管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置

技术领域

本发明涉及管幕暗挖法顶管施工领域，特指一种管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置。

背景技术

随着城市建设的发展，人口密度大幅增加，交通工具越来越多，城市交通拥挤限制着城市发展，开发利用地下空间成为各方研究的重点，而施工方法是否恰当将直接影响施工效率和成本。管幕工法是非明挖工艺的一种，作为利用小口径顶管机建造大断面地下空间的施工技术，国外已经有20多年的发展历程，在日本、美国、新加坡和中国台北地区等应用于穿越道路，铁路，结构物，机场等下方的开挖工程，是一种较为成熟的施工方法。

目前，管幕法施工在国内也被广泛应用，但往往设备较简单，主要靠施工的经验和人为的操作来确保施工的精度及效率，钢管节推进过程中因机头质量大后部管节轻，容易出现整体管节下倾的现象，并且在推进完成一段管节后，去除后部负载时，钢管节往往出现回退，增加了顶管推进精度控制的难度。传统的顶进装置的顶块为正圆，每次推进完成后均需要变换线路，大大增加了每次推进的时间，降低了顶进的效率，影响施工节拍。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置，解决现有的管幕法施工中存在机头质量大容易出现整体管节下倾的现象、管节容易出现回退而使得的顶管推进精度控制难以及推进时间长顶进效率低的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明提供了一种管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置，包括：

底座；

与所述底座连接的固定后靠；

可移动地滑设于所述底座上、并靠近所述固定后靠设置的推进总成；

固设于所述推进总成上的动力机构，所述动力机构与所述固定后靠连接，通过所述动力机构推动所述推进总成沿着所述底座向远离所述固定后靠的方向移动；

固设于所述底座上并位于所述推进总成前方的龙门架；以及

装设于所述龙门架上且可伸缩调节的止退机构，所述止退机构上设有与管节相适配的锯齿面，通过所述止退机构的伸缩调节使得所述锯齿面紧贴于所述管节的外侧面从而限制所述管节的回退。

本发明提供的主顶进装置由于设置了止退机构，能够很好地避免管幕暗挖法顶管施工时增加管节时已顶进的管节后退的现象，且通过设置的龙门架为管节提供一定的支撑，可减缓推进过程中因机头下沉引起整条管节的下倾，能够保证管节的稳定推进，安全可靠，操作便捷，自动化程度高，施工效率高。

本发明管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置的进一步改进在于，所述动力机构为推进油缸，所述推进油缸固定于所述推进总成上，所述推进油缸的油缸杆固定于所述固定后靠，通过所述推进油缸顶推所述固定后靠而对所述推进总成施加反推力，从而使得所述推进总成沿着所述底座向远离所述固定后靠的方向移动。

本发明管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置的进一步改进在于，所述底座的两侧固设有滑轨；

所述推进总成包括推进支架、固设于所述推进支架上远离所述固定后靠的侧面的保护支架以及固设于所述推进支架和所述保护支架底部的多个滚轮和挡轮；

所述推进支架上远离所述固定后靠的侧面的中部设有推动所述管节的推进面板；

所述保护支架罩设所述动力机构；

所述滚轮滑设于对应的所述滑轨上，所述挡轮挡设于对应的所述滑轨的内侧面。

本发明管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置的进一步改进在于，所述止退机构包括固设于所述龙门架上的止退安装座、固设于所述止退安装座上的安装螺母、与所述安装螺母螺合连接的调节螺杆以及与所述调节螺杆连接的止退顶块，所述调节螺杆的一端部为球形结构，所述调节螺杆的球形结构通过第一球面压板固定于所述止退顶块，所述止退顶块部分置于所述止退安装座内且可于所述止退安装座内移动，所述止退顶块上与所述管节相面对的面形成所述锯齿面。

