CN108868812A - 一种外凸大刀盘及泥水平衡顶管机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种外凸大刀盘及泥水平衡顶管机，包括网格刀盘，网格刀盘包括：外缘板，覆盖并转动连接于泥水仓的前端；多个长筋板，以外缘板的轴心为中心，均匀分布在外缘板的内空间中，且每个长筋板的一端均同时与外缘板的内环面连接；中心侧板，为环形并位于外缘板中心，且与外缘板同轴，每个长筋板的另一端均与中心侧板的外环面连接；次中心侧板，为环形并位于外缘板和中心侧板间，且与外缘板同轴，多个长筋板固定穿插经过次中心侧板；多个短筋板，其两端分别连接外缘板的内环面和次中心侧板的外环面。本发明提出的一种外凸大刀盘泥水平衡顶管机，可适应含有微风化、间断性出现50CM见方以下的零星石块的土层等复杂土层的掘进要求，且可自行纠偏。
Description
技术领域
本发明涉及一种泥水平衡顶管机，具体地，涉及一种外凸大刀盘及泥水平衡顶管机。
背景技术
作为一种暗挖施工方法，顶管法施工具有诸多优点，如占地面积少；地下施工不影响地面活动；穿越铁路、公路、河流、建筑物等障碍物时可减少沿线的拆迁工作量；施工过程中不破坏现有管线及构筑物，不影响正常使用；施工无噪音，减少对沿线环境的污染。因此，顶管工法施工技术在近几年得到广泛的应用。市政工程的上、下水道、煤气、电力、通信工程、液化石油气、天然气输送管道以及各种油管、动力电缆、宽频网、光纤网等通讯电缆等的敷设都相继采用顶管工法施工。
经对现有技术文献检索发现，中国专利申请号CN201120516115.8，发明名称：泥水平衡式顶管掘进机机头，公开号：CN202370528U，该专利自述为：一种泥水平衡式顶管掘进机机头，包括偏心刀盘、掘进泥仓室、泥水仓室和泥水循环管，所述偏心刀盘末端为切削刀盘，所述切削刀盘上设有刮刀和滚刀，所述切削刀盘的外沿焊接有超挖刀。和传统泥水平衡顶管机一样，其仍然存在如下问题：在穿越含孤石等复杂地层，或者是在土质不均匀区域造成软硬交接处，顶管机机头顶进施工时容易出现因开挖面受力不均匀发生偏斜；在穿越含孤石或部分坚硬地层等复杂土层中，刀盘可能缺乏足够强度，并且顶管机头缺乏足够的动力考虑(推力和扭矩)，不能进行有效的切削或者将小型障碍甩到周围土体中去。
检索中还发现，中国专利申请号CN201110183724.0，发明名称：网格刀盘的泥水加压盾构施工方法及其施工设备，公开号：CN102278119A，该专利中设备采用网格刀盘，适用于盾构的泥水平衡机头，对顶管而言仍然存在如下问题：盾构的泥水平衡机头和顶管的泥水平衡机头在结构功能上有明显不同，无法通用；在穿越含孤石等复杂地层，或者是在土质不均匀区域造成软硬交接处，顶管机机头顶进施工时容易出现因开挖面受力不均匀发生偏斜；在穿越含孤石或部分坚硬地层等复杂土层中，格栅往往缺乏足够强度，并且机头缺乏足够的动力考虑(推力和扭矩)，不能进行有效的切削或者将小型障碍甩到周围土体中去。
由此，业界需要有可适应含有微风化、间断性出现50CM见方以下的零星石块的土层等复杂土层的掘进要求的泥水平衡顶管机。
发明内容
本发明的目的是提供一种外凸大刀盘及泥水平衡顶管机，用于解决现有的刀盘在穿越含孤石或部分坚硬地层等复杂土层中，刀盘可能缺乏足够强度、且顶管机机头顶进施工时容易因开挖面受力不均匀发生偏斜的问题。
根据本发明的一个目的，提供一种外凸大刀盘，所述外凸大刀盘是一种网格刀盘，包括：
外缘板，所述外缘板为与所述泥水仓前端面相匹配的环形结构，且所述外缘板转动连接于所述泥水仓的前端；所述外缘板的前端向所述外缘板的轴心收拢，形成斜面；
多个长筋板，所述多个长筋板分布在所述外缘板的内空间中，且每个长筋板的一端均同时与所述外缘板的内环面连接；
中心侧板，所述中心侧板为环形并位于所述外缘板中心，且与所述外缘板同轴，所述每个长筋板的另一端均与所述中心侧板的外环面连接；
