一种围堰下放定位装置及其使用方法与流程

1.本发明涉及围堰施工技术领域，具体来讲是一种围堰下放定位装置及其使用方法。


背景技术：

2.桥梁水中基础施工通常需要用围堰作为挡水结构，提供无水作业环境。钢套箱围堰如单壁钢围堰、双壁钢围堰是桥梁深水基础施工中最为常用的形式。钢套箱围堰一般都是在工厂分节段预制然后运输到现场进行节段拼装和下放，其中节段拼装和下放是最为关键的步骤，需要对围堰节段在水中进行定位以及下沉。
3.目前，钢套箱围堰水中定位和下放是通过在壁板焊接简易的弧形板，通过弧形板与钢护筒密贴来对围堰导向下沉。现有技术方案存在以下缺陷：1.弧形板定位精度低，围堰吊放入水后，难以将弧形板与钢护筒密贴定位，需花费大量时间将弧形板对位，操作耗时长；2.当水流湍急时，围堰受水流影响，会发生上下移动，影响上、下围堰节段的对接和焊接施工，现有定位下放装置不能临时固定围堰；3.水流冲击下，定位下放装置与定位钢护筒会发生碰撞，两者之间无缓冲，在较大水流速度冲击下，可能导致定位钢护筒破坏。4.弧形板与钢护筒直接接触，摩擦力较大，下沉过程围堰对钢护筒产生了较大的轴向力，钢护筒存在局部失稳的可能性。5.现有定位下放装置难以回收重复利用。
4.专利文件《一种深水急流江中双壁钢围堰精准下沉限位装置及方法》(专利申请号：202110780316.7)公开了一种深水急流江中双壁钢围堰精准下沉限位装置及方法，其虽然在一定程度上解决了上述的问题，但是在实际使用中还存在一定的问题，第一支撑板在围堰下放的过程中始终是紧贴在钢围堰的表面的，且弹簧的设置，使所有的第一支撑板形成的弧形在自然状态下小于钢护筒的截面，从而在下放围堰时，很难将钢护筒穿过第一支撑板之间，安装难度很大，同时无法对围堰进行临时定位。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种围堰下放定位装置及其使用方法，降低了围堰的下放难度，实现了围堰精确定位。
6.为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种围堰下放定位装置，包括用于套设在钢护筒外侧的外固定环，还包括定位机构、控制机构、驱动机构和连接机构；所述定位机构设置在外固定环和钢护筒之间，用于夹持钢护筒；所述控制机构与定位机构连接，用于控制定位机构夹紧或松开钢护筒；所述驱动机构用于为控制机构提供动力；所述连接机构用于连接围堰和外固定环。
7.在上述技术方案的基础上，所述定位机构包括若干个呈环形布置的弧形夹块。
8.在上述技术方案的基础上，所述弧形夹块贯穿并滑动连接有连接杆，该连接杆朝向钢护筒的一端固定连接有缓冲块，连接杆的另一端固定连接有限位块；所述弧形夹块开设有用于收纳缓冲块的收纳槽，且缓冲块与套设在连接杆上的弹簧一端固定连接，弹簧的
另一端与收纳槽的内壁固定连接。
9.在上述技术方案的基础上，所述缓冲块朝向钢护筒的侧壁上嵌入式滚动连接有多个均匀分布的钢珠。
10.在上述技术方案的基础上，所述控制机构包括齿盘、若干个齿条和若干个同步齿轮；所述齿盘转动连接在外固定环的底面；所述齿条沿外固定环的径向设置，且齿条朝向外固定环内的一端与弧形夹块一一对应连接；所述同步齿轮与齿条一一对应，且同步齿轮分别与齿盘和对应的齿条相互啮合。
11.在上述技术方案的基础上，所述外固定环顶面设置有用于安装齿条的导向块和用于安装同步齿轮的齿轮架。
12.在上述技术方案的基础上，所述驱动机构包括液压杆，该液压杆与其中一个齿条连接。
13.在上述技术方案的基础上，所述驱动机构还包括连接块，该连接块开设有用于安装液压杆的安装槽，且连接块与对应的导向块固定连接。
14.在上述技术方案的基础上，所述连接机构包括固定连接在围堰外壁上的围堰固定块和固定连接在连接块端部的连接固定块；所述连接固定块朝向围堰固定块的一侧中部固定连接有电机，该电机的输出轴上固定连接有螺杆，围堰固定块上对应螺杆的位置固定连接有螺纹筒，且螺纹筒与螺杆螺纹连接；围堰固定块上固定连接有关于螺纹筒对称设置的导向杆，导向杆穿过连接固定块并与连接固定块滑动连接。
