[发明专利]钻顶机及其三步顶管法

说明书

技术领域

本发明涉及市政管道顶管施工领域，具体涉及微型顶管中的螺旋式钻顶机。

背景技术

目前，我国城市管网建设正如火如荼的进行中，传统的管网改造与建设需要将路面重新挖开，不仅造成经济浪费，还影响交通、污染环境。相较传统的施工方法，顶管法施工具有不需要开挖地面、占地面积小、交通影响小、开挖速度快、环保、经济、高效等优势，已经得到了全面的推广和应用。

其中大、中、小口径顶管技术已经比较成熟，随着城市管网支线建设的快速发展，直径Φ600mm以下微口径管道需求量在急速增加。微型顶管工程从机械设备到施工工艺以及相关的技术人员都不全面，不成熟。

目前行业中对于微口径管道的施工方法主要有三种：其一是利用水平定向钻拉管技术，施工工艺是先导向，再扩孔，后回拉铺设管道，扩孔的直径为拉管的(1.2-1.5)倍，导致周边土壤松动范围较大，管道下沉严重，且导向精度不高，无法保证达到设计坡度的要求；其二是微型泥水平衡顶管机，包含刀盘动力系统、进排泥系统、导向纠偏系统等，结构复杂紧凑，一旦在施工过程中设备出现故障问题，由于管道管径太小人员无法进入维修，会导致工程失败，另外，每一台微型泥水平衡顶管机只能顶指定的单一管道，通用性不高；其三是前出土方式的螺旋顶管机，先顶入导向钻杆，形成一条指定的轨迹，导向完成之后，通过挤压的方式沿着导向钻杆顶入螺旋杆和排土钢管，然后将掘进机头前端动力部件与螺旋杆连接，掘进机头尾部与管道连接，螺旋杆与掘进机头内的动力部件做同轴转动搅动土体，经过挤压的方式将渣土挤入排土钢管内，并通过螺旋杆将渣土输送到接收坑，边顶进管道，边排土，直到完成整个铺管工作。该顶管方式的主要缺陷是一旦遇到较硬的土质或者土质变化比较大的情况，渣土无法挤入出土管，出土不畅，会在掘进机头前面堆积，阻塞出土通道，阻力越来越大，排土钢管和螺旋杆断裂导致工程失败。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术之不足，提供一种安全、高效的微型顶管设备钻顶机以及其主要的施工工艺“三步顶管法”。

本发明的钻顶机主要包括导向系统、掘进刀盘、输土系统、动力系统、主机结构。

导向系统：由导向钻头、LED光靶、导向钻杆、电子经纬仪与高清摄像头组合、带十字的高清显示屏组成。LED光靶上呈十字分布着若干光源，纵向方向上半部长下半部短，LED光靶固定在导向钻头内部，且上半部指向导向钻头斜掌面顶端，以此来判断导向钻头的实时方位；导向钻杆为中间通孔的双壁钻杆，可以通过中间通孔来观察LED光靶，双壁之间空隙可以注入高压水，并通过导向钻头前端的注水孔向土体中注水，以此来改良土质，提高工作效率；电子经纬仪与高清摄像头组合，安装在经纬仪支架上，经纬仪支架固定在后靠背旁边，经纬仪中线和高程均按设计要求调整，且可以通过经纬仪目镜观察到LED光靶；高清摄像头与经纬仪目镜相连接，采集目镜所成的图像传输到高清高清显示屏上，高清显示屏带十字刻度，通过对比LED光靶指向，判断出导向钻杆沿设计轴线的偏离方向，从而及时转动导向斜掌面进行纠偏操作。

掘进刀盘：所述的掘进刀盘上分布着三排截齿刀呈锥子形状排布，截齿刀可替换；掘进刀盘前端与导向钻杆相连接，掘进刀盘后端与螺旋杆相连接，螺旋杆转动带动掘进刀盘转动切削土体。

输土系统：由输土钢筒、螺旋杆、主顶环、固定环、螺旋杆连接件组成。首根螺旋杆前端与掘进刀盘相连接，后端与其后的螺旋杆连接；螺旋杆连接件前端与尾根螺旋杆连接，后端与马达轴向装置连接；螺旋杆在输土钢筒内可以自由旋转；主顶环安装在主机架上，固定环安装在主顶环的前端，输土钢筒尾部应插入固定环内并固定。

动力系统：由液压马达、主顶油缸、辅助油缸、主机架、马达轴向装置、马达固定架、马达导轨组成。液压马达为中心通孔式，前端与马达轴向装置相连接，整体固定在马达固定架上；马达固定架安装在马达导轨上，并且可以在马达导轨上自由滑动；马达导轨安装在主机架斜对角处；主机架左右两侧各安装一个主顶油缸，主顶油缸尾部固定在主机架前板上，主顶油缸端头固定在止动件前侧面上，主要提供施工中的顶力；辅助油缸前后端分别与马达固定架和主机架后板相连接，油缸伸出与缩回带动马达固定架在马达导轨上前后滑动。