本发明属于小口径顶管掘进机，具体涉及一种采用双通道刀盘主轴结构的泥水式顶管掘进器及采用该掘进器的顶管掘进方法。
背景技术：
1、一、传统的顶管技术与装备：
2、传统的顶管技术——就是采用顶管掘进机在管道前方掘进，后方用液压顶推装置顶推。出土的方式可以采用管道水循环排土，叫“泥水式顶管”；也可以采用机械的方式直接排土，叫“泥土式顶管”。顶管掘进机的机身分为前后两节，采用纠偏油缸的推动，可以迫使前节与后节的轴线产生夹角，从而实现纠偏转向。
3、这种传统的顶管技术，在人可以进入内部的大口径管道的顶管领域，是非常受欢迎的，没有明显的缺陷和痛点，在各种不同的地质条件下，也都能够覆盖。所以，对于大口径顶管而言，传统的顶管技术以及传统式的顶管机是绝对的主流技术与装备。
4、传统顶管技术所采用的装备，就是传统式的顶管机。主要由顶管掘进机(也称顶管机机头)和液压顶推装置两大部分构成。它的技术核心主要在顶管掘进机上。
5、顶管掘进机由刀盘和机身两大部分构成，机身的内部有三大机构：(1)驱动刀盘转动的旋转机构；(2)驱动前舱与刀盘转向的纠偏机构；(3)排土机构——对于泥水式顶管机，是进排泥管和控制阀；对于泥土式顶管机，是机械出土机构。
6、二、传统的顶管技术与装备用于微型顶管领域的缺陷：
7、微型顶管，是指用于铺设内径600mm及以下管道的顶管，也就是人无法进入内部的顶管；沿用传统顶管机技术的微型顶管机，我们称之为传统式微型顶管机，这种微型顶管机仍然沿用传统的顶管机技术，就会有很多弊端，主要缺陷如下：
8、1、应用风险大
9、传统顶管掘进机的内部机构是有一定的复杂性的，这对于大口径顶管机而言是没有问题的，内部机构出现故障，人可以进入内部处理；而微型顶管机仍然采用这样的内部机构，施工中掘进机内部一旦出现故障，就很难排除，就会造成工程的失败。这个风险是很大的。
10、2、方向操控难度高
11、传统顶管掘进机刀盘的扭力是从机身内部提供的，也就是说刀盘扭力的反力是作用于机身上的；由于微型顶管掘进机机身体量小、重量轻，刀盘在遇到突然的阻力变化时，机身容易反转，使得纠偏方向难以把握。
12、3、排泥管容易堵
13、由于微型顶管机内部空间有限，机构繁杂，进排泥管的通径受到限制，所以这种微型顶管机容易出现排泥堵塞，这也是非常大的一个痛点。
14、4、施工综合造价高
15、这里所说的“施工综合造价高”，并不一定是绝对值高，而是造价相对于口径而言的造价不合理：
16、(1)设备造价高
17、由于出现故障难以处理，所以传统式微型顶管机的可靠度要求极高，造价自然就高。例如：全球公认传统式微型顶管机日本的产品最好，但是日本制造的一台这样的微型顶管机，价格需要上亿日元，这个采购价格根本无人接受。
18、而且，传统式的顶管机，一种直径就需要一个顶管掘进机，所以要承接各种直径的顶管，就需要购买各种规格的掘进机，而传统顶管机在价值最大的部分就是顶管掘进机，需要的设备投资比较大。
19、(2)对操作人员要求高，人工成本就高。
20、(3)工作井造价高：由于传统式微型顶管机机身长，工作井直径通常不小于3.5米，造价较高。
21、三、小口径顶管的技术现状：
22、在非开挖管道建设技术中，相对于成熟的定向钻技术领域和大口径顶管技术领域，小口径顶管技术领域，目前还是一个技术不成熟的领域。因为到目前为止，小口径顶管是多种技术并存的状态，而这些技术都存在着不同的严重缺陷，还没有一种技术能够覆盖小口径顶管绝大部分的工程情况和地质条件，成为主流技术。
23、目前国内小口径顶管的建设需要，有以下几种途径：
24、1、传统式微型顶管技术，其缺陷已在上面阐述。
