CN216518015U - 一种可进行常压换刀的顶管机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及公开了一种可进行常压换刀的顶管机。涉及顶管工程施工技术领域。本申请具体包括机体，以及安装在机体顶部的旋转刀盘；旋转刀盘上设有用以切削岩层的刀排，机体中设有用以将刀排从旋转刀盘上拆下或将刀排安装在旋转刀盘上的换刀仓，机体尾部设有开口，用以供工作人员从机体外部进入换刀仓中，还包括设于机体上、用以防止机体后方的水从机体顶部进入换刀仓的挡水装置。本实用新型通过设置在机体上的挡水装置，阻挡机体后方管道外壁的水从机体顶部的旋转刀盘进入换刀仓中，从而使换刀仓在基本处于无水条件下进行换刀施工，提高换刀效率和安全性。

Description

一种可进行常压换刀的顶管机

技术领域

本实用新型涉及顶管工程施工技术领域，特别是涉及一种可进行常压换刀的顶管机。

背景技术

顶管机在岩层中顶进时，随着顶进距离变长和岩石强度变高，不可避免的需要进行开仓换刀作业。因岩石结构的不完整性，岩层中的地下水会通过岩石裂隙和管外壁与岩石间的空隙进入顶管机换刀仓，影响刀具更换的效率和作业环境。如岩石裂隙水为承压水时，水量和流速会增加，开仓换刀的时长和安全性无法保障，同时，管外壁用于顶进的减阻触变泥浆也会流入顶管换刀仓内，增加换刀作业难度和导致浆液流失，影响后续顶管顶进。

常规岩石顶管在有丰富的无压地下水或承压地下水条件下，开仓换刀作业主要采用配置气压舱，通过气压舱使仓内外水压保持平衡，减少地下水进入仓内，换刀人员在高气压作业条件下进行换刀作业。或者采用多条水泵对换刀仓强制排水，实现换刀作业。以上两种方法均存在技术局限性和安全风险，如带压换刀对换刀人员的身体条件要求很高，需要专业潜水员实施换刀作业；采用常压强排水换刀作业，多台水泵会占用狭小的换刀仓作业空间，且作业人员水中作业存在触电风险。

发明内容

本实用新型的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种可进行常压换刀的顶管机，能够换刀作业过程中，使换刀仓在基本处于无水条件下进行常压换刀，提高换刀效率和安全性。

本实用新型提出一种可进行常压换刀的顶管机，包括机体，以及安装在所述机体顶部的旋转刀盘；所述旋转刀盘上设有用以切削岩层的刀排，所述机体中设有用以将所述刀排从所述旋转刀盘上拆下或将所述刀排安装在所述旋转刀盘上的换刀仓，所述机体尾部设有开口，用以供工作人员从机体外部进入所述换刀仓中，还包括设于所述机体上、用以防止机体后方的水从机体顶部进入所述换刀仓的挡水装置。

进一步地，所述机体中设有用以对所述换刀仓进行关闭或开启的仓门。

进一步地，所述挡水装置包括充气后可膨胀的充气气囊，所述机体外壁上周向设有用以安装所述充气气囊的安装槽，所述充气气囊套设于所述安装槽中。

进一步地，所述安装槽为在所述机体外壁上周向设置的两个，所述充气气囊为分别套设于两所述安装槽的两个。

进一步地，所述充气气囊上设有充气嘴，所述安装槽底部设有供所述充气嘴贯穿后伸入所述机体内的插嘴孔，所述机体内设有与伸入所述机体内的充气嘴连接的充气装置。

进一步地，所述充气嘴上设有外螺纹，还包括与所述充气嘴伸入所述机体内的部分螺接的第一螺母，以及与所述充气嘴露出所述机体外的部分螺接的第二螺母。

进一步地，所述充气气囊采用高耐磨性橡胶气囊。

进一步地，所述充气装置包括用以产生气压的气泵，一端与所述气泵连接、另一端与所述充气嘴连通的充气管，以及设于所述充气管上的压力表。

进一步地，所述气泵为抽充两用气泵。

进一步地，所述充气管与所述充气嘴连通的一端设有与所述外螺纹配合的内螺纹。

本实用新型一种可进行常压换刀的顶管机具有以下增益效果：

（1）本顶管机通过设置在机体上的挡水装置，阻挡机体后方管道外壁的水从机体顶部的旋转刀盘进入换刀仓中，从而使换刀仓在基本处于无水条件下进行换刀施工，提高换刀效率和安全性；

