CN113898354A - 一种螺旋顶管机及其硬岩超前切割装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种螺旋顶管机及其硬岩超前切割装置，硬岩超前切割装置包括常规筒体和沿轴向与常规筒体相对接且相对于常规筒体旋转的旋转筒体，常规筒体内设有用于供应砂丸浆料的供料管道，旋转筒体内设有通过供料泵与供料管道相连的输料管道，输料管道具有高压喷头。启动供料泵，将供料管道内的砂丸浆料压入输料管道后经高压喷头喷出；当旋转筒旋转时，输料管道带动高压喷头同步旋转，高压喷头沿周向向硬岩地层喷出的砂丸浆料，先于刀头冲击切割硬岩地层，避免刀头严重磨损，降低刀头更换频率，且无需在无硬岩时拆除，省去加装时间，施工效率较高。

Description

一种螺旋顶管机及其硬岩超前切割装置

技术领域

本发明涉及掘进设备领域，特别涉及一种螺旋顶管机及其硬岩超前切割装置。

背景技术

随着城市发展地下管道越来越多，由于螺旋顶管机施工只需在起点和终点进行挖井，如此可在提高工作效率的同时对地面产生较小的影响，使螺旋顶管机施工成为一种应用非常广泛的施工方法。

受自身性能限制，螺旋顶管机刀头只能开挖地质较软的地层，而很多地区地下均有不同程度的硬岩分布或完全为岩石的地层，使得螺旋顶管机掘进难度大大增加，甚至完全无法掘进，加硬地层对刀头磨损很大，频繁退出换刀会极大地降低施工进度，影响施工效率。基于此，部分顶管机的刀头在遇到硬岩时退回，在地面上加装火焰切割装置或锥型破土装置等破岩装置后再继续切割硬岩，这些破岩装置需在顶管机退回后才能加装，仍影响施工效率。

因此，如何提升螺旋顶管机在硬岩地层中的破岩能力以提高施工效率是本领域技术人员需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种螺旋顶管机的硬岩超前切割装置，与常规筒体相对对接的旋转筒体上装有供料管路，使其上的高压喷头沿周向向硬岩地层喷出的砂丸浆料，超前于刀头切割硬岩地层，既无需频繁地更换刀头，又无需在无硬岩时拆除整套装置，施工效率较高。

本发明所提供的螺旋顶管机的硬岩超前切割装置，包括常规筒体和沿轴向与常规筒体相对接且相对于常规筒体旋转的旋转筒体，常规筒体内设有用于供应砂丸浆料的供料管道，旋转筒体内设有通过供料泵与供料管道相连的输料管道，输料管道具有用于喷出先于刀头切割岩层的砂丸浆料的高压喷头。

优选的，还包括与旋转筒体相固连的传动齿圈、与传动齿圈相啮合的驱动齿轮及分别与供料泵和驱动齿轮相连的驱动电机。

优选的，传动齿圈与刀盘主轴之间设有回转轴承。

优选的，常规筒体的内壁固设有电机座，驱动电机固定于电机座。

优选的，常规筒体与旋转筒体之间设有相互配合并用于径向限定旋转筒体的限位凸起和限位凹槽。

优选的，常规筒体与旋转筒体之间设有密封件。

优选的，密封件包括呈阶梯状分布且沿轴向错开的外侧密封圈和内侧密封圈。

优选的，旋转筒体的自由端设有锥型防护环，锥型防护环沿轴向超出高压喷头设置。

优选的，高压喷头包括沿轴向喷射的高压直喷头和沿倾斜于轴向喷射的高压斜喷头，高压直喷头与高压斜喷头沿周向等角度均匀设置。

本发明所提供的螺旋顶管机，如上任一项所述的硬岩超前切割装置。

相对于背景技术，本发明所提供的螺旋顶管机的硬岩超前切割装置，包括常规筒体和旋转筒体，旋转筒体沿轴向与常规筒体相对接，常规筒体内设有用于供应砂丸浆料的供料管道，旋转筒体内设有输料管道，供料管道与输料管道通过供料泵相通，输料管道具有高压喷头。

