CN110030009A - 一种用于长距离掘进的顶掘机及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于长距离掘进的顶掘机以及其施工方法，顶掘机包括：用于掘进钻取的机头，机头设有刀盘和驱动刀盘的主驱动；机架，机架上设置有用于推动机头的主顶装置；用于支护且排渣的螺旋套管装置，主顶装置通过若干个依次连接的螺旋套管装置连接机头的固定部，螺旋套管装置与机头、主顶装置可拆卸连接，螺旋套管装置设有独立于刀盘的主驱动以实现排渣的螺旋驱动装置。本申请通过将掘进结构设置为机头和螺旋套管装置可拆的分段式结构，将用于排渣的螺旋套管装置与刀盘的驱动相互独立，使得掘进的距离不受动力装置的限制，扩大掘进机掘进长度的适用范围。该方法能够实现顶掘机向挖掘部位内部不断伸入，适用于长距离式的隧道施工。

Description

一种用于长距离掘进的顶掘机及其施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，更具体地说，涉及一种用于长距离掘进的顶掘机及其施工方法。

背景技术

隧道施工经常会遇到施工效率要求非常高且掘进距离较长的工程，如煤矿或隧道塌方救援等。

目前市场上类似施工设备主要有泥水/土压平衡顶管机、螺旋顶管机，但是目前这些设备存在诸多局限性。泥水/土压平衡顶管机需要许多辅助设备，施工占用场地空间大，且施工效率慢。螺旋顶管机，虽然相对泥水/土压平衡顶管机大大提高了施工效率，但是，目前已有的螺旋顶管机技术，主驱动装置均设在始发侧，采用中心单个主驱动，这种驱动形式决定了设备无法实现长距离掘进。

随着高难度管道工程的不断涌现，当遇到掘进效率要求相当高、需要长距离掘进、需要导向和纠偏精度高、存在岩石/大粒径岩块地层且不具备接收井的工程，现有的顶掘机技术已经无能为力。

综上所述，如何提供一种能够用于长距离式施工的顶掘机，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于长距离掘进的顶掘机，该顶掘机能够用于长距离的施工，能够扩大掘进机的适用范围。本发明的另一目的是提供一种用于长距离掘进的顶掘机的施工方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于长距离掘进的顶掘机，包括：

用于掘进钻取的机头，所述机头设有刀盘和驱动所述刀盘的主驱动；

机架，所述机架上设置有用于推动所述机头的主顶装置；

用于支护且排渣的螺旋套管装置，所述主顶装置通过若干个依次连接的所述螺旋套管装置连接所述机头的固定部，所述螺旋套管装置与所述机头、所述主顶装置可拆卸连接，所述螺旋套管装置设有独立于所述刀盘的主驱动以实现排渣的螺旋驱动装置。

优选的，所述螺旋套管装置包括若干个依次连接的套管装置，所述套管装置中设有用于传动料渣的螺旋驱动轴，相邻的所述套管装置的套管可拆卸连接，相邻的所述螺旋驱动轴连接，其中一个所述螺旋驱动轴与用于驱动所述螺旋驱动轴转动的所述螺旋驱动装置连接；

相邻的所述螺旋套管装置的所述螺旋驱动轴之间具有间隙。

优选的，所述机头和所述套管装置均包括内套管和设置在所述内套管外部的外套管；

所述机头和所述套管装置的内套管内均设有所述螺旋驱动轴，所述螺旋驱动轴上设有用于传动料渣的螺旋叶片，所述内套管与所述外套管之间设有所述螺旋驱动装置；

所述螺旋套管装置的内套管可拆卸地连接所述机头的内套管，所述螺旋套管装置的外套管可拆卸地连接所述机头的外套管。

优选的，所述主驱动包括马达、与所述马达连接的减速机以及与所述减速机的输出端连接的齿轮，所述减速机的主体固定在所述机头的内套管的外部，所述齿轮与所述机头的螺旋驱动轴的输入端连接，用于驱动所述机头的螺旋驱动轴以带动所述刀盘转动。

