CN108895201B - 一种顶管机及可退回式顶管施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种顶管机，包括外壳和内壳，还包括刀具组件和固连于内壳远离刀具组件一端的回拖装置，刀具组件包括与内壳相固连且能够进入中心腔体内的刀盘和第一端铰接于刀盘上且第二端能够绕第一端翻转折叠至中心腔体内的折叠刀架。折叠刀架的切削面积免受外壳的影响，且可避免人工翻转，有利提升掘进效率，同时有利于实现自动回退。此外，依靠回拖装置拖拽内壳，使内壳带动刀具组件从外壳的中心腔体内被拖拽至始发井内，避免人工拆卸外壳和内壳之间的连接，有利于进一步实现自动回退。因此，本发明所提供的顶管机既有利于提升掘进效率，有利于实现自动回退。本发明还公开了一种应用于如上所述的顶管机的可退回式顶管施工方法。

Description

一种顶管机及可退回式顶管施工方法

技术领域

本发明涉及工程装备技术领域，特别涉及一种顶管机。本发明还涉及一种可退回式顶管施工方法。

背景技术

一方面因城市急剧发展引起环境破坏、交通堵塞、占用土地广等问题使地下空间的开发逐渐成为必要；另一方面明挖法在施工过程因噪声、振动、大范围作业等对施工周边居民的生活及地面交通造成严重的影响使文明施工日趋受到关注。自然，顶管机施工因对施工周遭影响小、可穿越障碍物施工、适应土质范围广、破碎能力强等优势，被广泛应用于隧道挖掘、市政排水、通信电缆、燃气管道、电力电缆等领域。

顶管机通常包括刀盘、刀壳、动力装置、排出装置和纠偏装置等，顶管机作业时，先利用位于刀壳内的动力装置驱动刀盘掘出隧道，再利用排土装置排出隧道内的泥土或泥浆，接着在新掘进的隧道内吊装管片，如此往复，直至顶管机由始发井推进至接收井。

现有的顶管机的刀壳包括外壳和利用螺栓螺母可拆卸地与外壳相连的内壳，且内壳的内腔内设有横截面与外壳内腔的横截面相吻合的刀盘，由此在遇到特殊地形时，直接将内壳和刀盘拖拽至始发井内，而可无需设置接收井。

然而，一方面由于刀盘的切削工作面受外壳内腔的影响，使刀盘的切削面积受到限制，进而影响掘进效率的提高；另一方面由于在回退内壳及刀盘的过程中需人工拆卸外壳与内壳之间的连接部件，作业强度大，导致顶管机回退不方便，不利于实现自动回退。

因此，现有的顶管机不仅不利于提升掘进效率，而且还不利于实现自动回退。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种顶管机及可退回式顶管施工方法，既有利于提升掘进效率，又有利于实现自动回退。

其具体方案如下：

本发明提供一种顶管机，包括具有中心腔体的外壳和紧贴于所述中心腔体的内侧设置的内壳，还包括刀具组件和固连于所述内壳远离所述刀具组件一端、用于拖动所述内壳相对于所述外壳移动的回拖装置，所述刀具组件包括：

与所述内壳相固连且能够进入所述中心腔体内的刀盘；

第一端铰接于所述刀盘上且第二端能够绕所述第一端翻转折叠至所述中心腔体内的折叠刀架。

优选地，若干个所述折叠刀架相对于所述刀盘的中心对称分布。

优选地，所述折叠刀架包括：

与所述刀盘相铰接的刀柄；

固设于所述刀柄远离所述刀盘的一端且具有弧状结构、用于支撑刀具的刀头。

优选地，所述刀具组件还包括：

若干在厚度方向上穿过所述刀盘、用于供泥浆流通的进泥槽；

穿过所述折叠刀架且两端分别卡接于所述刀盘上、用于支撑所述折叠刀架相对于所述刀盘转动的转轴。

优选地，两端分别连接于所述刀盘与所述折叠刀架之间、用于辅助所述折叠刀架复位的弹性元件。

优选地，还包括：

位于所述内壳内且与所述刀盘远离所述折叠刀架的一端相固连、用于驱动所述刀盘带动所述折叠刀架转动的旋转驱动装置。

优选地，所述内壳包括与所述外壳的内侧面相抵的第一内壳套和套设于所述第一内壳套内的第二内壳套，还包括两端分别与所述第一内壳套和所述第二内壳套相铰接、用于调整所述刀盘姿态的纠偏装置。

