一種掘進機及其施工方法
2023-05-03 08:24:11
專利名稱：一種掘進機及其施工方法
技術領域：
本發明涉及一種以非開挖方式敷設地下管線、構築隧道用的掘進機及其施工方法。
背景技術：
目前已公知的以非開挖方式敷設管線、構築隧道的技術如下掘進機主要包括掘削機頭、推進裝置、排出裝置、導向檢測裝置和操作控制系統。上述掘削機頭由一個可旋轉的切削刀盤、先導管和機身主管構成；上述排出裝置中設有一個控制排土量和止水用的調節閥；上述導向檢測裝置由雷射經緯儀、裝在掘削機頭內的雷射目標靶和糾偏油缸構成；上述操作控制系統由操作盤、油壓機組和電氣控制櫃構成。
施工方法主要有以下步驟一邊驅動在掘削機頭前端的切削刀盤，一邊用設置在出發坑道內的推進裝置對掘削機頭施加推力，使切削刀盤旋轉切削地層並向前推進，切削下來的土砂由排出裝置排出，由導向檢測裝置控制推進方向，隨著掘削機頭的推進，在其後端接續管材或支護構件，並由推進裝置通過管材或支護構件將推力傳遞給掘削機頭繼續切削推進；重複以上步驟，即可完成予定管線的敷設或隧道的構築。
上述掘進機及其施工方法存在如下問題及缺點1、掘削機頭前端的一個切削刀盤按固定方向旋轉切削，切削轉矩和切削反力主要由掘削機頭與周圍地層的接觸摩擦力來加以平衡，所以掘削機頭會發生偏轉，使裝在掘削機頭內的雷射目標靶和糾偏油缸都偏離初始設定的基準位置，影響方向檢測和修正精度，甚至輸出誤信號、導致誤操作。
2、在掘進中如發生掘削機頭偏轉現象，需要立即中斷施工採取措施使其復位，如無法復位時則需要根據偏轉程度，對雷射目標靶及糾偏油缸的初始設定的基準值進行修正處理，使之後的推進工藝程序複雜，操作煩索，影響施工質量和速度。
3、為了防止掘削機頭發生偏轉，要控制切削轉矩不能過大，或是採取措施增大掘削機頭周圍的摩擦力；但在實際施工中需要掘削機頭有足夠大的切削轉矩，使之具有對應各種地層的切削能力，同時又需要減小掘削機頭及管材或支護構件周圍的摩擦力，來實現更長距離的推進；顯然現有技術為了防止掘削機頭發生偏轉，不能同時滿足上述兩方面的需要。
4、由於切削刀盤上安裝的刀頭從刀盤中心至刀盤外周按一定規律布置，並隨刀盤旋轉而切削地層，有下式成立P∝T/RV∝R×nT∝W/n式中，P刀頭的切削力(N)V刀頭的切削線速度(M/min)T切削轉矩(N·M)R刀盤半徑(M)n刀盤轉速(1/min)W刀盤原動機功率(Kw)根據上述公式，並參照圖9a、圖9b，可以看出靠近刀盤中心部的刀頭的切削力P雖然大，但切削線速V低，靠近刀盤外周的刀頭的切削線速V雖然高，但切削力P小，即存在切削線速V和切削力P分布不合理的問題，切削能力不能充分發揮，切削效率低；參照圖9c的T-n關係曲線可以看出當原動機功率一定時，用提高轉速n的方法來提高刀盤中心部刀頭的切削線速度V會同時降低切削轉矩T，使刀盤外周刀頭的切削力P更小，還會由於刀盤外周的刀頭的切削線速度V過高，造成切削刀頭的異常摩損；反之用降低轉速n的方法來提高切削轉矩T增大外周刀頭的切削力P時，又會導致刀盤中心部刀頭的切削線速度V降低；顯然，現有技術不能同時解決切削力P和切削線速度V在切削刀盤上分布不合理的問題，不能進一步提高切削能力和切削效率。