优选的，所述机头的螺旋驱动轴设有固定刀盘部，所述固定刀盘部外周铰接于设置可向掘进方向折叠的可折叠刀盘部；

所述机头的所述外套管具有限位部，用于在所述螺旋驱动轴带动所述刀盘回退时推动所述可折叠刀盘部进行折叠，以使所述刀盘缩回所述外套管中。

优选的，所述外套管与所述内套管之间通过防扭装置连接，以限制二者的周向相对转动。

优选的，所述外套管上设有轴向延伸的凸起，所述内套管上设有与所述凸起配合插接以限制周向转动的凹槽。

优选的，所述内套管包括对接设置的第一内套管和第二内套管，所述第一内套管和所述第二内套管通过用于轴向纠偏或径向纠偏的纠偏油缸连接。

优选的，还包括：

设置于所述机头上的刻度板，所述刻度板位于所述机头的所述外套管和所述内套管之间；

用于测量所述刻度板以获取所述机头姿态的激光器，所述激光器设于所述机架。

优选的，所述机架设有用于为所述主顶装置提供反力的反力装置；

和/或，所述机架设有起吊装置，用于在拆装所述螺旋套管装置时对所述螺旋套管装置进行吊装。

一种用于长距离掘进的顶掘机的施工方法，应用于权利要求上述任一项所述的用于长距离掘进的顶掘机；所述施工方法包括：

在主顶装置所在的始发侧内组装并调试顶掘机；

控制所述掘进机的机头驱动刀盘进行挖掘的同时通过螺旋套管装置进行排渣；

所述螺旋套管装置进入挖掘区域后，吊装下一段所述螺旋套管装置并连接于当前进入挖掘区域后的最后一个所述螺旋套管装置的尾端，继续进行挖掘。

优选的，还包括：

在挖掘完成后，控制当前进入挖掘区域后的最后一个所述螺旋套管装置向后退回。

本发明提供的顶掘机包括设有刀盘的机头、设有主顶装置的机架和用于连接机头和主顶装置的螺旋套管装置，螺旋套管装置与机头、主顶装置可拆卸连接，若干个螺旋套管装置依次连接，形成一条用于将主顶装置的推动力传递给机头的传动链，螺旋套管装置的数量可以通过拆卸调整，以便调整机头向掘进位置伸入的深度。螺旋套管装置上设有用于排渣的螺旋驱动装置，螺旋驱动装置独立于刀盘的主驱动，以避免由单个驱动装置带动整体而造成动力不足或对掘进距离的限制。

与现有技术相比，本申请将对刀盘的驱动动力由主顶装置的始发侧调整至伸入侧的刀盘上，且将控制排渣的螺旋驱动装置独立于刀盘运动的驱动器，从而解决了掘进过程中驱动力对掘进距离的限制。

本申请所提供的顶掘机通过将掘进结构设置为包括机头和螺旋套管装置的可拆卸的分段式结构，并将用于排渣的螺旋套管装置与刀盘的驱动相互独立设置，从而使得掘进的距离不受动力装置的限制，能够实现较长距离的掘进操作，扩大了掘进机掘进长度的适用范围。

本申请还提供了一种应用于上述顶掘机的施工方法，该方法应用于顶掘机上能够方便实现顶掘机向挖掘部位内部不断的伸入，适用于长距离式的隧道施工。另外，还可以实现可回退施工，当掘进过程中遇到障碍时，也可将主机回退，待处理完障碍物后，再次将主机送入洞内施工。