次中心侧板，所述次中心侧板为环形并位于所述外缘板和所述中心侧板之间，且与所述外缘板同轴；
多个短筋板，所述多个短筋板的两端分别连接所述外缘板的内环面和所述次中心侧板的外环面，且每相邻的两个长筋板之间设置一个短筋板；
所述中心侧板、所述次中心侧板和所述外缘板呈阶梯形设置，所述外缘板位于最高点，所述多个短筋板和所述多个长筋板的外侧面均为斜面，且所述多个短筋板和所述多个长筋板的斜面与所述外缘板相邻的一端均向所述外缘板的中心线方向倾斜设置，从而形成一种外凸型大刀盘。
进一步的，所述斜面与外缘板轴线之间的夹角为20°-30°。
进一步的，所述多个长筋板以所述外缘板的轴心为中心，均匀分布在所述外缘板的内空间中；所述多个长筋板穿过所述次中心侧板固定。
进一步的，每相邻的两个长筋板的角平分线上设置一个短筋板。
进一步的，所述多个长筋板和所述多个短筋板各设有六根，且所述每个长筋板与与其相邻的短筋板间的夹角均为30°。
根据本发明的另一个目的，提供一种泥水平衡顶管机，包括泥水仓，所述泥水仓前端转动连接有所述的外凸大刀盘。
进一步的，所述泥水仓后端承插连接有一后段工作仓，所述泥水仓和后段工作仓的内部空间不连通。
进一步的，所述泥水仓和后段工作仓间设有一小水密门。
进一步的，所述泥水仓和所述后段工作仓的交界处周向安装有至少两个位置相对的机头后纠偏千斤顶。
进一步的，还包括排泥管路，所述排泥管路的抽泥端设于所述泥水仓中，经所述后段工作仓，通向所述外凸大刀盘泥水平衡顶管机的尾端。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1.本发明提出的一种外凸大刀盘泥水平衡顶管机，其网格刀盘为外凸型大刀盘：
1)网格刀盘设置成外凸型大刀盘，可适应含有微风化、间断性出现50CM见方以下的零星石块的土层等复杂土层的掘进要求。
2)适当增大刀盘面网格密度增加了平衡支撑开挖面的稳定作用。
3)缩短网格刀盘长度、加大网格边缘的斜面，刀盘面具有足够的刚度和强度用于支撑开挖面和承受掘进中的推力及扭矩，并能将小型孤石局部绞碎，大部分甩向工具管两侧。
4)较大的刀盘开口率能保证后续渣土进入气压仓的顺畅性。
2.本发明提出的一种外凸大刀盘泥水平衡顶管机，在泥水仓后设置有一圈纠偏千斤顶，当顶管穿越含孤石等复杂地层，或者是在土质不均匀区域造成软硬交接处时易发生偏斜。根据对顶进轴线的测量，一旦发生偏差，通过部分开启分布在泥水仓后面的一圈纠偏千斤顶，对顶管机机头进行强制纠偏，达到调整机头姿态的目的，保证管道沿设计轴线进行。
3.本发明提出的一种外凸大刀盘泥水平衡顶管机，当检测到前方有坚硬障碍物时，可以降低转速，慢速顶进，提高设备功率，提高低速扭矩力，加强轴线监控频率，控制机头顶进方向。并且能将小型孤石局部绞碎，大部分甩向工具管两侧，实现障碍物的清除。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明的一实施例中机头结构主视图；
图2是本发明的一实施例中网格刀盘正视图；
图中：1为网格刀盘，2为外缘板，3为斜面，4为多个长筋板，5为多个短筋板，6为中心侧板，7为次中心侧板，8为泥水仓，9为后段工作仓，10为小水密门，11为至少两个位置相对的机头后纠偏千斤顶，12为排泥管路。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
参照图1-图2所示，为一种外凸大刀盘泥水平衡顶管机的一实施例结构图，其中包括泥水仓8，泥水仓8前端转动连接有一网格刀盘1，网格刀盘1包括：外缘板2，外缘板2为与泥水仓8前端面相匹配的环形结构，且外缘板2转动连接于泥水仓8的前端；外缘板2的前端向外缘板2的轴心收拢，形成斜面3；多个长筋板4，多个长筋板4以外缘板2的轴心为中心，均匀分布在外缘板2的内空间中，且每个长筋板4的一端均同时与外缘板2的内环面连接；中心侧板6，中心侧板6为环形并位于外缘板2中心，且与外缘板2同轴，每个长筋板4的另一端均与中心侧板6的外环面连接；次中心侧板7，次中心侧板7为环形并位于外缘板2和中心侧板6间，且与外缘板2同轴，多个长筋板4固定穿插经过次中心侧板7，多个短筋板5，多个短筋板5的两端分别连接外缘板2的内环面和次中心侧板7的外环面，且每相邻的两个长筋板4的角平分线上设置一个短筋板5。