5、由於排出裝置僅有一個調節閥，遇到鬆軟及高含水地層時，為了避免掘削麵坍塌、地表面陷落，需要將調節閥的閥口調小或完全關閉閥口，保持掘削麵的平衡壓力及進行止水；當完全關閉閥口時，只能被迫在不排土的情況下強行推進，如果這種地層較長、阻力過大超過推進能力時，會直接影響施工的順利進行；或是發生周圍地面變形等事故。
6、由於掘進機的推力是通過管材或支護構件傳遞到掘削機頭的，隨敷設的管線或構築隧道的距離的增長，管材或支護構件承受的壓力隨推進力的不斷增大而增大，會出現管材或支護構件破損事故。
發明內容
本發明的目的在於提供一種掘削機頭具有切削轉矩平衡功能、切削推進能力高的掘進機，用這種掘進機可以高效率、高質量、安全快速地以非開挖方式敷設地下管線、構築隧道。
本發明的另一個目的在於提供一種工藝簡單、導向控制可靠、推進精度高，施工速度快的以非開挖方式敷設地下管線、構築隧道的施工方法，用這種施工方法能推進敷設多種高強度或低強度的管材或支護構件，不僅可以在硬質地層施工，而且可以在鬆軟、高含水地層進行施工。
本發明的第一個目的是由下述技術方案實現的一種掘進機主要包括掘削機頭、推進裝置、排出裝置、導向檢測裝置和操作控制系統。
上述掘削機頭主要由裝有雷射目標靶、光電傳感器、糾偏油缸的機身主管、設置在機身主管前端的藉助糾偏油缸驅動可朝任意方向擺動的先導管、設置在先導管前端的可旋轉的切削刀盤和連接在機身主管後端的尾管構成；在掘削機頭的後面可以順次分段連接敷設管線或構築隧道用的管材或支護構件。
上述推進裝置主要由帶有導向滑道、支撐千斤和支輥的底座，可移動地設置在底座上的推進本體和裝在推進本體上的雙程推進油缸構成；推進裝置安裝在出發坑道內，推進本體藉助雙程推進油缸的驅動，可在底座上前後往復移動，並向地中推進掘削機頭和管材或支護構件。
上述排出裝置主要由一組可旋轉、可接長的空心的螺旋杆，一組可接長的套筒和調節閥構成；螺旋杆和套筒始於掘削機頭，貫穿管材或支護構件之中，一直延續到出發坑道內與推進裝置連接。
上述導向檢測裝置主要由設置在出發坑道內的雷射經緯儀、裝在機身主管內的雷射目標靶、光電傳感器和糾偏油缸、裝在操作盤內的數據處理裝置構成。
上述操作控制系統主要由安裝在推進本體上的操作盤，設置在地面的油壓機組和電氣控制櫃構成。
其特徵在於所述的切削刀盤是由外周刀盤和中心刀盤組成的雙重切削刀盤，由一臺以上的原動機驅動，經減速機減速，外周刀盤和中心刀盤可按相同軸心、以不同轉速、朝相反方向旋轉；所述的機身主管後端的尾管是可以更換的，通過更換不同的尾管，使排出裝置除了可以進行螺旋杆方式排土之外，還可以進行泥水循環方式排土；所述的推進本體上還設有一個推進頭，除可以經管材或支護構件將推力傳遞給掘削機頭之外，還可以分別向掘削機頭、管材或支護構件施加推力；所述的排出裝置中除設置一個調節閥之外，還可以設置一個或多個調節閥。