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为本发明所提供的用于长距离掘进的顶掘机的正剖图；

图2为本发明所提供的刀盘的正剖图；

图3为本发明所提供的刀盘的侧视图；

图4为本发明所提供的机头的正剖图；

图5为本发明所提供的不含驱动装置的螺旋套管装置的剖视图；

图6为本发明所提供的不含驱动装置的螺旋套管装置的侧剖图；

图7为本发明所提供的包含驱动装置的螺旋套管装置的剖视图；

图8为施工准备阶段的示意图；

图9为开始掘进阶段的示意图；

图10为吊装下一段螺旋套管装置的示意图。

图1-10中：

刀盘1，固定刀盘部1-1、可折叠刀盘部1-2；

主驱动2，马达2-1、减速机2-2、齿轮2-3、轴承2-4；

螺旋套管装置3，内套管3-1、外套管3-2、螺旋驱动轴3-3、防扭装置3-4、螺旋驱动装置3-5；

纠偏油缸4、测量装置5、机架6、主顶装置7、反力装置8、起吊装置9；不含螺旋驱动的套管装置M、包含螺旋驱动的套管装置N、机头P。

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。

本发明的核心是提供一种用于长距离掘进的顶掘机，该顶掘机能够用于长距离的施工，能够扩大掘进机的适用范围。本发明的另一核心是提供一种用于长距离掘进的顶掘机的施工方法。

请参考图1至图10，图1为本发明所提供的用于长距离掘进的顶掘机的正剖图；图2为本发明所提供的刀盘的正剖图；图3为本发明所提供的刀盘的侧视图；图4为本发明所提供的机头的正剖图；图5为本发明所提供的不含驱动装置的螺旋套管装置的剖视图；图6为本发明所提供的不含驱动装置的螺旋套管装置的侧剖图；图7为本发明所提供的包含驱动装置的螺旋套管装置的剖视图；图8为施工准备阶段的示意图；图9为开始掘进阶段的示意图；图10为吊装下一段螺旋套管装置的示意图。

本申请提供了一种用于长距离掘进的顶掘机，在结构上主要包括：用于掘进钻取的机头、机架6和用于支护且排渣的螺旋套管装置3。

机头设有刀盘1和驱动刀盘1的主驱动2；

机架6上设置有用于推动机头的主顶装置7；

主顶装置7通过若干个依次连接的螺旋套管装置3连接机头的固定部，螺旋套管装置3与机头、主顶装置7可拆卸连接，螺旋套管装置3设有独立于刀盘1的主驱动2以实现排渣的螺旋驱动装置3-5。

需要说明的是，本申请中的机架6为整体结构的机架，可以选用选有技术中的多种材质或结构的架构，主要用于放置推动机头作业的主顶装置7，现有技术中主动装置7可以为气缸、液压缸等动力机构。

机头包括主驱动2，主驱动2连接刀盘1，用于驱动刀盘1进行掘进作业。需要说明的是，主驱动2连接控制系统，控制系统为顶掘机的中控系统，通过控制主驱动2的工作以实现对刀盘1作业的控制。

主顶装置7的输出端通过螺旋套管装置3连接机头，即通过推动螺旋套管装置3从而实现推动机头向掘进方向移动。螺旋套管装置3设有螺旋驱动装置，用于通过螺旋叶片或螺旋杆件的旋转作用实现对渣料的推动作用，以实现排渣，这一点与现有技术中的排渣方式相同，螺旋套管装置3即为螺旋输送装置，即在刀盘1后方设置螺旋输送装置，以便通过螺旋输送装置进行排渣。

本申请与现有技术中主要的区别点在于，主顶装置7、螺旋套管装置3和机头之间为可拆卸连接，且螺旋套管装置3的动力与刀盘1的动力相对独立，也就是说，可以通过在主顶装置7和机头之间增设螺旋输送装置的方式，在不断伸入掘进方向时，保证主顶装置的位置不改变，同时机头能够不断伸入，实现长距离掘进。

其中，主顶装置7连接一个螺旋套管装置3，或者连接由若干个螺旋套管装置连接形成的螺旋套管装置链。

与现有技术相比，本申请将对刀盘1的驱动动力由主顶装置7的始发侧调整至伸入侧，且将控制排渣的螺旋驱动装置3独立于刀盘1运动的主驱动2，从而解决了掘进过程中驱动力对掘进距离的限制。

