一种顶管机明挖施工方法与流程

本发明属于土建技术领域，尤其涉及一种顶管机明挖施工方法。

背景技术

目前在地下管道的施工过程中包括明挖和暗挖两种形式，其中，明挖大部分是通过挖掘机械配合人工实现的，暗挖是通过顶管机、盾构机等设备实现的。

其中，明挖法具有施工简单、快捷、的优点，城市地下隧道式工程发展初期都把它作为首选的开挖技术，但是其存在对环境影响大，以及挖掘土方大的缺点。

暗挖法不受地表环境的影响，施工时对地面的道路通行没有什么影响，但其可能会因为想不到的危险引起塌方，进度慢，耗费巨大，容易受到地质的制约。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

针对现有存在的技术问题，本发明提供一种顶管机明挖施工方法，能够解决现有技术中明挖存在挖掘土方量大和对环境影响大的缺点，以及暗挖中存在的容易受到地质的制约的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种顶管机明挖施工方法，其中：沿设计路线挖掘预设沟槽，该预设沟槽深度大于顶管机的宽度，沟槽与顶管机等高的区域内，沟槽的宽度小于顶管机的宽度；

将顶管机放置在预设沟槽的始发段，并从起始端开始对沟槽两侧的土方进行挖掘，在挖掘的同时顶管机内的顶管装置向后方顶出箱涵。

优选的，在预设沟槽的挖掘过程中，采用挖掘机械进行预设沟槽的挖掘，并将挖掘出来的挖掘土堆放在预设沟槽的两侧。

优选的，预设沟槽为梯形槽，并且沟槽上端的宽度大于顶管机的宽度。

优选的，预设沟槽的两端分别设置有始发段和接收段；

将顶管机放置在预设沟槽的始发段的方法为：将顶管机分段吊入始发段内，然后再在始发段内进行拼装。

优选的，在顶管装置向后顶出箱涵之前还包括箱涵拼接，在顶管机的后端设置有隧道定位仓，箱涵在隧道定位仓内进行拼接；

采用吊装装置将箱涵逐节的吊入隧道定位仓，然后顶管装置将隧道定位仓内的箱涵逐节顶出；

顶管装置将隧道定位仓内的一节箱涵顶出之后，顶管装置的顶板后退，吊装装置向隧道定位仓内放入一节新的箱涵，然后顶管装置进行顶出工序，重复此过程，直到完成预设的铺设长度。

优选的，还包括对顶管机的位置的控制，在顶管机的挖掘过程中，对顶管机的位置进行检测，当顶管机偏离预设路线时，调整顶管机壳体各壳体节之间的角度，对顶管机的位置进行微调。

优选的，当箱涵按设计路线铺设完毕之后，还包括挖掘土的回填。

优选的，在顶管机挖掘之前，还包括对顶管机刀盘的启动，首先启动位于顶管机前端中心位置的切削刀盘，然后启动位于顶管机前端四角位置的定位角刀盘，且确保四个定位角刀盘同步转动。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明提供的顶管机明挖施工方法，通过明挖和暗挖的方式结合进行沟槽的挖掘，相对于明挖工艺来讲，减少了挖掘过程中产生的挖掘土方量，挖掘土方量的减少，可以缩减人工和运输成本，减小了因土方的堆积对环境的影响。相对于暗挖工艺来讲，此种顶管机的挖掘过程可以实现可视化，避免了因未知情况导致的塌方，通过暗挖与明挖工艺的配合，提高了顶管机的施工效率。综上所述，此种施工工艺具有人工成本低，对地面环境破坏小，以及风险低的优点。

附图说明

图1为本发明具体实施方式提供的明开顶管机的内部结构示意图；

图2为本发明具体实施方式提供的明开顶管机的主视图；

图3为本发明具体实施方式提供的明开顶管机的仰视图。

【附图标记说明】

1：壳体；2：切削刀盘；3：定位角刀盘；4：螺旋输送机；5：纠偏气缸；6：顶管油缸；7：立柱；8：波纹板；9：加强筋；10：箱涵；

11：第一壳体节；12：第二壳体节；13：第三壳体节；14：隧道定位仓。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本发明公开了一种顶管机明挖施工方法，其包括以下步骤：沿设计路线挖掘预设沟槽，该预设沟槽深度大于顶管机的宽度，沟槽与顶管机等高的区域内，沟槽的宽度小于顶管机的宽度；

