一种环形顶管机.pdf

本发明涉及一种环形顶管机，包括环形壳体、切削刀盘、泥水系统、同步注浆系统、顶推机构、导向系统和控制系统，环形壳体包括外层壳体和内层壳体，切削刀盘设置在环形壳体内，泥水系统包括进排泥管路和泥水分离处理装置，泥水分离处理装置安放在地面，同步注浆系统的注浆管分别设置在环形壳体和顶管管节内，通过注浆孔注入触变泥浆，顶推机构设置在顶管工作井内，对顶管管节进行顶进，导向系统包括用以确定环形顶管机的姿态和掘进精度的陀螺仪、倾斜仪和高度仪，控制系统设置在地面，对切削刀盘、泥水系统、同步注浆系统、顶推机构和导向系统进行协同控制。与现有技术相比，本发明开挖断面小，断面形状灵活，适用于建造大断面和超大断面隧道。

1.  一种环形顶管机，其特征在于，所述环形顶管机包括环形壳体、切削刀盘、泥水系统、同步注浆系统、顶推机构、导向系统和控制系统，环形顶管机后部连接有顶管管节，所述顶推机构设置在顶管工作井内，对顶管管节进行顶进，所述切削刀盘设在环形壳体内，所述控制系统设置在地面，分别连接切削刀盘、泥水系统、同步注浆系统、顶推机构和导向系统；
控制系统对切削刀盘、泥水系统、同步注浆系统、顶推机构和导向系统进行协同控制，实现环形顶管机的施工。

2.  根据权利要求1所述的环形顶管机，其特征在于，所述环形壳体包括外层壳体和内层壳体，共同形成容纳切削刀盘的环形空腔。

3.  根据权利要求2所述的环形顶管机，其特征在于，所述外层壳体和内层壳体与土壤接触的表面设有多个注浆孔，并与同步注浆系统的注浆管连接。

4.  根据权利要求1或2所述的环形顶管机，其特征在于，所述壳体后部沿环向设置有纠偏油缸，通过千斤顶的行程差辅助环形顶管机纠偏。

5.  根据权利要求1或2所述的环形顶管机，其特征在于，所述切削刀盘由多个同平面或交错的小刀盘组成，可拆卸地覆盖整个环形壳体区域，所述切削刀盘后部依次连接有主轴承、减速器和驱动件，所述驱动件包括电动机或液压油缸。