本申请所提供的顶掘机通过将掘进结构设置为包括机头和螺旋套管装置3的可拆卸的分段式结构，并将用于排渣的螺旋套管装置3与刀盘1的驱动相互独立设置，从而使得掘进的距离不受动力装置的限制，能够实现较长距离的掘进操作，扩大了掘进机掘进长度的适用范围。

在上述实施例的基础之上，螺旋套管装置3包括若干个依次连接的套管装置，套管装置中均设有用于传动料渣的螺旋驱动轴3-3，相邻的套管装置的套管可拆卸连接，相邻的螺旋驱动轴3-3连接，其中一个螺旋驱动轴3-3与用于驱动螺旋驱动轴3-3转动的螺旋驱动装置3-5连接；

相邻的螺旋套管装置3的螺旋驱动轴3-3之间具有间隙。

需要说明的是，螺旋套管装置3可以有若干个套管装置通过首尾依次连接形成直线型的螺旋套管装置3，若干个套管装置之间可拆卸连接，从而能够改变螺旋套管装置3的长度。套管装置中设有螺旋驱动轴3-3，螺旋驱动轴上设右用于传送渣料的螺旋叶片或者其它螺旋结构。

相邻的套管装置的固定部可拆卸连接，相邻的套管装置的螺旋驱动轴也是可拆卸的连接，连接状态下二者能够进行传动。一个螺旋套管装置3中有至少一个螺旋驱动轴3-3设有提供动力的螺旋驱动装置3-5，若有两个或两个以上的螺旋驱动装置3-5，需要保证同步驱动，以避免形成干涉。

需要说明的是，在套管装置中的螺旋驱动装置3-5作用就是驱动螺旋驱动轴3-3转动以实现排料，其与掘进无关，当然，排料通常应当在掘进的同时，这里仅是为了说明刀盘1掘进的动力与螺旋驱动装置3-5动力相互独立、不干涉。

另外，相邻的螺旋套管装置3的螺旋驱动轴3-3是不连接的，可以参考说明书附图8，其中不同的螺旋套管装置3的螺旋驱动轴3-3在轴向上具有间隙。所有的螺旋套管装置3的螺旋驱动装置3-5均分别与顶掘机的控制系统连接，以便于实现在掘进时统一控制。

本实施例所提供的顶掘机在螺旋套管装置3和机头上均设有螺旋驱动轴3-3，且均分别通过对应的动力装置实现驱动控制，从而二者不存在干涉，且相邻的螺旋套管装置3之间的螺旋驱动轴3-3分别驱动，互相之间不干涉，因此能够保证稳定的排渣作业。

在上述实施例的基础之上，机头和套管装置均包括内套管3-1和设置在内套管3-1外部的外套管3-2；

机头和套管装置的内套管3-1内均设有螺旋驱动轴3-3，螺旋驱动轴3-3上设有用于传动料渣的螺旋叶片，内套管3-1与外套管3-2之间设有螺旋驱动装置3-5；

螺旋套管装置3的内套管3-1可拆卸地连接机头的内套管，螺旋套管装置3的外套管3-2可拆卸地连接机头的外套管。

需要说明的是，机头包括内套管3-1和外套管3-2，二者嵌套设置，螺旋驱动轴3-3设置在内套管3-1内部，可以通过固定装置将内套管3-1和螺旋驱动轴3-3在轴向上固定，在螺旋驱动轴3-3上设有螺旋叶片。

同样，套管装置同样也包括一组内套管3-1和外套管3-2，二者嵌套设置，螺旋驱动轴3-3设置在内套管3-1内部，可以通过固定装置将内套管3-1和螺旋驱动轴3-3在轴向上固定，在螺旋驱动轴3-3上设有螺旋叶片。

