專利名稱：格柵式非開挖頂管掘進(jìn)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種非露天挖掘隧洞的掘進(jìn)設(shè)備，特別是一種格柵式非開挖頂管
掘進(jìn)設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著我國鐵路建設(shè)的飛速發(fā)展，下行橫穿鐵路線的非露天開挖的隧洞工程越來越多，對于這些分散的小型(直徑0. 8-3. 0米涵洞)工程長期以來都是采用軌束梁、工字鋼、軍便梁加固線路后進(jìn)行頂進(jìn)施工，按正常情況每個工點(diǎn)施工至少需要分別五次封鎖線路，施工期間列車須限速25-45公里/小時運(yùn)行，尤其是線路上進(jìn)行人工挖便梁支墩孔樁，直接破壞路基的穩(wěn)定，影響鐵路運(yùn)輸秩序和安全生產(chǎn)。 對于長度較大的隧洞工程也有采用旋轉(zhuǎn)刀盤掘進(jìn)機(jī)的施工方法，但施工期間更換刀盤復(fù)雜、困難，特別是頂推與刀盤旋轉(zhuǎn)經(jīng)常不同步會導(dǎo)致刀盤旋轉(zhuǎn)時間超長，易形成空洞，導(dǎo)致冒頂塌方；如遇突來障礙或土體變化，刀盤不能旋轉(zhuǎn)切割，甚至損壞刀盤；掘進(jìn)過程中易產(chǎn)生偏差需經(jīng)常進(jìn)行糾偏，糾偏后管子會與土體產(chǎn)生縫隙，導(dǎo)致土體易下沉；刀盤直徑比管體大，會產(chǎn)生縫隙，長時間頂推管子會導(dǎo)致土體沉降。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供了一種非露天挖掘隧洞并可防止隧洞地表變形、施工安全可靠的格柵式非開挖頂管掘進(jìn)設(shè)備；適用于非露天開挖掘進(jìn)穿越鐵路、公路、古建筑物、植被保護(hù)層或小河流的隧洞。 為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種格柵式非開挖頂管掘進(jìn)設(shè)備，包括頂管油缸及其液壓站、砼管、吊車、外頂鐵、護(hù)套、頂管加力裝置、導(dǎo)向砼管、格柵頂沖工作頭或前沖式頂沖工作頭以及安置在格柵頂沖工作頭或前沖式頂沖工作頭下面的導(dǎo)軌。 所述格柵頂沖工作頭由焊接為一體的頂沖頭外圈、頂沖頭內(nèi)圈和格柵組成，頂沖頭外圈的外徑與所述導(dǎo)向砼管外徑相等，頂沖頭內(nèi)圈的內(nèi)徑與導(dǎo)向砼管內(nèi)徑相等；頂沖頭外圈垂直于軸線的一個端面設(shè)有刀口，格柵與頂沖頭外圈帶刀口端的內(nèi)側(cè)及頂沖頭內(nèi)圈的端頭焊接為一體；頂沖頭外圈垂直于軸線的另一個端面設(shè)有企口接頭，格柵頂沖工作頭的底部設(shè)有能通過所述導(dǎo)軌的長方形通透窗口 。 所述前沖式頂沖工作頭由焊接為一體的前沖式頂沖頭外圈、頂沖頭內(nèi)圈和格柵組成，前沖式頂沖頭外圈與軸線夾角為a =40° -70°的一個端面設(shè)有刀口，格柵與前沖式頂沖頭外圈帶刀口端的內(nèi)側(cè)及頂沖頭內(nèi)圈的端頭焊接為一體；前沖式頂沖頭外圈垂直于軸線的另 一個端面設(shè)有企口接頭。 所述砼管和導(dǎo)向砼管為中空圓柱形，砼管和導(dǎo)向砼管的端面設(shè)有企口接頭或平口接頭；在兩根砼管的接頭處設(shè)有護(hù)套。 