15.本发明还提供一种基于上述围堰下放定位装置的使用方法，包括以下步骤：
16.步骤s1.将钢护筒打入河床底预设位置；
17.步骤s2.在第一节围堰节段外壁设计位置安装下放定位装置，通过液压杆拉动齿条，使下定位装置的弧形夹块处于最大限度张开的状态；
18.步骤s3.对围堰节段进行定位下放，使每个定位装置都套设到对应的钢护筒上，然后让围堰节段自浮在水面；
19.步骤s4.当围堰在指定位置自浮后，控制液压杆伸长，推动齿条，从而通过弧形夹块夹持在钢护筒的外壁上，实现对围堰的定位和临时固定；然后将第二节围堰与第一节围堰进行对接和焊接施工；
20.步骤s5.控制液压杆缩短，使弧形夹块的钢珠与钢护筒接触，让第一节围堰和第二节围堰在自重作用下逐渐下沉，当下沉至自浮状态后再次将弧形夹块夹持在钢护筒的外壁上，实现对围堰临时定位；
21.步骤s6.重复步骤s4和s5，将各节段围堰拼装成整体，然后控制弧形夹块实现对围堰整体的精确定位，通过在隔仓灌水和混凝土，使围堰通过下放定位装置，沿着钢护筒下沉至设计位置；
22.步骤s7.围堰下沉到位后，启动电机，使螺杆转动直至推动导向杆和连接固定块分离，然后通过钢丝绳将下放定位装置吊装回收。
23.本发明的有益效果在于：
24.1.本发明通过对定位机构的结构设计，在将围堰下放时，先使弧形夹块滑动到最大限度，方便将定位机构和围堰套设到所有的钢护筒之中，降低围堰的下放难度，实现围堰精确定位。同时，通过弧形夹块的钢珠设计，降低围堰下沉过程对钢护筒造成的摩擦力。
25.2.在围堰下放的过程中，围堰容易受到水流的冲击，从而导致围堰在一定范围内的晃动，本发明能够在围堰摆动的过程中，有效避免钢护筒和弧形夹块之间的刚性碰撞，实现了定位机构和钢护筒之间的缓冲功能，防止较大水流冲击对钢护筒的破坏。
26.3.本发明的连接机构设置了由电机驱动装置，仅需启动电机，即可将定位机构从围堰上拆卸下来，通过钢丝绳吊装可以方便的将定位装置从底部提升上来，无需潜水员水下施工，装置容易拆卸安装简单，可重复使用。
27.4.通过定位机构的设计，当围堰节段下放到指定位置时，能够实现对围堰节段的临时固定功能，从而方便上、下围堰节段相互对接，降低围堰的拼装、焊接难度，解决了水流湍急情况，围堰受水流影响，发生上、下移动，围堰节段无法进行对接和焊接施工的问题。
附图说明
28.图1为本发明实施例中围堰下放定位装置的结构示意图；
29.图2为本发明实施例中围堰下放定位装置去除连接机构后的结构示意图；
30.图3为本发明实施例中弧形夹块的结构示意图；
31.图4为本发明实施例中连接机构的结构示意图；
32.图5为本发明实施例中围堰下放定位装置的工作状态图。
33.附图标记：
34.1-外固定环；
35.2-定位机构；21-弧形夹块；22-连接杆；23-缓冲块；24-限位块；25-收纳槽；26-弹簧；27-钢珠；
36.3-控制机构；31-齿盘；32-齿条；33-同步齿轮；34-导向块；35-齿轮架；
37.4-驱动机构；41-连接块；42-安装槽；43-液压杆；
38.5-连接机构；51-围堰固定块；52-连接固定块；53-电机；54-螺杆；55-螺纹筒；56-导向杆。
具体实施方式
39.下面详细描述本发明的实施例，所述的实施例示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
40.在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向(x)”、“纵向(y)”、“竖向(z)”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
