CN211201976U - 一种顶管盾构一体机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种顶管盾构一体机，包括壳体、扩孔刀具、刀盘、刀具锁紧和推进装置、液压千斤顶、排土结构、刀盘驱动装置、搅拌结构、纠偏结构、动力结构、液压站、盾体和盾尾密封；所述刀具锁紧和推进装置包括刀具锁紧装置和刀具推进装置，所述刀具锁紧装置包括刀盘拉杆和设置于扩孔刀盘上的机械锁紧机构，所述机械锁紧机构包括连杆结构、挂钩、锁紧液压缸、连杆支座，所述的刀具推进装置包括刀盘拉杆和设置于扩孔刀盘上的机械推进机构，所述机械推进机构包括推进液压缸、铰轴支座、和液压缸支架。利用本实用新型能实现顶管施工和盾构施工方法相结合使用，结构简单、外形小巧及工作可靠。

Description

一种顶管盾构一体机

技术领域

本实用新型涉及地下隧道施工设备领域，特别地，涉及一种顶管盾构一体机。

背景技术

在现有隧道施工过程中，盾构机施工和顶管机施工各有各的优势。盾构法隧道施工是在地表以下地层中采用盾构机进行暗挖隧道的一种施工方法。目前主要用于能源、大型水利枢纽、交通(公路、地铁施工等)等领域。盾构法具有自动化作业、速度快、人工强度低、对地面交通影响小等优点，但其价格昂贵且针对性很强，隧道曲率半径过小或隧道顶覆土太浅时施工难度将会显著增大。

顶管施工最初是由美国北太平洋公司完成的。我国的几大一线城市像北京、上海、广州、深圳等地先后引进国外先进的顶管施工设备及技术。顶管技术对居民生活环境影响较小，减轻对人口密集区的交通压力和地面的破坏，使用该技术敷设公共管廊和穿越公路铁路等，能有效的节省拆迁费用、降低施工周期。但对穿越空间过长、曲率半径小而且多种曲线组合在一起，以及推进过程中遇到障碍物时处理等非常困难。

盾构法施工成本高，工作井、接收井比同样尺寸的顶管施工工艺长度大5倍左右，占用场地大，在交通日益繁忙的大城市中施工有一定的局限性。顶管主要应用于单一地层的直线顶进，对曲线顶管实用性不强，转弯半径大，平顺度差，超长距离顶进时需要增加中继间，而且后靠背和管节容易开裂。目前，大直径、复杂地层、超长、曲线顶进，依靠现有的顶管技术不能很好的解决。因此，结合盾构和顶管各自的优点研发一种新型设备势在必行。

实用新型内容

为了克服上述技术的不足，降低施工成本，本实用新型提供了一种更加优越更加实用的一种顶管盾构一体机，本实用新型将盾构施工功能和顶管施工功能集成在同一套装置上，能实现顶管施工和盾构施工方法相结合使用。

为了实现上述的目的，本实用新型的设计采用如下的技术方案：

一种顶管盾构一体机，包括壳体、刀具1、刀盘2、刀具锁紧和推进装置3、液压千斤顶 4、排土结构5、刀盘驱动装置6、搅拌结构7、纠偏结构8、动力结构9、液压站10、盾体和盾尾密封11；所述刀具锁紧和推进装置3包括刀具锁紧装置和刀具推进装置，所述刀具锁紧装置包括刀盘拉杆21和设置于扩孔刀盘27上的机械锁紧机构，所述机械锁紧机构包括连杆结构、挂钩22、锁紧液压缸24、连杆支座26，所述的刀具推进装置包括刀盘拉杆21和设置于扩孔刀盘27上的机械推进机构，所述机械推进机构包括推进液压缸31、铰轴支座32、和液压缸支架33。

可选地，所述连杆结构包括前连杆23、后连杆25和锁紧液压缸24的活塞杆，所述刀具锁紧装置设有刀盘耳座，所述挂钩22的下端铰接在刀盘耳座上，挂钩22的上端与前连杆23 的一端铰接，前连杆23的另一端分别与后连杆25及锁紧液压缸24的活塞杆铰接，后连杆25的另一端与位于扩孔刀盘27上的连杆支座26铰接，锁紧液压缸24的下端铰接在刀盘耳座上。

