CN214660180U - 一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机 - Google Patents
一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及市政工程中顶管施工领域，具体指一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机，针对矩形顶管中由于管‑土相互作用而产生的高摩阻力，设计了一种抑制管土接触、重构上覆土体自承拱结构并缓解背土效应的新型顶管机，利用其液压控制的可调节顶撑板和侧撑板减阻机构实现周围土体早期支护，通过顶撑板和侧撑板的外置支撑功能实现挤压式超挖间隙设计功能，进而从源头上减少地层损失率；盾体包括液控扩孔控制系统，盾体的框架结构外围设有多套侧壁支撑机构及顶板扩孔支撑机构，可以有效缓解因管土接触摩擦而导致的高顶推力，有助于降低管节设计和始发井建设的高成本和高耗能，对于大断面长距离矩形顶管的始发顶进等有实际意义。
Description
技术领域
本实用新型涉及市政工程中顶管施工领域，具体涉及一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机，尤其适用长距离矩形顶管施工和构筑。
背景技术
随着市政工程中对非开挖技术的广泛应用，矩形顶管施工方法在综合管廊、地下通道和海绵城市等基础设施建设中发挥出良好的经济和环境效益，对长距离、大断面顶进技术的需求十分迫切。
目前顶管机依靠超挖及注浆方法来控制摩阻力，但超挖引起的后续地层沉降将进一步增加地表控制难度，且引起管土接触和背土效应，导致摩阻力剧烈变化并造成管节破坏的风险。目前国内外还没有任何一种能主动且迅速支撑开挖孔洞的顶管机，而从机械结构的角度探索实现摩阻力控制和地层变形约束，对长距离、大断面矩形顶管技术具有重要意义。
发明内容
为解决上述问题，本实用新型旨在公开市政工程中顶管施工领域，具体指一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机，所述顶管机包括盾体和刀盘，盾体的框架结构外围设有盾首、盾中、盾尾液控扩孔支撑系统，每组液控扩孔支撑系统包括多套侧壁支撑机构及顶板扩孔支撑机构，其中刀盘设置在盾首液控扩孔支撑系统的前端；
所述侧壁支撑机构包括多组金属撑板，金属撑板包括盾体顶隔板、盾首顶撑板、盾中顶撑板、盾尾顶撑板、盾体侧壁隔板、盾首侧撑板、盾中侧撑板、盾尾侧撑板和侧壁侧撑板；
所述顶板扩孔支撑机构包括小伸缩液压油缸和注浆系统；
所述小伸缩液压油缸包括盾首顶撑油缸、盾中顶撑油缸、盾尾顶撑油缸、上侧壁油缸、下侧壁油缸、盾首侧壁右上油缸、盾首侧壁左上油缸、盾首侧壁右下油缸、盾首侧壁左下油缸、盾中侧壁右上油缸、盾中侧壁左上油缸、盾中侧壁右下油缸、 盾中侧壁左下油缸、盾尾侧壁右上油缸、盾尾侧壁左上油缸、盾尾侧壁右下油缸和盾尾侧壁左下油缸；
所述注浆系统包括设置在各组金属撑板上的盾首注浆孔、盾首侧壁注浆孔、盾中注浆孔A、盾中注浆孔B、盾中侧壁注浆孔、盾尾扩孔注浆孔、盾尾注浆孔A、盾尾注浆孔B和盾尾侧壁注浆孔；
在所述盾首液控扩孔支撑系统中，盾首侧撑板通过盾首侧壁右上油缸、盾首侧壁左下油缸与盾体侧壁隔板连接，盾首侧撑板上布置有盾首侧壁注浆孔和土压传感器，盾首侧撑板上端通过固接在其末端的侧撑板连接弹簧和端部伸缩式密封橡胶进行密封，侧撑板连接弹簧环绕在一侧壁密封活塞上，实现向外侧撑和密封；盾首顶撑板通过盾首顶撑油缸与盾体顶隔板连接，并通过两侧的连接弹簧和密封活塞实现顶撑移动、密封和定位，盾首注浆孔和盾首侧壁注浆孔布置在远离刀盘的一侧；
在所述盾中液控扩孔支撑系统中，盾中侧撑板通过盾中侧壁右上油缸和盾中侧壁右下油缸实现外撑功能，与盾首侧撑板相邻、通过顶撑中部密封活塞实现独立伸缩；盾中顶撑板通过盾中顶撑油缸与盾体顶隔板连接并实现伸缩支撑功能，并通过顶撑中部密封活塞与盾首顶撑板和盾尾顶撑板相邻，盾中注浆孔A和盾中注浆孔B位于盾中顶撑油缸两侧；
