申请/专利权人：中国铁建重工集团股份有限公司

申请日：2018-05-31

公开（公告）日：2024-02-02

公开（公告）号：CN108729922B

主分类号：E21D9/08

分类号：E21D9/08;E21D9/12

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.02#授权;2018.11.27#实质审查的生效;2018.11.02#公开

摘要：本申请公开了一种顶管机，包括具有中心腔体的外壳；中心设有型腔且可拆卸地安装于所述中心腔体内的内壳；安装于所述内壳的前端的刀盘，所述刀盘的横截面能够与所述内壳的横截面相吻合。应用该顶管机，由于所述内壳与所述外壳能够脱离连接，故能够将所述内壳和所述刀盘从已挖掘隧道内沿顶管机挖掘方向的反方向拖拽至始发井内，从而完成顶管施工，无需设置接收井便可顺利完成顶管施工。因此，本申请所提供的顶管机能够在无需设置接收井的前提下顺利完成顶管施工。本申请还公开了一种可退回式顶管施工方法。

主权项：1.一种顶管机，其特征在于，包括：具有中心腔体的外壳；中心设有型腔且可拆卸地安装于所述中心腔体内的内壳；安装于所述内壳前端的刀盘，所述刀盘的横截面能够与所述内壳的横截面相吻合；所述刀盘包括：设于所述型腔的前端的隔板、穿过所述隔板并用于掘进隧道的刀具组件及与所述刀具组件相连并用于驱动所述刀具组件向隧道进给的驱动组件；所述刀具组件包括若干组子刀具组件，任意两个相邻的所述子刀具组件沿所述型腔的中心轴线前后错开布置；所述子刀具组件包括：若干组分别安装于所述隔板上且呈环状分布的蝶式偏心子刀具组件及若干组分别设于相邻的两个所述蝶式偏心子刀具组件之间的蝶式对称子刀具组件；所述蝶式偏心子刀具组件包括穿过所述隔板的偏心转轴、两根相邻地安装于所述偏心转轴上且呈一定夹角的短子刀具组件及两根分别与两根所述短子刀具组件靠近所述偏心转轴的一端相连的长子刀具组件。