将顶管机放置在预设沟槽的始发段，并从起始端开始对沟槽两侧的土方进行挖掘，在挖掘的同时顶管机内的顶管装置向后方顶出箱涵。

在本实施方式中，通过明挖和暗挖的方式结合进行沟槽的挖掘，相对于明挖工艺来讲，减少了挖掘过程中产生的挖掘土方量，挖掘土方量的减少，可以缩减人工和运输成本，减小了因土方的堆积对环境的影响。相对于暗挖工艺来讲，此种顶管机的挖掘过程可以实现可视化，避免了因未知情况导致的塌方，通过暗挖与明挖工艺的配合，提高了顶管机的施工效率。综上所述，此种施工工艺具有人工成本低，对地面环境破坏小，以及风险低的优点。

在预设沟槽的挖掘过程中，采用挖掘机械进行预设沟槽的挖掘，并将挖掘出来的挖掘土堆放在预设沟槽的两侧。当箱涵按设计路线铺设完毕之后，还包括挖掘土的回填。

预设沟槽为梯形槽，并且沟槽上端的宽度大于顶管机的宽度。

预设沟槽的两端分别设置有始发段和接收段，将顶管机放置在预设沟槽的始发段的方法为：将顶管机分段吊入始发段内，然后再在始发段内进行拼装。

在顶管装置向后顶出箱涵之前还包括箱涵拼接，在顶管机的后端设置有隧道定位仓，箱涵在隧道定位仓内进行拼接。

采用吊装装置将箱涵逐节的吊入隧道定位仓，然后顶管装置将隧道定位仓内的箱涵逐节顶出。

顶管装置将隧道定位仓内的一节箱涵顶出之后，顶管装置的顶板后退，吊装装置向隧道定位仓内放入一节新的箱涵，然后顶管装置进行顶出工序，重复此过程，直到完成预设的铺设长度。

顶管机明挖施工方法还包括对顶管机的位置的控制，在顶管机的挖掘过程中，对顶管机的位置进行检测，当顶管机偏离预设路线时，调整顶管机壳体各壳体节之间的角度，对顶管机的位置进行微调。

在顶管机挖掘之前，还包括对顶管机刀盘的启动，首先启动位于顶管机前端中心位置的切削刀盘，然后启动位于顶管机前端四角位置的定位角刀盘，且确保四个定位角刀盘同步转动。

如图1至图3所示，在本实施方式中，还提供了一种采用上述施工方法的明开顶管机，其包括壳体1和顶管装置，顶管装置设置在壳体的后端。

顶管装置包括顶板、顶管油缸6和固定座，固定座固定的设置在壳体1内，顶板朝向壳体的开口端设置，顶管油缸6的一端与固定座连接，另一端与顶板连接。

在本实施方式中，沟槽的挖掘过程中，首先采用采用挖掘机械开挖一段沟槽，该沟槽的深度大于顶管机的高度，宽度小于顶管机的宽度，然后采用顶管机对沟槽侧壁的土层进行切削，使沟槽达到设计的宽度，在顶管机向前推进的时，通过顶管装置向其后方一节一节的推出箱涵，实现箱涵的铺装，采用此种明开顶管机进行沟槽的挖掘以及箱涵的铺装具有工作效率高的优点，确保了沟槽的侧壁为原始土层，减少了回填土使用量，同时，挖掘过程中需要转移的土方量较少，具有较低的人工成本。