（2）本顶管机的机体中设有用以对换刀仓进行关闭或开启的仓门，防止管道中的水不会在顶管施工的过程中进入机体的换刀仓中；

（3）本顶管机的挡水装置包括充气后可膨胀的充气气囊，充气气囊充气后膨胀，并外撑至通道内壁，从而对机体外壁与通道内壁之间的缝隙进行封闭，防止机体后方的水从机体顶部进入换刀仓；

（4）本顶管机的机体外壁周向开设安装充气气囊的安装槽，不仅对充气气囊进行限位，还使充气气囊在不工作时收缩在安装槽中，防止充气气囊与通道内壁进行摩擦，造成充气气囊破损；

（5）本顶管机的机体外壁上周向设置两个安装槽，每个安装槽中均套设一个充气气囊，在常用的充气气囊破损或无法工作时，备用充气气囊顶替常用气囊工作，从而防止只有一个充气气囊，在充气气囊破损或无法工作时，需要临时对充气气囊进行更换，影响换刀作业的进行，进而影响到顶管施工的效率；

（6）本顶管机的充气气囊上设有充气嘴，安装槽底部设有插嘴孔，充气气囊套设在安装槽中时，充气嘴插入插嘴孔中，并贯穿插嘴孔伸入机体内部，通过机体内部设置的充气装置与充气嘴伸入机体内部的一端连接，对充气气囊进行充气；

（7）本顶管机的充气装置包括气泵，充气管和压力表，充气管将气泵与充气嘴连通，从而在气泵开启时，能够通过充气管将空气输送到充气气囊的充气嘴中，进而使充气气囊充气膨胀。压力表设置在充气管上，用来对充入充气气囊的空气气压进行监控；

（8）本顶管机的气泵为抽充两用气泵，不仅可以使充气气囊快速放气，还使充气气囊在放气后收缩在安装槽中，防止充气气囊与通道内壁摩擦，造成充气气囊损坏。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施例，并且与描述一起用于解释本实用新型的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。

图1为本实用新型实施例的一种可进行常压换刀的内部结构示意图；

图2为本实用新型实施例的一种可进行常压换刀的顶管机的未安装充气气囊的外部结构示意图；

图3为本实用新型实施例的一种可进行常压换刀的顶管机的安装充气气囊且充气气囊撑开的外部结构示意图。

图中：1、机体；11、换刀仓；12、开口；13、安装槽；14、插嘴孔；15、仓门；2、旋转刀盘；21、刀排；3、充气气囊；31、充气嘴；32、密封帽；4、第一螺母；5、第二螺母。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1～图3，本实用新型实施例的一种可进行常压换刀的顶管机，包括机体1，以及安装在机体1顶部的旋转刀盘2；旋转刀盘2上设有用以切削岩层的刀排21，机体1中设有用以将刀排21从旋转刀盘2上拆下或将刀排21安装在旋转刀盘2上的换刀仓11，机体1尾部设有开口12，用以供工作人员从机体1外部进入换刀仓11中，还包括设于机体1上、用以防止机体1后方的水从机体1顶部进入换刀仓11的挡水装置。

在本申请中，机体1顶部安装有旋转刀盘2，旋转刀盘2上设有刀排21，当旋转刀盘2在机体1顶部旋转时，刀排21对岩层进行切削，从而开掘出用以供管道顶进的通道。当旋转刀盘2和机体1在岩层中行进时，管道跟在机体1尾部沿着通道顶进，从而实现顶管施工。