在所述盾尾液控扩孔支撑系统中，盾尾侧撑板通过盾尾侧壁右上油缸、盾尾侧壁右下油缸实现外撑功能，与盾中侧撑板相邻、通过盾尾密封活塞实现独立伸缩；盾尾顶撑板通过盾尾顶撑油缸与盾体顶隔板连接并实现伸缩支撑，并通过盾尾密封活塞与盾中顶撑板相邻，盾尾注浆孔A和盾尾注浆孔B位于盾尾顶撑油缸两侧。
优选地，所述侧壁支撑机构中的金属撑板为金属材质，金属撑板的活动行程距离均由其对应的小伸缩液压油缸控制。
优选地，所述侧壁支撑机构中的盾首顶撑板、盾中顶撑板、盾尾顶撑板分别由盾首顶撑油缸、盾中顶撑油缸、盾尾顶撑油缸控制，其行程距离设置为5mm-50mm。
优选地，所述侧壁支撑机构中的盾首侧撑板、盾中侧撑板和盾尾侧撑板的行程范围设置为5mm-60mm。
优选地，所述顶管机还包括液控扩孔控制系统，液控扩孔控制系统包括用于控制盾首、盾中、盾尾对应金属撑板的盾首液控扩孔控制系统、盾中液控扩孔控制系统和盾尾液控扩孔控制系统；液控扩孔控制系统包括单向阀、单向节流阀、电磁支撑阀、电动机、油箱、泵、压力计、手控装置和电动机。
本实用新型的有益效果体现在：本实用新型一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机，针对矩形顶管中由于管-土相互作用而产生的高摩阻力，设计了一种抑制管土接触、重构上覆土体自承拱结构并缓解背土效应的新型顶管机，利用其液压控制的可调节顶撑板和侧撑板减阻机构实现周围土体早期支护，通过顶撑板和侧撑板的外置支撑功能实现挤压式超挖间隙设计功能，进而从源头上减少地层损失率, 重构顶管机及管节周围土体的应力场分布形态，从管土接触机制的角度抑制摩阻力生成，并增强顶管机顶进姿态的控制能力；盾体包括液控扩孔控制系统，盾体的框架结构外围设有盾首、盾中、盾尾液控扩孔支撑系统，每组液控扩孔支撑系统包括多套侧壁支撑机构及顶板扩孔支撑机构，本矩形顶管机可以有效缓解因管土接触摩擦而导致的高顶推力，有助于降低管节设计和始发井建设的高成本和高耗能。对于大断面长距离矩形顶管以及既有设施内的始发顶进等有实际意义。
附图说明
图1为本实用新型中顶管机顶撑板液控扩孔支撑系统结构示意图；
图2为本实用新型顶管机顶撑板正面示意图；
图3为本实用新型顶管机盾尾顶撑板注浆后机-土接触示意图；
图4为本实用新型顶管机盾尾和盾中顶撑板注浆后机-土接触示意图；
图5为本实用新型顶管机盾首顶撑板升起后机-土接触示意图；
图6为本实用新型顶管机侧撑板注浆后的机-土接触示意图；
图7为本实用新型顶管侧撑板正面示意图；
图8为本实用新型顶管机正面机-土接触示意图；
图9为本实用新型液控扩孔控制系统示意图。
附图标注说明：
1-顶管管节，2-盾尾扩孔注浆孔，3-盾尾密封活塞，4-盾尾顶撑板，5-盾体顶隔板，6-盾尾注浆孔A，7-盾尾顶撑油缸，8-盾尾注浆孔B，9-顶撑中部密封活塞，10-侧撑板链接弹簧，11-盾中注浆孔A，12-盾中顶撑油缸，13-盾中顶撑板；14-盾中注浆孔B，15-盾首注浆孔，16-密封橡胶，17-盾首顶撑油缸，18-盾首顶撑板，19-周围土体，20-中部挤压土体，21-盾首原位土体，22-盾尾润滑层，23-盾中土体固结层，24-盾首土体挤压固结区，25-侧壁密封活塞，26-盾尾侧壁注浆孔，27-上侧壁油缸，28-盾体侧壁隔板，29-刀盘，30-下侧壁油缸，31-单向阀，32-盾尾侧撑板，33-侧壁润滑层，34-盾中侧壁注浆孔，35-侧壁侧撑板，36-盾中侧撑板，37-盾首侧壁注浆孔，38-土压传感器，39-盾首侧撑板，40-单向节流阀，41-电磁支撑阀，42-电动机，43-油箱，44-泵，45-压力计，46-手控装置，47-电动机，48-盾首侧壁右下油缸，49-盾首侧壁左下油缸，50-盾首侧壁左上油缸，51-盾中侧壁右上油缸，52-盾中侧壁右下油缸，53-盾中侧壁左上油缸， 54-盾尾侧壁右上油缸，55-盾尾侧壁右下油缸，56-盾尾侧壁左上油缸，57-盾尾侧壁左下油缸，58-盾首侧壁右上油缸，59-盾中侧壁左下油缸。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本实用新型的具体实施方式：
实施例一
本实用新型提出一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机，所述顶管机包括盾体和刀盘29，盾体的框架结构外围设有盾首、盾中、盾尾液控扩孔支撑系统，每组液控扩孔支撑系统包括多套侧壁支撑机构及顶板扩孔支撑机构，其中刀盘29设置在盾首液控扩孔支撑系统的前端；
