一种用于顶管法的掘进装置的制作方法

本发明涉及的是一种用于顶管法的掘进装置，属于土木工程基础施工技术领域。

背景技术：

现有隧道施工有明挖后施工，也有顶管或者盾构的暗挖施工；明挖施工开挖土方量大，施工周期长，造价昂贵；现有暗挖施工造价都比较昂贵。

现有地铁车站采用明挖法，传统明挖法对周围环境影响比较大，边坡支护比较困难，土方开挖量大，只适用于地面开阔和地质条件比较好的情况, 施工周期长、造价昂贵。

技术实现要素：

本发明提出的是一种用于顶管法的掘进装置，其目的旨在克服现有技术存在的缺陷。其主要优点：在工作井内搭建作业平台，周围环境影响小；第一管节的头部是挖掘装置的挖掘面，挖掘的岩土随链刀带至工作井内，管节推顶到位后再清除管节内的岩土，施工简单，质量好，施工周期短，成本低。

本发明的技术解决方案：一种用于顶管法的掘进装置，其特征是包括挖掘装置、头部前端轨道、中间轨道和后部装置；挖掘装置由传动装置和链刀组成，传动装置由驱动装置和链轮组成，链刀由链条和固定于链条上的刀具组成；头部前端轨道和中间轨道上施工时运行有挖掘岩土的链刀，头部前端轨道的尾部与第一管节的前端连接成一体，头部挖掘面的形状与管节截面相同；后部装置包括顶进装置，安装在施工井内；中间轨道的前端与头部前端轨道相连，中间轨道的尾端与后部装置相连，中间轨道位于管节的外侧或管节壁内，施工时驱动装置驱动链刀，链刀沿着轨道运行，头部前端轨道上的刀具挖掘管节截面投影部分的环状岩土，通过中间轨道向后运行的链刀将已挖掘的岩土带至后方，挖掘装置内设有泥浆管路，管路的端部是喷嘴。

