一种黏土用竖向顶管机排土装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种黏土用竖向顶管的排土装置，包括：土压仓和螺旋排土系统，土压仓包括中心检测清洁系统、刀盘切削搅拌系统、排土阀门系统和机械清除系统，中心检测清洁系统包括中心轴杆、土压力计、探头、喷射水头以及膨润土注射口，刀盘切削搅拌系统包括主刀盘面板、辅助刀盘面板、振捣器和搅拌系统，排土阀门系统包括气压仓、承压杆、支撑杆、导杆、排土阀门和固定螺钉，机械清除系统包括支座、机械臂和清除叶片，螺旋排土系统包括排土管和螺旋输送器；使用方法包括切削搅拌阶段、土压平衡阶段、堵塞清除阶段和清洗阶段；本发明专利技术可以避免竖向顶管黏土排土过程中出现堵塞的情况，同时通过控制排土量，保证开挖面土体的动态平衡稳定。保证开挖面土体的动态平衡稳定。保证开挖面土体的动态平衡稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种黏土用竖向顶管机排土装置


[0001]本专利技术属于竖向顶管施工
，特别涉及一种黏土用竖向顶管机排土装置。

技术介绍

[0002]随着城市化水平的加深，市政建设过程中出现了一系列诸如排水、电力、通信、燃气等问题，城市综合地下管廊系统应运而生。竖向顶管作为一种全新的施工技术，是指在城市综合地下管廊上方开口，顶管机竖直向上切削土体，在不断排土的过程中完成竖向顶管施工的方法。当竖向顶管机在黏土地层进行顶进时，刀盘切削所形成的黏土土渣由于下落速度快，搅拌不均匀，容易在土压舱的舱壁上附着，同时，也容易在螺旋输送机内形成堵塞，从而影响顶管机的排土。此外，当顶管机向上顶进施工时，埋深的变化导致上部覆土压力不断变化，竖向压力的改变会影响土渣下落的速度以及排土量，其中排土量的大小更是影响开挖面土压平衡的关键。
[0003]因此，为了使竖向顶管机对黏土土层进行施工的过程中，保证排土过程的顺畅进行以及开挖面土压的动态平衡稳定，需要不断专利技术、改进竖向顶管的排土装置。

