CN117287210A - 顶管机及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种顶管机及其施工方法，顶管机包括壳体和管体，壳体套设在管体外周；管体包括第一管体、第二管体和第三管体，第一管体和第二管体铰接，第二管体和第三管体铰接；第一管体内设置有破碎装置、驱动装置和舱隔板，破碎装置通过中空式转轴与驱动装置连接，且在驱动装置驱动下完成切削破碎动作；中空式转轴包括传力环；传力环上设置有传力环密封圈；第一管体和所述第二管体的铰接处以及第二管体和第三管体的铰接处分别设置有密封结构，且第三管体的外周上设置有止水结构和盾尾刷。本发明提供的顶管机具有多种密封设计，整体密封性好，方便复合地层和长距离作业。

Description

顶管机及其施工方法

技术领域

本发明涉及岩土及地质工程技术领域，具体涉及一种用于复合地层进行管道施工的顶管机及其施工方法。

背景技术

随着城市化进程加快，城市内外穿越道路、河流和建筑物的液、气态介质的传输管道工程日趋增多，非开挖技术得到广发的应用。顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。顶管工程技术是指一种非开挖或少开挖的施工方法，利用顶进设备产生的作用力将管道按照实际的设计坡度顶入土中，顶管施工借助于主顶油缸及管道间中继间的推力，把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推到接收井内吊起。与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之间，以期实现非开挖敷设地下管道的施工方法。顶管施工工艺中有一种为泥水平衡式施工工艺，是指顶管机的切削具腔室内泥水保持一定的压力来进行的顶管工作的方法。

作为非开挖技术的一种，泥水平衡式顶管技术因其具有适应土层广，掘进面稳定，地面沉降小的优点，在大中型管道穿越道路、河流和跨越其它管线工程中适应性强，因此得到广发应用。随着国家地下管网的发展，对顶管机的需要越来越多。顶管应用在各种地层，如软土、淤泥、砂卵石及岩石等。由于地质条件复杂，每一个工程都应根据工程的水文、地质条件选用与之相适应的顶管设备。

非开挖顶管技术已经较大范围的应用于地下空间施工，但限于设备功能和工艺研究，过去顶管施工一般在普通土层中顶进,如果遇到复合地层，其中的高强度岩石就无法采用顶管机进行挖掘，只能进行明挖或预裂爆破施工，如此不仅增加施工成本，而且施工效率低下，安全风险较高，影响施工。此外，现有的顶管机在顶管机工作过程中在砂石和碎渣的作用下，需要对顶管装置的刀具进行经常性更换，而且在部分滚刀损坏时，需要对刀盘的滚刀一次性全部更换，无法对部分滚刀进行更换，施工成本高。且顶管机穿越的地层复杂，又是超长距离顶管作业时，其对密封性的要求更高。

因此，如何设计一种可用于复合地层进行管道施工的顶管机，已成为摆在本领域技术人员面前的重要课题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种顶管机及其施工方法，可用于复合地层进行施工，且其具有多种密封设计，整体密封性好，方便顶管机在复合地层和长距离的作业。此外，本发明提供的顶管机设置人孔通道，在本发明提供的顶管机施工过程中，工作人员可以进入刀盘处进行观察、检查、更换已磨损的刀具，可实现部分刀具的更换，有利于对顶管机施工成本进行控制。

为实现上述目的，本发明一方面提供一种顶管机，包括壳体和管体，所述壳体套设在所述管体外周；所述管体和所述壳体之间设置有管壁间隙，所述管体包括第一管体、第二管体和第三管体，所述第一管体和所述第二管体铰接，所述第二管体和所述第三管体铰接；所述第一管体内设置有破碎装置、驱动装置和舱隔板，所述舱隔板把所述第一管体分为两舱，所述驱动装置设置于舱隔板的一侧，所述破碎装置设置于所述舱隔板的另一侧；所述破碎装置通过中空式转轴与所述驱动装置连接，且在所述驱动装置驱动下完成切削破碎动作；所述中空式转轴包括传力环，所述传力环上设置有传力环密封圈；且所述传力环密封圈通过连接结构设置在所述传力环上；所述传力环的上下各设置有一排所述传力环密封圈，上下两排所述传力环密封圈的结构组成完全相同，上下两排所述传力环密封圈的两端在垂直方向上彼此对称，并且上下两排所述传力环密封圈在水平方向上彼此平行；所述第一管体和所述第二管体的铰接处以及所述第二管体和所述第三管体的铰接处分别设置有密封结构，且所述第三管体的外周上设置有止水结构和盾尾刷。

