一种顶管机机头下沉快速调整的结构及方法与流程

1.本发明涉及机械制造技术领域，具体涉及一种顶管机机头下沉快速调整的结构及方法。


背景技术：

2.顶管施工是软土地层中地下隧道钻挖的常见施工方法之一，该施工方法具有施工速度快，经济性强等特点，因此，广泛应用于外地下隧道施工作业。参见图1，顶管施工时，一般将顶管机吊入始发井内在始发托架上安装就位，由始发井向土层钻进并连接管节形成隧道。在此过程中，由于钻机重量过重及下层土较软等原因，导致顶管机机头容易出现下沉现象，如不及时处理将导致隧道轴线偏差，严重影响施工进度及施工质量。
3.在目前顶管施工项目中，对于顶管机从始发井井壁顶出时机头下沉问题，通常采用以下三种处理方案。
4.一、根据顶管机出洞标高，在洞圈内安装铁枕，并将始发架延伸至洞口，避免顶管机机头出洞阶段产生机头下沉现象。
5.二、调整后座主推千斤顶的合力中心，使得机头横向推力轻微偏上，避免顶管机机头出洞阶段产生机头下沉现象。
6.三、在始发井及隧道中安装钢管支座连接顶管机及后续管节，通过钢管支座调整机头姿态，避免顶管机头在出洞阶段及钻挖阶段出现机头下沉现象。
7.但是现有技术方案一，其在洞圈内安装铁枕并将始发架延伸至洞口，在现场实际施工过程中，始发井内工况复杂，始发架难以延伸至洞口，该方案实施操作难度较大。
8.现有技术方案二，调整千斤顶合力中心，对于本项目圆形顶管机，千斤顶均匀分布于圆周，具体操作起来很难调整合力中心，且实施效果差。
9.现有技术方案三，通过安装钢管支座调整机头姿态，该方案主要应用于钻挖阶段出现机头下沉现象，对于出洞阶段使用该方案，成本高，工期长。
10.由此可见，现急需一种能够克服现有技术缺陷，且能够快速调整顶管机机头下沉的结构及方案为本领域需解决的问题。


