CN111706348B - 一种市政顶管结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于顶管领域，尤其涉及一种市政顶管结构及其施工方法，它包括圆筒、刀座A、刀头、刀座B和动力装置等，其中圆筒内安装有圆形固定板A，固定板A中心处的轴槽A中旋转配合有轴A，轴A被安装在圆筒内的动力装置驱动旋转；钻头对较硬岩层工作面进行钻孔和对钻孔进一步的扩孔敲击破碎，使得刀座A和刀座B上的刀头在现有的较小功率的动力装置的带动下对较硬岩层进行掘进顶管施工，降低了对动力装置的功率要求标准，使得本发明可以在较小功率的动力装置的带动下进行高效的掘进顶管施工，降低顶管施工中顶管装置的整体成本，提高顶管施工的效率。

Description

一种市政顶管结构及其施工方法

技术领域

本发明属于顶管领域，尤其涉及一种市政顶管结构及其施工方法。

背景技术

顶管施工就是非开挖施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。它的技术要点在于纠正管子在地下延伸的偏差。特别适用于大中型管径的非开挖铺设。具有经济、高效，保护环境的综合功能。这种技术的优点是：不开挖地面；不拆迁，不破坏地面建筑物；不破坏环境;不影响管道的段差变形；省时、高效、安全，综合造价低。该技术在我国沿海经济发达地区广泛用于城市地下给排水管道、天然气石油管道、通讯电缆等各种管道的非开挖铺设。

现有技术的大截面顶管施工中，安装有刀片的顶头由于动力装置的功率限制导致其对岩石层的掘进速度较慢，且刀片磨损严重。为了使得大截面岩石成掘进的有效进行，传统的方式是通过在顶头的前方的岩层工作面开凿若干孔洞，从上方将岩层进行击碎，此种方式的掘进效率较低。

另外，如果刀片的强度足够大情况下，大截面顶头破碎岩石层进行掘进需要大功率的动力装置。在考虑成本情况下，大多数动力装置无法满足大截面顶头对岩层的破碎掘进要求。一般通过在岩层上用较小直径的钻头钻出钻孔，对钻孔进行扩孔，从而完成岩层的掘进，其效率较低。

所以，基于现有动力装置设计一种高效地进行大截面岩层掘进的顶管装置很有必要。

本发明设计一种市政顶管结构及其施工方法解决如上问题。

发明内容

为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种市政顶管结构及其施工方法，它是采用以下技术方案来实现的。

在本发明的描述中需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”等指示方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或者位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

一种市政顶管结构及其施工方法，它包括圆筒、圆环A、刀座A、刀头、圆环B、刀座B、轴A、固定板A、齿圈A、齿圈B、齿圈C、齿圈D、齿轮C、齿轮D、齿轮E、环板A、动力装置、轴B、齿轮F、环板B、液压柱A、钻头、十字万向节、液压柱B、滑套、限位块、压力弹簧、螺旋提升设备，其中圆筒内安装有圆形固定板A，固定板A中心处的轴槽A中旋转配合有轴A，轴A被安装在圆筒内的动力装置驱动旋转；轴A两端分别安装有环板A和圆环B；与圆筒一端旋转配合的圆环A通过周向均匀分布的六个刀座A与中心处的圆环B固连；每个刀座A上均安装有两排径向均匀分布的刀头；固定板A的板面上旋转配合有同中心轴线的齿圈A、齿圈B、齿圈C和齿圈D，齿圈A被动力装置驱动旋转。

齿圈A的外圆柱齿面和齿圈B的内圆柱齿面同时与安装在固定板A上的三个齿轮C啮合，齿圈B的外圆柱齿面和齿圈C的内圆柱齿面同时与安装在固定板A上的三个齿轮D啮合，齿圈C的外圆柱齿面和齿圈D的内圆柱齿面同时与安装在固定板A上的三个齿轮E啮合；固定板A上旋转旋转且轴向滑动配合有六组轴B，每组具有三个径向均匀分布且与齿圈B、齿圈C和齿圈D一一对应的轴B；齿圈B的内圆柱齿面、齿圈C的内圆柱齿面和齿圈D的内圆柱齿面分别与同圆六个轴B上安装的齿轮F啮合；每个轴B末端均通过可自主复位的十字万向节安装有钻头，钻头与相应刀座A上的活动孔配合。

