一种管幕锁扣用侧向切削装置及其施工方法与流程

本发明属于地下隧道施工设备，具体涉及一种管幕锁扣用侧向切削装置及其施工方法。

背景技术：

1、管幕法是一种地下隧道施工方法，具有断面型式灵活的特点，可用于修建大跨度地下结构。其施工方法为，首先利用顶管技术在拟建的地下结构的轮廓外围顶入多根相互“平行”的大直径钢管，包络形成一个由若干钢管构成的结构“区间”，相邻钢管之间通过锁口连接并结合止水方法形成水密性初支结构；之后向各钢管单体内进行注浆或注入混凝土；最后在管幕的支护下对其结构“区间”内的土体进行开挖，并施作永久性结构，最终形成地下空间结构体。

2、参见图9，构成管幕的钢管单体之间通常采用锁扣连接，其作用主要有2种，第一，相邻钢管通过锁扣连接后相互咬合形成管幕初支结构，用于挡土止水；第二，对管幕的施工姿态起到导向作用。若没有锁扣，管幕支护体系易失效，因此锁扣是管幕作为地下结构体施工的初支结构中必不可少的组成部分。

3、现有技术中，带锁扣钢管单体在圆形管幕法施工过程中存在以下问题：

4、i.由于管幕机的切削刀盘只能切削出正圆形截面，当管幕机的切削刀盘不扩挖时，

5、（1）由于锁扣结构焊接于钢管外侧壁的一法线上，在钢管单体被顶进的过程中，侧面超出钢管正圆轮廓形状的锁扣，会直接与土体接触并挤压原状土体，这将大大增加钢管单体顶进的摩阻力；

6、（2）当管幕顶进过程中遇硬土层、障碍物或其他坚硬结构物时，可能导致锁扣被挤压并产生变形，影响相邻钢管的锁扣连接失败，从而达不到理想的止水效果；

7、（3）当曲线管幕在地层中顶进时，锁扣与土层接触会产生反力，也会增加管幕曲线顶进姿态的控制难度。

8、ii. 由于管幕机的切削刀盘只能切削出正圆形截面，如管幕机的切削刀盘进行扩挖，扩挖范围覆盖管幕锁扣大小时，由于扩挖范围较大，引起管幕周边地层损失较大，然而管幕钢管内操作空间小不能进行大范围的注浆填充作业，不能及时填充地层损失，进而引发地面沉降超限。

9、因此，如何提供一种适应侧面具有锁扣结构的钢管顶进的掘进设备及其施工方法，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对以上技术问题，本发明提供一种管幕锁扣用侧向切削装置及其施工方法；能够适应侧面具有锁扣结构钢管的顶进，进而最大限度提高施工掘进效率和管幕成型质量，降低施工对土体的扰动，减小地面沉降。

2、本发明的技术方案是：一种管幕锁扣用侧向切削装置，包括管幕顶管机，所述管幕顶管机壳体的侧面设有侧向切削装置；

3、所述侧向切削装置包括侧向刀盘，侧向刀盘驱动机构，侧向刀盘支撑结构，注浆装置和出土装置；

4、所述侧向刀盘支撑结构为胸板，所述管幕顶管机壳体的侧面设有安装孔，所述胸板设于安装孔上；

5、所述侧向刀盘上设有刀具，所述侧向刀盘的一侧设有刀盘轴，所述刀盘轴穿过胸板与设于管幕顶管机壳体内侧向刀盘驱动机构相连；

6、所述注浆装置包括注浆管和注浆口，所述注浆口设于胸板上，所述注浆管一端与注浆口连接，另一端与注浆设备连接；

7、所述出土装置包括集土箱、出土驱动电机、出土管和出土螺杆，所述出土管一端穿过胸板，另一端连接至集土箱内，所述出土螺杆一端穿过出土管与外部土层接触，另一端与出土驱动电机连接。

8、优选的，所述刀盘驱动机构包括基座、第一减速机和刀盘驱动电机，所述基座固定于胸板上，所述刀盘驱动电机和第一减速机由内向外依次固定在基座上，所述刀盘驱动电机和第一减速机连接，所述第一减速机的输出轴穿过基座与刀盘轴连接。

9、优选的，所述刀盘支撑结构还包括若干连接板，所述连接板设于胸板内壁和管幕顶管机壳体内壁之间，所述基座、出渣管和注浆管均连接于连接板。

10、优选的，所述出土驱动机构包括第二减速机和出土驱动电机，所述出土驱动电机固定于集土箱外壁上，所述出土驱动电机和第二减速机连接，所述第二减速机固定于集土箱内壁上，所述第二减速机的输出轴和出土螺杆连接。

