伸縮套環式施工載具及其施工法的製作方法

2023-07-31 17:24:16

專利名稱：伸縮套環式施工載具及其施工法的製作方法
技術領域：
本發明有關一種應用在地層挖掘的施工載具及其施工法。特別是指一種可直接透 過伸縮固定方式與工作井相互頂撐固定的施工載具。
背景技術：
在經濟蓬勃的發展下，世界上的各個主要都市地區都有著人口密集以及大量的經 濟活動，其往往造成了都市空間的過度擁擠狀況，因此世界各國的都市建設除了不斷往上 發展外，許多都市建設亦有朝向地下化發展，如鐵路、捷運、地下街、衛生下水道及各種管路 的設置，然而隨著地底淺層的地下空間逐漸飽和的情況下，各種不同類型的地下結構亦有 越來越往地底深層延伸的趨勢，然而隨著地層深度的變化造成了地質結構亦有所變化，故 地底施工的工法亦需要更加嚴謹，以確定地底挖掘工程本身及臨近地層結構的安全。傳統衛生下水道的施工方式是先以立坑搖管機夾持鋼管來進行作業，透過立坑搖 管機的機臺夾持組將鋼管夾制定位後，再由一進行往覆式轉動的搖動組與一進行上、下移 動的升降組來進行鋼管打入地底的作業，並將鋼管埋入地底至一預設深度，藉以完成衛生 下水道工程的鋼管沉埋作業。另外當鋼管沉埋作業完成後，還需要對鋼管內部進行坑內挖掘工程來形成下水 道，傳統鋼管內部的坑內挖掘工程是利用一設置於地面的大型挖掘機具，並以蛘型抓斗把 直接對鋼管內部的土壤進行挖掘移除，然而，當施工地點的地底層為一巖盤層時，前述的鋼 管埋沉作業將無法完成，因此需要有一個能夠深入地底進行鑽鑿挖掘的機具。一般大部分的大型挖掘機具是無法有效的針對地底巖盤進行開挖，市面上雖有少 部分特殊的大型挖掘機具可以直接進行開挖，但由於大型挖掘機具所佔的空間過於龐大， 其僅能在大條的街道上進行施工，若是施工區域為一個狹小巷道時，此種特殊大型挖掘機 具將無用武之地。為解決此一問題，一般最常見的挖掘方式就是將施工人員以及小型氣動鑿具載至 工作井底部，由施工人員直接手動操作小型的氣動鑿具，然而，這種小型的氣動鑿具最大的 問題就是其僅適用於某些地質較軟的地層，對於較硬的礫石巖層還是無法有效的將巖層鑽 鑿開來，因此，市面上另有一種在鋼管內部放置一臺小型挖土機或破碎機來進行地底巖盤 層挖掘的施工法。此方式是透過吊車將小型挖土機直接吊掛進入鋼管的工作井內，並由工作人員在 鋼管內部操作小型挖土機來進行巖盤挖掘工程，此時挖掘出來的砂石將放置於一容器，並 由吊車將此容器向外載出傾倒，如此即可透過小型挖土機來達成巖盤挖掘工程。然而，以小型挖土機來進行挖掘工程的缺點在於無論是如何簡化縮小挖土機，小 型挖土機為了能夠達到挖開巖層的效果，就目前的技術而言，挖土機本身的體積僅能縮小 到剛好符合鋼管結構的大小，因此，當小型挖土機放入工作井內施工時，僅能向放入的單一 方向進行施工挖掘，此一小型挖土機是無法在鋼管內的工作井中自行轉向，若要改變挖掘 的方向則需再配合吊車將其吊出地面進行轉向，當轉向完成後再次將小型挖土機放入鋼管內部進行不同方位的挖掘，然而由於此種施工方式的步驟繁瑣，往往會讓下水道施工的工 時拖長而造成施工成本的增加。此外，小型挖土機在鋼管內部施工時，往往會使鋼管內部充滿小型挖土機所排放 出的廢氣，當小型挖土機的駕駛員在鋼管內部吸入了過多的廢氣，往往會在工作井中造成 缺氧窒息的情況發生，因此針對目前下水道的地底挖設的施工安全性來進行考慮，傳統在 鋼管工作井中應用小型挖土機的施工方式以及施工機具實有改良的必要。