随着顶进距离变长和岩石强度变高，刀排21不可避免会发生磨损，从而使刀排21切削岩层的效率降低，进而影响施工效率，因此在顶管施工过程中，要对旋转刀盘2上的刀排21进行换刀。但在顶管施工过程中，旋转刀盘2和机体1都位于岩层中，无法在地面上对旋转刀盘2进行换刀，只能从始发井沿着管道内部走入机体1内部。因此在本申请中，机体1靠近顶部的位置设有换刀仓11，机体1尾部为开口12，当工作人员从始发井出发沿着管道内部行走，并通过机体1尾部的开口12进入机体1的换刀仓11中时，就能够将刀排21从旋转刀盘2上拆卸下来或将刀排21安装在旋转刀盘2上，从而进行旋转刀盘2的换刀。

但在顶管施工过程中，岩层中的地下水会分布在管道外壁，并通过机体1顶部的旋转刀盘2进入换刀仓11中，同时，管道外壁用于顶进的减阻触变泥浆也会流入顶管换刀仓11内，增加换刀作业难度和导致浆液流失，影响后续顶管顶进。常规开仓换刀作业主要采用配置气压舱，通过气压舱使仓内外水压保持平衡，减少地下水进入仓内，换刀人员在高气压作业条件下进行换刀作业。或者采用多条水泵对换刀仓11强制排水，实现换刀作业。以上两种方法均存在技术局限性和安全风险，如带压换刀对换刀人员的身体条件要求很高，需要专业潜水员实施换刀作业；采用常压强排水换刀作业，多台水泵会占用狭小的换刀仓11作业空间，且作业人员水中作业存在触电风险。

因此在本申请中，通过设置在机体1上的挡水装置，阻挡机体1后方管道外壁的水从机体1顶部的旋转刀盘2进入换刀仓11中，从而使换刀仓11在基本处于无水条件下进行换刀施工，提高换刀效率和安全性。采用挡水装置阻挡机体1后方管道外壁的水从机体1顶部的旋转刀盘2进入换刀仓11中的方法，不需要在换刀仓11中配置气压舱，使仓内外水压保持平衡，减少地下水进入仓内，从而使在换刀仓11中操作的工作人员不用在高气压作业条件下进行换刀作业，实现了常压换刀，因此可以降低换刀作业的难度；同时也不需要通过水泵对换刀仓11强制排水，从而解决水泵占用狭小的换刀仓11作业空间，且作业人员水中作业存在触电风险的问题。

在本实施例中，机体1中设有用以对换刀仓11进行关闭或开启的仓门15。由于顶管施工过程中，管道是分段在通道中顶进的，因此分布在管道外壁的地下水会通过管道之间的间隙进入管道内部。在管道顶进的过程中，随着通道的坡度起伏，管道中的水会逐步进入机体1的换刀仓11中，从而在换刀操作时影响换刀人员的换刀操作。因此在机体1中设有仓门15，用来对换刀仓11进行开启或关闭。当管道在通道中顶进时，仓门15关闭，从而使管道中的水不会在顶进的过程中进入机体1的换刀仓11中。当需要进行换刀时，顶管机停止对岩层进行切削，管道不再在通道中顶进，换刀人员从使始发井沿着管道内部进入机体1内部后，打开仓门15进入换刀仓11中进行换刀作业。

在本实施例中，挡水装置包括充气后可膨胀的充气气囊3，机体1外壁上周向设有用以安装充气气囊3的安装槽13，充气气囊3套设于安装槽13中。挡水装置包括充气气囊3，机体1外壁周向设有安装槽13，将充气气囊3套设于安装槽13中。当需要进行换刀时，对充气气囊3进行充气，充气气囊3充气后膨胀，并外撑至通道内壁，从而对机体1外壁与通道内壁之间的缝隙进行封闭，防止机体1后方的水从机体1顶部进入换刀仓11。

