一种敞开式顶管机及其施工方法技术

本发明专利技术提供了一种敞开式顶管机及其施工方法，涉及隧道施工技术领域，敞开式顶管机包括：盾体，其前端呈敞开状；管节，连接于盾体的后端；开挖装置，设于盾体内；支撑装置，包括转动连接的插刀机构和挡板机构，插刀机构连接于盾体的前端的顶部，并用于沿平行于盾体的轴线方向移动，挡板机构具有折叠位置和支撑位置，当挡板机构转动至折叠位置时，挡板机构收纳于盾体顶部的内侧，当挡板机构转动至支撑位置时，挡板机构用于与掌子面贴合；顶推装置，连接于管节的后部，用于顶推管节和盾体；注浆装置，设于盾体内，并用于向盾体与土体之间的开挖间隙填充泥浆，以在盾体的外表面形成泥浆套。这样，可提高掌子面的稳定性，避免“背土”现象的发生。发生。发生。

【技术实现步骤摘要】
一种敞开式顶管机及其施工方法


[0001]本专利技术涉及隧道施工
，具体而言，涉及一种敞开式顶管机及其施工方法。

技术介绍

[0002]随着我国城市化进程的加快，城市地下通道的修建需求也愈发旺盛。目前，城市短距离地下通道，例如地铁车站出入口过街通道和下穿既有铁路通道等工程，广泛采用矩形顶管技术进行施工。由于敞开式矩形顶管机没有刀盘、驱动装置和全封闭的土仓隔板，操作人员距离掌子面仅有几米的距离，可以直接目视掌子面前方的地质状况，精确地控制挖掘操作，可以根据地层的变化做出快速反应并采取必要的处理措施。譬如，若遇到漂石、大块回填石或其他障碍物时，因开挖面敞开，使得处理障碍物的过程也变得十分容易和直接。故敞开式矩形顶管机能有效解决密闭式矩形顶管机所存在的处理障碍物难的问题，具有良好的经济性和灵活的风险应对能力，尤其是在砂卵石等自稳性较好的地层中施工，敞开式矩形顶管机比密闭式矩形顶管机更为经济适用。
[0003]但是，现有的敞开式矩形顶管机存在两方面难题，一方面，敞开式矩形顶管机的开挖面积较大，使得掌子面稳定困难，稍有不慎，易造成地面塌陷；另一方面，敞开式矩形顶管机的顶部跨度大且平直，不能像圆形顶管机一样形成土拱效应，其土体重力直接作用到盾体上表面，当土体与盾体摩擦力大于迎面阻力和土体粘聚力时，容易产生“背土”现象，从而造成地面隆起或者塌陷。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的问题是：在敞开式顶管机施工过程中，如何保证掌子面的稳定性以及减少“背土”现象。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种敞开式顶管机，包括：
[0006]盾体，其前端呈敞开状；
[0007]管节，连接于所述盾体的后端；
[0008]开挖装置，设于所述盾体内；
[0009]支撑装置，包括转动连接的插刀机构和挡板机构，所述插刀机构连接于所述盾体的前端的顶部，并用于沿平行于所述盾体的轴线方向移动，所述挡板机构具有折叠位置和支撑位置，当所述挡板机构转动至所述折叠位置时，所述挡板机构收纳于所述盾体顶部的内侧，当所述挡板机构转动至所述支撑位置时，所述挡板机构用于与掌子面贴合；
[0010]顶推装置，连接于所述管节的后部，用于顶推所述管节和盾体；
[0011]注浆装置，设于所述盾体内，并用于向所述盾体与土体之间的开挖间隙填充泥浆，以在所述盾体的外表面形成泥浆套。
[0012]可选地，所述插刀机构包括插刀和第一驱动件，所述第一驱动件的一端与所述插刀铰接，所述第一驱动件的另一端与所述盾体铰接，所述挡板机构转动连接于所述插刀上，所述第一驱动件用于驱动所述插刀沿平行于所述盾体的轴线方向移动。