11、优选的，所述胸板采用法兰连接或者螺栓连接设于安装孔上。

12、优选的，所述集土箱上设有盖板，所述集土箱上还设有排土口，所述排土口与排土管连接，所述排土管上设有阀门。

13、优选的，所述集土箱连接有进浆管和排浆管。

14、还提供该管幕锁扣用侧向切削装置的施工方法，包括以下步骤：

15、1）施工准备

16、将带有侧向切削装置的管幕顶管机安装完成后，放置于拟建隧道的始发井位置；

17、2）始发成孔

18、管幕顶管机始发顶进前，在管幕顶管机机头后方安装带锁扣的钢管，待管幕顶管机机头至少有1/2顶进土体后，启动侧向切削装置；

19、3）边切削成孔边出土

20、随着管幕顶管机沿轴线方向朝前边顶进，在管幕顶管机后安装带锁扣钢管，同时侧向切削装置对管幕钢管侧壁锁扣范围内的原状土体也不断进行切削，切削下来的土体随着出土装置被抽入集土箱内；

21、4）成孔完成

22、当管幕顶管机到达接收端，侧向切削装置成孔完成，带锁扣钢管完成施工，下一根带锁扣管幕钢管按上述流程依次施工完成，管幕钢管两侧锁扣分别与相邻管幕侧的锁扣相连接，最后形成止水挡土的管幕支护体系。

23、本发明的有益效果：

24、本发明创新性地在顶管机主体侧面设置侧向切削装置，随着带有侧向切削装置的管幕顶管机顶进，将后续管幕钢管侧壁锁扣范围内的原状土体预先掘松散、或将硬质土体搅碎，大大减少乃至消除了后方带锁扣的钢管在前进时的阻碍；

25、侧向切削装置设有注浆管和注浆口，边挖掘边注浆，浆体凝固后可固定钢管，且形成止水结构，且及时填充地层损失，防止地面沉降；

26、集土箱上设有连接进浆管和排浆管，当管幕顶管机进距离长、侧向机构出渣量大时，启动泥浆泵，通过泥浆泵将泥浆或改良浆液压入集土箱内进行进、排浆实现边顶进边出渣的目的；

27、该装置结构轻便，施工安全可靠，既利于减小带锁扣管幕施工的顶进摩阻力，又避免遇硬质地层时锁扣发生变形而影响管幕支护结构的止水效果，还有利于进一步提高管幕施工导向精度，特别是曲线管幕施工；同时还有助于缩小地层损失范围从而减小地面沉降。

技术特征：

1.一种管幕锁扣用侧向切削装置，包括管幕顶管机，其特征是，所述管幕顶管机壳体的侧面设有侧向切削装置；

2.根据权利要求1所述的一种管幕锁扣用侧向切削装置，其特征是，所述刀盘驱动机构包括基座、第一减速机和刀盘驱动电机，所述基座固定于胸板上，所述刀盘驱动电机和第一减速机由内向外依次固定在基座上，所述刀盘驱动电机和第一减速机连接，所述第一减速机的输出轴穿过基座与刀盘轴连接。

3.根据权利要求2所述的一种管幕锁扣用侧向切削装置，其特征是，所述刀盘支撑结构还包括若干连接板，所述连接板设于胸板内壁和管幕顶管机壳体内壁之间，所述基座、出渣管和注浆管均连接于连接板。

4.根据权利要求1所述的一种管幕锁扣用侧向切削装置，其特征是，所述出土驱动机构包括第二减速机和出土驱动电机，所述出土驱动电机固定于集土箱外壁上，所述出土驱动电机和第二减速机连接，所述第二减速机固定于集土箱内壁上，所述第二减速机的输出轴和出土螺杆连接。

5.根据权利要求1所述的一种管幕锁扣用侧向切削装置，其特征是，所述胸板采用法兰连接或者螺栓连接设于安装孔上。

6.根据权利要求1所述的一种管幕锁扣用侧向切削装置，其特征是，所述集土箱上设有盖板，所述集土箱上还设有排土口，所述排土口与排土管连接，所述排土管上设有阀门。

7.根据权利要求6所述的一种管幕锁扣用侧向切削装置，其特征是，所述集土箱连接有进浆管和排浆管。

8.权利要求1所述的管幕锁扣用侧向切削装置的施工方法，其特征是，包括以下步骤：

技术总结本发明属于地下隧道施工设备技术领域，具体涉及一种管幕锁扣用侧向切削装置及其施工方法。包括管幕顶管机，管幕顶管机壳体的侧面设有侧向切削装置；侧向切削装置包括侧向刀盘，侧向刀盘驱动机构，侧向刀盘支撑结构，注浆装置和出土装置；侧向刀盘支撑结构为胸板，管幕顶管机壳体的侧面设有安装孔，胸板设于安装孔上；侧向刀盘上设有刀具，侧向刀盘的一侧设有刀盘轴，刀盘轴与侧向刀盘驱动机构相连；该机构结构轻便，施工安全可靠，既利于减小带锁扣管幕施工的顶进摩阻力，又避免遇硬质地层时锁扣发生变形而影响管幕支护结构的止水效果，还有利于进一步提高管幕施工导向精度，特别是曲线管幕施工；同时还有助于缩小地层损失范围从而减小地面沉降。技术研发人员：陈雪华,周丽红,何展通受保护的技术使用者：广州金土岩土工程技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/11