本发明管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置的进一步改进在于，还包括装设于所述龙门架上且可伸缩调节的导向机构，所述导向机构上设有可转动的导向轮，通过伸缩调节所述导向机构使得所述导向轮贴设于所述管节的外侧面而对所述管节进行导向。

本发明管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置的进一步改进在于，所述导向机构包括固设于所述龙门架上的导向安装座、固设于所述导向安装座的连接螺母、与所述连接螺母螺合连接的连接螺杆以及安装所述导向轮的安装块，所述连接螺杆的一端部为球形结构；所述连接螺杆的球形结构通过第二球面压板固定于所述安装块，所述安装块置于所述导向安装座内且可于所述导向安装座内移动。

本发明管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置的进一步改进在于，所述底座的外周固设有水平支撑机构和垂直支撑机构，所述水平支撑机构的支撑长度可调节，所述垂直支撑机构的支撑高度可调节，通过所述水平支撑机构的支撑长度调节实现所述底座的水平位置的调节，通过所述垂直支撑机构的支撑高度调节实现所述底座的垂直位置的调节。

本发明管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置的进一步改进在于，所述水平支撑机构包括固定于所述底座上的水平支撑座、固设于所述水平支撑座上的第一螺母、与所述第一螺母螺合连接的第一螺杆以及与所述第一螺杆连接的水平支撑顶块，所述第一螺杆的一端部为球形结构，所述第一螺杆的球形结构通过第三球面压板固设于所述水平支撑顶块。

本发明管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置的进一步改进在于，所述垂直支撑机构包括固定于所述底座上的垂直支撑座、固设于所述垂直支撑座上的第二螺母、与所述第二螺母螺合连接的第二螺杆以及与所述第二螺杆连接的垂直支撑顶块，所述第二螺杆的一端部为球形结构，所述第二螺杆的球形结构通过第四球面压板固设于所述垂直支撑顶块。

本发明管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置的进一步改进在于，还包括放置于所述底座上并与所述推进总成相贴的中继顶块，所述中继顶块的形状与所述管节的形状相适配，所述中继顶块的长度为所述管节长度的一半。

附图说明

图1为本发明管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置的结构示意图。

图2为本发明管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置的俯视图。

图3为本发明管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置的主视图。

图4为本发明管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置中水平支撑机构的结构示意图。

图5为本发明管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置中垂直支撑机构的结构示意图。

图6为本发明管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置中导向机构的结构示意图。

图7为本发明管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置中止退机构的结构示意图。

图8至图12为本发明管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置推进管节过程的分解步骤的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参阅图1，本发明提供了一种管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置，布置于工作井内，用于实现管节的顶进和控制。本发明的主顶进装置为小口径管幕顶管机提供辅助推进管节施工，避免在推进过程中管节的回退以及减缓管节因机头质量大而引起的管节前部下倾的现象，解决现有利用圆形顶块推进时需要反复变换管线的时间消化的问题，提高了施工效率。下面结合附图对本发明管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置的结构进行说明。

参阅图1，显示了本发明管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置的结构示意图。下面结合图1，对本发明提供的管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置的结构进行说明。

