一种水下超大直径环形槽施工系统的制作方法

1.本技术涉及水下施工技术领域，特别涉及一种水下超大直径环形槽施工系统。

背景技术：

2.随着跨海大桥向深海发展以及大桥线路的约束，桥墩可能会落在水深高、海床断崖式等恶劣环境的位置，因此需要超大超深的桩才能满足桥梁使用要求，通常通过打桩法来修建深海超大型桥墩。
3.针对在水深、水急、浪大的海洋环境施工大直径灌注桩，如果采用沉箱、围堰等传统的施工方法去阻隔洋流，施工安全隐患大、控制难度大、施工成本无法估量，目前国内通常采用埋设钢护筒的方式阻隔洋流。
4.钢护筒的埋设方法目前普遍有两种方式：
5.1、在施工平台上安装钢护筒导向架后，直接用振动锤将钢护筒插入海底。该方式的缺陷是在海底斜岩、岩石硬度大、孤石较多的海底环境下极容易造成钢护筒屈曲、卷边，因此会浪费材料、延误工期，甚至造成废桩，且海底整平困难，风险高。
6.2、在施工平台上安装钢护筒导向架后，用旋挖钻机扩底，同时下放钢护筒。该方式的缺陷是控制难度大，钻机钻孔前钢护筒无法在海底固定，且大直径孔需要钻机分级扩孔才能完成，海上施工时洋流急，海底整平困难，容易造成钢护筒倾翻，且对钻孔平台强度要求极大，施工过程控制难度极高。