可选地，所述挂钩22为环形挂钩，挂钩22的环形壁面在锁紧刀盘时贴合抱紧刀盘拉杆 21，所述机械锁紧机构是扩孔刀盘27与刀盘拉杆21的离合机构。

可选地，所述刀具锁紧装置包括两套以上机械锁紧机构，相对应地两个以上挂钩22的环形壁面相互配合在锁紧刀盘时形成一对刀盘拉杆21的环抱圈。

可选地，所述机械推进机构的推进液压缸31分布在刀盘拉杆21的四周，推进液压缸31 的两侧设有中间铰轴，铰接于扩孔刀盘27的铰轴支座32上，液压缸支架33通过销轴与推进液压缸31的活塞杆铰接。

可选地，液压缸支架33呈三角布置在刀盘拉杆的下端。

可选地，所述推进液压缸31围绕刀盘拉杆21均匀分散布置多个。

可选地，所述扩孔刀盘27上设置扩孔刀具34，所述扩孔刀具34可以设置多个。

可选地，所述扩孔刀具34由三片或三片以上固定在扩孔刀盘27上的刀具组成，刀具沿刀盘圆周均匀布置。

可选地，刀盘驱动装置6包括减速机、与减速机连接的动力箱小齿轮和与所述动力箱小齿轮连接的大齿轮；所述排土结构5包括泥浆输送51和排土搅拢52；所述动力结构9包括提供掘进方向推进力的液压装置。

与现有的技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)采用本实用新型可以实现地下工程前期顶管法施工，节约始发井开挖工作量，加快了施工进度，又能节约施工成本。当隧道修筑需要转弯或很长距离掘进，或不适合顶管施工时，可转换成盾构法施工，盾构施工掘进速度快，实现曲线前进，适应性强，适合在不同的地质条件下施工。

(2)采用刀具锁紧和推进装置后，原来由推进液压缸承受的扩孔拉力改由刀具锁紧装置承担，推进液压缸仅在推进时承受刀盘的重力和推进扩孔运动的摩擦阻力。在扩孔时，推进液压缸和锁紧液压缸理论上不受力(由其他构件受力)，因此，刀具锁紧装置和刀具推进装置更加小巧耐用。

(3)推进扩孔与锁紧动作配合，动作连续、平稳、快速、可靠。

附图说明

图1是本实用新型顶管结构示意图；

图2是本实用新型盾构结构示意图；

图3是本实用新型扩孔刀具锁紧状态结构示意图；

图4是本实用新型扩孔刀具未锁紧状态结构示意图；

图5是扩孔刀盘刀具示意图。

附图标记：1、刀具；2、刀盘；3、刀具锁紧和推进装置；4、液压千斤顶；5、排土结构；6、刀盘驱动装置；7、搅拌结构；8、纠偏结构；9、动力结构；10、液压站；11、盾体和盾尾密封；21、刀盘拉杆；22、挂钩；23、前连杆；24、锁紧液压缸；25、后连杆；26、支座； 27、扩孔刀盘；51、泥浆输送；52、排土搅拢；53、举顶器；31、推进液压缸；32、铰轴支座；33、液压缸支架；34、扩孔刀具。

具体实施方式

本实用新型提出一种顶管盾构一体机，通过本实用新型可以进行集合顶管施工和盾构施工于一体的施工方法。这种方法集合了盾构施工和顶管施工的优点，能有效节约工作时间，提高工作的效率。下面结合附图，进一步说明该设备功能的实现。

参照图1和图2，一种顶管盾构一体机，包括壳体、刀具1、刀盘2、刀具锁紧和推进装置3、液压千斤顶4、排土结构5、刀盘驱动装置6、搅拌结构7、纠偏结构8、动力结构9、液压站10、盾体和盾尾密封11；所述刀具锁紧和推进装置3包括刀具锁紧装置和刀具推进装置，所述刀具锁紧装置包括刀盘拉杆21和设置于扩孔刀盘27上的机械锁紧机构，所述机械锁紧机构包括连杆结构、挂钩22、锁紧液压缸24、连杆支座26，所述的刀具推进装置包括刀盘拉杆21和设置于扩孔刀盘27上的机械推进机构，所述机械推进机构包括推进液压缸31、铰轴支座32、和液压缸支架33。