全文数据：一种顶管机及可退回式顶管施工方法技术领域[0001]本发明涉及工程设备技术领域，特别涉及一种顶管机。本发明还涉及一种可退回式顶管施工方法。背景技术[0002]随着经济的发展，城市化进程的步伐逐渐加快。在有限的城市空间，因大量的人流及车流，地下人行通道、地铁隧道等城市地下隧道需求量随之增多。鉴于顶管机具有对施工周遭影响小、可穿越障碍物等优势，顶管机广泛地应用于城市各种地下隧道的建设中。[0003]在利用现有的顶管机挖掘城市地下隧道的时，通常需在待挖掘隧道的两端分别预设始发井和接收井，以方便顶管机始发和接收。[0004]但是，初期施工时由于受房屋、街道、交通等方面的地形限制无法设置接收井接收顶管机，或者在施工过程中遇到较大树根、较大岩石、顶管机故障等不可预知的障碍使得无法使用接收井接收顶管机，导致顶管机无法进入施工隧道或顶管机在施工隧道无法拖出等问题，显然地，现有的顶管机及顶管施工方法可能因无法利用接收井接收顶管机而产生的一系列严重问题目前尚未得到合理地的解决。[0005]因此，如何在不利用接收井的情况下顺利安全地完成顶管施工，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。发明内容[0006]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种顶管机及可退回式顶管施工方法，能够解决在无需设置接收井的前提下顺利完成顶管施工。[0007]其具体方案如下：[0008]本申请提供的一种顶管机，包括：[0009]具有中心腔体的外壳；[0010]中心设有型腔且可拆卸地安装于所述中心腔体内的内壳；[0011]安装于所述内壳前端的刀盘，所述刀盘的横截面能够与所述内壳的横截面相吻合。[0012]优选地，所述刀盘包括：[0013]设于所述型腔的前端的隔板；[0014]穿过所述隔板、用于掘进隧道的刀具组件；[0015]与所述刀具组件相连、用于驱动所述刀具组件向隧道进给的驱动组件。[0016]优选地，所述刀具组件包括若干组子刀具组件，任意两个相邻的所述子刀具组件沿所述型腔的中心轴线前后错开布置。[0017]优选地，所述子刀具组件包括：[0018]若干组分别安装于所述隔板上且呈环状分布的蝶式偏心子刀具组件；[0019]若干组分别设于相邻的两个所述蝶式偏心子刀具组件之间的蝶式对称子刀具组件。[0020]优选地，所述中心腔体具体为矩形中心腔体，所述蝶式偏心子刀具组件具体包括四组分别分布于所述矩形中心腔体的四个顶角上的蝶式偏心子刀具组件，所述蝶式对称子刀具组件具体包括两组分别沿所述矩形中心腔体的纵向中心轴线错开分布的蝶式对称子刀具组件。[0021]优选地，所述蝶式偏心子刀具组件包括：[0022]穿过所述隔板的偏心转轴；[0023]两根相邻地安装于所述偏心转轴上且呈一定夹角的短子刀具组件；[0024]两根分别与两根所述短子刀具组件靠近所述偏心转轴的一端相连的长子刀具组件。[0025]优选地，还包括：[0026]安装于所述中心腔体内且沿所述中心腔体的中心轴线分布、用于调整掘进姿态的纠偏装置。[0027]优选地，还包括：[0028]安装于所述刀盘后侧、用于输送渣料的输送装置。[0029]本申请还提供一种可退回式顶管施工方法，该方法包括：[0030]设置始发井，组装、调试并运行顶管机；[0031]顶管机挖掘至预设位置，顶管机内壳与外壳脱离连接；[0032]连接拉紧部与内壳，通过所述拉紧部沿顶管机挖掘方向的反方向拖拽内壳及刀盘；[0033]拆除外壳。[0034]优选地，所述组装、调试并运行顶管机，包括：[0035]组装顶管机外壳、内壳和刀盘，并调试顶管机；[0036]顶管机沿预设施工线路进行隧道挖掘；[0037]顶管机运行至预设位置，将刀盘转至外壳的中心腔体内；[0038]注浆加固掌子面及已挖掘隧道周围。[0039]相对于背景技术，本申请所提供的顶管机，包括具有中心腔体的外壳;中心设有型腔且可拆卸地安装于所述中心腔体内的内壳;安装于所述内壳的前端的刀盘，所述刀盘的横截面能够与所述内壳的横截面相吻合。