發明內容
本發明的主要目的，旨在提供一種可直接透過伸縮固定方式與工作井相互頂撐固 定的施工載具，此施工載具透過吊掛機具置入工作井中，由致動器的頂撐來改變施工載具 的徑向長度與工作井相互頂撐固定，而且施工載具在內周側設置一挖掘機具，有效減少一 般放入工作井內挖掘機的體積過大問題，且施工過程中不需要像傳統挖掘機具需要重複吊 掛放置來改變挖掘方向，藉以提升施工的效率。為達到所述目的，本發明伸縮套環式施工載具用以頂撐固定在地底工作井的鋼套 管內周側，上述套環式施工載具設有一環形管狀的伸縮套環，上述伸縮套環一側設有一由 頂部貫穿至底部的縱向開口，並於伸縮套環內周側的縱向開口位置設有一個以上的定位結 構以及一個以上的致動器，而上述伸縮套環內周側另設有一向地底開挖的施工機具，其中， 上述伸縮套環的徑向長度略小於鋼套管，而伸縮套環透過致動器的頂撐讓本身的徑向長度 擴張，使伸縮套環配合鋼套管的內徑頂撐固定。上述伸縮套環頂部設有複數個吊掛件，上述致動器設有一定位於上述縱向開口一 側的固定託座，並以一樞杆將液壓主體設置於上述固定託座上，而上述液壓主體連設一可 伸縮移動的液壓杆，並於液壓杆的端部樞設一與上述縱向開口另一側固定的樞接座。而上述定位結構於縱向開口的一側邊位置向外凸設一定位杆，並於縱向開口的另 一側邊對應位置設置一具有穿套孔的套合座，上述定位杆穿過上述套合座的穿套孔來相對 位移，藉以防止伸縮套環的縱向形變。本發明的另一目的在於可依照工作井需要的施工方式不同，將伸縮套環內部的挖 掘機具設置為對應的挖土機、鑽掘機等符合需求的施工機具，大大提升了伸縮套環於挖掘 工程的應用範圍。為達上述目的，本發明施工機具可設為一挖掘機具，上述挖掘機具設有一操控座， 並於上述操控座樞接一可活動樞轉的第一工作臂，上述挖掘機具設有一與上述伸縮套環連 接的操控座，並於上述操控座旁設置一組同樣與上述伸縮套環連接的機械手臂，上述操控 座連接於機械手臂來控制手臂作動。於另一較佳實施例中，上述施工機具亦可設為一鑽掘機具，上述鑽掘機具設有兩 個與上述伸縮套環內周側相連接的固定座，上述固定座以一樞轉軸來活動樞接一固定臂， 而上述固定臂的外側設有一滑動臂，並於一側邊位置設置一與上述伸縮套環連接的連接 臂，上述滑動臂內部設有一與上述固定臂連接的致動裝置，並於底端設有一可樞轉擺動定 位的鑽頭結構。本發明的再一目的在於將挖掘機具的動力源設置於工作井外的地面上，讓動力源 與伸縮套環內部的挖掘機具分離，有效減少工作井中的廢氣排放量，藉以提升施工人員在施工環境的安全性。本發明的施工載具進一步設有一動力源，上述動力源設置於地面上方，並以一個 以上的連接線路與工作井內的施工機具相互連接，藉以提供上述施工機具的動力來源。本發明亦提供了一種應用伸縮套環式施工載具的施工法，其包含以下步驟應用 立坑搖管機將鋼套管夾持固定，並以升降機構及搖動機構的往復旋轉動作，將鋼套管以直 立方式向下埋設於地下；應用一挖掘機具將鋼套管內的砂石土壤挖運出來，當鋼套管於埋 設過程中遇到了巖盤層，使用吊車將套環式施工載具吊掛並且置入鋼套管的工作井中；當 套環式施工載具移動到開挖位置時，啟動施工載具內部的致動器將伸縮套環的徑向長度頂 撐擴大，讓伸縮套環能夠夾定配合於鋼套管的內周側；操控伸縮套環內部的施工機具，並針 對鋼套管底部某方位的巖盤層進行開挖；以及應用立坑搖管機將鋼套管旋轉位移，而固定 在鋼套管上的伸縮套環將會同步旋轉，藉以改變施工機具對於巖盤層的挖掘方向。此施工機具可依據地底巖盤層結構的不同，設為適合之挖掘機具或是鑽掘機具的 其中一種，而且施工機具是由一設置於鋼套管外部地面的動力源來提供動力輸出。




