CN112593969A - 一种螺旋顶管机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺旋顶管机，包括驱动装置、螺旋套管装置、开挖装置和导向装置，所述驱动装置连接所述螺旋套管装置和所述导向装置，所述导向装置位于所述螺旋套管装置的前端，所述螺旋套管装置连接所述开挖装置，所述开挖装置位于所述螺旋套管装置的前端和所述导向装置的后端。上述螺旋顶管机利用导向装置实现高精度导向和纠偏；除此以外，还具有占用场地空间小和施工效率高的特点。

Description

一种螺旋顶管机

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种螺旋顶管机。

背景技术

顶管机广泛应用在管幕施工、管道建设及隧道塌方救援等领域，具有广阔应用前景。

目前用于管幕施工的顶管机主要有泥水平衡式和土压平衡式两种，这两种设备的适用范围存在一定局限性，施工占用场地空间大、效率低，传统螺旋顶管技术无法实现高精度导向和纠偏，无法实现快速换步和顶进。

因此，如何能够提供一种占用场地空间小、施工效率高、可实现高精度导向和纠偏的螺旋顶管机是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种螺旋顶管机，利用导向装置实现高精度导向和纠偏；除此以外，还具有占用场地空间小和施工效率高的特点。

为实现上述目的，本发明提供一种螺旋顶管机，包括驱动装置、螺旋套管装置、开挖装置和导向装置，所述驱动装置连接所述螺旋套管装置和所述导向装置，所述导向装置位于所述螺旋套管装置的前端，所述螺旋套管装置连接所述开挖装置，所述开挖装置位于所述螺旋套管装置的前端和所述导向装置的后端。

优选地，所述驱动装置包括驱动轴和动力部，所述驱动轴的内部空心，所述驱动轴的内部与所述导向装置可拆卸连接，所述驱动轴的外部与所述螺旋套管装置可拆卸连接，所述动力部用于顶进所述螺旋套管装置。

优选地，所述螺旋套管装置包括管节和螺旋轴，所述管节的内部空心，所述螺旋轴穿设于所述管节。

优选地，所述管节和所述螺旋轴一侧设有顶环，所述动力部包括用于通过所述顶环推动所述管节和所述螺旋轴的主顶油缸以及用于推动所述螺旋轴的微调油缸。

优选地，所述导向装置包括导向杆和导向钻头，所述导向钻头装设于所述导向杆的前端。

优选地，所述驱动轴与所述螺旋轴通过花键连接，所述驱动轴与所述导向杆通过螺纹连接。

优选地，所述导向杆的内部中空，所述导向杆的数量为多个，多个所述导向杆通过六方体及螺纹连接；所述管节和所述螺旋轴的数量均为多个，多个所述管节通过螺纹连接，多个所述螺旋轴通过六方头或八方头或螺纹连接。

优选地，所述开挖装置包括合金块和螺旋杆，所述合金块通过螺钉连接于所述螺旋杆，所述螺旋杆通过六方头或八方头及螺栓连接于所述螺旋轴。

优选地，还包括后背靠、换步装置和机架，所述机架和所述驱动装置通过滑轨连接，所述后背靠和所述换步装置通过焊接连接，所述换步装置和所述机架通过插销油缸连接。

优选地，所述机架设有调平装置和导向环，所述调平装置位于所述机架的底部，所述导向环位于所述螺旋套管装置的前端端部，所述导向环用于供所述螺旋套管装置穿过并定位，所述导向环设有防扭装置，所述防扭装置用于供所述螺旋套管装置导向固定。

相对于上述背景技术，本发明所提供的螺旋顶管机包括驱动装置、螺旋套管装置、开挖装置和导向装置，驱动装置连接螺旋套管装置和导向装置，螺旋套管装置连接开挖装置，导向装置位于螺旋套管装置的前端，开挖装置位于螺旋套管装置和导向装置之间；该螺旋顶管机通过驱动装置提供顶进动力，通过导向装置以实现顶进前在岩石地层中的插入与定位，从而利用导向装置实现高精度导向和纠偏；通过开挖装置以实现顶进时对岩石地层的挖掘，通过螺旋套管装置以实现顶进时对挖掘后岩石的排渣和对挖掘后岩壁的支护，还具有占用场地空间小和施工效率高的特点。