所述侧壁支撑机构包括多组金属撑板，金属撑板包括盾体顶隔板5、盾首顶撑板18、盾中顶撑板13、盾尾顶撑板4、盾体侧壁隔板28、盾首侧撑板39、盾中侧撑板36、盾尾侧撑板32和侧壁侧撑板35；
所述顶板扩孔支撑机构包括小伸缩液压油缸和注浆系统；
所述小伸缩液压油缸包括盾首顶撑油缸17、盾中顶撑油缸12、盾尾顶撑油缸7、上侧壁油缸27、下侧壁油缸30、盾首侧壁右上油缸58、盾首侧壁左上油缸50、盾首侧壁右下油缸48、盾首侧壁左下油缸49、盾中侧壁右上油缸51、盾中侧壁左上油缸53、盾中侧壁右下油缸52、 盾中侧壁左下油缸59、盾尾侧壁右上油缸54、盾尾侧壁左上油缸56、盾尾侧壁右下油缸55和盾尾侧壁左下油缸57；
所述注浆系统包括设置在各组金属撑板上的盾首注浆孔15、盾首侧壁注浆孔37、盾中注浆孔A11、盾中注浆孔B14、盾中侧壁注浆孔34、盾尾扩孔注浆孔2、盾尾注浆孔A6、盾尾注浆孔B8和盾尾侧壁注浆孔26；
在所述盾首液控扩孔支撑系统中，盾首侧撑板39通过盾首侧壁右上油缸58、盾首侧壁左下油缸49与盾体侧壁隔板28连接，盾首侧撑板39上布置有盾首侧壁注浆孔37和土压传感器38，盾首侧撑板39上端通过固接在其末端的侧撑板连接弹簧和端部伸缩式密封橡胶16进行密封，侧撑板连接弹簧环绕在一侧壁密封活塞25上，实现向外侧撑和密封；盾首顶撑板18通过盾首顶撑油缸17与盾体顶隔板5连接，并通过两侧的连接弹簧和密封活塞实现顶撑移动、密封和定位，盾首注浆孔15和盾首侧壁注浆孔37布置在远离刀盘29的一侧；
在所述盾中液控扩孔支撑系统中，盾中侧撑板36通过盾中侧壁右上油缸51和盾中侧壁右下油缸52实现外撑功能，与盾首侧撑板39相邻、通过顶撑中部密封活塞9实现独立伸缩；盾中顶撑板13通过盾中顶撑油缸12与盾体顶隔板5连接并实现伸缩支撑功能，并通过顶撑中部密封活塞9与盾首顶撑板18和盾尾顶撑板4相邻，盾中注浆孔A11和盾中注浆孔B14位于盾中顶撑油缸12两侧；
在所述盾尾液控扩孔支撑系统中，盾尾侧撑板32通过盾尾侧壁右上油缸54、盾尾侧壁右下油缸55实现外撑功能，与盾中侧撑板36相邻、通过盾尾密封活塞3实现独立伸缩；盾尾顶撑板4通过盾尾顶撑油缸7与盾体顶隔板5连接并实现伸缩支撑，并通过盾尾密封活塞3与盾中顶撑板13相邻，盾尾注浆孔A6和盾尾注浆孔B8位于盾尾顶撑油缸7两侧；
本实施例中，所述侧壁支撑机构中的金属撑板为金属材质，金属撑板的活动行程距离均由其对应的小伸缩液压油缸控制，其行程距离根据地质条件确定，根据土压传感器38测得的原位土压力值进行调整，
其中，所述侧壁支撑机构中的盾首顶撑板18、盾中顶撑板13、盾尾顶撑板4分别由盾首顶撑油缸17、盾中顶撑油缸12、盾尾顶撑油缸7控制，其行程距离设置为5mm-50mm；所述侧壁支撑机构中的盾首侧撑板39、盾中侧撑板36和盾尾侧撑板32的行程范围设置为5mm-60mm；
优选地，所述顶管机还包括液控扩孔控制系统，液控扩孔控制系统包括用于控制盾首、盾中、盾尾对应金属撑板的盾首液控扩孔控制系统、盾中液控扩孔控制系统和盾尾液控扩孔控制系统；液控扩孔控制系统包括单向阀31、单向节流阀40、电磁支撑阀41、电动机42、油箱43、泵44、压力计45、手控装置46和电动机42。
一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机的施工方法，所述施工方法包括如下步骤：
S1、在顶管机移动过程中，刀盘29开挖土体，盾首、盾中、盾尾液控扩孔支撑系统处于收缩状态，顶管管节1安装环节，顶管机的液控扩孔支撑系统分布开始操作，首先盾尾顶撑板4和盾尾侧撑板32的液控扩孔控制系统：电动机42、泵44、单向阀31和电磁支撑阀41开启，盾尾顶撑板4缓速上移升起，抑制其沉降变形趋势并使得孔壁上覆土体趋于压缩状态，盾尾侧撑板32同时缓速外伸，挤压侧向孔壁，使得侧壁土体处于主动及被动土压力之间；
S2、当盾尾支撑板和盾尾侧撑板32到达预定位置，盾尾注浆系统开始工作，盾尾注浆孔A6、盾尾注浆孔B8和盾尾侧壁注浆开始注入润滑及支撑浆液，同时缓慢收回盾尾支撑板和盾尾侧撑板32，实现土体柔性支撑；此过程中，盾中顶撑板13和盾中侧撑板36启动运行并缓慢到达所在位置；