顶管施工法包括如下步骤：

1）挖掘工作井，搭建作业平台；

2）在工作井内安装后部装置；

3）将第一管节和头部前端轨道连接并蹲位，在其轨道上装链刀；

4）安装中间轨道；

5）安装驱动装置、链轮组成的传动装置，形成挖掘装置；

6）安装顶进装置；

7）驱动链条，前端轨道上的链刀挖掘前方的岩土，并将其带至后方，顶进装置顶推管节的尾端或顶推驱动装置，驱动装置再顶推管节的尾端，管节向前运行；

8）第一管节顶推至设定距离后，顶进装置缩回，放下第二管节，将第二管节的头部与第一管节的尾部相连；

9）安装第二管节轨道上的链刀形成挖掘装置，链刀挖掘第一管节前方的岩土，顶进装置顶推管节的尾端或顶推驱动装置，管节向前运动；

10）重复上述动作，完成全部管节的施工，在完成部分或全部管节顶进施工后挖掘管节内的岩土；

2）、3）、4）、5）和6）动作不分先后。

施工法是地铁车站的施工法，包括如下步骤：

一、在地铁车站外侧建工作井；

二、在工作井内建垂直于车站长度方向的隧道

1）在工作井内安装后部装置；

2）将第一管节和头部前端轨道连接并蹲位，在其轨道上装链刀；

3）安装中间轨道；

4）安装驱动装置、张紧装置等组成的传动装置，形成挖掘装置；

5）安装顶进装置；

6）驱动链条，链刀挖掘头部前端投影部分的环状岩土，并将已挖掘的岩土带至后方，顶进装置顶推管节，管节向前运行；

7）第一管节顶推至设定距离后，顶进装置缩回，放下第二管节，将第二管节的前端与第一管节的尾端相连；

8）顶进装置顶推管节，链刀挖掘头部前方的岩土，顶进装置顶推管节，管节向前运行；

9）重复上述动作，完成全部管节的施工，在完成部分或全部管节顶进施工后挖掘管节内的岩土；

1）、2）、3）、4）和5）动作不分先后；

三、在已建隧道内建地铁车站

1）在已建隧道内安装后部装置；

2）将第一管节和头部前端轨道连接并蹲位，在其轨道上装链刀；

3）安装中间轨道；

4）安装驱动装置、张紧装置等组成的传动装置，形成挖掘装置；

5）安装顶进装置；

6）驱动链条，链刀挖掘头部前端投影部分的环状岩土，并将已挖掘的岩土带至后方，顶进装置顶推管节，管节向前运行；

7）第一管节顶推至设定距离后，顶进装置缩回，放下第二管节，将第二管节的前端与第一管节的尾端相连；

8）顶进装置顶推管节，链刀挖掘头部前方的岩土，顶进装置／顶推管节，管节向前运行；

9）重复上述动作，完成全部管节的施工，在完成部分或全部管节顶进施工后挖掘管节内的岩土；

1）、 2）、3）、4）和5）动作不分先后。

本发明的优点：在工作井内搭建作业平台，周围环境影响小；第一管节的头部是挖掘装置的挖掘面，挖掘的岩土随链刀带至工作井内，管节推顶到位后再清除管节内的岩土，施工简单，质量好，施工周期短，成本低。

附图说明

图1是掘进装置在工作井7内的施工示意图，也是组成掘进装置的挖掘装置1、头部前端轨道2、中间轨道3、后部装置4、链刀5和管节6的结构示意图，也是挖掘装置1在挖掘岩土的同时，顶进装置4-1把一个管节6推顶到位的示意图；

图2是图1 的A向视图，也是由传动装置1-1和链刀5组成的挖掘装置1的结构示意图；也是由驱动装置1-1-1、张紧装置1-1-2和链轮1-1-3组成的传动装置1-1的结构示意图；

图3是图1的B-B视图,也是头部前端轨道2上的泥浆管路2-1的结构示意图；

图4是图1的C-C视图，也是中间轨道3的泥浆管路3-1结构示意图，也是中间轨道3固定在管节6上的示意图；

图5是链刀5的结构示意图，也是链条5-1和刀具5-2的结构示意图，也是由A十字节5-1-1和B十字节5-1-2组成的链条5-1的十字节的结构示意图；也是链条5-1实现空间弯曲的结构示意图是链刀5的结构示意图,（a）是链条5-1和刀具5-2的结构示意图，也是由A十字节5-1-1和B十字节5-1-2组成的链条5-1的十字节的结构示意图；也是链条5-1实现空间弯曲的结构示意图。（b）是链刀5由柔性带5-1B和刀具5-2B组成的结构示意图；也是柔性带5-1B和刀具5-2B的结构示意图；

图6是在工作井内放入管节6的状态示意图，后部装置4的顶进装置4-1缩回，断开链刀5的链条5-1，挖掘装置1的传动装置1-1也缩回，放入下一个管节6；

图7是图6的下一步工序状态图，也是安装管节6和连接链条5-1的状态示意图，把安装管节6与前一个管节连接固定，安装中间轨道3，再连接链刀5的链条5-1，驱动链条5-1，链刀5挖掘头部投影部分的环状岩土，并将其带至后方，顶进装置4-1顶推管节6，管节6向前运行；