优选地，还包括固设于所述旋转驱动装置与所述外壳之间且具有大径端朝向所述刀盘的锥状结构的土仓挡板。

优选地，还包括：

安装于所述刀盘上、用于检测所述刀盘位置的位置检测装置；

与所述回拖装置相连、用于驱动所述回拖装置带动所述内壳移动的回拖驱动装置；

分别与所述位置检测装置和回拖驱动装置相连、用于根据所述位置检测装置发送的信息控制所述回拖驱动装置驱动所述回拖装置动作的控制装置。

本发明还提供一种利用如上任一项所述的顶管机的可退回式顶管施工方法，包括：

在始发井内组装并调试顶管机；

利用顶管机挖掘隧道至预设位置，并注浆加固掌子面；

当顶管机掘进至预设位置时，启动回拖装置，折叠刀架折叠翻转至内壳内，内壳带动刀具组件相对于外壳退回至始发井。

相对于背景技术，本发明提供一种顶管机，具有中心腔体的外壳和紧贴于所述中心腔体的内侧设置的内壳，还包括刀具组件和固连于所述内壳远离所述刀具组件一端、用于拖动所述内壳相对于所述外壳移动的回拖装置，所述刀具组件包括与所述内壳相固连且能够进入所述中心腔体内的刀盘和第一端铰接于所述刀盘上且第二端能够绕所述第一端翻转折叠至所述中心腔体内的折叠刀架。

一方面，由于所述内壳与所述外壳之间采用套接的方式连接，且所述内壳与所述回拖装置相固连，在利用所述回拖装置拖拽所述内壳时，无需人工参与便能够从所述外壳的中心腔体内拖拽出所述内壳，劳动强度小，有利于实现自动回退；另一方面，所述折叠刀架能够在无需人工参与的前提下翻转至所述外壳的中心腔体内，并随所述刀盘进入所述外壳的中心腔体内，有利于进一步实现自动回退。

另外，由于所述折叠刀架能够相对于所述刀盘旋转至所述外壳的中心腔体内，且能够随所述刀盘进入所述外壳的中心腔体内，故所述折叠刀架的切削面积不受所述外壳的中心腔体的横截面限制，有利于增大折叠刀架的切削面积，从而有利于提升掘进效率。

因此，现有的顶管机既有利于提升掘进效率，又有利于实现自动回退。

本发明所提供的一种应用于如上所述的顶管机的可退回式顶管施工方法，具有相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具体实施方式所提供顶管机的结构示意图；

图2为图1中刀具组件的主视图；

图3为图2的侧视图；

图4为图1中回拖装置的结构示意图；

图5为图1中顶管机在始发井内准备挖掘隧道的工作状态图；

图6为图1中顶管机在已挖掘隧道的终点或在已挖掘隧道内遇到障碍时准备回退的工作状态图；

图7为图1中顶管机在已挖掘隧道内回退的工作状态图；

图8为图1中顶管机回退至始发井内的工作状态图；

附图标记如下：

外壳1、内壳2、刀具组件3、回拖装置4、旋转驱动装置5、纠偏装置6、土仓挡板7和监测装置8；

第一内壳套21和第二内壳套22；

刀盘31、折叠刀架32、进泥槽33和转轴34；

刀柄321和刀头322；

旋转主轴51和旋转电机52。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图4，图1为本发明一种具体实施方式所提供顶管机的结构示意图；图2为图1中刀具组件的主视图；图3为图2的侧视图；图4为图1中回拖装置的结构示意图。

本发明实施例公开了一种顶管机，包括外壳1、内壳2、刀具组件3和回拖装置4，其中刀具组件3包括刀盘31和折叠刀架32。

外壳1具有用于便容纳内壳2和刀具组件3等部件的中心腔体，其外周面主要用于支撑隧道。在该具体实施例中，外壳1的横截面优选圆环形，当然，外壳1的横截面也可以是方形环状结构或矩形环状结构，不限于此。

内壳2紧贴于外壳1中心腔体的内侧面，优选地，内壳2的外周面与外壳1中心腔体的内侧面采用过盈连接，当然，内壳2与外壳1之间的连接方式不限于此。

在该具体实施例中，刀盘31与内壳2相固连，且刀盘31能够进入外壳1的中心腔体内。折叠刀架32的第一端铰接于刀盘31上，其第二端能够绕第一端翻转折叠至外壳1的中心腔体内。优选地，若干个折叠刀架32相对于刀盘31的中心对称分布，且折叠刀架32包括与刀盘31相铰接的刀柄321和刀头322，刀头322固设于刀柄321远离刀盘31的一端，且具有弧状结构，主要用于支撑刀具。