本發明的另一個目的是由下述技術方案實現的一種使用上述掘進機以非開挖方式敷設地下管線、構築隧道的施工方法，具有如下步驟將掘進機安裝在出發坑道內，啟動掘削機頭前端的雙重切削刀盤，使其外周刀盤和中心刀盤按相同軸心、以不同轉速、朝相反方向旋轉，藉助雙程推進油缸的動作，經推進本體的推進頭向掘削機頭施加推力，使雙重切削刀盤旋轉切削地層，掘削機頭隨之在地中前進，掘削機頭被推進到地中的預定位置後，停止雙重切削刀盤的旋轉，藉助雙程推進油缸的動作，使推進本體退回至預定位置；在掘削機頭後端連接管材或支護構件、接續排出裝置的相應部件，啟動掘削機頭前端的雙重切削刀盤，使其外周刀盤和中心刀盤按相同軸心、以不同轉速、朝相反方向旋轉，藉助雙程推進油缸的動作，推進本體的推進頭向管材或支護構件施加推力，同時推進本體的推進頭經排出裝置的套筒也向掘削機頭施加推力，使雙重切削刀盤旋轉切削地層，掘削機頭、管材或支護構件隨之在地中前進，到達預定位置後，停止雙重切削刀盤的旋轉，藉助雙程推進油缸的動作，使推進本體退回至預定位置；在上述掘削推進過程中，啟動排出裝置，將切削下來的土砂排出，並隨時通過導向檢測裝置監測掘削機頭、管材或支護構件的推進方向及其位置狀態，通過糾偏油缸的動作來修正和控制推進方向，根據地層與掘削狀況，可以由中心刀盤的噴射口噴出切削液體，提高切削效率，根據地層與推進狀況，還可以通過尾管向管材或支護構件外周噴出潤滑劑，以減小推進阻力和提高推進速度；重複上述的步驟，直至將全部管材或支護構件分段推入地中，掘削機頭到達終點坑道；將掘削機頭在終點坑道內分解回收，將排出裝置、導向檢測裝置的部件和推進裝置等在出發坑道內分解回收。
在上述施工過程中，如遇到高含水、鬆軟的地層，可以將排出裝置的一個以上的調節閥順次交替開閉，在止水和保證掘削麵平衡壓力的同時，進行充分排土。
本發明的掘進機及其施工方法，有以下積極效果及優點1、按照本發明，掘削機頭的切削刀盤是具有外周刀盤和中心刀盤的雙重切削刀盤，外周刀盤和中心刀盤可按相同軸心、以不同轉速、朝相反方向旋轉，外周刀盤和中心刀盤的切削轉矩方向相反，產生的切削反力的方向相反，有相互抵消的效果，從而使掘削機頭本身具有切削轉矩平衡的功能，如圖9e所示。
2、按照本發明，由於掘削機頭具有切削轉矩平衡功能，掘削機頭不會發生偏轉，推進方向的制導準確可靠、方向修正的操作簡單、施工速度快；而且在增大切削轉矩提高切削能力時，無須相應增大掘削機頭周圍的摩擦力，有助於實現長距離的快速推進。
3、按照本發明，掘削機頭的雙重切削刀盤具有外周刀盤和中心刀盤的雙重結構，外周刀盤轉速n外和中心刀盤的轉速n中可以分別按不同值設定，外周刀盤的切削轉矩T外和中心刀盤的切削轉矩T中也可以分別按不同值設定。
參照圖9d、圖9e可以看出當以中心刀盤轉速n中高於外周刀盤轉速n外、外周刀盤的切削轉矩T外大於中心刀盤的切削轉矩T中進行設定時，中心刀盤的刀頭的切削線速度V中、切削力P中和外周刀盤的刀頭的切削線速度V外、切削力P外，具有合理的分布，從而最大限度地發揮刀頭的切削能力、延長刀頭的使用壽命，提高切削效率。
4、按照本發明，排出裝置設有一個以上可以交替開閉的調節閥，能在止水和保證掘削麵的平衡壓力的同時，進行充分排土，實現低阻力地快速推進，在硬質地層、鬆軟地層和高含水地層均可順利施工。
5、按照本發明，推進裝置可以分別向掘削機頭、管材或支護構件施加推力，使管材或支護構件承受的壓力大為減少，不會發生管材或支護構件的破損，能使用多種高強度或低強度的管材或支護構件，進行長距離推進施工。
圖1是本發明的實施例1掘進機A的主視2是圖1所示掘進機A的俯視圖。
圖3是圖1所示掘進機A的掘削機頭B的L-L剖面圖。