与六组轴B旋转配合的环板B被周向均匀地安装于圆筒内且轴向伸缩的若干液压柱A驱动；固定板A上周向均匀安装有两个径向伸缩的液压柱B，液压柱B位于齿圈A内；每个液压柱B末端均通过连接杆安装有滑套，每个滑套两端内均径向滑动有限位块；滑套内安装有对相应两个限位块进行复位的压力弹簧；远离轴A的限位块与齿圈A内壁上周向均匀分布的六个限位槽A配合，靠近轴A的限位块与环板A外柱面上周向均匀分布的六个限位槽B配合；固定板A底部的排渣槽处安装有清理泥沙的螺旋提升装置。

作为本技术的进一步改进，上述轴B周向旋转且轴向滑动于固定板A上的轴槽B内，每个轴槽B处均安装有与相应轴B、十字万向节和钻头配合的轴套。轴套在钻头对岩层进行钻削时防止十字万向节机构在钻头与岩层相互作用下产生相对于相应轴B的摆动，保证钻头在岩层上钻出孔前不发生相对于相应轴B的摆动，在保护钻头不受损坏的同时提高钻头钻削的效率。

作为本技术的进一步改进，上述圆筒外柱面上安装的环套C旋转于圆环A内壁上的环槽A内；轴A上安装有环套A，环套A旋转于轴槽A内壁上的环槽B中；轴B与环板B上的轴槽C旋转配合，安装在轴B上的环套B旋转于相应轴槽C内壁上的环槽C内；环板B通过若干液压柱A与安装于圆筒内的固定板C连接；动力装置安装在固定板C上，动力装置的输出轴穿过环板B与安装于圆筒内的固定板B上的轴槽E旋转配合；轴B与固定板B上的轴槽D旋转配合；螺旋提升装置穿过固定板B和固定板C上的排渣槽。

作为本技术的进一步改进，上述十字万向节中相互交叉的两个万向节叉与十字轴之间安装有对两个万向节叉相对摆动复位的涡卷弹簧；涡卷弹簧一端与相应万向节叉连接，另一端与十字轴连接。在刀座A对钻头所在的钻柄进行往复敲击过程中，在涡卷弹簧的复位作用下，十字万向节带动相应钻头对所在钻孔进行往复敲击，使得钻孔内壁上的岩石更容易被破碎，提高钻头对钻孔内壁的破碎效率。

作为本技术的进一步改进，上述齿圈A上安装有梯形导环A，梯形导环A旋转于环板A上的环形梯形导槽A内；齿圈B上安装有梯形导环B，梯形导环B旋转于环板A上的环形梯形导槽B内；齿圈C上安装有梯形导环C，梯形导环C旋转于环板A上的环形梯形导槽C内；齿圈D上安装有梯形导环D，梯形导环D旋转于环板A上的环形梯形导槽D内；每个限位块上均对称安装有两个导向块，两个导向块分别滑动于相应滑套内壁上的两个导向槽内。导向槽与导向块的配合保证限位块不会脱离滑套的同时使得相应压力弹簧始终处于压缩状态，保证当限位块与齿圈A的内柱面或圆环C的外柱面相抵时，限位块可以更加快速地进入与之相对的限位槽A或限位槽B中，从而瞬间完成对齿圈A与固定板A相对旋转或固定板A与圆环C的相对旋转的锁定。

作为本技术的进一步改进，上述环板A板面上安装有同中心轴线的圆环C，与限位块配合的六个限位槽B周向均匀地开设在圆环C的外柱面上；液压柱B通过固定座安装在固定板A上；环板A上安装有三个周向均匀分布的齿轮B，三个齿轮B与齿圈A的内圆柱齿面啮合；动力装置的输出轴上安装有与三个齿轮B啮合的齿轮A；圆环B中部安装有外凸的刀座B，刀座B上安装有两排均匀分布的刀头。导座B上的刀头对岩层上位于圆环B中部的岩层进行钻削，提高本发明在岩层中钻削掘进的推进速度。

作为本技术的进一步改进，①，将齿圈A与固定板A的相对旋转锁定，启动动力装置带动安装在刀座A和刀座B上的刀头对岩层进行钻削掘进；②，将圆环C与固定板A的相对旋转锁定，同时启动动力装置和若干液压柱A带动全部钻头向岩层工作面进给钻孔；③，回缩钻头并将齿圈A与固定板A的相对旋转锁定，动力装置带动刀座A和刀座B上的刀头进行掘进；④，停止动力装置运行，保证钻头位于相邻两个刀座A之间并启动驱动钻头进给进入岩层上的钻孔中。⑤，启动动力装置带动刀座A往复地对插入钻孔的钻头柄部进行敲击，钻头对其所在的钻孔进行破碎扩孔；⑥，停止动力装置运行，并回缩钻头；⑦，启动动力装置带动刀座A和刀座B上的刀头对岩层工作面继续进行钻削掘进。

