斯诺克直播虎牙1号台:砂卵石顶管机及顶管施工方法

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  1.砂卵石顶管机，以顶管施工方向为前向，其特征是：由前至后依次包括有同轴线设

  置的工具管、中继间和工作管，工作管后端设有用于向前推动工作管的后千斤顶；

  工具管前端设有刃口朝前的环刀，环刀倾斜设置且其刃口所在平面与水平面的夹角为

  中继间包括有前承管和后插管，中继间前承管的外径与工具管的外径相同，中继间后

  插管的外径与工作管的外径相同，前承管套设于后插管外部，且前承管的后端位于后插管

  的前方；前承管通过前承压环固定连接在工具管后端，后插管通过后承压环固定连接在工

  作管前端；前承管后端与后插管后端之间形成台阶形结构；前承管与后插管之间围成环形

  空腔，环形空腔前端设有用于在前承管与后插管之间形成密封的密封圈；后插管前端外壁

  密封圈后方的后插管上设有注浆口，注浆口连接有注浆管；注浆管沿中继间和工作管

  后承压环向前连接有用于向前顶推工具管和前承管的前千斤顶，前千斤顶的伸出杆与

  前承压环的后表面相压接；前千斤顶沿后承压环的周向均匀设有多个；后插管向下连接有

  与所述前千斤顶相对应的悬吊架，各前千斤顶均连接在悬吊架上； 各前千斤顶的最大顶伸

  前承压环的底部向上连接有挡板，挡板呈扇环形且其圆心位于工具管的轴线上；挡板

  向上支撑有无轴螺旋输送机；无轴螺旋输送机前低后高设置且其前端位于工具管的前端底

  部，无轴螺旋输送机的后端位于工作管顶部，无轴螺旋输送机的前端为其进料口且其后端

  工作管内的无轴螺旋输送机向下连接有前限位板和后限位板，前限位板位于后限位板

  工具管的掘进断面面积为S平方米，电动斗车的容积为V立方米；前限位板和后限位板

  中继间前承管的外径与工具管相同，中继间后插管的外径与工作管相同，前承管的后

  所述注浆口沿后插管的周向均匀设有6－10个，注浆管包括注浆总管和与注浆总管相

  所述工具管为双层结构，包括同轴线套设在一起的外管和内管，外管和内管的前端均

  与环刀相连接，外管和内管的后端均与前承压环相连接；内管的外径比外管的内径小100毫

  2.根据权利要求1所述的砂卵石顶管机，其特征是：沿后承压环的周向每400±3毫米

  3.根据权利要求2所述的砂卵石顶管机，其特征是：还包括有电控装置和压力传感

  电控装置连接所述压力传感器、限位开关、各前千斤顶、无轴螺旋输送机、注浆泵和电

  工具管的外管和内管均由厚10毫米的钢板制作而成，工具管外管外径与内管内径之间的差

  值为120±2毫米；挡板为20±1毫米厚的钢板，挡板焊接在前承压环上；无轴螺旋输送机的

  叶片直径为500毫米，叶片螺距为400毫米，叶片由耐磨钢板制作而成且其厚度为30毫米；前承管

  与后插管之间围成的环形空腔的径向厚度为10毫米；前承管和后插管均由厚10毫米的钢板

  5.使用权利要求4中的砂卵石顶管机进行的顶管施工方法，其特征是按以下步骤进

  向前顶进前，测量工具管的顶进方向，如工具管偏离顶进方向，则利用中继间各前千斤

  第二步骤是注浆，电控装置启动注浆泵，触变泥浆通过前承管与后插管之间的环形空

  腔后形成均匀的环形泥浆套，进入前承管后端与后插管后端之间形成台阶形结构处；

  当压力传感器感应到的触变泥浆的压力不小于0.1MPa时，电控装置启动各前千斤顶

  和无轴螺旋输送机，保持注浆泵处于开启状态，向前顶进前承压环和工具管，同时带动前承

  管；前承管相对后插管向前移动的过程中，密封圈在前承管与后插管之间保持有效密封；触

