CN104818993A - 一种履带式刀盘土压平衡矩形顶管机及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及施工用装置技术领域，具体是一种履带式刀盘土压平衡矩形顶管机及其施工方法，包括外壳、泥土仓和动力仓，泥土仓内设有螺旋输送机，动力仓内设有动力传动装置，顶管机端面分区设有金属履带，履带上固定设有切土刀头，履带自顶管机端面延伸至泥土仓内，履带连接动力仓内的调频电机。本发明多条履带对称布置在顶管机端部，履带运转，固定在履带上的刀头，可无死角切削土体。布置在顶管机端部的履带转速分区调节，使顶管机端面不均匀出土，可致使顶管机端面的土压力差生差异，从而产生纠偏力，比传统顶管机使用千斤顶调节顶力纠偏增加一种方式。
Description
技术领域
本发明涉及施工用装置技术领域，具体是一种履带式刀盘土压平衡矩形顶管机及其施工方法。
背景技术
随着我国城市化步伐的加快，城市建设与改造工程日渐增多，大中城市地下综合管廊工程建设需求也将不断扩大，现有的盾构和顶管方法方式都能施工综合管廊，但都存在一定的难度，主要表现在以下几方面：
1、盾构机旋转刀盘为圆形，盾构管片拼装后形成的通道也为圆形，管线布置不够灵活，不能充分利用空间，同时管片拼装成的通道整体性差。
2、圆形顶管机旋转刀盘为圆形，由圆形管段连接后形成圆形通道，通道整体性好，也存在管线布置不够灵活，不能充分利用空间的现象。
3、现有矩形顶管机是采用多个旋转刀盘，多刀盘同时旋转形成一个近似矩形的切土断面，切削下的土体排出后为顶管机机头前进提供空间。现有矩形顶管机存在以下两个原因限制了顶进距离：一是因为刀盘是圆形，顶管机断面是矩形，不可避免的存在切土死角，死角中的土体只能依靠顶管机朝前方的顶力进行破碎，顶管机端面土压力大；二是矩形顶管机顶进方向纠偏困难。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中的上述技术问题，提供一种结构新颖、安全可靠，可灵活控制、充分利用空间且无死角施工的履带式刀盘土压平衡矩形顶管机，包括外壳、泥土仓和动力仓，泥土仓内设有螺旋输送机，动力仓内设有动力传动装置，顶管机端面分区设有金属履带，履带上固定设有切土刀头，履带自顶管机端面延伸至泥土仓内，履带连接动力仓内的调频电机。
动力传动装置包括：
动力轴，将动力舱中电机的动力传输进泥土仓；
齿轮箱，将动力轴的旋转方向改变90度并将动力从动力轴传送至第一转动轴N1；
第一转动轴N1，第一转动轴上有棘轮，将动力从第一转动轴N1传送至主动履带；
第一支撑轴M1，用于支撑第一转动轴N1；
主动履带，自身转动带动刀头平动切削土体，并将土体由端面运送中泥土仓，将动力传送至第二转动轴N2；
从动履带，利用第二转动轴N2输入的动力转动，并带动刀头平动切削土体，将土体由端面运送中泥土仓；
第二转动轴N2，由主动履带带动转动，并将动力传送至从动履带；
第二支撑轴M2，用于支撑第二转动轴，并支撑端面土体，平衡掌子面土压力。
顶管机端面上设有5个分区，分别为A、B、C、D、E区，其中A、B、C、D四个区安装带切土刀头的履带，每个区有独立的动力系统，E区没有履带，作为地下土体进入泥土仓的通道，E区的宽度根据土质确定，以端面土体稳定，土体不产生坍塌，不能自行进入泥土仓为准。
A、B、C、D区为沿E区两两对称设置。
动力传动装置上还设有检修门。
通过履带转动带动固定在履带上的刀头切削土体并将土体运送至顶管机泥土仓，端面无死角全断面切土，土体由螺旋输送机运输出土仓，然后运送至地面，端面可不均匀出出土，致使顶管机端面的土压力差生差异，从而产生纠偏力，实现顶管机纠偏。
纠偏方法为：
1)当顶管机端面出现土质不均匀时，降低顶管机顶进速度并加快土体承载力高一侧的履带转速，加快出土，使土体承载力低一侧土压力加大，迫使顶管机产生向承载力低一侧的偏转力，避免顶管机朝承载力高的一侧偏转；
2)当顶管机需要向左侧偏转时，加快右侧履带转速，减小右侧的土压力，同时使左侧履带转速降低，让切土刀头嵌入掌子面土体，在电机带动左侧履带转动时，产生向左的纠偏力，达到纠偏目的，当需要向右侧偏转时，操作方式相反；
