一种低净空全套管桩机系统及低净空全套管桩机装置制造方法及图纸

本申请实施例提供了一种低净空全套管桩机系统及低净空全套管桩机装置。系统包括桩机本体和控制系统；桩机本体包括：主机架；走行及调姿伺服系统；万用承载平台，连接在主机架外顶的中部；卫星定位信号接收机，分别设置在万用承载平台及主机架顶部，与地基增强站构成低净空全套管桩机的高精度定位系统，用以赋予桩机时空信息基准和监测桩机姿态；控制系统包括：桩机边缘服务器和桩工时空信息云平台，两者协同作用，通过与桩机本体进行数据交互，实现在施工前桩机定位调平、套管贯入施工中垂直度控制和贯入取土后套管三维姿态测定。本申请实施例解决了现有技术缺少时空信息基准，施工定位调平、纠偏和三维姿态测控受人为影响较大的技术问题。的技术问题。的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种低净空全套管桩机系统及低净空全套管桩机装置


[0001]本申请涉及工程机械设备
，具体地，涉及一种低净空全套管桩机系统及低净空全套管桩机装置。

技术介绍

[0002]随着城市建设进程加快、路网的不断完善，在高铁、市政、桥梁等基础设施下方进行净空受限条件下的围护结构施工、地基加固处理及施工，而且又不能影响基础设施的安全稳定运行，是长期困扰建筑行业的难题。
[0003]桩基工程在低净空领域施工一直是目前国内外岩土工程机械施工的短板，尤其在铁路既有线增建第二线，高压线下施工，下穿既有建筑物工程等受限工况条件下，为解决净空受限条件下的围护结构施工、地基加固处理等施工难题，设计者不得不采用许多安全风险高、投资大、对环保有影响的工程措施，如施工设备高度较低的旋喷桩、布袋注浆桩等工程措施。所以，在不影响既有基础设施安全稳定运行条件下的低净空桩基础施工，是长期困扰建筑行业的难题。
[0004]全套管全回转桩机一般指利用全回转桩机对套管施加扭矩和垂直荷载，使套管在地层中边旋转边下压或上拔的装置。该过程脱离了泥浆护壁，为干式作业，对周围地层扰动小，成桩质量高，在国内外得到了广泛的应用。
[0005]全套管桩施工一般邻近重要结构物基础，对桩间距有着严格的要求，成桩后邻近桩基有的要求齿合严密，有的要求互不干扰。桩基形成的维护或支撑系统不能侵入既有结构物限界（比如桩基挤压既有桩基、侵入既有隧洞结构及运营的地下工程）和影响后续施工（比如桩基作为隧洞、基坑围护桩占位施工机械如盾构机的开挖路径），造成重大质量和安全事故。
[0006]桩基的施工质量主要受以桩基材料和施工工艺为主的自身因素影响和以桩间距和桩基几何尺寸为主的空间参数影响。可见空间参数影响着桩基的成桩几何形态，对桩基施工尤其是特殊条件下的低净空桩基施工质量起着决定性的作用。而空间参数的准确需要空间基准的准确，目前低净空全套管桩基施工中的空间基准主要通过人工测量（水准仪、经纬仪、全站仪等）来确定，涉及的空间参数主要有定位、调平、纠偏、套管拼接监控和成桩检测。依靠人工测量的桩机及桩体空间几何控制，在一定程度上会干扰正常施工工序，降低施工效率，受人为影响较大，缺少实时监控和预警能力，阻碍了低净空桩工设备的数字化和智能化发展。
[0007]现有技术中，关于套管姿态控制，公开了一种双套筒坎岩准直桩垂直度检测装置（CN202021718095.8）和全套管钻机纠偏方法、装置及系统 （CN201310033752.3）。所述装置和方法都没有解决全套管桩机和套管实时姿态监控的问题。
[0008]在
技术介绍
中公开的上述信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此其可能包含没有形成为本领域普通技术人员所知晓的现有技术的信息。