所述頂管加力裝置由油缸頂鐵、安裝在油缸頂鐵外圈內(nèi)側(cè)周邊的加力油缸和活塞桿頂鐵組成；活塞桿頂鐵的一端緊固裝有套入油缸頂鐵外圈的套管，套管的內(nèi)圈與油缸頂鐵的外圈滑動配合，加力油缸的活塞桿端頭頂住活塞桿頂鐵；活塞桿頂鐵和油缸頂鐵的外徑與所述砼管外徑相等，活塞桿頂鐵和油缸頂鐵的端面設(shè)有與砼管端面相配合的企口接頭或平口接頭。 所述外頂鐵的外徑與砼管外徑相等，外頂鐵端面的企口接頭或平口接頭與砼管端面相配合，外頂鐵包括圓環(huán)形外頂鐵或半圓形外頂鐵；圓環(huán)形外頂鐵或半圓形外頂鐵的寬度相等并小于頂管油缸及加力油缸的行程。 所述格柵頂沖工作頭的企口接頭是由頂沖頭外圈和頂沖頭內(nèi)圈組成的頂沖頭內(nèi)凹企口，頂沖頭內(nèi)凹企口與所述導(dǎo)向砼管的砼外凸企口配合套接；所述前沖式頂沖工作頭的企口接頭是由前沖式頂沖頭外圈和頂沖頭內(nèi)圈組成的頂沖頭內(nèi)凹企口，頂沖頭內(nèi)凹企口與所述導(dǎo)向砼管的砼外凸企口配合套接。 所述活塞桿頂鐵、油缸頂鐵、圓環(huán)形外頂鐵或砼管端面的企口接頭包括一端的外凸企口和另一端的內(nèi)凹企口，外凸企口與內(nèi)凹企口配合套接。 所述活塞桿頂鐵、油缸頂鐵、圓環(huán)形外頂鐵或砼管端面的平口接頭包括一端帶密封環(huán)的圓錐平口接頭和另一端帶鋼圈的平口接頭，鋼圈的外徑與砼管外徑相等，鋼圈的內(nèi)徑與帶密封環(huán)的圓錐平口接頭配合套接。[0014] 本實(shí)用新型的有益效果是 1.本實(shí)用新型適用于非露天開挖掘進(jìn)穿越鐵路、公路、古建筑物、植被保護(hù)層或小河流的隧洞，隧洞的直徑為0. 8-4.0米；掘進(jìn)穿越鐵路的隧洞時，不需要采用軌束梁、工字鋼、軍便梁加固鐵路線路后進(jìn)行頂進(jìn)施工，避免因進(jìn)行人工挖便梁支墩孔樁，直接破壞路基的穩(wěn)定，影響鐵路運(yùn)輸秩序和安全生產(chǎn)。 2.能夠有效地控制作業(yè)面土層溜坍，消除了管道周圍與土體之間的空隙，保持原狀土體的基本狀況，從而最大限度減少地表變形對周邊建筑物的不利影響，最大程度降低安全風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到安全、高效、文明、環(huán)保施工目的。 3.由于在管底鋪設(shè)了導(dǎo)軌，因此在頂進(jìn)時不會產(chǎn)生偏差；頂沖工作頭設(shè)有格柵板，避免了迎面土體的塌方；格柵板靈活多變?nèi)缬鐾粊碚系K可人工排除，不影響連續(xù)施工。[0018] 4.緊隨導(dǎo)向砼管和格柵頂沖工作頭，設(shè)有頂管加力裝置，解決了位于隧洞外端工作井的頂管油缸推進(jìn)阻力過大的難題。

圖1是非露天開挖掘進(jìn)鐵路涵洞的施工剖面示意圖。 圖2是格柵式非開挖頂管掘進(jìn)設(shè)備施工示意圖。 圖3是格柵頂沖工作頭的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是圖3的右視圖。 圖5是前沖式頂沖工作頭的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6是頂管加力裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(A-A剖視)。 圖7是圖6的B-B剖視圖(旋轉(zhuǎn)90° )。 