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格栅式非开挖顶管掘进设备及非开挖顶冲法隧洞掘进工艺制造技术

技术编号:4152880 阅读:481 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术涉及一种格栅式非开挖顶管掘进设备及非开挖顶冲法隧洞掘进工艺。格栅式非开挖顶管掘进设备,包括顶管油缸及其液压站、砼管、吊车、外顶铁、护套、导向砼管、顶管加力装置、格栅顶冲工作头或前冲式顶冲工作头以及安置在格栅顶冲工作头或前冲式顶冲工作头下面的导轨。格栅顶冲工作头由焊接为一体的顶冲头外圈、顶冲头内圈和格栅组成,顶冲头外圈的一个端面设有刀口,顶冲头的底部设有能通过导轨的通透窗口;顶管加力装置由油缸顶铁、加力油缸和活塞杆顶铁组成。本发明专利技术适用于非露天开挖掘进穿越铁路、公路、古建筑物、植被保护层或小河流的隧洞;能够有效地控制作业面土层溜坍,减少地表变形,达到安全、高效、文明、环保施工目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种非露天挖掘隧洞的掘进设备及方法,特别是一种格栅式非开挖顶管掘进设备及非开挖顶冲法隧洞掘进工艺
技术介绍
随着我国铁路建设的飞速发展,下行横穿铁路线的非露天开挖的隧洞工程越来越 多,对于这些分散的小型(直径0. 8-3. 0米涵洞)工程长期以来都是采用轨束梁、工字钢、 军便梁加固线路后进行顶进施工,按正常情况每个工点施工至少需要分别五次封锁线路, 施工期间列车须限速25-45公里/小时运行,尤其是线路上进行人工挖便梁支墩孔桩,直接 破坏路基的稳定,影响铁路运输秩序和安全生产。 对于长度较大的隧洞工程也有采用旋转刀盘掘进机的施工方法,但施工期间更换 刀盘复杂、困难,特别是顶推与刀盘旋转经常不同步会导致刀盘旋转时间超长,易形成空 洞,导致冒顶塌方;如遇突来障碍或土体变化,刀盘不能旋转切割,甚至损坏刀盘;掘进过 程中易产生偏差需经常进行纠偏,纠偏后管子会与土体产生缝隙,导致土体易下沉;刀盘直 径比管体大,会产生缝隙,长时间顶推管子会导致土体沉降。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种非露天挖掘隧洞并可防止隧洞地表变形、施工安全可 靠的格栅式非开挖顶管掘进设备及非开挖顶冲法隧洞掘进工艺;适用于非露天开挖掘进穿 越铁路、公路、古建筑物、植被保护层或小河流的隧洞。 为解决上述技术问题,本专利技术的技术方案是一种格栅式非开挖顶管掘进设备,包 括顶管油缸及其液压站、砼管、吊车、外顶铁、护套、顶管加力装置、导向砼管、格栅顶冲工作 头或前冲式顶冲工作头以及安置在格栅顶冲工作头或前冲式顶冲工作头下面的导轨。 所述格栅顶冲工作头由焊接为一体的顶冲头外圈、顶冲头内圈和格栅组成,顶冲 头外圈的外径与所述导向砼管外径相等,顶冲头内圈的内径与导向砼管内径相等;顶冲头 外圈垂直于轴线的一个端面设有刀口,格栅与顶冲头外圈带刀口端的内侧及顶冲头内圈的 端头焊接为一体;顶冲头外圈垂直于轴线的另一个端面设有企口接头,格栅顶冲工作头的 底部设有能通过所述导轨的长方形通透窗口 。 所述前冲式顶冲工作头由焊接为一体的前冲式顶冲头外圈、顶冲头内圈和格栅组 成,前冲式顶冲头外圈与轴线夹角为a =40° -70°的一个端面设有刀口,格栅与前冲式 顶冲头外圈带刀口端的内侧及顶冲头内圈的端头焊接为一体;前冲式顶冲头外圈垂直于轴 线的另 一个端面设有企口接头。 