3)当顶管机向上偏离轴线，需要向下纠偏时，加快上侧履带转速，减小上侧的土压力，使下侧土压力加大，迫使顶管机产生向下侧的偏转力，达到纠偏目的。当需要向上侧偏转时，操作方式相反。
本发明同现有技术相比，其优点在于本发明多条履带对称布置在顶管机端部，履带运转，固定在履带上的刀头，可无死角切削土体。布置在顶管机端部的履带转速分区调节，使顶管机端面不均匀出土，可致使顶管机端面的土压力 差生差异，从而产生纠偏力，比传统顶管机使用千斤顶调节顶力纠偏增加一种方式。
随着城市规模的扩大及城市排水系统等各种管线的扩建、改造，在市区施工地下综合管廊的工程会越来越多，为减小对交通的影响，非开挖施工地下管廊工程会不断涌现，同时这种非旋转刀盘矩形顶管机施工地下综合管廊的方法采用的机械设备基本为通用设备，实施起来额外投入设备、资金少，设备制造风险低，因此这种非旋转刀盘矩形顶管机发展前景很大。
附图说明
图1是本发明实施例的端面分区及履带运动方向示意图；
图2是本发明实施例的正面结构示意图；
图3是本发明图2的A-A断面图；
图4是本发明图1的B-B断面图；
图5是本发明图3的C-C断面图；
图6是本发明图3的D-D断面图；
如图所示，图中包括：履带运行方向a，第一支撑轴M1，齿轮箱2，外壳3，调频电机4，切土刀头6，主动履带7，从动履带8，泥土仓9，动力仓10，螺旋输送机11，动力轴12，检修门13，第二支撑轴M2，第二转动轴N2，A区的主动履带A1，B区的主动履带B1，C区的主动履带C1，D区的主动履带D1。
指定图1为本发明的摘要附图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本方法的主要特点：一是矩形顶管机端面分区设置金属履带，通过履带转动带动固定在履带上的刀头切削土体并将土体运送至顶管机泥土仓，土体由螺旋输送机运输出土仓，然后采用常规方法运送至地面；二是矩形顶管机端面全断面切土，没有死角，顶管机端面压力小；三是矩形顶管机端面可不均匀出出土，可致使顶管机端面的土压力差生差异，从而产生纠偏力，易于实现顶管机纠偏；四是使用顶管机中的钢制支撑轴提供支撑力平衡掌子面的土压力。具体施工过程如下：
1、制作工具管
本方法的关键点就是设计一种全新的非旋转刀盘矩形顶管机的工具管，如图1所示，工具管端面共分五个区，分别为A、B、C、D、E。其中A、B、C、D四个区安装带切土刀头的履带，每个区有独立的动力系统。E区没有履带，作为地下土体进入泥土仓的通道，E区的宽度根据土质确定，以端面土体稳定，土体不产生坍塌，不能自行进入泥土仓为准。
工具管各部分的作用：
调频电机为转动履带提供动力。调频电机可以调节不同分区履带转速，从而达到不同分区切削土体速度不同的目的。动力轴将动力舱中电机的动力传输进泥土仓。齿轮箱将动力轴的旋转方向改变90度。将动力从动力轴传送至第一 转动轴N1。第一支持轴M1:支撑第一转动轴N1。第一转动轴N1:转动轴上有棘轮，将动力从第一转动轴N1传送至主动履带。主动履带自身转动带动刀头平动切削土体，并将土体由端面运送中泥土仓。将动力传送至第二转动轴N2。第二转动轴N2由主动履带带动转动，并将动力传送至从动履带。第二支撑轴M2为转动轴N2提供支撑，并支撑端面土体，平衡掌子面土压力。从动履带利用第二转动轴N2输入的动力转动，并带动刀头平动切削土体，将土体由端面运送中泥土仓。螺旋输送机将泥土仓中的土体主送至管内，由管内设备运送至地面。当泥土仓中设备损坏时，维修人员可由检修门进入泥土仓。工具管外壳提供安装设备的空间及支撑。
本发明中的工具管主要创新点在泥土仓，根本上改变了传统土压平衡顶管机使用旋转刀盘切削土体，利用泥土仓中的土压平衡掌子面的土压。从动力仓往后，与传统顶管机相同，故在此不作赘述。
2、工具管进洞
顶管工作坑施工、导轨安装、千斤顶选型、安装按照传统土压平衡顶管方式布置。
3、顶进铺管