圖8是圓環(huán)形外頂鐵的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖9是半圓形外頂鐵的示意圖。[0028] 圖10是圓環(huán)形外頂鐵的平口接頭示意圖。[0029] 圖11是砼管的企口接頭示意圖。[0030] 圖12是砼管的平口接頭示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。 實(shí)施例1如圖1-10所示一種格柵式非開挖頂管掘進(jìn)設(shè)備，包括頂管油缸1及其液壓站、砼管3和吊車，還包括圓環(huán)形外頂鐵2、護(hù)套5、頂管加力裝置6、導(dǎo)向砼管7、格柵頂沖工作頭8以及安置在格柵頂沖工作頭8下面的導(dǎo)軌4。 格柵頂沖工作頭8由焊接為一體的頂沖頭外圈12、頂沖頭內(nèi)圈13和格柵14組成，
頂沖頭外圈12的外徑與所述砼管3外徑相等，頂沖頭內(nèi)圈13的內(nèi)徑與砼管3內(nèi)徑相等；頂
沖頭外圈12垂直于軸線的一個端面設(shè)有刀口 15，格柵14與頂沖頭外圈12帶刀口端的內(nèi)側(cè)
及頂沖頭內(nèi)圈13的端頭焊接為一體；頂沖頭外圈12垂直于軸線的另一個端面設(shè)有企口接
頭，格柵頂沖工作頭8的底部設(shè)有能通過所述導(dǎo)軌4的長方形通透窗口 16。 砼管3為中空圓柱形，砼管3的端面設(shè)有企口接頭或平口接頭；在兩根砼管3的接
頭處設(shè)有護(hù)套5。 頂管加力裝置6由油缸頂鐵24、安裝在油缸頂鐵24外圈內(nèi)側(cè)周邊的加力油缸23和活塞桿頂鐵21組成；所述活塞桿頂鐵21的一端緊固裝有套入油缸頂鐵24外圈的套管22，套管22的內(nèi)圈與油缸頂鐵24的外圈滑動配合，加力油缸23的活塞桿端頭頂住活塞桿頂鐵21 ;活塞桿頂鐵21和油缸頂鐵24的外徑與所述砼管3外徑相等，活塞桿頂鐵21和油缸頂鐵24的端面設(shè)有與砼管3端面相配合的企口接頭。 外頂鐵的外徑與砼管3外徑相等，外頂鐵端面的企口接頭與砼管3端面的企口接頭相配合，外頂鐵包括圓環(huán)形外頂鐵2或半圓形外頂鐵27 ;圓環(huán)形外頂鐵2或半圓形外頂鐵27的寬度相等并小于頂管油缸1及加力油缸23的行程。 格柵頂沖工作頭8的企口接頭是由頂沖頭外圈12和頂沖頭內(nèi)圈13組成的頂沖頭
內(nèi)凹企口 17，頂沖頭內(nèi)凹企口 17與所述導(dǎo)向砼管7的砼外凸企口 18配合套接。 活塞桿頂鐵21、油缸頂鐵24、圓環(huán)形外頂鐵2或砼管3端面的企口接頭包括一端
的外凸企口 25和另一端的內(nèi)凹企口 26，外凸企口 25與內(nèi)凹企口 26配合套接。 采用上述格柵式非開挖頂管掘進(jìn)設(shè)備的非開挖頂沖法隧洞掘進(jìn)工藝，其步驟如
下 [1]在待掘進(jìn)的隧洞兩端分別開挖工作井9和接受井10，工作井9和接受井10的長度為砼管3長度的2. 5倍，工作井9和接受井10的寬度為砼管3寬度的1. 8倍。[0041] [2]在工作井9的端部，對著砼管3端面的周邊，安裝2-4個頂管油缸l ;在工作井9的底部，鋪設(shè)導(dǎo)軌4。 [3]吊車將第一圓環(huán)形外頂鐵2-1和格柵頂沖工作頭8安放在頂管油缸1與掘進(jìn)工作面之間的導(dǎo)軌4上，調(diào)節(jié)和校準(zhǔn)格柵頂沖工作頭8的軸線在水平面及垂直面的坐標(biāo)及方位。 [4]啟動頂管油缸1將第一圓環(huán)形外頂鐵2-1和格柵頂沖工作頭8向掘進(jìn)工作面頂進(jìn)一個油缸行程，大于一個圓環(huán)形外頂鐵2的寬度；隨后，油缸活塞桿收縮回原位，吊車
