CN111636885A - 一种顶管机及其主机可回收式施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶管机及其主机可回收式施工方法，解决了现有顶管机无法实现在联络通道内对集成下沉式泵房进行盾构施工且主机难以回收的技术问题。本发明包括盾体，盾体内设置由主机驱动的刀盘系统，所述盾体内可拆卸连接有盾体内套筒，所述主机设置在盾体内套筒中，所述刀盘系统的外缘设置有外缘刀具，外缘刀具与刀盘系统周向固定连接、轴向向下单向转动铰接，所述盾体的外部设置有台架，台架的顶部设置有与盾体配合的顶推系统。本发明适用范围广、安全性强、施工效率高。

Description

一种顶管机及其主机可回收式施工方法

技术领域

本发明属于集成下沉式泵房施工设备的技术领域，特别是指一种顶管机及其主机可回收式施工方法。

背景技术

随着城市的急剧发展，地上空间变得越来越有限，地下空间开发是未来城市发展的必然趋势，隧道工程已经发展成为地下空间开发过程中的重要工程，在隧道施工过程中往往要在两条隧道之间修建联络通道以及泵房。目前，联络通道内的泵房有内置式泵房和集成下沉式泵房，由于内置式泵房具有深度浅、易集砂、且需要配置高性能水泵，因此，集成下沉式泵房具有广阔的应用前景。

目前，对于联络通道施工，采用集成下沉式泵房的施工有两种方法：一是采用冷冻法进行施工，通过建设冷冻站，向冷冻孔中加注制冷剂，冷冻后，下沉式泵房与联络通道同时进行施工。采用冷冻法进行施工工期长，而且生产效率低；另一种是采用盾构法对联络通道进行机械开挖，而对于下沉结构的泵房无法进行盾构施工，需要将泵房结合主隧道的道床进行设置。

因此，对于集成下沉式泵房这种垂直联络通道向下的特殊结构，现有技术无法实现顶管施工，而且由于无法设置接收井，当施工完成后顶管机回收存在较大的困难。

经检索，现有申请号日为2018.07.09、申请号为CN201810744155.4的专利申请文件公开了一种顶管机及可退回式顶管施工方法，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。因此实现了回退功能，而且据此提出了一种可退回式顶管施工方法。但是该顶管机无法满足向下盾构施工的技术要求，而且在向下盾构施工的过程中要考虑出渣方式等等因素。因此，该工法也不适用于向下顶进施工。

现有申请日为2018.02.09、申请号为CN201810133859.8的专利申请文件公开了一种无接收井顶管机及其完整回收工法，设定顶管机的顶进方向为前方，回收方向为后方，顶管机具有顶管机机体和固定连接在顶管机机体后部的支撑梁，所述支撑梁上安装有滑移油缸，所述滑移油缸上安装有滑移座，滑移座在滑移油缸的作用下沿着支撑梁做前后方向上的移动，所述滑移座上安装有撑靴油缸，所述撑靴油缸上安装有撑靴，所述撑靴在撑靴油缸的作用下支撑或远离管道。由于其采用撑靴加滑移油缸的方式对顶管机进行回收，但是采用这种结构，需要在机头后部留有足够的空间用于容纳回收的机头和滑移油缸等，因此并不适用于向下顶进的盾构施工。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种顶管机及其主机可回收式施工方法，解决了现有顶管机无法实现在联络通道内对集成下沉式泵房进行盾构施工且主机难以回收的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种顶管机，包括盾体，盾体内设置由主机驱动的刀盘系统，所述盾体的外部设置有台架，台架的顶部设置有与盾体配合的顶推系统。在主机的旋转驱动及顶推系统的竖向顶推作用下，刀盘系统旋转向下对土体进行开挖。所述盾体内可拆卸连接有盾体内套筒，所述主机设置在盾体内套筒中。当刀盘系统向下开挖土地时，盾体和盾体内套筒轴向和周向固定连接；当开挖完毕需要回收主机时，解除盾体与盾体内套筒之间的连接，使主机从盾体中向上拉出。所述刀盘系统的外缘设置有外缘刀具，外缘刀具与刀盘系统周向固定连接、轴向向下单向转动铰接。即当顶推系统向下顶推时，刀盘系统中的外缘刀具能够向下开挖土体，当盾体内套筒被向上提拉时，盾体对外缘刀具起到一定的阻挡力，外缘刀具向下翻转即径向向内收缩，能够巧妙地避免在对主机进行收回时盾体与刀盘系统之间发生干涉。