所述砼管和导向砼管为中空圆柱形,砼管和导向砼管的端面设有企口接头或平口 接头;在两根砼管的接头处设有护套。 所述顶管加力装置由油缸顶铁、安装在油缸顶铁外圈内侧周边的加力油缸和活塞 杆顶铁组成;活塞杆顶铁的一端紧固装有套入油缸顶铁外圈的套管,套管的内圈与油缸顶铁的外圈滑动配合,加力油缸的活塞杆端头顶住活塞杆顶铁;活塞杆顶铁和油缸顶铁的外 径与所述砼管外径相等,活塞杆顶铁和油缸顶铁的端面设有与砼管端面相配合的企口接头 或平口接头。 所述外顶铁的外径与砼管外径相等,外顶铁端面的企口接头或平口接头与砼管端 面相配合,外顶铁包括圆环形外顶铁或半圆形外顶铁;圆环形外顶铁或半圆形外顶铁的宽 度相等并小于顶管油缸及加力油缸的行程。 所述格栅顶冲工作头的企口接头是由顶冲头外圈和顶冲头内圈组成的顶冲头内 凹企口,顶冲头内凹企口与所述导向砼管的砼外凸企口配合套接;所述前冲式顶冲工作头 的企口接头是由前冲式顶冲头外圈和顶冲头内圈组成的顶冲头内凹企口,顶冲头内凹企口 与所述导向砼管的砼外凸企口配合套接。 所述活塞杆顶铁、油缸顶铁、圆环形外顶铁或砼管端面的企口接头包括一端的外 凸企口和另一端的内凹企口,外凸企口与内凹企口配合套接。 所述活塞杆顶铁、油缸顶铁、圆环形外顶铁或砼管端面的平口接头包括一端带密 封环的圆锥平口接头和另一端带钢圈的平口接头,钢圈的外径与砼管外径相等,钢圈的内 径与带密封环的圆锥平口接头配合套接。 —种采用上述格栅式非开挖顶管掘进设备的非开挖顶冲法隧洞掘进工艺,其步骤 如下 [1]在待掘进的隧洞两端分别开挖工作井和接受井,工作井和接受井的长度为砼 管长度的2-3倍,工作井和接受井的宽度为砼管宽度的1. 5-2倍; [2]在工作井的端部,对着砼管端面的周边,安装2-4个顶管油缸;在工作井的底 部,铺设导轨; [3]吊车将第一圆环形外顶铁和格栅顶冲工作头安放在顶管油缸与掘进工作面之 间的导轨上,调节和校准格栅顶冲工作头的轴线在水平面及垂直面的坐标及方位; [4]启动顶管油缸将第一圆环形外顶铁和格栅顶冲工作头向掘进工作面顶进一个 油缸行程,大于一个圆环形外顶铁的宽度;随后,油缸活塞杆收縮回原位,吊车将另一个圆 环形外顶铁安放在顶管油缸和第一圆环形外顶铁之间;清除和运出格栅顶冲工作头切割下 的碎土,通过格栅顶冲工作头底部的窗口延续铺设导轨,同时调节和校准顶冲工作头轴线 在水平面及垂直面的坐标及方位; [5]重复步骤[4],直至安放的全部圆环形外顶铁的累积宽度大于砼管的长度;吊 出全部圆环形外顶铁,把导向砼管放入留下的第一圆环形外顶铁和格栅顶冲工作头之间, 导向砼管的外凸企口与格栅顶冲工作头后端的内凹企口配合套接,格栅顶冲工作头的顶冲 头外圈后端与导向砼管前端的预埋铁件焊接; [6]启动顶管油缸将第一圆环形外顶铁、导向砼管和格栅顶冲工作头向掘进工作 面顶进一个油缸行程,大于一个圆环形外顶铁的宽度;随后,油缸活塞杆收縮回原位,吊车 将另一个圆环形外顶铁安放在顶管油缸和第一圆环形外顶铁之间;清除和运出格栅顶冲工 作头切割下的碎土,通过格栅顶冲工作头底部的窗口延续铺设导轨,同时调节和校准顶冲 工作头轴线在水平面及垂直面的坐标及方位; [7]重复步骤[6],直至安放的全部圆环形外顶铁的累积宽度大于顶管加力装置 的长度;吊出全部圆环形外顶铁,将顶管加力装置放入留下的第一圆环形外顶铁和导向砼管之间; [8]启动顶管油缸将第一圆环形外顶铁、顶管加力装置、导向砼管和格栅顶冲工作 头向掘进工作面顶进,重复步骤[6],直至全部圆环形外顶铁的累积宽度大于砼管的长度; 吊出全部圆环形外顶铁,将第一组护套及砼管放入留下的第一圆环形外顶铁和顶管加力装 