[发明专利]一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机及其施工工法

说明书

本发明涉及市政工程中顶管施工领域，具体指一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机及其施工工法，针对矩形顶管中由于管‑土相互作用而产生的高摩阻力，设计了一种抑制管土接触、重构上覆土体自承拱结构并缓解背土效应的新型顶管机，利用其液压控制的可调节顶撑板和侧撑板减阻机构实现周围土体早期支护，通过顶撑板和侧撑板的外置支撑功能实现挤压式超挖间隙设计功能，进而从源头上减少地层损失率,盾体包括液控扩孔控制系统，盾体的框架结构外围设有多套侧壁支撑机构及顶板扩孔支撑机构，可以有效缓解因管土接触摩擦而导致的高顶推力，有助于降低管节设计和始发井建设的高成本和高耗能，对于大断面长距离矩形顶管的始发顶进等有实际意义。

技术领域

本发明涉及市政工程中顶管施工领域，具体涉及一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机及其施工工法，尤其适用长距离矩形顶管施工和构筑。

背景技术

随着市政工程中对非开挖技术的广泛应用，矩形顶管施工方法在综合管廊、地下通道和海绵城市等基础设施建设中发挥出良好的经济和环境效益，对长距离、大断面顶进技术的需求十分迫切。

目前顶管机依靠超挖及注浆方法来控制摩阻力，但超挖引起的后续地层沉降将进一步增加地表控制难度，且引起管土接触和背土效应，导致摩阻力剧烈变化并造成管节破坏的风险。目前国内外还没有任何一种能主动且迅速支撑开挖孔洞的顶管机，而从机械结构的角度探索实现摩阻力控制和地层变形约束，对长距离、大断面矩形顶管技术具有重要意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在公开市政工程中顶管施工领域，具体指一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机及其施工工法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种低阻力挤压扩孔式矩形顶管机，所述顶管机包括盾体和刀盘，盾体的框架结构外围设有盾首、盾中、盾尾液控扩孔支撑系统，每组液控扩孔支撑系统包括多套侧壁支撑机构及顶板扩孔支撑机构，其中刀盘设置在盾首液控扩孔支撑系统的前端；

所述侧壁支撑机构包括多组金属撑板，金属撑板包括盾体顶隔板、盾首顶撑板、盾中顶撑板、盾尾顶撑板、盾体侧壁隔板、盾首侧撑板、盾中侧撑板、盾尾侧撑板和侧壁侧撑板；

所述顶板扩孔支撑机构包括小伸缩液压油缸和注浆系统；

所述小伸缩液压油缸包括盾首顶撑油缸、盾中顶撑油缸、盾尾顶撑油缸、上侧壁油缸、下侧壁油缸、盾首侧壁右上油缸、盾首侧壁左上油缸、盾首侧壁右下油缸、盾首侧壁左下油缸、盾中侧壁右上油缸、盾中侧壁左上油缸、盾中侧壁右下油缸、 盾中侧壁左下油缸、盾尾侧壁右上油缸、盾尾侧壁左上油缸、盾尾侧壁右下油缸和盾尾侧壁左下油缸；

所述注浆系统包括设置在各组金属撑板上的盾首注浆孔、盾首侧壁注浆孔、盾中注浆孔A、盾中注浆孔B、盾中侧壁注浆孔、盾尾扩孔注浆孔、盾尾注浆孔A、盾尾注浆孔B和盾尾侧壁注浆孔；

在所述盾首液控扩孔支撑系统中，盾首侧撑板通过盾首侧壁右上油缸、盾首侧壁左下油缸与盾体侧壁隔板连接，盾首侧撑板上布置有盾首侧壁注浆孔和土压传感器，盾首侧撑板上端通过固接在其末端的侧撑板连接弹簧和端部伸缩式密封橡胶进行密封，侧撑板连接弹簧环绕在一侧壁密封活塞上，实现向外侧撑和密封；盾首顶撑板通过盾首顶撑油缸与盾体顶隔板连接，并通过两侧的连接弹簧和密封活塞实现顶撑移动、密封和定位，盾首注浆孔和盾首侧壁注浆孔布置在远离刀盘的一侧；

在所述盾中液控扩孔支撑系统中，盾中侧撑板通过盾中侧壁右上油缸和盾中侧壁右下油缸实现外撑功能，与盾首侧撑板相邻、通过顶撑中部密封活塞实现独立伸缩；盾中顶撑板通过盾中顶撑油缸与盾体顶隔板连接并实现伸缩支撑功能，并通过顶撑中部密封活塞与盾首顶撑板和盾尾顶撑板相邻，盾中注浆孔A和盾中注浆孔B位于盾中顶撑油缸两侧；

在所述盾尾液控扩孔支撑系统中，盾尾侧撑板通过盾尾侧壁右上油缸、盾尾侧壁右下油缸实现外撑功能，与盾中侧撑板相邻、通过盾尾密封活塞实现独立伸缩；盾尾顶撑板通过盾尾顶撑油缸与盾体顶隔板连接并实现伸缩支撑，并通过盾尾密封活塞与盾中顶撑板相邻，盾尾注浆孔A和盾尾注浆孔B位于盾尾顶撑油缸两侧。