非圆形断面掘进机开挖盲区预处理设备的制作方法

1.本实用新型涉及一种非圆形断面掘进机开挖盲区预处理设备。


背景技术：

2.随着城市建设的飞速发展，对城市地下空间开发的需求越来越大，需要隧道掘进机对断面、地层的适应性要求越来越高。实际在地下隧道掘进施工过程中，经常会遇到上软下硬、局部基岩之类的地质情况，这种基岩凸起侵入到隧道掘进机掘进路径的情况，对掘进机往往会造成一定的不利影响。对常规的圆形全断面硬岩隧道掘进机而言，其容易造成盾构刀盘磨损加剧，影响掘进效率和刀盘寿命。而对于非圆形（异形）断面掘进机而言，其对掘进机造成的不利影响更加严重。因异形断面掘进机刀盘布置的限制而在断面上存在开挖盲区，这样一旦基岩侵入开挖盲区，在掘进过程中，开挖盲区侵入的基岩往往会对掘进机施加侧向作用力，进而使得掘进机的掘进路径出现偏差，甚至出现掘进机顶死，造成掘进机进退两难，给地下隧道掘进施工造成极大困难。目前提出了对非圆形断面掘进机的开挖盲区进行预处理的施工思路，但是目前并没有一种很好的配套设备。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供非圆形断面掘进机开挖盲区预处理设备，以对开挖盲区内侵入的基岩或桩基进行预处理，便于后续非圆形断面掘进机的掘进施工。
4.本实用新型的非圆形断面掘进机开挖盲区预处理设备包括：
5.顶管机主机；
6.驱动系统；
7.传力管节，有多个，多个传力管节用于依次接续以从顶管机主机的后侧向前顶推顶管机主机；
8.驱动系统用于顶推顶管机主机掘进，以及用于在顶管机主机掘进结束后打出的孔洞为通孔时，驱动传力管节回退或前进以移出所述通孔，在顶管机掘进结束后打出的孔洞为盲孔时，驱动传力管节与顶管机主机同步回退以移出所述盲孔。
9.采用本实用新型的非圆形断面掘进机开挖盲区预处理设备能够在非圆形断面掘进机进行掘进施工之前，通过顶管机主机配合传力管节和驱动系统对非圆形断面掘进机的开挖盲区进行打孔预处理，破碎消除开挖盲区内的基岩或桩基，为非圆形断面掘进机的后续掘进打好铺垫，而且在打孔预处理完成后，通过驱动系统能够从孔洞中退出传力管节甚至顶管机主机，避免地层内遗留设备零部件，便于后续进行掘进施工。
10.进一步的，所述驱动系统包括驱动油缸，用于在掘进结束后将传力管节拉出孔洞。驱动油缸能够提供较大的驱动力，工作过程稳定可靠。
11.更进一步的，所述驱动油缸用于布置在始发井内，驱动油缸用于在掘进时向前顶推顶管机主机以及在掘进结束后向后拉拽或顶推传力管节使其移出孔洞。驱动油缸能够同时起到顶推顶管机主机进行掘进的作用，还能起到移出传力管节的作用，一物两用，降低了
设备成本。
12.作为一种优化的方案，针对打出盲孔的预处理，所述驱动系统包括用于向顶管机主机前侧的顶管机主机与其打出的盲孔所围成的封闭空间内注浆打压，以驱动顶管机主机以及各传力管节从盲孔中退出的注浆系统。采用注浆系统提供回退驱动，能够在注浆打压反推驱动顶管机主机以及传力管节回退的同时，实现对打出的孔洞的回填，一步两用，提高了施工的便捷性。
13.作为另一种优化的方案，针对打出通孔的预处理，所述驱动系统包括用于分别将顶管机打出的通孔的一端孔口和靠近该端孔口的传力管节的管孔封堵的封堵件，以及向两封堵件之间的封闭空间中注浆以驱动各传力管节从通孔中退出的注浆系统。采用注浆系统提供回退驱动，能够在注浆打压反推驱动顶管机主机以及传力管节回退的同时，实现对打出的孔洞的回填，一步两用，提高了施工的便捷性。
14.进一步的，所述封堵件为封板，结构简单轻便。
15.更进一步的，所述封板上设有用于与传力管节的管口连接的连接法兰，通过设置的连接法兰能够方便与传力管节拆装。
16.进一步的，所述注浆系统为顶管机主机自带的泥水平衡注浆系统，这样能够减少设备用量，降低设备成本。