5將另一個圓環(huán)形外頂鐵2安放在頂管油缸1和第一圓環(huán)形外頂鐵2-1之間；清除和運(yùn)出格
柵頂沖工作頭8切割下的碎土，通過格柵頂沖工作頭底部的窗口 16延續(xù)鋪設(shè)導(dǎo)軌4，同時調(diào)節(jié)和校準(zhǔn)頂沖工作頭8軸線在水平面及垂直面的坐標(biāo)及方位。 [5]重復(fù)步驟[4]，直至安放的全部圓環(huán)形外頂鐵2的累積寬度大于砼管3的長度；吊出全部圓環(huán)形外頂鐵2，把導(dǎo)向砼管7放入留下的第一圓環(huán)形外頂鐵2-1和格柵頂沖工作頭8之間，導(dǎo)向砼管7的外凸企口 18與格柵頂沖工作頭8后端的內(nèi)凹企口 17配合套接，格柵頂沖工作頭8的頂沖頭外圈12后端與導(dǎo)向砼管7前端的預(yù)埋鐵件11焊接。[0045] [6]啟動頂管油缸1將第一圓環(huán)形外頂鐵2-l、導(dǎo)向砼管7和格柵頂沖工作頭8向掘進(jìn)工作面頂進(jìn)一個油缸行程，大于一個圓環(huán)形外頂鐵2的寬度；隨后，油缸活塞桿收縮回原位，吊車將另一個圓環(huán)形外頂鐵2安放在頂管油缸1和第一圓環(huán)形外頂鐵2-1之間；清除和運(yùn)出格柵頂沖工作頭8切割下的碎土，通過格柵頂沖工作頭底部的窗口 16延續(xù)鋪設(shè)導(dǎo)軌4，同時調(diào)節(jié)和校準(zhǔn)頂沖工作頭8軸線在水平面及垂直面的坐標(biāo)及方位。[0046] [7]重復(fù)步驟[6]，直至安放的全部圓環(huán)形外頂鐵2的累積寬度大于頂管加力裝置6的長度；吊出全部圓環(huán)形外頂鐵2，將頂管加力裝置6放入留下的第一圓環(huán)形外頂鐵2-1和導(dǎo)向砼管7之間。 [8]啟動頂管油缸1將第一圓環(huán)形外頂鐵2-1、頂管加力裝置6、導(dǎo)向砼管7和格柵頂沖工作頭8向掘進(jìn)工作面頂進(jìn)，重復(fù)步驟[6]，直至全部圓環(huán)形外頂鐵2的累積寬度大于砼管3的長度；吊出全部圓環(huán)形外頂鐵2，將第一組護(hù)套5及砼管3放入留下的第一圓環(huán)形外頂鐵2-1和頂管加力裝置6之間。[9]啟動頂管加力裝置6內(nèi)的加力油缸23，將導(dǎo)向砼管7和格柵頂沖工作頭8向掘進(jìn)工作面頂進(jìn)加力油缸23的一個行程，大于一個圓環(huán)形外頂鐵2的寬度；隨后，加力油缸活塞桿收縮回原位；啟動頂管油缸1將第一圓環(huán)形外頂鐵2-l、第一組護(hù)套5及砼管3、頂管加力裝置6、導(dǎo)向砼管7和格柵頂沖工作頭8向掘進(jìn)工作面頂進(jìn)，直至頂管加力裝置6收縮到最短。 [10]重復(fù)步驟[6]，直至安放的全部圓環(huán)形外頂鐵2的累積寬度大于砼管3的長度；吊出全部圓環(huán)形外頂鐵2，將第二組護(hù)套5及砼管3放入留下的第一圓環(huán)形外頂鐵2-1與第一組護(hù)套5及砼管3之間；以上每頂進(jìn)一個行程，都要清除和運(yùn)出格柵頂沖工作頭8切割下的碎土，通過格柵頂沖工作頭的窗口 16延續(xù)鋪設(shè)導(dǎo)軌4，同時調(diào)節(jié)和校準(zhǔn)頂沖工作頭8軸線在水平面及垂直面的坐標(biāo)及方位。 [11]重復(fù)步驟[9]和步驟[10]，直至將格柵頂沖工作頭8、導(dǎo)向砼管7和頂管加力裝置6依次頂出隧洞，切割和分開頂沖頭外圈12后端與導(dǎo)向砼管7前端的預(yù)埋鐵件11的焊接點(diǎn)，把格柵頂沖工作頭8、導(dǎo)向砼管7和頂管加力裝置6依次吊出接受井10。[0051] [12]對護(hù)套5與相鄰的砼管3連接處進(jìn)行密封防滲處理。[0052] [13]按施工規(guī)章進(jìn)行驗(yàn)收。 實(shí)施例2如圖11-12所示活塞桿頂鐵21、油缸頂鐵24、圓環(huán)形外頂鐵2或砼管3端面的平口接頭包括一端帶密封環(huán)29的圓錐平口接頭和另一端帶鋼圈28的平口接頭，鋼圈28的外徑與砼管3外徑相等，鋼圈28的內(nèi)徑與帶密封環(huán)29的圓錐平口接頭配合套接。[0054] 實(shí)施例3如圖5所示前沖式頂沖工作頭20由焊接為一體的前沖式頂沖頭外圈19、頂沖頭內(nèi)圈13和格柵14組成，也可以不裝配格柵14。前沖式頂沖頭外圈19與軸線夾角為a =60°的一個端面設(shè)有刀口 15，格柵14與前沖式頂沖頭外圈19帶刀口端的內(nèi)側(cè)及頂沖頭內(nèi)圈13的端頭焊接為一體；前沖式頂沖頭外圈19和頂沖頭內(nèi)圈13垂直于軸線的另一端頭組成內(nèi)凹企口 17，內(nèi)凹企口 17與所述導(dǎo)向砼管7的砼外凸企口 18配合套接。前沖式頂沖工作頭20不設(shè)置實(shí)施例l所述通透的長方形窗口 16，可在前沖帽檐的保護(hù)下鋪設(shè)導(dǎo)軌4。
權(quán)利要求一種格柵式非開挖頂管掘進(jìn)設(shè)備，包括頂管油缸(1)及其液壓站、砼管(3)和吊車，其特征在于還包括外頂鐵、護(hù)套(5)、頂管加力裝置(6)、導(dǎo)向砼管(7)、格柵頂沖工作頭(8)或前沖式頂沖工作頭(20)以及安置在格柵頂沖工作頭(8)或前沖式頂沖工作頭(20)下面的導(dǎo)軌(4)；所述格柵頂沖工作頭(8)由焊接為一體的頂沖頭外圈(12)、頂沖頭內(nèi)圈(13)和格柵(14)組成，頂沖頭外圈(12)的外徑與所述導(dǎo)向砼管(7)外徑相等，頂沖頭內(nèi)圈(13)的內(nèi)徑與導(dǎo)向砼管(7)內(nèi)徑相等；頂沖頭外圈(12)垂直于軸線的一個端面設(shè)有刀口(15)，格柵(14)與頂沖頭外圈(12)帶刀口端的內(nèi)側(cè)及頂沖頭內(nèi)圈(13)的端頭焊接為一體；頂沖頭外圈(12)垂直于軸線的另一個端面設(shè)有企口接頭，格柵頂沖工作頭(8)的底部設(shè)有能通過所述導(dǎo)軌(4)的長方形通透窗口(16)；所述前沖式頂沖工作頭(20)由焊接為一體的前沖式頂沖頭外圈(19)、頂沖頭內(nèi)圈(13)和格柵(14)組成，前沖式頂沖頭外圈(19)與軸線夾角為α＝40°-70°的一個端面設(shè)有刀口(15)，格柵(14)與前沖式頂沖頭外圈(19)帶刀口端的內(nèi)側(cè)及頂沖頭內(nèi)圈(13)的端頭焊接為一體；前沖式頂沖頭外圈(19)垂直于軸線的另一個端面設(shè)有企口接頭；所述砼管(3)和導(dǎo)向砼管(7)為中空圓柱形，砼管(3)和導(dǎo)向砼管(7)的端面設(shè)有企口接頭或平口接頭；在兩根砼管(3)的接頭處設(shè)有護(hù)套(5)；所述頂管加力裝置(6)由油缸頂鐵(24)、安裝在油缸頂鐵(24)外圈內(nèi)側(cè)周邊的加力油缸(23)和活塞