对于相邻的套管装置而言，二者的内套管3-1相互连接，二者的外套管3-2相互连接，形成完整的内外套管结构。

本实施例中设置了内、外套管结构，内、外套管嵌套设置，形成内外两个空间，内套管3-1内部区域用于设置螺旋驱动轴3-3，用于驱动螺旋驱动轴3-3转动的螺旋驱动装置3-5设置在内套管3-1与外套管3-2之间，一方面能够实现避免占用中部螺旋驱动轴3-3的空间，另一方面有利于进行维修和调整。

上述主驱动2的类型可以为多种结构或类型，在上述实施例的基础之上，主驱动2包括马达2-1、与马达2-1连接的减速机2-2以及与减速机2-2的输出端连接的齿轮2-3，减速机2-2的主体固定在机头的内套管的外部，齿轮2-3与机头的螺旋驱动轴3-3的输入端连接，用于驱动机头的螺旋驱动轴3-3以带动刀盘1转动。

需要说明的是，主驱动2设置在内套管3-1外部，从而可以实现在退出时，随内套管3-1移出。主驱动2的作用是驱动螺旋驱动轴3-3转动，因此主驱动2的输出端上的齿轮2-3与螺旋驱动轴3-3上的齿轮啮合传动，主驱动2的动力源为马达2-1，马达2-1连接减速机2-2，减速机的输出端连接齿轮2-3，从而实现对齿轮2-3的动力驱动。

可选的，上述内套管3-1上设置有轴承2-4，齿轮2-3设置在上述轴承2-4上。

在上述实施例的基础之上，机头的螺旋驱动轴3-3设有固定刀盘部1-1，固定刀盘部1-1外周铰接于设置可向掘进方向折叠的可折叠刀盘部1-2；

机头的外套管3-2具有限位部，用于在螺旋驱动轴3-3带动刀盘1回退时推动可折叠刀盘1部进行折叠，以使刀盘1缩回外套管中。

需要说明的是，固定刀盘部1-1连接螺旋驱动轴3-3，当螺旋驱动轴3-3转动时，能够带动固定刀盘部1-1转动，固定刀盘部1-1上铰接可折叠刀盘部1-2，可折叠刀盘部1-2在掘进状态下与固定刀盘部1-1平行或共面，从而二者可以同时进行掘进作业，可折叠刀盘部1-2还可以朝向掘进方向进行旋转，转动后的可折叠刀盘部1-2的外径小于外套管3-2，以便刀盘1能够沿周向退出，限位部的作用就是在刀盘1向外退出过程中，形成对刀盘1的可折叠刀盘部1-2的推动，以便可折叠刀盘部1-2收回。

可选的，限位部为楔形结构，或者具有与外套管3-2共面的环形结构，以便推动可折叠刀盘部1-2。

本实施例所提供的刀盘1包括固定刀盘部1-1与可折叠刀盘部1-2，固定刀盘部的开挖直径小于机头的外套管3-2的型腔内径，可折叠刀盘部1-2的开挖直径大于外套管外径。可折叠刀盘部1-2的刀梁可围绕螺旋驱动轴3-3中心转轴向前旋转。当刀盘1回退时，依靠外套管3-2的反力，使刀盘1的可折叠部分会自动转动折叠，旋转到位以后，整个刀盘1横断面位于外套管的中心腔体内径范围内，从而能跟随螺旋驱动轴3-3一起回退。