圖1是本發明套環式施工載具一較佳實施例的立體圖； 圖2是圖1的斷面圖； 圖3是圖1另一方位的斷面放大圖4是本發明套環式施工載具另一較佳實施例的立體透視圖5是圖4的斷面放大圖6是本發明配合一動力源的立體圖7是本發明施工法應用立坑搖管機埋設鋼套管的示意圖8是本發明施工法應用挖掘機具挖掘的示意圖9是本發明施工法將套環式施工載具置入鋼套管內部的示意圖10至圖11是本發明施工法將套環式施工載具頂撐固定的示意圖；以及
圖12至圖13是本發明施工法旋轉鋼套管來改變施工載具挖掘方位的示意圖<
主要組件符號說明
10------立坑搖管機
101------升降機構
102------搖動機構
11------鋼套管
12------蛘型抓斗
20------施工載具
21------伸縮套環
22------縱向開口
23------致動器
231------固定託座
232------液壓主體
233------液壓杆
234------樞接座24------定位結構
241------定位杆
242------套合座
25------吊掛件
251------凸塊
252------貫穿孔
30------施工機具
31------挖掘機具
311------操控座
32------機械手臂
33------轉動座
34------第一工作臂
35------第二工作臂
36------掘地器
41------鑽掘機具
42------固定座
43------樞轉軸
44------固定臂
45------滑動臂
46------連接臂
47------鑽頭結構
50------動力源
51------連接線路
具體實施例方式為便於更進一步對本發明的構造、使用及其特徵有更深一層明確詳實的認識與了 解，現舉出較佳實施例，配合附圖詳細說明如下首先請參閱圖1、圖9及圖10所示，本發明為一種應用在地層挖掘的伸縮套環式施 工載具，有別於傳統直接應用大型開挖機具直接或是使用小型挖土機、破碎機來進行坑內 挖掘，本發明於應用時同樣是需要應用立坑搖管機10將鋼套管11打入地底形成工作井，並 將套環式施工載具20放入工作井後，頂撐固定在工作井的鋼套管11內周側進行施工挖掘 或是破碎巖層。上述套環式施工載具20設有一環形管狀的伸縮套環21，上述伸縮套環21於一側 邊位置設有一由頂部貫穿至底部的縱向開口 22，並於上述伸縮套環21內周側的縱向開口 22位置設有一個以上的致動器23以及一個以上的定位結構M，而上述伸縮套環21內周側 另設有一向地底開挖的施工機具30，其中，上述伸縮套環21的徑向長度略小於鋼套管11， 上述致動器23連接於上述縱向開口 22的兩側，用以將上述伸縮套環21頂撐擴大，使伸縮 套環21配合鋼套管11的內徑頂撐，讓伸縮套環21能夠與鋼套管11相互定位。