长的圆柱件构成，它具有一矩形断面并通过在导向杆9上连接备用件是可延长的。一个驱动一链的驱动轮11由一设在导向杆9顶部的托架10支承并由一液压马达12驱动。一链轮14由安装在导向杆9底部的托架13可旋转地支承。借助于连接件15（图1）和螺旋弹簧16托架13相对于导向杆9被弹性地支承。一循环链17绕链轮14和驱动轮11延伸，而一组铲刀头B1，B2，B3，…和一组搅拌杆18交替地固定在循环链17上以形成一循环链铲刀C。

图4至9详细示出了这些铲刀头B和搅拌杆18。每个铲刀头B安装在循环链17的一个链节上，刀头19沿垂直于链17进给方向的平面固定在基板19a上，以便不会与相邻铲刀头B的刀头19对齐。一刀头夹件19b夹持一个或两个刀头19并通过焊接固定在基板19a上。图6a-6c，7a-7c和8a-8c分别示出铲刀头的三个不同方案。如图9a和9b所示，每个搅拌杆18包括一安装在循环链17一个链节上的基板18a，多个通过焊接安装在基板18a上而从基板凸出的臂18b和分别固定在臂18a自由端上的杆件18c。

一喷射管20设置在导向杆9上并连接于一设在外部的液体供给源（未示出），例如水泥浆之类的硬化液状物，高压水或空气，或石灰或水泥之类稳定剂等的供给装置。喷射管20带有一组从其分出的喷嘴21和设在底端的盘形盖20a（图1和2）。导向杆9的上部9a可拆卸地由螺钉和螺母（未示出）固定在梁8的自由端8a上。一回转锁定装置22（图1）设在梁7的下表面和从车体延伸的支架23之间，用以锁定回转到所需位置的回转底座4。

图10和11示出了根据本发明第二实施例的挖掘机，其中与前面附图中相同的零件由相同的参考号表示。

该挖掘机大致类似于图1至3所示的挖掘机，区别是循环链铲刀C是垂直可动的，而第一实施例的挖掘机的循环链铲刀C是固定在梁8的端部。下面将解释第二实施例的挖掘机不同于第一实施例的挖掘机的特征。

在第二实施例中，导向杆9沿其长度在其两侧设置在导轨24上。齿带25分别沿导轨24设置并与其平行。一在地面上运行的载车A带有一向前延伸的梁7，其端部还带有支板26，用以垂直可动地在其两侧支承循环链铲刀C。在每个支板26上设置有一个与齿条25啮合的齿轮27和一个驱动齿轮27的液压马达。在图10中以虚线表示的方形部分所示的一提升导向块29被固定在各支板26的内侧，并带有从其上延伸的导向件30和31，以便可滑动地与导轨24啮合。

在采用第一实施例的挖掘机构筑地下连续壁体时，首先在地面上在待形成地下连续壁体的位置挖掘一具有预定深度的垂直孔。在具有所需长度的循环链铲刀C在孔内组装后，链铲刀C被固定在从载车A延伸的梁8上。当链铲刀C沿图1中箭头D和E所示的方向被驱动时，载车A沿箭头F所示的方向被驱动，从而沿待构筑的地下连续壁体的一侧挖掘。

在采用第二实施例的挖掘机构筑地下连续壁体（其循环链铲刀C相对于从载车C延伸的梁7可被垂直地驱动）时，使循环链铲刀C的下端在预定位置与地面1接触，然后沿图10和12中箭头G和H所示方向驱动循环链17，同时与齿条75啮合的齿轮27被驱动以将循环链铲刀C推进至图12b所示的所需深度。

然后，载车A沿图12b中箭头I所示的方向驱动以挖掘地面1，同时，如图12c所示，通过设在铲刀C的导向杆9上的喷射管20喷射水泥浆之类的硬化液体。结果，在刚挖掘出的孔中硬化液体与砂和土混合而形成图12d和12e所示的土质水泥壁体32，从而构筑出地下连续壁体。参考号33表示通过在土质水泥壁体32硬化前吊装而以适当间隔插在壁体32的H形梁。