此外，为了保证折叠刀架32能够相对于刀盘31稳定地实现翻转折叠，优选地，刀具组件3还包括若干进泥槽33、转轴34和弹性元件，进泥槽33在刀盘31的厚度方向上穿过刀盘31，主要用于供泥浆流通。转轴34穿过折叠刀架32，且其两端分别卡接于刀盘31以便支撑折叠刀架32相对于刀盘31转动。弹性元件的端分别连接于刀盘31与折叠刀架32之间，主要用于便辅助折叠刀架32在翻转折叠后复位，同时还能用于支撑折叠刀架32。

在该具体实施例中，刀盘31大致呈十字形，其四个延伸端两两相对于刀盘31的中心对称分布，且刀盘31的横截面小于等于外壳1的中心腔体的内径，以便刀盘31能够随内壳2在外壳1的中心腔体内移动。优选地，在刀盘31上具体开设有四个分别位于十字形刀盘31的四个夹角处扇形进泥槽33。优选地，两个折叠刀架32对称分布于刀盘31的两个相对的延伸端上，通常情况下，折叠刀架32和刀盘31通常安装有用于切削土体或岩体的中心刀、滚刀、刮刀和切刀等刀具，对称分布的折叠刀架32能够有效地保证刀盘31在切削过程中能够均匀受力。当然，刀盘31的结构及折叠刀架32的数量均不限于此，具体可依据外壳1的结构做出适当的调整，但无论何种结构必须保证折叠刀架32的设置能够使刀盘31均匀受力。

优选地，折叠刀架32的刀柄321具体为方形柱状刀柄，在该方形柱状刀柄靠近转轴34的一端设有供转轴34穿过的圆柱形通孔，相应地，转轴34为圆柱型转轴，当然，刀柄321和转轴34的结构不限于此。刀柄321与刀头322具体采用一体式结构，具体地，刀头322为中心与刀盘31的中心重合且与待掘工作面相对设置的弧状结构，该弧状结构的对称中心线与刀柄321的纵向中心线重合，以便大面积切削土体或岩体，以保证掘进效率。具体地，用于安装折叠刀架32的刀盘31的两个延伸端上分别设有用于安装转轴34的圆柱形安装槽，当然，转轴34的安装方式不限于此。另外，弹性元件优选圆柱弹簧，当然，不限于此。

折叠刀架32的第二端可以相对于其第一端沿与刀盘31的中心轴线倾斜相交的方向延伸至外壳1的外侧，在保证折叠刀架32能承受一定的轴向力的同时也能使折叠刀架32实现折叠。

其中，折叠刀架32的第二端为设有刀头322的一端，折叠刀架32的第一端为设有刀柄321的一端，也即刀柄321的纵向中心线与刀盘31的中心轴线呈一定夹角，其中需要指出的是刀柄321的纵向中心线为刀柄321在长度方向上延伸的中心对称线。当刀盘31随内壳2在外壳1的中心腔体内向始发井回退时，折叠刀架32的第二端靠向外壳1的一侧与外壳1的对应端部相抵，外壳1固定不动，折叠刀架32的第二端受到外壳1的挤压，使折叠刀架32克服弹性元件的弹性力绕折叠刀架32的第一端翻转，直至折叠刀架32折叠至外壳1的中心腔体内，这样便能够保证折叠刀架32具有足够的切削面积，且无需人工拆卸，有利于实现自动回退。

回拖装置4固连于内壳2远离刀具组件3的一端，主要用于拖动内壳2相对于外壳1移动，以便将翻转折叠后的刀具组件3直接拖出外壳1的中心腔体，避免人工拆卸刀具组件3和内壳2，从而减轻劳动强度，有利于实现自动回退。在该具体实施例中，优选地，回拖装置4优选利用螺栓螺母与内壳2固连为一体，当然，回拖装置4与内壳2的固连方式不限于此。

本发明还包括位于内壳2内的旋转驱动装置5，旋转驱动装置5与刀盘31远离折叠刀架32的一端相固连，主要用于驱动刀盘31带动折叠刀架32转动。在该具体实施例中，旋转驱动装置5包括与刀盘31相连的旋转主轴51和与旋转主轴51远离刀盘31的一端相固连的旋转电机52。此外，在旋转电机52的端部还设置有用于防止旋转电机52扭转的防扭装置，以防旋转电机52扭转，从而使外壳1和内壳2能够在掘进过程中保持同步运动。当然，旋转驱动装置5的结构不限于此。