现有盾构法的工作井、接收井长度大，占用场地大，施工成本高；而顶管法局限于单一地层的直线顶进，对曲线顶管实用性不强，转弯半径大，平顺度差，超长距离顶进时需要增加中继间，而且后靠背和管节容易开裂。本实用新型优选实施例为顶管盾构一体机，很好地解决了大直径、复杂地层、超长、曲线顶进施工工艺。此外，为确保推进液压缸不受偏载力，本实用新型将推进液压缸和刀盘拉杆设置在同一轴线上。

通过举顶器53可以适度控制液压千斤顶4的俯仰角，控制顶管盾构一体机头行进的方向，可以实现一定曲率的顶管或盾构作业。

所述的刀具推进装置主要由刀盘拉杆、推进液压缸、铰轴支座、刀盘、刀具及其支架等组成。数个推进液压缸均布在扩孔刀盘上，在刀盘拉杆的四周，推进液压缸的两侧设有中间铰轴，铰接于扩孔刀盘的铰轴支座上。呈三角布置的液压缸支架设在刀盘拉杆的下端，通过销轴与推进液压缸的活塞杆铰接。推进液压缸向外扩展或回收运动时，可通过中间铰轴带动刀具做向内外往复运动，实现扩孔刀具向外扩展或回收的往复动作。

可选地，参照图3，所述连杆结构包括前连杆23、后连杆25和锁紧液压缸24的活塞杆，所述刀具锁紧装置设有刀盘耳座，所述挂钩22的下端铰接在刀盘耳座上，挂钩22的上端与前连杆23的一端铰接，前连杆23的另一端分别与后连杆25及锁紧液压缸24的活塞杆铰接，后连杆25的另一端与位于扩孔刀盘27上的连杆支座26铰接，锁紧液压缸24的下端铰接在刀盘耳座上。

锁紧液压缸的活塞杆向外、向内运动时，可通过前连杆和后连杆带动挂钩做推拉动作。挂钩合拢时，数个挂钩的内廓组合成一个整圆，挂在刀盘拉杆的台肩上，牢固地锁住扩孔刀具的刀盘，不让其下滑，由数个挂钩来承受刀盘的轴向扩孔拉力，而推进液压缸不再承受扩孔拉力；当挂钩张开时，数个挂钩同时脱离刀盘拉杆的台肩，刀盘呈向外、向内摆动状态，刀盘可在推进液压缸的作用下，沿刀盘拉杆作下行扩展运动，下行至刀盘拉杆的下端，接触到刀盘拉杆下端的台肩停止，由该台肩承受刀盘的轴向力，推进液压缸不受力。

所述的刀具锁紧装置主要由刀盘拉杆、挂钩、前连杆、锁紧液压缸、后连杆、支座、刀盘、推进液压缸及其支架等组成，构成1套机械锁紧机构。

可选地，所述挂钩22为环形挂钩，挂钩22的环形壁面在锁紧刀盘时贴合抱紧刀盘拉杆 21，所述机械锁紧机构是扩孔刀盘27与刀盘拉杆21的离合机构，同时也承受轴向扩孔拉力。

可选地，所述刀具锁紧装置包括两套以上机械锁紧机构，相对应地两个以上挂钩22的环形壁面相互配合在锁紧刀盘时形成一对刀盘拉杆21的环抱圈。其中，数套机械锁紧机构均布在装有扩孔刀具的扩孔刀盘上。

可选地，参照图4，所述机械推进机构的推进液压缸31分布在刀盘拉杆21的四周，推进液压缸31的两侧设有中间铰轴，铰接于扩孔刀盘27的铰轴支座32上，液压缸支架33通过销轴与推进液压缸31的活塞杆铰接。

如果采用数个推进液压缸，可降低每个液压缸的承载力，液压缸的外形尺寸较小，降低了液压缸和刀盘拉杆的加工难度与制造成本。数个推进液压缸均匀布置在刀盘拉杆周围，避免了推进液压缸与刀盘拉杆干涉，减小了推进液压缸布置难度，推进液压缸合力通过刀盘拉杆中心，使得推进力不会产生偏载，推进运动更加稳定可靠。

