本發(fā)明涉及巖土以及地質(zhì)工程領(lǐng)域，尤其是一種用于巖石地質(zhì)下泥水平衡式頂管掘進(jìn)機。

背景技術(shù)：

頂管施工是采用不開挖或者少開挖工藝的管道埋設(shè)施工技術(shù)，其具體操作為：在工作坑內(nèi)借助于頂進(jìn)設(shè)備產(chǎn)生的頂力，克服管道與周圍土壤的摩擦力，將管道按設(shè)計的坡度頂入土中，并將土方運走；通過對于多根管節(jié)的連續(xù)頂進(jìn)處理，即可在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)完成對于管道的鋪設(shè)處理。隨著頂管施工技術(shù)的大范圍推廣應(yīng)用，頂管施工過程中所遇到的地質(zhì)條件也越來越復(fù)雜，尤其在針對巖石地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行施工過程中，受巖石本身的高硬度影響，頂管難以進(jìn)行有效推進(jìn)，而巖石在破碎后形成的巖石碎屑亦難以得到排出，進(jìn)而導(dǎo)致頂管設(shè)備在工作過程中易于出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致現(xiàn)有的頂管施工設(shè)備或方法無法有效在巖石地質(zhì)環(huán)境下進(jìn)行工作。而國內(nèi)外針對上述地質(zhì)環(huán)境下的其余處理工藝，如爆破法、靜態(tài)爆破法、液壓式巖石分裂機施工等，均存在施工困難，效率較低的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于巖石地質(zhì)下泥水平衡式頂管掘進(jìn)機及頂管掘進(jìn)方法，其可在巖石地質(zhì)環(huán)境下進(jìn)行高效的頂管掘進(jìn)處理。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明涉及一種用于巖石地質(zhì)下泥水平衡式頂管掘進(jìn)機，其依次包括有切削系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、糾偏系統(tǒng)、泥水系統(tǒng)、測量系統(tǒng)以及電器系統(tǒng)；所述切削系統(tǒng)包括有切削殼體，切削殼體包括有切削端面與連接端面，切削殼體的切削端面之中設(shè)置有刀架總成，刀架總成內(nèi)設(shè)置有多個第一刀架與第二刀架，多個第一刀架沿切削殼體的周向均勻分布，多個第二刀架分別沿切削殼體的不同徑向延伸，多個第一刀架與多個第二刀架均焊接于刀架總成內(nèi)部，其中，每一個第一刀架內(nèi)分別設(shè)置有第一滾刀，每一個第二刀架內(nèi)分別設(shè)置有多個第二滾刀，多個第二滾刀沿第二刀架的延伸方向均勻分布。

所述動力系統(tǒng)之中包括有驅(qū)動主軸，其連接至切削殼體中的刀架總成之中，所述切削殼體的連接端面之上設(shè)置有連接法蘭，連接法蘭的端面之上設(shè)置有連通至泥水系統(tǒng)之中的泥水端口；