技术实现要素：

7.本技术的目的是提供一种水下超大直径环形槽施工系统，能够降低施工难度和成本、提高施工效率。
8.为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
9.一种水下超大直径环形槽施工系统，包括：
10.钻机；
11.钻模装置，钻模装置包括定位柱、导向机构、回转机构，定位柱的下端用于顶紧在待施工位置，钻机的钻杆自上而下从导向机构的下端伸出，回转机构用于驱动导向机构绕定位柱转动；
12.缆绳装置，缆绳装置用于将钻模装置垂直下放至待施工位置。
13.在一些实施例中，钻模装置还包括承载座和定位导向套，导向机构的上端转动连接在定位导向套内，定位导向套固定在承载座上。
14.在一些实施例中，导向机构包括至少一节框架结构的导向节，相邻的导向节可拆卸连接。
15.在一些实施例中，导向机构还包括定位柱安装台、定位节，定位柱安装台、导向节和定位节自上而下依次可拆卸连接，定位柱安装台转动连接在定位导向套内，定位节的内侧设有尼龙定位套。
16.在一些实施例中，导向机构包括竖直设置的导向管，导向管下端出口的内侧设有扶杆器，扶杆器的下端设有挡圈，挡圈和扶杆器固定在导向管上。
17.在一些实施例中，定位柱包括至少一根调节柱，相邻的调节柱可拆卸连接。
18.在一些实施例中，定位柱还包括安装柱，安装柱上端通过回转支承与导向机构连接，调节柱的上端与安装柱的下端可拆卸连接，最底端的调节柱的下端设有支撑油缸，支撑油缸的下端设有支撑爪。
19.在一些实施例中，回转机构包括伸缩组件、活动座、马达、摩擦轮，马达安装在活动座上，伸缩组件固定在导向机构上，用于驱动活动座移动，以使摩擦轮与定位导向套的内侧接触，马达用于驱动摩擦轮转动。
20.在一些实施例中，伸缩组件包括伸缩油缸、固定座和压缩弹簧，固定座固定在导向机构上，伸缩油缸固定在固定座上，活动座与固定座滑动连接，压缩弹簧的两端分别与固定座和活动座连接，伸缩油缸的活塞杆用于顶紧在摩擦轮上。
21.在一些实施例中，缆绳装置包括卷扬机、调垂缆绳、牵引绳、浮球和脱钩器，卷扬机用于固定在钻孔平台上，调垂缆绳的上端与卷扬机连接，调垂缆绳的下端与脱钩器连接，脱钩器与钻模装置的下端可拆卸连接，牵引绳的上端与浮球连接，牵引绳的下端与调垂缆绳连接。
22.与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
23.本技术所提供的一种海上打桩下钢护套预制环槽孔用施工系统，包括：钻机、钻模装置、缆绳装置，其中钻模装置包括定位柱、导向机构、回转机构，钻机的钻杆自上而下从导向机构的下端伸出。当需要施工时，通过缆绳装置将钻模装置垂直下放到待施工位置，定位柱的下端顶紧在待施工位置，从而抵抗洋流对钻机的影响；然后将缆绳装置与钻模装置脱离，随后启动钻机，以在待施工位置钻孔，通过回转机构驱动导向机构绕定位柱转动，即可施工出一圈环槽孔。在下放钻模装置时，可通过缆绳装置对钻模装置实时调垂，从而保证钻孔的垂直度，而且通过定位柱顶紧待施工位置，可提高钻孔的稳定性，另外无需对倾斜的海床面进行整平作业，所以可以提高环槽孔的施工效率和降低施工难度。
附图说明
24.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
25.图1为本技术一种具体实施方式所提供的一种水下超大直径环形槽施工系统的结构示意图；
26.图2为钻模装置的主视结构示意图；
27.图3为图2中的a-a向剖视图；
28.图4为钻模装置的俯视结构示意图；
29.图5为导向机构的主视结构示意图；
30.图6为图5中的b-b向剖视图；
31.图7为图6中的ⅰ区域放大图；
32.图8为定位柱的主视结构示意图；
33.图9为回转机构的剖视结构示意图；
34.图10为缆绳装置的结构示意图。
35.附图标记如下：
36.1为钻机；
37.2为钻模装置；
38.2-1为定位柱，2-1-1为安装柱，2-1-2为调节柱，2-1-3为支撑油缸，2-1-4为支撑爪；
39.2-2为导向机构，2-2-1为定位柱安装台，2-2-2为导向节，2-2-3为定位节，2-2-4为尼龙定位套，2-2-5为挡圈，2-2-6为扶杆器，2-2-7为螺栓；
40.2-3为定位导向套；
41.2-4为回转支承；
42.2-5为回转机构，2-5-1为伸缩油缸，2-5-2为固定座，2-5-3为限位销，2-5-4为活动座，2-5-5为压缩弹簧，2-5-6为摩擦轮，2-5-7为马达，2-5-8为减速齿轮；
43.2-6为支撑定位座；
44.2-7为吊挂梁；
45.3为缆绳装置，3-1为卷扬机，3-2为滑轮，3-3为调垂缆绳，3-4为脱钩器，3-5为牵引绳，3-6为浮球。
具体实施方式
46.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
47.请参考图1～图10，图1为本技术一种具体实施方式所提供的一种水下超大直径环形槽施工系统的结构示意图；图2为钻模装置的主视结构示意图；图3为图2中的a-a向剖视图；图4为钻模装置的俯视结构示意图；图5为导向机构的主视结构示意图；图6为图5中的b-b向剖视图；图7为图6中的ⅰ区域放大图；图8为定位柱的主视结构示意图；图9为回转机构的剖视结构示意图；图10为缆绳装置的结构示意图。
48.本技术实施例所提供的一种水下超大直径环形槽施工系统，包括：钻机1、钻模装置2、缆绳装置3，其中钻模装置2包括定位柱2-1、导向机构2-2、回转机构2-5，钻机1的钻杆自上而下从导向机构2-2的下端伸出，当需要施工时，在施工平台上，将钻模装置2与缆绳装置3连接，通过缆绳装置3将钻模装置2垂直下放到待施工位置，定位柱2-1的下端顶紧在待施工位置，以使定位柱2-1对钻模装置2起到支撑作用，从而抵抗洋流对钻机1的影响；然后将缆绳装置3与钻模装置2脱离，随后启动钻机1，以在待施工位置钻孔，通过回转机构2-5驱动导向机构2-2绕定位柱2-1转动，以转至另一组咬合孔，通过钻机1的循环作业，即可完成所有环槽孔的施工。在下放钻模装置时，可通过缆绳装置3对钻模装置2实时调垂，从而保证钻孔的垂直度，而且通过定位柱2-1顶紧待施工位置，可提高钻孔的稳定性，另外无需对倾斜的海床面进行整平作业，所以可以提高环槽孔的施工效率和降低施工难度。