进一步地，所述台架的下方配合有第一导轨，便于在顶管推进前，将顶管机和台架移动至预定位置。

进一步地，所述台架的顶部设置有吊机，吊机与主机或盾体内套筒上下对应，吊机能够在回收主机时，便捷地将主机从盾体和竖向管片从提出。

进一步地，所述台架的顶部设置有第二导轨，所述吊机与第二导轨滑动配合，便于调节吊机的吊装点位。

进一步地，所述台架的两侧设置有侧向撑靴，所述顶推系统的上方设置有竖向撑靴，在顶管机顶进过程中，提供向下的推力和侧向支撑力。

进一步地，所述盾体与盾体内套筒的上端部通过连接挡板螺栓连接。连接挡板能够将来自竖向撑靴的推力传导到主机；同时在向下施工结束后，拆掉连接挡板，盾体和盾体内套筒分离，即可实现顶管机主机的回收。

进一步地，所述盾体与盾体内套筒的之间设置有回收油缸，在拆掉连接挡板，盾体和盾体内套筒分离时，回收油缸可便捷地实现盾体和盾体内套筒的分离。

进一步地，所述回收油缸一端与盾体的内壁铰接、另一端与盾体内套筒的上端部铰接。

进一步地，所述刀盘系统包括锥形刀盘，在联络通道内对集成下沉式泵房的盾构施工过程中，方便对横向管节进行破除。所述外缘刀具包括锥形刀盘上设置的边刮刀，边刮刀的一端通过圆柱销与锥形刀盘相连，锥形刀盘上设置有位于圆柱销与边刮刀的自由端之间的剪切销，剪切销断裂后边刮刀围绕圆柱销旋转。在顶管机向下施工过程中，剪切销起到保护机械结构的作用，在向上提升过程中受力断开。

进一步地，所述主机上设置有注浆管和排浆管，能够在顶管机顶进过程中采用泥水平衡的方式掘进排渣。

进一步地，所述台架上设置有始发套筒，在顶管机向下顶进过程中，起到竖向管节定位的作用。

一种顶管机其主机可收回式施工方法，包括以下步骤：

步骤一：控制顶管机沿第一导轨运输到指定施工位置；

步骤二：将顶管机与始发套筒对接，顶推系统伸出，侧向撑靴和竖向撑靴展开撑紧隧道，拆除第一轨道；

步骤三：顶推系统继续伸出，开始对盾体进行顶进，破除隧道内的横向管节；

步骤四：随着顶推系统的持续伸出，顶推系统换步时在顶推系统和盾体之间安装竖向管节，顶推系统通过竖向管节对盾体持续向下顶推；

步骤六：在盾体和盾体内套筒之间安装回收油缸，拆掉轴向固定盾体和盾体内套筒的连接挡板；

步骤七：控制回收油缸向上提拉，剪切销断裂盾体内套筒和盾体分离；

步骤八：吊机吊住盾体内套筒，拆掉回收油缸；

步骤九：拆除竖向负环管节，通过吊机将盾体内套筒连带主机提升至向下隧道的洞门；

步骤十：控制始发套筒与洞门分离，控制侧向撑靴和竖向撑靴收回。

进一步地，所述步骤四和步骤六之间包括步骤五，步骤五为：当盾体顶进到预定深度后，向洞门的底部注浆止水。

进一步地，在盾体的顶进过程中采用泥水平衡的出渣方式，泥水平衡浆液通过进浆管进浆，通过排浆管进行排浆。

进一步地，所述步骤七中盾体内套筒和盾体分离时，随着盾体内套筒的提升对洞门的底端进行同步注浆止水。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）具有较强的适应性：适用于软土、软岩、硬岩、高水压等多种地层；