相对于传统的顶管设备，进行钻削掘进的本发明在遇到较硬的岩石层工作面时通过均分布的若干小直径钻头对较硬的岩石层工作面进行钻孔，岩层工作面上被钻头钻出的孔有效减小了岩层工作面的作用面积，使得本发明中刀座A和刀座B上的刀头更容易对岩层进行钻削，减小刀头因与较硬岩层相互作用而导致的磨损，延长刀头使用寿命，减小设备维护成本。当钻头钻出的孔对岩层工作面的作用面积的减小量还不足以被刀座A和刀座B上的刀头较为容易地钻削掘进时，将钻头从相邻两个刀座A之间的位置处重新插入钻孔内，再驱动刀座A对钻头的钻柄进行往复敲击，使得钻头对其所在的钻孔内壁进行往复敲击扩孔破碎，使得岩层工作面的实际作用面积得到进一步减小，直至岩层工作面的作用面积达到要求时，回缩钻头并带动刀座A和刀座B上的刀头对岩层工作面进行有效钻削，从而提高钻削掘进的效率。另外，钻头对较硬岩层工作面进行钻孔和对钻孔进一步的扩孔敲击破碎，使得刀座A和刀座B上的刀头在现有的较小功率的动力装置的带动下对较硬岩层进行掘进顶管施工，降低了对动力装置的功率要求标准，使得本发明可以在较小功率的动力装置的带动下进行高效的掘进顶管施工，降低顶管施工中顶管装置的整体成本，提高顶管施工的效率。本发明结构简单，具有较好的使用效果。

附图说明

图1是本发明整体示意图。

图2是本发明整体剖面示意图。

图3是液压柱A、环板B、轴B、齿轮F、齿圈A、齿圈B、齿圈C与齿圈D配合剖面示意图。

图4是齿圈D、齿轮E、齿圈C、齿轮D、齿圈B、齿轮C、齿圈A、齿轮B、齿轮A、轴B、动力装置与固定板C配合剖面示意图。

图5是齿轮A、齿轮B、齿轮C、齿轮D、齿轮E与齿轮F分布剖面示意图。

图6是液压柱B、连接杆、滑套、限位块、圆环C与齿圈A配合剖面示意图。

图7是齿圈A、限位块、滑套、限位块与圆环C配合剖面示意图。

图8是固定板A及其剖面示意图。

图9是圆环A、导座A、刀头、导座B与圆环B配合及其剖面示意图。

图10是齿圈A及其剖面示意图。

图11是圆环C及其剖面示意图。

图12是固定板B示意图。

图13是环板B及其剖面示意图。

图14是十字万向节示意图。

图15是十字万向节两个视角的剖面示意图。

图中标号名称：1、圆筒；2、圆环A；3、环槽A；4、刀座A；5、活动孔；6、刀头；7、圆环B；8、刀座B；9、轴A；10、环套A；11、固定板A；12、轴槽A；13、环槽B；14、梯形导槽A；15、梯形导槽B；16、梯形导槽C；17、梯形导槽D；18、轴槽B；19、排渣槽；20、齿圈A；21、梯形导环A；22、齿圈B；23、梯形导环B；24、齿圈C；25、梯形导环C；26、齿圈D；27、梯形导环D；28、齿轮B；29、齿轮C；30、齿轮D；31、齿轮E；32、环板A；33、齿轮A；35、动力装置；36、固定板C；37、轴B；38、齿轮F；39、环套B；40、环板B；41、轴槽C；42、液压柱A；43、钻头；44、十字万向节；45、万向节叉；46、十字轴；47、涡卷弹簧；48、轴套；49、固定板B；50、固定座；51、液压柱B；52、连接杆；53、滑套；54、导向槽；55、限位块；56、导向块；57、压力弹簧；58、限位槽A；59、圆环C；60、限位槽B；61、环槽C；62、轴槽D；63、轴槽E；64、螺旋提升设备；65、环套C。