可选的，刀盘1上装有滚刀，有破岩作用，能适应在岩石地层中掘进。刀盘开口率大，满足大粒径岩块排出需求。

在上述实施例的基础之上，外套管3-2与内套管3-1之间通过防扭装置3-4连接，以限制二者的周向相对转动。

可选的，外套管3-2上设有轴向延伸的凸起，内套管3-1上设有与凸起配合插接以限制周向转动的凹槽。

可选的，上述防扭装置还可以为防轴向移动的装置，同样可以通过设置气缸、液压缸的方式实现。

在现有技术中，顶掘机机头均无法实现导向与纠偏，隧道施工精度很低。

在本申请的一个具体实施例中，内套管3-1包括对接设置的第一内套管和第二内套管，第一内套管和第二内套管通过用于轴向纠偏或径向纠偏的纠偏油缸4连接。

请参考图4，其中，内套管3-1分为左侧段的第一内套管和右侧段的第二内套管，二者分别用于连接左侧的另一个内套管，以及右侧的另一个内套管。第一内套管和第二内套管为对接连接，或者相对应的端部套接连接，而二者之间还通过纠偏油缸4连接，以便在轴向或者径向上进行调整控制，需要说明的是，上述纠偏油缸4可以与控制系统连接，从而通过控制系统实现对纠偏油缸4的控制，另外，除了机头位置上以外，其他位置也可以设置纠偏油缸4。

在上述任意一个实施例的基础之上，还包括：

设置于机头上的刻度板，刻度板位于机头的外套管3-2和内套管3-1之间；

用于测量刻度板以获取机头姿态的激光器，激光器设于机架6。

需要说明的是，机头设置刻度板、机架(主顶装置)设置激光器的方式也可以反过来，即在主顶装置上设置刻度板，而在机头上设置激光器，同样能够实现对位置的检测。

可选的，上述激光器可以与控制系统连接，以便将测量结果发送给控制系统，而控制系统可以通过测量结果对上述纠偏油缸进行控制。

在上述任意一个实施例的基础之上，机架6设有用于为主顶装置7提供反力的反力装置8；

和/或，机架6设有起吊装置，用于在拆装螺旋套管装置3时对螺旋套管装置3进行吊装。

需要说明的是，反力装置8可以为具有主动移动或主动施力的装置，也可以为设置在机架上的固有结构，考虑到主顶装置需要固定，可以固定在机架上，也可以设置在机架上，而将动力输出时相对移动的两端中的一端与上述反力装置8连接，从而实现对输出方向的移动。

本申请所提供的一个具体实施例中，螺旋套管装置，包括两种类型的套管装置。

第一种不含螺旋驱动装置3-5，由外套管3-2、内套管3-1、螺旋轴3-3等部分组成；

第二种含有驱动装置，包括外套管3-2、内套管3-1、螺旋驱动轴3-3、螺旋驱动装置3-5，螺旋驱动装置3-5的形式与机头的主驱动2的形式一致。

不论是机头的内、外套管还是套管装置的内、外套管均可以通过防扭装置3-4连接，防扭装置3-4为驱动提供反扭矩，相邻的外套管3-2之间可以采用扭力堵头连接，相邻内套管采用螺栓连接。

内、外套管的结构可以实现可回退的施工模式，在回退时，外套管内部设备均可随内套管从外套管内部回退。螺旋驱动轴由轴和设置在轴上的叶片组成，满足大粒径岩块的排渣需求，可以采用六方/八方头连接，满足快速拆卸要求。每若干米成为一段，每段设置一个螺旋驱动装置3-5，并进行接力驱动。不同的螺旋套管装置3之间的螺旋驱动轴3-3不连接，以实现在轴线方向上能够前后错开，防止因扭力不均造成螺旋驱动轴3-3断裂，上述接力驱动的形式，配合内外套管的设置使得长距离掘进成为可能。

除了上述各个实施例所公开的用于长距离掘进的顶掘机的结构和连接关系以外，本申请还提供了一种应用于该顶掘机的施工方法。该施工方法包括：

在主顶装置所在的始发侧内组装并调试顶掘机；

控制所述掘进机的机头2驱动刀盘1进行挖掘的同时通过螺旋套管装置进行排渣；

所述螺旋套管装置3进入挖掘区域后，吊装下一段所述螺旋套管装置3并连接于当前进入挖掘区域后的最后一个所述螺旋套管装置3的尾端，继续进行挖掘。

优选地，还包括：

在挖掘完成后，控制当前进入挖掘区域后的最后一个所述螺旋套管装置3向后退回。

本申请所提供的顶掘机的使用方式如下：

施工准备：请参考图8，在主顶装置所在的始发侧内组装、调试顶掘机，使其具备始发条件；

开始掘进：请参考图9，顶掘机掘进，机头P的主驱动2驱动刀盘1旋转开挖土体，并通过主机内的螺旋驱动轴3-3排出渣土，有的螺旋套管装置与主机相连，后续螺旋套管装置3接力排出渣土；