所述切削殼體的切削端面與連接端面之間設(shè)置有二次破碎機構(gòu)，其包括有經(jīng)由切削殼體的切削端面朝向其連接端面進(jìn)行延伸的破碎端體，以及經(jīng)由切削殼體的切削端面朝向切削殼體的軸線進(jìn)行延伸的破碎端板，所述破碎端體采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，且其端面之上設(shè)置有多個破碎滾輪，破碎端體的內(nèi)徑在切削殼體的切削端面朝向連接端面延伸的方向上逐漸減小，破碎端體任意位置的徑向截面均采用橢圓結(jié)構(gòu)；所述破碎端板包括有延伸至切削殼體的切削端面中的第一端面，以及與破碎端體彼此相對的第二端面，破碎端板的第一端面朝向切削殼體的軸線進(jìn)行傾斜延伸，破碎端板的第二端面平行于破碎端體進(jìn)行延伸。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述切削系統(tǒng)之中，每一個第一刀架的側(cè)端部均設(shè)置有第一刮刀，每一個第二刀架的側(cè)端均設(shè)置有多個第二刮刀。采用上述技術(shù)方案，其可通過第一刮刀與第二刮刀的設(shè)置以使其配合第一滾刀與第二滾刀，致使巖石在滾刀切削破碎后可在刮刀作用下得以進(jìn)一步的破碎處理，并使其隨刮刀作用進(jìn)入至切削殼體內(nèi)部。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述切削殼體內(nèi)部設(shè)置有多組破碎端板，多組破碎端板與刀架總成之中的多個第二刀架彼此一一對應(yīng)，每一組破碎端板均由兩個彼此平行延伸的破碎端板構(gòu)成，其與對應(yīng)的第二刀架的側(cè)端部彼此相對。采用上述技術(shù)方案，其可通過多組破碎端板的設(shè)置以使其與第二滾刀的切削破碎運動相符合，以提高破碎端板與巖石的接觸均度。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述動力系統(tǒng)之中包括有3組驅(qū)動電機，其分別通過減速機與驅(qū)動主軸相連接；所述驅(qū)動主軸的端部設(shè)置有采用錐形結(jié)構(gòu)的輔助刀盤。上述動力系統(tǒng)的設(shè)置可對于切削系統(tǒng)提供高效的動力以對于巖石進(jìn)行破碎處理。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述用于巖石地質(zhì)下泥水平衡式頂管掘進(jìn)機之中包括有后置殼體，所述動力系統(tǒng)、泥水系統(tǒng)、測量系統(tǒng)以及電器系統(tǒng)均設(shè)置于后置殼體之中，后置殼體與切削殼體之間通過多個糾偏油缸進(jìn)行連接，所述糾偏系統(tǒng)由上述多個糾偏油缸構(gòu)成，所述糾偏油缸連接至連接法蘭之上。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述泥水系統(tǒng)包括有進(jìn)水管道與排泥管道，其分別通過泥水端口導(dǎo)通至切削殼體內(nèi)部；所述進(jìn)水管道連通至外設(shè)水源，所述進(jìn)水管道與排泥管道之上分別設(shè)置有球閥，以及用于控制進(jìn)水管道與排泥管道之間進(jìn)行導(dǎo)通的蝶閥。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述測量系統(tǒng)包括有安裝于后置殼體之上的測量靶以及仰俯傾斜儀。

在上述用于巖石地質(zhì)下泥水平衡式頂管掘進(jìn)機的基礎(chǔ)上，本申請采用一種頂管掘進(jìn)方法，其包括有如下工藝步驟：

1)將用于巖石地質(zhì)下泥水平衡式頂管掘進(jìn)機置于待進(jìn)行掘進(jìn)處理的洞口，并將管節(jié)連接于頂管掘進(jìn)機的末端，驅(qū)使頂管掘進(jìn)機運轉(zhuǎn)，以使得管節(jié)在外部油缸的推動以及頂管掘進(jìn)機的帶動進(jìn)入至洞內(nèi)；

2)待步驟1)中的管節(jié)進(jìn)入洞中，將下一段管節(jié)正對前段管節(jié)的承口中心，使其在外置油缸的驅(qū)動下與前段管節(jié)的端面彼此緊密貼合，并進(jìn)入至洞內(nèi)；重復(fù)上述步驟，使得多段管節(jié)在外部油缸的推動以及頂管掘進(jìn)機的帶動下以3至5cm/min的速度依次朝向洞內(nèi)運動；

3)在洞口外部調(diào)制泥漿，在上述步驟2)進(jìn)行過程中將泥漿注入至該管節(jié)的外壁與洞壁之間；同時將泥漿通過頂管掘進(jìn)機的泥水系統(tǒng)導(dǎo)入至頂管掘進(jìn)機內(nèi)部，以對于切削產(chǎn)生的巖石碎屑進(jìn)行清洗；

4)重復(fù)步驟2)至3)，直至多個管節(jié)構(gòu)成的管道達(dá)到所需距離要求；管道鋪設(shè)完成后，朝向管道的外壁與洞壁之間進(jìn)行注水泥漿處理，以對于管道的外壁與洞壁之間的泥漿進(jìn)行置換。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述步驟3)中，泥漿由膨潤土∶水∶堿按照100∶614∶2的重量比進(jìn)行配置而成；所述步驟4)中，用于置換泥漿的水泥漿的配比為2∶1。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述步驟3)中，泥漿的配置方法包括有：將定量的水放入拌和桶內(nèi)部，通過拌合機投入膨潤土，并進(jìn)行拌和處理2至3min；向拌和桶內(nèi)加入堿，繼續(xù)拌和7至8min，即可成泥漿初品；將上述泥漿初品排入貯漿池存10至12h，即可形成泥漿成品。