（2）地下施工，无需长时间占用地面场地；适用于开挖直径为已有隧道直径60%以下的竖井施工。

（3）具有较强的安全性：采用可回收工艺，施工可控，精度高；利用泥水平衡，可有效控制掌子面压力，边回收边注入快凝剂，高水压地层防止喷涌；机械化施工，护盾保护，施工安全。

（4）具有较高的施工效率：机械开挖，连续施工，开挖、出渣、支护平行作业；机械化施工，无需改良加固底层，人员更少，更安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明顶管机与台架的正视结构示意图；

图2为图1的侧视结构示意图；

图3为边刮刀与锥形刀盘的装配示意图；

图4为本发明主机可回收施工方法步骤一的状态图；

图5为本发明主机可回收施工方法步骤二的状态图；

图6为本发明主机可回收施工方法步骤三的状态图；

图7为本发明主机可回收施工方法步骤四的状态图；

图8为本发明主机可回收施工方法步骤五的状态图；

图9为本发明主机可回收施工方法步骤六的状态图；

图10为本发明主机可回收施工方法步骤七的状态图；

图11为本发明主机可回收施工方法步骤八的状态图；

图12为本发明主机可回收施工方法步骤九的状态图；

图13为本发明主机可回收施工方法步骤十的状态图；

图中：1-锥形刀盘；2-边刮刀；3-主轴；4-减速器；5-电机；6-盾体；7-侧向撑靴；8-顶推油缸；9-吊机；10-第二导轨；11-进浆管；12-排浆管；13-回收油缸；14-连接挡板；15-盾体内套筒；16-始发套筒；17-注浆孔；18-圆柱销；19-滚刀；20-第一导轨；21-台架；22-竖向撑靴；23-横向管节；24-竖向管节；25-剪切销。

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付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。

实施例1，一种顶管机，如图1和图2所示，包括盾体6，盾体6内设置由主机驱动的刀盘系统。主机包括电机5或液压马达，电机5或液压马达通过减速器4驱动有主轴3，主轴3的前端连接有锥形刀盘1，锥形刀盘1上设置有滚刀19和边刮刀2。

所述盾体6的外部设置有台架21，台架21的顶部设置有与盾体6配合的顶推系统。在主机的旋转驱动及顶推系统的竖向顶推作用下，锥形刀盘1旋转向下对土体进行开挖。

所述盾体6内可拆卸连接有盾体内套筒15，所述主机固定设置在盾体内套筒15中，盾体6的前端部开设有减磨浆液的注浆孔17。当刀盘系统向下开挖土地时，盾体6和盾体内套筒15轴向和周向固定连接；当开挖完毕需要回收主机时，解除盾体6与盾体内套筒15之间的连接，使主机从盾体6中向上拉出。

所述边刮刀2与锥形刀盘1周向固定连接、轴向向下单向转动铰接。即当顶推系统向下顶推时，刀盘系统中的边刮刀2能够向下开挖土体，当盾体内套筒15被向上提拉时，盾体6对边刮刀2起到一定的阻挡力，边刮刀2向下翻转即径向向内收缩，能够巧妙地避免在对主机进行收回时盾体6与边刮刀2之间发生干涉。

具体地，所述台架21的下方配合有第一导轨20，便于在顶管推进前，将顶管机和台架21移动至预定位置。所述台架21的顶部设置有吊机9，吊机9与主机或盾体内套筒15上下对应，吊机9能够在回收主机时，便捷地将主机从盾体6和竖向管片24从提出。

进一步地，所述台架21的顶部设置有第二导轨10，所述吊机9与第二导轨10滑动配合，便于调节吊机9的吊装点位。所述台架21的两侧设置有侧向撑靴7，所述顶推系统的上方设置有竖向撑靴22，竖向撑靴22通过顶推油缸8与顶管机相顶接。在顶管机顶进过程中，侧向撑靴7和竖向撑靴22提供向下的推力和侧向支撑力。