可选地，液压缸支架33呈三角布置在刀盘拉杆的下端。

可选地，所述推进液压缸31围绕刀盘拉杆21均匀分散布置多个。

可选地，参照图5，所述扩孔刀盘27上设置扩孔刀具34，所述扩孔刀具34可以设置多个。

可选地，所述扩孔刀具34由三片或三片以上固定在扩孔刀盘27上的刀具组成，刀具沿刀盘圆周均匀布置。

更优地，刀具相互之间间隔120°或其它角度，固定在刀盘上，沿刀盘圆周对称布置。

可选地，刀盘驱动装置6包括减速机、与减速机连接的动力箱小齿轮和与所述动力箱小齿轮连接的大齿轮；所述排土结构5包括泥浆输送51和排土搅拢52；所述动力结构9包括提供掘进方向推进力的液压装置。

其中，本实用新型中的顶管机、盾构机可以采用现有推进原理以及壳体、刀盘、刀具、液压千斤顶、排土结构、刀盘驱动装置、搅拌结构、纠偏结构、动力结构、液压站、盾体和盾尾密封等现有装置为主。

泥浆输送51和排土搅拢可以通过螺旋输送结构实现，更具体地，搅拌结构7还可以包括搅拌棒、进水管、排水管和注浆管等，用于对刀盘刀具切削下来的泥土渣进行搅拌。液压站 10可以用于产生顶管和盾构作业时候所需的液压。

在工程前期采用顶管施工方法，可节约始发井开挖工作量，加快了施工进度，又能节约施工成本。当隧道修筑需要转弯，或不适合顶管施工时，则可以转换成盾构施工。盾构施工掘进速度快，可以实现曲线前进，适应性强，适合在不同的地质条件下施工。

施工开始时，现将顶管盾构一体机吊入始发井，并进行装配。接着按照顶管施工方法，由推进液压缸驱动顶管盾构一体机的前部刀盘刀具向前掘进。

在施工开始阶段，采用顶管施工方法进行掘进。在始发井内，先由推进液压缸将顶管盾构一体机推进土层，液压缸千斤顶置于始发井的井口位置，随后液压缸千斤顶回退，放入一节管道，推进液压缸推着管道使顶管机继续向前掘进，直到放入下一节管道。如此循环往复，推进液压缸推着管道顶管使顶管盾构一体机不断前进。当顶管盾构一体机掘进长度达到一管节长度时或达到顶管作业的极限距离时，再改为盾构作业。

为了给盾构施工留出足够的空间，首先要对顶管产生的隧道进行扩孔施工。首先就是先让扩孔刀盘上锁紧液压缸的活塞杆向外运动，通过前连杆和后连杆带动挂钩做外推动作，挂钩合拢时，数个挂钩的内廓组合成一个整圆，挂在扩孔刀具的刀盘拉杆的台肩上，牢固地锁住扩孔刀具的刀盘，不让其下滑，由数个挂钩来承受刀盘的轴向扩孔拉力，而推进液压缸不再承受扩孔拉力，在刀盘刀具转动时实现隧道扩孔。当挂钩张开时，数个挂钩同时脱离刀盘拉杆的台肩，刀盘呈向外展开状态，刀盘可在推进液压缸的作用下，下行至刀盘的下端，接触到刀盘拉杆下端的台肩停止，由该台肩承受刀盘的轴向力，推进液压缸不受力。这样就可完成掘进扩孔。

盾构作业时使用的管片，从之前铺制好的管道内运进。此时，根据施工需要，在两种作业方法的转换点添加一个转换接头。盾构作业开始时，盾构机的推进缸顶在已铺设好的管壁上，这样就可以保证盾构机有足够的反力能向前运动。

之后的施工方法，跟普通盾构方法一样：盾构机头向前推进一段距离，由管片拼装机抓取管片拼接在隧道内。接着，盾构机的推进液压缸顶在新铺的管片上继续向前掘进，直至到达接收井，由工人将盾构机拆解吊出。