6.  根据权利要求5任一所述的环形顶管机，其特征在于，各所述小刀盘相对独立，按照模块化进行设计组装。

7.  根据权利要求5所述的环形顶管机，其特征在于，所述切削刀盘后部还设置有开挖仓，该开挖仓后部设有支撑挡板，所述顶推机构的顶力作用在支撑挡板上。

8.  根据权利要求1所述的环形顶管机，其特征在于，所述导向系统包括陀螺仪、倾斜仪和高度仪。

一种环形顶管机
技术领域
本发明涉及一种顶管施工机械，尤其是涉及一种环形顶管机。
背景技术
在中国各大城市，城市市政工程的发展已经进入了一个新的阶段。尤其是在毗邻或者下穿既有建(构)筑物的地下工程中，对环境的影响限制导致对隧道施工工法和技术提出了更高的要求。以上海为例，在地下通道的建设中，往往无法采用明挖法进行施工，而盾构法在隧道长度较短时成本很高，城市环境局限也导致大型盾构设备运输和安装困难。
顶管法作为一种非开挖技术，具有不影响交通、对环境影响小等优点，广泛应用于我国沿海经济发达地区市政工程中水、气、电、通信等小直径管道的非开挖铺设。目前我国最大直径顶管工程为上海市污水治理白龙港片区南线输送干线完善工程SST2.4标，外径只有4.66米。
全断面顶管受现有技术限制，尺寸很难再进行突破，为此寻求一种适用于交通繁忙地区大直径地下通道建设的新型顶管施工机械。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种环形顶管机，可实现大尺寸断面隧道建设，且隧道断面形状不受限制。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种环形顶管机，所述环形顶管机包括环形壳体、切削刀盘、泥水系统、同步注浆系统、顶推机构、导向系统和控制系统，环形顶管机后部连接有顶管管节，所述顶推机构设置在顶管工作井内，对顶管管节进行顶进，所述切削刀盘设在环形壳体内，所述控制系统设置在地面，分别连接切削刀盘、泥水系统、同步注浆系统、顶推机构和导向系统；
控制系统对切削刀盘、泥水系统、同步注浆系统、顶推机构和导向系统进行协同控制，实现环形顶管机的顶管施工。
所述环形壳体包括外层壳体和内层壳体，共同形成容纳切削刀盘的环形空腔。
所述外层壳体和内层壳体与土壤接触的表面设有多个注浆孔，并与同步注浆系统的注浆管连接。
所述壳体后部沿环向设置有纠偏油缸，通过千斤顶的行程差辅助环形顶管机纠偏。
所述切削刀盘由多个同平面或交错的小刀盘组成，可拆卸地覆盖整个环形壳体区域，所述切削刀盘后部依次连接有主轴承、减速器和驱动件，所述驱动件包括电动机或液压油缸。
各所述小刀盘相对独立，按照模块化进行设计组装。
所述切削刀盘后部还设置有开挖仓，该开挖仓后部设有支撑挡板，所述顶推机构的顶力作用在支撑挡板上。
所述顶管管节内设有用于放置进排泥管路、注浆管、液压油管、油脂管和电缆的中空通道。
所述导向系统包括陀螺仪、倾斜仪和高度仪。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)隧道断面大。本发明解决了现有大断面隧道建设的难题，可用于地下人行通道、公路隧道等的施工。
(2)断面形状灵活。本发明小刀盘可拆卸式安装，通过调节小刀盘的布置，本发明理论上可以开挖任意断面形状的隧道，不止局限于圆形隧道。
(3)经济性。本发明由众多小刀盘系统组成，每个机头的规格只需略大于管节，且小刀盘系统可以重复使用，成本较低。
(4)施工废气、废土少。由于本发明只开挖环形区域内的土体，施工期间的废气、废土大为减少，而环形管节贯通后的内部土体可按照普通土方开挖，有利于环境保护。
(5)施工面稳定。本发明的开挖面只限于环形区域，开挖面稳定易于控制。
(6)快速施工。本发明将全断面隧道按非全断面隧道进行施工，小刀盘系统、顶进设备等易于控制，施工进度快。
(7)地质适应性强。各小刀盘系统相对独立，按照模块化进行设计安装，可 根据不同的地质情况进行调整，适应于复合地层，应用范围广。
附图说明
图1为本发明的轴测示意图；
图2为本发明的同平面小刀盘示意图；
图3为图2中A处的放大示意图；
图4为本发明的交错小刀盘示意图；
图5为图4中B处的放大示意图；