圖4是圖3所示掘削機頭B的M向視圖。
圖5是圖3所示掘削機頭B的N-N剖面圖。
圖6a、圖6b、圖6c、圖6d、圖6e、圖6f、圖6g和圖6h是本發明的實施例2使用掘進機A進行施工的方法步驟示意圖。
圖7a、圖7b、圖7c、圖7d和圖7e是本發明實施例2中的調節閥的操作步驟示意圖。
圖8是本發明的實施例3泥水式排土的掘削機頭Q的剖面圖。
圖9a、圖9b、圖9c、圖9d和圖9e是切削力P、切削線速度V、切削轉矩T、刀盤轉速n和刀盤半徑R等參數之間相互關係的定性對比分析示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例，對本發明作進一步說明。
實施例1掘進機A。
參照圖1、圖2、圖3、圖4和圖5。
掘進機A主要包括掘削機頭B、推進裝置C、排出裝置D、導向檢測裝置E和操作控制系統F。
上述掘削機頭B主要由機身主管1、設置在機身主管1前端的先導管2、設置在先導管2前端的可旋轉的切削刀盤3和連接在機身主管1後端的尾管4構成。所述的機身主管1內還裝有藉助支架1g固定的雷射目標靶1a和光電傳感器1b、四個糾偏油缸1c、四組定位塊1d、套筒1e和兩個調節閥13甲、13乙；所述的先導管2內還設置有原動機2a和2b、減速機2c和2d、安裝在原動機2a和2b的出力軸端的齒輪2e和2f、依靠軸承2g、2h支持的齒輪2i、依靠軸承2j、2k支持的內齒圈2m、套筒2n；先導管2在定們塊1d圓周方向的約束下，藉助糾偏油缸1c的伸縮驅動，可作任意方向的擺動；所述的切削刀盤3是由裝有刀頭3c的外周刀盤3a和中心刀盤3b組成的雙重切削刀盤，外周刀盤3a固定在內齒圈2m上，中心刀盤3b固定在齒輪2i上，分別由原動機2a、2b驅動、減速機2c、2d減速，經齒輪2e、2f分別與齒輪2i和內齒圈2m嚙合傳遞動力，使外周刀盤3a和中心刀盤3b可按相同軸心、以不同轉速、朝相反方向I和II旋轉，中心刀盤3b上還設有排土入口3d和切削液噴射口3e；所述的尾管4上還設有導向子口4a、套筒4b、調整器4c、噴出口4d、接頭4e和軟管4f，尾管4藉助連接件4g與機身主管1連接，敷設用管材G可插入導向子口4a，所述的調整器4c內還裝有壓力傳感器4h，調整器4c可隨管材G承受推力的變化及管材G接續長度積累誤差的產生，而自動伸縮、調整厚度並起緩衝作用。
上述推進裝置C主要由，帶有導向滑道6a、支撐千斤6b和支輥6c的底座6、帶有導向滑槽7d的可在底座6上移動的推進本體7、設置在推進本體7上的雙程推進油缸8構成；所述的推進本體7上還設有推進頭7a、排土口7b、切削液接頭7c、包含原動機9a、減速機9b和連軸器9c的旋轉驅動裝置9和操作盤18；推進裝置C安裝在出發坑道H之中，雙程推進油缸8的柱塞杆8a支撐在反力墊10上，推進本體7藉助雙程推進油缸8的驅動可在底座6上前後移動，並通過推進頭7a向套筒12、掘削機頭B和管材G施加推力。