[0040]当本申请所提供的顶管机沿预设挖掘线路挖掘至隧道的预设位置时，在己挖掘隧道周围具有足够强度的前提下，将安装于所述中心腔体内的内壳与所述外壳脱离连接，并将安装在所述内壳内的刀盘转动至设定位置，使所述刀盘的横截面与所述内壳的横截面相吻合，然后拖拽所述内壳及安装其上的所述刀盘，将所述内壳和所述刀盘、所述外壳依次从已挖掘隧道内沿顶管机挖掘方向的反方向拖拽至始发井内，然后接收至地面，从而完成顶管施工，整个顶管施工过程中单独将所述内壳、所述刀盘从已挖掘隧道的始发井内拖出即可，无需设置接收井便可顺利完成顶管施工。因此，本申请所提供的顶管机能够在无需设置接收井的前提下顺利完成顶管施工。[0041]本发明所提供的一种应用于如上所述的顶管机的可退回式顶管施工方法，具有相同的有益效果。附图说明[0042]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。[0043]图1为本发明一种具体实施方式所提供顶管机主视剖面示意图；[0044]图2为图1的侧视图；[0045]图3为图1中外壳及内壳的局部结构轴视图。[0046]附图标记如下：[0047]外壳1、内壳2、刀盘3、纠偏装置4和输送装置5;[0048]隔板31、刀具组件32和驱动组件33;[0049]蝶式偏心子刀具组件321和蝶式对称子刀具组件322;[0050]偏心转轴3211、短子刀具组件3212和长子刀具组件3213。具体实施方式[0051]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。[0052]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。[0053]请参考图1至图3,图1为本发明一种具体实施方式所提供顶管机主视剖面示意图；图2为图1的侧视图；图3为图1中外壳及内壳的局部结构轴视图。[00M]本发明实施例公开了一种顶管机，包括外壳1、内壳2、刀盘3，还包括纠偏装置4和输送装置5。[0055]外壳1具有中心腔体，其外周通常与外界岩体相贴合，在顶管施工过程中起到支撑、保护其他零部件的作用。在该具体实施例中，外壳1的横截面具体为矩形环状结构，其对应的顶管机通常称为矩形顶管机，当然，在外壳1的横截面也可是圆环状结构，或其他环状结构，并不影响实现本发明的目的。一般地，外壳1分为前盾、中盾和尾盾三部分，三部分可通过螺栓连接、焊接、铆接等方式固连在一起，其中，每一部分都采用分体结构，具体地，每一部分均由八块金属板通过螺栓连接在一起，以便先将外壳1的各个分块吊装至始发井内。当然，前盾、中盾和尾盾的分块数量具体依据隧道尺寸等方面的因素而定，不限于八块，显然外壳1的结构不限于此。[0056]内壳2安装在外壳1的中心腔体内，其中心设有型腔，以便于为其他部件的安装提供空间。在该具体实施例中，内壳2的宽度小于外壳1的中心腔体的宽度，且内壳2可采用分体式，具体由上下两部分通过螺栓连接而成。当然，内壳2也可以是整体式，或其他分体式结构，并不影响实现本发明目的。[0057]刀盘3安装在内壳2的型腔的前端，且刀盘3的横截面能够与内壳2的型腔的横截面相吻合，使刀盘3的轮廓完全位于外壳1的中心腔体内。在该具体实施例中，刀盘3包括隔板31、刀具组件32和驱动组件33。[0058]其中，隔板31设于内壳2的型腔的前端，主要用于支撑刀具组件32和驱动组件33，同时也用于隔开隧道的采掘面与内部设备。具体地，与内壳2的结构相匹配，隔板31包括上下两块金属板，两块金属板的接触端分别设有向后弯折的弯折部，两个弯折部通过螺栓螺母固连为一体，且两块金属板分别与内壳2的型腔也通过螺栓连接为一体，以便将内壳2的上下两部分连为一体。当然，隔板31的结构、固定方式及连接方式不限于此。隔板31上还设有注浆孔，以便在顶管施工完成后注入固化浆液，以便稳定掌子面。其中，掌子面通常是指挖掘隧道过程中向前推进的工作面。[0059]刀具组件32穿过隔板31，主要用于掘进隧道。[0060]刀具组件32包括若干组子刀具组件，任意两个相邻的子刀具组件沿内壳2型腔的中心轴线前后错开布置。[0061]在该具体实施例中，子刀具组件包括蝶式偏心子刀具组件321和蝶式对称子刀具组件322。[0062]其中，蝶式偏心子刀具组件321包括若干组，且若干组蝶式偏心子刀具组件321均安装在隔板31上。