49.在一些实施例中，如图2、图3和图4所示，钻模装置2还包括承载座和定位导向套2-3，承载座安装在施工平台上，导向机构2-2的上端转动连接在定位导向套2-3内，定位导向套2-3固定在承载座上，即定位导向套2-3主要对导向机构2-2起到支撑作用，以保证导向机构2-2在定位导向套2-3内稳定转动。其中承载座包括吊挂梁2-7和支撑定位座2-6，支撑定位座2-6可以用吊机通过四根吊挂梁2-7调平安装在施工平台内，支撑定位座2-6与施工平台通过若干个斜面进行连接，斜面之间通过楔形块锁紧，主要承担导向机构2-2下放的摩擦力和回转机构2-5反力。定位导向套2-3在支撑定位座2-6内定位安装后，将组装后的导向机构2-2、回转机构2-5和定位柱2-1吊入定位导向套2-3内。
50.在一些实施例中，如图5、图6和图7所示，导向机构2-2包括至少一节框架结构的导向节2-2-2，当具有多节时，相邻的导向节2-2-2可拆卸连接，通过可拼接在一起的导向节2-2-2，可以适应不同深度的打桩需求。此外，导向机构2-2还包括定位柱安装台2-2-1、定位节2-2-3，定位柱安装台2-2-1和定位节2-2-3也优选为框架机构，定位柱安装台2-2-1、导向节2-2-2和定位节2-2-3自上而下依次可拆卸连接，定位柱安装台2-2-1转动连接在定位导向套2-3内，其中定位柱安装台2-2-1的上边缘呈圆弧结构，与定位导向套2-3形成转动连接关系，以释放钻模装置2顶入海床面前的倾翻力矩；定位节2-2-3的内侧设有尼龙定位套2-2-4，以减少导向机构2-2回转时的摩擦力。
51.进一步地，导向机构2-2包括竖直设置的导向管，导向管的根数优选为多根，且沿导向机构2-2的圆周方向均匀设置，每根导向管对应一个钻机1，对于具有多节导向节2-2-2的导向机构2-2而言，导向管为各导向节2-2-2周侧的竖管，各导向节2-2-2上的竖管上下对齐，导向管下端出口的内侧设有扶杆器2-2-6，扶杆器2-2-6的下端设有挡圈2-2-5，挡圈2-2-5和扶杆器2-2-6固定在导向管上，具体可通过螺栓2-2-7进行固定，通过扶杆器2-2-6可以保证钻机1钻孔的精确定位。
52.在一些实施例中，如图8所示，定位柱2-1包括至少一根调节柱2-1-2，当选择多根调节柱2-1-2时，相邻的调节柱2-1-2可拆卸连接，通过多根可组装的调节柱2-1-2，能够满足不同海水深度的钻孔需求。此外，定位柱2-1还包括安装柱2-1-1，安装柱2-1-1上端通过回转支承2-4与导向机构2-2连接，调节柱2-1-2的上端与安装柱2-1-1的下端可拆卸连接，最底端的调节柱2-1-2的下端设有支撑油缸2-1-3，支撑油缸2-1-3的下端设有支撑爪2-1-4，通过支撑油缸2-1-3，可以将支撑爪2-1-4顶入海床面的岩石，从而使定位柱2-1固定在海底，以承载整个系统的重量。
53.在一些实施例中，如图9所示，回转机构2-5包括伸缩组件、活动座2-5-4、马达2-5-7、摩擦轮2-5-6，马达2-5-7安装在活动座2-5-4上，马达2-5-7的输出齿轮可以与减速齿轮2-5-8啮合，减速齿轮2-5-8可以通过销轴与摩擦轮2-5-6连接，摩擦轮2-5-6的表面可以覆盖一层橡胶，以提高摩擦力，马达2-5-7优选为摆线马达2-5-7，其中伸缩组件固定在导向机构2-2上。伸缩组件可以驱动活动座2-5-4移动，以使摩擦轮2-5-6与定位导向套2-3的内侧接触，通过马达2-5-7驱动摩擦轮2-5-6转动，在摩擦力的作用下，可使得导向机构2-2在定位导向套2-3内转动。其中，伸缩组件包括伸缩油缸2-5-1、固定座2-5-2和压缩弹簧2-5-5，固定座2-5-2固定在导向机构2-2上，伸缩油缸2-5-1固定在固定座2-5-2上，活动座2-5-4与固定座2-5-2滑动连接，压缩弹簧2-5-5的两端分别与固定座2-5-2和活动座2-5-4连接，在导向机构2-2吊入定位导向套2-3之前，固定座2-5-2和活动座2-5-4通过定位销限位，在吊
入之后，再将定位销取出，以便于活动座2-5-4可以相对于固定座2-5-2移动，伸缩油缸2-5-1的活塞杆可以在其伸出时顶紧在摩擦轮2-5-6上。
54.在一些实施例中，如图10所示，缆绳装置3包括均为多组的卷扬机3-1、调垂缆绳3-3、牵引绳3-5、浮球3-6和脱钩器3-4，每组的连接方式如下：卷扬机3-1固定在钻孔平台上，调垂缆绳3-3的上端与卷扬机3-1连接，调垂缆绳3-3的下端与脱钩器3-4连接，脱钩器3-4与钻模装置2的下端可拆卸连接，其中为了便于控制调垂缆绳3-3的走向，钻孔平台上设有滑轮3-2，调垂缆绳3-3从卷扬机3-1引出后，先通过滑轮3-2，再与脱钩器3-4连接；牵引绳3-5的上端与浮球3-6连接，牵引绳3-5的下端与调垂缆绳3-3连接。在下放钻模装置2之前，需先将调垂缆绳3-3连接在钻模装置2的下端，当钻模装置2触底后，卷扬机3-1收绳，具体可通过传感器控制各个卷扬机3-1的收绳量，以调垂钻模装置2，调垂之后，控制脱钩器3-4从钻模装置2下端分离，钻孔退场后，在下一个桩位打捞浮球3-6，吊出钻孔平台，然后依次循环上述工作即可。
55.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
56.以上对本技术所提供的一种水下超大直径环形槽施工系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。