S3、盾中顶撑板13和盾中侧撑板36到达预定位置后，开始缓慢收回，此时盾中注浆孔A11、盾中注浆孔B14和盾中侧壁注浆孔34也同时开启工作，支撑土体，实现侧壁润滑；
S4、当盾中顶撑板13和盾中侧撑板36收回至指定位置后，盾首顶撑板18缓慢升起，盾首侧撑板39缓慢外伸，并根据土体类型而选择是否开启盾首注浆孔15；
S5、当管节安装完毕后，支撑板全部收缩到原位置，注浆系统完成，盾尾扩孔注浆孔2开启，当管节向前推进后，支撑板再次逐步开启工作，注浆情况根据地层情况进行调整。
实施例二
在所述步骤S1中，当顶管机开挖断面小于等于10 m2的情况下，顶管机的液控扩孔支撑系统可布置一个整体的顶撑板和一个整体的侧撑板，其施工方法为，在安装顶管管节1环节启动液控扩孔支撑系统，在顶撑板和/或侧撑板达到预设位置后，开启注浆支撑和润滑。
实施例三
所述的矩形顶管机，其侧壁支撑机构中盾首、盾中、盾尾中的顶撑板和侧撑板可通过协调操作具有辅助顶管机姿态调整的功能。
以上，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，本行业的技术人员，在本技术方案的启迪下，可以做出一些变形与修改，凡是依据本实用新型的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (5)
1.一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机，其特征在于，所述顶管机包括盾体和刀盘，盾体的框架结构外围设有盾首、盾中、盾尾液控扩孔支撑系统，每组液控扩孔支撑系统包括多套侧壁支撑机构及顶板扩孔支撑机构，其中刀盘设置在盾首液控扩孔支撑系统的前端；
所述侧壁支撑机构包括多组金属撑板，金属撑板包括盾体顶隔板、盾首顶撑板、盾中顶撑板、盾尾顶撑板、盾体侧壁隔板、盾首侧撑板、盾中侧撑板、盾尾侧撑板和侧壁侧撑板；
所述顶板扩孔支撑机构包括小伸缩液压油缸和注浆系统；
所述小伸缩液压油缸包括盾首顶撑油缸、盾中顶撑油缸、盾尾顶撑油缸、上侧壁油缸、下侧壁油缸、盾首侧壁右上油缸、盾首侧壁左上油缸、盾首侧壁右下油缸、盾首侧壁左下油缸、盾中侧壁右上油缸、盾中侧壁左上油缸、盾中侧壁右下油缸、 盾中侧壁左下油缸、盾尾侧壁右上油缸、盾尾侧壁左上油缸、盾尾侧壁右下油缸和盾尾侧壁左下油缸；
所述注浆系统包括设置在各组金属撑板上的盾首注浆孔、盾首侧壁注浆孔、盾中注浆孔A、盾中注浆孔B、盾中侧壁注浆孔、盾尾扩孔注浆孔、盾尾注浆孔A、盾尾注浆孔B和盾尾侧壁注浆孔；
在所述盾首液控扩孔支撑系统中，盾首侧撑板通过盾首侧壁右上油缸、盾首侧壁左下油缸与盾体侧壁隔板连接，盾首侧撑板上布置有盾首侧壁注浆孔和土压传感器，盾首侧撑板上端通过固接在其末端的侧撑板连接弹簧和端部伸缩式密封橡胶进行密封，侧撑板连接弹簧环绕在一侧壁密封活塞上，实现向外侧撑和密封；盾首顶撑板通过盾首顶撑油缸与盾体顶隔板连接，并通过两侧的连接弹簧和密封活塞实现顶撑移动、密封和定位，盾首注浆孔和盾首侧壁注浆孔布置在远离刀盘的一侧；
在所述盾中液控扩孔支撑系统中，盾中侧撑板通过盾中侧壁右上油缸和盾中侧壁右下油缸实现外撑功能，与盾首侧撑板相邻、通过顶撑中部密封活塞实现独立伸缩；盾中顶撑板通过盾中顶撑油缸与盾体顶隔板连接并实现伸缩支撑功能，并通过顶撑中部密封活塞与盾首顶撑板和盾尾顶撑板相邻，盾中注浆孔A和盾中注浆孔B位于盾中顶撑油缸两侧；
在所述盾尾液控扩孔支撑系统中，盾尾侧撑板通过盾尾侧壁右上油缸、盾尾侧壁右下油缸实现外撑功能，与盾中侧撑板相邻、通过盾尾密封活塞实现独立伸缩；盾尾顶撑板通过盾尾顶撑油缸与盾体顶隔板连接并实现伸缩支撑，并通过盾尾密封活塞与盾中顶撑板相邻，盾尾注浆孔A和盾尾注浆孔B位于盾尾顶撑油缸两侧。
2.根据权利要求1所述的一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机，其特征在于，所述侧壁支撑机构中的金属撑板为金属材质，金属撑板的活动行程距离均由其对应的小伸缩液压油缸控制。