一般在顶管施工过程中，为了防止机体1在岩层中行进时与通道内壁产生摩擦，一方面会造成机体1损伤，另一方面会影响顶管机在岩层中行进的效率，通常旋转刀盘2开挖出的通道直径要略大于机体1直径和管道直径，这就给管道外壁的地下水通过机体1外壁和管道外壁与通道内壁之间的间隙到达机体1顶部留有空间。当机体1上的充气气囊3充气后会外撑至通道内壁，从而使机体1后方的水无法通过充气气囊3所在的区域，进而无法到达机体1顶部的旋转刀盘2。

在机体1外壁周向开设安装充气气囊3的安装槽13，不仅是为了对充气气囊3进行限位，还是为了防止充气气囊3与通道内壁产生摩擦，造成充气气囊3的破损。为了防止顶管施工完成后产生塌方，旋转刀盘2开挖出的通道直径也只是略大于机体1直径和管道直径。如果不在机体1外壁上周向开设安装充气气囊3的安装槽13，使套设在安装槽13中的充气气囊3在不充气的状态下，不超过机体1直径所在的范围，而是直接将充气气囊3套设在机体1外壁上，机体1在通道中行进的过程中，充气气囊3会不可避免地与通道内壁进行摩擦，造成充气气囊3破损，从而使其无法在充气后膨胀后外撑至通道内壁，起到阻止机体1后方的水从机体1顶部进入换刀仓11的作用。

在本实施例中，安装槽13为在机体1外壁上周向设置的两个，充气气囊3为分别套设于两安装槽13的两个。在机体1外壁上周向设置两个安装槽13，每个安装槽13中均套设一个充气气囊3。在进行换刀作业时，一个充气气囊3充气，阻挡机体1后方的水从机体1顶部进入换刀仓11，另一个留作备用。在常用的充气气囊3破损或无法工作时，备用充气气囊3顶替常用充气气囊3工作，从而防止只有一个充气气囊3，在充气气囊3破损或无法工作时，需要临时对充气气囊3进行更换，影响换刀作业的进行，进而影响到顶管施工的效率。

可以预见的是，在实际使用过程中，也可以对两个充气气囊3同时充气，使两个充气气囊3膨胀后外撑至通道内壁，同时对机体1后方的水进行阻挡，从而起到更好的阻水效果。

在本实施例中，充气气囊3上设有充气嘴31，安装槽13底部设有供充气嘴31贯穿后伸入机体1内的插嘴孔14，机体1内设有与伸入机体1内的充气嘴31连接的充气装置。在充气气囊3上设有充气嘴31，安装槽13底部设有插嘴孔14，充气气囊3套设在安装槽13中时，充气嘴31插入插嘴孔14中，并贯穿插嘴孔14伸入机体1内部，通过机体1内部设置的充气装置与充气嘴31伸入机体1内部的一端连接，对充气气囊3进行充气。

之所以将充气装置设置在机体1内部，充气气囊3的充气嘴31贯穿插嘴孔14伸入机体1内与充气装置连接，实现对充气气囊3的充气，是因为本申请是在顶管施工的过程中对顶管机进行换刀，此时顶管机还处于岩层中，而机体1外壁和管道外壁与通道内壁之间的间隙较小，缺乏用来对充气气囊3进行充气的操作空间，只能在机体1内部设置充气装置对充气气囊3进行充气。

在本实施例中，充气嘴31上设有外螺纹，还包括与充气嘴31伸入机体1内的部分螺接的第一螺母4，以及与充气嘴31露出机体1外的部分螺接的第二螺母5。充气嘴31上设置有外螺纹，在充气嘴31伸入机体1内的部分螺接第一螺母4，在充气嘴31露出机体1外的部分螺接第二螺母5。当第一螺母4与充气嘴31伸入机体1的部分螺接至与机体1内壁抵接，第二螺母5与充气嘴31伸露出机体1外的部分螺接至与机体1外壁抵接，从而将充气气囊3固定在机体1上。