采用上述技術(shù)方案的用于巖石地質(zhì)下泥水平衡式頂管掘進(jìn)機，其可采用頂管掘進(jìn)機中切削系統(tǒng)內(nèi)的多個滾刀的結(jié)構(gòu)設(shè)置，以在頂管掘進(jìn)機對于巖石地質(zhì)進(jìn)行切削加工過程中，對于巖石形成均勻而高效的切削處理，進(jìn)而確保頂管掘進(jìn)機連同管節(jié)的順利頂進(jìn)；與此同時，受第一滾刀與第二滾刀切削后的巖石進(jìn)入至切削殼體的切削端面與連接端面之間進(jìn)行二次破碎處理。上述二次破碎工藝進(jìn)行過程中，破碎端板與刀架總成相連接，并在刀架總成以及驅(qū)動主軸的作用下相對于破碎端體進(jìn)行實時旋轉(zhuǎn)，巖石碎屑受上述破碎端板的旋轉(zhuǎn)作用下與破碎端體之間產(chǎn)生實時撞擊，并在破碎滾輪的作用下進(jìn)行破碎處理。經(jīng)過上述二次破碎處理后的巖石碎塊得以破碎為更為細(xì)致的巖石碎屑，以便于其與泥漿混合并進(jìn)入至泥漿系統(tǒng)中的管道內(nèi)部，進(jìn)而使其在排出頂管設(shè)備時避免出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。同時，上述二次破碎處理機構(gòu)之中的破碎端體所采用的橢圓結(jié)構(gòu)致使破碎端板相對于破碎端體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)過程中，破碎端板與破碎端體之間形成一定的偏心量，致使巖石在隨破碎端板相對于破碎端體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)破碎過程中，其破碎間距得以實時變化，以使其破碎均度以及效果得以進(jìn)一步的改善。

上述用于巖石地質(zhì)下泥水平衡式頂管掘進(jìn)機可通過較低的施工成本以在巖石地質(zhì)環(huán)境下實現(xiàn)高效的頂管掘進(jìn)處理，進(jìn)而可在降低施工成本，確保施工效率與質(zhì)量的前提下完成管道的鋪設(shè)處理。

附圖說明

圖1為本發(fā)明示意圖；

圖2為本發(fā)明中切削系統(tǒng)示意圖；

圖3為本發(fā)明中切削殼體中切削端面示意圖；

圖4為本發(fā)明中切削殼體內(nèi)部示意圖；

圖5為本發(fā)明中泥水系統(tǒng)示意圖；

附圖標(biāo)記列表：

1-切削殼體、101-切削端面、102-連接端面、2-刀架總成、3-第一刀架、4-第二刀架、5-第一滾刀、6-第二滾刀、7-連接法蘭、8-驅(qū)動主軸、9-球閥、10-泥水端口、11-破碎端體、12-破碎端板、1201-第一端面、1202-第二端面、13-破碎滾輪、14-第一刮刀、15-第二刮刀、16-驅(qū)動電機、17-減速機、18-后置殼體、19-糾偏油缸、20-蝶閥、21-進(jìn)水管道、22-排泥管道。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解下述具體實施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。需要說明的是，下面描述中使用的詞語“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附圖中的方向，詞語“內(nèi)”和“外”分別指的是朝向或遠(yuǎn)離特定部件幾何中心的方向。

實施例1

如圖1、圖2與圖3所示的一種用于巖石地質(zhì)下泥水平衡式頂管掘進(jìn)機，其依次包括有切削系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、糾偏系統(tǒng)、泥水系統(tǒng)、測量系統(tǒng)以及電器系統(tǒng)；所述切削系統(tǒng)包括有切削殼體1，切削殼體1包括有切削端面101與連接端面102，切削殼體1的切削端面101之中設(shè)置有刀架總成2，刀架總成2內(nèi)設(shè)置有多個第一刀架3與第二刀架4，多個第一刀架3沿切削殼體1的周向均勻分布，多個第二刀架4分別沿切削殼體1的不同徑向延伸，多個第一刀架3與多個第二刀架4均焊接于刀架總成2內(nèi)部，其中，每一個第一刀架3內(nèi)分別設(shè)置有第一滾刀5，每一個第二刀架4內(nèi)分別設(shè)置有多個第二滾刀6，多個第二滾刀6沿第二刀架4的延伸方向均勻分布。

所述動力系統(tǒng)之中包括有驅(qū)動主軸8，其連接至切削殼體1中的刀架總成2之中，所述切削殼體的連接端面之上設(shè)置有連接法蘭7，連接法蘭7的端面之上設(shè)置有連通至泥水系統(tǒng)之中的泥水端口10。