进一步的，所述破碎装置包括破碎刀盘、破碎仓和泥水仓；所述破碎刀盘包括刀盘本体以及固定在所述刀盘本体上的第一双刃滚刀、第二双刃滚刀、单刃滚刀、正面刮刀和边缘刮刀；所述双刃滚刀和所述单刃滚刀分别通过固定件固定；所述破碎刀盘对岩石进行初次破碎。

进一步的，所述固定件包括锁紧块、锁紧螺栓、U型支架和拆卸螺栓，所述锁紧螺栓穿过所述锁紧块将所述双刃滚刀或者所述单刃滚刀固定在所述刀盘本体上，所述拆卸螺栓依次穿过所述U型支架和所述锁紧块将所述双刃滚刀或者所述单刃滚刀拆除。

进一步的，所述破碎仓包括外壳锥体和刀盘牛腿，所述外壳锥体上设置有破碎条、进料口和辅助进料口，所述泥水仓设置有排泥通道；经过所述破碎仓二次破碎的泥渣进入所述泥水仓并通过所述排泥通道排出。

进一步的，所述每排传力环密封圈中各有3道传力环密封圈，每道传力环密封圈的宽度彼此相同；所述每道传力环密封圈分别设置有多处止水齿，且所述多处止水齿的朝向彼此相同，高度彼此相同，以及间距彼此相同。

进一步得，所述上下两排传力环密封圈的每道传力环密封圈的多处止水齿的朝向彼此相同，高度彼此相同，以及间距彼此相同。

进一步的，所述传力环密封圈由橡胶制成，橡胶的高度为28mm，装配间隙为20mm，橡胶的压密量达到28％。

进一步的，所述密封结构包括密封圈和设置在密封圈之间的注油孔。

进一步的，所述止水结构包括两道外撑式气囊状橡胶止水圈，所述外撑式气囊状橡胶止水圈的厚度为70mm,宽度为40mm。

进一步的，所述第一管体的外周设置有外圈环和滑雪板，所述外圈环设置于所述第一管体的第一端；所述滑雪板与所述外圈环抵接。

进一步的，所述驱动装置包括减速器和与减速器连接的驱动电机，所述第一管体内还设置有纠偏千斤顶。

进一步的，所述第一管体内还设置有测量系统；所述第二管体内设置有电气柜、与所述纠偏千斤顶连接的纠偏动力站以及设置在所述第二管体和所述第三管体铰接处的铰接千斤顶。

进一步的，所述测量系统包括有安装于后置壳体之上的测量靶以及仰俯倾斜仪。

进一步的，本发明提供的顶管机，还包括付推止环，所述付推止环内设置有铰接千斤顶，并通过所述铰接千斤顶与所述第三管体铰接，且所述付推止环的外周设置有盾尾刷，且所述盾尾刷间隙处延环向均匀设置有注油孔。

进一步的，所述管体为钢管，所述钢管的内径为2000mm,外径2020mm。

进一步的，所述壳体的外径为2080mm，所述破碎刀盘的外径为2140mm。

进一步的，所述进料口的直径为100-120mm，所述辅助进料孔的直径为45mm。

进一步的，所述泥水仓为环形立体空间，内径为1050mm，外径为1990mm，长度为250mm，空间容积为0.56立方米。

进一步的，所述破碎刀盘的正面和外圈表面设置有耐磨

本发明另一方面还提供一种的顶管机的施工方法，采用本发明提供的顶管机，施工方法具体包括以下步骤：

1)设定所述顶管机前进路线；

2)破碎装置在所述驱动装置的驱动下依照所述前进线路进行顶进作业；并根据所述顶管机的测量系统检测到的数据通过所述顶管机的纠偏千斤顶调整所述顶管机前进的角度；

3)当所述顶管机的顶进速度逐渐减慢到预设值，并检测到所述破碎装置的切削电流增加到预定数值，则通过所述人孔通道对所述破碎装置的刀具进行人工换刀作业。

进一步的，所述换刀作业包括以下步骤：

31)工作人员进入所述第三管体；

32)将所述第二管体与第三管体联通，并打开第二管体的进气阀缓慢向第二管体加入经过净化的压缩空气直到所述压缩空气达到指定值；

33)打开所述破碎装置和所述第二管体之间的平衡气阀，待所述顶管机的破碎仓内的气压与第二管体内的气压一致后，工作人员就则通过所述人工通道进入所述破碎仓进行换刀作业。