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为本发明实施例提供的螺旋顶管机的结构示意图；

图2为图1的A向示意图；

图3为图1的B向示意图；

图4为图1中导向装置的正剖图；

图5为图1中导向装置的正视图；

图6为图1中螺旋套管装置的正剖图；

图7为本发明实施例提供的螺旋顶管机的导向杆的顶进阶段示意图；

图8为本发明实施例提供的螺旋顶管机的管节的顶进阶段示意图。

其中：

1-后背靠、2-换步装置、3-驱动装置、4-顶环、5-螺旋套管装置、6-防扭装置、7-导向环、8-开挖装置、9-导向装置、10-机架、11-调平装置、12-插销油缸、301-驱动轴、302-主顶油缸、303-微调油缸、501-管节、502-螺旋轴、801-合金块、802-螺旋杆、901-导向杆、902-导向钻头。

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技术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8，其中，图1为本发明实施例提供的螺旋顶管机的结构示意图，图2为图1的A向示意图，图3为图1的B向示意图，图4为图1中导向装置的正剖图，图5为图1中导向装置的正视图，图6为图1中螺旋套管装置的正剖图，图7为本发明实施例提供的螺旋顶管机的导向杆的顶进阶段示意图，图8为本发明实施例提供的螺旋顶管机的管节的顶进阶段示意图。

在第一种具体的实施方式中，本发明所提供的螺旋顶管机，包括驱动装置3、螺旋套管装置5、开挖装置8和导向装置9，驱动装置3连接螺旋套管装置5和导向装置9，螺旋套管装置5连接开挖装置8，导向装置9位于螺旋套管装置5的前端，开挖装置8位于螺旋套管装置5的前端和导向装置9的后端也即二者之间。

在本实施例中，先将该螺旋顶管机架设于待挖掘的岩石地层位置，使得待挖掘的岩石地层位于螺旋顶管机的前端；该螺旋顶管机在始发井组装完成后，先利用导向装置9按照设计顶进地层中，将导向装置9顶进岩石地层的预设施工位置，从而利用导向装置9实现高精度导向和纠偏；然后启动驱动装置3，由驱动装置3为螺旋套管装置5提供顶推力，螺旋套管装置5进而带动开挖装置8向前顶进，位于螺旋套管装置5前端的开挖装置8先对岩石地层进行挖掘破坏，随后由螺旋套管装置5对内部挖掘下来的岩石进行排渣且对外周挖掘得到的岩壁进行支护，具有占用场地空间小、可在狭小空间快速掘进施工和快速转场、施工效率高和经济性好的特点。

在一种具体的实施方式中，驱动装置3包括驱动轴301和动力部，驱动轴301的作用在于定轴导向，动力部的作用在于提供动力。在本实施例中，螺旋套管装置5和导向装置9均与驱动装置3的驱动轴301的中心线共线，使得该螺旋顶管机能够按照正确的顶进方向顶进直至到达导向装置9预设的施工位置。需要说明的是，本实施例中的驱动轴301提供连接与导向的作用，而驱动轴301固定不动，由动力部提供螺旋套管装置5沿驱动轴301运动的顶推力。

其中，提供驱动轴301与导向装置9和螺旋套管装置5可拆卸连接以实现导向装置9和螺旋套管装置5在驱动装置3上的便捷拆装。示例性的，为了避免同时与驱动轴301可拆卸连接的导向装置9和螺旋套管装置5产生干涉，导向装置9连接于驱动轴301的内部位置，而螺旋套管装置5连接于驱动轴301的外部位置，也就是说，三者的径向尺寸不同，螺旋套管装置5环绕驱动轴301，再由驱动轴301环绕导向装置9。

具体而言，驱动轴301的内部空心，驱动轴301的内部与导向装置9可拆卸连接，驱动轴301的外部与螺旋套管装置5可拆卸连接，在动力部顶进螺旋套管装置5时，螺旋套管装置5沿驱动轴301的中心线方向向前顶进，进而实现按照正确的顶进方向顶进直至到达导向装置9预设的施工位置。

除此以外，螺旋套管装置5包括管节501和螺旋轴502。其中，呈筒状的管节501的内部空心，管节501可以是单独的一段也可以是拼接的多段，其作用在于支护岩壁；螺旋轴502呈螺旋状的圆轴，螺旋轴502位于管节501的内部，其作用在于利用螺旋的斜面将前端的岩石进行向后的排渣。

在本实施例中，驱动装置3和螺旋套管装置5的作用面上设有顶环4，顶环4位于管节501和螺旋轴502一侧，顶环4的作用在于将动力部的顶进力间接传递至管节501和螺旋轴502，使力的传递均匀平稳。