之所以采用这种方式固定充气气囊3，一方面是为了使充气气囊3在充气时或受机体1后方的水冲击时，充气气囊3的底部与安装槽13的底部贴紧，防止充气气囊3的底部与安装槽13的底部产生间隙，机体1后方的水可以通过间隙到达机体1顶部，从而使充气气囊3的防水效果更好；另一方面将第一螺母4从充气嘴31伸入机体1的部分螺下，并将第二螺母5在充气嘴31上拧松时，就可以将充气嘴31从插嘴孔14中抽出，从而使充气气囊3在机体1上的安装和拆卸方便快捷。

在本实施例中，充气气囊3采用高耐磨性橡胶气囊。当充气气囊3套设在安装槽13中，虽然没有超出机体1的直径范围，但充气气囊3跟随机体1在旋转刀盘2开挖的通道中行进时，由于根据岩层的土质情况，通道并非总是一条水平直线，而是会产生坡度或发生弯曲，在通道产生坡度或发生弯曲时，充气气囊3也有可能会与通道内壁产生摩擦，因此在本申请中充气气囊3采用高耐磨性橡胶气囊，加长充气气囊3的使用寿命。

在本实施例中，充气装置包括用以产生气压的气泵，一端与气泵连接、另一端与充气嘴31连通的充气管，以及设于充气管上的压力表。充气装置包括气泵，充气管和压力表，充气管将气泵与充气嘴31连通，从而在气泵开启时，能够通过充气管将空气输送到充气气囊3的充气嘴31中，进而使充气气囊3充气膨胀。

压力表设置在充气管上，用来对充入充气气囊3的空气气压进行监控。设置压力表的目的不仅是为了防止充入充气气囊3的空气过多，将充气气囊3撑爆，还是为了防止冲入充气气囊3的空气过少，导致充气气囊3并未外撑至通道内壁，不能起到较好的阻水效果。为了使充气气囊3的使用寿命更长，充气时充气气囊3向外膨胀量控制在5-10cm，具体设计值根据旋转刀盘2开挖的通道直径和机体1外壁直径的间隙大小而定，充气气囊3的膨胀量比间隙大2cm为宜。可以预见的是充气嘴31上螺接有密封帽32，在气泵将充气气囊3中的气压加到指定值后，将充气管从充气嘴31中抽出，并螺接上密封帽32，使充气气囊3中的气压保持在指定值。

在本实施例中，气泵为抽充两用气泵。将气泵设置为抽充两用气泵，使气泵不仅可以对充气气囊3进行充气，还可以对充气气囊3进行抽气。当需要进行换刀时，工作人员先通过气泵对充气气囊3充气，使充气气囊3中的气压达到指定值，再打开仓门15进入换刀仓11中进行换刀作业。在换刀工作完成后，又通过气泵对充气气囊3进行抽气，使充气气囊3收缩在安装槽13中，从而继续进行顶管施工。

常见的对充气气囊3进行放气的方式是将密封帽32从充气气囊3上螺下，使充气气囊3中的气体自动从充气嘴31中散出。而在本申请中采用气泵对充气气囊3进行抽气，一方面是为了使充气气囊3快速放气，从而方便在充气气囊3放气后，继续进行顶管施工，加快顶管施工的效率；另一方面是因为高耐磨性橡胶气囊本身具有一定的张力和挺度，通过将密封帽32从充气气囊3上螺下，使充气气囊3中的气体自动从充气嘴31中散出的放气方式，充气气囊3很难再收缩到未充气时的状态，从而使套设在安装槽13上的充气气囊3部分超出机体1外壁直径所在的范围，进而在机体1行进时充气气囊3与通道内壁摩擦，造成充气气囊3损坏，无法再次使用。