壳体1顶端的两侧均设置有一个防护板。具体的，防护板包括多个均匀分布的立柱7，以及设置在立柱外侧的波纹板8。

立柱7的一端与壳体1顶端固定连接，并且在立柱7和壳体1之间还设置有加强筋板9。其中，立柱7向外侧倾斜设置。

通过在壳体1的顶部设置防护板，可以防止沟槽两侧的挖掘土落到顶管机上。

壳体1的后端还连接有一段隧道定位仓14，隧道定位仓14是由四个侧板围成的前后两端具有开口的空腔型结构。

隧道定位仓14前部开口与壳体的开口端对接，并且在隧道定位仓14的上端侧板上设置有用于放入箱涵10的进料口。

在挖掘过程中，将待铺装的箱涵10通过箱涵进料口放入隧道定位仓内，然后通过壳体1内顶管装置将箱涵一节一节的顶出。

壳体1的前端的中心位置设置有切削刀盘2，壳体1前端的四角处分别设置有一个定位角刀盘3，定位角刀盘3设置在切削刀盘2的内侧，并且切削刀盘2和定位角刀盘3存在交叉区域。此处的交叉区域指的是两者在切削的区域存在交叉的地方。

壳体1为矩形壳体，切削刀盘2的圆周面与构成壳体1的侧壁的外侧面相切。

壳体1相邻侧壁的连接处为圆弧结构，四个定位角刀盘3分别与对应的圆弧结构相切。

四个定位角刀盘3分别对应一个驱动电机，四个定位角刀盘3在各自对应的电机驱动下同步转动。

壳体1的前端的下部设置有输送口，壳体1内部设置有与输送口连接的螺旋输送机4。

在本实施方式中，通过定位角刀盘3与切削刀盘2的配合，使顶管机的有效切削面积能够达到90％以上，同时，由于四个定位角刀盘3可以对顶管机角部对应的土层进行切削，防止因地质软硬不均导致的顶管机出现偏移的问题。

沿顶管机的轴线方向，圆弧结构向内凹陷设置，四个定位角刀盘3分别与对应的圆弧结构外侧面相切。通过圆弧机构的内凹设置，防止壳体1对定位角刀盘3造成干涉。

切削刀盘2包括环形加强筋和多个均匀分布的刀片，多个刀片以切削刀盘2的圆心为起点向外侧延伸，环形加强筋的内侧与刀片的外端部连接。

定位角刀盘3包括多个均匀部分定位刀片，多个定位刀片以定位角刀盘3的圆心为起点向外侧延伸。

壳体1包括相互套接的第一壳体节11和第二壳体节12，其中，第一壳体节11和第二壳体节12的两侧均通过一个或一组纠偏气缸5连接，且两者的顶部通过连接轴连接，连接轴与第一壳体节11和第二壳体节12的连接端至少能够相对于两者在水平方向上转动。

通过纠偏气缸5的设置，可以对顶管机的角度进行微调，通过连接轴的设置，该连接轴与纠偏气缸5配合，使第一壳体节11和第二壳体节12之间形成了三点式连接形式，使第一壳体节11和第二壳体节12之间连接或位置调整时的稳定性更强。

进一步的，第二壳体节12的后端还套接有第三壳体节13，第二壳体节12和第三壳体节13的两侧均通过一个或一组纠偏气缸5连接。通过第三壳体节13的设置，提高了顶管机调整的角度范围。

相互套接的壳体节接触面之间设置有密封结构。通过密封结构的设置能够防止灰尘进入壳体内。

连接轴与壳体节具体的配合关系为：壳体节上设置有安装座，安装座上设置有竖直轴，连接轴的端部套设在竖直轴上并能相对于设置轴转动。

壳体1的后端设置有配重物，使壳体的重心与壳体的形心重合。因为，顶管机的主要结构部件位于壳体的前端，通过在壳体后端设置配重物，可以使顶管机保持平衡，防止因头重脚轻导致的出现顶管机偏移设计路线的问题。

壳体1内设置有操作台，该操作台包括操作台本体和操作台连接杆，操作台本体通过操作台连接杆设置在壳体内，操作台连接杆为多段式结构，相邻段之间为转动连接。此种设置形式的操作台，操作者可以随意移动操作台的位置，具有使用和操作方便的问题。

顶管机还包括与壳体分体设置的顶管装置，顶管装置包括顶板、顶管油缸、和固定座，顶管油缸的一端固定座连接，另一端与顶板连接。顶管装置用于将箱涵一节一节的顶入顶管机开挖的涵洞内。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。