如圖1與圖4所示，所述切削殼體1的切削端面101與連接端面102之間設(shè)置有二次破碎機構(gòu)，其包括有經(jīng)由切削殼體1的切削端面101朝向其連接端面102進(jìn)行延伸的破碎端體11，以及經(jīng)由切削殼體1的切削端面101朝向切削殼體1的軸線進(jìn)行延伸的破碎端板12，所述破碎端體11采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，且其端面之上設(shè)置有多個破碎滾輪13，破碎端體11的內(nèi)徑在切削殼體1的切削端面101朝向連接端面102延伸的方向上逐漸減小，破碎端體11任意位置的徑向截面均采用橢圓結(jié)構(gòu)；所述破碎端板12包括有延伸至切削殼體1的切削端面101中的第一端面1201，以及與破碎端體11彼此相對的第二端面1202，破碎端板12的第一端面1201朝向切削殼體1的軸線進(jìn)行傾斜延伸，破碎端板12的第二端面1202平行于破碎端體11進(jìn)行延伸。

在上述用于巖石地質(zhì)下泥水平衡式頂管掘進(jìn)機的基礎(chǔ)上，本申請采用一種頂管掘進(jìn)方法，其包括有如下工藝步驟：

1)將用于巖石地質(zhì)下泥水平衡式頂管掘進(jìn)機置于待進(jìn)行掘進(jìn)處理的洞口，并將管節(jié)連接于頂管掘進(jìn)機的末端，驅(qū)使頂管掘進(jìn)機運轉(zhuǎn)，以使得管節(jié)在外部油缸的推動以及頂管掘進(jìn)機的帶動進(jìn)入至洞內(nèi)；

2)待步驟1)中的管節(jié)進(jìn)入洞中，將下一段管節(jié)正對前段管節(jié)的承口中心，使其在外置油缸的驅(qū)動下與前段管節(jié)的端面彼此緊密貼合，并進(jìn)入至洞內(nèi)；重復(fù)上述步驟，使得多段管節(jié)在外部油缸的推動以及頂管掘進(jìn)機的帶動下以3至5cm/min的速度依次朝向洞內(nèi)運動；

3)在洞口外部調(diào)制泥漿，在上述步驟2)進(jìn)行過程中將泥漿注入至該管節(jié)的外壁與洞壁之間；同時將泥漿通過頂管掘進(jìn)機的泥水系統(tǒng)導(dǎo)入至頂管掘進(jìn)機內(nèi)部，以對于切削產(chǎn)生的巖石碎屑進(jìn)行清洗；

4)重復(fù)步驟2)至3)，直至多個管節(jié)構(gòu)成的管道達(dá)到所需距離要求；管道鋪設(shè)完成后，朝向管道的外壁與洞壁之間進(jìn)行注水泥漿處理，以對于管道的外壁與洞壁之間的泥漿進(jìn)行置換。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述步驟3)中，泥漿由膨潤土∶水∶堿按照100∶614∶2的重量比進(jìn)行配置而成；所述步驟4)中，用于置換泥漿的水泥漿的配比為2∶1。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述步驟3)中，泥漿的配置方法包括有：將定量的水放入拌和桶內(nèi)部，通過拌合機投入膨潤土，并進(jìn)行拌和處理2至3min；向拌和桶內(nèi)加入堿，繼續(xù)拌和7至8min，即可成泥漿初品；將上述泥漿初品排入貯漿池存10至12h，即可形成泥漿成品。

采用上述技術(shù)方案的用于巖石地質(zhì)下泥水平衡式頂管掘進(jìn)機，其可采用頂管掘進(jìn)機中切削系統(tǒng)內(nèi)的多個滾刀的結(jié)構(gòu)設(shè)置，以在頂管掘進(jìn)機對于巖石地質(zhì)進(jìn)行切削加工過程中，對于巖石形成均勻而高效的切削處理，進(jìn)而確保頂管掘進(jìn)機連同管節(jié)的順利頂進(jìn)；與此同時，受第一滾刀與第二滾刀切削后的巖石進(jìn)入至切削殼體的切削端面與連接端面之間進(jìn)行二次破碎處理。上述二次破碎工藝進(jìn)行過程中，破碎端板與刀架總成相連接，并在刀架總成以及驅(qū)動主軸的作用下相對于破碎端體進(jìn)行實時旋轉(zhuǎn)，巖石碎屑受上述破碎端板的旋轉(zhuǎn)作用下與破碎端體之間產(chǎn)生實時撞擊，并在破碎滾輪的作用下進(jìn)行破碎處理。經(jīng)過上述二次破碎處理后的巖石碎塊得以破碎為更為細(xì)致的巖石碎屑，以便于其與泥漿混合并進(jìn)入至泥漿系統(tǒng)中的管道內(nèi)部，進(jìn)而使其在排出頂管設(shè)備時避免出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。同時，上述二次破碎處理機構(gòu)之中的破碎端體所采用的橢圓結(jié)構(gòu)致使破碎端板相對于破碎端體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)過程中，破碎端板與破碎端體之間形成一定的偏心量，致使巖石在隨破碎端板相對于破碎端體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)破碎過程中，其破碎間距得以實時變化，以使其破碎均度以及效果得以進(jìn)一步的改善。