請參閱圖2所示，於一較佳實施例中，上述致動器23設有一定位於上述縱向開口 22 一側的固定託座231，並以一樞杆將液壓主體232設置於上述固定託座231上，而上述液 壓主體232連設一可伸縮移動的液壓杆233，並於液壓杆233的端部樞設一與上述縱向開口 22另一側固定的樞接座234。而上述定位結構M於縱向開口 22的一側邊位置向外凸設一定位杆M1，並於縱向 開口 22的另一側邊對應位置設置一具有穿套孔的套合座M2，其中，上述定位杆241穿入上 述套合座M2的穿套孔來相對位移，此一定位結構M的設計用以防止伸縮套環21受到上 述致動器23頂撐作用所產生的縱向形變。上述伸縮套環21的頂部另設有複數個吊掛件25，上述吊掛件25設為一向內延伸 的凸塊251，上述凸塊251內部設有一貫穿孔252，本發明的伸縮套環21透過吊掛件25的 貫穿孔252與具有吊掛纜線的垂吊機具組接，並由垂吊機具將上述伸縮套環21放至於鋼套 管11內部。 請參閱圖3所示，於圖示第一較佳實施例中，上述施工機具30設為一挖掘機具31， 上述挖掘機具31設有一與上述伸縮套環21連接的操控座311，並於上述操控座311旁設置 一組同樣與上述伸縮套環21連接的機械手臂32，上述操控座311用以連接於上述機械手臂 32來控制手臂進行挖掘或是破碎工程。上述機械手臂32設有一組連接於伸縮套環21內周側的轉動座33，上述轉動座33 外部樞設有一垂直樞轉的第一工作臂34，並於內部設置一可橫向旋轉的轉動機構，用以左 右旋轉來同步帶動第一工作臂；34轉動，而上述第一工作臂34於轉動座33另一端樞設有 一垂直樞轉的第二工作臂35，上述第二工作臂35於第一工作臂34的相對端設有一掘地器 36。請參閱圖4及圖5所示，於圖式第二較佳實施例中，上述施工機具30設為一鑽掘 機具41，上述鑽掘機具41設有兩個與上述伸縮套環21內周側相連接的固定座42，上述固 定座42以一樞轉軸43來活動樞接一固定臂44，而上述固定臂44的外側設有一滑動臂45，並於一側邊位置設置一與上述伸縮套環21連接的連接臂46，上述滑動臂45的底端設有一 可樞轉擺動的鑽頭結構47。以上所列施工機具30的兩個較佳實施例為方便舉例說明，並非加以限制，亦即本 發明的施工機具30亦可依據地層結構的不同設為其它對應挖掘或鑽掘的施工機具30，由 於施工機具可因應地層改變而配置對應的施工機具30，因而大大提升了本發明施工載具 20於挖掘工程的應用範圍。請參閱圖6所示，本發明的施工載具20進一步設有一動力源50，上述動力源50設 置於工作井外的地面上方，並以一個以上的連接線路51與工作井內的施工機具30相互連 接，上述動力源50用以提供施工機具30的動力來源。於一較佳實施例中，上述動力源50設為一外接式的動力泵組，於另一較佳實施例 中，上述動力源50設為一配合工作井來挖運砂石土壤的挖掘機，由於一般挖掘機本身內部 即具有的引擎結構以及加壓泵組，因此，上述動力源50亦可直接使用現有施工的挖掘機， 讓挖掘機來提供本發明施工機具30的動力來源。本發明將施工機具30的動力源50設置於工作井外的地面上，讓動力源50與伸縮 套環21內部的施工機具30分離，有效減少工作井中的廢氣排放量，藉以改善工作井內的施 工環境，並提升施工人員在施工上的安全性。請參閱圖7所示，本發明套環式施工載具20的施工法是先應用立坑搖管機10將 鋼套管11夾持固定，然後以升降機構101產生一下壓動作同時以搖動機構102產生一適當 角度的往復旋轉動作，藉此讓鋼套管11以直立方式向下埋設於地下。