  变泥浆及时填充工具管和前承管向前顶进后留下的空隙，防止工作管顶部砂卵石发生隐蔽

  性的坍塌；  工具管向前推进时，在压力的作用下环刀将前方的大粒径砂卵石劈裂；

  工具管向前顶进时，砂卵石通过环刀后进入无轴螺旋输送机的进料口，然后通过无轴

  向前顶进L米时，落入电动斗车的砂卵石的体积为L*S＝V，恰好装满电动斗车，且后限

  位板正好与限位开关压接，此时电控装置停止各前千斤顶、注浆泵和无轴螺旋输送机；

  电控装置控制电动斗车向后将砂卵石运送出工作管；由于工具管、中继间和工作管的

  电动斗车将砂卵石运送出工作管、工作人员进行卸料后，电动斗车在电控装置的控制

  下向前返回工作管，直到限位开关触碰到前限位板时，电控装置控制电动斗车停止；

  重复进行第二至第四步骤，直到各前千斤顶向前顶伸的长度达到其最大顶伸长度H米

  启动后千斤顶，向前推动工作管，同时控制前千斤顶的伸出杆缩回前千斤顶的缸体，使

  过在工作坑内借助于主顶油缸及中继间顶进设备产生的顶力，克服迎面阻力及管道与周围

  土壤的摩擦力，将管道按设计的方向顶入土中，并将土方运走。顶管掘进最重要的包含人工挖

  掘、挤压掘进和机械挖掘。但是，目前在砂卵石地层顶管时还没有较理想的顶管机械和顶管

  方法，特别是在大粒径砂卵石地层中，进行大口径、长距离顶管作业时，人工顶管效率低，风

  进。人工顶管时需超前掏挖，在砂卵石地层时不能形成卸荷拱，会造成管前阶梯式坍塌，滚

  螺旋输送机、矿车和皮带输送机；运送过程复杂，而泥水平衡采用的是排泥管道排出泥水，

  再通过地面泥水分离站分离泥石和水，其设备昂贵，占地面积大，不适宜狭隘施工场地，整

  体成本略高，且在使用的过程中存在排泥管道堵塞的可能。施工场地需要有水源，排出的泥

  现有的掘进机械（土压平衡、泥水平衡、气压平衡机等）遇大粒径砂卵石时，须经多

  包括有同轴线设置的工具管、中继间和工作管，工作管后端设有用于向前推动工作管的后

  间后插管的外径与工作管的外径相同，前承管套设于后插管外部，且前承管的后端位于后

  插管的前方；前承管通过前承压环固定连接在工具管后端，后插管通过后承压环固定连接

  在工作管前端；前承管后端与后插管后端之间形成台阶形结构；前承管与后插管之间围成

  环形空腔，环形空腔前端设有用于在前承管与后插管之间形成密封的密封圈；后插管前端

  作管的内部伸出工作管并连接有注浆泵，注浆泵连接有盛有触变泥浆的泥浆容器；

  杆与前承压环的后表面相压接；前千斤顶沿后承压环的周向均匀设有多个；后插管向下连

  接有与所述前千斤顶相对应的悬吊架，各前千斤顶均连接在悬吊架上；  各前千斤顶的最大

  挡板向上支撑有无轴螺旋输送机；无轴螺旋输送机前低后高设置且其前端位于工具管的前

  端底部，无轴螺旋输送机的后端位于工作管顶部，无轴螺旋输送机的前端为其进料口且其

  工具管的掘进断面面积为S平方米，电动斗车的容积为V立方米；前限位板和后限

  所述注浆口沿后插管的周向均匀设有6－10个，注浆管包括注浆总管和与注浆总

  沿后承压环的周向每400±3毫米设置有一个前千斤顶，对应于每个前千斤顶所述

  端均与环刀相连接，外管和内管的后端均与前承压环相连接；内管的外径比外管的内径小

  电控装置连接所述压力传感器、限位开关、各前千斤顶、无轴螺旋输送机、注浆泵

  工具管的外管和内管均由厚10毫米的钢板制作而成，工具管外管外径与内管内径之间

  的差值为120±2毫米；挡板为20±1毫米厚的钢板，挡板焊接在前承压环上；无轴螺旋输送