[0013]可选地，所述挡板机构包括挡板和第二驱动件，所述挡板铰接于所述插刀机构的前端，所述第二驱动件的一端与所述挡板铰接，所述第二驱动件的另一端与所述插刀机构铰接，所述第二驱动件用于驱动所述挡板相对于所述插刀机构转动至所述折叠位置或所述支撑位置。
[0014]可选地，所述盾体顶部设有多个插刀舱，多个所述插刀舱沿所述盾体的环向均匀分布，且每个所述插刀舱内均设有一个所述支撑装置，且所述插刀机构滑动连接于所述插刀舱内。
[0015]可选地，所述注浆装置包括制浆罐、注浆泵、注浆管路和控制阀，所述制浆罐与所述注浆泵的进液口连接，所述注浆管路的一端与所述注浆泵的出液口连接，所述注浆管路的另一端与所述控制阀的进液口连接，所述盾体上设有注浆孔，所述控制阀设于所述注浆孔处，并用于控制所述注浆管路的打开或关闭。
[0016]可选地，所述敞开式顶管机还包括止浆装置，所述止浆装置包括第一止浆机构和第二止浆机构，所述第一止浆机构用于设于洞门处，所述第二止浆机构设于所述盾体的外表面，并位于所述注浆孔的前侧，所述第一止浆机构、所述第二止浆机构和所述盾体的外表面共同围成用于形成所述注浆套的注浆空间。
[0017]可选地，所述第二止浆机构为钢板刷，所述盾体的外表面设有环形凹槽，所述钢板刷设于所述环形凹槽内。
[0018]可选地，所述盾体包括前盾、尾盾和铰接机构，所述前盾的前端敞开，所述前盾的后端通过所述铰接机构与所述尾盾的前端铰接，所述支撑装置连接于所述前盾上。
[0019]可选地，所述顶推装置包括支架和顶推机构，所述支架的一端与所述管节的后端连接，所述支架的另一端与所述顶推机构连接，所述顶推机构用于沿平行于所述盾体的轴线方向顶推所述支架。
[0020]为解决上述问题，本专利技术还提供一种敞开式顶管机的施工方法，基于上述所述的敞开式顶管机，所述施工方法包括以下步骤：
[0021]将所述敞开式顶管机的支撑装置的插刀机构与掌子面的上部土体抵接，并将所述支撑装置的挡板机构与掌子面的上部贴合，以对所述掌子面的上部进行支撑；
[0022]将支撑于所述掌子面的左上区域的所述挡板机构转动至折叠位置，通过所述敞开式顶管机的开挖装置对所述左上区域开挖，开挖完成后，将所述左上区域的所述插刀机构向前伸出，并将所述左上区域的所述挡板机构转动至支撑位置，以对所述掌子面的所述左上区域进行支撑；
[0023]将支撑于所述掌子面的右上区域的所述挡板机构转动至折叠位置，通过所述开挖装置对所述右上区域开挖，开挖完成后，将所述右上区域的所述插刀机构向前伸出，并将所述右上区域的所述挡板机构转动至支撑位置，以对所述掌子面的所述右上区域进行支撑；
[0024]通过所述开挖装置对所述掌子面的下半部分分区域开挖，以完成所述掌子面的开挖作业；
[0025]利用所述敞开式顶管机的顶推装置将所述敞开式顶管机的管节和盾体向前顶推预设行程，同时，所述敞开式顶管机的注浆装置向所述盾体与土体之间的开挖间隙填充泥浆，以在所述盾体的外表面形成泥浆套。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0027]本专利技术的敞开式顶管机可通过在盾体的前端设置转动连接的插刀机构和挡板机构，并使插刀机构沿平行于盾体的轴线方向移动，挡板机构在折叠位置和支撑位置之间转动，这样，在敞开式顶管机施工过程中，可利用插刀机构向前伸出以清边掌子面上方的土体，而且，插刀机构顶至掌子面时形成“帽檐”，能够对掌子面上方的土体进行支撑，防止隧道拱顶或土体坍落等现象发生，同时，可利用挡板机构转动至与掌子面相贴合的支撑位置，以对掌子面上部的土体形成有力支撑，进而可提高掌子面的稳定性，便于开挖装置在盾体前端对掌子面裸露出来的土体进行分区域开挖。另外，在顶推装置推进管节和盾体时，可通过注浆装置向盾体与土体之间的开挖间隙填充泥浆，以在盾体的外表面形成泥浆套，从而将盾体与土体之间的滑动摩擦由干摩擦滑动变成湿润滑滑动，有效降低了盾体顶进时的摩擦阻力，而且，形成泥浆套后的综合摩擦力比没有形成泥浆套时通常低1/3～1/2，从而可以避免“背土”现象的发生。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例中敞开式顶管机的结构示意图；