本发明还包括纠偏装置6，具体地，内壳2包括与外壳1中心腔体的内侧面相抵的第一内壳套21和套设于第一内壳套21内的第二内壳套22，纠偏装置6的两端分别与第一内壳套21和第二内壳套22相铰接，主要用于调整刀具组件3的姿态。优选地，纠偏装置6为纠偏液压缸，其缸筒及活塞杆分别通过铰支座与第一内壳套21和第二内壳套22相铰接。当然，纠偏装置6的结构及布置形式不限于此。

本发明还包括土仓挡板7，土仓挡板7固设于旋转驱动装置5与外壳1之间，且具有大径端朝向刀盘31设置的锥状结构。此外，在土仓挡板7上还设置用于注浆的注浆孔和用于排出泥浆的排泥孔。需要指出的是，土仓挡板7的锥型面还能够在旋转主轴51旋转的过程中破碎土仓内岩块或泥块。当然，土仓挡板7的结构不限于此。

本发明还包括监测装置8，监测装置8优选激光靶，通过激光靶检测并反馈顶管机主机的姿态，其中顶管机主机包括外壳1、内壳2和刀具组件3等部件，便于操作人员实时调节刀具组件3的掘进方向。

本发明还包括位置检测装置、回拖驱动装置和控制装置，其中位置检测装置安装于刀盘31上，主要用于检测刀盘31位置；回拖驱动装置与回拖装置4相连，主要用于驱动回拖装置4带动内壳2移动；控制装置分别与位置检测装置和回拖驱动装置相连，用于根据位置检测装置发送的信息控制回拖驱动装置驱动回拖装置4动作。具体地，当然刀盘31掘进至预设位置时，位置检测装置将刀盘31当前的位置信息发送至控制装置，控制装置经转化和逻辑判断后控制回拖驱动装置驱动回拖装置4动作，使回拖装置4带动内壳2和刀具组件3移动至始发井内，从而实现顶管机的自动回退。

综上所述，本发明所提供的顶管机包括外壳1、内壳2、刀具组件3和回拖装置4，刀具组件3包括刀盘31和折叠刀架32，折叠刀架32能够相对于刀盘31自动翻转折叠至外壳1的中心腔体内，从而使折叠刀架32的切削面积免受外壳1的影响，且能够避免人工翻转折叠刀架32，有利于提升掘进效率，同时有利于实现自动回退。此外，依靠回拖装置4拖拽内壳2，使内壳2带动刀具组件3从外壳1的中心腔体内被拖拽至始发井内，避免人工拆卸外壳1和内壳2之间的连接，有利于进一步实现自动回退。因此，本发明所提供的顶管机既有利于提升掘进效率，又有利于实现自动回退。

请参考图5至图8，图5为图1中顶管机在始发井内准备挖掘隧道的工作状态图；图6为图1中顶管机在已挖掘隧道的终点或在已挖掘隧道内遇到障碍时准备回退的工作状态图；图7为图1中顶管机在已挖掘隧道内回退的工作状态图；图8为图1中顶管机回退至始发井内的工作状态图。

本发明还提供一种应用上述顶管机的可退回式顶管施工方法，包括：

步骤一：在始发井内组装并调试顶管机；

先根据预设施工线路，在合适的位置设置始发井。然后，将顶管机的外壳1、内壳2及刀具组件3，分块分步地吊运至始发井内，并在始发井内组装顶管机的外壳1、内壳2、刀具组件3和内壳2内的所有部件。接着，调试顶管机各部件，以保证顶管机运行稳定可靠。

步骤二：利用顶管机挖掘隧道至预设位置，并注浆加固掌子面；

运行顶管机，对隧道进行挖掘，并拼装管节，便形成隧道，直至顶管机运行至预设位置停止工作；当顶管机停止工作时，注浆孔注入固化浆液，该浆液可以是砂浆或双液浆等，以便稳定掌子面及外壳1外周的岩体或土体，以防在回退内壳2的过程中使已挖掘隧道发生塌方等严重的安全事故。

步骤三：当顶管机掘进至预设位置时，启动回拖装置4，折叠刀架32折叠翻转至内壳2内，内壳带动刀具组件3相对于外壳1退回至始发井。

具体地，当顶管机运行至预设位置或遇到较大体积的障碍物时，启动回拖装置4，回拖装置4拖拽内壳2，折叠刀架32相对于刀盘31翻转折叠至外壳1的中心腔体内，继续拖拽内壳2，内壳2和刀具组件3被从外壳1的中心腔体拖出至始发井内，从而完成顶管机的回退。若有障碍物，清理完障碍物后继续吊入顶管机进行挖掘。通常情况下，为了防止隧道周遭的洞体塌方，外壳1通常停留于已挖掘的隧道内，充当管节，以提升隧道的强度。