桿頂鐵(21)組成；所述活塞桿頂鐵(21)的一端緊固裝有套入油缸頂鐵(24)外圈的套管(22)，套管(22)的內(nèi)圈與油缸頂鐵(24)的外圈滑動配合，加力油缸(23)的活塞桿端頭頂住活塞桿頂鐵(21)；活塞桿頂鐵(21)和油缸頂鐵(24)的外徑與所述砼管(3)外徑相等，活塞桿頂鐵(21)和油缸頂鐵(24)的端面設(shè)有與砼管(3)端面相配合的企口接頭或平口接頭；所述外頂鐵的外徑與砼管(3)外徑相等，外頂鐵端面的企口接頭或平口接頭與砼管(3)端面相配合，外頂鐵包括圓環(huán)形外頂鐵(2)或半圓形外頂鐵(27)；圓環(huán)形外頂鐵(2)或半圓形外頂鐵(27)的寬度相等并小于頂管油缸(1)及加力油缸(23)的行程。
2. —種權(quán)利要求1所述的格柵式非開挖頂管掘進(jìn)設(shè)備，其特征在于所述格柵頂沖 工作頭(8)的企口接頭是由頂沖頭外圈(12)和頂沖頭內(nèi)圈(13)組成的頂沖頭內(nèi)凹企口 (17)，頂沖頭內(nèi)凹企口 (17)與所述導(dǎo)向砼管(7)的砼外凸企口 (18)配合套接；所述前沖式 頂沖工作頭(20)的企口接頭是由前沖式頂沖頭外圈(19)和頂沖頭內(nèi)圈(13)組成的頂沖 頭內(nèi)凹企口 (17)，頂沖頭內(nèi)凹企口 (17)與所述導(dǎo)向砼管(7)的砼外凸企口 (18)配合套接。
3. —種權(quán)利要求1所述的格柵式非開挖頂管掘進(jìn)設(shè)備，其特征在于所述活塞桿頂鐵 (21)、油缸頂鐵(24)、圓環(huán)形外頂鐵(2)或砼管(3)端面的企口接頭包括一端的外凸企口 (25)和另一端的內(nèi)凹企口 (26)，外凸企口 (25)與內(nèi)凹企口 (26)配合套接。
4. 一種權(quán)利要求1所述的格柵式非開挖頂管掘進(jìn)設(shè)備，其特征在于所述活塞桿頂 鐵(21)、油缸頂鐵(24)、圓環(huán)形外頂鐵(2)或砼管(3)端面的平口接頭包括一端帶密封環(huán) (29)的圓錐平口接頭和另一端帶鋼圈(28)的平口接頭，鋼圈(28)的外徑與砼管(3)外徑 相等，鋼圈(28)的內(nèi)徑與帶密封環(huán)(29)的圓錐平口接頭配合套接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種格柵式非開挖頂管掘進(jìn)設(shè)備。格柵式非開挖頂管掘進(jìn)設(shè)備，包括頂管油缸及其液壓站、砼管、吊車、外頂鐵、護(hù)套、導(dǎo)向砼管、頂管加力裝置、格柵頂沖工作頭或前沖式頂沖工作頭以及安置在格柵頂沖工作頭或前沖式頂沖工作頭下面的導(dǎo)軌。格柵頂沖工作頭由焊接為一體的頂沖頭外圈、頂沖頭內(nèi)圈和格柵組成，頂沖頭外圈的一個端面設(shè)有刀口，頂沖頭的底部設(shè)有能通過導(dǎo)軌的通透窗口；頂管加力裝置由油缸頂鐵、加力油缸和活塞桿頂鐵組成。本實(shí)用新型適用于非露天開挖掘進(jìn)穿越鐵路、公路、古建筑物、植被保護(hù)層或小河流的隧洞；能夠有效地控制作業(yè)面土層溜坍，減少地表變形，達(dá)到安全、高效、文明、環(huán)保施工目的。
文檔編號E21D9/06GK201539260SQ20092024147
公開日2010年8月4日 申請日期2009年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月23日
發(fā)明者郭壯 申請人:郭壯