請參閱圖8及圖9所示，當鋼套管11埋設於地下時，應用一挖掘機以蛘型抓斗12 把直接將鋼套管11內的砂石土壤挖運出來，若鋼套管11於埋設過程中遇到了巖盤層，此時 將本發明的套環式施工載具20以一吊車將其吊掛，並且置入工作井的鋼套管11內部。請參閱圖10至圖11所示，當施工載具20移動到開挖位置時，應用施工載具20內 部的致動器23將伸縮套環21的徑向長度頂撐擴大，讓伸縮套環21能夠夾定配合於鋼套管 11的內周側；再應用伸縮套環21內部的施工機具30針對鋼套管11底部某個方位的巖盤 層進行開挖。請參閱圖12及圖13所示，若是需要改變施工機具30對於巖盤層的挖掘方向時， 只需要應用立坑搖管機10將鋼套管11旋轉位移，此時固定在鋼套管11的伸縮套環21將 同步旋轉，如此即可讓施工機具30對於鋼套管11內的各個位置進行挖掘。此一施工法的較佳實施例中，上述施工機具30可依據巖盤層的硬度大小，將其設 為適合此巖盤層的挖掘機具31或是鑽掘機具41的其中一種，藉以讓本發明的施工載具20 能夠適用在各種不同的巖盤層開挖。而且施工機具30是由一設置於鋼套管11外部地面上的動力源50來提供動力來 源，透過動力源50與伸縮套環21內部的施工機具30分離，有效減少工作井中的廢氣排放 量，藉以提升施工人員在施工環境的安全性。綜上所述，本發明透過吊掛機具置入工作井中，由致動器的頂撐來改變伸縮套環 的徑向長度，讓伸縮套環穩固地定位於工作井中，並於伸縮套環的內周側設置一對應用途 的挖掘機具，有效減少一般工作井內施工挖掘機體積過大的問題，而施工過程中僅需要對 鋼套管進行旋轉即可達到改變挖掘方向的效果，改善傳統需要將挖掘機具重複吊掛放置來改變挖掘方向的問題，藉以提升施工的效率。此外，本發明可以依照工作井需要的施工方式不同，將伸縮套環內部的挖掘機具 設置為對應的挖土機、鑽掘機等符合需求的施工機具，大大提升了伸縮套環於挖掘工程的 應用範圍，而且將動力源與伸縮套環內部的挖掘機具分離，有效減少工作井中的廢氣排放 量，藉以提升施工人員在施工環境的安全性。以上所舉實施例僅用為方便說明本發明並非加以限制，在不離本發明精神範疇， 熟悉本行業技術人員所可作的各種簡易變形與修飾，均仍應含括於本發明專利保護的範圍 內。
權利要求
1.一種伸縮套環式施工載具，用以頂撐固定在地底工作井的鋼套管內周側，其特徵在 於所述套環式施工載具設有一環形管狀的伸縮套環，上述伸縮套環一側設有一由頂部貫 穿至底部的縱向開口，並於伸縮套環內周側的縱向開口位置設有一個以上的定位結構以及 一個以上的致動器，而上述伸縮套環內周側另設有一向地底開挖的施工機具，其中，上述伸 縮套環的徑向長度略小於鋼套管，而伸縮套環透過致動器的頂撐讓本身的徑向長度擴張， 使伸縮套環配合鋼套管的內徑頂撐固定。
2.根據權利要求1所述的伸縮套環式施工載具，其特徵在於所述伸縮套環頂部設有 複數個吊掛件。
3.根據權利要求1所述的伸縮套環式施工載具，其特徵在於所述定位結構於縱向開 口的一側邊位置向外凸設一定位杆，並於縱向開口的另一側邊對應位置設置一具有穿套孔 的套合座，上述定位杆穿過上述套合座的穿套孔來相對位移。