技术实现要素：

11.针对于现有顶管机机头存在上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种顶管机机头下沉快速调整的结构，其能够快速有效的抬高机头，确保顶管机钻进方向正确，避免隧道轴线偏差，在此基础上，还给出了顶管机机头下沉快速调整的施工方法，很好地克服了现有技术所存在的问题。
12.为了达到上述目的，本发明提供了一种顶管机机头下沉快速调整的结构，包括支撑组件，所述支撑组件设置于掌子面与顶管机之间，通过所述支撑组件对顶管机的机头在下沉时提供顶力进行支撑。
13.进一步地，所述支撑组件为斜向结构。
14.进一步地，所述支撑组件的最高处高于始发架顶面标高。
15.进一步地，所述支撑组件包括支撑块，调节板，转轴以及钢板，所述调节板一端通过转轴与支撑块底部一端转动连接，调节板可相对支撑块进行一定角度的转动，形成不同大小的安置空间；所述钢板设置于调节板上并在顶管机机头下沉的时候与顶管机机头进行贴合设置。
16.进一步地，所述钢板与调节板之间进行滑动连接，钢板可相对调节板进行滑动。
17.进一步地，所述调节板与支撑块的安置空间内可层叠设置若干垫板，通过设置若干垫板对钢板相对机头的角度进行调节。
18.为了达到上述目的，本发明提供了一种顶管机机头下沉快速调整结构的方法，所述顶管机机头下沉快速调整结构的方法包括施工方法，所述施工方法包括如下步骤：
19.(1)将支撑组件设置于钻进土层掌子面与顶管机之间，始发架难以支撑的部分；
20.(2)在调节板与支撑块的安置空间内放置相应数量的垫板，调节钢板相对机头的角度；
21.(3)随后顶管机后千斤顶起动，顶管机机头在千斤顶作用下获得水平向前的作用力，同时，顶管机机头下沉时受到斜向钢板的限制与向上的支撑反作用力，逐渐抬头，最终在出洞前，保持机头整体水平甚至轻微朝上的行进方向。
22.本发明提供的顶管机机头下沉快速调整的结构及方法，其无需改变顶管机及始发井内原有构造，其通过在机头前方垫斜向支撑组件的方法，能快速有效的调整顶管机机头下沉，施工快捷方便，成本低，效果显著。
附图说明
23.以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
24.图1为现有顶管机及始发井内构造的结构示意图；
25.图2为本顶管机机头下沉快速调整的结构示意图；
26.图3为本顶管机机头下沉快速调整的结构中支撑组件的结构示意图；
27.图4为本顶管机机头下沉快速调整的结构中调节板与支撑块的连接示意图；
28.图5为本顶管机机头下沉快速调整的结构中钢板与调节板的连接示意图；
29.图6为本顶管机机头下沉快速调整的方法流程示意图。
30.下面为附图中的部件标注说明：
31.1.顶管机2.机头3.掌子面4.支撑组件41.支撑块42.调节板43.垫板44.转轴45.钢板46.滑块47.凸起5.始发架6.千斤顶7.底座。
具体实施方式
32.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
33.针对于现有顶管机机头存在上述技术缺陷，本发明提供了一种顶管机机头下沉快速调整的结构，其能够快速有效的抬高机头，确保顶管机钻进方向正确，避免隧道轴线偏差。
34.进一步地，本发明提供的顶管机机头下沉快速调整的结构基于顶管机及始发井内
原有构造的基础上进行增设支撑组件，可无需改变顶管机及始发井内原有构造，快速有效的调整顶管机机头下沉，施工快捷方便，成本低，效果显著。
35.参见图1，顶管机及始发井内原有构造，包括顶管机1，掌子面3，始发架5以及千斤顶6。
36.其中，顶管机1设置于始发架5上，千斤顶6与顶管机1的盾尾配合连接，用于对顶管机1的机头2实施水平推力。掌子面3与顶管机1的机头2相对设置，其为开挖坑道的工作面。
37.这里对于顶管机及始发井内的构造为本领域技术人员所熟知，这里就不加以详细赘述。
38.参见图2，由于钻机重量过重及下层土较软等原因，导致顶管机机头2容易出现下沉现象，如不及时处理将导致隧道轴线偏差，严重影响施工进度及施工质量，因此，本方案提供的顶管机机头下沉快速调整的结构是通过在掌子面3与顶管机1之间，始发架5难以支撑的部分设置支撑组件4。这里支撑组件4为斜向结构，其最高处高于始发架5顶面标高，能够对顶管机机头2实现一定的支撑力和阻力。
39.通过设置支撑组件4，在顶管机1后千斤顶6启动后，顶管机机头2在千斤顶6的水平推力与斜向支撑组件4的竖直往上的支撑反作用力下，逐渐抬头，最终在出洞前，保持机头整体水平甚至轻微朝上的行进方向。
40.进一步地，参见图3，支撑组件4包括支撑块41，调节板42，垫板43，转轴44以及钢板45。
41.其中，参见图4，调节板9一端通过转轴8与支撑块7底部一端转动连接，调节板42可相对支撑块41进行一定角度的转动，来放大和缩小与支撑块41之间的安置空间。
42.垫板43设置于调节板42与支撑块41之间，可通过在支撑块41与调节板42之间层叠设置不同数量垫板43，对钢板45角度进行调节。
43.同时，钢板45设置于调节板42上并在顶管机机头2下沉的时候与顶管机机头2进行贴合设置。
44.参见图5，本方案中钢板45优选与调节板42进行滑动连接，从而有利于减小机头2对钢板45的摩擦力，进而有利于减小对机头2与钢板45的磨损。
