硬岩顶管机纠偏系统设计方法
【专利摘要】本发明公开一种硬岩顶管机纠偏系统设计方法，（1）将纠偏油缸铰接在前盾和尾盾上；（2）模拟所述顶管机纠偏系统进行纠偏，以确定纠偏油缸行程s；（3）调整前盾法兰工作面与前盾末端端面的距离，以确保在纠偏过程中保证前盾盾体和尾盾盾体连接处铰接密封环的有效性；（4）再次调节步骤（2）中的纠偏油缸的伸缩，进行第二次纠偏模拟，以得到纠偏系统准确的纠偏角度。根据本发明设计方法安装的纠偏系统可以有效地解决顶管机在掘进过程中实现曲线作业的困难，并且能够很好地解决在硬岩地层中顶管机卡刀盘的问题，确保在地下管网建设直线和非直线管道的顺利挖掘。
【专利说明】
硬岩顶管机纠偏系统设计方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种顶管机纠偏系统，具体是一种硬岩顶管机纠偏系统设计方法。
【背景技术】
[0002]随着人口的增加和城市化进程的不断深入，城市管网建设正在如日中天的发展。水管道、排污管道、煤气管道、热力管道、动力电缆、通信电缆等综合管道在原来架设在地上或者裸露在地面的情况已经越来越影响着城市的美观和建设，传统的方法一般都是直埋地下，这种方法错综复杂，而且重新铺设或修复管路时需要将路面重新挖开，不仅造成经济浪费还影响交通。许多管线已无法满足城市发展需要，随着我国的城镇化的不断发展，城市管网建设逐渐提升到了新的高度，综合管道在国内不断被推广和普及，因此顶管法施工以其施工速度快、成洞质量高、安全、环保等优势得到了快速的发展。
[0003]在管道掘进过程中，根据实际情况需要调整掘进路线以满足管道的应用或是为了躲避建筑物等原因需要顶管机具备纠偏能力。通俗来讲，就是要能够在地下转弯。并且，由于各个地区地质状况的不同，管道用途和要求不同，在顶管施工中需要根据不同的地质条件以及管道用途设计与之相配套的顶管机。特别是在含岩石较多的地层或者岩石层开挖时需要采用特殊的刀具(滚刀)进行破岩，以确保顶管机的顺利掘进，通常把这一类顶管机称为岩石掘进机或硬岩顶管机。这类顶管机在较硬地层掘进时，由于刀盘面板无法全部布满滚刀，或是因为开挖面并非全部由岩石构成可能会出现滚刀卡在岩层，而刀盘面板无法继续前进，导致刀盘转不动或是刀盘可以旋转但无法向前顶进的情况。而由于设备内空间有限，人为进行破岩十分困难，且存在很大的危险，容易造成安全事故。因此，在设计顶管机过程中不仅需要考虑如何实现曲线作业，还需要通过设计一种纠偏系统以达到设备可以依靠自身功能解决卡刀状况，确保设备正常掘进。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种当滚刀卡在岩层当中，顶管机依靠自身功能解决卡刀问题的硬岩顶管机纠偏系统设计方法。
[0005]为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:一种硬岩顶管机纠偏系统设计方法，包括以下步骤:(I)将纠偏油缸铰接在前盾和尾盾上:首先将油缸活塞杆拉出10mm，然后通过纠偏油缸两端的耳板将纠偏油缸铰接在前盾和后盾的油缸固定座上，使得两个铰接密封环中位于后侧的密封环与前盾法兰工作面贴紧；
(2)模拟所述顶管机纠偏系统进行纠偏，以确定纠偏油缸行程s:尾盾固定不动，前盾通过调节纠偏油缸组中的一组油缸的伸缩，使得前盾在掘进过程中中心线与尾盾偏离，以达到转弯的目的，且使得前盾达到最大纠偏角度，而又能够保证所述铰接密封环不脱离前盾盾体末端，以保证两盾体连接处铰接密封环密封良好，这时油缸伸出的距离为so，即可确定油缸行程S= SQ+10mm，模拟完成后滚刀距刀盘面板的距离H满足1/2(S-10XH<2/3(S-10)； (3)调整前盾法兰工作面与前盾末端端面的距离，以确保在纠偏过程中保证前盾盾体和尾盾盾体连接处铰接密封环的有效性；
(4)再次调节步骤(2)中的纠偏油缸的伸缩，进行第二次纠偏模拟，以得到纠偏系统准确的纠偏角度。
[0006]所述的纠偏油缸至少为3组。所述的纠偏油缸均布在前盾和后盾内壁圆周上，该纠偏油缸为双向油缸。
[0007]本发明的有益效果是:根据本发明提供的硬岩顶管机纠偏系统设计方法安装的纠偏系统可以有效地解决顶管机在掘进过程中实现曲线作业的困难，确保在地下管网建设直线和非直线管道的顺利挖掘，从而提高了经济效益，减少了施工难度;并且能够很好地解决在硬岩地层中顶管机卡刀盘的问题，避免了人为破岩的不确定危险，确保顶管施工操作人员的安全，保证了顶管机在地下隧道施工的安全性、可靠性。
【附图说明】
[0008]
图1是按照本发明的计方法得到的硬岩顶管机纠偏系统的安装状态示意图；
图2是第一次模拟硬岩顶管机纠偏系统进行纠偏的示意图；
图3是调整前盾法兰工作面与前盾末端端面的距离后的硬岩顶管机纠偏系统的示意图；
图4是第二次模拟硬岩顶管机纠偏系统进行纠偏的示意图；
图5是硬岩底层中顶管机施工过程中纠偏系统的工作状态示意图；