此外，若干组蝶式偏心子刀具组件321呈环状分布，在该具体实施例中，具体为矩形环状分布，也可以是圆环状分布，或其他类型的环状分布，并不影响实现本发明的目的。在该具体实施例中，外壳1的中心腔体具体为矩形中心腔体，自然，刀具组件32的分布形状也为矩形环状结构，具体包括上下两层，蝶式偏心子刀具组件321具体包括四组分别分布于所述矩形中心腔体的四个顶角上的蝶式偏心子刀具组件，其中位于上层的两个蝶式偏心子刀具组件321前置，位于下层的蝶式偏心子刀具组件321后置。相应地，蝶式对称子刀具组件322具体包括两组分别沿矩形中心腔体的纵向中心轴线错开分布的蝶式对称子刀具组件，其中位于上层的蝶式对称子刀具组件322后置，位于下层的蝶式对称子刀具组件322前置。当然，蝶式偏心子刀具组件321的数量及分布方式均不限于此。由于任意两个相邻的子刀具组件沿内壳2型腔的中心轴线前后错开分布，故能够有效地防止上方土体、岩体等坍塌。[0063]在该具体实施例中，蝶式偏心子刀具组件321包括偏心转轴3211、短子刀具组件3212和长子刀具组件3213。其中，偏心转轴3211安装于隔板31上，主要用于支撑刀具。蝶式偏心子刀具组件321具体包括两根相邻地安装于偏心转轴3211上的短子刀具组件3212,且两根短子刀具组件3212之间呈一定夹角。在该具体实施例中，短子刀具组件3212上通常配置有若干切刀、刮刀及与偏心转轴3211相连的中心刀等刀具。蝶式偏心子刀具组件321具体包括两根分别与两根短子刀具组件3212靠近偏心转轴3211的一端相连的长子刀具组件3213,在该具体实施例中，长子刀具组件3213上通常也配置有若干切刀、刮刀、中心刀等刀具。当四个偏心转轴3211转动至附图2所述的状态时，整个刀具组件32便完全位于外壳1的中心腔体内，以便拆卸内壳2时将刀具3与内壳2同时拖拽出。值得注意的是，由于蝶式偏心子刀具组件321的特殊结构使其挖掘面积在一定范围内变化。当然，可以在蝶式偏心子刀具组件321上安装角度检测装置，方便检测偏心转轴3211的旋转角度，从而控制偏心转轴3211的转动状态，以便在保证能够退回至内壳2的内壳的同时，还能够提升挖掘效率。当然，蝶式偏心子刀具组件321的结构、数量及分布方式不限于此，采用其他类似方案替代并不影响实现本发明的目的。[0064]蝶式对称子刀具组件322也包括若千组，若干组蝶式对称子刀具组件322分别设于相邻的两个蝶式偏心子刀具组件Ml之间。值得注意的是，蝶式对称子刀具组件322位于蝶式偏心子刀具组件321前端，也即与蝶式偏心子刀具组件321与蝶式对称子刀具组件322相对于隔板31的前端面前后交错设置。在该具体实施例中，蝶式对称子刀具组件322具体包括两个，且两个蝶式对称子刀具组件322位于上述矩形环状结构的纵向中心轴线上，在保证各刀具组件不发生干涉的同时还能保证局部发生的塌方事故不影响生产。当然，蝶式对称子刀具组件322的数量及安装位置不限于此。蝶式对称子刀具组件322具体包括两根长度大致相等且长度较长的较长子刀具组件，同样地，该较长子刀具组件上也配置有切刀、刮刀、中心刀等刀具，当然，蝶式对称子刀具组件322构造不限于此。[0065]驱动组件33与刀具组件32相连，主要用于驱动刀具组件32向隧道进给。在该具体实施例中，驱动组件33具体可以包括电机和减速器等装置，当然，也可以采用液压、气压等其他类型的驱动组件替代。具体地，每一组刀具组件32单独配备有一组驱动组件33,共配置有六组驱动组件33。一般地，驱动组件33的数量及每组驱动组件33所驱动的刀具组件32数量具体依据实际计算来确定。显然地，驱动组件33的驱动方式及数量均不限于此。[0066]纠偏装置4的两端安装于外壳1的中心腔体内，且纠偏装置4的长度方向沿外壳1的中心腔体的中心轴线分布，主要用于调整掘进姿态。在该具体实施例中，纠偏装置4具体安装在外壳1的中盾与尾盾的连接处，以方便调整顶管机的掘进姿态。在该具体实施例中，纠偏装置4具体为纠偏油缸，该纠偏油缸的两端分别通过销轴与固定于外壳1的中心腔体内的两个铰支座相连。在该具体实施例中，中盾和尾盾的每块个分块内各安装两个纠偏油缸，自然八块分块便可安装十六个纠偏装置4。