【技术实现步骤摘要】
本专利技术是涉及开挖，尤其涉及一种开挖系统及竖井施工方法。
技术介绍
1、现有竖井施工主要有钻爆法、钻井法和沉井法等施工方法，具体是：
2、钻爆法：该法主要施工设备有伞钻/小型挖掘机、抓岩机等。通过钻孔和爆破的方式开挖，通过抓岩机和吊桶出渣，主要应用于少水或经过地质处理后的地层。
3、钻井法：该法主要施工设备有钻机设备、龙门吊等，通过钻杆带动钻头钻进，通过气举反循环实现出渣，其主要应用在富水且软弱地层。
4、沉井法：该法主要施工设备有挖掘机、吸泥泵、抓斗等，通过人工开挖，井筒跟进式下沉的方法，主要应用于市政软土地层的浅竖井。
5、目前与上述三种施工方法匹配的成套化掘进机在一些特定地层中取得了较好的应用，但对于大直径、硬岩地层的开挖，还存在以下几个方面问题，原因如下：
6、(1)设备自重问题：针对超大直径竖井施工，基于全断面隧道掘进机的设计理念，刀盘和主驱动自重较大，对配套井架和起升设备考验较大，不适用于短平快的工程和富水地层施工。如授权公告号为cn106761763b的专利公开的一种竖井掘进机及其施工方法；
7、(2)由于大吨位的井筒或设备在施工过程处于悬吊状态，对地面悬吊装置的负荷和井圈结构的受力带来了较大的影响，地面配套设施功率大，经济性较差，不适用于富水地层施工，如授权公开号为cn113250698a的专利公开的一种超大直径竖井全断面掘进机及其施工方法；
8、(3)对于市政富水地层大直径浅竖井的施工，在不排水施工的工程中，为了便于沉井井筒支
9、因此，针对富水岩石地层的大直径竖井开挖，设计一种结构简单、占地面积小、结构轻量化、施工工艺简单的竖井掘进机很有必要。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种开挖系统及竖井施工方法，结构简单，占地面积小，设备重量较轻，施工工艺简单。
2、本专利技术的目的可采用下列技术方案来实现：
3、本专利技术提供了一种开挖系统，包括：
4、井筒加压系统，其包括加压装置以及能轴向移动的加压主梁，加压主梁能用于抵靠在井筒的端部；加压装置与加压主梁连接，并能对加压主梁施加压力，以推动井筒移动；
5、钻杆套筒，其第一端连接有刀盘装置；
6、回转推进系统，其安装在加压主梁上，钻杆套筒的第二端依次穿过加压主梁和回转推进系统并由回转推进系统穿出；回转推进系统与钻杆套筒能拆卸的连接，并能带动钻杆套筒旋转和/或轴向移动。
7、在本专利技术的一较佳实施方式中，刀盘装置包括中心套筒、至少两个刀盘主梁以及至少两个伸缩缸，中心套筒的第一端与钻杆套筒的第一端连接，各刀盘主梁周向间隔设在中心套筒的外壁上；刀盘主梁的第一端均与中心套筒的外壁铰接，且铰接处的铰接轴线平行于中心套筒的轴线；伸缩缸的第一端与对应的刀盘主梁的第二端铰接，其第二端与中心套筒的外壁铰接或者与相邻的刀盘主梁的第一端铰接。
8、在本专利技术的一较佳实施方式中，刀盘主梁的第二端朝中心套筒的第一端倾斜设置；在中心套筒的侧壁设有多个溜渣孔，在刀盘主梁上设有多个聚渣导流板；在刀盘主梁上设有多组第一开挖刀具，在中心套筒的第二端周向间隔设有多组第二开挖刀具。
9、在本专利技术的一较佳实施方式中，井筒加压系统还包括周向间隔设置的多个伸缩套筒，伸缩套筒内设有举升缸，举升缸能驱动伸缩套筒的外套筒轴向移动，加压主梁与外套筒固接。
10、在本专利技术的一较佳实施方式中，加压装置包括多个预应力千斤顶和多个钢锚索，多个预应力千斤顶周向间隔设在加压主梁上；钢锚索的一部分用于固定在待开挖井内，另一部分能穿过加压主梁并与对应的预应力千斤顶连接。
11、在本专利技术的一较佳实施方式中，钻杆套筒包括沿轴向顺序拼接的多个子套筒，其中一个子套筒穿设在回转推进系统内并与回转推进系统能拆卸的连接，相邻两个子套筒通过锁紧机构连接；锁紧机构包括止口环、锥套、锥销和紧固件，相邻两个子套筒分别记作第一子套筒和第二子套筒，止口环套设在第一子套筒和第二子套筒对接位置的外侧，止口环的一端与第一子套筒固接；在第二子套筒的侧壁开设有第一限位孔，在止口环的侧壁开设有第二限位孔，锥套和锥销分别安装在第一限位孔和第二限位孔内，锥销能插设在锥套的锥形槽内并能通过紧固件与锥套连接。