图6为本发明的剖面示意图；
图7为本发明的施工示意图。
图中：1—外层壳体，2—内层壳体，3—切削刀盘，4—顶管管节，5—中空通道，6—注浆孔，7—泥浆密封装置，8—主轴承，9—减速器，10—电动机或液压油缸，11—开挖仓，12—支撑挡板，13—撑挡，14—进泥管路，15—排泥管路，16—注浆管，17—陀螺仪，18—倾斜仪，19—高度仪，20—纠偏油缸，21—壳体，22—木垫环，23—均压钢环，24—止水圈，25—千斤顶，26—电缆，27—工作井，28—接收井，29—围护墙，30—顶铁，31—液压油管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例提供一种环形顶管机，包括环形壳体、切削刀盘、泥水系统、同步注浆系统、顶推机构、导向系统和控制系统，其后部连接有顶管管节4。
如图1所示，环形壳体包括外层壳体1和内层壳体2，共同组成容纳切削刀盘3的环形空腔。外层壳体1支护周围地层土体，同时在外层壳体1的保护下完成顶管管节4的顶进。在顶管管节4结构弯矩较小处，设置有若干中空通道5，作为进排泥管路、注浆管、电缆和液压油管等的安放通道。在外层壳体1、内层壳体2和顶管管节4与土体接触的一侧，设置有若干注浆孔6。在外层壳体1和内层壳体2后部，设置有泥浆密封装置7。
如图2-3所示，切削刀盘3由多个同平面小刀盘组成，可拆卸地覆盖整个环形区域，各所述小刀盘相对独立，按照模块化进行设计组装，可独立拆卸。
如图6所示，切削刀盘3后部依次连接主轴承8、减速器9和驱动件，所述驱动件采用电动机或液压油缸10。同时切削刀盘3后部还设置开挖仓11，开挖仓后部为支撑挡板12和撑挡13。
泥水系统包括进泥管路14、排泥管路15和泥水分离处理装置，进泥管路14和排泥管路15都安放在中空通道5内，与设置在地面的泥水分离处理装置相连。
同步注浆系统的注浆管16分别设置在外层壳体1、内层壳体2和顶管管节4中，通过注浆孔6注入触变泥浆，注浆管16通过中空通道5与设置在地面或工作井内的注浆泵连接。
导向系统设置在环形壳体，采用陀螺仪17、倾斜仪18和高度仪19确定环形顶管机的姿态和掘进精度。
在壳体1、2后部沿环向设置有纠偏油缸20，包括壳体21、木垫环22、均压钢环23和止水圈24，通过千斤顶的行程差辅助环形顶管机纠偏。
顶推机构的千斤顶25设置在工作井内，对顶管管节进行顶进。
控制系统设置在地面，采用电缆26或无线信号对切削刀盘3、泥水系统、同步注浆系统、顶推机构和导向系统进行协同反馈控制，电缆26安放在中空通道5内。
实施例2
如图4-5所示，切削刀盘3由多个交错小刀盘组成，可拆卸地覆盖整个环形区域，其余同实施例1。
如图7所示，上述环形顶管机的具体工作步骤包括以下几点：
(1)采用现有顶管法的施工工艺建造工作井27、接收井28和围护墙29，并对环形顶管机工作面的土体进行加固；
(2)吊装环形顶管机、顶铁30、千斤顶25，铺设进泥管路14、排泥管路15、注浆管16、液压油管31、电缆26，安装泥水分离处理设备、泥浆泵等配套设备；
(3)环形顶管机启动，完成出发操作，吊装顶管管节4；
(4)环形顶管机掘进，切削刀盘3在电动机或液压油缸10驱动下切削土体，土体进入开挖仓11，推进的顶力由撑挡13传递给支撑挡板12；
(5)环形顶管机掘进，进泥管路14注入净化后的泥浆，新开挖的土体被泥浆 从排泥管路15带出，进入泥水分离处理设备；
(6)环形顶管机掘进，注浆管16通过注浆孔6进行同步注浆，减小顶进阻力；
(7)环形顶管机掘进，陀螺仪17、倾斜仪18和高度仪19确定环形顶管机的姿态和掘进精度；
(8)环形顶管机掘进，纠偏油缸20根据控制指令调整行程，辅助环形顶管机纠偏。
(9)环形顶管机到达接收井28，完成到达操作。
(10)对于长距离掘进，可在环形顶管机后部加装中继间。
本发明针对现有全断面顶管机在大断面隧道建设中的劣势，通过减小隧道施工中开挖面的范围，创新地解决了大断面隧道建设中开挖面的稳定问题。同时，本发明也为解决现有顶管隧道直径较小、适用面较窄的缺点提供了解决方法。通过调整环形区域的形状和小刀盘的布置，本发明可以适用于建设任意断面形状的隧道，具有广泛的应用前景。