在本申请中采用气泵对充气气囊3进行抽气，可以使充气气囊3在气压的作用下克服自身张力和挺度，进行更大程度的收缩，从而使其收缩在安装槽13中，不超出机体1外壁的直径范围。在本申请中，气泵采用成都新为诚科技有限公司的F50L-PC型抽打两用微型气泵。

在本实施例中，充气管与充气嘴31连通的一端设有与外螺纹配合的内螺纹。在通过气泵对充气气囊3进行抽气或充气时，如果充气管只是插接在充气嘴31中，气泵启动时产生的气压会使充气管与充气嘴31脱离，造成充气气囊3的充气或抽气较难实施，而如果直接将充气管和充气嘴31一体式连接，则不利于充气气囊3在机体1上的安装和拆卸，因此在充气管要与充气嘴31连通的一端设置内螺纹，与充气嘴31的外螺纹配合。当需要对充气气囊3进行充气或抽气时，将充气管螺接在充气嘴31上，从而使其不会从充气嘴31上脱落。在充气或抽气完成后，将充气管从充气嘴31上螺下，并将密封帽32螺接在充气嘴31上，完成充气气囊3的充气或抽气。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本实用新型的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种可进行常压换刀的顶管机，其特征在于：包括机体（1），以及安装在所述机体（1）顶部的旋转刀盘（2）；所述旋转刀盘（2）上设有用以切削岩层的刀排（21），所述机体（1）中设有用以将所述刀排（21）从所述旋转刀盘（2）上拆下或将所述刀排（21）安装在所述旋转刀盘（2）上的换刀仓（11），所述机体（1）尾部设有开口（12），用以供工作人员从机体（1）外部进入所述换刀仓（11）中，还包括设于所述机体（1）上、用以防止机体（1）后方的水从机体（1）顶部进入所述换刀仓（11）的挡水装置。

2.如权利要求1所述的一种可进行常压换刀的顶管机，其特征在于：所述机体（1）中设有用以对所述换刀仓（11）进行关闭或开启的仓门（15）。

3.如权利要求1所述的一种可进行常压换刀的顶管机，其特征在于：所述挡水装置包括充气后可膨胀的充气气囊（3），所述机体（1）外壁上周向设有用以安装所述充气气囊（3）的安装槽（13），所述充气气囊（3）套设于所述安装槽（13）中。

4.如权利要求3所述的一种可进行常压换刀的顶管机，其特征在于：所述安装槽（13）为在所述机体（1）外壁上周向设置的两个，所述充气气囊（3）为分别套设于两所述安装槽（13）的两个。

5.如权利要求3所述的一种可进行常压换刀的顶管机，其特征在于：所述充气气囊（3）上设有充气嘴（31），所述安装槽（13）底部设有供所述充气嘴（31）贯穿后伸入所述机体（1）内的插嘴孔（14），所述机体（1）内设有与伸入所述机体（1）内的充气嘴（31）连接的充气装置。

6.如权利要求5所述的一种可进行常压换刀的顶管机，其特征在于：所述充气嘴（31）上设有外螺纹，还包括与所述充气嘴（31）伸入所述机体（1）内的部分螺接的第一螺母（4），以及与所述充气嘴（31）露出所述机体（1）外的部分螺接的第二螺母（5）。

7.如权利要求3所述的一种可进行常压换刀的顶管机，其特征在于：所述充气气囊（3）采用高耐磨性橡胶气囊。

8.如权利要求6所述的一种可进行常压换刀的顶管机，其特征在于：所述充气装置包括用以产生气压的气泵，一端与所述气泵连接、另一端与所述充气嘴（31）连通的充气管，以及设于所述充气管上的压力表。

9.如权利要求8所述的一种可进行常压换刀的顶管机，其特征在于：所述气泵为抽充两用气泵。

10.如权利要求8所述的一种可进行常压换刀的顶管机，其特征在于：所述充气管与所述充气嘴（31）连通的一端设有与所述外螺纹配合的内螺纹。

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