45.这里对于滑动连接结构本方案不做限定，作为举例，可在钢板45底部设置滑块46，同时，在滑块46的底部设有滑槽，配合调节板42的边缘设有凸起47，将滑块46的滑槽卡入凸起47的两侧，可沿着调节板42的边缘进行滑动，由此能够将对钢板45的静摩擦力变成滑动摩擦力，从而有利于减小机头2对钢板45的摩擦力。
46.进一步地，在支撑组件4底部可优选设置高度调节组件，通过高度调节组件能够对支撑组件进行高度调节，以适应机头与掌子面之间不同高度的顶管机，通过对支撑组件进行高度调节，来保证支撑组件4能够对机头有足够的支撑力。
47.这里对于高度调节组件的结构本方案不做限定，作为举例，可采用螺纹升降结构也可采用液压驱动机构等，均可实现对支撑组件进行高度调节的作用。
48.基于上述所提供的顶管机机头下沉快速调整的结构，参见图6，本方案还提供了一种顶管机机头下沉快速调整的施工方法，所述施工方法包括如下步骤：
49.s1：始发井内，将支撑组件4设置于钻进土层掌子面3与顶管机1之间，始发架5及顶管机1安装就位后，在钻进土层掌子面3与顶管机1之间，始发架5难以支撑的部分，设置支撑
组件4，支撑组件4最高处略高于始发架5顶面标高；
50.s2：随后顶管机1后千斤顶6启动，随后开始钻进作业，启动顶管机1后千斤顶6，顶管机1机头2在千斤顶6作用下获得水平向前的作用力，同时，由于顶管机1机头2存在下沉现象，因此，顶管机1机头2获得向下作用力，由于顶管机1机头2下沉时受到支撑组件4的限制与向上的支撑反作用力，逐渐抬头，最终在出洞前，保持机头2整体水平甚至轻微朝上的行进方向
51.所述s1中支撑组件4最高处略高于始发架5顶面标高，能够对机头2实现一定的阻力。
52.所述s1中支撑组件4的高度根据始发架5标高及始发井底标高确定，通过定制不同的高度来适用于不同工况条件下的机头2下沉处理。
53.所述s1中斜向钢板45安装时与掌子面3紧密贴合，防止在机头2移动过程中斜向钢板45一端翘起，通过在斜向钢板45底部设置底座7，通过焊接方式进行安装，使斜向钢板4保持稳定性。
54.所述s1中斜向钢板45的高度根据始发架5标高及始发井底标高进行微调时，通过在支撑块41与调节板42之间添加不同数量垫板43，对斜向钢板4角度进行调节。
55.由上述方案构成的顶管机机头下沉快速调整的结构及方法，无需改变顶管机及始发井内原有构造，通过设置斜向钢板，能快速有效的调整顶管机机头下沉，施工快捷方便，成本低，效果显著。
56.同时，斜向钢板的高度可根据始发架标高及始发井底标高确定，通过定制不同的高度来适用于不同工况条件下的机头下沉处理。
57.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种顶管机机头下沉快速调整的结构，其特征在于，包括支撑组件，所述支撑组件设置于掌子面与顶管机之间，通过所述支撑组件对顶管机的机头在下沉时提供顶力进行支撑。2.根据权利要求1所述的一种顶管机机头下沉快速调整的结构，其特征在于，所述支撑组件为斜向结构。3.根据权利要求1所述的一种顶管机机头下沉快速调整的结构，其特征在于，所述支撑组件的最高处高于始发架顶面标高。4.根据权利要求1所述的一种顶管机机头下沉快速调整的结构，其特征在于，所述支撑组件包括支撑块，调节板，转轴以及钢板，所述调节板一端通过转轴与支撑块底部一端转动连接，调节板可相对支撑块进行一定角度的转动，形成不同大小的安置空间；所述钢板设置于调节板上并在顶管机机头下沉的时候与顶管机机头进行贴合设置。5.根据权利要求4所述的一种顶管机机头下沉快速调整的结构，其特征在于，所述钢板与调节板之间进行滑动连接，钢板可相对调节板进行滑动。6.根据权利要求4所述的一种顶管机机头下沉快速调整的结构，其特征在于，所述调节板与支撑块的安置空间内可层叠设置若干垫板，通过设置若干垫板对钢板相对机头的角度进行调节。7.一种顶管机机头下沉快速调整结构的方法，其特征在于，所述顶管机机头下沉快速调整结构的方法包括施工方法，所述施工方法包括如下步骤：(1)将支撑组件设置于钻进土层掌子面与顶管机之间，始发架难以支撑的部分；(2)在调节板与支撑块的安置空间内放置相应数量的垫板，调节板相对机头的角度；(3)随后顶管机后千斤顶起动，顶管机机头在千斤顶作用下获得水平向前的作用力，同时，顶管机机头下沉时受到斜向钢板的限制与向上的支撑反作用力，逐渐抬头，最终在出洞前，保持机头整体水平甚至轻微朝上的行进方向。

技术总结
本发明公开了一种顶管机机头下沉快速调整的结构及方法，包括支撑组件，所述支撑设置于掌子面与顶管机之间，通过设置斜向结构的支撑组件在顶管机后千斤顶启动后，顶管机机头在千斤顶的水平推力与斜向支撑组件的竖直往上的支撑反作用力下，逐渐抬头，最终在出洞前，保持机头整体水平甚至轻微朝上的行进方向。本方案无需改变顶管机及始发井内原有构造，通过设置斜向支撑组件，能快速有效的调整顶管机机头下沉，施工快捷方便，成本低，效果显著；同时，斜向钢板的高度可根据始发架标高及始发井底标高确定，通过定制不同的高度来适用于不同工况条件下的机头下沉处理。条件下的机头下沉处理。条件下的机头下沉处理。


技术研发人员：孙旻 杨明明 李全英 吴元昊 韩磊 王良超 孟庆峰
受保护的技术使用者：中国建筑第八工程局有限公司
技术研发日：2023.08.07
技术公布日：2023/10/15