技术实现思路

[0009]本申请实施例提供了一种低净空全套管桩机系统及低净空全套管桩机装置，以解决传统的全套管桩机缺少时空信息基准，施工定位调平、纠偏和三维姿态监控受人为影响较大的技术问题。
[0010]本申请实施例的提供了一种低净空全套管桩机系统，包括桩机本体和控制系统；所述桩机本体包括：主机架；走行及调姿伺服系统，安装在所述主机架的底部；万用承载平台，可锁紧可解锁连接在所述主机架外顶的中部，作为施工部件搭载平台；卫星定位信号接收机，分别设置在万用承载平台及主机架顶部，与地基增强站构成低净空全套管桩机的高精度定位系统，用以赋予桩机时空信息基准和监测桩机姿态；所述控制系统包括：布置于控制系统前端的桩机边缘服务器和布置于云端的桩工时空信息云平台，所述桩机边缘服务器和所述桩工时空信息云平台协同作用，通过与桩机本体进行数据交互，实现在施工前桩机定位调平、套管贯入施工中垂直度控制和贯入取土后套管三维姿态测定。
[0011]本申请实施例还提供一种低净空全套管桩机装置，包括桩机本体和布置于前端的桩机边缘服务器；所述桩机本体包括：主机架；走行及调姿伺服系统，安装在所述主机架的底部；万用承载平台，可锁紧可解锁连接在所述主机架外顶的中部，作为施工部件搭载平台；卫星定位信号接收机，分别设置在万用承载平台及主机架顶部，与地基增强站构成低净空全套管桩机的高精度定位系统，用以赋予桩机时空信息基准和监测桩机姿态；所述桩机边缘服务器，用于通过与所述走行及调姿伺服系统数据交互，在施工前对桩机进行定位调平、套管贯入施工中垂直度控制和贯入取土后套管三维姿态测定。
[0012]本申请实施例由于采用以上技术方案，具有以下技术效果：本申请实施例的低净空全套管桩机系统中，万用承载平台作为施工部件的搭载平台，在施工前且万用承载平台锁紧在初始位置时，在万用承载平台的位置能够确定时，即将施工的桩位位置能够确定。承载平台卫星定位信号接收机与万用承载平台固定，承载平台卫星定位信号接收机的位置坐标能够标识万用承载平台的位置。分别设置在万用承载平台及主机架顶部的卫星定位信号接收机与地基增强站构成低净空全套管桩机的高精度定位系统，用以赋予桩机时空信息基准和监测桩机姿态。布置于控制系统前端的桩机边缘服务器和布置于云端的桩工时空信息云平台，通过与桩机本体进行数据交互，实现在施工前桩机定位调平、套管贯入施工中垂直度控制和贯入取土后套管三维姿态测定。
附图说明
[0013]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为本申请实施例的低净空全套管桩机系统的示意图；图2为图1所示低净空全套管桩机系统的桩机本体的示意图；图3为图2的分解图；图4为图2所示的桩机本体的套管和多源套管姿态监测及检测系统的配合示意图；图5和图6为图4所示的多源套管姿态监测及检测系统的两种状态的示意图；图7为图2所示的桩机本体的万用承载平台的变化状态示意图；图8为图2所示的桩机本体的回转驱动系统的示意图。
具体实施方式
[0014]为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0015]本申请考虑了导致低净空全套管桩机空间几何参数失控的主要因素，主要提供一种适合在低净空施工环境下施工的融合北斗定位及自动伺服控制功能的全套管全回转尺寸及重量可调桩机装置及系统。
[0016]针对桩机施工过程中的空间参数控制环节主要有定位、调平、套管纠偏和成桩检测四个方面。现有技术中，四个环节面临如下实际问题：（1）桩位定位精度低：对于桩基点定位主要通过现场人工放样标点，定位精度低，且施工开始后点位标志会被破坏，施工过程中无法实时监测桩位偏离程度；在邻近既有地下结构物施工的过程中，需要开挖暴露后确定相互位置关系。
[0017]（2）桩机姿态变化敏感度低。桩机的调平主要依靠设备自身的水准气泡和人工控制测量，需要通过人为观察凭经验调整，对施工过程中的桩机姿态变化敏感度较低。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低净空全套管桩机系统，其特征在于，包括桩机本体和控制系统；所述桩机本体包括：主机架；走行及调姿伺服系统，安装在所述主机架的底部；万用承载平台，可锁紧可解锁连接在所述主机架外顶的中部，作为施工部件搭载平台；卫星定位信号接收机，分别设置在万用承载平台及主机架顶部，与地基增强站构成低净空全套管桩机的高精度定位系统，用以赋予桩机时空信息基准和监测桩机姿态；所述控制系统包括：布置于控制系统前端的桩机边缘服务器和布置于云端的桩工时空信息云平台，所述桩机边缘服务器和所述桩工时空信息云平台协同作用，通过与桩机本体进行数据交互，实现在施工前桩机定位调平、套管贯入施工中垂直度控制和贯入取土后套管三维姿态测定。2.根据权利要求1所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，设置在主机架外顶的各个顶角位置的卫星定位信号接收机为机架卫星定位信号机，为低净空全套管桩机的高精度定位系统的一部分以获取机架的空间几何位置坐标；设置在万用承载平台顶部的卫星定位信号接收机为承载平台卫星定位信号接收机；所述桩机边缘服务器具体用于：在施工前且所述承载平台卫星定位信号接收机到达桩位预设位置的情况下，控制所述走行及调姿伺服系统调整主机架顶角位置的高度直至各个机架卫星定位信号接收机的高度相同，以调平桩机。3.根据权利要求2所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，所述桩机本体还包括：拼接式的套管，由首节短套管和陆续拼接的多个后节短套管组成；回转驱动系统，固定安装在所述主机架的内底；其中，所述回转驱动系统用于在万用承载平台锁紧在对中位置且桩机就位和桩机调平时，夹持首节及多个后节短套管以对中桩位预设位置；所述回转驱动系统还用于带动套管进行下钻贯入地层和上拔套管。