进一步的，换到作业中，拆除滚刀包括以下步骤：拆除锁紧螺栓；安装U型支架；拆卸螺栓穿过U型支架和锁紧块；转动拆卸螺栓拔出锁紧块即可拆除滚刀。

通过本发明提供的技术方案，本发明提供的顶管机至少具有如下技术效果：

(1)本发明提供的顶管机的管体和壳体之间设置有管壁间隙，可以在顶进作业时形成管壁的减磨浆套，降低顶力，提高一次顶进的距离；

(2)本发明提供的顶管机的刀盘牛腿设置在破碎仓中，破碎仓中设置有破碎条。破碎装置转动时，在驱动装置带动下，滚刀能将岩石破碎成较大的块状，而大块状岩石在刮刀和循环水共同作用来下被收进破碎仓，刀盘牛腿在转动时与破碎条交错挤压将较大块岩石破碎成小块颗粒进入泥水仓，然后在泥水仓被循环水通过排泥通道排走，此循环周而复始直到掘进完成，这样就通过将岩石颗粒粉碎来提高泥浆的流通率，进而提高整个系统的工作效率。

(3)本发明提供的顶管机的第一管体的端部设计一道外圈环、下方120度方向设有滑雪板，滑雪板与所述外圈环抵接，一方面可防止碎渣倒灌，因为碎渣会填满空隙将顶管机卡死，从而使顶管无法推进；另一方面由于破碎刀盘的切削外径比壳体外径大的多，此外圈环可有利于顶管机的姿态的控制。

(4)本发明提供的顶管机的人孔通道的内径为600mm，工作人员可以方便进出。破碎刀盘背面的空间尺寸为D2008*600mm(不含锥体部分)，该空间可以进2人进行换刀具工作。

(5)本发明提供的顶管机的第三管体的外侧设置有外撑式双气囊及盾尾刷，常压换刀前盾尾刷间隙处延环向6只均布的1吋油脂注入口压注盾尾油脂封堵建筑空隙起到保浆套和止水作用；本发明提供的顶管机的第三管体还拼接一节长2060mm的付推止转环，付推止转环与第三管体的连接形式为F型接口承插式，该付推止转环的付推行程300mm顶力4×1500KN，在破碎刀盘更换刀具时该付推止转环的付推油缸回退拉回顶管机便于换刀作业。

(6)本发明提供的顶管机的第三管体的外侧前端位置设置有止水结构和盾尾刷。止水结构包括两道厚度70mm，宽度40mm外撑式气囊状橡胶止水圈看，可以方便止住顶管机后方管壁外地下水，从而使作业人员顺利进入刀盘后方进行换刀作业。

(7)本发明提供的顶管机的第一管体、第二管体和第三管体之间呈“井”字形分布4台纠偏油缸联接，管体之间间隙里有三道密封圈。它能确保在纠偏过程中此间隙里不会发生渗漏。同时，在第一管体、第二管体和第三管体联接处焊有防偏转装置的插销，有效地防止第一管体、第二管体和第三管体的相对偏转。

采用本发明提供的用于复合地层的顶管掘进机，其可采用顶管机中破碎装置内的多个滚刀的结构设置，以在顶管机对于岩石地质进行切削加工过程中，对于岩石形成均匀而高效的切削处理，进而确保顶管机的管体的顺利顶进；与此同时，在破碎仓进行二次破碎处理后的岩石碎块得以破碎为更为细致的岩石碎屑，以便于其与泥水仓在泥浆混合并进入至排泥通道，进而使其在排出顶管设备时避免出现堵塞现象。

本发明提供的顶管机的施工方法，操作简单，便于在施工过程中根据刀具使用情况更换刀具。比如，在顶管机由岩石地段进入软土地段，施工时可以根据掌子面情况，分段落、分步进行顶管机刀盘刀具的更换，将部分滚刀更换为羊角刀，增加开口率提高掘进效率。

由此可见，本发明提供的一种顶管机密封性好、破碎装置和驱动装置结构紧凑、承载能力强；破碎装置且设置有人孔通道，工作员可以进入刀盘处进行观察、检查、更换已磨损的刀具，有利于掘进工作的顺利进行；且可以根据地层结构全部或者部分更换刀具，有利于提高施工效率和对顶管机施工成本进行控制。且本发明提供的顶管的密封设计为多种密封组合起来的形式进一步提供整机可靠性。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1为本发明提供的顶管机的整体结构示意图；