当然，纠偏装置4的纠偏方式、固定方式及数量等均不限于此。[0067]输送装置5安装在刀盘3的后侧，主要用于输送渣料。在该具体实施例中，输送装置5优选螺旋输送机。具体地，输送装置5具体包括两个沿隧道宽度方向对称布置的螺旋输送机，以便挖掘下的渣料能够及时被输送至外界，方便刀盘3正常工作。当然，输送装置5的输送方式及数量不限于此。[0068]本申请还包括拉紧部。拉紧部安装在内壳2的尾部，优选具有适当外径的钢丝绳，方便将内壳2及刀盘3从已挖掘隧道内反方向拖拽至始发井。当然，拉紧部的种类不限于此。[0069]综上所述，本申请所提供的顶管机，包括外壳1、内壳2和刀盘3。刀盘3安装在内壳2上，内壳2可拆卸地安装在外壳1上，当内壳2与外壳1脱离连接时，拖拽内壳2,便可将内壳2和刀盘3从外壳1的中心腔体内沿掘进方向的反方向拖拽至始发井内，无需单独设置接收井，因此，本申请所提供的顶管机能够解决在无需设置接收井的前提下顺利完成顶管施工。[0070]本申请还提供一种应用上述顶管机的可退回式顶管施工方法，该方法包括：[0071]步骤一、设置始发井，组装、调试并运行顶管机；[0072]先根据预设施工线路，在合适的位置设置始发井。然后，将顶管机的外壳1、内壳2及刀盘3,分块分步地吊运至始发井内，并在始发井内组装顶管机的外壳1、内壳2、刀盘3和其他附属部件。接着，调试顶管机各部件，以保证顶管机运行稳定可靠。再接着，运行顶管机，对隧道进行挖掘，并拼装管节，便形成隧道，直至顶管机运行至预设位置停止工作；当顶管机停止工作时，刀盘3旋转至附图1所示的位置时，刀盘3的外轮廓便位于外壳1的中心腔体内。最后，在外壳1及隔板31的外周通过注浆孔注入固化浆液，该浆液可以是砂浆或双液浆等，以便稳定掌子面及外壳1外周的岩体或土体，以防在回退内壳2及拆除外壳1的过程中导致已挖掘隧道发生塌方等严重的安全事故。[0073]步骤二、顶管机挖掘至预设位置，顶管机内壳2与外壳1脱离连接；[0074]当顶管机挖掘至预设位置时，拆卸掉安装在外壳1和内壳2之间的连接螺栓，从而使外壳1和内壳2脱离连接。鉴于内壳2的外径小于顶管机管片的内径，使得方便将内壳2从外壳1中沿挖掘方向的反方向拖拽至始发井中，相应地，安装在内壳2上的刀盘3随内壳3—起拖出。[0075]步骤三、连接拉紧部与内壳2,通过所述拉紧部沿顶管机挖掘方向的反方向拖拽内壳及刀盘；[0076]为了方便拖出内壳2和刀盘3,通常利用拉紧部与内壳2固连为一体，二者的固连方式可以是螺栓连接或焊接等方式，通过拖拽拉紧部以方便沿顶管机挖掘方向的反方向拖拽出内壳2和刀盘3。一般地，在管节内通过铺设有用于供内壳2和刀盘3滑动的滑动轨道，以便减小摩擦力，方向快速退回至始发井内。该拉紧部可以为钢丝绳，相应地，拉紧驱动力可以来自卷扬机，当然，也可以是其他的拉紧驱动装置，不限于此。[0077]步骤四、拆除外壳1。[0078]当内壳2及刀盘3退回后，推进油缸往前顶进至掌子面，且留下方便拆除外壳1前盾的安全距离;拆除外壳1前盾，同时推进油缸顶进一定距离，留下拆除外壳1中盾的安全距离；同理，拆除尾盾，并再次顶进一定距离。在此期间，是否需要拼装管节，由实际的盾体长度、实际的管节长度来决定。[0079]当然，该步骤的操作具体依照实际的地质条件，在地质条件良好的情况下，可将外壳1分开拆除并接收，方便回收利用。当地质条件较差时，拆除外壳1极有可能造成其周遭的洞体塌方，从安全的角度考虑，此时的外壳1可留至以挖掘的隧道内，充当管节，以进一步提升隧道的强度。[0080]因此，本方法便能产生相同的有益效果，在此不再赘述。[0081]最后，还需要说明的是，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，从而使得包括一系列要素的过程、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，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。[0082]以上对本发明所提供的顶管机及可退回式顶管施工方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