25、2、螺旋顶管技术，螺旋顶管技术存在两大缺陷：
26、(1)工序复杂、机具复杂、效率低；这种技术除了顶推钻机主机和顶管掘进机头，还需要配置先导杆、先导钻头，排泥套管、排泥螺旋杆等机具。它需要三道工序，第一步：先导向贯通；第二步：顶入排泥套管和螺旋杆；第三步：顶管，工序、机具都复杂，效率低下。
27、(2)地层适应性差；只能用于均匀的土层和砂层，无法覆盖硬质地层、岩石层、含有卵砾石的地层、杂填地层和富水含沙地层。
28、3、采用水平定向钻技术替代，其缺陷如下：
29、(1)水平定向钻铺管的高程精度，难以达到顶管的精度要求。
30、(2)会产生大量的泥浆，影响环境。
31、4、小改大，把600mm直径以下的管道，改成800mm直径的管道来顶管。
32、四、综述：
33、在城市雨污水管网的建设中，小口径管道占有更大的比重。而至今这个领域没有成熟的主流技术可以依赖，没有理想的顶管机可用。大部分从事顶管的施工企业，害怕小口径顶管的风险，直接放弃小口径顶管业务。许多原本应该采用顶管的工程，因为找不到施工单位愿意承接，只好改成明挖。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种采用双通道刀盘主轴结构的泥水式顶管掘进器，针对背景技术所提出的技术问题，以“孔外驱动”的技术路线为创新方向，从原理上规避和改善传统微型顶管技术与顶管机存在的：风险大、操控难、易堵管、综合施工造价高的缺陷，彻底解决目前微型顶管领域没有理想的技术与装备可用的问题。
2、本发明采取的技术方案具体如下：
3、一种采用双通道刀盘主轴结构的泥水式顶管掘进器，由掘进器壳体、主轴座、刀盘和刀盘主轴构成，所述掘进器壳体为圆筒体结构，尾端外缘设有承插管道的承插口；所述主轴座设置于所述掘进器壳体后半段，所述掘进器壳体前半段为泥水舱；所述刀盘设置于所述掘进器壳体前端；所述刀盘主轴后端设置于主轴座上，前端与刀盘连接；所述刀盘迎土面设有若干硬质合金刀块。
4、所述刀盘主轴采用大直径双壁结构，由外轴与芯管构成，所述外轴前端与刀盘连接，负责驱动刀盘旋转；所述芯管前端封闭，固定设置在外轴的轴心处，将外轴的内部空间划分为芯管孔和芯管外壁与外轴内壁之间的双壁夹层两个通道；所述外轴前端侧壁上开设有若干喷浆口；所述芯管前端外壁设有若干内排泥口，所述外轴侧壁与内排泥口相对应位置设置有外排泥口，内排泥口与外排泥口之间通过短管连通；形成从泥水仓进入到芯管孔的排泥通道，使泥水舱中的泥土可以进入芯管孔；同时沿双壁夹层从后向前输送的泥浆可以从排泥通道短管的间隙继续向前输送。
5、所述喷浆口、内排泥口与外排泥口均设置于泥水舱中的轴段，所述喷浆口设置于所述内排泥口及外排泥口的前侧。
6、优选的，所述刀盘前端设有分动接头。
7、优选的，所述外轴后端设有承口接头外套，所述承口接头外套后端设有若干企口。
8、优选的，所述芯管后端设有承口外八方套。
9、优选的，所述承口接头外套上开设有一对矩形锁杆孔。
10、优选的，所述刀盘背面设有若干延伸至泥水舱的搅拌桨，刀盘旋转顶进过程能够对进入泥水舱中的渣土及泥浆搅拌混合，从而更易于从排泥通道排出，杜绝发生堵塞。
11、本发明的使用方式如下：
12、在工作井内安装固定顶推钻机主机，连接先导钻头，完成先导孔钻进工作后，撤除顶推钻机主机后方的经纬仪，在驱动主轴后端安装排泥口接头，接上排泥管路，将本发明的顶管掘进器吊入工作井，放置在顶推钻机主机前部的管道托架上进行连接，刀盘前端的分动接头与先导孔中先导钻杆的尾端连接，用顶推钻机主机动力头将顶管掘进器向前顶入土层。