吊装下一段螺旋套管装置3并连接于前一段的尾部，并与主顶装置7连接，如此往复，继续掘进至预设位置。当第一段掘进完成后，继续吊装下一段螺旋套管装置3，首先吊装设有螺旋驱动装置3-5的套管装置N，将外套管3-2、内套管3-1与前段的套管相连，并保证螺旋驱动轴与前段螺旋轴不相连，并隔开一段距离，防止因前后驱动力不均导致螺旋轴扭断。继续吊装无螺旋驱动的套管装置M，并掘进依照上述方式掘进和调整。

根据实际工程情况，每若干米加1个有驱动装置的螺旋套管装置3。如此往复，直至掘进至如图10所示的预设位置；

设备回退，隧道成型：可以将外套管3-2内部设备全部回退，在回退的过程中，刀盘1的可折叠刀盘部1-2在外套管3-2的作用下，向前折叠，使得刀盘1横断面处于外套管3-2的内径范围内，从而跟随主机整体回退。值得提出的是，当掘进过程中遇到障碍时，也可将主机回退，待处理完障碍物后，再次将主机送入洞内施工。

本申请提供的顶掘机采用在内套管外的周边驱动的形式，实现接力驱动，使得长距离掘进成为可能；

机头采用纠偏油缸，实现高精度导向和纠偏；另外，本申请可以采用可折叠式大开口率复合刀盘，并采取大口径螺旋排渣形式，能适应岩石/大粒径岩块等地层，大大提高了施工效率及降低了施工成本；

本申请中采用可折叠式刀盘部1-2及内、外套筒设计，实现了顶掘机的可回退施工，当掘进过程中遇到障碍时，也可将主机回退，待处理完障碍物后，再次将主机送入洞内施工。

本申请丰富了长距离施工的操作可能性，为掘进作业提供了多种的操作可能。

除了上述各个实施例所公开的用于长距离掘进的顶掘机的结构和连接关系，该顶掘机的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的顶掘机进行了详细介绍。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。应当指出，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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (12)

1.一种用于长距离掘进的顶掘机，其特征在于，包括：

用于掘进钻取的机头，所述机头设有刀盘(1)和驱动所述刀盘(1)的主驱动(2)；

机架(6)，所述机架(6)上设置有用于推动所述机头的主顶装置(7)；

用于支护且排渣的螺旋套管装置(3)，所述主顶装置(7)通过若干个依次连接的所述螺旋套管装置(3)连接所述机头的固定部，所述螺旋套管装置(3)与所述机头、所述主顶装置(7)可拆卸连接，所述螺旋套管装置(3)设有独立于所述刀盘(1)的主驱动(2)以实现排渣的螺旋驱动装置(3-5)。

2.根据权利要求1所述的用于长距离掘进的顶掘机，其特征在于，所述螺旋套管装置(3)包括若干个依次连接的套管装置，所述套管装置中设有用于传动料渣的螺旋驱动轴(3-3)，相邻的所述套管装置的套管可拆卸连接，相邻的所述螺旋驱动轴(3-3)连接，其中一个所述螺旋驱动轴(3-3)与用于驱动所述螺旋驱动轴(3-3)转动的所述螺旋驱动装置(3-5)连接；