具体实施方式

附图均为本发明实施的示意图，以便于理解结构运行原理。具体产品结构及比例尺寸根据使用环境结合常规技术确定即可。

如图1、2、3所示，它包括圆筒1、圆环A2、刀座A4、刀头6、圆环B7、刀座B8、轴A9、固定板A11、齿圈A20、齿圈B22、齿圈C24、齿圈D26、齿轮C29、齿轮D30、齿轮E31、环板A32、动力装置35、轴B37、齿轮F38、环板B40、液压柱A42、钻头43、十字万向节44、液压柱B51、滑套53、限位块55、压力弹簧57、螺旋提升设备64，其中如图2、4、8所示，圆筒1内安装有圆形固定板A11，固定板A11中心处的轴槽A12中旋转配合有轴A9，轴A9被安装在圆筒1内的动力装置35驱动旋转；如图1、2、9所示，轴A9两端分别安装有环板A32和圆环B7；与圆筒1一端旋转配合的圆环A2通过周向均匀分布的六个刀座A4与中心处的圆环B7固连；每个刀座A4上均安装有两排径向均匀分布的刀头6；如图2、3、4所示，固定板A11的板面上旋转配合有同中心轴线的齿圈A20、齿圈B22、齿圈C24和齿圈D26，齿圈A20被动力装置35驱动旋转。

如图3、4、5所示，齿圈A20的外圆柱齿面和齿圈B22的内圆柱齿面同时与安装在固定板A11上的三个齿轮C29啮合，齿圈B22的外圆柱齿面和齿圈C24的内圆柱齿面同时与安装在固定板A11上的三个齿轮D30啮合，齿圈C24的外圆柱齿面和齿圈D26的内圆柱齿面同时与安装在固定板A11上的三个齿轮E31啮合；固定板A11上旋转旋转且轴向滑动配合有六组轴B37，每组具有三个径向均匀分布且与齿圈B22、齿圈C24和齿圈D26一一对应的轴B37；齿圈B22的内圆柱齿面、齿圈C24的内圆柱齿面和齿圈D26的内圆柱齿面分别与同圆六个轴B37上安装的齿轮F38啮合；如图2、3、9所示，每个轴B37末端均通过可自主复位的十字万向节44安装有钻头43，钻头43与相应刀座A4上的活动孔5配合。

如图2、3、4所示，与六组轴B37旋转配合的环板B40被周向均匀地安装于圆筒1内且轴向伸缩的若干液压柱A42驱动；如图6、7所示，固定板A11上周向均匀安装有两个径向伸缩的液压柱B51，液压柱B51位于齿圈A20内；每个液压柱B51末端均通过连接杆52安装有滑套53，每个滑套53两端内均径向滑动有限位块55；滑套53内安装有对相应两个限位块55进行复位的压力弹簧57；如图6、7、10所示，远离轴A9的限位块55与齿圈A20内壁上周向均匀分布的六个限位槽A58配合；如图6、7、11所示，靠近轴A9的限位块55与环板A32外柱面上周向均匀分布的六个限位槽B60配合；如图2、5、8所示，固定板A11底部的排渣槽19处安装有清理泥沙的螺旋提升装置。

如图3、4、8所示，上述轴B37周向旋转且轴向滑动于固定板A11上的轴槽B18内，每个轴槽B18处均安装有与相应轴B37、十字万向节44和钻头43配合的轴套48。轴套48在钻头43对岩层进行钻削时防止十字万向节44机构在钻头43与岩层相互作用下产生相对于相应轴B37的摆动，保证钻头43在岩层上钻出孔前不发生相对于相应轴B37的摆动，在保护钻头43不受损坏的同时提高钻头43钻削的效率。

如图2、9所示，上述圆筒1外柱面上安装的环套C65旋转于圆环A2内壁上的环槽A3内；如图3、4、8所示，轴A9上安装有环套A10，环套A10旋转于轴槽A12内壁上的环槽B13中；轴B37与环板B40上的轴槽C41旋转配合；如图3、13所示，安装在轴B37上的环套B39旋转于相应轴槽C41内壁上的环槽C61内；如图2、3、4所示，环板B40通过若干液压柱A42与安装于圆筒1内的固定板C36连接；如图3、4、12所示，动力装置35安装在固定板C36上，动力装置35的输出轴穿过环板B40与安装于圆筒1内的固定板B49上的轴槽E63旋转配合；轴B37与固定板B49上的轴槽D62旋转配合；如图2、12、13所示，螺旋提升装置穿过固定板B49和固定板C36上的排渣槽19。

如图14、15所示，上述十字万向节44中相互交叉的两个万向节叉45与十字轴46之间安装有对两个万向节叉45相对摆动复位的涡卷弹簧47；涡卷弹簧47一端与相应万向节叉45连接，另一端与十字轴46连接。在刀座A4对钻头43所在的钻柄进行往复敲击过程中，在涡卷弹簧47的复位作用下，十字万向节44带动相应钻头43对所在钻孔进行往复敲击，使得钻孔内壁上的岩石更容易被破碎，提高钻头43对钻孔内壁的破碎效率。