41.下面结合说明书的附图，通过对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
42.参见图1所示，本发明实施例提供了一种围堰下放定位装置，包括用于套设在钢护筒外侧的外固定环1，还包括定位机构2、控制机构3、驱动机构4和连接机构5；定位机构2设
置在外固定环1和钢护筒之间，用于夹持钢护筒；控制机构3与定位机构2连接，用于控制定位机构2夹紧或松开钢护筒；驱动机构4用于为控制机构3提供动力；连接机构5用于连接围堰和外固定环1。
43.参见图2和图3所示，定位机构2包括若干个呈环形布置的弧形夹块21。具体的，弧形夹块21贯穿并滑动连接有连接杆22，该连接杆22朝向钢护筒的一端固定连接有缓冲块23，连接杆22的另一端固定连接有限位块24；弧形夹块21开设有用于收纳缓冲块23的收纳槽25，且缓冲块23与套设在连接杆22上的弹簧26一端固定连接，弹簧26的另一端与收纳槽25的内壁固定连接。在围堰下放的过程中，围堰容易受到水流的冲击，从而导致围堰在一定范围内的晃动，通过弹簧26的设计，能够在围堰摆动的过程中，有效避免钢护筒和弧形夹块21之间的刚性碰撞，实现了定位机构2和钢护筒之间的缓冲功能。缓冲块23朝向钢护筒的侧壁上嵌入式滚动连接有多个均匀分布的钢珠27。通过钢珠27的设计，当缓冲块23压在钢护筒的外壁上时，保证了围堰的平稳下放，降低围堰下放过程，对钢护筒的摩擦力，而当弧形夹块21将钢护筒夹持住时，缓冲块23完全收纳到收纳槽25中，保证了弧形夹块21对钢护筒的夹持固定效果。需要说明的是，通过定位机构2的设计，当围堰下放到指定位置时，能够实现对围堰的临时固定功能，从而方便上、下围堰节段的安装和固定，且通过对弧形夹块21的设计，能够实现对围堰的精确定位功能，同时在安装围堰时更加方便，降低围堰的安装难度。
44.参见图2所示，控制机构3包括齿盘31、若干个齿条32和若干个同步齿轮33；齿盘31转动连接在外固定环1的底面；齿条32沿外固定环1的径向设置，且齿条32朝向外固定环1内的一端与弧形夹块21一一对应连接；同步齿轮33与齿条32一一对应，且同步齿轮33分别与齿盘31和对应的齿条32相互啮合。具体的，外固定环1顶面设置有用于安装齿条32的导向块34和用于安装同步齿轮33的齿轮架35，进一步的，导向块32和齿轮架34相间设置。当其中一个齿条32沿着导向块34滑动时，就会带动相应的同步齿轮33转动，而该同步齿轮33带动齿盘31转动，从而带动所有的同步齿轮33转动，最后使所有的齿条32同步滑动，并带动弧形夹块21夹持固定在钢护筒的外壁上，由于弧形夹块21的位置可调，在将围堰下放时，先使弧形夹块21滑动到最大限度，方便将定位机构2和围堰套设到所有的钢护筒之中，降低围堰的下放难度，在围堰下放到指定位置后，再通过弧形夹块21将定位机构2和围堰固定在钢护筒上。
45.参见图2所示，驱动机构4包括液压杆43，该液压杆43与其中一个齿条32连接。具体的，驱动机构4还包括连接块41，该连接块41开设有用于安装液压杆43的安装槽42，且连接块41与对应的导向块34固定连接。需要说明的是，由液压杆43提供驱动力，从而驱动其中一个齿条32沿着导向块34滑动，实现弧形夹块21对钢护筒的夹持固定。
46.参见图4所示，连接机构5包括固定连接在围堰外壁上的围堰固定块51和固定连接在连接块41端部的连接固定块52；连接固定块52朝向围堰固定块51的一侧中部固定连接有电机53，该电机53的输出轴上固定连接有螺杆54，围堰固定块51上对应螺杆54的位置固定连接有螺纹筒55，且螺纹筒55与螺杆54螺纹连接；围堰固定块51上固定连接有关于螺纹筒55对称设置的导向杆56，导向杆56穿过连接固定块52并与连接固定块52滑动连接。
47.通过上述的设计，通过螺纹筒55与螺杆54的设计，将定位机构2固定到围堰的外壁上，而在需要将定位机构2从围堰上拆卸下来时，仅需要启动电机53，使螺杆54转动直至推