图8是图7 的下一步工作工序状态图，也是一个管节6推顶到位的状态示意图；

图9是在地铁车站外侧建工作井7的示意图；

图10是在工作井7内建垂直于地铁车站长度方向的隧道8

的示意图；

图11是图10的A-A视图，也是隧道8的头部前端轨道2上的刀具5-2挖掘隧道截面投影部分的环状岩土，顶进装置4-1推顶前进的示意图；

图12是后部装置4的顶进装置4-1缩回，断开链刀5的链条5-1，挖掘装置1的传动装置1-1也缩回的结构示意图；

图13是图12的下一步工序状态图，放入一个新增管节6，把新增管节6与前一个管节连接固定，安装中间轨道3，再连接链刀5的链条5-1和驱动链条5-1；

图14是图13的下一步工作工序状态图，也是顶进装置4顶推管节6，链刀3挖掘头部前方的岩土的状态示意图；

图15是在已建隧道8内建地铁车站的口字型管节9-1的示意图；

图16是在已建隧道8内，在左右两边口字型管节9-1形成的隧道中间分别施工中间顶部的一字型管节9-2和中间底部的一字型管节9-3的示意图；

图17是图15的A-A视图，也是地铁车站9在宽度方向的左右两边的2个管节9-1先施工的示意图；

图18是图16的A-A视图，也是由左右两边口字型管节9-1、中间顶部的一字型管节9-2和中间底部的一字型管节9-3组成的地铁车站隧道9截面的结构示意图；

图19是图16的B-B视图；

图20是图19的下一步工作工序状态图，也是地铁车站隧道9内的岩土清除后的结构示意图；

图21是在工作井7内，施工隧道10的结构示意图；

图22是图21的A-A视图，也是中间口字型管节10-1和左右U型管节10-2的结构示意图；

图23是图22的下一步工作工序状态图，也是隧道10内的岩土清除后的结构示意图；

图24是掘进装置1的底部链刀轨道和侧面链刀轨道的结构示意图，轨道的类型包括A1、A2、B、C和D 共5种，其中A1、A2是凹型，B是平面型，C是凸型；

图25是D为纵向多排轨道错开成锥型的结构示意图；

图26是掘进装置1的D型轨道和多排链刀的结构示意图。

图中的1是顶管法的掘进装置，由传动装置1-1和链刀5组成；1-1是挖掘装置1的传动装置，由驱动装置1-1-1、张紧装置1-1-2和链轮1-1-3组成；1-1-1是传动装置1-1的驱动装置；1-1-2是传动装置1-1的张紧装置；1-1-3是传动装置1-1的链轮；2是掘进装置的头部前端轨道；2-1是轨道2上的泥浆管路；3是掘进装置的中间轨道；3-1是中间轨道3上的泥浆管路；4是掘进装置的后部装置；4-1是后部装置4的顶进装置；5是组成挖掘装置1的链刀；5-1是组成链刀5的链条，包括履带、绳索和柔性带；5-1-1是组成链条5-1的十字节的A十字节；5-1-2是组成链条5-1的十字节的B十字节；5-1B是组成链刀5的柔性带；5-2是固定在链条5-1上的挖掘岩土的刀具；5-2B是固定在柔性带5-1B上的挖掘岩土的刀具；6是掘进装置的管节；7是工作井；8是垂直于地铁车站长度方向的隧道；9是平行于地铁车站长度方向的隧道，也是地铁车站的主要构筑物；9-1是地铁车站9的左右两边口字型管节；9-2是地铁车站9中间顶部的一字型管节；9-3是地铁车站9中间底部的一字型管节；10是隧道；10-1是隧道的中间口字型管节；10-2是隧道的左右U型管节。

具体实施方式

一种用于顶管法的掘进装置包括挖掘装置、头部前端轨道、中间轨道和后部装置；挖掘装置由传动装置和链刀组成，传动装置由驱动装置和链轮组成，链刀由链条和固定于链条上的刀具组成；头部前端轨道和中间轨道上施工时运行有挖掘岩土的链刀，头部前端轨道的尾部与第一管节的前端连接成一体，头部挖掘面的形状与管节截面相同；后部装置包括顶进装置，安装在施工井内；中间轨道的前端与头部前端轨道相连，中间轨道的尾端与后部装置相连，中间轨道位于管节的外侧或管节壁内，施工时驱动装置驱动链刀，链刀沿着轨道运行，头部前端轨道上的刀具挖掘管节截面投影部分的环状岩土，通过中间轨道向后运行的链刀将已挖掘的岩土带至后方，挖掘装置内设有泥浆管路，管路的端部是喷嘴。