17.此外，所述传力管节为金属管节或工程塑料管节。这样类型的传力管节，结构强度高、传力效果好，而且重量较轻，与孔洞内壁之间的摩擦力小，便于从孔洞中移出。
附图说明
18.图1为本实用新型的非圆形断面掘进机开挖盲区预处理设备的第一种实施方式的实施例一的结构示意图；
19.图2为显示基岩地层异形断面掘进施工的地层结构示意图；
20.图3为图2中从始发井沿掘进路径方向的地层结构示意图；
21.图4为显示矩形断面掘进机的刀盘分布图；
22.图5为显示图4所示的矩形断面掘进机的开挖盲区的示意图；
23.图6为通过本实用新型的非圆形断面掘进机开挖盲区预处理设备对矩形断面掘进机的开挖盲区中基岩侵入的位置进行打孔操作的断面示意图；
24.图7为马蹄形断面掘进机的开挖盲区的示意图；
25.图8为通过本实用新型的非圆形断面掘进机开挖盲区预处理设备对马蹄形断面掘进机的开挖盲区中基岩侵入的位置进行打孔操作的断面示意图；
26.图9为在开挖盲区中侵入基岩贯通整个掘进路径时，本实用新型的非圆形断面掘进机开挖盲区预处理设备的第一种实施方式的实施例一在打孔施工时的示意图；
27.图10为图9所示打孔施工完成后回填施工的示意图；
28.图11为在开挖盲区中侵入基岩占据部分掘进路径时，本实用新型的非圆形断面掘进机开挖盲区预处理设备的第五种实施方式的实施例一在打孔施工时的示意图；
29.图12为图11所示打孔施工完成后回填施工的示意图；
30.图中：10、始发井；11、接收井；110、孔洞封板；2、掘进路径；20、软土；3、基岩；23、回填介质；4、刀盘；40、刀盘掘进面；5、开挖盲区；6、打孔截面；60、顶管机主机；61、传力管节；
610、管节封板；611、注浆孔；62、注浆管；63、液压顶推装置；630、驱动油缸。
具体实施方式
31.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
32.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
34.以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。
35.本实用新型的非圆形断面掘进机开挖盲区预处理设备的第一种实施方式：
36.非圆形断面掘进机开挖盲区预处理设备的实施例一：如图1所示，包括顶管机主机60、多根传力管节61以及驱动系统。其中，顶管机主机60与现有的泥水平衡式顶管机的主机结构相同，顶管机主机60配置有泥水平衡注浆系统，由于顶管机主机以及泥水平衡注浆系统均为较为成熟的现有技术，本文不再详细介绍。
37.传力管节61优选为金属管节或工程塑料管节，传力管节的两端分别设有内连接法兰，能够使各传力管节依次连接。
38.驱动系统用于顶推顶管机主机掘进，且用于在顶管机主机掘进结束后打出的孔洞为通孔时，驱动传力管节回退或前进以移出所述通孔，用于在顶管机掘进结束后打出的孔洞为盲孔时，驱动传力管节与顶管机主机同步回退以移出所述盲孔。
39.本实施例中，驱动系统包括液压顶推装置63，即现有的顶管机自带的用于顶推顶管机主机进行掘进的液压设备，主要包括固定底座以及固定安装在固定底座上的驱动油缸630。
40.以下结合图2
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10，通过说明其使用过程和方法来更清楚的介绍、展示本实用新型的非圆形断面掘进机开挖盲区预处理设备。
41.为我们所知的，对上软下硬、局部基岩或桩基、全断面硬岩等地层，现有异形断面隧道掘进机（非圆形：包括但不限于矩形、马蹄形等断面）的刀盘4掘进时存在开挖盲区，且盲区基岩无法切削掘进，进而使得掘进机的掘进路径出现偏差，甚至出现掘进机顶死的问题。本实用新型的非圆形断面掘进机开挖盲区预处理设备主要用于在非圆形断面掘进机的