动导向杆56和连接固定块52分离，同时螺杆54和螺纹筒55分离，就能够将定位机构2从围堰上拆下来，而在对定位机构2进行回收时，在导向块34上绑定钢丝绳，直接通过钢丝绳就能够将定位机构2从水中拉上来，在对定位机构2回收时，无需工作人员潜水工作，提高了工作人员的安全性。
48.参见图5所示，本发明实施例提供一种基于上述围堰下放定位装置的使用方法，包括以下步骤：
49.步骤s1.依据围堰设计位置、下放定位装置尺寸，在钻孔平台或者浮式平台，对定位钢护筒位置进行放线定位，然后采用履带吊和振动锤将定位钢护筒打入河床底。
50.步骤s2.围堰加工厂内，在第一节围堰节段外壁设计位置安装下放定位装置，通过液压杆拉动齿条，使下放和定位装置的弧形夹块处于最大限度张开的状态；
51.步骤s3.通过驳船将第一节围堰节段从加工厂运输至施工现场，浮吊船采用“四缆定位法”进行抛锚，将第一节围堰从驳船中吊起，通过调整浮吊船四根缆索，移动浮吊位置，对吊装的围堰节段进行定位下放，使每个定位机构都套设到钢护筒上，然后让围堰节段自浮在水面，再撤出浮吊和驳船；
52.步骤s4.当围堰在指定位置自浮后，控制液压杆伸长，推动齿条，从而通过弧形夹块夹持在钢护筒的外壁上，实现对围堰的定位和临时固定。通过驳船和浮吊将第二节围堰运输至施工现场，然后与第一节围堰进行对接和焊接施工；
53.步骤s5.控制液压杆缩短，使弧形夹块的钢珠与钢护筒接触，让第一节和第二节围堰在自重作用下逐渐下沉，当下沉至自浮状态后再次将弧形夹块夹持在钢护筒的外壁上，实现对围堰临时定位；
54.步骤s6.重复步骤s4和s5，将各节段围堰拼装成整体，然后控制弧形夹块实现对围堰整体的精确定位，通过在隔仓灌水和混凝土，使围堰通过下放定位装置，沿着钢护筒下沉至设计位置。
55.步骤s7.围堰下沉到位后，启动电机，使螺杆转动直至推动导向杆和连接固定块分离，然后通过钢丝绳将下放定位装置吊装回收。
56.在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“优选地”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点，包含于本发明的至少一个实施例或示例中，在本说明书中对于上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或者示例中以合适方式结合。
57.本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

技术特征：
1.一种围堰下放定位装置，包括用于套设在钢护筒外侧的外固定环(1)，其特征在于：还包括定位机构(2)、控制机构(3)、驱动机构(4)和连接机构(5)；所述定位机构(2)设置在外固定环(1)和钢护筒之间，用于夹持钢护筒；所述控制机构(3)与定位机构(2)连接，用于控制定位机构(2)夹紧或松开钢护筒；所述驱动机构(4)用于为控制机构(3)提供动力；所述连接机构(5)用于连接围堰和外固定环(1)。2.如权利要求1所述的围堰下放定位装置，其特征在于：所述定位机构(2)包括若干个呈环形布置的弧形夹块(21)。3.如权利要求2所述的围堰下放定位装置，其特征在于：所述弧形夹块(21)贯穿并滑动连接有连接杆(22)，该连接杆(22)朝向钢护筒的一端固定连接有缓冲块(23)，连接杆(22)的另一端固定连接有限位块(24)；所述弧形夹块(21)开设有用于收纳缓冲块(23)的收纳槽(25)，且缓冲块(23)与套设在连接杆(22)上的弹簧(26)一端固定连接，弹簧(26)的另一端与收纳槽(25)的内壁固定连接。4.如权利要求3所述的围堰下放定位装置，其特征在于：所述缓冲块(23)朝向钢护筒的侧壁上嵌入式滚动连接有多个均匀分布的钢珠(27)。