具体的，网格刀盘1由外缘板2、中心侧板6、次中心侧板7、多个长筋板4、多个短筋板5连接成一体，网格自然形成。多个长筋板4和多个短筋板5用于切削石块，被切削成小块的石块得以和泥土一起通过网格刀盘1上的网格进入泥水仓8，进而被排泥管路12吸走排出。本发明中的网格刀盘，可适应含有微风化、间断性出现50CM见方以下的零星石块的土层等复杂土层的掘进要求。斜面3，可与外缘板2一体形成，也可作为独立的板面焊接在外缘板2的外环面上，此种情况下，斜面3外侧焊点应向外缘板2内部移动，增大斜面3的倾斜角度。增大斜面3的倾斜角度，有助于增加网格刀盘1的刚度和强度，使网格刀盘1能支撑开挖面和承受掘进中的推力及扭矩，并能将小型孤石局部绞碎，大部分甩向工具管两侧。本发明提出的一种外凸大刀盘泥水平衡顶管机，在遇到50CM见方以下的零星石块的土层等复杂土层时，可以降低转速，慢速顶进，提高设备功率，提高低速扭矩力。
以下提供一具体工程实例的说明，应该理解的是，这并不用于限定本发明：厦门高集海堤原水管道迁改工程，其过海输水管为采用顶管法施工而兴建的两根DN2200钢管，管壁厚度为20mm，单管全长约1645m。整个过海管均位于高集海堤与厦门大桥之间的海域穿越，管道中心标高-8.50m～-11.86m～-9.65m左右，主要穿越含小型孤石和部分基岩的残积砂质粘性土层，淤泥层，中粗砂层。为防止工程中刀盘无法切削及破碎含小型孤石和部分基岩的土层，使用了本发明上述实施例提出的一种外凸大刀盘泥水平衡顶管机，可很好地适应含有微风化、间断性出现50CM见方以下的零星石块的土层等复杂土层的掘进要求。
参照图2所示，在本发明部分优选实施例中，多个长筋板4和多个短筋板5各设有六根，且每个长筋板4与与其相邻的短筋板5间的夹角均为30°。具体的，本实施例中，六个长筋板4和六个短筋板5与中心侧板6、次中心侧板7和外缘板2配合形成网格，相对一般刀盘适当增大了刀盘面网格密度。增加了平衡支撑开挖面的稳定作用，确保网格刀盘1具有足够的刚度和强度用于支撑开挖面和承受掘进中的推力及扭矩。较大的刀盘开口率能保证后续渣土进入气压仓的顺畅性。
在本发明部分优选实施例中，参照图1所示，中心侧板6相对于外缘板2向前突出。
具体的，本实施例中，由于中心侧板6相对于外缘板2向前突出，形成的环形网格从中心向四周发散，从而使网格刀盘1的顶进端表面形成了由中心向外突出的锥面，使得网格刀盘1能更好的发挥切削作用。本发明增大了刀盘面网格与土的接触面积，增加了平衡支撑开挖面的稳定作用。
在本发明部分优选实施例中，参照图1所示，泥水仓8后端承插连接有一后段工作仓9，泥水仓8和后段工作仓9的内部空间不连通。
具体的，以承插连接的方式连接泥水仓8和后段工作仓9，既不影响泥水仓8和后段工作仓9间的相对运动，又能保持泥水仓8和后段工作仓9的内部空间与外界隔绝。
在本发明部分优选实施例中，参照图1所示，泥水仓8和后段工作仓9间设有一小水密门10。
具体的，小水密门10用于使工作人员在泥水仓8和后段工作仓9之间穿梭。
在本发明部分优选实施例中，参照图1所示，泥水仓8和后段工作仓9的交界处周向安装有至少两个位置相对的机头后纠偏千斤顶11。
具体的，本实施例中，在泥水仓8后设置有至少两个位置相对的机头后纠偏千斤顶11，千斤顶11是装在泥水仓8内壁，顶面着力点是在工作仓9的内壁，用于调整泥水仓8的姿态和方向。实际上，至少两个位置相对的机头后纠偏千斤顶11数量越多越能提高纠偏效率。例如，在一顶管工程中，顶管所穿越各土层性质变化大，土体的强度指标不均匀，且土层中时常遇到孤石。施工期间会由于土质不均匀或孤石而造成机头发生偏斜。顶进过程中遵循“勤纠微调”原则，根据对顶进轴线的测量，一旦发生机头轴线偏差，立即通过部分开启分布在泥水仓8后面的一圈纠偏千斤顶11，对顶管机机头进行强制纠偏，达到调整机头姿态的目的，保证管道沿设计轴线进行。