上述排出裝置D主要由一組可旋轉、可接長的空心的螺旋杆11、一組可接長的套筒12、設置在先導管2內的套筒2n、設置在機身主管1內的套筒1e、設置在尾管4內的套筒4b和調節閥13甲、13乙構成；所述的一組螺旋杆11包括可自由旋轉地支持在中心刀盤3b上的螺旋杆11a、兩端有滑套11e的螺旋杆11b、置於尾管4內的螺旋杆11c和多數延長用的螺旋杆11d；各段螺旋杆由定位銷11f連接固定，最後一根螺旋杆11d的末端與旋轉驅動裝置9的連軸器9c相連接，在旋轉驅動裝置9的驅動下，一組螺旋杆11按預定方向III旋轉，將切削刀盤3切削下的土砂在套筒2n、套筒1e、套筒4b和套筒12中向後傳遞，由推進本體7上的排土口7b排到料鬥14內，並運出坑道H；所述的一組套筒12藉助兩端的法蘭盤12a和緊固件12b相互連接延長，最前端與尾管4的套筒4b連接，最後端定位於推進本體7的推進頭7a；所述的調節閥13甲和13乙由閥體13a、兩端嵌入閥體13a的由柔性可伸縮材料製成的環形的閥壁13b、閥腔13c、管接頭13d和軟管13e構成，環形的閥壁13b的內徑空間形成閥口13f，經軟管13e和管接頭13d向閥腔13c衝入或排出壓力介質(如液壓油等)，使閥壁13b在內徑方向膨脹或收縮，可調節及開閉閥口13f，當關閉閥口13f時，閥壁13b與滑套11e滑動接觸；螺旋杆11b可以正常旋轉或停止。
上述導向檢測裝置E，由設置在出發坑道H內的雷射經緯儀16、裝在機身主管1內的雷射目標靶1a、光電傳感器1b、糾偏油缸1c和設置在操作盤18內的數據處理裝置18a構成；雷射經緯儀16發出的雷射束16a擊中雷射目標靶1a、光電傳感器1b將雷射束16a擊中雷射目標靶1a的光點的位置信號，轉換成電信號傳輸給數據處理裝置18a與設定數值進行比較運算處理，當偏離設定數值時，發出指令信號，驅動糾偏油缸1c，使先導管2按指令方向擺動，從而修正掘削機頭B的掘進方向。
上述操作控制系統F由安裝在推進本體7上的操作盤18，設置在地面GL的油壓機組19和電氣控制櫃20構成，提供各種動力、完成各種控制和操作。
實施例2掘進機A的施工方法。
參照圖6a、圖6b、圖6c、圖6d、圖6e、圖6f、圖6g、圖6h和圖1、圖2、圖3。
將掘進機A安裝在出發坑道H內，啟動雙重切削刀盤3，使其外周刀盤3a和中心刀盤3b按相同軸心、以不同轉速、朝相反方向I和II旋轉，如圖6a和圖3所示。
藉助推進裝置C的雙程推進油缸8的動作，經推進本體7的推進頭7a向掘削機頭B施加推力，使雙重切削刀盤3切削地層，掘削機頭B隨之按方向V在地中前進，直至掘削機頭B被推進地中的預定位置，停止雙重切削刀盤3的旋轉；在上述掘削推進過程中，啟動旋轉驅動裝置9，使排土裝置D的一組螺旋杆11按方向III旋轉，進行排土操作，把切削下的土砂向後輸送，經排土口7b排出，掘削機頭B被推進至預定的位置後，關閉旋轉驅動裝置9，停止排土操作；在上述掘削推進過程中，啟動導向檢測裝置E的雷射經緯儀16，按敷設管線設計要求發出導向的雷射束16a，隨時通過雷射目標靶1a、光電傳感器1b反饋到數據處理裝置18a的信號，監測掘削機頭B的推進方向及位置狀態，並通過操作糾偏油缸1c動作來修正和控制推進方向，如圖6b和圖1、圖2、圖3所示。
