[发明专利]格栅式非开挖顶管掘进设备及非开挖顶冲法隧洞掘进工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种非露天挖掘隧洞的掘进设备及方法，特别是一种格栅式非开挖 顶管掘进设备及非开挖顶冲法隧洞掘进工艺。

背景技术

随着我国铁路建设的飞速发展，下行横穿铁路线的非露天开挖的隧洞工程越来 越多，对于这些分散的小型(直径0.8-3.0米涵洞)工程长期以来都是采用轨束梁、 工字钢、军便梁加固线路后进行顶进施工，按正常情况每个工点施工至少需要分别 五次封锁线路，施工期间列车须限速25-45公里/小时运行，尤其是线路上进行人工 挖便梁支墩孔桩，直接破坏路基的稳定，影响铁路运输秩序和安全生产。

对于长度较大的隧洞工程也有采用旋转刀盘掘进机的施工方法，但施工期间更 换刀盘复杂、困难，特别是顶推与刀盘旋转经常不同步会导致刀盘旋转时间超长， 易形成空洞，导致冒顶塌方；如遇突来障碍或土体变化，刀盘不能旋转切割，甚至 损坏刀盘；掘进过程中易产生偏差需经常进行纠偏，纠偏后管子会与土体产生缝隙， 导致土体易下沉；刀盘直径比管体大，会产生缝隙，长时间顶推管子会导致土体沉 降。

发明内容

本发明的目的是提供了一种非露天挖掘隧洞并可防止隧洞地表变形、施工安全 可靠的格栅式非开挖顶管掘进设备及非开挖顶冲法隧洞掘进工艺；适用于非露天开 挖掘进穿越铁路、公路、古建筑物、植被保护层或小河流的隧洞。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种格栅式非开挖顶管掘进设备， 包括顶管油缸及其液压站、砼管、吊车、外顶铁、护套、顶管加力装置、导向砼管、 格栅顶冲工作头或前冲式顶冲工作头以及安置在格栅顶冲工作头或前冲式顶冲工作 头下面的导轨。

所述格栅顶冲工作头由焊接为一体的顶冲头外圈、顶冲头内圈和格栅组成，顶 冲头外圈的外径与所述导向砼管外径相等，顶冲头内圈的内径与导向砼管内径相等； 顶冲头外圈垂直于轴线的一个端面设有刀口，格栅与顶冲头外圈带刀口端的内侧及 顶冲头内圈的端头焊接为一体；顶冲头外圈垂直于轴线的另一个端面设有企口接头， 格栅顶冲工作头的底部设有能通过所述导轨的长方形通透窗口。

所述前冲式顶冲工作头由焊接为一体的前冲式顶冲头外圈、顶冲头内圈和格栅 组成，前冲式顶冲头外圈与轴线夹角为α＝40°-70°的一个端面设有刀口，格栅与前 冲式顶冲头外圈带刀口端的内侧及顶冲头内圈的端头焊接为一体；前冲式顶冲头外 圈垂直于轴线的另一个端面设有企口接头。

所述砼管和导向砼管为中空圆柱形，砼管和导向砼管的端面设有企口接头或平 口接头；在两根砼管的接头处设有护套。

所述顶管加力装置由油缸顶铁、安装在油缸顶铁外圈内侧周边的加力油缸和活 塞杆顶铁组成；活塞杆顶铁的一端紧固装有套入油缸顶铁外圈的套管，套管的内圈 与油缸顶铁的外圈滑动配合，加力油缸的活塞杆端头顶住活塞杆顶铁；活塞杆顶铁 和油缸顶铁的外径与所述砼管外径相等，活塞杆顶铁和油缸顶铁的端面设有与砼管 端面相配合的企口接头或平口接头。

所述外顶铁的外径与砼管外径相等，外顶铁端面的企口接头或平口接头与砼管 端面相配合，外顶铁包括圆环形外顶铁或半圆形外顶铁；圆环形外顶铁或半圆形外 顶铁的宽度相等并小于顶管油缸及加力油缸的行程。

所述格栅顶冲工作头的企口接头是由顶冲头外圈和顶冲头内圈组成的顶冲头内 凹企口，顶冲头内凹企口与所述导向砼管的砼外凸企口配合套接；所述前冲式顶冲 工作头的企口接头是由前冲式顶冲头外圈和顶冲头内圈组成的顶冲头内凹企口，顶 冲头内凹企口与所述导向砼管的砼外凸企口配合套接。

所述活塞杆顶铁、油缸顶铁、圆环形外顶铁或砼管端面的企口接头包括一端的 外凸企口和另一端的内凹企口，外凸企口与内凹企口配合套接。

所述活塞杆顶铁、油缸顶铁、圆环形外顶铁或砼管端面的平口接头包括一端带 密封环的圆锥平口接头和另一端带钢圈的平口接头，钢圈的外径与砼管外径相等， 钢圈的内径与带密封环的圆锥平口接头配合套接。

一种采用上述格栅式非开挖顶管掘进设备的非开挖顶冲法隧洞掘进工艺，其步 骤如下：

[1]在待掘进的隧洞两端分别开挖工作井和接受井，工作井和接受井的长度为 砼管长度的2-3倍，工作井和接受井的宽度为砼管宽度的1.5-2倍；

[2]在工作井的端部，对着砼管端面的周边，安装2-4个顶管油缸；在工作井 的底部，铺设导轨；