其中，扩孔刀具在顶管作业变为盾构作业时用来扩大隧道直径，为盾构机拼装管片、管尾密封留出空间；顶管推进采用多台大吨位的千斤顶，千斤顶行程为常规顶距，千斤顶动力由油泵提供，千斤顶后端用道木和分压环将反力均匀作用于工作井，前端顶进分压环，顶铁将顶力传至管节，分压环制作具有足够的刚性，与管端面接触相对平整，无变形；盾构推进位于盾构机的中央部位，其上开有安装推进缸的圆孔，用于盾构时提供盾构机向前的掘进力。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内本实用新型未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种顶管盾构一体机，其特征在于：包括壳体、刀具(1)、刀盘(2)、刀具锁紧和推进装置(3)、液压千斤顶(4)、排土结构(5)、刀盘驱动装置(6)、搅拌结构(7)、纠偏结构(8)、动力结构(9)、液压站(10)、盾体和盾尾密封(11)；所述刀具锁紧和推进装置(3)包括刀具锁紧装置和刀具推进装置，所述刀具锁紧装置包括刀盘拉杆(21)和设置于扩孔刀盘(27)上的机械锁紧机构，所述机械锁紧机构包括连杆结构、挂钩(22)、锁紧液压缸(24)、连杆支座(26)，所述的刀具推进装置包括刀盘拉杆(21)和设置于扩孔刀盘(27)上的机械推进机构，所述机械推进机构包括推进液压缸(31)、铰轴支座(32)、和液压缸支架(33)。

2.如权利要求1所述顶管盾构一体机，其特征在于：所述连杆结构包括前连杆(23)、后连杆(25)和锁紧液压缸(24)的活塞杆，所述刀具锁紧装置设有刀盘耳座，所述挂钩(22)的下端铰接在刀盘耳座上，挂钩(22)的上端与前连杆(23)的一端铰接，前连杆(23)的另一端分别与后连杆(25)及锁紧液压缸(24)的活塞杆铰接，后连杆(25)的另一端与位于扩孔刀盘(27)上的连杆支座(26)铰接，锁紧液压缸(24)的下端铰接在刀盘耳座上。

3.如权利要求2所述顶管盾构一体机，其特征在于：所述挂钩(22)为环形挂钩，挂钩(22)的环形壁面在锁紧刀盘时贴合抱紧刀盘拉杆(21)，所述机械锁紧机构是扩孔刀盘(27)与刀盘拉杆(21)的离合机构。

4.如权利要求3所述顶管盾构一体机，其特征在于：所述刀具锁紧装置包括两套以上机械锁紧机构，相对应地两个以上挂钩(22)的环形壁面相互配合在锁紧刀盘时形成一对刀盘拉杆(21)的环抱圈。

5.如权利要求1所述的顶管盾构一体机，其特征在于：所述机械推进机构的推进液压缸(31)分布在刀盘拉杆(21)的四周，推进液压缸(31)的两侧设有中间铰轴，铰接于扩孔刀盘(27)的铰轴支座(32)上，液压缸支架(33)通过销轴与推进液压缸(31)的活塞杆铰接。

6.如权利要求5所述的顶管盾构一体机，其特征在于：液压缸支架(33)呈三角布置在刀盘拉杆(21)的下端。

7.如权利要求5所述顶管盾构一体机，其特征在于：所述推进液压缸(31)围绕刀盘拉杆(21)均匀分散布置多个。

8.如权利要求1所述顶管盾构一体机，其特征在于：所述扩孔刀盘(27)上设置扩孔刀具(34)，所述扩孔刀具(34)可以设置多个。

9.如权利要求8所述顶管盾构一体机，其特征在于：所述扩孔刀具(34)由三片或三片以上固定在扩孔刀盘(27)上的刀具组成，刀具沿刀盘圆周均匀布置。

10.如权利要求1所述顶管盾构一体机，其特征在于：刀盘驱动装置(6)包括减速机、与减速机连接的动力箱小齿轮和与所述动力箱小齿轮连接的大齿轮；所述排土结构(5)包括泥浆输送(51)和排土搅拢(52)；所述动力结构(9)包括提供掘进方向推进力的液压装置。

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