图6是图1中A的放大结构示意图。
[0009]图中标号代表的意义为:I为刀盘总成、2为主驱动总成、3为前盾总成、4为铰接密封环、5为纠偏油缸、6为尾盾总成、7为前盾法兰。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图及【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述:
实施例1:一种硬岩顶管机纠偏系统设计方法，包括以下步骤:(I)将纠偏油缸铰接在前盾和尾盾上:首先将油缸活塞杆拉出10mm，然后通过纠偏油缸两端的耳板将纠偏油缸铰接在前盾和后盾的油缸固定座上，使得两个铰接密封环中位于后侧的密封环与前盾法兰工作面贴紧;安装完成后的纠偏系统如图1和图6所示，图1中L表示油缸安装距离，LO表示滚刀距刀盘面板的最大距离。
[0011](2)模拟所述顶管机纠偏系统进行纠偏，以确定纠偏油缸行程s:尾盾固定不动，前盾通过调节纠偏油缸组中的一组油缸的伸缩，使得前盾在掘进过程中中心线与尾盾偏离(如图2所示)，以达到转弯的目的，且使得前盾达到最大纠偏角度，而又能够保证所述铰接密封环不脱离前盾盾体末端，以保证两盾体连接处铰接密封环密封良好，这时油缸伸出的距离为so，即可确定油缸行程S= so+lOmm，模拟完成后滚刀距刀盘面板的距离H满足l/2(s-10)彡H彡2/3(s-10)o
[0012](3)调整前盾法兰工作面与前盾末端端面的距离，以确保在纠偏过程中保证前盾盾体和尾盾盾体连接处铰接密封环的有效性;调整前盾法兰工作面与前盾末端端面的距离后的硬岩顶管机纠偏系统见图3。
[0013](4)再次调节步骤(2)中的纠偏油缸的伸缩，进行第二次纠偏模拟，以得到纠偏系统准确的纠偏角度，参见图4。
[0014]参见图5，根据本发明设计方法设计完成的硬岩顶管机纠偏系统设计方法，确保油缸在工作时伸出长度在l/2(s_10)和2/3(s_10)之间，以达到在刀盘卡在岩层时能够退回再次切削岩面。
[0015]纠偏系统模拟是利用AutoCAD进行模拟的，具体方法为:首先，绘制出前盾总成、后盾总成并进行装配，将装配在一起的前盾总成、后盾总成内壁上按照本发明的设计方法安装纠偏油缸形成纠偏系统，通过利用“旋转”命令进行模拟纠偏系统进行纠偏。
[0016]根据本发明设计方法得出的硬岩顶管机纠偏系统的结构为:参见图1，上述硬岩顶管机纠偏系统包括至少3组纠偏油缸，前盾总成和尾盾总成通过纠偏油缸连接，尾盾盾体头部套装在前端盾体尾部内，且两盾体连接处设有铰接密封装置，所述纠偏油缸采用双向油缸，其一端铰接在固定在前盾盾体内壁上的支座上，另一端铰接在固定在后盾盾体内壁上的支座上;所述铰接密封装置包括沿径向开设在尾盾盾体外壁上的两道密封槽，所述密封槽内均设有环形密封圈，所述环形密封圈的厚度大于密封槽的深度。所述的纠偏油缸均布在前盾和后盾内壁圆周上。所述的密封圈外壁上设有向上的凸起。所述的凸起横截面形状呈三角形、矩形或梯形。
[0017]上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种硬岩顶管机纠偏系统设计方法，其特征在于包括以下步骤: (1)将纠偏油缸铰接在前盾和尾盾上:首先将油缸活塞杆拉出1mm，然后通过纠偏油缸两端的耳板将纠偏油缸铰接在前盾和后盾的油缸固定座上，使得两个铰接密封环中位于后侧的密封环与前盾法兰工作面贴紧； (2)模拟所述顶管机纠偏系统进行纠偏，以确定纠偏油缸行程s:尾盾固定不动，前盾通过调节纠偏油缸组中的一组油缸的伸缩，使得前盾在掘进过程中中心线与尾盾偏离，以达到转弯的目的，且使得前盾达到最大纠偏角度，而又能够保证所述铰接密封环不脱离前盾盾体末端，以保证两盾体连接处铰接密封环密封良好，这时油缸伸出的距离为so，即可确定油缸行程S= so+lOmm，模拟完成后滚刀距刀盘面板的距离H满足1/2(S-10XH<2/3(S-10)； (3)调整前盾法兰工作面与前盾末端端面的距离，以确保在纠偏过程中保证前盾盾体和尾盾盾体连接处铰接密封环的有效性； (4)再次调节步骤(2)中的纠偏油缸的伸缩，进行第二次纠偏模拟，以得到纠偏系统准确的纠偏角度。2.根据权利要求1所述的硬岩顶管机纠偏系统设计方法，其特征在于:所述的纠偏油缸至少为3组。3.根据权利要求1或2所述的硬岩顶管机纠偏系统设计方法，其特征在于:所述的纠偏油缸均布在前盾和后盾内壁圆周上，该纠偏油缸为双向油缸。
【文档编号】E21D9/093GK106050254SQ201610577594
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月21日
【发明人】魏金, 王红兵, 王鹏, 马龙明
【申请人】中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司