[0029]图2为本专利技术实施例中插刀机构和挡板机构在前盾的环向上均匀分布时的结构示意图；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种敞开式顶管机，其特征在于，包括：盾体(1)，其前端呈敞开状；管节(7)，连接于所述盾体(1)的后端；开挖装置(2)，设于所述盾体(1)内；支撑装置(3)，包括转动连接的插刀机构(31)和挡板机构(32)，所述插刀机构(31)连接于所述盾体(1)的前端的顶部，并用于沿平行于所述盾体(1)的轴线方向移动，所述挡板机构(32)具有折叠位置和支撑位置，当所述挡板机构(32)转动至所述折叠位置时，所述挡板机构(32)收纳于所述盾体(1)顶部的内侧，当所述挡板机构(32)转动至所述支撑位置时，所述挡板机构(32)用于与掌子面贴合；顶推装置(4)，连接于所述管节(7)的后部，用于顶推所述管节(7)和盾体(1)；注浆装置(5)，设于所述盾体(1)内，并用于向所述盾体(1)与土体之间的开挖间隙填充泥浆，以在所述盾体(1)的外表面形成泥浆套(9)。2.根据权利要求1所述的敞开式顶管机，其特征在于，所述插刀机构(31)包括插刀(311)和第一驱动件(312)，所述第一驱动件(312)的一端与所述插刀(311)铰接，所述第一驱动件(312)的另一端与所述盾体(1)铰接，所述挡板机构(32)转动连接于所述插刀(311)上，所述第一驱动件(312)用于驱动所述插刀(311)沿平行于所述盾体(1)的轴线方向移动。3.根据权利要求1所述的敞开式顶管机，其特征在于，所述挡板机构(32)包括挡板(321)和第二驱动件(322)，所述挡板(321)铰接于所述插刀机构(31)的前端，所述第二驱动件(322)的一端与所述挡板(321)铰接，所述第二驱动件(322)的另一端与所述插刀机构(31)铰接，所述第二驱动件(322)用于驱动所述挡板(321)相对于所述插刀机构(31)转动至所述折叠位置或所述支撑位置。4.根据权利要求1所述的敞开式顶管机，其特征在于，所述盾体(1)顶部设有多个插刀舱，多个所述插刀舱沿所述盾体(1)的环向均匀分布，且每个所述插刀舱内均设有一个所述支撑装置(3)，且所述插刀机构(31)滑动连接于所述插刀舱内。5.根据权利要求1所述的敞开式顶管机，其特征在于，所述注浆装置(5)包括制浆罐(51)、注浆泵(52)、注浆管路(53)和控制阀(54)，所述制浆罐(51)与所述注浆泵(52)的进液口连接，所述注浆管路(53)的一端与所述注浆泵(52)的出液口连接，所述注浆管路(53)的另一端与所述控制阀(54)的进液口连接，所述盾体(1)上设有注浆孔(14)，所述控制阀(54)设于所述注浆孔(14)处，并用于控制所述注浆管路(53)的打开或关闭。6.根据权利要求5所述的敞开式顶管机，其特征在于，还包括止浆装置，所述止浆装置包括第一止浆机构...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘恒杰，薛广记，董艳萍，刘佼，孙磊，安乐乐，刘思褀，刘逸霄，冯战勇，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：