基于土压平衡的顶管机的制作方法

本实用新型涉及工程机械技术领域，尤其是基于土压平衡的顶管机。

背景技术：

顶管机是隧道施工的常用设备，隧道施工中，当遇到含水层富水性大、透水性强、水头压力大的地质环境（例如福州地铁施工）时，易产生地下水突涌问题，常规的顶管机的掘进机构往往未考虑到防水问题，遇到此类事故时容易影响工程进度，特别是当含水层内有高温地下热水（温泉）时，对设备和施工进度的影响可能更为严重，如何强化顶管机对此类含水层地质结构的适应能力，是一个研究方向。

技术实现要素：

本实用新型提出基于土压平衡的顶管机，强化了顶管机在含水层地质结构掘进时对突涌现象的防护能力。

本实用新型采用以下技术方案。

基于土压平衡的顶管机，所述顶管机包括控制模块、切削机构、排土机构和方向调整机构；所述排土机构前部以泥腔与切削机构的掘进刀盘相接；所述掘进刀盘呈圆形并由设于切削机构处的多个电机驱动旋转，切削机构的掘进刀盘切削面上设有多个刮刀、多个松土位和多个进土通孔；刀盘切削面的封闭面积大于进土通孔所占面积；所述松土位设有垂直于切削面的碾筒；所述碾筒外壁处密布锥形突起，当顶管机掘进时，掘进刀盘压于前方泥土处旋转，使松土位碾筒筒壁的锥形突起搅动土层使之疏松，以便于掘进刀盘的刮刀剥落前方泥土使顶管机前进，剥落的泥土经进土通孔进入泥腔；所述泥腔内设有碎土装置和绞龙，所述碎土装置对泥土进行二次破碎，绞龙把经二次破碎处理的泥土从泥腔处排出。

所述松土位处设有进土通孔，松土位的碾筒以滚轴固定于松土位的进土通孔处。

所述碾筒在切削面上从掘进刀盘边缘至中央处按螺旋线分布，掘进刀盘切削面中央处设有碾筒。

所述进土通孔内设有横栏以防止大碎块通过。

所述泥腔内的碎土装置为垂直设于泥腔内的碎石刀盘，所述碎石刀盘用于粉碎泥腔内泥土中的大石块以使泥腔泥土便于排出。

所述绞龙置于泥土输送筒内，绞龙始端与泥腔相连，绞龙始端处的泥土输送筒筒壁处开设有检修孔。

所述顶管机包括柱形的前壳和柱形的后壳，前壳始端设置掘进刀盘，前壳套接滑置于后壳处；所述方向调整机构为设于后壳始端处的多个千斤顶，千斤顶的输出端铰接于前壳末端周沿，控制模块通过改变各千斤顶输出端的伸出长度来调整掘进刀盘的朝向。

所述泥腔处连有泥水处理装置，所述泥水处理装置包括高压水管和抽吸装置；所述抽吸装置用于抽出泥腔中的泥浆和水；当泥腔内的泥土中的石块较少时，所述高压水管向泥腔中输送高压水以使泥土浆化。

所述切削机构处的多个电机按竖向圆形均匀排列并经行星齿轮组驱动掘进刀盘旋转。

顶管机在正常掘进时，掘进刀盘旋转，使刀盘的碾筒按螺旋式轨迹碾压前方土层并使之疏松化，刀盘的刮刀剥落前方土层，并推动剥落土方经进土通孔进入泥腔；由泥腔内的碎土刀盘进一步对剥落土方中的石块进行粉碎后，由绞龙把粉碎后的泥土从泥腔中输出。

当掘进过程发生地下水突涌时，顶管机刀盘切削面的封闭部位可防止地下水过快涌入泥腔，此时顶管机启动泥水处理装置的抽吸装置快速抽吸泥浆，并关闭绞龙并封闭泥土输送筒以防止泥浆侵入，以使顶管机仍能继续掘进作业。

本实用新型中，所述排土机构前部以泥腔与切削机构的掘进刀盘相接；切削机构的掘进刀盘切削面上设有多个刮刀、多个松土位和多个进土通孔；刀盘切削面的封闭面积大于进土通孔所占面积；所述泥腔处连有泥水处理装置，所述泥水处理装置包括高压水管和抽吸装置；所述抽吸装置用于抽出泥腔中的泥浆和水；该设计使得掘进刀盘有良好的防水能力，而且在掘进刀盘后设置泥腔作为中间隔离结构，当突涌现象发生时，刀盘的特殊结构能防止地下水过快涌入，而泥腔则提供了良好的隔离结构，现场人员可以通过抽吸装置快速排水，从而使顶管机能继续掘进，不易影响工程进度。

本实用新型中，所述泥腔内设有碎土装置和绞龙，所述碎土装置对泥土进行二次破碎，绞龙把经二次破碎处理的泥土从泥腔处排出；所述泥腔内的碎土装置为垂直设于泥腔内的碎石刀盘，所述碎石刀盘用于粉碎泥腔内泥土中的大石块以使泥腔泥土便于排出；所述绞龙置于泥土输送筒内，绞龙始端与泥腔相连，绞龙始端处的泥土输送筒筒壁处开设有检修孔；所述泥腔处连有泥水处理装置，所述泥水处理装置包括高压水管和抽吸装置；所述抽吸装置用于抽出泥腔中的泥浆和水；当泥腔内的泥土中的石块较少时，所述高压水管向泥腔中输送高压水以使泥土浆化；该设计可以使得泥腔仅用较小的通道就可以快速排出掘进作业产生的土方，从而提升了泥腔的密闭能力，例如当突涌发生时，可以关闭绞龙来防止地下水涌入，通过抽吸装置来排水，以保持顶管机的掘进作业。