本工具管端面履带共分区布置，每个区有独立的动力系统。工具管顶管机端面可不均匀出出土，达到易于控制顶进方向和便于纠偏。说明如下：
(1)工具管端面出现土质不均匀时，降低工具管顶进速度并加快土体承载力高一侧的履带转速，加快出土，使土体承载力低一侧土压力加大，迫使顶管 机产生向承载力低一侧的偏转力，避免工具管朝承载力高的一侧偏转。
(2)当工具管需要向BD侧偏转时，加快AC侧履带转速，减小AC侧的土压力，同时使BD侧履带转速降低，让切土刀头嵌入掌子面土体，在电机带动BD侧履带转动时，产生向BD的纠偏力，达到纠偏目的。当需要向AC侧偏转时，操作方式相反。
(3)当工具管向上偏离轴线，需要向下纠偏时，加快AB侧履带转速，减小AB侧的土压力，使CD侧土压力加大，迫使顶管机产生向CD侧的偏转力，达到纠偏目的。当需要向AB侧偏转时，操作方式相反。
4、注意事项
(1)本工具管不适用于淤泥质土。当应用于砂土层时需确保不能产生流沙。
(2)维修人员进入泥土仓前，进行有害气体检测。
Claims (7)
1.一种履带式刀盘土压平衡矩形顶管机，包括外壳、泥土仓和动力仓，泥土仓内设有螺旋输送机，动力仓内设有动力传动装置，其特征在于所述的顶管机端面分区设有金属履带，履带上固定设有切土刀头，所述的履带自顶管机端面延伸至泥土仓内，所述的履带连接动力仓内的调频电机。
2.如权利要求1所述的一种履带式刀盘土压平衡矩形顶管机，其特征在于所述的动力传动装置包括：
动力轴，将动力舱中电机的动力传输进泥土仓；
齿轮箱，将动力轴的旋转方向改变90度并将动力从动力轴传送至第一转动轴(N1)；
第一转动轴(N1)，第一转动轴上有棘轮，将动力从第一转动轴(N1)传送至主动履带；
第一支撑轴(M1)，用于支撑第一转动轴(N1)；
主动履带，自身转动带动刀头平动切削土体，并将土体由端面运送中泥土仓，将动力传送至第二转动轴(N2)；
从动履带，利用第二转动轴(N2)输入的动力转动，并带动刀头平动切削土体，将土体由端面运送中泥土仓；
第二转动轴(N2)，由主动履带带动转动，并将动力传送至从动履带；
第二支撑轴(M2)，用于支撑第二转动轴，并支撑端面土体，平衡掌子面土压力。
3.如权利要求1所述的一种履带式刀盘土压平衡矩形顶管机，其特征在于所述的顶管机端面上设有5个分区，分别为A、B、C、D、E区，其中A、B、C、D四个区安装带切土刀头的履带，每个区有独立的动力系统，E区没有履带，作为地下土体进入泥土仓的通道，E区的宽度根据土质确定，以端面土体稳定，土体不产生坍塌，不能自行进入泥土仓为准。
4.如权利要求3所述的一种履带式刀盘土压平衡矩形顶管机，其特征在于所述的A、B、C、D区为沿E区两两对称设置。
5.如权利要求1所述的一种履带式刀盘土压平衡矩形顶管机，其特征在于所述的动力传动装置上还设有检修门。
6.一种采用如权利要求1所述的履带式刀盘土压平衡矩形顶管机的施工方法，其特征在于通过履带转动带动固定在履带上的刀头切削土体并将土体运送至顶管机泥土仓，端面无死角全断面切土，土体由螺旋输送机运输出土仓，然后运送至地面，端面可不均匀出出土，致使顶管机端面的土压力产生差异，从而产生纠偏力，实现顶管机纠偏。
7.如权利要求6所述的一种履带式刀盘土压平衡矩形顶管机的施工方法，其特征在于所述的纠偏方法为：
1)当顶管机端面出现土质不均匀时，降低顶管机顶进速度并加快土体承载力高一侧的履带转速，加快出土，使土体承载力低一侧土压力加大，迫使顶管机产生向承载力低一侧的偏转力，避免顶管机朝承载力高的一侧偏转；
2)当顶管机需要向左侧偏转时，加快右侧履带转速，减小右侧的土压力，同时使左侧履带转速降低，让切土刀头嵌入掌子面土体，在电机带动左侧履带转动时，产生向左的纠偏力，达到纠偏目的，当需要向右侧偏转时，操作方式相反；
3)当顶管机向上偏离轴线，需要向下纠偏时，加快上侧履带转速，减小上侧的土压力，使下侧土压力加大，迫使顶管机产生向下侧的偏转力，达到纠偏目的。当需要向上侧偏转时，操作方式相反。
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150805 |