启动供料泵，供料泵将供料管道内的砂丸浆料压入输料管道，再经高压喷头喷出；当旋转筒体相对于常规筒体旋转时，输料管道带动高压喷头随旋转筒体同步旋转，高压喷头沿周向向硬岩地层喷出的砂丸浆料，先于刀头冲击切割硬岩地层，避免刀头严重磨损，降低刀头更换频率，施工效率较高。此外，硬岩超前切割装置的结构简单，无需大幅度改变原装的螺旋顶管机的结构，可始终装于螺旋顶管机上，无需在无硬岩时拆除，省去加装时间，仍可提升施工效率。

因此，本发明所提供的螺旋顶管机的硬岩超前切割装置可在提升破岩强度的前提下提高施工效率。

本发明所提供的螺旋顶管机，包括上述硬岩超前切割装置，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例所提供的螺旋顶管机的硬岩超前切割装置剖面图；

图2为图1中A的局部放大图；

图3为图1中B-B向剖视图；

图4为图1的右侧视图；

图5为图4中C的局部放大图。

附图标记如下：

常规筒体1、供料管道2、旋转筒体3、输料管道4、高压喷头5、传动齿圈6、驱动齿轮7、驱动电机8、电机座9、外侧密封圈10、内侧密封圈11和供料泵12；

锥型防护环31和限位凸起32；

高压直喷头51和高压斜喷头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例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图5，图1为本发明一种具体实施例所提供的螺旋顶管机的硬岩超前切割装置剖面图；图2为图1中A的局部放大图；图3为图1中B-B向剖视图；图4为图1的右侧视图；图5为图4中C的局部放大图。

本发明实施例公开了一种螺旋顶管机的硬岩超前切割装置，包括常规筒体1和旋转筒体3。常规筒体1套设于刀盘主轴外周，呈圆筒状，常规筒体1设有供料管道2，用于供应砂丸浆料。具体地，常规筒体1的侧壁设有沿轴向延伸的轴向安装孔，供应管道装于轴向安装孔内，避免供应管道被刀盘或刀盘割下的土体或岩体割伤。常规筒体1的结构具体可参考现有技术，不再赘述。

旋转筒体3沿轴向与常规筒体1同轴对接，且相对于常规筒体1周向转动。具体地，旋转筒体3也呈圆筒状，其外径及内径均分别与常规筒体1的内径及外径对应相等，既可以避免旋转筒体3因内径过小而干扰刀盘旋转，又可避免因旋转筒体3外径过大而加大常规筒体1的推进难度。

旋转筒体3内设有输料管道4，相应地，旋转筒体3的侧壁也开设有沿轴向延伸的轴向容纳孔，输料管道4装于轴向容纳孔内，也可避免供料管道2被刀盘或刀盘割下的土体或岩体割伤。供料管道2与输料管道4通过供料泵12相通，供料泵12给供料管道2内的砂丸浆料增压，将砂丸浆料压入输料管道4内。输料管道4具有高压喷头5，使输料管道4内的砂丸浆料经高压喷头5喷向硬岩地层。

常规筒体1设有若干个轴向安装孔，每个轴向安装孔内各装有一根供料管道2。同样地，旋转筒体3设有若干个轴向容纳孔，每个轴向容纳孔内各装有一根输料管道4。每个轴向安装孔与每个轴向容纳孔一一对应贯通，使每根供料管道2与每根输料管道4分别通过一台供料泵12一一对应相连。具体地，供料管道2与输料管道4均有八根，且均呈圆环状均匀分布。当然，供料管道2与输料管道4二者的设置数量具体可依据施工环境设定，在此不做具体限定。