上述用于巖石地質(zhì)下泥水平衡式頂管掘進(jìn)機可通過較低的施工成本以在巖石地質(zhì)環(huán)境下實現(xiàn)高效的頂管掘進(jìn)處理，進(jìn)而可在降低施工成本，確保施工效率與質(zhì)量的前提下完成管道的鋪設(shè)處理。

實施例2

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述切削系統(tǒng)之中，每一個第一刀架3的側(cè)端部均設(shè)置有第一刮刀14，每一個第二刀架4的側(cè)端均設(shè)置有多個第二刮刀15。采用上述技術(shù)方案，其可通過第一刮刀與第二刮刀的設(shè)置以使其配合第一滾刀與第二滾刀，致使巖石在滾刀切削破碎后可在刮刀作用下得以進(jìn)一步的破碎處理，并使其隨刮刀作用進(jìn)入至切削殼體內(nèi)部。

本實施例其余特征與優(yōu)點均與實施例1相同。

實施例3

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述切削殼體1內(nèi)部設(shè)置有多組破碎端板，多組破碎端板與刀架總成2之中的多個第二刀架4彼此一一對應(yīng)，每一組破碎端板均由兩個彼此平行延伸的破碎端板12構(gòu)成，其與對應(yīng)的第二刀架4的側(cè)端部彼此相對。采用上述技術(shù)方案，其可通過多組破碎端板的設(shè)置以使其與第二滾刀的切削破碎運動相符合，以提高破碎端板與巖石的接觸均度。

本實施例其余特征與優(yōu)點均與實施例2相同。

實施例4

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述動力系統(tǒng)之中包括有3組驅(qū)動電機16，其分別通過減速機17與驅(qū)動主軸8相連接；所述驅(qū)動主軸的端部設(shè)置有采用錐形結(jié)構(gòu)的輔助刀盤。上述動力系統(tǒng)的設(shè)置可對于切削系統(tǒng)提供高效的動力以對于巖石進(jìn)行破碎處理。

本實施例其余特征與優(yōu)點均與實施例3相同。

實施例5

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，如圖1所示，所述用于巖石地質(zhì)下泥水平衡式頂管掘進(jìn)機之中包括有后置殼體18，所述動力系統(tǒng)、泥水系統(tǒng)、測量系統(tǒng)以及電器系統(tǒng)均設(shè)置于后置殼體18之中，后置殼體18與切削殼體1之間通過多個糾偏油缸19進(jìn)行連接，所述糾偏系統(tǒng)由上述多個糾偏油缸19構(gòu)成，所述糾偏油缸19連接至連接法蘭9之上。

本實施例其余特征與優(yōu)點均與實施例4相同。

實施例6

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，如圖5所示，所述泥水系統(tǒng)包括有進(jìn)水管道21與排泥管道22，其分別通過泥水端口10導(dǎo)通至切削殼體1內(nèi)部；所述進(jìn)水管道21連通至外設(shè)水源，所述進(jìn)水管道21與排泥管道22之上分別設(shè)置有球閥9，以及用于控制進(jìn)水管道21與排泥管道22之間進(jìn)行導(dǎo)通的蝶閥20。

本實施例其余特征與優(yōu)點均與實施例5相同。

實施例7

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述測量系統(tǒng)包括有安裝于后置殼體19之上的測量靶以及仰俯傾斜儀。

本實施例其余特征與優(yōu)點均與實施例6相同。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種用于巖石地質(zhì)下泥水平衡式頂管掘進(jìn)機及頂管掘進(jìn)方法，其依次包括有切削系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、糾偏系統(tǒng)、泥水系統(tǒng)、測量系統(tǒng)以及電器系統(tǒng)；上述用于巖石地質(zhì)下泥水平衡式頂管掘進(jìn)機可通過較低的施工成本以在巖石地質(zhì)環(huán)境下實現(xiàn)高效的頂管掘進(jìn)處理，進(jìn)而可在降低施工成本，確保施工效率與質(zhì)量的前提下完成管道的鋪設(shè)處理。

技術(shù)研發(fā)人員：孫小軍;楊東發(fā);王建軍;張鳳寧;徐立志;胡濤;單其林;程明華

受保護(hù)的技術(shù)使用者：嘉盛建設(shè)集團(tuán)有限公司;江蘇華林氣動液壓成套設(shè)備有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2017.09.30

技術(shù)公布日：2018.01.09