13、将大直径双壁钻杆放入同等长度的管节内，一同吊入工作井，放置管道托架上；大直径双壁钻杆由外钻杆和内管构成，内管用支撑架保持固定在外钻杆内孔的中心，将外钻杆的内部空间划分为内管孔和内管外壁与外钻杆内壁之间的钻杆双壁夹层两个通道；外钻杆与所述刀盘主轴外轴的管径相同，外钻杆前端设有与所述承口接头外套相匹配的插口接头外套，插口接头外套对应承插后的矩形锁杆孔位置中央处设有螺栓孔；内管管体与所述芯管管体的管径相同，内管管体的前端设有与芯管后端的承口外八方套相匹配的插口外八方套，后端设有与芯管后端同规格的承口外八方套。
14、将大直径双壁钻杆的后端与顶推钻机主机的动力头主轴进行连接，前端与顶管掘进器的刀盘主轴后端进行连接，将外钻杆的插口接头外套插入刀盘主轴后端的承口接头外套内，内管前端的插口外八方套插入芯管后端的承口外八方套；将锁杆挡块嵌入矩形锁杆孔内，并通过螺栓将锁杆挡块固定在螺栓孔处，从而确保大直径双壁钻杆与刀盘主轴之间的连接稳固。
15、顶推钻机主机的驱动主轴亦采用与大直径双壁钻杆相同的双壁结构，连接完成后，沿顶管掘进器刀盘主轴内双壁夹层、大直径双壁钻杆内钻杆双壁夹层、顶推钻机主机驱动主轴内主轴双壁夹层，形成一个从顶推钻机主机注浆口到掘进器泥水舱环形密闭进浆通道；同时沿顶管掘进器刀盘主轴芯管孔、大直径双壁钻杆内管孔、顶推钻机主机驱动主轴内轴孔，形成一个从泥水舱到主机排泥口的内孔密闭排泥通道。
16、然后开动顶推钻机主机的浮动顶铁将管节向前顶紧，将管节前端承插至掘进器壳体尾端外缘的承插口。
17、顶推钻机主机驱动主轴边旋转边顶进，通过大直径双壁钻杆带动刀盘主轴旋转，驱动刀盘旋转切削破碎前方地层，形成渣土进入泥水舱。与此同时，一边进排泥系统的注浆泵将水或泥浆从顶推钻机主机的注浆口注入，通过顶推钻机主机驱动主轴内主轴双壁夹层、大直径双壁钻杆内钻杆双壁夹层、顶管掘进器刀盘主轴内双壁夹层形成的环形密闭进浆通道，进入泥水舱与渣土混合；另一边进排泥系统的排泥泵从顶推钻机主机的排泥口往外抽吸，沿顶推钻机主机驱动主轴内轴孔、大直径双壁钻杆内管孔、顶管掘进器刀盘主轴芯管孔，形成的内孔密闭排泥通道，对泥水舱中的携渣泥浆形成抽吸，加上刀盘掘进过程中，对泥水舱内形成一定的压力，使携渣泥浆从泥水舱进入内孔密闭排泥通道向后排出。
18、一根管节顶完后，按上述步骤加续管节、钻杆再顶进，与此同时接收井拆除被顶出的先导钻杆，直至最终完成整个管道的铺设作业。
19、本发明取得的技术效果为：
20、本发明提供的一种采用双通道刀盘主轴结构的泥水式顶管掘进器，结构极其简单，技术风险大大降低，驱动机构都在孔外，基本消除了系统出现故障无法排除的风险。
21、本发明简化了顶管掘进器机头部分的结构，大大降低了设备的成本，一套顶推钻机主机可以配备，多个不同规格的顶管掘进器机头，从而以很低的成本实现适配不同管径的顶管作业；同时本发明的顶管掘进器机头内无需设置驱动装置，也无需单独布置进排泥系统，因此机头长度可以做的更短，可以用更小的工作井完成顶管作业，进一步降低了整体的施工成本。
22、本发明采用大直径双壁结构刀盘主轴及驱动钻杆，承担进浆通道及排泥通道的任务，因为刀盘主轴及驱动钻杆一直的在旋转，内部泥浆处于翻滚状态，输送的时候不易堵管。
23、本发明通过孔外的顶推钻机主机为刀盘提供驱动力，不受孔内空间限制，可以提供更大的功率，施工效率可大大提高，并能够覆盖硬质地层、岩石层、含有卵砾石的地层、杂填地层和富水含沙地层的施工要求，大大提高了地层适应性。
24、本发明以“孔外驱动”的技术路线为创新方向，从原理上规避和改善传统微型顶管技术与顶管机存在的：风险大、操控难、易堵管、综合施工造价高的缺陷，彻底解决目前微型顶管领域没有理想的技术与装备可用的问题。