需要特别注意的是，输料管道4随旋转筒体3相对常规筒体1同步转动，为防止输料管道4打结或脱开供料管道2，供料管道2与输料管道4之间通过回转接头转动连接，使输料管道4相对于供料管道2周向转动。回转接头的结构具体可参考现有技术。

施工时，启动供料泵12，供料泵12将供料管道2内的砂丸浆料压入输料管道4，再经高压喷头5喷出；当旋转筒体3相对于常规筒体1旋转时，输料管道4带动高压喷头5随旋转筒体3同步旋转，高压喷头5沿周向向硬岩地层喷出的砂丸浆料，先于刀头冲击切割硬岩地层。

综上所述，本发明所提供的螺旋顶管机的硬岩超前切割装置通过增设旋转筒体3及其附件，可使高压喷头5先于刀头冲击切割硬岩地层，破岩强度较高，可有效降低刀头的切割难度，避免刀头严重磨损，降低刀头更换频率，施工效率较高。此外，硬岩超前切割装置的结构简单，无需大幅度改变原装的螺旋顶管机的结构，可始终装于螺旋顶管机上，无需在无硬岩时拆除，省去加装时间，仍可提升施工效率。因此，本发明所提供的螺旋顶管机的硬岩超前切割装置可在提升破岩强度的前提下提高施工效率。

本发明还包括传动齿圈6、驱动齿轮7和驱动电机8，传动齿圈6与旋转筒体3二者可采用焊接或螺栓连接的方式固连在一起。驱动齿轮7与传动齿圈6相啮合，且与驱动电机8的输出轴相连，使驱动电机8通过驱动齿轮7将动力传递至传动齿圈6，使传动齿圈6带动旋转筒体3同步转动。传动齿圈6可同时与多个驱动齿轮7相啮合，增大旋转筒体3的扭矩。

需注意的是，一台驱动电机8分别与一台供料泵12和一个驱动齿轮7相连，可省去一台驱动电机8，使整体结构更紧凑，避免大面积占用刀盘的输料通道而影响输料效率。供料泵12的设置数量与输料管道4的设置数量相同，驱动电机8可依据供料泵12的数量设定。

常规筒体1的内壁固设有电机座9，驱动电机8固定于电机座9上，稳定固定驱动电机8。为避免刀盘切割的土体影响驱动电机8及供料泵12正常运转，可在驱动电机8及供料泵12外增设一个防护罩。

传动齿圈6套设于刀盘主轴上，传动齿圈6与刀盘主轴之间设有回转轴承，使传动齿圈6相对于刀盘主轴转动，避免传动齿圈6磨损严重。为确保回转轴承可靠运转，可在回转轴承的两端分别增设端盖，避免土体钻入回转轴承内而影响其正常转动。回转轴承具体可以是深沟球轴承，但不限于此。

常规筒体1与旋转筒体3之间设有相互配合的限位凸起32和限位凹槽，用于径向限定旋转筒体3，避免旋转筒体3与常规筒体1沿径向错位，也有利于快速装配旋转筒体3。具体地，限位凹槽具体为设于常规筒体1的端部的圆柱状限位凹槽，限位凸起32具体为一体式设于旋转筒体3的端部的圆柱状限位凸起。当然，互换限位凸起32与限位凹槽的设置位置，或将二者该为棱柱状结构，仍不影响实现本发明的目的。

常规筒体1与旋转筒体3之间设有密封件，用于密封二者的轴端缝隙，防止外部杂物钻入。密封件包括沿轴向错开外侧密封圈10和内侧密封圈11，二者借助限位凹槽与限位凸起32的阶梯状配合方式，形成阶梯状密封，密封效果更佳。外侧密封圈10和内侧密封圈11均可以是O型橡胶密封圈。

旋转筒体3的自由端，也即远离常规筒体1的一端，设有锥型防护环31，锥型防护环31沿轴向超出高压喷头5设置，一方面起到保护高压喷头5的作用，另一方面也可用于破碎岩层。