技术特征：

1.一种水下超大直径环形槽施工系统，其特征在于，包括：钻机；钻模装置，所述钻模装置包括定位柱、导向机构、回转机构，所述定位柱的下端用于顶紧在待施工位置，所述钻机的钻杆自上而下从所述导向机构的下端伸出，所述回转机构用于驱动所述导向机构绕所述定位柱转动；缆绳装置，所述缆绳装置用于将所述钻模装置垂直下放至待施工位置。2.根据权利要求1所述的施工系统，其特征在于，所述钻模装置还包括承载座和定位导向套，所述导向机构的上端转动连接在所述定位导向套内，所述定位导向套固定在所述承载座上。3.根据权利要求2所述的施工系统，其特征在于，所述导向机构包括至少一节框架结构的导向节，相邻的所述导向节可拆卸连接。4.根据权利要求3所述的施工系统，其特征在于，所述导向机构还包括定位柱安装台、定位节，所述定位柱安装台、所述导向节和所述定位节自上而下依次可拆卸连接，所述定位柱安装台转动连接在所述定位导向套内，所述定位节的内侧设有尼龙定位套。5.根据权利要求1所述的施工系统，其特征在于，所述导向机构包括竖直设置的导向管，所述导向管下端出口的内侧设有扶杆器，所述扶杆器的下端设有挡圈，所述挡圈和所述扶杆器固定在所述导向管上。6.根据权利要求1所述的施工系统，其特征在于，所述定位柱包括至少一根调节柱，相邻的所述调节柱可拆卸连接。7.根据权利要求6所述的施工系统，其特征在于，所述定位柱还包括安装柱，所述安装柱上端通过回转支承与所述导向机构连接，所述调节柱的上端与所述安装柱的下端可拆卸连接，最底端的所述调节柱的下端设有支撑油缸，所述支撑油缸的下端设有支撑爪。8.根据权利要求2所述的施工系统，其特征在于，所述回转机构包括伸缩组件、活动座、马达、摩擦轮，所述马达安装在所述活动座上，所述伸缩组件固定在所述导向机构上，用于驱动所述活动座移动，以使所述摩擦轮与所述定位导向套的内侧接触，所述马达用于驱动所述摩擦轮转动。9.根据权利要求8所述的施工系统，其特征在于，所述伸缩组件包括伸缩油缸、固定座和压缩弹簧，所述固定座固定在所述导向机构上，所述伸缩油缸固定在所述固定座上，所述活动座与所述固定座滑动连接，所述压缩弹簧的两端分别与所述固定座和所述活动座连接，所述伸缩油缸的活塞杆用于顶紧在所述摩擦轮上。10.根据权利要求1至9任一项所述的施工系统，其特征在于，所述缆绳装置包括卷扬机、调垂缆绳、牵引绳、浮球和脱钩器，所述卷扬机用于固定在钻孔平台上，所述调垂缆绳的上端与所述卷扬机连接，所述调垂缆绳的下端与所述脱钩器连接，所述脱钩器与所述钻模装置的下端可拆卸连接，所述牵引绳的上端与所述浮球连接，所述牵引绳的下端与所述调垂缆绳连接。

技术总结

本申请公开了一种水下超大直径环形槽施工系统，包括：钻机、钻模装置、缆绳装置，其中钻模装置包括定位柱、导向机构、回转机构，钻机的钻杆自上而下从导向机构的下端伸出。当需要施工时，通过缆绳装置将钻模装置垂直下放到待施工位置，定位柱的下端顶紧在待施工位置；然后将缆绳装置与钻模装置脱离，随后启动钻机，以在待施工位置钻孔，通过回转机构驱动导向机构绕定位柱转动，即可施工出一圈环槽孔。在施工过程中，可通过缆绳装置对钻模装置实时调垂，从而保证钻孔的垂直度，而且通过定位柱顶紧待施工位置，可提高钻孔的稳定性，另外无需对倾斜的海床面进行整平作业，可以提高环槽孔的施工效率和降低施工难度。工效率和降低施工难度。工效率和降低施工难度。