如图1所示，本发明提供的一种管幕暗挖法顶管施工的主顶进装置20包括底座21、固定后靠22、推进总成23、动力机构24、龙门架25以及止退机构26，其中底座21为主顶进装置20的其他部件提供支撑安装的基础，该底座21用于放置在承载面上，使用时，主顶进装置20放置在隧道的始发井内，底座21置于始发井的底部。固定后靠22与底座21相连接，该固定后靠22与工作井的后靠相抵，为主顶进装置20提供牢固的顶撑基础。推进总成23可移动地滑设在底座21上，该推进总成23靠近固定后靠22设置，推进总成23设于固定后靠22的前侧，并可沿着底座21的设置方向进行前后移动。动力机构24固设在推进总成23上，该动力机构24还与固定后靠22连接，通过动力机构24推动推进总成23沿着底座21向远离固定后靠22的方向移动，移动时推进总成23推动管节10向隧道洞内顶进。龙门架25固设在底座21上并位于推进总成23的前方，在推进总成23向前顶进管节10时，该管节10穿过龙门架25而进入到隧道洞内。止退机构26装设在龙门架25上，该止退机构26为可伸缩调节的结构，结合图7所示，止退机构26上设有与管节10相适配的锯齿面261，通过止退机构26的伸缩调节使得该锯齿面261紧贴于管节10的外侧面从而限制管节10的回退。在利用推进总成23向前顶进管节10后，此时推进总成23推动管节10到达了向前移动的最大位移，调节止退机构26向靠近管节10的方向移动，使得锯齿面261紧贴在管节10的外侧面，而后利用动力机构24将推进总成23移动至原位，在推进总成23移动回位的过程中，管节10由于有止退机构26的压紧作用，而不会产生回退的现象，从而很好地解决了管节回退导致顶管推进精度控制难的问题。另外该止退机构26和龙门架25一起对顶进隧道洞内的管节10的后部实施压紧作用，使得该管节10的后部具有较高的结构稳定性，能够减缓机头质量大引起的整条管节下倾的现象，本发明的主顶进装置20能够保证管节10的稳定推进，安全可靠。

作为本发明的一较佳的实施方式，如图1所示，底座21包括相互连接的前底座21a和后底座21b，通过前底座21a和后底座21b拼接形成底座21使得本发明的主顶进装置20便于安装、拆卸以及吊装作业。

进一步地，结合图2所示，底座21具有调节位置的功能，在底座21的外周固设有水平支撑机构213和垂直支撑机构214，底座21的后侧与固定后靠22固定连接，底座21的前侧和左右侧均匀布设有水平支撑机构213和垂直支撑机构214。其中的水平支撑机构213的支撑长度可调节，垂直支撑机构214的支撑高度可调节，通过水平支撑机构213的支撑长度调节实现底座21的水平位置的调节，通过垂直支撑机构214的支撑高度调节实现底座21的垂直位置的调节。底座21为方形结构，其放置于工作井的底部，工作井也为方形结构，水平支撑机构213设置在底座21的前侧和左右侧，调整底座21左右侧上的水平支撑机构213顶撑于工作井的内壁，通过调节左右侧的水平支撑机构213的支撑长度来实现底座21水平位置的调节，比如将位于底座21左侧的水平支撑机构213的支撑长度调短，将位于底座21右侧的水平支撑机构213的支撑长度调长，该底座21就向着工作井的左侧内壁靠近。调节位于底座21前侧的水平支撑机构213的支撑长度使其抵靠在工作井的前侧内壁上。调节垂直支撑机构214顶撑在工作井的底部，通过调整垂直支撑机构214的支撑高度能够保证底座21呈水平状，以克服工作井底部不平的问题。依据隧道洞的位置来调节底座21的具体位置，使得放置在底座21上的管节10与隧道洞相对齐。

结合图4所示，水平支撑机构213包括固设在底座21上的水平支撑座2131、固设在水平支撑座2131上的第一螺母2132、与该第一螺母2132螺合连接的第一螺杆2133以及与第一螺杆2133连接的水平支撑顶块2134，第一螺杆2133的一端部为球形结构，第一螺杆2133的球形结构通过第三球面压板2135固设在水平支撑顶块2134上，通过转动第一螺杆2133使得该第一螺杆2133向着底座21的方向远离或者靠近移动而调节水平支撑顶块2134的位置，从而实现了水平支撑机构213的支撑长度调节。水平支撑顶块2134的前端形成有支撑面，用于抵靠在工作井的内壁上。该水平支撑座2131具有调节空间2136，水平支撑底座2131具有一固定安装在底座21上的底板和垂直固设在底板上的门型结构，该门型结构的内部和底板之间形成调节空间2136，门型结构上与底板相对的板面上固定连接有贯穿该板面的第一螺母2132，第一螺杆2133上与球形结构相对的端部螺合于第一螺母2132并伸入至调节空间2136内，通过设置调节空间2136为第一螺杆2133提供移动调节的空间。第一螺杆2133与水平支撑顶块2134连接的端部为球形结构，水平支撑顶块2134上开设有容置该球形结构的适配凹槽，第三球面压板2135将球形结构固定在水平支撑顶块2134的凹槽内，通过球形结构在凹槽内的随意转动使得水平支撑顶块2134的支撑面具有随意调节的功能，使得其能够很好地贴合在工作井的内壁上。