高压喷头5包括高压直喷头51和高压斜喷头52，高压直喷头51沿轴向喷射，高压斜喷头52沿倾斜于轴向喷射，两种高压喷头5以不同的角度切割硬岩地层，可有效降低切割难度。高压直喷头51与高压斜喷头52沿周向等角度均匀设置，使高压斜喷头52可切割开挖面中高压直喷头51无法切割刀的岩石，确保开挖面的所有岩石均可被切割。

由于外圈圆周位置同一类型喷头布设数量相同、角度均布，通过优化喷头的设置方式，使得旋转筒体3切割时无需360度转动，无需使用复杂的与超高压回转接头转动连接的管线，可大幅度缩短内部浆料管线的预留长度，便于设备集约化布置。

具体地，高压直喷头51与高压斜喷头52的设置方法为：若最外部沿水平向切割的高压直喷头51沿周向均布数量为n，则相同角度的高压斜喷头52也需均匀布置且数量必须≥n。在这种布置方式下，旋转筒体3切割完成一周切割只转动的角度≤(360°/n)。当然，高压直喷头51和高压斜喷头52二者的设置可依据施工环境设定，在此不做具体限定。

本发明还公开一种螺旋顶管机，包括上述硬岩超前切割装置，具有相同的有益效果。

以上对本发明所提供的螺旋顶管机及其硬岩超前切割装置进行了详细介绍，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 (10)

1.一种螺旋顶管机的硬岩超前切割装置，其特征在于，包括常规筒体(1)和沿轴向与所述常规筒体(1)相对接且相对于所述常规筒体(1)旋转的旋转筒体(3)，所述常规筒体(1)内设有用于供应砂丸浆料的供料管道(2)，所述旋转筒体(3)内设有通过供料泵(12)与所述供料管道(2)相连的输料管道(4)，所述输料管道(4)具有用于喷出先于刀头切割岩层的砂丸浆料的高压喷头(5)。

2.根据权利要求1所述的螺旋顶管机的硬岩超前切割装置，其特征在于，还包括与所述旋转筒体(3)相固连的传动齿圈(6)、与所述传动齿圈(6)相啮合的驱动齿轮(7)及分别与所述供料泵(12)和所述驱动齿轮(7)相连的驱动电机(8)。

3.根据权利要求2所述的螺旋顶管机的硬岩超前切割装置，其特征在于，所述传动齿圈(6)与刀盘主轴之间设有回转轴承。

4.根据权利要求2所述的螺旋顶管机的硬岩超前切割装置，其特征在于，所述常规筒体(1)的内壁固设有电机座(9)，所述驱动电机(8)固定于所述电机座(9)。

5.根据权利要求1至4任一项所述的螺旋顶管机的硬岩超前切割装置，其特征在于，所述常规筒体(1)与所述旋转筒体(3)之间设有相互配合并用于径向限定所述旋转筒体(3)的限位凸起(32)和限位凹槽。

6.根据权利要求1至4任一项所述的螺旋顶管机的硬岩超前切割装置，其特征在于，所述常规筒体(1)与所述旋转筒体(3)之间设有密封件。

7.根据权利要求6所述的螺旋顶管机的硬岩超前切割装置，其特征在于，所述密封件包括呈阶梯状分布且沿轴向错开的外侧密封圈(10)和内侧密封圈(11)。

8.根据权利要求1至4任一项所述的螺旋顶管机的硬岩超前切割装置，其特征在于，所述旋转筒体(3)的自由端设有锥型防护环(31)，所述锥型防护环(31)沿轴向超出所述高压喷头(5)设置。

9.根据权利要求1至4任一项所述的螺旋顶管机的硬岩超前切割装置，其特征在于，所述高压喷头(5)包括沿轴向喷射的高压直喷头(51)和沿倾斜于轴向喷射的高压斜喷头(52)，所述高压直喷头(51)与所述高压斜喷头(52)沿周向等角度均匀设置。

10.一种螺旋顶管机，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的硬岩超前切割装置。

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