如图3、4、8所示，上述齿圈A20上安装有梯形导环A21，梯形导环A21旋转于环板A32上的环形梯形导槽A14内；齿圈B22上安装有梯形导环B23，梯形导环B23旋转于环板A32上的环形梯形导槽B15内；齿圈C24上安装有梯形导环C25，梯形导环C25旋转于环板A32上的环形梯形导槽C16内；齿圈D26上安装有梯形导环D27，梯形导环D27旋转于环板A32上的环形梯形导槽D17内；如图6所示，每个限位块55上均对称安装有两个导向块56，两个导向块56分别滑动于相应滑套53内壁上的两个导向槽54内。导向槽54与导向块56的配合保证限位块55不会脱离滑套53的同时使得相应压力弹簧57始终处于压缩状态，保证当限位块55与齿圈A20的内柱面或圆环C59的外柱面相抵时，限位块55可以更加快速地进入与之相对的限位槽A58或限位槽B60中，从而瞬间完成对齿圈A20与固定板A11相对旋转或固定板A11与圆环C59的相对旋转的锁定。

如图4、6、11所示，上述环板A32板面上安装有同中心轴线的圆环C59，与限位块55配合的六个限位槽B60周向均匀地开设在圆环C59的外柱面上；液压柱B51通过固定座50安装在固定板A11上；如图4、5所示，环板A32上安装有三个周向均匀分布的齿轮B28，三个齿轮B28与齿圈A20的内圆柱齿面啮合；动力装置35的输出轴上安装有与三个齿轮B28啮合的齿轮A33；如图2、4、9所示，圆环B7中部安装有外凸的刀座B8，刀座B8上安装有两排均匀分布的刀头6。导座B上的刀头6对岩层上位于圆环B7中部的岩层进行钻削，提高本发明在岩层中钻削掘进的推进速度。

如图1、2、3所示，①，将齿圈A20与固定板A11的相对旋转锁定，启动动力装置35带动安装在刀座A4和刀座B8上的刀头6对岩层进行钻削掘进；②，将圆环C59与固定板A11的相对旋转锁定，同时启动动力装置35和若干液压柱A42带动全部钻头43向岩层工作面进给钻孔；③，回缩钻头43并将齿圈A20与固定板A11的相对旋转锁定，动力装置35带动刀座A4和刀座B8上的刀头6进行掘进；④，停止动力装置35运行，保证钻头43位于相邻两个刀座A4之间并启动驱动钻头43进给进入岩层上的钻孔中。⑤，启动动力装置35带动刀座A4往复地对插入钻孔的钻头43柄部进行敲击，钻头43对其所在的钻孔进行破碎扩孔；⑥，停止动力装置35运行，并回缩钻头43；⑦，启动动力装置35带动刀座A4和刀座B8上的刀头6对岩层工作面继续进行钻削掘进。

本发明中的动力装置35和螺旋提升装置采用现有技术，动力装置35与控制系统电连接。

本发明的工作流程：在初始状态，钻头43不位于刀座A4上的活动孔5内，钻头43与相应活动孔5相对。滑套53中靠近轴A9的限位块55插入齿圈A20上的相应限位槽A58内对齿圈A20与固定板A11的相对旋转进行锁定。滑套53中靠近轴A9的限位块55未插入圆环C59上的相应限位槽B60内，圆环C59与固定板A11的相对旋转未被锁定。靠近轴A9的限位块55与圆环C59上的相应限位槽B60相对。

当用本发明进行顶管施工时，先启动动力装置35，动力装置35的输出轴带动齿轮A33旋转，齿轮A33带动三个齿轮B28自转，三个齿轮B28与带动齿圈A20相对于固定板A11旋转。由于此时齿圈A20与固定板A11的相对旋转被锁定，所以齿圈A20不发生相对于固定板A11的旋转。三个自转的齿轮B28在齿圈A20的作用下通过环板A32带动轴A9旋转，轴A9通过圆环B7带动六个刀座A4和刀座B8旋转，刀座A4和刀座B8上的刀头6对岩层工作面进行钻削掘进。同时，六个刀座A4带动圆环A2相对于圆筒1旋转。