技术实现思路

[0004]为针对性地解决上述问题，本专利技术实施提供一种黏土用竖向顶管机排土装置，以保证在实际工程中竖向顶管面对黏土土况能够顺畅施工。
[0005]本专利技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0006]这种黏土用竖向顶管机排土装置，包括：土压仓和螺旋排土系统两个部分组成；
[0007]从整体上看，土压仓的底部和螺旋排土系统相连；
[0008]从细部看，所述土压仓呈倒圆台形，由中心检测清洁系统、刀盘切削搅拌系统、排土阀门系统和机械清除系统组成；所述中心检测清洁系统位于土压仓中心，中心检测清洁系统由中心轴杆、土压力计、探头、喷射水头以及膨润土注射口组成，所述土压力计位于所述探头正上方，探头与所述中心轴杆上端相连，中心轴杆外壁设有喷射水头以及膨润土注射口；所述刀盘切削搅拌系统由主刀盘面板、辅助刀盘面板、振捣器和搅拌系统组成，所述主刀盘面板和辅助刀盘面板的中心与中心检测清洁系统的中心轴杆焊接，所述振捣器分别设置在主刀盘面板和辅助刀盘面板的上部，所述搅拌系统位于主刀盘面板下方，搅拌系统由滑槽、搅拌棒、搅拌叶片组成，搅拌系统通过主刀盘面板下端的滑槽与主刀盘面板进行连接，所述搅拌棒上端通过滚轮与滑槽连接，所述搅拌叶片位于搅拌棒下端，搅拌棒与搅拌叶片通过套筒进行连接；所述排土阀门系统与中心轴杆下端相连，排土阀门系统由气压仓、承压杆、支撑杆、导杆、排土阀门和固定螺钉组成，所述气压仓与中心轴杆下端相连，气压仓下端与支撑杆相连，中心轴杆与所述承压杆顶部焊接，承压杆下端通过铰链接与导杆相连，导杆侧面与排土阀门焊接，导杆设有固定螺钉与中心轴杆相连；所述机械清除系统位于土压仓内壁，机械清除系统由支座、机械臂和清除叶片组成，机械清除系统通过支座与土压仓内壁采用焊接，所述机械臂通过铰连接与支座相连，机械臂上端通过铰连接与清除叶片相连；
[0009]螺旋排土系统：所述螺旋排土系统位于土压仓下方，所述螺旋排土系统由排土管和螺旋输送器组成，螺旋输送器设于排土管内部。
[0010]作为优选，所述滑槽与主刀盘下端采用围焊，两者紧密连接。
[0011]作为优选，所述搅拌棒下端内径与搅拌叶片上端外径相同，两者可以相互匹配，实现竖直方向的相对移动。
[0012]作为优选，所述土压力计与探头采用焊接，探头与中心轴杆通过卡扣实现紧密相连。
[0013]作为优选，所述喷射水头以及膨润土注射口和中心轴杆为一体，喷射水头采取两个一组，分别设于主刀盘上方和辅助刀盘上方，膨润土注射口设于主刀盘和辅助刀盘之间。
[0014]作为优选，所述气压仓内径与支撑杆顶部圆筒外径相同，可以实现竖直方向的相对移动。
[0015]作为优选，所述排土阀门开口呈喇叭状，随着导杆与水平面夹角的改变可以带动排土阀门实现开口大小的改变。
[0016]作为优选，其中心轴杆底部连接排土阀门系统，用以促进黏土土渣的排放并实现开挖面的土压平衡，假定开挖面前方破坏区土体的覆土高度为h0，土压力计检测到上层覆土对顶管机产生的水土压力为F0，其中土压力计检测到的覆土压力与覆土高度成正比，即h0∝
F0，土压仓内土体体积为V0，黏土的平均重度为γ，单位时间内顶管刀盘切削进入土压仓内的土体体积为V1，土体下落的速度v受覆土压力的影响，与覆土压力F1成正比，即F1∝
v，导杆的长度为R，导杆与水平面夹角为α，排土管的开口面积为S1，所以土压仓有效排土面积S
有
为S
有
＝S1‑
πR2cosα2，单位时间内通过螺旋输送器排出土体体积V2为V2＝(S1‑
πR2cosα2)
·
v，保证竖向顶管的开挖面能实现土压的动态平衡，即F0＝[V0+V1‑
(S1‑
πR2cosα2)
·
v]·
γ，当竖向顶管向上顶进开挖时，覆土埋深h1变浅，即h1＜h0，对应覆土压力F1变小，即F1＜F0，从而土体下落的速度v
’
减小，此时为满足开挖面土压的动态平衡，可以得到位时间内通过螺旋输送器排出土体体积V2’
为V2'＝(S1‑
πR2cosα'2)
·
v',导杆与水平面夹角为α
’
为两者联立，可以推出当α
’
增大时必定满足等式成立，所以调节气压仓内的压力大小，使中心轴杆下沉，连接承压杆下降带动导杆抬升，使得导杆与水平面夹角α增大，调节排土阀盘开口收缩，从而使土压仓有效排土面积S
有
