[发明专利]一种泥水平衡式顶管机及其在流砂地层中的施工工艺

权利要求书

1.一种泥水平衡式顶管机，包括机头、主顶机构、液压站、纠偏油缸、控制柜、激光经纬仪；机头包括刀盘、钻削刀座、调节箍圈、中心刀、固定箍圈、引料口、前仓、驱动部；其特征在于液压站、纠偏油缸、控制柜位于机头的前仓内；刀盘固定在前仓顶端；钻削刀座和中心刀固定在刀盘上；固定箍圈和调节箍圈固定在前仓外壁上并且位于刀盘一侧；驱动部位于前仓内部和刀盘一侧；引料口位于驱动部一侧，驱动部上设有驱动电机；

所述调节箍圈包括固定环和调节板；固定环外壁上周向设有两列安装槽且交错排列；调节板固定在安装槽里；所述安装槽两端设有导向槽Ⅰ；所述调节板包括阻板Ⅰ、阻板Ⅱ、导向杆Ⅲ、弹簧Ⅰ、弹簧Ⅱ；所述阻板Ⅰ内部为空腔并且外部一端设有导块Ⅰ，另一端设有固定块，空腔内设有导向杆Ⅰ，外部侧面设有导块Ⅱ；导向杆Ⅲ固定在固定块上；弹簧Ⅰ套接导向杆Ⅲ；所述阻板Ⅱ内部为空腔并且套接阻板Ⅰ，阻板Ⅱ内部固定设有导向杆Ⅱ且侧壁设有导向槽Ⅱ配合导块Ⅱ，所述弹簧Ⅱ两端分别套接导向杆Ⅱ和导向杆Ⅰ，阻板Ⅱ一端设有导块Ⅲ；通过弹簧Ⅰ弹力推动调节板延导向槽Ⅰ滑动，导块Ⅲ和导块Ⅰ设于导向槽Ⅰ内；调节板受力回缩时弹簧Ⅱ受阻板Ⅰ和阻板Ⅱ挤压收缩，导块Ⅱ延导向槽Ⅱ滑动；所述固定箍圈位于调节箍圈的一侧；

所述刀盘上设有刀槽Ⅰ、刀槽Ⅱ；钻削刀座和中心刀分别固定在刀槽Ⅰ和刀槽Ⅱ内；所述钻削刀座上设有若干钻铣刀和贝壳刀，钻铣刀位于钻削刀座两侧且钻削方向相反，贝壳刀与钻铣刀相互交错固定；

通过驱动部的驱动电机提供动力带动刀盘转动进行钻削运动；通过激光经纬仪对机头钻削前进方向进行导向和测量；前仓内部周向设有若干纠偏油缸，不同钻削方向出现偏差时通过液压站控制相应位置方向的纠偏油缸顶出调整钻削方向；泥浆搅拌机构包括搅拌泵、送泥泵和送泥管；送泥管连接引料口；泥浆沉淀机构包括排泥泵和排泥管，排泥管连接引料口；工作井内设有轨道、支护钢板桩和主顶机构；轨道支撑管道，通过主顶机构将管道顶推进涵道内；管道本体内设有钢带，通过串接钢带将管道用螺纹钢焊接连接为一整体。

2.一种泥水平衡式顶管机在流砂地层中的施工工艺，包括前期施工准备；设备调试安装；顶进施工；设备拆除；闭水试验；其特征在于，具体步骤如下：

1)施工前期准备：包括管道定制；接受井和施工井的建设；改进机头；其中管道采用自主改进的定制管材；接受井和施工井底部建设钢筋混凝土背墙，中上部进行支护钢板桩的建设；另外加密强化贝壳刀数量；

2)设备调试安装：激光经纬仪、轨道、主顶设备和机头安装固定；施工现场加设护栏围护，施工井内设有上下用扶梯，施工井外围布置泥浆制备池、材料设备及管材存放仓库、施工临时便道、施工休息区；依次安装各种设备及系统；包括主顶系统、注浆和排浆系统、电源布置，各项设备系统安装完成后，进行出洞前的试运行调试及安全性检验直至合格后方进行顶进作业；

3)顶进施工：对各项设备检查完备后，首先吊放第一节管材，接进出水管、泥浆管和其他各种水电路线，顶进第一节管材至结束后，缩回千斤顶再拆卸各种管线、水电线路，再吊放下一节管材，再重新连接各种水管、泥浆管和其他水电线路，继续顶进，依例循环；在顶进过程中通过注浆泵和管道对机头和侧壁进行注浆，管外壁与土层之间形成一条完整的环状的泥浆润滑套，变原来的干摩擦状态为液体摩擦状态，在此过程中顶管机头尾端的压浆要紧随管道顶进同步压浆，并在砼管道的适当位置进行跟踪补浆；顶进过程中按设计要求进行测量并纠偏；施工段经过河道时，采用围堰土体预压的方式使土体压力达到顶管要求；在顶管的同时使用18mm-25mm范围内螺纹钢与管材焊接串接在一起；顶管结束后依施工条例按顺序依次拆卸各施工设备然后转运出施工场地；

4)闭水试验：灌水之前首先将检查井内清理干净；对于预留孔洞，预埋管口及进出口都要加以临时封堵，同时还必须严格检查充水及排水闸口，不得有渗漏现象发生；水源从现场施工取水点向试验管段上游水箱内灌水；当试验水头达到规定水头时开始计时，观测管道的渗水量，直至观测结束时；观测过程中要在规定时间内使用相应专用设备测定水位。