本發(fā)明涉及管線頂盾機(jī)，具體為一種硬巖管線頂盾機(jī)及其施工工藝。

背景技術(shù)：

1、隧道段基巖裂隙水主要存在于山腳處及山谷低洼地帶，其含水量較豐富，在進(jìn)行隧道掘進(jìn)時(shí)，會(huì)采用頂盾機(jī)進(jìn)行作業(yè)，頂盾機(jī)是一種將頂管技術(shù)和盾構(gòu)技術(shù)相結(jié)合的設(shè)備，根據(jù)工程線路，采用頂管工法始發(fā)掘進(jìn)，當(dāng)頂推力用到極限或者施工至曲線段時(shí)，轉(zhuǎn)換為盾構(gòu)模式繼續(xù)施工，直至貫通。

2、如公開號(hào)為：cn110259469b的“盾構(gòu)機(jī)及其盾構(gòu)機(jī)刀盤”，包括刀盤架，刀盤架的前工作面上設(shè)有刀盤面板，刀盤面板上設(shè)有連通刀盤架內(nèi)外兩側(cè)的功能通孔，功能通孔用于其內(nèi)的功能部件相對于刀盤架的伸出與回縮；刀盤架連接有與功能通孔相對應(yīng)的切換裝置，切換裝置包括閘門驅(qū)動(dòng)件和連接于閘門驅(qū)動(dòng)件的閘門，閘門驅(qū)動(dòng)件能夠驅(qū)動(dòng)閘門運(yùn)動(dòng)以打開對應(yīng)的功能通孔或在功能部件回縮至閘門后側(cè)后密封對應(yīng)的功能通孔。

3、但現(xiàn)有技術(shù)中，現(xiàn)有的頂盾機(jī)盾構(gòu)刀頭在掘進(jìn)時(shí)主要依賴跟隨刀盤旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的切削力，掘進(jìn)方式相對單一，導(dǎo)致在復(fù)雜的地下環(huán)境中掘進(jìn)速度受限，尤其在遇到地質(zhì)條件復(fù)雜的情況，如地層斷層多、地下水豐富或地質(zhì)強(qiáng)度高時(shí)，施工難度會(huì)顯著增加，此外，在長距離掘進(jìn)過程中，地質(zhì)條件多變，會(huì)遇到碎石沉積和地層收斂等問題，這會(huì)導(dǎo)致推力異常增大，容易使盾體及管節(jié)抱死或卡機(jī)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種硬巖管線頂盾機(jī)及其施工工藝，以解決上述背景技術(shù)提出的掘進(jìn)方式相對單一，復(fù)雜的地下環(huán)境中掘進(jìn)速度受限的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種硬巖管線頂盾機(jī)，包括頂管機(jī)本體和盾構(gòu)尾盾，所述頂管機(jī)本體和盾構(gòu)尾盾之間固定安裝有推進(jìn)油缸，所述盾構(gòu)尾盾一側(cè)安裝有刀盤，所述刀盤內(nèi)側(cè)固定連接有安裝架，所述安裝架內(nèi)側(cè)安裝有主刀頭，所述安裝架外側(cè)固定連接有支撐架，所述支撐架內(nèi)部安裝有副刀頭，所述刀盤外邊緣安裝有側(cè)刀頭，所述安裝架上安裝有活動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述活動(dòng)機(jī)構(gòu)一側(cè)連接有活動(dòng)刀頭；

3、所述活動(dòng)機(jī)構(gòu)包括安裝板、第一轉(zhuǎn)動(dòng)桿和活動(dòng)架，所述安裝板頂部固定連接有主體支架，所述主體支架內(nèi)側(cè)固定連接有兩根第一滑桿，兩根所述第一滑桿一端固定連接有連接板，所述第一滑桿表面滑動(dòng)連接有移動(dòng)架，所述移動(dòng)架一端固定連接有推動(dòng)板，且所述移動(dòng)架另一端內(nèi)側(cè)固定連接有驅(qū)動(dòng)桿，所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)桿底端固定連接有同步輪，所述同步輪頂部固定連接有凸輪，所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)桿與主體支架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述凸輪與推動(dòng)板抵接，所述主體支架一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接有第二轉(zhuǎn)動(dòng)桿，所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)桿底端外壁固定連接有主動(dòng)輪，且所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)桿頂端固定連接有主動(dòng)錐齒輪，所述活動(dòng)架底部與主體支架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，且所述活動(dòng)架底端外壁固定連接有凸板，所述凸板內(nèi)側(cè)開設(shè)有活動(dòng)槽，所述凸板一端延伸至移動(dòng)架內(nèi)部，所述活動(dòng)槽與驅(qū)動(dòng)桿活動(dòng)連接，所述活動(dòng)架頂端轉(zhuǎn)動(dòng)連接有第三轉(zhuǎn)動(dòng)桿。