置之间; [9]启动顶管加力装置内的加力油缸,将导向砼管和格栅顶冲工作头向掘进工作 面顶进加力油缸的一个行程,大于一个圆环形外顶铁的宽度;随后,加力油缸活塞杆收縮回 原位;启动顶管油缸将第一圆环形外顶铁、第一组护套及砼管、顶管加力装置、导向砼管和 格栅顶冲工作头向掘进工作面顶进,直至顶管加力装置收縮到最短; [10]重复步骤[6],直至安放的全部圆环形外顶铁的累积宽度大于砼管的长度; 吊出全部圆环形外顶铁,将第二组护套及砼管放入留下的第一圆环形外顶铁与第一组护套 及砼管之间;以上每顶进一个行程,都要清除和运出格栅顶冲工作头切割下的碎土,通过格 栅顶冲工作头的窗口延续铺设导轨,同时调节和校准顶冲工作头轴线在水平面及垂直面的 坐标及方位; [11]重复步骤[9]和步骤[10],直至将格栅顶冲工作头、导向砼管和顶管加力装置依次顶出隧洞,切割和分开顶冲头外圈后端与导向砼管前端的预埋铁件的焊接点,把格栅顶冲工作头、导向砼管和顶管加力装置依次吊出接受井; [12]对护套与相邻的砼管连接处进行密封防渗处理; [13]按施工规章进行验收。 本专利技术的有益效果是 1.本专利技术适用于非露天本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种格栅式非开挖顶管掘进设备,包括顶管油缸(1)及其液压站、砼管(3)和吊车,其特征在于:还包括外顶铁、护套(5)、顶管加力装置(6)、导向砼管(7)、格栅顶冲工作头(8)或前冲式顶冲工作头(20)以及安置在格栅顶冲工作头(8)或前冲式顶冲工作头(20)下面的导轨(4);所述格栅顶冲工作头(8)由焊接为一体的顶冲头外圈(12)、顶冲头内圈(13)和格栅(14)组成,顶冲头外圈(12)的外径与所述导向砼管(7)外径相等,顶冲头内圈(13)的内径与导向砼管(7)内径相等;顶冲头外圈(12)垂直于轴线的一个端面设有刀口(15),格栅(14)与顶冲头外圈(12)带刀口端的内侧及顶冲头内圈(13)的端头焊接为一体;顶冲头外圈(12)垂直于轴线的另一个端面设有企口接头,格栅顶冲工作头(8)的底部设有能通过所述导轨(4)的长方形通透窗口(16);所述前冲式顶冲工作头(20)由焊接为一体的前冲式顶冲头外圈(19)、顶冲头内圈(13)和格栅(14)组成,前冲式顶冲头外圈(19)与轴线夹角为α=40°-70°的一个端面设有刀口(15),格栅(14)与前冲式顶冲头外圈(19)带刀口端的内侧及顶冲头内圈(13)的端头焊接为一体;前冲式顶冲头外圈(19)垂直于轴线的另一个端面设有企口接头;所述砼管(3)和导向砼管(7)为中空圆柱形,砼管(3)和导向砼管(7)的端面设有企口接头或平口接头;在两根砼管(3)的接头处设有护套(5);所述顶管加力装置(6)由油缸顶铁(24)、安装在油缸顶铁(24)外圈内侧周边的加力油缸(23)和活塞杆顶铁(21)组成;所述活塞杆顶铁(21)的一端紧固装有套入油缸顶铁(24)外圈的套管(22),套管(22)的内圈与油缸顶铁(24)的外圈滑动配合,加力油缸(23)的活塞杆端头顶住活塞杆顶铁(21);活塞杆顶铁(21)和油缸顶铁(24)的外径与所述砼管(3)外径相等,活塞杆顶铁(21)和油缸顶铁(24)的端面设有与砼管(3)端面相配合的企口接头或平口接头;所述外顶铁的外径与砼管(3)外径相等,外顶铁端面的企口接头或平口接头与砼管(3)端面相配合,外顶铁包括圆环形外顶铁(2)或半圆形外顶铁(27);圆环形外顶铁(2)或半圆形外顶铁(27)的宽度相等并小于顶管油缸(1)及加力油缸(23)的行程。...