  机的叶片直径为500毫米，叶片螺距为400毫米，叶片由耐磨钢板制作而成且其厚度为30毫米；前

  承管与后插管之间围成的环形空腔的径向厚度为10毫米；前承管和后插管均由厚10毫米的

  向前顶进前，测量工具管的顶进方向，如工具管偏离顶进方向，则利用中继间各前

  形空腔后形成均匀的环形泥浆套，进入前承管后端与后插管后端之间形成台阶形结构处；

  当压力传感器感应到的触变泥浆的压力不小于0.1MPa时，电控装置启动各前千

  斤顶和无轴螺旋输送机，保持注浆泵处于开启状态，向前顶进前承压环和工具管，同时带动

  前承管；前承管相对后插管向前移动的过程中，密封圈在前承管与后插管之间保持有效密

  封；触变泥浆及时填充工具管和前承管向前顶进后留下的空隙，防止工作管顶部砂卵石发

  生隐蔽性的坍塌；  工具管向前推进时，在压力的作用下环刀将前方的大粒径砂卵石劈裂；

  向前顶进L米时，落入电动斗车的砂卵石的体积为L*S＝V，恰好装满电动斗车，且

  后限位板正好与限位开关压接，此时电控装置停止各前千斤顶、注浆泵和无轴螺旋输送机；

  控制下向前返回工作管，直到限位开关触碰到前限位板时，电控装置控制电动斗车停止；

  刀劈裂大粒径砂卵石，避免了人工掏挖或高成本的机械切削；本发明利用中继间千斤顶对

  旋输送机进料口，避免了人工开挖或机械开挖。螺旋输送机进料口安装在砂卵石自然休止

  变成均匀的泥浆套，及时填充工具管前进后留下的间隙，防止工作管顶部隐蔽性的坍塌和

  水时，集料斗还具有沉淀池的功能，使杂物沉淀在集料斗内，而水份则能够溢流通过挡板向

  到高进行顶进作业。砂卵石具有流塑性，砂卵石从高到低易于自动流入无轴螺旋输送机的

  进料口；地下水进入工具管后，在挡板前沉淀后向后溢流，经工作管管底自流至工作井集水

  坑，起到降排水作用；电瓶斗车空载上坡，重载下坡，节约电量，加快运输速度。

  工具管的掘进断面面积为S平方米，电动斗车的容积为V立方米；前限位板和后限

  位板之间的距离为L米，L=V/S；这样做才能够使单次向前顶进的距离与电动斗车的容积相适配，

  如果每次顶进距离小于L米，则电动斗车每进出一次所能运输的物料减少，浪费了

  电动斗车的部分运输能力；如果每次顶进距离长于L米，则电动斗车装不下顶进时无轴螺旋

  H为L的整倍数；这样做才能够达到最佳的工作效率，不会出现电动斗车未装满时各前

  千斤顶达到最大顶伸长度的现象，保证任意一次顶进中，各前千斤顶达到最大顶伸长度时，

  α小于施工所在地砂卵石的自然休止角，可以保证在向前顶进时，环刀和工具管的

  上端先于下端插入砂卵石中，从而使环刀和工具管的上端起到支撑作用，防止发生冒顶现

  象，即防止上部砂卵石向下过快泄落、螺旋输送机来不及输料，进而造成工具管堵死现象。

  由于环刀和工具管的上端先于下端插入砂卵石中，因而上部砂卵石即便有向下快速泄落的

  趋势，也会被工具管支撑住，不会出现砂卵石泄落入工具管的速度大于螺旋输送机的输送

  数量相同且二者一一对应连通。这种设置可以在周向方向上同时进行注浆，浆液能够成为

  均匀的泥浆套，均匀地进入砂卵石中，及时填充工具管前进后留下的空隙，防止工作管顶部

  砂卵石隐蔽性的坍塌和泥浆的额外流失。一旦砂卵石坍塌，顶进阻力就会大大增加，提高顶

  其最大顶伸长度H米时完成一次大循环，每次各前千斤顶向前顶伸的长度达到L米时完成一

  次小循环，若干小循环完成一次大循环，且每个大循环中包含的小循环的数量恰好为整数，

  不会出现大循环末尾的小循环中，电动斗车装不满料的情况，保证每个小循环中电动斗车