4.根据权利要求3所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，所述桩机本体还包括：套管姿态监测及检测系统，能够安装在所述万用承载平台的下底；套管进行下钻贯入地层的过程中：所述万用承载平台处于解锁状态能够在所述主机架外顶活动：所述套管姿态监测及检测系统用于检测正在下钻贯入地层的短套管的位置坐标、套管轴线位置和套管倾斜度；桩机边缘服务器，具体用于以实时监测到的贯入地层的短套管的位置坐标及倾角为参考，根据套管轴线位置和套管倾斜度、承载平台卫星定位信号接收机的位置坐标、机架卫星定位信号接收机的位置坐标，控制所述走行及调姿伺服系统对桩机本体进行调平以及走行移动直至套管达到预设的垂直度，实现实时纠偏。5.根据权利要求4所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，在短套管进行拼接的过程中：所述万用承载平台处于解锁状态能够在所述主机架外顶活动；套管姿态监测及检测系统伸入到拼接的新一节短套管内，用于检测新一节短套管的位
置坐标、套管轴线位置和倾斜度；桩机边缘服务器，具体用于以拼接的新一节短套管的位置坐标为参考位置，根据新一节套管轴线位置和套管倾斜度、承载平台卫星定位信号接收机的位置坐标、机架卫星定位信号接收机的位置坐标，控制所述走行及调姿伺服系统对桩机本体进行调平以及走行移动直至新一节套管达到预设的垂直度后进行套管连接，实现接管垂直度的高精度控制。6.根据权利要求5所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，在套管进行下钻贯入地层的过程中：所述套管姿态监测及检测系统还用于检测正在下钻贯入地层的短套管的实际转速和实际贯入参数；所述实际贯入参数包括实际贯入速度；桩机边缘服务器具体用于通过对比预设贯入参数和实际贯入参数，动态控制各地层下钻贯入地层的短套管的实际转速和实际贯入速度，实现桩机贯入不同地层的参数自适应。7.根据权利要求6所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，在套管贯入取土后：套管姿态监测及检测系统还用于置入所述套管内沿所述套管的内壁进行上下往复测量获取所述套管的三维实际姿态；所述套管的三维实际姿态的参数包括套管的长度、各节短套管的垂直度、各节段套管的内径；桩机边缘服务器具体用于根据套管的三维实际姿态和套管的三维预设姿态参数，实时动态判断套管的三维实际姿态是否符合要求。8.根据权利要求7所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，所述控制系统具体用于根据桩机边缘服务器发送的承载平台卫星定位坐标、机架卫星定位坐标和地基增强站的时空基准数据，进行差分定位解算及大数据分析后回传结果至桩机边缘服务器，用以修正桩机伺服控制参数。9.根据权利要求7所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，多源套管姿态监测及检测系统包括：自上而下顺序固定的法兰盘、多级伺服液压杆、测斜仪和端部伺服液压杆；所述多级伺服液压杆和所述端部伺服液压杆能够伸缩；能够张开的全向支撑架，固定在所述测斜仪的下部和所述端部伺服液压杆的下部；四个全向自适应导轮，四个所述全向自适应导轮以两两相背的方式可转动的安装在所述全向支撑架处；其中，在所述端部伺服液压杆进行伸缩时，所述全向支撑架的张开程度能够变化以顶紧在短套管的内壁处。10.根据权利要求9所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，所述全向自适应导轮和全向支撑架之间为转动连接，且所述全向自适应导轮能够处于横向状态且能够呈竖向状态；在套管姿态监测及检测系统置入所述套管内沿所述套管的内壁进行上下往复测量获取所述套管的三维实际姿态的过程中，所述全向自适应导轮处于竖向状态；在短套管进行回转贯入的过程中，所述全向自适应导轮处于横向状态。11.根据权利要求10所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，多源套管姿态监测及检测系统还包括：MEMS微惯导，固定在所述端部伺服液压杆的底端；
其中，所述MEMS微惯导用于检测正在下钻贯入地层的短套管的实际贯入速度和垂直度，并融合测斜仪用来测量整个套管的三维姿态。12.根据权利要求11所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，所述走行及调姿伺服系统包括：双向双层走行板；设置在所述双向双层走行板内的X向液压伺服系统和Y向液压伺服系统；设置在主机架和所述双向双层走行板之间的Z向液压伺服系统。13.根据权利要求12所述的低净空全套管桩机系统，其特征在于，桩机边缘服务器具体用于：生成针对桩机的伺服控制指令，针对桩机的伺服控制指令包括对X向液压伺服系统、Y向液压伺服系统、Z向液压伺服系统、多级伺服液压杆、端部伺服液压杆的伺服控制指令；所述控制系统还包括：实时伺服通讯模块用于：将所述桩机本体的伺服传感器检测数据传输至桩机边缘服务器；将针对桩机的伺服控制指令传输至X向液压伺服系统、Y向液压伺服系统、Z向液压伺服系统、多级伺服液压杆、端部伺服液压杆；其中，伺服传感器包括承载平台卫星定位信号接收机、机架卫星定位信号接收机、测斜仪...

【专利技术属性】
技术研发人员：时洪斌，谌启发，刘柏林，毛忠良，王旭明，冷长明，陈晓莉，丁新红，唐沛，莫万远，郭靖，刘春晓，
申请(专利权)人：中铁第五勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：