格栅顶管机及施工方法与流程

本发明涉及一种矿用设备及施工方法，尤其涉及的是一种顶管机及施工方法。

背景技术：

目前顶管机采用封闭式筒形管体为隧洞提供支护，以及为开挖设备(顶管机主机)提供顶推力。隧洞开挖完成后管体则留在隧洞中作为支护装置使用。传统的顶管机多用于在土层中开挖隧洞，而对于硬岩地层，岩石具有较高的强度和较好的自承能力，使用锚杆、锚索或注浆工艺便可满足隧洞支护的需求，无需采用封闭式筒形管体进行支护。

申请号：201720024519.2，公开一种硬岩顶管机，包括切削刀盘、破碎仓和壳体，所述破碎仓的前端和切削刀盘的背面连接，所述破碎仓的末端和壳体的前端连接，其特征在于：还包括多个滚刀，所述滚刀设置于所述切削刀盘的正面；所述滚刀包括刀轴、刀体、环形压盖、滚刀密封圈、压盖调节螺栓和刀体安装法兰，所述刀体为圆环结构,所述刀体的外侧设有刀圈；所述刀体安装法兰的侧壁依次设有压盖安装台阶面、密封圈安装台阶面和刀体限位凸沿，所述环形压盖通过所述压盖调节螺栓固定于压盖安装台阶面，所述滚刀密封圈套于所述密封圈安装台阶面并和所述环形压盖贴紧；所述刀体的内侧从两端到中间对称地设有滚动限位台阶面和滚柱活动台阶面，所述刀轴的中部设有刀体安装凸环，所述刀体套于所述刀体安装凸环的侧壁，所述刀体安装法兰安装于所述刀体安装凸环的两端，并且所述滚动限位台阶面和刀体限位凸沿相贴合；还包括多个滚柱，所述刀体安装法兰和刀体的滚柱活动台阶面之间组成条形滚道，所述滚柱设置在两条所述条形滚道中；还包括多个滚珠，所述刀体和刀体安装凸环均设有滚珠活动弧形槽，两个所述滚珠活动弧形槽相对，从而所述刀体和刀轴之间组成球形滚道，所述球形滚道设置于两条所述条形滚道之间，所述滚珠设置在所述球形滚道中；还包括液压马达和中心转轴，所述液压马达设置于壳体的内部，所述液压马达的输出轴通过所述中心转轴和切削刀盘连接，所述液压马达驱动切削刀盘旋转。为封闭式管体，该结构较为复杂、机体过重，运输、材料等成本过高，影响了顶管机在硬岩地层隧洞掘进中的应用。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有技术中，对于具有较高的强度的岩石来说，封闭式顶管机材料成本高、运输成本过高的问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

格栅顶管机，包括用于破碎岩石的破岩设备、格栅管体、用于将格栅管体顶推至开挖的隧洞中的顶推装置，破岩设备、格栅管体、顶推装置依次排列，所述格栅管体的中部为贯穿空腔，格栅管体的管壁具有多个用于安装永久支护装置的开孔。

本发明中格栅顶管机通过破岩设备进行破碎岩石，顶推装置不断将格栅管体推进隧洞中，实现破岩设备与格栅管体的前进，格栅管体进入隧洞后，可以作为隧洞的临时支护，保证隧洞支护的安全性，并将永久支护装置如锚杆、锚索、注浆管等可由格栅管体的开孔处安装至岩体内，在永久支护装置安装完毕后，根据需要保留格栅管体或拆除格栅管体；格栅管体为空腔结构，相比传统的混凝土管片或实心钢管片，更为轻便，运输更为灵活，降低了对运输设备的要求和管体运输成本，且格栅管体可重复利用，施工成本低。

优选的，所述格栅管体包括多个管片，多个管片首尾相接。

优选的，所述管片侧面具有连接孔，相邻管片通过紧固件和连接孔能够拆卸的连接。顶管格栅管体可拆解为数块管片，便于运输、组装，更换方便。

优选的，所述管片的个数大于三个。

优选的，所述格栅管体为多个，相邻格栅管体之间能够拆卸的连接。可根据需要组装需要长度，使用更加灵活，此处的每节管体之间可以连接，也可以不连接，在顶推装置的推力下，各管体挤压在一起，不至于松脱，若对格栅管体的稳定性有更高要求，也可以在相邻管体接触面上打孔，用螺栓或其他紧固件连接。