开挖盲区有基岩或桩基侵入时，对开挖盲区的基岩或桩基进行打孔破碎处理，在需要时，还能够对打出的孔洞进行回填，实现地层硬岩到软土的置换。
42.具体的，通过前期对掘进位置的地质勘探，确定软土20中基岩3的位置，完成异形断面隧道掘进机选型，然后依据地质勘探的基岩3位置具体区域、分布形式，结合掘进机刀盘掘进面40确定开挖盲区5位置，对需要进行基岩3预处理的位置在地层探测图纸上进行标定。当开挖盲区内的基岩3为硬岩、富水地层、复合地层等复杂地质条件，由于地层直接掘进预处理破碎基岩3可能存在涌水、冒浆等潜在风险，对地面安全及环境造成恶劣影响，即可通过本实用新型的非圆形断面掘进机开挖盲区预处理设备对开挖盲区进行预处理。
43.预处理方式如下：
44.当盲区内的基岩3为硬岩、富水地层、复合地层等复杂地质条件，且盲区内的基岩3贯穿整条隧道的掘进机掘进路径2时（贯穿整个隧道掘进机的掘进路径是指基岩或桩基间断或连续分布在整个掘进路径上）：
45.首先在隧道挖掘的始发井10内测量顶管机主机60的放置点位，然后放置顶管机主机60，保证顶管机主机60的打孔截面6对准开挖盲区5中侵入的基岩3，且在顶管机主机60的背向掘进断面的一侧安装液压顶推装置63，在顶管机主机60以及液压顶推装置63之间放置传力管节61，通过液压顶推装置63顶推传力管节61并间接顶推顶管机主机60进行掘进；随着顶管机主机60的推进，连续多次增加顶管机主机60以及液压顶推装置63之间的传力管节61的数量，即每掘进一定距离，增加一节传力管节61，直到顶管机主机60掘进贯通接收井11，就完成了对该盲区进入基岩3位置的打孔，而且打出的孔洞内填满了连续成串的传力管节61。
46.本实施例的驱动系统还包括孔洞封板110、管节封板610以及顶管机主机60自带的泥水平衡注浆系统，管节封板610上设有与泥水平衡注浆系统的注浆管62对接连接的注浆孔611，还设有用于与传力管节的管口连接的连接法兰。
47.具体的实施过程，在进行回退时，从接收井11一侧取出顶管机主机60，然后将孔洞的前端孔口，即处于接收井11井壁上的孔口通过孔洞封板110进行封堵，将最前侧的一节传力管节61的前端管口通过管节封板610进行封堵，然后通过泥水平衡注浆系统的注浆管与管节封板610上的注浆孔611连接，向两个封板以及孔壁围成的封闭空间中注浆打压，进行回填。由于在高压灌注浆液即回填介质23的同时，高压回填介质23对孔洞内的传力管节61具有压力，进而能够顶退孔洞内的传力管节61，使其从始发井10一端逐节退出，进而在取出各传力管节61的同时，实现密实的回填。当然，在具体实施时，还可以将孔洞的后端口，即处于始发井井壁上的孔口通过孔洞封板封堵，将前后侧的一节传力管节的后端管口通过管节封板封堵，其中，孔洞封板上设有注浆孔，然后通过泥水平衡注浆系统的注浆管孔洞封板上的注浆孔对接，并向两封板之间的封闭空间中注浆，从而将传力管节从接收井一侧顶出。
48.当然，在实施例二中，另外设置回填注浆系统作为驱动系统的一部分同样可行，例如驱动系统除了液压顶推装置63，还包括孔洞封板110、管节封板610以及回填注浆系统，其中孔洞封板110上设置注浆孔，管节封板610为完整封板，回填注浆系统布置在接收井中，且其注浆管与孔洞封板110上的注浆孔对接连接，并向封闭空间中打压注浆，从而同步实现回填和传力管节的回退。
49.本实用新型的非圆形断面掘进机开挖盲区预处理设备的第二种实施方式：