所述的中间轨道是管节的组成部分。

所述的链刀是在工作井内更换链条上的刀具的，以适应不同地质条件。

所述的链刀在宽度方向为多排链刀，多排链刀根据需要进行同时挖掘或分别挖掘。

所述的地铁车站在已建隧道内建地铁车站的管节在宽度方向由多排组成。

所述的地铁车站在宽度方向的多排管节，施工时是分批顶进的。

所述的工作井在隧道长度方向或两侧有多个。

所述的在已建隧道内顶进管节是往两个相反方向顶进的。

下面结合附图进一步描述本发明：

如图1～图5所示，掘进装置包括挖掘装置1、头部前端轨道2、中间轨道3和后部装置4；挖掘装置1由传动装置1-1和链刀5组成，传动装置1-1由驱动装置1-1-1、张紧装置1-1-2和链轮1-1-3组成，链刀5由链条5-1和固定于链条5-1上的刀具5-2组成；头部前端轨道2的前端和侧面设有链刀运行的轨道2-1，头部前端轨道的尾部与隧道第一管节6的前端连接成一体，头部前端轨道的截面与隧道管节截面相同；后部装置4包括顶进装置4-1，安装在施工井内；中间轨道3的前端与头部前端轨道2相连，中间轨道3的尾端与后部装置4相连，中间轨道3紧挨着隧道管节6的侧面，中间轨道3内设有泥浆管路3-1，施工时驱动装置1-1-1驱动链条5-1，带动刀具5-2沿着轨道运行，头部前端轨道2的刀具5-2挖掘隧道截面投影部分的环状岩土，由头部前端轨道2通过中间轨道3向后运行的链刀5将头部挖掘的岩土带至后方，头部前端轨道2内设有泥浆管路2-1，管路的端部是喷嘴。

如图6～图8所示，隧道施工法是顶管法，包括如下步骤：

1）挖掘工作井，搭建作业平台；

2）在工作井内安装后部装置4；

3）将第一管节6和头部前端轨道连接并蹲位，在其轨道上装链刀3；

4）安装中间轨道3；

5）安装驱动装置1-1-1、张紧装置1-1-2等组成的传动装置1-1，形成挖掘装置1；

6）安装顶进装置4-1；

7）驱动链条5-1，刀具5-2挖掘头部投影部分的环状岩土，并将其带至后方，顶进装置4-1顶推管节6 ，管节6向前运行；

8）第一管节顶推至设定距离后，顶进装置4-1缩回，断开链刀5的链条5-1，挖掘装置1的传动装置1-1也缩回，放入下放下第二管节6与中间轨道3，将第二管节的头部与第一管节的尾部相连，前后中间轨道3也要头尾相连；

9）加长链刀5的长度后，再把断开的链条5-1连接好，驱动链条5-1，链刀5挖掘头部前方的岩土，顶进装置4-1顶推管节6，管节6向前运行；

10）重复上述动作，完成全部管节6的施工，在完成部分或全部管节顶进施工后挖掘管节内的岩土；

2）、3）、4）、5）和6）动作不分先后。

如图9和图10所示，建地铁车站的掘进装置施工步骤：

一、在地铁车站外侧建工作井7；

二、在工作井7内建垂直于车站长度方向的隧道8

如图11～图14所示，在工作井7内建隧道8的具体步骤：

1）在工作井7内安装后部装置4；

2）将第一管节6和头部前端轨道2连接并蹲位，在其轨道上装链刀；

3）在管节6上安装中间轨道3；

4）安装驱动装置1-1-1、张紧装置1-1-2等组成的传动装置1-1，形成挖掘装置1；

5）安装顶进装置4-1；

6）驱动链条5-1，刀具5-2挖掘头部投影部分的环状岩土，并将其带至后方，顶进装置4-1顶推管节6，管节6向前运行；

7）第一管节顶推至设定距离后，顶进装置4-1缩回，断开链刀5的链条5-1，挖掘装置1的传动装置1-1也缩回，放入下放下第二管节6与中间轨道3，将第二管节的头部与第一管节的尾部相连，前后中间轨道3也要头尾相连；

8）加长链刀5的长度后，再把断开的链条5-1连接好，驱动链条5-1，链刀5挖掘头部前方的岩土，顶进装置4-1顶推管节6，管节6向前运行；

9）重复上述动作，完成全部管节6的施工，在完成部分或全部管节顶进施工后挖掘管节内的岩土；

1）、 2）、3）、4）和5）动作不分先后。

如图15～图20所示，在已建隧道8内建地铁车站9，地铁车站9由左右两边口字型管节9-1、中间顶部的一字型管节9-2和中间底部的一字型管节9-3组成，施工时是分批顶进的，先顶进左右两边口字型管节9-1，再顶进中间顶部的一字型管节9-2和中间底部的一字型管节9-3，在完成部分或全部管节顶进施工后挖掘管节内的岩土。

如图21～图23所示，在工作井7内建隧道10，隧道10由中间口字型管节10-1和左右U型管节10-组成，施工时是分批顶进的，先顶进中间顶部的口字型管节10-1,再分别顶进左右U字型管节10-2，在完成部分或全部管节顶进施工后挖掘管节内的岩土。