优选的，所述格栅管体的外轮廓与巷道或隧洞掘进断面形状一致。可以与断面贴合，保证支护的可靠性。

优选的，所述开孔为圆形、方形、矩形、菱形、腰型孔中的一种或组合。不限于开孔形状，只要满足有开孔或间隙，能够在管体内部直接接触到巷道围岩岩面，不影响锚杆、锚索等支护材料的安装即可。

优选的，所述永久支护装置为锚杆、锚索、注浆管的一种或组合。

优选的，还包括用于承受掘进时推进反作用力的反力墙，反力墙位于顶推装置远离格栅管体的一端，顶推装置抵接在反力墙上。

本发明还提供采用上述格栅顶管机的施工方法，包括以下步骤：破岩设备前端的滚刀进行破岩，顶推装置不断将一个或一个以上的格栅管体依次推入隧洞中，顶推装置推动格栅管体及破岩设备前进，直至完成隧洞的掘进工作，将永久支护装置由格栅管体的开孔处安装至岩体内，在永久支护装置安装完毕后，保留格栅管体作为支护，或者拆除格栅管体运出隧洞。

本发明的优点在于：

(1)本发明中格栅顶管机通过破岩设备进行破碎岩石，顶推装置不断将格栅管体推进隧洞中，实现破岩设备与格栅管体的前进，格栅管体进入隧洞后，作为隧洞的临时支护，保证隧洞支护的安全性，并将永久支护装置如锚杆、锚索、注浆管等可由格栅管体的开孔处安装至岩体内，在永久支护装置安装完毕后，根据需要保留格栅管体或拆除格栅管体；格栅管体为空腔结构，相比传统的混凝土管片或实心钢管片，更为轻便，运输更为灵活，降低了对运输设备的要求和管体运输成本，且格栅管体可重复利用，施工成本低；

(2)顶管格栅管体可拆解为数块管片，便于运输、组装，更换方便；

(3)相邻格栅管体之间能够拆卸的连接，可根据需要组装需要长度，使用更加灵活；

(4)格栅管体的外轮廓与巷道或隧洞掘进断面形状一致，可以与断面贴合，保证支护的可靠性。

(5)本发明中的施工方法简单易操作，推广性强。

附图说明

图1是本发明实施例一格栅顶管机的结构示意图；

图2是本发明实施例二格栅管体的结构示意图；

图3是管片的结构示意图；

图4是格栅顶管机的施工步骤一示意图；

图5是格栅顶管机的施工步骤二示意图；

图6是格栅顶管机的施工步骤三示意图；

图7是格栅顶管机的施工步骤四示意图；

图8是格栅顶管机的施工步骤五示意图。

图中标号：破岩设备1、格栅管体2、开孔21、管片22、连接孔221、顶推装置3、锚杆4、反力墙5。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1所示，格栅顶管机，包括用于破碎岩石的破岩设备1、格栅管体2、用于将格栅管体顶推至开挖的隧洞中的顶推装置3，破岩设备1、格栅管体2、顶推装置3依次排列；

破岩设备1的前侧具有滚刀，用于将岩石破碎，本实施例中的破岩设备1可参考现有技术中的破岩设备，具有动力输出装置，如液压马达等，液压马达驱动滚刀旋转实现切割。

所述格栅管体2的中部为贯穿空腔，格栅管体2的管壁具有多个用于安装永久支护装置的开孔21。本实施例中的格栅管体2包括多个环形连接板、多个圆柱形连接杆，多个环形连接板间隔排列，多个圆柱形连接杆均匀的连接在相邻的环形连接板上，圆柱形连接杆之间形成矩形的开孔21。