图2为图1中破碎装置的结构示意图；

图3为图1中破碎刀盘的正面结构示意图；

图4为本发明提供的滚刀固定件的结构示意图；

图5为图1中A处放大结构示意图；

图6为图1中破碎仓的平面结构及部分截面放大示意图；

图7为图1中B处放大结构示意图；

图8为图1中C处放大结构示意图；

图9为图本发明提供的顶管机的另一实施例的结构示意图；

图10为本发明提供的顶管机施工方法的流程图；

图11为图1中第三管体的系统原理示意图。

附图标记：

1顶管机；101壳体；102管体；11第一管体；12第二管体；13第三管体；14第四管体；111外圈环；112滑雪板；113止水结构；114密封结构；115、117注油孔；116盾尾刷；118舱隔板；121、131气压仓门；122管体进气阀、平衡气阀；132仓内放气阀；133安全阀；134压力表；135仓外放气阀；136进气调压阀；2破碎装置；21破碎刀盘；210刀盘本体；211第一双刃滚刀；212正面刮刀；213边缘刮刀；214第二双刃滚刀；215单刃滚刀；216锁紧块；217锁紧螺栓；218U型支架；219拆卸螺栓；22破碎仓；221刀盘牛腿；222进料口；223辅助进料口；224破碎条；23泥水仓；231排泥口；3中空式滚轴；31传力环；32传力环密封圈；321止水齿；322油孔；33连接结构；4驱动装置；41减速器；42驱动电机；6人孔通道；7纠偏千斤顶；8电气柜；9纠偏动力站；10铰接千斤顶；41-43步骤；5空压机

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词，其中使用的横向方向指的是与横向钢筋长度一致的方向，纵向方向指的是与纵向钢筋长度一致的方向。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1和图2所示，图1为本发明提供的一种顶管机整体结构的截面示意图，图2为图1中破碎装置的结构示意图。图中可以看到，本发明提供一实施例中，顶管机1包括壳体101和管体102。壳体101整体套设在管体102外周；管体102的外径比壳体101的外径小，即管体102和壳体101之间设置有管壁间隙。管体102包括第一管体11、第二管体12和第三管体13，第一管体11、第二管体12和第三管体13沿着顶管机1前进的方向从前到后依序铰接在一起。第一管体11的尾部与第二管体12的头部通过铰接千斤顶铰接10在一起，第二管体12的尾部与第三管体13的头部通过铰接千斤顶铰接在一起。在第一管体11内设置有破碎装置2、驱动装置4和舱隔板118，舱隔板118把第一管体11分为独立的两个舱体。驱动装置4设置于舱隔板118靠近顶管机前进方向的一侧，破碎装置2设置于舱隔板118的另一侧。破碎装置2通过中空式转轴3与驱动装置4连接，且在驱动装置4驱动下完成切削破碎动作。为了保持破碎装置2和驱动装置之间的密封性，中空式转轴3包括传力环31；且传力环31上设置有传力环密封圈32。此外，为了进一步增加顶管机整体的密封性，第一管体11和第二管体12的铰接处以及第二管体12和第三管体13的铰接处分别设置有密封结构114，第三管体13的外周上设置有止水结构113和盾尾刷116。为了方便顶管机在作业中进行刀具更换，破碎装置2内还设置有人孔通道6。

在上述实施例中，管体102采用内径为2000mm的钢管，钢管的外径2020mm。壳体101内径比管体外径大40mm，壳体101的外径为2080mm。管体102和壳体101之间设置有管壁间隙，这个间隙作用就是形成管壁的减磨浆套，降低顶力，提高一次顶进的距离。第一管体11、第二管体12和第三管体13之间呈“井”字形分布4台纠偏油缸联接，管体之间间隙里有密封结构114，如附图1中所示，第一管体11和第二管体12之间的间隙设置有密封结构114。密封结构114能确保在纠偏过程中此间隙里不会发生渗漏。此外，还可以在第一管体11、第二管体12和第三管体13联接处焊有防偏转装置的插销，有效地防止第一管体、第二管体和第三管体的相对偏转。