因此，本方法便能产生相同的有益效果，在此不再赘述。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种顶管机及可退回式顶管施工方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种顶管机，包括具有中心腔体的外壳（1）和紧贴于所述中心腔体的内侧设置的内壳（2），其特征在于，还包括刀具组件（3）和固连于所述内壳（2）远离所述刀具组件（3）一端、用于拖动所述内壳（2）相对于所述外壳（1）移动的回拖装置（4）；

所述刀具组件（3）包括：

与所述内壳（2）相固连且能够进入所述中心腔体内的刀盘（31）；

第一端铰接于所述刀盘（31）上且第二端能够绕所述第一端翻转折叠至所述中心腔体内的折叠刀架（32）；

穿过所述折叠刀架（32）且两端分别卡接于所述刀盘（31）上、用于支撑所述折叠刀架（32）相对于所述刀盘（31）转动的转轴（34）；

两端分别连接于所述刀盘（31）与所述折叠刀架（32）之间、用于辅助所述折叠刀架（32）复位的弹性元件；

其中，所述刀盘（31）呈十字形，其四个延伸端两两相对于所述刀盘（31）的中心对称分布，且所述刀盘（31）的横截面小于等于所述外壳（1）的中心腔体的内径，以使所述刀盘（31）能够随所述内壳（2）在所述外壳（1）的中心腔体内移动；两个所述折叠刀架（32）对称分布于所述刀盘（31）的两个相对的延伸端上；两个所述折叠刀架（32）相对于所述刀盘（31）的中心对称分布；所述折叠刀架（32）包括与所述刀盘（31）相铰接的刀柄（321）及固设于所述刀柄（321）远离所述刀盘（31）的一端且具有弧状结构、用于支撑刀具的刀头（322）；所述刀柄（321）与所述刀头（322）采用一体式结构；所述刀头（322）的中心与所述刀盘（31）的中心重合，所述刀头（322）的弧状结构的对称中心线与所述刀柄（321）的纵向中心线重合；

所述折叠刀架（32）的第二端可以相对于其第一端沿与所述刀盘（31）的中心轴线倾斜相交的方向延伸至外壳（1）的外侧；

所述刀具组件（3）还包括在厚度方向上穿过所述刀盘（31）并用于供泥浆流通的进泥槽（33）；所述进泥槽（33）为扇形进泥槽；在所述刀盘（31）上具体开设有四个所述扇形进泥槽，四个所述扇形进泥槽分别位于十字形的所述刀盘（31）的四个夹角处；

又包括：

位于所述内壳（2）内且与所述刀盘（31）远离所述折叠刀架（32）的一端相固连、用于驱动所述刀盘（31）带动所述折叠刀架（32）转动的旋转驱动装置（5）；

固设于所述旋转驱动装置（5）与所述外壳（1）之间且具有大径端朝向所述刀盘（31）的锥状结构的土仓挡板（7）。

2.根据权利要求1所述的顶管机，其特征在于，所述内壳（2）包括与所述外壳（1）的内侧面相抵的第一内壳套（21）和套设于所述第一内壳套（21）内的第二内壳套（22），还包括两端分别与所述第一内壳套（21）和所述第二内壳套（22）相铰接、用于调整所述刀盘（31）姿态的纠偏装置（6）。

3.根据权利要求1至2任一项所述的顶管机，其特征在于，还包括：

安装于所述刀盘（31）上、用于检测所述刀盘（31）位置的位置检测装置；

与所述回拖装置（4）相连、用于驱动所述回拖装置（4）带动所述内壳（2）移动的回拖驱动装置；

分别与所述位置检测装置和回拖驱动装置相连、用于根据所述位置检测装置发送的信息控制所述回拖驱动装置驱动所述回拖装置（4）动作的控制装置。

4.一种利用如权利要求1至3任一项所述的顶管机的可退回式顶管施工方法，其特征在于，包括：

在始发井内组装并调试顶管机；

利用顶管机挖掘隧道至预设位置，并注浆加固掌子面；

启动回拖装置（4），折叠刀架（32）折叠翻转至内壳（2）内，内壳（2）带动刀具组件（3）相对于外壳（1）退回至始发井。