5.如权利要求2所述的围堰下放定位装置，其特征在于：所述控制机构(3)包括齿盘(31)、若干个齿条(32)和若干个同步齿轮(33)；所述齿盘(31)转动连接在外固定环(1)的底面；所述齿条(32)沿外固定环(1)的径向设置，且齿条(32)朝向外固定环(1)内的一端与弧形夹块(21)一一对应连接；所述同步齿轮(33)与齿条(32)一一对应，且同步齿轮(33)分别与齿盘(31)和对应的齿条(32)相互啮合。6.如权利要求5所述的围堰下放定位装置，其特征在于：所述外固定环(1)顶面设置有用于安装齿条(32)的导向块(34)和用于安装同步齿轮(33)的齿轮架(35)。7.如权利要求6所述的围堰下放定位装置，其特征在于：所述驱动机构(4)包括液压杆(43)，该液压杆(43)与其中一个齿条(32)连接。8.如权利要求7所述的围堰下放定位装置，其特征在于：所述驱动机构(4)还包括连接块(41)，该连接块(41)开设有用于安装液压杆(43)的安装槽(42)，且连接块(41)与对应的导向块(34)固定连接。9.如权利要求8所述的围堰下放定位装置，其特征在于：所述连接机构(5)包括固定连接在围堰外壁上的围堰固定块(51)和固定连接在连接块(41)端部的连接固定块(52)；所述连接固定块(52)朝向围堰固定块(51)的一侧中部固定连接有电机(53)，该电机(53)的输出轴上固定连接有螺杆(54)，围堰固定块(51)上对应螺杆(54)的位置固定连接有螺纹筒(55)，且螺纹筒(55)与螺杆(54)螺纹连接；围堰固定块(51)上固定连接有关于螺纹筒(55)对称设置的导向杆(56)，导向杆(56)穿过连接固定块(52)并与连接固定块(52)滑动连接。10.一种基于权利要求1～9任一所述围堰下放定位装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1.将钢护筒打入河床底预设位置；步骤s2.在第一节围堰节段外壁设计位置安装下放定位装置，通过液压杆(43)拉动齿条(32)，使下定位装置的弧形夹块(21)处于最大限度张开的状态；步骤s3.对围堰节段进行定位下放，使每个定位装置都套设到对应的钢护筒上，然后让
围堰节段自浮在水面；步骤s4.当围堰在指定位置自浮后，控制液压杆(43)伸长，推动齿条(32)，从而通过弧形夹块(21)夹持在钢护筒的外壁上，实现对围堰的定位和临时固定；然后将第二节围堰与第一节围堰进行对接和焊接施工；步骤s5.控制液压杆(43)缩短，使弧形夹块(21)的钢珠(27)与钢护筒接触，让第一节围堰和第二节围堰在自重作用下逐渐下沉，当下沉至自浮状态后再次将弧形夹块(21)夹持在钢护筒的外壁上，实现对围堰临时定位；步骤s6.重复步骤s4和s5，将各节段围堰拼装成整体，然后控制弧形夹块(21)实现对围堰整体的精确定位，通过在隔仓灌水和混凝土，使围堰通过下放定位装置，沿着钢护筒下沉至设计位置；步骤s7.围堰下沉到位后，启动电机(53)，使螺杆(54)转动直至推动导向杆(56)和连接固定块(52)分离，然后通过钢丝绳将下放定位装置吊装回收。

技术总结
本发明公开了一种围堰下放定位装置及其使用方法，涉及围堰施工技术领域，围堰下放定位装置包括用于套设在钢护筒外侧的外固定环，还包括定位机构、控制机构、驱动机构和连接机构；定位机构设置在外固定环和钢护筒之间，用于夹持钢护筒；控制机构与定位机构连接，用于控制定位机构夹紧或松开钢护筒；驱动机构用于为控制机构提供动力；连接机构用于连接围堰和外固定环。本发明降低了围堰的下放难度，实现了围堰精确定位。了围堰精确定位。了围堰精确定位。


技术研发人员：周晗 梅慧浩 李灿飞 周旭辉 张德长
受保护的技术使用者：中铁十一局集团第一工程有限公司
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/7/27