藉助推進裝置C的雙程推進油缸8的動作，推進本體7按方向VI退回至預定位置，利用吊具20沿方向VII將敷設用的管材G、套筒12和螺旋杆11d吊入出發坑道H，與掘削機頭B和推進本體7進行連接；啟動雙重切削刀盤3，使其外周刀盤3a和中心刀盤3b按相同軸心、以不同轉速、朝相反方向I和II旋轉，藉助雙程推進油缸8的動作，推進本體7的推進頭7a向管材G施加推力，同時經套筒12也向掘削機頭B施加推力，使雙重切削刀盤3切削地層，掘削機頭B與管材G隨之按方向V在地中前進，管材G被推進至預定的位置後，停止雙重切削刀盤3的旋轉；在上述掘削推進過程中，啟動旋轉驅動裝置9，使排土裝置D的一組螺旋杆11按方向III旋轉，進行排土操作，把切削下的土砂向後輸送，經排土口7b排出，管材G被推進至預定的位置後，關閉旋轉驅動裝置9，停止排土操作；在上述掘削推進過程中，啟動導向檢測系統E的雷射經緯儀16，按敷設管線設計要求發出導向的雷射束16a，隨時通過雷射目標靶1a、光電傳感器1b反饋到數據處理裝置18a的信號，監測掘削機頭B及管材G的推進方向及位置狀態，並通過操作糾偏油缸1c動作來修正和控制推進方向；根據地層與掘削狀況，可以通過切削液接頭7c向空心的螺旋杆11內導入切削液體，由中心刀盤3b的噴射口3e噴出，提高切削效率；根據地層與推進狀況，還可以通過軟管4c、接頭4b導入潤滑劑，經噴出口4a向管材G外周噴射潤滑劑，以減小推進阻力，提高推進速度，如圖6c、圖6d和圖1、圖2、圖3所示。
重複上述圖6c至圖6d所示的施工步驟，直至將全部管材G分段按方向V推入地中，掘削機頭B到達終點坑道J，如圖6e所示；在上述掘削推進過程中，管材G承受的實際壓力值由壓力傳感器4h輸出，當複數管材G連接產生積累誤差時，由調整器4c的伸縮來調整和吸收，參照圖3。
在終點坑道J分解掘削機頭B，並用吊具20按方向VIII吊出回收，藉助推進裝置C的雙程推進油缸8的動作，使推進本體7按方向VI退回至預定位置，同時拉出一段套筒12和螺旋杆11d，如圖6f所示。
分解一段套筒12及螺旋杆11d並用吊具20按方向VIII吊出回收，藉助推進裝置C的雙程推進油缸8的動作，使推進本體7往復移動，拉出下一段套筒12和螺旋杆11d，並吊出回收，重複上述操作，將全部套筒12和螺旋杆11d分解回收，如圖6g所示。
用吊具20將推進裝置C的推進本體7、底座6及在出發坑道H內的其它裝置及部件，一同按方向VIII吊出回收，管材G的敷設施工完成。
在上述掘削推進過程中，排土操作的步驟如下在一般地層正常掘削排土時，調節閥13甲、13乙，為打開狀態，雙重切削刀盤3掘削下的土砂，由螺旋杆11按方向III旋轉向後排出，如圖7a所示。
在需要控制排土量時，適當調節閥口13f的大小，使調節閥13甲、13乙，呈半開狀態，由螺旋杆11按方向III旋轉向後排出土砂，如圖7b所示。
在遇有極為鬆軟或高含水的地層時，首先關閉調節閥13甲，即保持掘削麵K的平衡壓力又防止地下水大量湧入工作坑道H，同時開放調節閥13乙，由螺旋杆11按方向III旋轉向後排出土砂，如圖7c所示；關閉調節閥13乙，一邊監測由壓力傳感器1f和2p傳出的壓力信號，一邊適當地開放調節閥13甲，由螺旋杆11按方向III旋轉向後排出土砂，如圖7d所示；關閉調節閥13甲，開放調節閥13乙，由螺旋杆11按方向III旋轉向後排出土砂，如圖7e所示；重複上述圖7c、圖7d、圖7e所示的步驟，交替打開或關閉調節閥13甲、13乙，就可以在充分排土的同時，保持掘削麵K的平衡壓力，不發生坍塌和地表下沉，並可防止大量湧水淹沒出發坑道H。