增大，实现开挖面的动态平衡，同时由于土体下落的速度v
’
减小，有效排土面积S
有
的增大也更有利于排土，避免堵塞。
[0017]本专利技术具有以下特点和有益效果：
[0018]1.本专利技术采用的黏土用竖向顶管机排土装置，其搅拌棒能够通过滑槽实现水平移动，搅拌棒底部装有可伸缩的搅拌叶片，可以在不同位置实现对黏土土渣的深度搅拌，防止其固结，同时，在土质相对较好的地层不需要用到搅拌叶片时，可以进行缩回，从而降低能耗；
[0019]2.本专利技术采用的黏土用竖向顶管机排土装置，其中心轴杆底部连接排土阀门系统，用以促进黏土土渣的排放并实现开挖面的土压平衡，假定开挖面前方破坏区土体的覆土高度为h0，土压力计检测到上层覆土对顶管机产生的水土压力为F0，其中土压力计检测到的覆土压力与覆土高度成正比，即h0∝
F0，土压仓内土体体积为V0，黏土的平均重度为γ，单
位时间内顶管刀盘切削进入土压仓内的土体体积为V1，土体下落的速度v受覆土压力的影响，与覆土压力F1成正比，即F1∝
v，导杆的长度为R，导杆与水平面夹角为α，排土管的开口面积为S1，所以土压仓有效排土面积S
有
为S
有
＝S1‑
πR
2 cosα2，单位时间内通过螺旋输送器排出土体体积V2为V2＝(S1‑
πR
2 c本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种黏土用竖向顶管的排土装置，其特征在于：由土压仓(1)和螺旋排土系统两个部分组成；从整体上看，土压仓(1)的底部和螺旋排土系统相连；从细部看，所述土压仓(1)呈倒圆台形，土压仓(1)由中心检测清洁系统、刀盘切削搅拌系统、排土阀门系统和机械清除系统组成；所述中心检测清洁系统位于土压仓(1)中心，中心检测清洁系统由中心轴杆(13)、土压力计(8)、探头(9)、喷射水头(10)以及膨润土注射口(11)组成，所述土压力计(8)位于所述探头(9)正上方，探头(9)与所述中心轴杆(13)上端相连，中心轴杆(13)外壁设有喷射水头(10)以及膨润土注射口(11)；所述刀盘切削搅拌系统由主刀盘面板(3)、辅助刀盘面板(12)、振捣器(4)和搅拌系统组成，所述主刀盘面板(3)和辅助刀盘面板(12)的中心与中心检测清洁系统的中心轴杆(13)相接，所述振捣器(4)分别设置在主刀盘面板(3)和辅助刀盘面板(12)的上部，所述搅拌系统位于主刀盘面板(3)下方，搅拌系统由滑槽(5)、搅拌棒(6)、搅拌叶片(7)组成，搅拌系统通过主刀盘面板(3)下端的滑槽(5)与主刀盘面板(3)进行连接，所述搅拌棒(6)上端通过滚轮与滑槽(5)连接，所述搅拌叶片(7)位于搅拌棒(6)下端，搅拌棒(6)与搅拌叶片(7)通过套筒进行连接；所述排土阀门系统与中心轴杆(13)下端相连，排土阀门系统由气压仓(14)、承压杆(15)、支撑杆(16)、导杆(23)、排土阀门(17)和固定螺钉(22)组成，所述气压仓(14)与中心轴杆(13)下端相连，气压仓(14)下端与支撑杆(16)相连，中心轴杆(13)与所述承压杆(15)顶部焊接，承压杆(15)下端通过铰连接与导杆(23)相连，导杆(23)侧面与排土阀门(17)焊接，导杆(23)设有固定螺钉(22)与中心轴杆(13)相连；所述机械清除系统位于土压仓(1)内壁，机械清除系统由支座(19)、机械臂(20)和清除叶片(21)组成，机械清除系统通过支座(19)与土压仓(1)内壁采用焊接，所述机械臂(20)通过铰连接与支座(19)相连，机械臂(20)上端通过铰连接与清除叶片(21)相连；所述螺旋排土系统位于土压仓(1)下方，所述螺旋排土系统由排土管(2)和螺旋输送器(18)组成，螺旋输送器(18)设于排土管(2)内部。2.根据权利要求1所述的一种黏土用竖向顶管的排土装置，其特征在于：所述滑槽(5)与主刀盘(3)下端采用围焊，两者紧密连接。3.根据权利要求2所述的一种黏土用竖向顶管的排土装置，其特征在于：所述搅拌棒(6)下端内径与搅拌叶片(7)上端外径相同，两者可以相互匹配，实现竖直方向的相对移动。4.根据权利要求3所述的一种黏土用竖向顶管的排土装置，其特征在于：所述土压力计(8)与探头(9)采用焊接...

【专利技术属性】
技术研发人员：周彦臣，魏纲，翁家华，陶柏丞，章丽莎，王霄，魏新江，闫自海，
申请(专利权)人：浙大城市学院，
类型：发明
国别省市：