示例性的，动力部采用液压油缸的形式实现顶推力的输出；其中，动力部包括主顶油缸302和微调油缸303，主顶油缸302直接作用于顶环4，使得顶环4在主顶油缸302的顶推力的作用下推动螺旋套管装置5也即管节501和螺旋轴502向前顶进；而微调油缸303直接作用于螺旋轴502，其作用在于顶推螺旋轴502，使螺旋轴502和管节501之间产生相对位移，螺旋轴502和管节501之间的岩石可发生一定程度的松动与脱落，从而解决在顶推过程中螺旋轴502的掌子面发生卡住等障碍时无法运动的问题。

在本实施例中，主顶油缸302的推力大，满足长距离顶进；主顶油缸302和微调油缸303均可采用一组多个的设置方式，多个主顶油缸302和微调油缸303分布于驱动轴301的周侧，微调油缸303的分布环形位于主顶油缸302的环形的内侧。

在一种具体的实施方式中，导向装置9包括导向杆901和导向钻头902，导向钻头902装设于导向杆901的前端，导向杆901连接于驱动装置3的驱动轴301。

在本实施例中，通过控制导向钻头902的方向来调整导向杆901的轴线位置，导向钻头902的作用在于先行开掘出一条供导向杆901插入的定位孔道，该导向杆901和驱动轴301的中心线共线，当导向杆901达到预设施工位置后，驱动装置3的主顶油缸302为开挖装置8提供顶推力，带动螺旋轴502顺着导向杆901顶进，进而实现按照正确的顶进方向顶进直至到达导向装置9预设的施工位置，完成开挖掘进过程。

示例性的，驱动轴301与螺旋轴502通过花键连接，可连接不同直径范围的螺旋轴502，该花键形式包括但不限于各种尺寸和形状的键槽，驱动轴301与导向杆901通过螺纹连接，可连接不同直径范围的导向杆901，该螺纹形式为内外螺纹。

在一种具体的实施方式中，上述螺旋套管装置5和导向装置9可根据实际施工的需要进行变化，如径向尺寸和轴向长度的变化等。

示例性的，在轴向长度的变化中，导向杆901可采用多段拼接和采用快速接口的形式进行设置，提高施工的适用性以及施工的工作效率；此时导向杆901的内部中空，导向杆901的数量为多个，多个导向杆901通过六方体及螺纹连接，达到纠偏的目的。与此对应的，管节501和螺旋轴502也可采用多段拼接的形式进行设置，管节501和螺旋轴502的数量均为多个，多个管节501通过螺纹连接，多个螺旋轴502通过六方头或八方头或螺纹连接。

需要说明的是，该螺旋顶管机可实现长度较长的管节501的顶进，且可满足适应多种直径范围的钢管顶进，导向装置9保障顶进施工的高精度。

在本实施例中，开挖装置8包括合金块801和螺旋杆802，合金块801通过螺钉连接于螺旋杆802，螺旋杆802通过六方头或八方头及螺栓连接于螺旋轴502。其中，合金块801和螺旋杆802可根据不同地质来设计不同的结构形式，能适应软土、软岩、硬岩等不同地质。

除此以外，还包括后背靠1、换步装置2和机架10；其中，机架10和驱动装置3通过滑轨连接，驱动装置3的外壳通过滑轨与机架10连接以承受反扭矩，后背靠1和换步装置2通过焊接连接，换步装置2和机架10通过插销油缸12连接。

在本实施例中，机架10设有调平装置11和导向环7；其中，该螺旋顶管机采用可变径技术，调平装置11位于机架10的底部，使得机架10具备微调功能，采用调平装置11调整主机姿态，机架10采用模块化，可根据需求接长，满足不同长度的管节501顶进需求。驱动轴301可连接不同直径范围的螺旋轴502和管节501，实现变径顶进要求。

除此以外，导向环7位于螺旋套管装置5的前端端部，导向环7用于供螺旋套管装置5穿过并定位，导向环7设有防扭装置6，防扭装置6和导向环7通过焊接连接，防扭装置6用于供螺旋套管装置5导向固定。其中，为适应变径顶进技术，该防扭装置6可调，也即防扭装置6在直径方向上的位置可变，使得驱动轴301可连接多种不同直径范围的管节501。

需要说明的是，该螺旋顶管机利用换步装置2实现换步、利用驱动装置3实现顶进，无需接收井，具备可回退能力和自由换步技术。

可回退模式：隧道成型后，可将管节501内的设备如螺旋轴502、导向装置9和开挖装置8等全部回退；在掘进过程中遇到障碍物时，也可将主机退回，待处理完障碍物后，再次将主机送回洞内施工。