4.根據權利要求1所述的伸縮套環式施工載具，其特徵在於所述致動器設有一定位 於上述縱向開口一側的固定託座，並以一樞杆將液壓主體設置於上述固定託座上，而上述 液壓主體連設一可伸縮移動的液壓杆，並於液壓杆的端部樞設一與上述縱向開口另一側固 定的樞接座。
5.根據權利要求1所述的伸縮套環式施工載具，其特徵在於所述施工機具設為一挖 掘機具，上述挖掘機具設有一操控座，並於上述操控座樞接一可活動樞轉的第一工作臂，上 述挖掘機具設有一與上述伸縮套環連接的操控座，並於上述操控座旁設置一組同樣與上述 伸縮套環連接的機械手臂，上述操控座連接於機械手臂來控制手臂作動。
6.根據權利要求1所述的伸縮套環式施工載具，其特徵在於所述施工機具設為一鑽 掘機具，上述鑽掘機具設有兩個與上述伸縮套環內周側相連接的固定座，上述固定座以一樞轉軸來活動樞接一固定臂，而上述固定臂的外側設有一滑動臂，並於一側邊位置設置一 與上述伸縮套環連接的連接臂，上述滑動臂內部設有一與上述固定臂連接的致動裝置，並 於底端設有一可樞轉擺動定位的鑽頭結構。
7.根據權利要求1所述的伸縮套環式施工載具，其特徵在於所述施工載具進一步設 有一動力源，上述動力源設置於地面上方，並以一個以上的連接線路與工作井內的施工機 具相互連接，藉以提供上述施工機具的動力來源。
8.一種應用如權利要求1所述的伸縮套環式施工載具的施工法，其特徵在於上述施 工法包含以下步驟(A)應用立坑搖管機將鋼套管夾持固定，並以升降機構及搖動機構的往復旋轉動作，將 鋼套管以直立方式向下埋設於地下；(B)應用挖掘機具以蛘型抓斗直接將鋼套管內的砂石土壤挖運出來，當鋼套管於埋設 過程中遇到了巖盤層，使用吊車將套環式施工載具吊掛並且置入鋼套管的工作井中；(C)當套環式施工載具移動到開挖位置時，啟動施工載具內部的致動器將伸縮套環的 徑向長度頂撐擴大，讓伸縮套環能夠夾定配合於鋼套管的內周側；以及(D)操控伸縮套環內部的施工機具，並針對鋼套管底部某個方位的巖盤層進行開挖。
9.根據權利要求8所述的應用伸縮套環式施工載具的施工法，其特徵在於所述施工 法進一步包含步驟(E)應用立坑搖管機將鋼套管旋轉位移，而固定在鋼套管上的伸縮套 環將會同步旋轉，藉以改變施工機具對於巖盤層的挖掘方向。
10.根據權利要求9所述的應用伸縮套環式施工載具的施工法，其特徵在於所述施工 機具依據地底巖盤層結構的不同，設為適合的挖掘機具或鑽掘機具的其中一種。
11.根據權利要求9所述的應用伸縮套環式施工載具的施工法，其特徵在於所述施工 機具是由一設置於鋼套管外部地面上的動力源來提供動力輸出。
全文摘要
本發明涉及一種伸縮套環式施工載具及其施工法，用以頂撐固定在地底工作井的鋼套管內周側，此套環式施工載具設有一伸縮套環，此伸縮套環一側設有一縱向開口，並於縱向開口的內周側位置設有一個以上的定位結構以及致動器，而伸縮套環內部另設有一向地底開挖的施工機具，其中伸縮套環的徑向長度略小於鋼套管，而伸縮套環透過致動器的頂撐讓徑向長度擴張，用以配合鋼套管的內徑頂撐固定。本發明可透過伸縮固定方式與工作井相互頂撐固定，而施工載具內周側設有一體積較小的施工機具，改善傳統入工作井內挖掘機的體積過大問題，且過程中不需要重複吊掛來改變挖掘方向。
文檔編號E02F5/00GK102121257SQ20101000009
公開日2011年7月13日 申請日期2010年1月7日 優先權日2010年1月7日
發明者陳勝宇 申請人:旌詮工程有限公司