進行上述操作時，隨時通過壓力傳感器2p或1f監測和控制壓力值。
在上述排土操作的過程中，調節閥13甲、13乙開閉的操作步驟如下關閉調節閥13甲或13乙經軟管13e和管接頭13d向閥腔13c衝入壓力介質，使閥壁13b向內徑方向膨脹與滑套11e接觸，從而關閉閥口13f。
打開調節閥13甲或13乙經管接頭13d和軟管13e從閥腔13c內完全排出的壓力介質，使閥壁13b收縮復位，從而打開閥口13f。
調節閥13甲或13乙呈半開狀態經軟管13e和管接頭13d向閥腔13c內適量衝入或排出壓力介質，閥壁13b適當地膨脹或者收縮，使閥口13f呈半開狀態。
實施例3泥水式排土的掘削機頭Q參照圖8泥水式排土的掘削機頭Q，是由本發明的實施例1中的掘削機頭B演變而來的；將上述掘削機頭B的尾管4更換成尾管20，就構成了包含機身主管1、先導管2、雙重切削刀盤3、尾管20和一組排土杆21的泥水式排土的掘削機頭Q。
所述的尾管20上設有泥水室20a、泥水接頭20b、20c、泥水管20d、20e、壓力傳感器20f、噴出口20g、接頭20h、軟管20i、導向子口20j和調整器20k；尾管20藉助連接件20m與機身主管1連接，敷設用管材G可插入導向子口20j，套筒12藉助兩端的法蘭盤12a和緊固件12b連接於尾管20之後。
所述的一組排土杆21包括螺旋杆21a、螺旋杆21b和攪拌杆21c；螺旋杆21a前端藉助定位銷21e與中心刀盤3b固定，螺旋杆21a後端藉助定位銷21f與螺旋杆21b連接，裝有葉片21d的攪拌杆21c的後端在軸承22的支持下可旋轉地置於尾管20之上，攪拌杆21c的前端藉助定位銷21f與螺旋杆21b連接。
當雙重切削刀盤3的外周刀盤3a和中心刀盤3b按相同軸心、以不同轉速、朝相反方向IV和III旋轉切削地層時，與中心刀盤3b固定連接的螺旋杆21a帶動螺旋杆21b和攪拌杆21c也按方向III旋轉，通過排土入口3d將掘削下的土砂送入泥水室20a，由圖中未示出的泥水泵機組通過泥水管20d向泥水室20a內注入一定比重的泥水，在攪拌杆21c的旋轉攪拌下，將泥水與土砂攪拌成可流動的混合體，由泥水管20e排出。
在上述排土過程中，可一邊通過壓力傳感器2p、1f、20f監測壓力數值，一邊交替打開或關閉調節閥13甲或13乙，以保持掘削麵K的平衡壓力。
結合上述實施例，對本發明進行了說明，但通過對掘進機的結構及其施工方法的細節上作一些適當的變化，在本發明的範圍內，可以派生出各種不同的掘進機及其相應的施工方法，在以非開挖方式敷設地下管線、構築隧道等工程中廣泛應用。
權利要求
1.一種掘進機包括掘削機頭、推進裝置、排出裝置、導向檢測裝置和操作控制系統；所述的掘削機頭主要由一個可旋轉的切削刀盤、先導管和機身主管構成；推進裝置主要由底座、推進本體和推進油缸構成；排出裝置主要由螺旋杆、套筒和一個調節閥構成；導向檢測裝置主要由雷射經緯儀、雷射目標靶和糾偏油缸構成；操作控制系統主要由操作盤、油壓機組和電氣控制櫃構成；其特徵在於在所述的掘削機頭上，除設置一個可旋轉的切削刀盤之外，還可以設置一個或多個可旋轉的切削刀盤。
2.按照權利要求1所述的掘進機，其特徵在於所述的可旋轉的切削刀盤還可以是由外周刀盤和中心刀盤構成的雙重切削刀盤，外周刀盤和中心刀盤可按相同軸心、以不同轉速、朝相反方向旋轉。