在上述实施例中，第一管体11的端部设计一道外圈环111、下方120度方向设有滑雪板112，外圈环111和滑雪板112抵接。此设计一方面是可防止碎渣倒灌，因为碎渣会填满空隙将顶管机卡死，从而使顶管无法推进；另一方面是由于破碎刀盘21的切削外径比壳体101外径大的多，此外圈环111可有利于顶管机的姿态的控制。第一管体11内还设置用于调整顶管机1前进角度的有纠偏千斤顶7和测量系统。测量系统由两大部分组成，一是安装在第一管体11上的测量靶，其二是安装在第一管体11内的倾斜仪、压力表。由全自动测量仪的激光束照在测量靶上，可用它来判断顶管机1掘进的方向，高低偏差及纠偏的效果。倾斜仪也是用来判断第一管体11的水平姿态、仰俯状态及偏转的。设置在第一管体11内的驱动装置4包括减速器41和与减速器41连接的驱动电机42，减速器41可以是行星减速器。

第二管体12内设置有电气柜8、与纠偏千斤顶7连接的纠偏动力站9以及设置在第二管体12和所述第三管体13铰接处的铰接千斤顶10。第三管体13可以设置气压仓，第二管体12和第三管体连接处设置有气压仓门121，第三管体也设置有气压仓门131。密封结构114包括3道密封圈，密封圈之间设计有注润滑脂的注油孔115，以确保密封的可靠，应急时可压注止漏密封油脂。此外，顶管机1的壳体101还可以设置密封条，密封条设置处也需要设置有润滑脂加注嘴，每道密封条环向设有6只润滑脂加注嘴。每班加注一次硅离子油，保证密封条的润滑，减小磨损。万一密封条磨损导致止水失效，可以在加注嘴加注聚氨酯应急止水。

破碎装置2包括破碎刀盘21、破碎仓22和泥水仓23。初次破碎是由破碎刀盘21正面的切削刀具完成，二次破碎是在破碎仓22内完成，破碎后的碎渣进入泥水仓23后再由输送管道排出。破碎刀盘21设置在第一管体11的前端，用于进行对岩石或者软土层进行切削作业；破碎刀盘21的正面设置有刀具。图2中可以看到人工通道6，在顶管机11作业工作中，需要更换破碎刀盘21的刀具时，工作人员可以通过人孔通道6进入破碎仓对刀具进行更换。人孔通道的内径为600mm。破碎刀盘21背面的空间尺寸为D2008*600mm(不含锥体部分)，该空间可以容纳2人进行换刀具工作。

如图3所示，图3为图1中破碎刀盘的正面结构示意图，图中可以看到，破碎刀盘21包括刀盘本体210以及可拆卸地固定在刀盘本体210上的第一双刃滚刀211、第二双刃滚刀214、单刃滚刀215、正面刮刀212和边缘刮刀213。第一双刃滚刀211、第二双刃滚刀210、刃滚刀214、正面刮刀212和边缘刮刀213分别通过固定件固定在刀盘本体210上。第一双刃滚到211和第二双刃滚刀215的尺寸不一样。比如，第一双刃滚刀的尺寸可以是12.5寸，第二双刃滚刀的尺寸可以是14寸，单刃滚刀的尺寸可以是14寸，在此不设限制。在本实施例中，破碎刀盘21的切削外径比壳体101的外径大60mm，破碎刀盘21的最大切削外径为2140mm，作用是满足成洞要求。图3中所示的实施例中，破碎刀盘上设置有滚刀10把，其中包括8把12.5寸双刃滚刀和2把14寸双刃滚刀、14寸单刃滚刀2把、边缘刮刀4把和直刃刮刀16把。滚刀沿轴向方向超前于刮刀25mm，利于破岩掘进。滚刀的刀间距为70mm，滚刀的直径为318mm，滚刀数N＝D/2λ(D为刀盘直径，λ为滚刀间距)。此外，还在可以在破碎刀盘21的正面、外圈的表面设置耐磨钴基焊材或耐磨板条来增加破碎刀盘21的耐磨性。

如图4所示，为本发明提供的固定破碎刀盘21上刀具的固定件的结构示意图。图中可以看到，固定件包括锁紧块216、锁紧螺栓217、U型支架218和拆卸螺栓219。锁紧螺栓217穿过锁紧块216将双刃滚刀211、214或者单刃滚刀215固定在刀盘本体上210。拆除双刃滚刀211、214或者单刃滚刀215时，先拆除拆锁紧螺栓217，然后安装U型支架218，随后将拆卸螺栓219依次穿过U型支架218和锁紧块216，旋转拆卸螺栓219拔出锁紧块216即可将双刃滚刀211、214或者单刃滚刀215拆除。当穿越的地质从岩层转换到软土层时，滚刀就会失效，这时可将滚刀拆下，更换上备用的羊角型刮刀，这样顶管机就能够满足在软土层施工了。