其中环形连接板可以是由多个弧形连接板组成，弧形连接板间隔设置，圆柱形连接杆连接在弧形连接板之间，组成一个组件，后将组件拼接呈一个环形件，也可以便于组装与拆卸。

结合图4、图5所示，所述格栅管体2为多个，相邻格栅管体2之间可以连接，也可以不连接，可根据需要组装需要长度，使用更加灵活，每节管体在顶推装置3的推力下，各格栅管体2挤压在一起，不至于松脱，此时可以不采用紧固件连接，若对格栅管体2的稳定性有更高要求，也可以在相邻管体接触面上打孔，用螺栓或其他紧固件连接。

结合图4至图8所示，本实施例中格栅顶管机通过破岩设备1进行破碎岩石，顶推装置3不断将格栅管体1推进隧洞中，实现破岩设备1与格栅管体2的前进，格栅管体2进入隧洞后，作为隧洞的临时支护，保证隧洞支护的安全性，并将永久支护装置如锚杆4、锚索、注浆管等可由格栅管体2的开孔21处安装至岩体内，在永久支护装置安装完毕后，根据需要保留格栅管体，或岩石条件较好，仅留永久支护装置可以保证支护，就可以拆除格栅管体2；格栅管体2为空腔结构，相比传统的混凝土管片或实心钢管片，更为轻便，运输更为灵活，降低了对运输设备的要求和管体运输成本，且格栅管体可重复利用，施工成本低。

实施例二：

如图2、图3所示，本实施例二与实施例一的格栅管体结构不同；

所述格栅管体2包括多个管片22，多个管片22首尾相接。本实施例中，所述管片22为圆心角为90度的弧形结构，格栅管体2由四块弧形结构首尾相接组装而成，弧形结构上具有多个圆形开孔21，侧面具有连接孔221，相邻管片22通过紧固件和连接孔能够拆卸的连接，将顶管格栅管体2拆解为数块管片22，便于运输、组装，更换方便。

上述实施例一与实施例二中的格栅管体2的外轮廓均为圆柱形，但并不限于此，还可以为矩形，只要保证所述格栅管体的外轮廓与巷道或隧洞掘进断面形状一致。

除此之外，开孔21还可以为菱形、腰型孔等。不限于开孔21形状，只要满足有开孔或间隙，能够在格栅管体2内部直接接触到巷道围岩岩面，不影响锚杆4、锚索等支护材料的安装即可。

同样的，开孔21的距离满足安装锚杆4、锚索的距离即可，例如；永久支护结构为锚杆4，间距排距都为1m，则格栅管体开孔或间隙的间距至少应为1m。

其中，永久支护装置为锚杆4、锚索、注浆管的一种或组合。

实施例三：

如图1所示，在上述实施例一的基础上，格栅顶管机还包括用于承受掘进时推进反作用力的反力墙5，反力墙5位于顶推装置3远离格栅管体2的一端，顶推装置3抵接在反力墙5上。

反力墙位于掘进设备的始发处，反力墙垂直于掘进方向，为推进装置提供顶推反力。本实施例中，推进装置3为推进油缸，则推进油缸尾部顶在反力墙上，推进油缸缸头顶推格栅管体2尾部，各格栅管体2紧密排列以传递推进力至破岩设备1处。

不限于反力墙的具体结构，只要能够承受掘进时的推进反力，不发生大变形或破坏即可。如始发处有垂直岩面，则用钢板或混凝土加固岩面作为反力墙；如附近无垂直的岩面，则需搭设稳固的钢结构或浇筑混凝土反力墙结构。

本发明还提供采用上述格栅顶管机的施工方法，包括以下步骤：

如图4所示，步骤一：破岩设备1前端的滚刀进行破岩，顶推装置3顶推格栅管体2尾部，推动顶管机向前掘进，反力墙提供顶推反力；

如图5所示，步骤二：顶推装置3伸长至最大行程后，顶推装置缩回，将管片22拼装为一个格栅管体2后，放置在顶推装置3与上一节格栅管体2之间；

如图6所示，步骤三：顶推装置3继续顶推新加入的格栅管体2的尾部，进行推进；

如图7所示，步骤四：隧洞掘进完毕后，将锚杆4由开孔21处打入岩壁；

如图8所示，步骤五：在锚杆4安装完毕后，可以选择保留格栅管体2作为支护，或者将格栅管体2拆解为格栅管片22后，运出隧洞，供重复使用。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。