[发明专利]一种敞开式顶管机及其施工方法

说明书

本发明提供了一种敞开式顶管机及其施工方法，涉及隧道施工技术领域，敞开式顶管机包括：盾体，其前端呈敞开状；管节，连接于盾体的后端；开挖装置，设于盾体内；支撑装置，包括转动连接的插刀机构和挡板机构，插刀机构连接于盾体的前端的顶部，并用于沿平行于盾体的轴线方向移动，挡板机构具有折叠位置和支撑位置，当挡板机构转动至折叠位置时，挡板机构收纳于盾体顶部的内侧，当挡板机构转动至支撑位置时，挡板机构用于与掌子面贴合；顶推装置，连接于管节的后部，用于顶推管节和盾体；注浆装置，设于盾体内，并用于向盾体与土体之间的开挖间隙填充泥浆，以在盾体的外表面形成泥浆套。这样，可提高掌子面的稳定性，避免“背土”现象的发生。

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体而言，涉及一种敞开式顶管机及其施工方法。

背景技术

随着我国城市化进程的加快，城市地下通道的修建需求也愈发旺盛。目前，城市短距离地下通道，例如地铁车站出入口过街通道和下穿既有铁路通道等工程，广泛采用矩形顶管技术进行施工。由于敞开式矩形顶管机没有刀盘、驱动装置和全封闭的土仓隔板，操作人员距离掌子面仅有几米的距离，可以直接目视掌子面前方的地质状况，精确地控制挖掘操作，可以根据地层的变化做出快速反应并采取必要的处理措施。譬如，若遇到漂石、大块回填石或其他障碍物时，因开挖面敞开，使得处理障碍物的过程也变得十分容易和直接。故敞开式矩形顶管机能有效解决密闭式矩形顶管机所存在的处理障碍物难的问题，具有良好的经济性和灵活的风险应对能力，尤其是在砂卵石等自稳性较好的地层中施工，敞开式矩形顶管机比密闭式矩形顶管机更为经济适用。

但是，现有的敞开式矩形顶管机存在两方面难题，一方面，敞开式矩形顶管机的开挖面积较大，使得掌子面稳定困难，稍有不慎，易造成地面塌陷；另一方面，敞开式矩形顶管机的顶部跨度大且平直，不能像圆形顶管机一样形成土拱效应，其土体重力直接作用到盾体上表面，当土体与盾体摩擦力大于迎面阻力和土体粘聚力时，容易产生“背土”现象，从而造成地面隆起或者塌陷。

发明内容

本发明解决的问题是：在敞开式顶管机施工过程中，如何保证掌子面的稳定性以及减少“背土”现象。

为解决上述问题，本发明提供一种敞开式顶管机，包括：

盾体，其前端呈敞开状；

管节，连接于所述盾体的后端；

开挖装置，设于所述盾体内；

支撑装置，包括转动连接的插刀机构和挡板机构，所述插刀机构连接于所述盾体的前端的顶部，并用于沿平行于所述盾体的轴线方向移动，所述挡板机构具有折叠位置和支撑位置，当所述挡板机构转动至所述折叠位置时，所述挡板机构收纳于所述盾体顶部的内侧，当所述挡板机构转动至所述支撑位置时，所述挡板机构用于与掌子面贴合；

顶推装置，连接于所述管节的后部，用于顶推所述管节和盾体；

注浆装置，设于所述盾体内，并用于向所述盾体与土体之间的开挖间隙填充泥浆，以在所述盾体的外表面形成泥浆套。

可选地，所述插刀机构包括插刀和第一驱动件，所述第一驱动件的一端与所述插刀铰接，所述第一驱动件的另一端与所述盾体铰接，所述挡板机构转动连接于所述插刀上，所述第一驱动件用于驱动所述插刀沿平行于所述盾体的轴线方向移动。

可选地，所述挡板机构包括挡板和第二驱动件，所述挡板铰接于所述插刀机构的前端，所述第二驱动件的一端与所述挡板铰接，所述第二驱动件的另一端与所述插刀机构铰接，所述第二驱动件用于驱动所述挡板相对于所述插刀机构转动至所述折叠位置或所述支撑位置。

可选地，所述盾体顶部设有多个插刀舱，多个所述插刀舱沿所述盾体的环向均匀分布，且每个所述插刀舱内均设有一个所述支撑装置，且所述插刀机构滑动连接于所述插刀舱内。