权利要求：1.一种顶管机，其特征在于，包括：具有中心腔体的外壳；中心设有型腔且可拆卸地安装于所述中心腔体内的内壳；安装于所述内壳前端的刀盘，所述刀盘的横截面能够与所述内壳的横截面相吻合。2.根据权利要求1所述的顶管机，其特征在于，所述刀盘包括：设于所述型腔的前端的隔板；穿过所述隔板、用于掘进隧道的刀具组件；与所述刀具组件相连、用于驱动所述刀具组件向隧道进给的驱动组件。3.根据权利要求2所述的顶管机，其特征在于，所述刀具组件包括若干组子刀具组件，任意两个相邻的所述子刀具组件沿所述型腔的中心轴线前后错开布置。4.根据权利要求3所述的顶管机，其特征在于，所述子刀具组件包括：若干组分别安装于所述隔板上且呈环状分布的蝶式偏心子刀具组件；若干组分别设于相邻的两个所述蝶式偏心子刀具组件之间的蝶式对称子刀具组件。5.根据权利要求4所述的顶管机，其特征在于，所述中心腔体具体为矩形中心腔体，所述蝶式偏心子刀具组件具体包括四组分别分布于所述矩形中心腔体的四个顶角上的蝶式偏心子刀具组件，所述蝶式对称子刀具组件具体包括两组分别沿所述矩形中心腔体的纵向中心轴线错开分布的蝶式对称子刀具组件。6.根据权利要求5所述的顶管机，其特征在于，所述蝶式偏心子刀具组件包括：穿过所述隔板的偏心转轴；两根相邻地安装于所述偏心转轴上且呈一定夹角的短子刀具组件；两根分别与两根所述短子刀具组件靠近所述偏心转轴的一端相连的长子刀具组件。7.根据权利要求1至6任一项所述的顶管机，其特征在于，还包括：安装于所述中心腔体内且沿所述中心腔体的中心轴线分布、用于调整掘进姿态的纠偏装置。8.根据权利要求2至6任一项所述的顶管机，其特征在于，还包括：安装于所述刀盘后侧、用于输送渣料的输送装置。9.一种可退回式顶管施工方法，其特征在于，该方法包括：设置始发井，组装、调试并运行顶管机；顶管机挖掘至预设位置，顶管机内壳与外壳脱离连接；连接拉紧部与内壳，通过所述拉紧部沿顶管机挖掘方向的反方向拖拽内壳及刀盘；拆除外壳。10.根据权利要求9所述的可退回式顶管施工方法，其特征在于，所述组装、调试并运行顶管机，包括：组装顶管机外壳、内壳和刀盘，并调试顶管机；顶管机沿预设施工线路进行隧道挖掘；顶管机运行至预设位置，将刀盘转至外壳的中心腔体内；注浆加固掌子面及已挖掘隧道周围。

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