结合图5所示，垂直承插机构214包括固定于底座21上的垂直支撑座2141、固设在垂直支撑座2141上的第二螺母2142、与第二螺母2142螺合连接的第二螺杆2143以及与第二螺杆2143连接的垂直支撑顶块2144，第二螺杆2143的一端部为球形结构，该第二螺杆2143的球形结构通过第四球面压板2145固设在垂直支撑顶块2144上。通过转动第二螺杆2143使得该第二螺杆2143向着工作井底部的方向远离或者靠近移动而调节垂直支撑顶块2144的位置，从而实现了垂直支撑机构214的支撑高度的调节。垂直支撑顶块2144的底部形成有支撑面，该支撑面用于抵靠在工作井的底部上。垂直支撑座2141固定在底座21上，该底座21为垂直支撑座2141开设有开口，垂直支撑座2141上固设有贯穿的第二螺母2142，该第二螺母2142对应底座21上的开口设置，第二螺杆2143上与球形结构相对的端部从底座21底部穿过开口与第二螺母2142螺合并伸出至底座21的上方，第二螺杆2143的球形结构与垂直支撑顶块2144呈垂直状设置并位于底座21的下方，通过旋转第二螺杆2143使得垂直支撑顶块2144顶撑在工作井的底部上。在垂直支撑顶块2144上开设有容置第二螺杆2143的球形结构的凹槽，第四球面压板2145将第二螺杆2143的球形结构固定在垂直支撑顶块2144的凹槽内，通过球形结构在凹槽内的随意转动使得垂直支撑顶块2124的支撑面具有随意调节的功能，使得其能够很好地支撑在工作井的底部上。

作为本发明的另一较佳的实施方式，如图1和图2所述，固定后靠22包括后靠板221、固设在后靠板221上相对的两个凸台222以及支撑连接该两个凸台222的连杆223，其中的后靠板221为整块钢板，用于与工作井的后靠相抵靠，凸台222用于与动力机构24连接，凸台222为门型状的结构，该门型状的结构上的竖向件垂直固设在后靠板221上，横向件用于与动力机构24连接。两个凸台222之间垂直连接连杆223，该连杆223采用H型钢，提高了凸台222的结构强度及稳定性。后靠板221的底部与底座21的后侧固定连接。

作为本发明的又一较佳的实施方式，如图1和图2所示，动力机构24为推进油缸，该推进油缸固定在推进总成23上，推进油缸内设有油缸杆241，该油缸杆241固定于固定后靠22上，通过推进油缸24顶推固定后靠22而对推进总成23施加反推力，从而使得推进总成沿着底座21向远离固定后靠22的方向移动。推进油缸还包括油缸顶块242，该油缸顶块242装设在固定后靠22的凸台222上，油缸顶块242的底部固定在凸台222的横向结构上，该油缸顶块242上对应油缸杆241的端部形成有安装槽，较佳地，油缸杆241的端部为带有插销孔的球头，该油缸杆241的球头穿过推进总成23而置于油缸顶块242的安装槽内，通过销轴穿过安装槽和球头的插销孔而将油缸杆241固定在油缸顶块242上，在安装槽和球头之间设置有橡胶圈。在油缸顶块的安装槽的槽口处设置有两个夹板，两个夹板对接夹设在油缸杆上并将球头限位在安装槽内，每一夹板通过两个支撑弹簧支撑连接在油缸顶块242上，该支撑弹簧设置在安装槽的附近。通过设计球头、橡胶圈以及支撑弹簧，使得油缸杆241与油缸顶块242的连接处可微调，在使用时，油缸杆241向后推顶油缸顶块242而将作用力施加在固定后靠22上，从而使得推进油缸和推进总成23受到反推力的作用而向着远离固定后靠22的方向移动，利用反推力实现推进总成23的移动，使得推进油缸可安装在推进总成23的前侧且随着推进总成23一起向前移动，能够有效地利用空间，由于工作井的操作空间有限，通过反推力的设计，使得推进总成23和推进油缸占用较小的空间，提高空间的有效利用率，能够在底座21上腾出空间安装龙门架25。