当刀座A4和刀座B8上的刀头6遇到较硬的岩层工作面而钻削掘进困难时，控制全部的液压柱B51进行收缩运动，全部的液压柱B51分别通过相应的连接杆52带动相应的滑套53同步运动，每个滑套53均通过压力弹簧57和导向块56带动相应的两个限位块55同步运动，远离轴A9的两个限位块55快速脱离相应限位槽A58并解除对齿圈A20与固定板A11相对旋转的锁定。如果靠近轴A9的两个限位块55没有与圆环C59上的相应限位槽B60相对，那么靠近轴A9的两个限位块55就会快速与圆环C59的外柱面相抵，且压力弹簧57被进一步压缩储能。随着圆环C59和环板A32的继续旋转，靠近轴A9的两个限位块55最终分别与相应的限位槽B60相对并在相应压力弹簧57复位作用下瞬间插入相应限位槽B60内而完成对固定板A11与圆环C59相对旋转的锁定。如果靠近轴A9的两个限位块55正好与圆环C59上的相应限位槽B60相对，那么靠近轴A9的两个限位块55就会快速插入相应限位槽B60内并快速完成对固定板A11与圆环C59相对旋转的锁定。

当固定板A11与圆环C59的相对旋转被锁定的瞬间，环板A32、轴A9和圆环B7的旋转停止，刀座A4和刀座B8停止绕圆筒1中心轴线的公转，刀座A4和刀座B8上的刀头6对岩层工作面的钻削停止，钻头43重新与相应刀座A4上的相应活动孔5相对。动力装置35的输出轴带动齿轮A33旋转，齿轮A33带动三个齿轮B28自转。由于此时齿圈A20与固定板A11的相对旋转的锁定解除，所以三个齿轮B28带动齿圈A20相对于固定板A11旋转，齿圈A20带动与之啮合的三个齿轮C29和同圆的六个齿轮F38自转。三个齿轮C29带动齿圈B22相对于固定板A11旋转，齿圈B22带动与之啮合的三个齿轮D30和同圆的六个齿轮F38自转。三个齿轮D30带动齿圈C24相对于固定板A11旋转，齿圈C24带动与之啮合的三个齿轮E31和同圆的六个齿轮F38自转。三个齿轮E31带动齿圈D26相对于固定板A11旋转，齿圈D26带动与之啮合且同圆的六个齿轮F38自转。六组十八个轴B37分别在相应齿轮E31的带动下相对于固定板A11和环板B40自转。

轴B37通过相应十字万向节44带动相应的钻头43同步旋转。然后，启动全部的液压柱A42进行伸长运动，液压柱A42通过环板B40带动全部进行自转的轴B37相对于固定板A11向岩层工作面轴向运动，轴B37通过相应十字万向节44带动相应钻头43穿过相刀座A4上的相应活动孔5对岩层工作面进行钻孔。当钻头43的钻孔深度达到要求时，十字万向节44完全位于相应轴套48外而摆脱相应轴套48的限制，轴套48对相应钻头43相对于相应轴B37的摆动限制解除。此时，控制全部液压柱A42进行收缩运动，液压柱A42通过一系列传动带动钻头43快速脱离岩层工作面上的钻孔。接着启动全部的液压柱B51进行伸长运动，液压柱B51通过一系列传动带动靠近轴A9的两个限位块55快速脱离相应限位槽B60并解除对固定板A11与圆环C59相对旋转的锁定，同时远离轴A9的两个限位块55向齿圈A20快速运动。

如果远离轴A9的两个限位块55没有与齿圈A20内壁上的相应限位槽A58相对，那么远离轴A9的两个限位块55就会快速与齿圈A20相抵，且压力弹簧57被进一步压缩储能。随着齿圈A20相对于固定板A11的继续旋转，远离轴A9的两个限位块55最终分别与相应的限位槽A58相对并在相应压力弹簧57复位作用下瞬间插入相应限位槽A58内而完成对固定板A11与齿圈A20相对旋转的锁定。如果远离轴A9的两个限位块55正好与齿圈A20上的相应限位槽A58相对，那么远离轴A9的两个限位块55就会快速插入相应限位槽A58内快速完成对固定板A11与齿圈A20相对旋转的锁定。在齿圈A20与固定板A11相对旋转被锁定的同时，动力装置35通过一系列传动带动轴A9旋转，轴A9通过圆环B7带动六个刀座A4和刀座B8上的刀头6对布满钻孔的岩层工作面进行钻削掘进，同时六个刀座A4带动圆环A2相对于圆筒1旋转。