如图5和6所示，图5为图1中A处放大结构示意图，图6为破碎仓22的平面结构示意图及与部分截面放大示意图。图中可以看到，破碎仓22包括外壳锥体和刀盘牛腿221，外壳锥体上设置有破碎条224、进料口222和辅助进料口223。破碎刀盘正面的切削刀具完成初次破碎后，初次破碎的岩石进入破碎仓22内由刀盘牛腿211与外壳锥体及破碎条224完成二次破碎。二次破碎后的碎渣通过进渣孔进入泥水仓23后再由排泥通道231排出。进料口和辅助进料口的内径为100mm，进渣孔的内径为45mm，破碎后的颗粒只有小于进渣孔的直径，才能通过进渣孔进入泥水仓23后再由排泥通道231排出。在本实施例中，泥水仓23为环形立体空间，内径为1050mm，外径为1990mm，长度为250mm，空间容积为0.56立方米。

请参阅图7，图7为图1中B处放大结构示意图。在本发明的实施例中，主轴密封是顶管设计的一项重要任务，而且是一个非常重要的关键，关系到顶管的工作可靠性，一旦主轴密封失效，顶管机也就无法正常运转，密封决定了顶管机的寿命。为了在本发明的实施例中，本发明采用具有多齿结构的密封圈。具体地可以参照图7。本实施例中，主轴设计为中空式转轴，图中可以看到中空式转轴3包括传力环31，传力环31上设置有传力环密封圈32，传力环密封圈32通过连接结构33可拆卸地设置在传力环31上。在本实施例中，连接结构可以是螺栓螺母连接结构。传力环密封圈32上设置有止水齿321。在本实施例中，传力环31的上下各设置有两排传力环密封圈。优选地，上下两排传力环密封圈的结构组成完全相同，上下两排传力环密封圈的两端在垂直方向上彼此对称，并且上下两排传力环密封圈在水平方向上彼此平行。进一步地，例如，每排传力环密封圈中各有3道传力环密封圈32，每道传力环密封圈32的宽度彼此相同，例如可以为105mm。每道传力环密封圈分别设置有4处止水齿321，优选地，每道传力环密封圈的多处止水齿321的朝向彼此相同，高度彼此相同，以及间距彼此相同。更优选地，上下两排传力环密封圈的每道传力环密封圈的多处止水齿321的朝向彼此相同，高度彼此相同，以及间距彼此相同。这样的设置使得外界的泥水需要同过12道障碍才能到达中空式转轴3的齿轮箱内部，更好的保护齿轮箱传动系统。可选择的，传力环密封圈32可以由橡胶制成，橡胶的高度可以设计为28mm，装配间隙为20mm，橡胶的压密量达到28％。优选地，在每排传力环密封圈32中，中间两个密封圈之间有油孔322可用来通油脂，作为应急加压密封，同时起到润滑，以减少密封件的磨损顶管机进行顶进工作时，油脂润滑泵同步工作，确保橡胶密封在工作时压力始终大于土舱压力。

图8为图1中C处放大结构示意图，图中可以看到，设置在第三管体13前端的止水结构113包括两道外撑式气囊状橡胶止水圈，每道外撑式气囊状橡胶止水的宽度d1为40mm,厚度d2为70mm。止水结构113可以用来止住管体101后方管壁外地下水，从而使作业人员顺利进入刀盘后方进行换刀作业。

如图9所示，图9为图本发明提供的顶管机的另一实施例的结构示意图。此实施例提供的顶管机1在图1中所示的顶管机1的结构上还设置付推止环14，付推止环14内设置有铰接千斤顶10，并通过铰接千斤顶10与述第三管体13铰接。付推止环的外周设置有盾尾刷116，且所盾尾刷116间隙处延环向均匀设置有注油孔117。该付止推环14的长度为2060mm，付推止转环14连接形式为F型接口承插式，付推行程300mm顶力4×1500KN。在施工中，软硬交界处采用付推止转环缓慢顶进。破碎刀盘21更换刀具时，付推止环的付推油缸回退拉回顶管机1便于换刀作业。