作为本发明的再一较佳的实施方式，如图1至图3所示，底座21的两侧固设有滑轨211，较佳地，该滑轨211为箱型结构。推进总成23包括推进支架231、固设在推进支架231上远离固定后靠22的侧面2311的保护支架232以及固设在推进支架231和保护支架232底部的多个滚轮233和挡轮234，推进支架231的侧面2311的中部设有推动管节10的推进面板235，该推进面板235为钢板，推进面板235推动管节10时，能够使得管节10的受力均匀，且解决了现有采用的圆形顶块在每次推进后均需要变换路线而增加推进时间的问题。保护支架232用于保护动力机构24，该保护支架232照射在动力机构24上。滚轮233滑设在对应的滑轨211上，挡轮234挡设在对应的滑轨211的内侧面，通过滚轮233滑设在滑轨211上，使得推进支架231和保护支架232可沿着滑轨211进行移动，而挡轮234在推进支架231和保护支架232沿着滑轨211移动的过程中始终挡设在滑轨211的内侧面，对推进总成23起到了导向作用，防止其在沿着滑轨211移动时产生偏移。

如图1至图3所示，底座21上固设一对支撑轨道212，该一对支撑轨道212用于支撑管节10，支撑轨道212上用于支撑管节10的支撑面为倾斜面，两个支撑轨道212上的倾斜面呈相面对设置，使得管节10能够稳定的放置于支撑轨道212上。

作为本发明的再又一较佳的实施方式，龙门架25包括多个单体门架和将多个单体门架连接在一起的横向杆件，龙门架25的内部用于管节10的通过，该龙门架25的设置，对管件10起到了一定的稳固作用。

作为本发明的再又一较佳的实施方式，如图1、图2和图7所示，止退机构26包括固设在龙门架25上的止退安装座262、固设在止退安装座262上的安装螺母263、与安装螺母263螺合连接的调节螺杆264以及与调节螺杆264连接的止退顶块265，调节螺杆264的一端部为球形结构2641，该调节螺杆264的球形结构2641通过第一球面压板266固定于止退顶块265上，该支腿顶块265部分置于止退安装座262内并且可于止退安装座262内移动，该止退顶块265上与管节10相面对的面形成锯齿面261，该锯齿面261为与管节10的外表面相贴合的凹面。较佳地，止退机构26为两个，相对地设置在龙门架25的两侧，通过两个止退机构26一起压紧管节10，防止管节10的回退。具体地，止退安装座262的底部固定连接在龙门架25上，在底部上设有垂直的安装板，在安装板上固定安装有安装螺母263，调节螺杆264穿过安装板并与安装螺母263螺合连接，通过旋转该调节螺杆264为使得该调节螺杆264可沿着安装螺母363前后移动调节，调节螺杆264的球形结构2641与止退顶块265连接，从而带着止退顶块265向着管节10的方向相靠近或者相远离的移动，在止退安装座262的安装板的侧面设有安装框，止退顶块265置于该安装框内，并且可在该安装框内进行移动，安装框对止退顶块265起到了导向的作用，还不会妨碍止退顶块265的移动调节。