如果布满钻孔的岩层工作面硬度依然无法使得刀头6进行有效钻削掘进，那么，当每组中的三个钻头43位于相邻两个刀座A4之间的位置时，停止动力装置35的运行，刀座A4和刀座B8停止旋转。然后，启动全部的液压柱A42进行伸缩运动，液压柱A42通过一系列传动带动钻头43经过相邻两个刀座A4之间完全插入相应的钻孔中，十字万向节44完全运动至相应轴套48外而摆脱轴套48的限制。齿轮F38随相应轴B37同步运动并始终保持与齿圈B22、齿圈C24或齿圈D26的啮合关系。然后往复地正反启动动力装置35，动力装置35通过一系列传动带动六个刀座A4分别对相应一组的钻头43的钻柄进行反复敲击，钻头43在刀座A4的敲击和相应十字万向节44内涡卷弹簧47的共同作用下相对于相应轴B37产生往复摆动并对相应钻孔的内壁岩石进行敲击扩孔破碎，在钻孔内径增大的同时，岩层工作面上与刀头6的实际作用面积得到有效减小，在一定程度上减小岩层工作面的强度，有利于刀头6对其进行有效钻削，提高顶管施工中的刀头6对较硬岩层工作面的掘进效率。

当钻孔的内径达到刀头6钻削的要求时，停止动力装置35的运行，并接着启动全部的液压柱A42进行收缩运动，液压柱A42通过一系列传动带动钻头43快速回缩复位。待全部钻头43完全复位时，重新启动动力装置35运行，动力装置35通过一系列传动带动六个刀座A4和刀座B8上的刀头6对布满钻孔的岩层工作面进行钻削掘进。当顶管施工结束时，停止动力装置35的运行即可。

综上所述，本发明的有益效果为：进行钻削掘进的本发明在遇到较硬的岩石层工作面时通过均分布的若干小直径钻头43对较硬的岩石层工作面进行钻孔，岩层工作面上被钻头43钻出的孔有效减小了岩层工作面的作用面积，使得本发明中刀座A4和刀座B8上的刀头6更容易对岩层进行钻削，减小刀头6因与较硬岩层相互作用而导致的磨损，延长刀头6使用寿命，减小设备维护成本。当钻头43钻出的孔对岩层工作面的作用面积的减小量还不足以被刀座A4和刀座B8上的刀头6较为容易地钻削掘进时，将钻头43从相邻两个刀座A4之间的位置处重新插入钻孔内，再驱动刀座A4对钻头43的钻柄进行往复敲击，使得钻头43对其所在的钻孔内壁进行往复敲击扩孔破碎，使得岩层工作面的实际作用面积得到进一步减小，直至岩层工作面的作用面积达到要求时，回缩钻头43并带动刀座A4和刀座B8上的刀头6对岩层工作面进行有效钻削，从而提高钻削掘进的效率。另外，钻头43对较硬岩层工作面进行钻孔和对钻孔进一步的扩孔敲击破碎，使得刀座A4和刀座B8上的刀头6在现有的较小功率的动力装置35的带动下对较硬岩层进行掘进顶管施工，降低了对动力装置35的功率要求标准，使得本发明可以在较小功率的动力装置35的带动下进行高效的掘进顶管施工，降低顶管施工中顶管装置的整体成本，提高顶管施工的效率。

Claims (7)

1.一种市政顶管结构，其特征在于：它包括圆筒、圆环A、刀座A、刀头、圆环B、刀座B、轴A、固定板A、齿圈A、齿圈B、齿圈C、齿圈D、齿轮C、齿轮D、齿轮E、环板A、动力装置、轴B、齿轮F、环板B、液压柱A、钻头、十字万向节、液压柱B、滑套、限位块、压力弹簧、螺旋提升设备，其中圆筒内安装有圆形固定板A，固定板A中心处的轴槽A中旋转配合有轴A，轴A被安装在圆筒内的动力装置驱动旋转；轴A两端分别安装有环板A和圆环B；与圆筒一端旋转配合的圆环A通过周向均匀分布的六个刀座A与中心处的圆环B固连；每个刀座A上均安装有两排径向均匀分布的刀头；固定板A的板面上旋转配合有同中心轴线的齿圈A、齿圈B、齿圈C和齿圈D，齿圈A被动力装置驱动旋转；