12、在本专利技术的一较佳实施方式中，开挖系统还包括出渣系统，用于在开挖过程中实现出渣。
13、本专利技术还提供一种竖井施工方法，包括：
14、在待开挖竖井的井口安装井筒的底环的管节结构；
15、开挖：利用回转推进系统驱动刀盘装置边旋转边向下开挖预设高度；
16、下沉：利用井筒加压系统对当前井筒施压以推动当前井筒下沉预设高度；
17、建造管节：待当前井筒下沉一节管节高度后，将井筒加压系统与当前井筒分离，在当前井筒的顶部继续建造一环管节结构；
18、重复开挖步骤、下沉步骤和建造管节步骤，以将多环管节结构逐个拼接成预设长度的目标井筒，继续开挖，直至开挖深度达到设计深度，将目标井筒下沉至设计深度。
19、在本专利技术的一较佳实施方式中，预设高度小于或等于一环管节高度；当预设高度小于一环管节高度时，重复开挖步骤和下沉步骤，直至当前井筒下沉一节管节高度。
20、在本专利技术的一较佳实施方式中，在当前井筒的顶部继续建造一环管节结构后，再进行下一预设高度的开挖；或者在当前井筒的顶部继续建造一环管节结构的同时，进行下一预设高度的开挖。
21、由上所述，本专利技术的开挖系统，结构简单，占地面积小，设备重量较轻，施工工艺简单。本专利技术既可以适用于竖井和斜井采用沉井法施工，井下无驱动，驱动结构部分都在地面，井下只有机械结构部分，结构简单轻便；井口周围主要安装井筒加压系统和相关的常规配套系统，其余设备都布置在井口上方，施工占地小；施工过程无需人员下井，大大提高了施工的安全性；井筒无需提拉，井筒的自重可作为推动动力而非阻力，使得加压装置的选型较小，更轻；对于富水地层，施工可采用不排水施工，过程中能保持水土压力平衡，有效避免了地表沉降。本专利技术还可以适用于竖井采用向上顶进施工，整个系统全位于地下，地面上无设备，不占用地面上的空间，隐秘性更好。
22、本专利技术的竖井施工方法，采用沉井法施工，井下无驱动，驱动结构部分都在地面，井下只有机械结构部分，简单轻便；井口周围主要安装井筒加压系统和相关的常规配套系统，其余设备都布置在井口上方，施工占地小；施工过程无需人员下井，施工更加安全；井筒无需提拉，井筒的自重可作为推动动力而非阻力，使得加压装置的选型较小，更轻；对于富水地层，施工可采用不排水施工，过程中能保持水土压力平衡，有效避免了地表沉降。
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1.一种开挖系统，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的开挖系统，其特征在于，
3.如权利要求2所述的开挖系统，其特征在于，
4.如权利要求1所述的开挖系统，其特征在于，
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8.一种竖井施工方法，其特征在于，包括：
9.如权利要求8所述的竖井施工方法，其特征在于，
10.如权利要求8所述的竖井施工方法，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种开挖系统，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的开挖系统，其特征在于，
3.如权利要求2所述的开挖系统，其特征在于，
4.如权利要求1所述的开挖系统，其特征在于，
5.如权利要求1所述的开挖系统，其特征在于，
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【专利技术属性】
技术研发人员：贺开伟，齐志冲，赵飞，徐光亿，李明，刘涛，王露露，郝禄增，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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