相邻的所述螺旋套管装置(3)的所述螺旋驱动轴(3-3)之间具有间隙。

3.根据权利要求2所述的用于长距离掘进的顶掘机，其特征在于，所述机头和所述套管装置均包括内套管(3-1)和设置在所述内套管(3-1)外部的外套管(3-2)；

所述机头和所述套管装置的内套管(3-1)内均设有所述螺旋驱动轴(3-3)，所述螺旋驱动轴(3-3)上设有用于传动料渣的螺旋叶片，所述内套管(3-1)与所述外套管(3-2)之间设有所述螺旋驱动装置(3-5)；

所述螺旋套管装置(3)的内套管(3-1)可拆卸地连接所述机头的内套管，所述螺旋套管装置(3)的外套管(3-2)可拆卸地连接所述机头的外套管。

4.根据权利要求3所述的用于长距离掘进的顶掘机，其特征在于，所述主驱动(2)包括马达(2-1)、与所述马达(2-1)连接的减速机(2-2)以及与所述减速机(2-2)的输出端连接的齿轮(2-3)，所述减速机(2-2)的主体固定在所述机头的内套管(3-1)的外部，所述齿轮(2-3)与所述机头的螺旋驱动轴(3-3)的输入端连接，用于驱动所述机头的螺旋驱动轴(3-3)以带动所述刀盘(1)转动。

5.根据权利要求3所述的用于长距离掘进的顶掘机，其特征在于，所述机头的螺旋驱动轴设有固定刀盘部(1-1)，所述固定刀盘部(1-1)外周铰接于设置可向掘进方向折叠的可折叠刀盘部(1-2)；

所述机头的所述外套管(3-2)具有限位部，用于在所述螺旋驱动轴(3-3)带动所述刀盘(1)回退时推动所述可折叠刀盘(1)部进行折叠，以使所述刀盘(1)缩回所述外套管中。

6.根据权利要求3所述的用于长距离掘进的顶掘机，其特征在于，所述外套管(3-2)与所述内套管(3-1)之间通过防扭装置(3-4)连接，以限制二者的周向相对转动。

7.根据权利要求6所述的用于长距离掘进的顶掘机，其特征在于，所述外套管(3-2)上设有轴向延伸的凸起，所述内套管(3-1)上设有与所述凸起配合插接以限制周向转动的凹槽。

8.根据权利要求3所述的用于长距离掘进的顶掘机，其特征在于，所述内套管(3-1)包括对接设置的第一内套管和第二内套管，所述第一内套管和所述第二内套管通过用于轴向纠偏或径向纠偏的纠偏油缸(4)连接。

9.根据权利要求8所述的用于长距离掘进的顶掘机，其特征在于，还包括：

设置于所述机头上的刻度板，所述刻度板位于所述机头的所述外套管(3-2)和所述内套管(3-1)之间；

用于测量所述刻度板以获取所述机头姿态的激光器，所述激光器设于所述机架(6)。

10.根据权利要求1至9任一项所述的用于长距离掘进的顶掘机，其特征在于，所述机架(6)设有用于为所述主顶装置(7)提供反力的反力装置(8)；

和/或，所述机架(6)设有起吊装置，用于在拆装所述螺旋套管装置(3)时对所述螺旋套管装置(3)进行吊装。

11.一种用于长距离掘进的顶掘机的施工方法，其特征在于，应用于权利要求1至10任一项所述的用于长距离掘进的顶掘机；所述施工方法包括：

在主顶装置所在的始发侧内组装并调试顶掘机；

控制所述掘进机的机头(2)驱动刀盘(1)进行挖掘的同时通过螺旋套管装置进行排渣；

所述螺旋套管装置(3)进入挖掘区域后，吊装下一段所述螺旋套管装置(3)并连接于当前进入挖掘区域后的最后一个所述螺旋套管装置(3)的尾端，继续进行挖掘。

12.根据权利要求11所述的用于长距离掘进的顶掘机的施工方法，其特征在于，还包括：

在挖掘完成后，控制当前进入挖掘区域后的最后一个所述螺旋套管装置(3)向后退回。