50.与上文介绍的第一种实施方式中的各种实施例不同的是，本实施方式的实施例一中的非圆形断面掘进机开挖盲区预处理设备的驱动系统为顶管机自带的液压顶推装置，主要包括固定底座以及驱动油缸，在顶管机主机掘进过程中，通过驱动油缸顶推顶管机主机以推动其向前掘进，在掘进结束后需要将传力管节取出时，驱动油缸反向固定安装在始发井的靠近孔洞一侧的位置，顶推油缸的输出端向后顶推或者拉拽最后端的传力管节的端部，从而将各传力管节向外施力。
51.当然，本实施方式的实施例二中，驱动系统除了包含顶管机自带的液压顶推装置外，还包括额外设置的移出油缸，在顶管机主机掘进过程中，通过驱动油缸顶推顶管机主机，在顶管机主机掘进结束后需要从孔洞中取出传力管节时，通过移出油缸对传力管节施力并拉出传力管节。
52.本实用新型的非圆形断面掘进机开挖盲区预处理设备的第三种实施方式：
53.该实施方式的非圆形断面掘进机开挖盲区预处理设备的驱动系统既包含第一种实施方式的两种实施例中的任一种所介绍的注浆系统，还包括第二种实施方式的两种实施例中的任一种所介绍的液压油缸，即通过注浆系统和液压油缸共同作用实现对传力管节的回退。
54.本实用新型的非圆形断面掘进机开挖盲区预处理设备的第四种实施方式：
55.该实施方式的第一种实施例中，传力管节的两端部分别设置螺纹连接结构，相邻传力管节通过螺纹连接结构旋拧连接；类似的第二种实施例中，传力管节的两端部分别设有内、外止口，且在内、外止口处设有径向连接孔，相邻两传力管节在通过相邻端的止口对接后，通过穿过径向连接孔的连接螺栓可拆连接。
56.本实用新型的非圆形断面掘进机开挖盲区预处理设备的第五种实施方式：
57.该种实施方式的非圆形断面掘进机开挖盲区预处理设备主要用于针对开挖盲区进行打挖盲孔的预处理操作。此种情况下，如图11
‑
12，由于顶管机主机60前侧本身就形成封闭空间，直接通过向该封闭空间中打压注浆即可实现顶管机主机以及孔洞内各个传力管节61的回退。因此，本实施方式的各实施例中，驱动系统不再包含管节封板和孔洞封板。其中，本实施方式的第一种实施例中，驱动系统除了包含顶管机自带的液压顶推装置外，还包括顶管机主机自带的泥水平衡注浆系统构成，在顶管机主机开挖到预定位置时，直接通过自带注浆系统向顶管机主机60前端的封闭空间中打压注浆，即可将顶管机主机以及传力管节从盲孔中退出。或者，还可以将液压顶推装置的驱动油缸反装，在通过注浆打压回退顶管机主机以及各传力管节的同时，通过驱动油缸对传力管节施力，以将传力管节及顶管机主机从盲孔中移出。
58.当然，本实施方式的第三种实施例中，驱动系统除了包含顶管机自带的液压顶推装置外，还包括独立于顶管机额外设置的移出油缸，在顶管机主机掘进过程中，通过液压顶推装置顶推顶管机主机掘进，在顶管机主机掘进结束后，需要将传力管节从盲孔中取出时，通过移出油缸对传力管节施力，将其移出盲孔。
59.本实用新型的非圆形断面掘进机开挖盲区预处理设备的第六种实施方式：
60.在本实施方式中，封堵件可以替换为堵塞，即封堵孔口的为孔洞堵塞，封堵管口的为管节堵塞，在需要孔洞堵塞与注浆管连接的实施例中，孔洞堵塞上设置注浆孔，在需要管节堵塞与注浆管连接的实施例中，管节堵塞上设置注浆孔。
61.本实用新型的非圆形断面掘进机开挖盲区预处理设备的第七种实施方式：
62.本实施方式中，各传力管节的两端分别设有内、外止口结构，各传力管节在接续在顶管机主机与液压顶推装置之间时，通过内、外止口结构定位对接，但并不固连，此时在掘进结束后取出传力管节时，通过向封闭空间中注浆打压的方式向外顶推各传力管节。
63.此外，需要说明的是，以上文中所描述的液压顶推装置顶推顶管机主机根据具体的施工过程包含了直接顶推顶管机主机以及通过传力管节间接顶推顶管机主机两种形式。
64.以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。