齿圈A的外圆柱齿面和齿圈B的内圆柱齿面同时与安装在固定板A上的三个齿轮C啮合，齿圈B的外圆柱齿面和齿圈C的内圆柱齿面同时与安装在固定板A上的三个齿轮D啮合，齿圈C的外圆柱齿面和齿圈D的内圆柱齿面同时与安装在固定板A上的三个齿轮E啮合；固定板A上旋转旋转且轴向滑动配合有六组轴B，每组具有三个径向均匀分布且与齿圈B、齿圈C和齿圈D一一对应的轴B；齿圈B的内圆柱齿面、齿圈C的内圆柱齿面和齿圈D的内圆柱齿面分别与同圆六个轴B上安装的齿轮F啮合；每个轴B末端均通过可自主复位的十字万向节安装有钻头，钻头与相应刀座A上的活动孔配合；

与六组轴B旋转配合的环板B被周向均匀地安装于圆筒内且轴向伸缩的若干液压柱A驱动；固定板A上周向均匀安装有两个径向伸缩的液压柱B，液压柱B位于齿圈A内；每个液压柱B末端均通过连接杆安装有滑套，每个滑套两端内均径向滑动有限位块；滑套内安装有对相应两个限位块进行复位的压力弹簧；远离轴A的限位块与齿圈A内壁上周向均匀分布的六个限位槽A配合，靠近轴A的限位块与环板A外柱面上周向均匀分布的六个限位槽B配合；固定板A底部的排渣槽处安装有清理泥沙的螺旋提升装置；

上述圆环B中部安装有外凸的刀座B，刀座B上安装有两排均匀分布的刀头。

2.根据权利要求1所述的一种市政顶管结构，其特征在于：上述轴B周向旋转且轴向滑动于固定板A上的轴槽B内，每个轴槽B处均安装有与相应轴B、十字万向节和钻头配合的轴套。

3.根据权利要求1所述的一种市政顶管结构，其特征在于：上述圆筒外柱面上安装的环套C旋转于圆环A内壁上的环槽A内；轴A上安装有环套A，环套A旋转于轴槽A内壁上的环槽B中；轴B与环板B上的轴槽C旋转配合，安装在轴B上的环套B旋转于相应轴槽C内壁上的环槽C内；环板B通过若干液压柱A与安装于圆筒内的固定板C连接；动力装置安装在固定板C上，动力装置的输出轴穿过环板B与安装于圆筒内的固定板B上的轴槽E旋转配合；轴B与固定板B上的轴槽D旋转配合；螺旋提升装置穿过固定板B和固定板C上的排渣槽。

4.根据权利要求1所述的一种市政顶管结构，其特征在于：上述十字万向节中相互交叉的两个万向节叉与十字轴之间安装有对两个万向节叉相对摆动复位的涡卷弹簧；涡卷弹簧一端与相应万向节叉连接，另一端与十字轴连接。

5.根据权利要求1所述的一种市政顶管结构，其特征在于：上述齿圈A上安装有梯形导环A，梯形导环A旋转于环板A上的环形梯形导槽A内；齿圈B上安装有梯形导环B，梯形导环B旋转于环板A上的环形梯形导槽B内；齿圈C上安装有梯形导环C，梯形导环C旋转于环板A上的环形梯形导槽C内；齿圈D上安装有梯形导环D，梯形导环D旋转于环板A上的环形梯形导槽D内；每个限位块上均对称安装有两个导向块，两个导向块分别滑动于相应滑套内壁上的两个导向槽内。

6.根据权利要求1所述的一种市政顶管结构，其特征在于：上述环板A板面上安装有同中心轴线的圆环C，与限位块配合的六个限位槽B周向均匀地开设在圆环C的外柱面上；液压柱B通过固定座安装在固定板A上；环板A上安装有三个周向均匀分布的齿轮B，三个齿轮B与齿圈A的内圆柱齿面啮合；动力装置的输出轴上安装有与三个齿轮B啮合的齿轮A。

7.权利要求6所述的一种市政顶管结构的施工方法为：①，将齿圈A与固定板A的相对旋转锁定，启动动力装置带动安装在刀座A和刀座B上的刀头对岩层进行钻削掘进；②，将圆环C与固定板A的相对旋转锁定，同时启动动力装置和若干液压柱A带动全部钻头向岩层工作面进给钻孔；③，回缩钻头并将齿圈A与固定板A的相对旋转锁定，动力装置带动刀座A和刀座B上的刀头进行掘进；④，停止动力装置运行，保证钻头位于相邻两个刀座A之间并启动驱动钻头进给进入岩层上的钻孔中；

⑤，启动动力装置带动刀座A往复地对插入钻孔的钻头柄部进行敲击，钻头对其所在的钻孔进行破碎扩孔；⑥，停止动力装置运行，并回缩钻头；⑦，启动动力装置带动刀座A和刀座B上的刀头对岩层工作面继续进行钻削掘进。

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