在采用上述带有循环链铲刀C的挖掘机改善地层时，首先如图13a和13b所示使循环链铲刀C插入地面。然后通过沿箭头J所示的方向驱动铲刀C以挖掘地面1，同时在挖掘地点通过喷射管20喷射加压水和空气以破坏地层，如图13c和13d所示，并且同时向其内添加石灰和水泥之类的稳定剂以稳定的地层，如图13e和13f所示。

在采用具有循环链铲刀C的挖掘机在地面上形成壁体桩时，首先如图14a和14b所示使铲刀C插入地面至预定深度，然后铲刀C移动一所需距离M，同时沿图14c和14d中箭头K和L所示方向驱动链17，以挖掘出俯视所见为矩形断面的孔34。在将加强钢筋35插入孔34（如图14e和14f所示）之后，浇入混凝土36以形成壁体桩（图14g和14h）。

在采用带有循环链铲刀C的挖掘机在地面内取出岩石和混凝土块之类的障碍物时，采用硬质合金刀片（例如可由Toshiba    Tungalloy有限公司购得的TR25）用作设在铲刀的链17上的铲刀头B的刀片。驱动带有硬质合金铲刀片的链17，同时移动循环链铲刀以切割并取出地面内的障碍物。

下面解释挖掘机的功能和效果及采用本发明之挖掘机的构筑方法。由于根据第一和第二实施例的两种挖掘机是安装在在地面上移动的履带型车辆之类的载车上，就有可能在任何地方使用挖掘机，并易于快速地挖掘作业。

此外，由于本发明第二实施例的挖掘机能使循环链铲刀C相对于从载车A延伸的梁7上、下移动，通过驱动铲刀C的链以迫使其进入地面可将铲刀C置于所需的深度。所以，根据本发明的挖掘机不需要诸如现有技术所需的地钻之类的打孔机械。

在根据第一和第二实施例的两种挖掘机中，循环链17绕可转动地支承在导向杆9下端上的链轮14和设在导向杆9上端上的驱动轮11延伸，并且一组铲刀头B1，B2，B3，…和一组搅拌杆18交替设置在链17上以形成循环链铲刀C。可驱动铲刀C的循环链17并使载车A移动，从而可以高效率构筑精确度很高的地下连续壁体。

采用本发明第二实施例的挖掘机构筑地下连续壁体的方法不需要现有技术方法中将一孔挖掘至预定深度的额外的打孔机，此外，挖掘机连续地开挖地面，同时在刚挖掘出的空间内通过土质水泥和水泥沙浆连续地构筑地下连续壁体。由于通过根据本发明之方法形成的地下连续壁体具有平滑的表面，没有接缝或台阶，所以不存在地下水经壁表面泄漏的危险。所以，根据本发明的方法可在地面内形成连续壁体，并且同时可使形成的连续壁体用作墙基。

此外，根据本发明的地层改善方法能通过采用上述挖掘机连续地挖掘地层并同时稳定该处的地层。所以，本发明的方法总能得到均匀稳定化的地层。由于该方法不需附加设备，可以低成本高效率进行稳定地层的作业。

而且，根据本发明的壁体桩构筑方法可借助于构造下连续壁体的挖掘机方便地构筑壁体桩，而无需抓斗。所以，这种作业可以高效率完成，而无现有技术中的危险。

此外，根据本发明的地下障碍物取出方法不需要现有技术要求的岩石钻之类的特殊粉碎机。只要用硬质合金刀头代替挖掘机循环链铲刀的普通铲刀头即可。采用这种挖掘机，可切割并取出地下障碍物，同时挖掘出用于地下连续壁体的槽，而为此无需任何特别的方案。结果，大为改善了作业效率。

本发明是参照最佳实施例描述并示出，熟知此技术者应当理解可作出形式及细节上的上述和其它变化而不超出本发明的范围。