如图10所示，为本发明提供的顶管机施工方法的流程图。本发明提供的顶管机的施工方法包括以下步骤；

步骤41；设定所述顶管机前进路线；

步骤42：所述破碎装置在所述驱动装置的驱动下依照所述前进线路进行顶进作业；并根据所述测量系统检测到的数据通过所述纠偏千斤顶调整所述顶管机前进的角度；

步骤43：当所述顶管机的顶进速度逐渐减慢到预设值，并检测到所述破碎装置的切削电流增加到预定数值，则通过所述人孔通道对所述破碎装置的刀具进行人工换刀作业。

在上述方法中，步骤43中的所述换刀作业包括以下步骤：

31)工作人员进入所述第三管体；

32)将所述第二管体与第三管体联通，并打开第二管体的进气阀缓慢向第二管体加入经过净化的压缩空气直到所述压缩空气达到指定值；

33)打开所述破碎装置和所述第二管体之间的平衡气阀，待所述顶管机的破碎仓内的气压与第二管体内的气压一致后，工作人员就则通过所述人工通道进入所述破碎仓进行换刀作业。

具体来说，当顶进速度逐渐减慢到预设值，刀盘切削电流相应增加到预定数值，就应该考虑刀盘切削滚刀已经达到设计的最大磨损量，因而要开仓更换切削滚刀。首先，工作人员带好准备检修的工具和设备进入第三管体13，关闭第一道气压仓门131，打开第二道气压仓门121将工作舱12与气压仓相通；打开管体进气阀122缓慢加入经过净化的压缩空气，按照每分钟加压0.05公斤的进气速加压至4公斤气压停止供气。然后打开顶管机1破碎仓22与工作舱之间的平衡气阀，待顶管机破碎仓22内的气压与工作舱12的气压一致后，工作人员就可打开破碎仓22进行换刀作业。在实际操作过程中，每个加压班组4人，2人在破碎仓22进行换刀作业，留一人在工作舱内12应急接应。

如果在进行换刀作业期间顶管机1前段出现渗水量加大，人员无法安全作业，立即撤离破碎仓22，关闭破碎仓门，以最快的速度进入应急过渡舱，关闭锁紧气压仓门121关闭仓内放气阀132，打开仓外放气阀135，以每分钟降压0.03公斤的速度缓慢泄压，待气压仓内的气压表降至常规大气压，就可以打开气压仓门131，人员撤离气压仓。

正常换刀作业完成后，人员出了破碎仓22关闭舱门，关闭平衡阀133，打开仓内放气阀132，以每分钟降压0.03公斤的速度缓慢泄压，待工作舱12和气压仓13内的气压表降至常规大气压，就可以打开气压仓门131，人员撤离。

采用本发明提供的用于复合地层的顶管掘进机，其可采用顶管机中破碎装置内的多个滚刀的结构设置，以在顶管机对于岩石地质进行切削加工过程中，对于岩石形成均匀而高效的切削处理，进而确保顶管机的管体的顺利顶进；与此同时，在破碎仓进行二次破碎处理后的岩石碎块得以破碎为更为细致的岩石碎屑，以便于其与泥水仓在泥浆混合并进入至排泥通道，进而使其在排出顶管设备时避免出现堵塞现象。本发明提供的顶管机密封性好、破碎装置和驱动装置结构紧凑、承载能力强；破碎装置且设置有人孔通道，工作员可以进入刀盘处进行观察、检查、更换已磨损的刀具，有利于掘进工作的顺利进行；且可以根据地层结构全部或者部分更换刀具，有利于提高施工效率和对顶管机施工成本进行控制。且本发明提供的顶管的密封设计为多种密封组合起来的形式进一步提供整机可靠性。

本发明提供的顶管机的施工方法，操作简单，便于在施工过程中根据刀具使用情况更换刀具。比如，在顶管机由岩石地段进入软土地段，施工时可以根据掌子面情况，分段落、分步进行顶管机刀盘刀具的更换，将部分滚刀更换为羊角刀，增加开口率提高掘进效率。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (12)

1.一种顶管机，包括壳体和管体，所述壳体套设在所述管体外周；其特征在于，所述管体和所述壳体之间设置有管壁间隙，所述管体包括第一管体、第二管体和第三管体，所述第一管体和所述第二管体铰接，所述第二管体和所述第三管体铰接；所述第一管体内设置有破碎装置、驱动装置和舱隔板，所述舱隔板把所述第一管体分为两舱，所述驱动装置设置于舱隔板的一侧，所述破碎装置设置于所述舱隔板的另一侧；所述破碎装置通过中空式转轴与所述驱动装置连接，且在所述驱动装置驱动下完成切削破碎动作；所述中空式转轴包括传力环；所述传力环上设置有传力环密封圈，且所述传力环密封圈通过连接结构设置在所述传力环上；所述传力环的上下各设置有一排所述传力环密封圈，上下两排所述传力环密封圈的结构组成完全相同，上下两排所述传力环密封圈的两端在垂直方向上彼此对称，并且上下两排所述传力环密封圈在水平方向上彼此平行；所述第一管体和所述第二管体的铰接处以及所述第二管体和所述第三管体的铰接处分别设置有密封结构，且所述第三管体的外周上设置有止水结构和盾尾刷。