本实用新型中，所述松土位设有垂直于切削面的碾筒；所述碾筒外壁处密布锥形突起，当顶管机掘进时，掘进刀盘压于前方泥土处旋转，使松土位碾筒筒壁的锥形突起搅动土层使之疏松，以便于掘进刀盘的刮刀剥落前方泥土使顶管机前进，剥落的泥土经进土通孔进入泥腔；该设计让顶管机在掘进时，以碾筒对前方土层施压后再进行表层疏松化处理，从而在掘进过程中对前方土层进行部分夯实，能在一定程度上减少突涌现象。

本实用新型中，所述碾筒在切削面上从掘进刀盘边缘至中央处按螺旋线分布，掘进刀盘切削面中央处设有碾筒；该设计使得顶管机在掘进时，能对前方土层进行螺旋线式的碾压和切削，有利于提升掘进效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步详细的说明：

附图1是本实用新型的局部示意图；

附图2是本实用新型的掘进刀盘的示意图；

附图3是本实用新型的掘进刀盘的正面示意图；

附图4是本实用新型的泥腔处的局部示意图；

图中：1-掘进刀盘；2-千斤顶；3-电机；4-绞龙；5-泥水处理装置；6-前壳；7-后壳；8-进土通孔；9-横栏；10-刮刀；11-碾筒；12-碎石刀盘；13-泥腔；14-锥形突起；15-滚轴。

具体实施方式

如图1-4所示，基于土压平衡的顶管机，所述顶管机包括控制模块、切削机构、排土机构和方向调整机构；所述排土机构前部以泥腔13与切削机构的掘进刀盘1相接；所述掘进刀盘1呈圆形并由设于切削机构处的多个电机3驱动旋转，切削机构的掘进刀盘切削面上设有多个刮刀10、多个松土位和多个进土通孔8；刀盘切削面的封闭面积大于进土通孔8所占面积；所述松土位设有垂直于切削面的碾筒11；所述碾筒11外壁处密布锥形突起14，当顶管机掘进时，掘进刀盘压于前方泥土处旋转，使松土位碾筒11筒壁的锥形突起14搅动土层使之疏松，以便于掘进刀盘的刮刀剥落前方泥土使顶管机前进，剥落的泥土经进土通孔进入泥腔；所述泥腔内设有碎土装置和绞龙4，所述碎土装置对泥土进行二次破碎，绞龙把经二次破碎处理的泥土从泥腔处排出。

所述松土位处设有进土通孔8，松土位的碾筒以滚轴15固定于松土位的进土通孔8处。

所述碾筒11在切削面上从掘进刀盘边缘至中央处按螺旋线分布，掘进刀盘切削面中央处设有碾筒11。

所述进土通孔8内设有横栏9以防止大碎块通过。

所述泥腔13内的碎土装置为垂直设于泥腔内的碎石刀盘12，所述碎石刀盘12用于粉碎泥腔内泥土中的大石块以使泥腔泥土便于排出。

所述绞龙4置于泥土输送筒内，绞龙始端与泥腔相连，绞龙始端处的泥土输送筒筒壁处开设有检修孔。

所述顶管机包括柱形的前壳6和柱形的后壳7，前壳始端设置掘进刀盘，前壳套接滑置于后壳处；所述方向调整机构为设于后壳始端处的多个千斤顶2，千斤顶的输出端铰接于前壳末端周沿，控制模块通过改变各千斤顶输出端的伸出长度来调整掘进刀盘的朝向。

所述泥腔处连有泥水处理装置5，所述泥水处理装置包括高压水管和抽吸装置；所述抽吸装置用于抽出泥腔中的泥浆和水；当泥腔内的泥土中的石块较少时，所述高压水管向泥腔中输送高压水以使泥土浆化。

所述切削机构处的多个电机按竖向圆形均匀排列并经行星齿轮组驱动掘进刀盘旋转。

顶管机在正常掘进时，掘进刀盘旋转，使刀盘的碾筒按螺旋式轨迹碾压前方土层并使之疏松化，刀盘的刮刀剥落前方土层，并推动剥落土方经进土通孔进入泥腔；由泥腔内的碎土刀盘进一步对剥落土方中的石块进行粉碎后，由绞龙把粉碎后的泥土从泥腔中输出。

当掘进过程发生地下水突涌时，顶管机刀盘切削面的封闭部位可防止地下水过快涌入泥腔，此时顶管机启动泥水处理装置的抽吸装置快速抽吸泥浆，并关闭绞龙并封闭泥土输送筒以防止泥浆侵入，以使顶管机仍能继续掘进作业。

实施例：

顶管机掘进时，掘进刀盘旋转，使刀盘的碾筒按螺旋式轨迹碾压前方土层并使之疏松化，刀盘的刮刀剥落前方土层，并推动剥落土方经进土通孔8进入泥腔；由泥腔内的碎土刀盘进一步对剥落土方中的石块进行粉碎后，由绞龙把粉碎后的泥土从泥腔中输出。

当发生地下水突涌时，由于刀盘切削面的封闭面积（切削面除了进土通孔和松土位外，其余部位均为封闭面）大于进土通孔所占面积；因此地下水难以大量进入泥腔，此时泥腔中的泥浆增加，可启动泥水处理装置的抽吸装置快速抽吸泥浆，并关闭绞龙并封闭泥土输送筒以防止泥浆侵入，使顶管机仍能继续掘进作业，顶管机掘进时，掘进刀盘的碾筒对前方土层碾压，有利于减少地下水的持续涌出。