【技术特征摘要】
一种格栅式非开挖顶管掘进设备,包括顶管油缸(1)及其液压站、砼管(3)和吊车,其特征在于还包括外顶铁、护套(5)、顶管加力装置(6)、导向砼管(7)、格栅顶冲工作头(8)或前冲式顶冲工作头(20)以及安置在格栅顶冲工作头(8)或前冲式顶冲工作头(20)下面的导轨(4);所述格栅顶冲工作头(8)由焊接为一体的顶冲头外圈(12)、顶冲头内圈(13)和格栅(14)组成,顶冲头外圈(12)的外径与所述导向砼管(7)外径相等,顶冲头内圈(13)的内径与导向砼管(7)内径相等;顶冲头外圈(12)垂直于轴线的一个端面设有刀口(15),格栅(14)与顶冲头外圈(12)带刀口端的内侧及顶冲头内圈(13)的端头焊接为一体;顶冲头外圈(12)垂直于轴线的另一个端面设有企口接头,格栅顶冲工作头(8)的底部设有能通过所述导轨(4)的长方形通透窗口(16);所述前冲式顶冲工作头(20)由焊接为一体的前冲式顶冲头外圈(19)、顶冲头内圈(13)和格栅(14)组成,前冲式顶冲头外圈(19)与轴线夹角为α=40°-70°的一个端面设有刀口(15),格栅(14)与前冲式顶冲头外圈(19)带刀口端的内侧及顶冲头内圈(13)的端头焊接为一体;前冲式顶冲头外圈(19)垂直于轴线的另一个端面设有企口接头;所述砼管(3)和导向砼管(7)为中空圆柱形,砼管(3)和导向砼管(7)的端面设有企口接头或平口接头;在两根砼管(3)的接头处设有护套(5);所述顶管加力装置(6)由油缸顶铁(24)、安装在油缸顶铁(24)外圈内侧周边的加力油缸(23)和活塞杆顶铁(21)组成;所述活塞杆顶铁(21)的一端紧固装有套入油缸顶铁(24)外圈的套管(22),套管(22)的内圈与油缸顶铁(24)的外圈滑动配合,加力油缸(23)的活塞杆端头顶住活塞杆顶铁(21);活塞杆顶铁(21)和油缸顶铁(24)的外径与所述砼管(3)外径相等,活塞杆顶铁(21)和油缸顶铁(24)的端面设有与砼管(3)端面相配合的企口接头或平口接头;所述外顶铁的外径与砼管(3)外径相等,外顶铁端面的企口接头或平口接头与砼管(3)端面相配合,外顶铁包括圆环形外顶铁(2)或半圆形外顶铁(27);圆环形外顶铁(2)或半圆形外顶铁(27)的宽度相等并小于顶管油缸(1)及加力油缸(23)的行程。2. —种权利要求1所述的格栅式非开挖顶管掘进设备,其特征在于所述格栅顶冲 工作头(8)的企口接头是由顶冲头外圈(12)和顶冲头内圈(13)组成的顶冲头内凹企口 (17),顶冲头内凹企口 (17)与所述导向砼管(7)的砼外凸企口 (18)配合套接;所述前冲式 顶冲工作头(20)的企口接头是由前冲式顶冲头外圈(19)和顶冲头内圈(13)组成的顶冲 头内凹企口 (17),顶冲头内凹企口 (17)与所述导向砼管(7)的砼外凸企口 (18)配合套接。3. —种权利要求1所述的格栅式非开挖顶管掘进设备,其特征在于所述活塞杆顶铁 (21)、油缸顶铁(24)、圆环形外顶铁(2)或砼管(3)端面的企口接头包括一端的外凸企口 (25)和另一端的内凹企口 (26),外凸企口 (25)与内凹企口 (26)配合套接。4. 一种权利要求1所述的格栅式非开挖顶管掘进设备,其特征在于所述活塞杆顶 铁(21)、油缸顶铁(24)、圆环形外顶铁(2)或砼管(3)端面的平口接头包括一端带密封环 (29)的圆锥平口接头和另一端带钢圈(28)的平口接头,钢圈(28)的外径与砼管(3)外径 相等,钢圈(28)的内径与带密封环(29)的圆锥平口接头配合套接。5. —种采用权利要求1所述格栅式非开挖顶管掘进设备的非开挖顶冲法隧洞掘进工 艺,其步骤如下[1]在待掘进的隧洞两端分别开挖工作井(9)和接受井(IO),工作井(9)和接受井 (10)的长度为砼管(3)长度的2-3倍,工作井(9)和接受井(10)的宽度为砼管(3)宽度的 1. 5-2倍;[2]在工作...

【专利技术属性】
技术研发人员:郭壮
申请(专利权)人:郭壮
类型:发明
国别省市:36[中国|江西]

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