进一步地，顶推油缸8的上端部与竖向撑靴22铰接，顶推油缸8的下端部连接有顶推板，顶推油缸8通过顶推板对盾体6进行顶压推进。

实施例2，一种顶管机，所述盾体6与盾体内套筒15的上端部通过连接挡板14螺栓连接。连接挡板14能够将来自竖向撑靴22的推力传导到主机；同时在向下施工结束后，拆掉连接挡板14，盾体6和盾体内套筒15分离，即可实现顶管机主机的回收。

本实施例的其他结构与实施例1相同。

实施例3，一种顶管机，所述盾体6与盾体内套筒15的之间设置有回收油缸13，在拆掉连接挡板14，盾体6和盾体内套筒15分离时，回收油缸13可便捷地实现盾体6和盾体内套筒15的分离。

进一步地，所述回收油缸13一端与盾体6的内壁铰接、另一端与盾体内套筒15的上端部铰接。

本实施例的其他结构与实施例1或2相同。

实施例4，一种顶管机，如图3所示，所述边刮刀2的一端通过圆柱销18与锥形刀盘1相连，锥形刀盘1上设置有位于圆柱销18与边刮刀2的自由端之间的剪切销25，剪切销25断裂后边刮刀2围绕圆柱销18旋转。在顶管机向下施工过程中，剪切销25起到保护机械结构的作用，在向上提升过程中受力断开。

本实施例的其他结构与实施例1或2或3相同。

实施例5，一种顶管机，所述主机上设置有注浆管11和排浆管12，能够在顶管机顶进过程中采用泥水平衡的方式掘进排渣。

本实施例的其他结构与实施例1或2或3或4相同。

实施例6，一种顶管机，所述台架21上设置有始发套筒16，在顶管机向下顶进过程中，起到竖向管节24定位的作用。

本实施例的其他结构与实施例1或2或3或4或5相同。

实施例7，一种顶管机其主机可收回式施工方法，包括以下步骤：

步骤一：如图4所示，控制顶管机沿第一导轨20运输到指定施工位置；

步骤二：如图5所示，将顶管机与始发套筒16对接，顶推系统伸出，侧向撑靴7和竖向撑靴22展开撑紧隧道，拆除第一轨道20；

步骤三：如图6所示，顶推系统继续伸出，开始对盾体6进行顶进，破除隧道内的横向管节23；

步骤四：如图7所示，随着顶推系统的持续伸出，顶推系统换步时在顶推系统和盾体6之间安装竖向管节24，顶推系统通过竖向管节24对盾体6持续向下顶推；

步骤五：如图8所示，当盾体6顶进到预定深度后，注浆止水；

步骤六：如图9所示，在盾体6和盾体内套筒15之间安装回收油缸13，拆掉轴向固定盾体6和盾体内套筒15的连接挡板14；

步骤七：如图10所示，控制回收油缸13向上提拉，剪切销断裂盾体内套筒15和盾体6分离；

步骤八：如图11所示，吊机9吊住盾体内套筒15，拆掉回收油缸13；

步骤九：如图12所示，拆除竖向负环管节，通过吊机9将盾体内套筒15连带主机提升至向下隧道的洞门；

步骤十：如图13所示，控制始发套筒16与洞门分离，控制侧向撑靴7和竖向撑靴22收回。

进一步地，在盾体6的顶进过程中采用泥水平衡的出渣方式，泥水平衡浆液通过进浆管11进浆，通过排浆管12进行排浆。

进一步地，所述步骤七中盾体内套筒15和盾体6分离时，随着盾体内套筒15的提升对洞门的底端进行注浆。

本发明未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种顶管机，包括盾体（6），盾体（6）内设置由主机驱动的刀盘系统，其特征在于：所述盾体（6）内可拆卸连接有盾体内套筒（15），所述主机设置在盾体内套筒（15）中，所述刀盘系统的外缘设置有外缘刀具，外缘刀具与刀盘系统周向固定连接、轴向向下单向转动铰接，所述盾体（6）的外部设置有台架（21），台架（21）的顶部设置有与盾体（6）配合的顶推系统。