2.如权利要求1所述的顶管机，其特征在于，所述每排传力环密封圈中各包括3道传力环密封圈，所述每道传力环密封圈的宽度彼此相同，且每道所述传力环密封圈分别设置有多处止水齿；所述每道传力环密封圈的多处止水齿的朝向彼此相同，高度彼此相同，以及间距彼此相同。

3.如权利要求1所述的顶管机，其特征在于，所述破碎装置包括破碎刀盘、破碎仓和泥水仓；所述破碎刀盘包括刀盘本体以及固定在所述刀盘本体上的第一双刃滚刀、第二双刃滚刀、单刃滚刀、正面刮刀和边缘刮刀；所述双刃滚刀和所述单刃滚刀分别通过固定件固定；且所述破碎刀盘的正面和外圈表面设置有耐磨条。

4.如权利要求3所述的顶管机，其特征在于，所述固定件包括锁紧块、锁紧螺栓、U型支架和拆卸螺栓，所述锁紧螺栓穿过所述锁紧块将所述双刃滚刀或者所述单刃滚刀固定在所述刀盘本体上，所述拆卸螺栓依次穿过所述U型支架和所述锁紧块将所述双刃滚刀或者所述单刃滚刀拆除。

5.如权利要求3或4所述的顶管机，其特征在于，所述破碎仓包括外壳锥体和刀盘牛腿，所述外壳锥体上设置有破碎条、进料口和辅助进料口，所述进料口与所述泥水仓连通，所述泥水仓设置有排泥通道。

6.如权利要求1所述的顶管机，其特征在于，所述止水结构包括两道外撑式气囊状橡胶止水圈，所述外撑式气囊状橡胶止水圈的厚度为70mm,宽度为40mm。

7.如权利要求1所述的顶管机，其特征在于，所述第一管体的外周设置有外圈环和滑雪板，所述外圈环设置于所述第一管体的第一端，所述滑雪板与所述外圈环抵接。

8.如权利要求1所述的顶管机，其特征在于，所述驱动装置包括减速器和与减速器连接的驱动电机，所述第一管体内还设置用于调整所述顶管机前进角度的有纠偏千斤顶。

9.如权利要求8所述的顶管机，其特征在于，所述第一管体内还设置有测量系统；所述第二管体内设置有电气柜、与所述纠偏千斤顶连接的纠偏动力站以及设置在所述第二管体和所述第三管体铰接处的铰接千斤顶。

10.如权利要求1所述的顶管机，其特征在于，还包括付推止环，所述付推止环内设置有铰接千斤顶，并通过所述铰接千斤顶与所述第三管体铰接，且所述付推止环的外周设置有盾尾刷，且所述盾尾刷间隙处延环向均匀设置有注油孔。

11.一种顶管机的施工方法，采用如权利要求1-10所述顶管机，其特征在于，包括以下步骤：

1)设定所述顶管机前进路线；

2)破碎装置在所述驱动装置的驱动下依照所述前进线路进行顶进作业；并根据所述顶管机的测量系统检测到的数据通过所述顶管机的纠偏千斤顶调整所述顶管机前进的角度；

3)当所述顶管机的顶进速度逐渐减慢到预设值，并检测到所述破碎装置的切削电流增加到预定数值，则通过设置所述破碎装置的人孔通道对所述破碎装置的刀具进行人工换刀作业。

12.如权利要求11所述的顶管机的施工方法，其特征在于，所述换刀作业包括以下步骤：

31)工作人员进入所述第三管体；

32)将所述第二管体与第三管体联通，并打开第二管体的进气阀缓慢向第二管体加入经过净化的压缩空气直到所述压缩空气达到指定值；

33)打开所述破碎装置和所述第二管体之间的平衡气阀，待所述顶管机的破碎仓内的气压与第二管体内的气压一致后，工作人员就则通过所述人工通道进入所述破碎仓进行换刀作业。