在本发明部分优选实施例中，参照图1所示，外凸大刀盘泥水平衡顶管机还包括排泥管路12，排泥管路12的抽泥端设于泥水仓8中，途经后段工作仓9，通向外凸大刀盘泥水平衡顶管机的尾端。
具体的，排泥管路12用于将泥土和搅碎的石块抽送至顶管机后端，从而清出顶管机前端区域，使顶管机能够向前运行。
在本发明部分优选实施例中，参照斜面3与外缘板2轴线之间的夹角为20°-30°。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种外凸大刀盘，所述外凸大刀盘是一种网格刀盘(1)，其特征在于包括：
外缘板(2)，所述外缘板(2)为与所述泥水仓(8)前端面相匹配的环形结构，且所述外缘板(2)转动连接于所述泥水仓(8)的前端；所述外缘板(2)的前端向所述外缘板(2)的轴心收拢，形成斜面(3)；
多个长筋板(4)，所述多个长筋板(4)分布在所述外缘板(2)的内空间中，且每个长筋板(4)的一端均同时与所述外缘板(2)的内环面连接；
中心侧板(6)，所述中心侧板(6)为环形并位于所述外缘板(2)中心，且与所述外缘板(2)同轴，所述每个长筋板(4)的另一端均与所述中心侧板(6)的外环面连接；
次中心侧板(7)，所述次中心侧板(7)为环形并位于所述外缘板(2)和所述中心侧板(6)之间，且与所述外缘板(2)同轴；
多个短筋板(5)，所述多个短筋板(5)的两端分别连接所述外缘板(2)的内环面和所述次中心侧板(7)的外环面，且每相邻的两个长筋板(4)之间设置一个短筋板(5)；
所述中心侧板(6)、所述次中心侧板(7)和所述外缘板(2)呈阶梯形设置，所述外缘板(2)位于最高点，所述多个短筋板(5)和所述多个长筋板(4)的外侧面均为斜面，且所述多个短筋板(5)和所述多个长筋板(4)的斜面与所述外缘板(2)相邻的一端均向所述外缘板(2)的中心线方向倾斜设置，从而形成一种外凸型大刀盘。
2.根据权利要求1所述的外凸大刀盘，其特征在于，所述斜面(3)与外缘板(2)轴线之间的夹角为20°-30°。
3.根据权利要求1所述的外凸大刀盘，其特征在于，所述多个长筋板(4)以所述外缘板(2)的轴心为中心，均匀分布在所述外缘板(2)的内空间中；所述多个长筋板(4)穿过所述次中心侧板(7)固定。
4.根据权利要求1-3任一项所述的外凸大刀盘，其特征在于，每相邻的两个长筋板(4)的角平分线上设置一个短筋板(5)。
5.根据权利要求4所述的外凸大刀盘，其特征在于，所述多个长筋板(4)和所述多个短筋板(5)各设有六根，且所述每个长筋板(4)与与其相邻的短筋板(5)间的夹角均为30°。
6.一种泥水平衡顶管机，包括泥水仓(8)，其特征在于，所述泥水仓(8)前端转动连接有一权利要求1-5任一项所述的外凸大刀盘。
7.根据权利要求6所述的泥水平衡顶管机，其特征在于，所述泥水仓(8)后端承插连接有一后段工作仓(9)，所述泥水仓(8)和后段工作仓(9)的内部空间不连通。
8.根据权利要求7所述的泥水平衡顶管机，其特征在于，所述泥水仓(8)和后段工作仓(9)间设有一小水密门(10)。
9.根据权利要求7所述的泥水平衡顶管机，其特征在于，所述泥水仓(8)和所述后段工作仓(9)的交界处周向安装有至少两个位置相对的机头后纠偏千斤顶(11)。
10.根据权利要求6-9任一项所述的泥水平衡顶管机，其特征在于，还包括排泥管路(12)，所述排泥管路(12)的抽泥端设于所述泥水仓(8)中，经所述后段工作仓(9)，通向所述外凸大刀盘泥水平衡顶管机的尾端。
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