3.根据权利要求2所述的一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机，其特征在于，所述侧壁支撑机构中的盾首顶撑板、盾中顶撑板、盾尾顶撑板分别由盾首顶撑油缸、盾中顶撑油缸、盾尾顶撑油缸控制，其行程距离设置为5mm-50mm。
4.根据权利要求2所述的一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机，其特征在于，所述侧壁支撑机构中的盾首侧撑板、盾中侧撑板和盾尾侧撑板的行程范围设置为5mm-60mm。
5.根据权利要求1所述的一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机，其特征在于，所述顶管机还包括液控扩孔控制系统，液控扩孔控制系统包括用于控制盾首、盾中、盾尾对应金属撑板的盾首液控扩孔控制系统、盾中液控扩孔控制系统和盾尾液控扩孔控制系统；液控扩孔控制系统包括单向阀、单向节流阀、电磁支撑阀、电动机、油箱、泵、压力计、手控装置和电动机。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202120526770.5U CN214660180U (zh) | 2021-03-13 | 2021-03-13 | 一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202120526770.5U CN214660180U (zh) | 2021-03-13 | 2021-03-13 | 一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN214660180U true CN214660180U (zh) | 2021-11-09 |
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ID=78452884
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| CN202120526770.5U Active CN214660180U (zh) | 2021-03-13 | 2021-03-13 | 一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112901189A (zh) * | 2021-03-13 | 2021-06-04 | 广州金土岩土工程技术有限公司 | 一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机及其施工工法 |
| CN112901189B (zh) * | 2021-03-13 | 2024-10-29 | 广州金土岩土工程技术有限公司 | 一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机及其施工工法 |
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2021
- 2021-03-13 CN CN202120526770.5U patent/CN214660180U/zh active Active
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|---|---|---|---|---|
| CN112901189A (zh) * | 2021-03-13 | 2021-06-04 | 广州金土岩土工程技术有限公司 | 一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机及其施工工法 |
| CN112901189B (zh) * | 2021-03-13 | 2024-10-29 | 广州金土岩土工程技术有限公司 | 一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机及其施工工法 |
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