自由换步模式：在主顶油缸302推进管节501顶进后，拆掉换步装置2上的插销油缸12，主顶油缸302缩回时带动换步装置2在机架10上向前移动；换步装置2移动停止后，再次用插销油缸12连接换步装置2与机架10，实现推进时前后自由换步功能，且轨道式的机架10可根据需求接长，满足狭小空间长度较长的管节501顶进要求。

导向杆901顶进模式：在导向杆901前端安装导向钻头902，将导向杆901按照设计方向顶进，通过控制导向钻头902方向来调整导向杆901的轴线位置。

管节501顶进模式：导向装置9全部顶进，导向杆901达到预设施工位置后，连接螺旋轴502和管节501。驱动装置3的主顶油缸302开始推进，管节501和主顶油缸302间安装顶环4，以防止主顶油缸302直接顶进管节501，造成损伤。主顶油缸302为开挖装置8提供顶推力，带动螺旋套管装置5沿着导向杆901顶进，实现高精度施工，开挖的渣土通过螺旋轴502排出，完成管节501顶进过程。主顶油缸302缩回后，吊装下一管节501和螺旋轴502，并连接在最后一个螺旋套管装置5的尾端，继续进行管节501顶进过程。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的螺旋顶管机进行了详细介绍。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 (10)

1.一种螺旋顶管机，其特征在于，包括驱动装置(3)、螺旋套管装置(5)、开挖装置(8)和导向装置(9)，所述驱动装置(3)连接所述螺旋套管装置(5)和所述导向装置(9)，所述导向装置(9)位于所述螺旋套管装置(5)的前端，所述螺旋套管装置(5)连接所述开挖装置(8)，所述开挖装置(8)位于所述螺旋套管装置(5)的前端和所述导向装置(9)的后端。

2.根据权利要求1所述的螺旋顶管机，其特征在于，所述驱动装置(3)包括驱动轴(301)和动力部，所述驱动轴(301)的内部空心，所述驱动轴(301)的内部与所述导向装置(9)可拆卸连接，所述驱动轴(301)的外部与所述螺旋套管装置(5)可拆卸连接，所述动力部用于顶进所述螺旋套管装置(5)。

3.根据权利要求2所述的螺旋顶管机，其特征在于，所述螺旋套管装置(5)包括管节(501)和螺旋轴(502)，所述管节(501)的内部空心，所述螺旋轴(502)穿设于所述管节(501)。

4.根据权利要求3所述的螺旋顶管机，其特征在于，所述管节(501)和所述螺旋轴(502)一侧设有顶环(4)，所述动力部包括用于通过所述顶环(4)推动所述管节(501)和所述螺旋轴(502)的主顶油缸(302)以及用于推动所述螺旋轴(502)的微调油缸(303)。

5.根据权利要求4所述的螺旋顶管机，其特征在于，所述导向装置(9)包括导向杆(901)和导向钻头(902)，所述导向钻头(902)装设于所述导向杆(901)的前端。

6.根据权利要求5所述的螺旋顶管机，其特征在于，所述驱动轴(301)与所述螺旋轴(502)通过花键连接，所述驱动轴(301)与所述导向杆(901)通过螺纹连接。

7.根据权利要求6所述的螺旋顶管机，其特征在于，所述导向杆(901)的内部中空，所述导向杆(901)的数量为多个，多个所述导向杆(901)通过六方体及螺纹连接；所述管节(501)和所述螺旋轴(502)的数量均为多个，多个所述管节(501)通过螺纹连接，多个所述螺旋轴(502)通过六方头或八方头或螺纹连接。

8.根据权利要求3至7任一项所述的螺旋顶管机，其特征在于，所述开挖装置(8)包括合金块(801)和螺旋杆(802)，所述合金块(801)通过螺钉连接于所述螺旋杆(802)，所述螺旋杆(802)通过六方头或八方头及螺栓连接于所述螺旋轴(502)。

9.根据权利要求1至7任一项所述的螺旋顶管机，其特征在于，还包括后背靠(1)、换步装置(2)和机架(10)，所述机架(10)和所述驱动装置(3)通过滑轨连接，所述后背靠(1)和所述换步装置(2)通过焊接连接，所述换步装置(2)和所述机架(10)通过插销油缸(12)连接。

10.根据权利要求9所述的螺旋顶管机，其特征在于，所述机架(10)设有调平装置(11)和导向环(7)，所述调平装置(11)位于所述机架(10)的底部，所述导向环(7)位于所述螺旋套管装置(5)的前端端部，所述导向环(7)用于供所述螺旋套管装置(5)穿过并定位，所述导向环(7)设有防扭装置(6)，所述防扭装置(6)用于供所述螺旋套管装置(5)导向固定。

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