  如图1至图4所示，本发明的砂卵石顶管机以顶管施工方向为前向，由前至后依次

  工具管1前端设有刃口朝前的环刀4，环刀4倾斜设置且其刃口所在平面与水平面

  的夹角为α，α小于施工所在地砂卵石的自然休止角；如α为40度。α小于施工所在地砂卵石的

  自然休止角，可以保证在向前顶进时，环刀4和工具管1的上端先于下端插入砂卵石中，从而

  使环刀4和工具管1的上端起到支撑作用，防止发生冒顶现象，即防止上部砂卵石向下过快

  泄落、螺旋输送机来不及输料，进而造成工具管1堵死现象。由于环刀4和工具管1的上端先

  于下端插入砂卵石中，因而上部砂卵石即便有向下快速泄落的趋势，也会被工具管1支撑

  住，不会出现砂卵石泄落入工具管1的速度大于螺旋输送机的输送速度的现象，避免发生堵

  中继间2包括有前承管5和后插管6，中继间前承管5的外径与工具管1的外径相同，

  中继间2后插管6的外径与工作管3的外径相同，前承管5套设于后插管6外部，且前承管5的

  后端位于后插管6的前方；前承管5通过前承压环7固定连接在工具管1后端，后插管6通过后

  承压环8固定连接在工作管3前端；前承管5后端与后插管6后端之间形成台阶形结构9；前承

  管5与后插管6之间围成环形空腔10，环形空腔10前端设有用于在前承管5与后插管6之间形

  成密封的密封圈11；后插管6前端外壁设有环形的安装槽12，密封圈11嵌设在安装槽12内；

  密封圈11后方的后插管6上设有注浆口13，注浆口13连接有注浆管；注浆管沿中继

  间2和工作管3的内部伸出工作管3并连接有注浆泵，注浆泵连接有盛有触变泥浆的泥浆容

  后承压环8向前连接有用于向前顶推工具管1和前承管5的前千斤顶14，前千斤顶

  14的伸出杆与前承压环7的后表面相压接；前千斤顶14沿后承压环8的周向均匀设有多个；

  后插管6向下连接有与所述前千斤顶14相对应的悬吊架15，各前千斤顶14均连接在悬吊架

  前承压环7的底部向上连接有挡板16，挡板16呈扇环形且其圆心位于工具管1的轴

  线向上支撑有无轴螺旋输送机17；无轴螺旋输送机17前低后高设置且其前端位

  于工具管1的前端底部，无轴螺旋输送机17的后端位于工作管3顶部，无轴螺旋输送机17的

  工作管3内的无轴螺旋输送机17向下连接有前限位板20和后限位板21，前限位板

  20位于后限位板21的前方；工作管3内设有用于运送砂卵石的电动斗车22，电动斗车22位于

  工具管1的掘进断面面积为S平方米，电动斗车22的容积为V立方米；前限位板20和

  后限位板21之间的距离为L米，L=V/S；H为L的整倍数；这样能够达到最佳的工作效率，不会

  出现电动斗车22未装满时各前千斤顶14达到最大顶伸长度的现象，保证各前千斤顶14达到

  电动斗车22前端向上连接有限位开关，限位开关与前限位板20和后限位板21对应

  设置；限位开关为常规装置，图1中其位置与前限位板20相邻，图中不再详示。

  所述工具管1、中继间2和工作管3的轴线具有前高后低的坡度；该坡度小于等于

  中继间2前承管5的外径与工具管1相同，中继间2后插管6的外径与工作管3相同，

  前承管5的后端位于后插管6后端的前方13±1毫米，在前承管5后端与后插管6后端之间形

  前承压环7和后承压环8的截面均呈中空的矩形且均由厚15毫米的钢板制作而成。这样

  所述注浆口13沿后插管6的周向均匀设有6－10个，优选8个。注浆管包括注浆总管

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