3.按照權利要求1所述的掘進機，其特徵在於所述的掘削機頭還設有一個尾管，這個尾管是可以更換的，通過更換不同的尾管，使排出裝置除了可以進行螺旋杆方式排土之外，還可以進行泥水循環方式排土。
4.按照權利要求1所述的掘進機，其特徵在於所述的推進本體上還設有一個推進頭，可以分別向掘削機頭和管材或支護構件施加推力。
5.按照權利要求1所述的掘進機，其特徵在於所述的排出裝置，除設置一個調節閥之外，還可以設置一個或多個調節閥。
6.使用權利要求1所述的掘進機，以非開挖方式敷設地下管線、構築隧道的施工方法，其特徵在於該施工方法具有如下步驟將掘進機安裝在出發坑道內，啟動掘削機頭前端的雙重切削刀盤，使其外周刀盤和中心刀盤按相同軸心、以不同轉速、朝相反方向旋轉，藉助雙程推進油缸的動作，經推進本體的推進頭向掘削機頭施加推力，使雙重切削刀盤旋轉切削地層，掘削機頭隨之在地中前進，掘削機頭被推進地中的預定位置後，停止雙重切削刀盤的旋轉，藉助雙程推進油缸的動作，使推進本體退回至預定位置；在掘削機頭後端連接管材或支護構件、接續排出裝置的相應部件，啟動掘削機頭前端的雙重切削刀盤，使其外周刀盤和中心刀盤按相同軸心、以不同轉速、朝相反方向旋轉，藉助雙程推進油缸的動作，推進本體的推進頭向管材或支護構件施加推力，同時推進本體的推進頭經排出裝置的套筒也向掘削機頭施加推力，使雙重切削刀盤旋轉切削地層，掘削機頭、管材或支護構件隨之在地中前進，到達預定位置後，停止雙重切削刀盤的旋轉，藉助雙程推進油缸的動作，使推進本體退回至預定位置；在上述掘削推進過程中，啟動排出裝置，將切削下來的土砂排出，並隨時通過導向檢測裝置監測掘削機頭、管材或支護構件的推進方向及其位置狀態，通過糾偏油缸的動作來修正和控制推進方向，根據地層與掘削狀況，可以由中心刀盤的噴射口噴出切削液體，提高切削效率，根據地層與推進狀況，還可以通過尾管向管材或支護構件外周噴出潤滑劑，以減小推進阻力和提高推進速度；重複上述的步驟，直至將全部管材或支護構件分段推入地中，掘削機頭到達終點坑道；將掘削機頭在終點坑道內分解並回收，將排出裝置、導向檢測裝置的部件和推進裝置等在出發坑道內分解並回收。
7.按照權利要求6所述的施工方法，其特徵在於使用所述的排出裝置排土時，可以操作一個以上的調節閥順次交替開閉，在止水和保持掘削麵的平衡壓力的同時進行充分的排土。
全文摘要
本發明涉及一種以非開挖方式敷設地下管線、構築隧道用的掘進機及其施工方法；該掘進機主要包括含有可旋轉切削刀盤的掘削機頭，推進裝置、排出裝置，導向檢測裝置和操作控制系統；其特徵在於所述的可旋轉切削刀盤，可以是由外周刀盤和中心刀盤構成的雙重切削刀盤，外周刀盤和中心刀盤，可以不同轉速、按相反方向旋轉；所述的推進裝置除可以通過管材或支護構件將推力傳遞給掘削機頭之外，也可以分別向掘削機頭和管材或支護構件施加推力；所述的排出裝置裝有一個以上的調節閥，可以採用螺旋杆方式排土，也可以採用泥水循環方式排土。
文檔編號E21D9/08GK1456789SQ0311966
公開日2003年11月19日 申請日期2003年3月19日 優先權日2003年3月19日
發明者錢奐雲 申請人:錢奐雲