4、優(yōu)選的，所述主體支架表面開設(shè)有導(dǎo)向槽，所述導(dǎo)向槽內(nèi)部滑動(dòng)連接有導(dǎo)向塊，所述導(dǎo)向塊頂部與推動(dòng)板底部固定連接。

5、優(yōu)選的，所述安裝板與安裝架固定連接，所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)桿底部與安裝板轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述主動(dòng)輪表面嚙合連接有同步帶，所述同步帶一端與同步輪嚙合連接，所述安裝板底部安裝有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出端與第二轉(zhuǎn)動(dòng)桿固定連接，所述第三轉(zhuǎn)動(dòng)桿一端固定連接有從動(dòng)錐齒輪，所述從動(dòng)錐齒輪與主動(dòng)錐齒輪嚙合連接。

6、優(yōu)選的，兩根所述第一滑桿之間設(shè)置有第一彈簧，所述第一彈簧一端延伸至移動(dòng)架內(nèi)腔，所述第一彈簧內(nèi)側(cè)安裝有限位桿，所述限位桿一端與連接板固定連接。

7、優(yōu)選的，所述主體支架側(cè)壁固定連接有滑軌，所述滑軌表面滑動(dòng)連接有第一滑動(dòng)塊，所述第一滑動(dòng)塊頂部與活動(dòng)架底部固定連接，所述活動(dòng)架一端對稱固定連接有兩根固定桿，兩根所述固定桿之間安裝有輔助機(jī)構(gòu)。

8、優(yōu)選的，所述輔助機(jī)構(gòu)包括殼體和轉(zhuǎn)動(dòng)套管，所述轉(zhuǎn)動(dòng)套管內(nèi)表面固定連接有聯(lián)軸桿，所述聯(lián)軸桿一端與第三轉(zhuǎn)動(dòng)桿固定連接，且所述聯(lián)軸桿兩端均與殼體內(nèi)壁轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述轉(zhuǎn)動(dòng)套管外表面開設(shè)有驅(qū)動(dòng)槽。

9、優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)動(dòng)套管兩側(cè)均設(shè)置有第二滑桿，兩個(gè)所述第二滑桿兩端均與殼體內(nèi)壁固定連接，所述殼體表面套有第二彈簧，且所述第二滑桿表面滑動(dòng)連接有第二滑動(dòng)塊，所述第二滑動(dòng)塊與轉(zhuǎn)動(dòng)套管滑動(dòng)連接。

10、優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)動(dòng)套管內(nèi)側(cè)固定連接有移動(dòng)塊，所述移動(dòng)塊與驅(qū)動(dòng)槽滑動(dòng)連接，所述第二彈簧位于第二滑動(dòng)塊一側(cè)。

11、優(yōu)選的，所述第二滑動(dòng)塊一側(cè)固定連接有推動(dòng)桿，所述推動(dòng)桿一端貫穿殼體，所述殼體一端與組裝板固定連接，所述組裝板與活動(dòng)刀頭外壁固定連接，所述活動(dòng)刀頭底部滑動(dòng)連接有軌道，所述軌道底部與安裝架固定連接。

12、一種硬巖管線頂盾機(jī)的施工工藝，包括以下步驟：

13、步驟一、頂管推進(jìn)，利用安裝在工作井內(nèi)的油缸和安裝在管節(jié)中間的中繼間提供設(shè)備前進(jìn)動(dòng)力，初始以工作井后壁為反力墻，推動(dòng)頂管模式管節(jié)和機(jī)頭共同前進(jìn)，當(dāng)頂推力達(dá)到管節(jié)許用頂力80％時(shí)啟用中繼間分段頂進(jìn)；

14、步驟二、盾構(gòu)推進(jìn)，采用安裝好的管節(jié)和拼裝好的盾構(gòu)管片為反支撐進(jìn)行盾構(gòu)推進(jìn)，推進(jìn)過程中，刀盤會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，推進(jìn)油缸會(huì)開始運(yùn)作，進(jìn)而使得盾構(gòu)尾盾和刀盤在向前移動(dòng)的過程中，也會(huì)利用表面的主刀頭、側(cè)刀頭和副刀頭一起轉(zhuǎn)動(dòng)，從而完成隧道掘進(jìn)；