作为本发明的再又一较佳的实施方式，如图1至图3和图6所示，本发明的主顶进装置20还包括装设在龙门架25上且可伸缩调节的导向机构27，导向机构27上设有可转动的导向轮271，通过伸缩调节导向机构27使得导向轮271设于管节10的外侧面而对管节10进行导向。较佳地，导向机构27相对地设于龙门架25上，从而两个导向机构27的导向轮271相对地抵靠在管节10的外侧面，在管节10向前推顶时，导向轮271可在管节10的外侧面进行滚动，通过导向机构27配合龙门架25一起压紧管节10，提高了管节10推进过程的稳定，还为管节10提供了稳固作用，能够缓解因机头质量大引起的整体管节下倾的现象。

进一步地，导向机构27包括固设于龙门架25上的导向安装座272、固设于导向安装座272的连接螺母273、与连接螺母273螺合连接的连接螺杆274以及安装导向轮271的安装块275，连接螺杆274的一端部为球形结构2741；连接螺杆274的球形结构2741通过第二球面压板276固定于安装块275，安装块275置于导向安装座272内且可于导向安装座272内移动。该导向安装座272的结构与止退安装座262的结构相同，具有一与龙门架25固定连接的底部、设置在底部上的安装板和设置在安装板上的安装框，安装板上固定连接螺母273，连接螺杆274穿过安装板与连接螺母273螺合连接，从而转动连接螺杆274可调节导向轮271的位置，使得导向轮271能够紧贴在管节10的外侧面上。导向安装座272的安装框对安装块275起到了导向的作用，还不会妨碍安装块275的移动调节。

较佳地，在龙门架25上设置两对导向机构27，其中的一对导向机构27设置在龙门架25的前端，另一对导向机构27设置在龙门架25的后端，在龙门架25的中部设置一对止退机构26。将导向机构27和止退机构26以斜向45度正对管节10的位置安装在龙门架25上。

作为本发明的再又一较佳的实施方式，如图1所示，为了提高管节10的顶进效率，本发明的主顶进装置20还包括放置于底座21上并与推进总成23相贴的中继顶块28，中继顶块28的形状与管节10的形状相适配，中继顶块28的长度为管节10长度的一半。通过设置中继顶块28，使得一个管节10的顶进施工，可通过两次油缸行程即可完成，能够提高管节的顶进施工的效率。

下面结合图8至图12，对本发明的主顶进装置20顶进管节10的施工过程进行说明。

如图8所示，将主顶进装置20放置在隧道的工作井内，调节好底座21的位置，使得底座21上的支撑轨道212能够正对隧道洞，且固定后靠22抵靠在工作井的后靠上，将管节10吊装至底座21的支撑轨道212上，管节10的端部抵靠推进总成23的推进面板235，启动动力机构24顶进管节10。接着如图9所示，通过动力机构24将推进总成23移动至前方的最大位移处，在移动的过程中将管节10的前部顶进至隧道洞内，管节10有部分位于龙门架25的下方，此时调节止退机构26使得锯齿面261紧贴在管节10的外侧面，接着如图10所示，通过两个止退机构26压紧管节10，通过动力机构25将推进总成23移动至复位，完成了管节10的第一次顶进。接着如图11所示，而后吊装中继顶块28，将中继顶块28防止在支撑轨道212上，中继顶块28的端部贴设在推进面板235上，接着如图12所示，启动动力机构24推动推进总成23，在中继顶块28顶至管节10时，将止退机构26的锯齿面261上移，从而通过中继顶块28将管件10继续向前推进，待管节10推进至焊接区域后，停止动力机构24的动作，将止退机构26的锯齿面261下移而紧贴至管节10的外侧面，接着回缩动力机构24和推进总成23至原位，移除中继顶块28，完成了一段管节10的顶进安装，如此往复直至管节10施工完毕。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。