2.根据权利要求1所述的顶管机，其特征在于：所述台架（21）的下方配合有第一导轨（20）。

3.根据权利要求1所述的顶管机，其特征在于：所述台架（21）的顶部设置有吊机（9），吊机（9）与主机或盾体内套筒（15）上下对应。

4.根据权利要求3所述的顶管机，其特征在于：所述台架（21）的顶部设置有第二导轨（10），所述吊机（9）与第二导轨（10）滑动配合。

5.根据权利要求1-4任一项所述的顶管机，其特征在于：所述台架（21）的两侧设置有侧向撑靴（7），所述顶推系统的上方设置有竖向撑靴（22）。

6.根据权利要求5所述的顶管机，其特征在于：所述盾体（6）与盾体内套筒（15）的上端部通过连接挡板（14）螺栓连接。

7.根据权利要求6所述的顶管机，其特征在于：所述盾体（6）与盾体内套筒（15）的之间设置有回收油缸（13）。

8.根据权利要求7所述的顶管机，其特征在于：所述回收油缸（13）一端与盾体（6）的内壁铰接、另一端与盾体内套筒（15）的上端部铰接。

9.根据权利要求1-4或6-8任一项所述的顶管机，其特征在于：所述刀盘系统包括锥形刀盘（1），所述外缘刀具包括锥形刀盘（1）上设置的边刮刀（2），边刮刀（2）的一端通过圆柱销（18）与锥形刀盘（1）相连，锥形刀盘（1）上设置有位于圆柱销（18）与边刮刀（2）的自由端之间的剪切销（25），剪切销（25）断裂后边刮刀（2）围绕圆柱销（18）旋转。

10.根据权利要求9所述的顶管机，其特征在于：所述主机上设置有注浆管（11）和排浆管（12）。

11.根据权利要求10所述的顶管机，其特征在于：所述台架（21）上设置有始发套筒（16）。

12.一种如权利要求11所述的顶管机其主机可收回式施工方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：控制顶管机沿第一导轨（20）运输到指定施工位置；

步骤二：将顶管机与始发套筒（16）对接，顶推系统伸出，侧向撑靴（7）和竖向撑靴（22）展开撑紧隧道，拆除第一轨道（20）；

步骤三：顶推系统继续伸出，开始对盾体（6）进行顶进，破除隧道内的横向管节（23）；

步骤四：随着顶推系统的持续伸出，顶推系统换步时在顶推系统和盾体（6）之间安装竖向管节（24），顶推系统通过竖向管节（24）对盾体（6）持续向下顶推；

步骤六：在盾体（6）和盾体内套筒（15）之间安装回收油缸（13），拆掉轴向固定盾体（6）和盾体内套筒（15）的连接挡板（14）；

步骤七：控制回收油缸（13）向上提拉，剪切销断裂盾体内套筒（15）和盾体（6）分离；

步骤八：吊机（9）吊住盾体内套筒（15），拆掉回收油缸（13）；

步骤九：拆除竖向负环管节，通过吊机（9）将盾体内套筒（15）连带主机提升至向下隧道的洞门；

步骤十：控制始发套筒（16）与洞门分离，控制侧向撑靴（7）和竖向撑靴（22）收回。

13.根据权利要求12所述的顶管机主机可收回式施工方法，其特征在于：所述步骤四和步骤六之间包括步骤五，步骤五为：当盾体（6）顶进到预定深度后，向洞门的底部注浆止水。

14.根据权利要求13所述的顶管机主机可收回式施工方法，其特征在于：在盾体（6）的顶进过程中采用泥水平衡的出渣方式，泥水平衡浆液通过进浆管（11）进浆，通过排浆管（12）进行排浆。

15.根据权利要求12-14任一项所述的顶管机主机可收回式施工方法，其特征在于：所述步骤七中盾体内套筒（15）和盾体（6）分离时，随着盾体内套筒（15）的提升对洞门的底端进行同步注浆止水。

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