15、步驟三、活動(dòng)刀頭工作，利用驅(qū)動(dòng)電機(jī)能夠第二轉(zhuǎn)動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)，在此過程中，利用同步帶、同步輪來帶動(dòng)第一轉(zhuǎn)動(dòng)桿一起旋轉(zhuǎn)，使得凸輪開始推動(dòng)推動(dòng)板，在第一彈簧的協(xié)同作用下，開始帶動(dòng)移動(dòng)架一起活動(dòng)，從而使得移動(dòng)架在第一滑桿表面左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且能夠控制活動(dòng)架進(jìn)行左右擺動(dòng)，以達(dá)到控制活動(dòng)刀頭做圓弧來回?cái)[動(dòng)，在原有刀頭的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)可靈活變化的活動(dòng)刀頭，從而能夠進(jìn)一步提高盾構(gòu)掘進(jìn)效果；

16、步驟四、伸縮作業(yè)，在活動(dòng)刀頭進(jìn)行擺動(dòng)作業(yè)的過程中，利用聯(lián)軸桿能夠帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)套管一起旋轉(zhuǎn)，使得轉(zhuǎn)動(dòng)套管利用表面的驅(qū)動(dòng)槽協(xié)同移動(dòng)塊，使得第二滑動(dòng)塊會(huì)在第二滑桿和轉(zhuǎn)動(dòng)套管表面滑動(dòng)，配合第二彈簧可以實(shí)現(xiàn)往復(fù)伸縮的目的，從而能夠增加活動(dòng)刀頭運(yùn)動(dòng)估計(jì)的復(fù)雜性，以達(dá)到提高掘進(jìn)效果的目的。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

18、1、本發(fā)明中，通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)第二轉(zhuǎn)動(dòng)桿旋轉(zhuǎn)，再利用同步帶來帶動(dòng)第二轉(zhuǎn)動(dòng)桿自轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)诙D(zhuǎn)動(dòng)桿頂部的凸輪對推動(dòng)板施加作用力使得移動(dòng)架開始滑動(dòng)，之后通過驅(qū)動(dòng)桿與凸板的協(xié)同作用，來控制活動(dòng)架進(jìn)行擺動(dòng)，這一系列操作精確地控制了活動(dòng)刀頭的運(yùn)動(dòng)，在凸輪和一系列傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的協(xié)同作用下，活動(dòng)刀頭能夠在刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行圓弧形的來回?cái)[動(dòng)，從而增加了切削的深度和廣度，這不僅提高了盾構(gòu)掘進(jìn)的效率，還增強(qiáng)了頂盾機(jī)對不同復(fù)雜地質(zhì)條件的適應(yīng)能力。

19、2、本發(fā)明中，通過凸輪的圓周運(yùn)動(dòng)使推動(dòng)板和移動(dòng)架產(chǎn)生往復(fù)移動(dòng)，并通過第一彈簧的伸縮作用實(shí)現(xiàn)復(fù)位，限位桿確保了彈簧的穩(wěn)定彈性，使復(fù)位動(dòng)作更加迅速和準(zhǔn)確，同時(shí)，活動(dòng)架的弧形擺動(dòng)通過滑軌和第一滑動(dòng)塊的滑動(dòng)機(jī)制保持穩(wěn)定，確?；顒?dòng)刀頭能夠穩(wěn)定地改變位置，這種擺動(dòng)動(dòng)作使活動(dòng)刀頭在原有刀頭的基礎(chǔ)上增加了靈活變化的工作方式，不僅提高了切削深度和廣度，還增強(qiáng)了頂盾機(jī)對不同地質(zhì)條件的適應(yīng)能力。

20、3、本發(fā)明中，通過聯(lián)軸桿驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)套管旋轉(zhuǎn)時(shí)，其獨(dú)特的驅(qū)動(dòng)槽設(shè)計(jì)使得移動(dòng)塊在螺旋階段逐漸被推向外圍，壓縮第二彈簧以儲(chǔ)存能量，進(jìn)入直線階段后，第二彈簧迅速釋放能量，推動(dòng)活動(dòng)刀頭進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不僅增加了切削深度和廣度，還通過調(diào)整運(yùn)動(dòng)頻率和幅度進(jìn)一步優(yōu)化了盾構(gòu)效果，提高了掘進(jìn)效率，這不僅增強(qiáng)了頂盾機(jī)的靈活性和適應(yīng)性，還使其能夠在復(fù)雜地質(zhì)條件下高效施工，顯著提升了地下工程的施工效率和質(zhì)量。