本发明涉及隧道施工技术领域，特别是指一种吃管法管道更新掘进机及施工方法。
背景技术：
随着城市化水平的不断提高，城市地下采用顶管法施工的旧管道面临着老化破损，同时也面临着管道直径太小，已难以满足地下管道的要求。因此，针对原顶管法施工的旧管道更新技术面临重大需求。
顶管法施工的旧管道中，每节管节拼接口处为整个管道的薄弱部分，因此管节往往采用钢承插口管以提高接口处的密封效果。钢承插口管外套的钢套环较厚，极难破除。现今的管线更新技术主要分为明挖法和非开挖技术两大类。明挖法对周边环境与道路交通影响较大，已较难满足城市核心区的复杂要求。近年来，国内逐渐开展了非开挖管线更新技术的研究，但仍局限于小直径采用的普通施工且没有厚钢套环的旧管道的更新。针具有高强度钢套环的旧管道的非开挖管线更新面临着重大挑战。
因此，原顶管法施工旧管道的更新问题亟待解决，研制一种适用于钢承插口旧管道原位破除和新管道同步敷设的掘进机很有必要。
技术实现要素：
针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种吃管法管道更新掘进机及施工方法，解决了现有技术中原顶管法施工旧管道的更新效率低的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种吃管法管道更新掘进机，包括主机和推进装置，所述主机的前部依次设有吃管刀盘和泥水舱，吃管刀盘与设置在主机内的主驱动相连接，吃管刀盘与主机内均设有供旧管道通过的中心通道，所述泥水舱上连接有排浆系统和注浆系统，主机的后部与推进装置相对应。
优选地，吃管刀盘包括中空的环形刀盘本体，环形刀盘本体的前面板上设有第一浆液通道和第二浆液通道，第二浆液通道的两侧壁和第一浆液通道的两侧壁上均设有切刀，第一浆液通道和第二浆液通道分别与泥水舱相连通，环形刀盘本体的内壁上设有盾刷。
优选地，所述环形刀盘本体的前面板上还设有撕裂刀，撕裂刀成列设置组成撕裂刀组，撕裂刀组的延长线通过环形刀盘本体的圆心；环形刀盘本体的后部通过法兰腿与设置在主机内的驱动轴承内圈相连接。
吃管刀盘、主机及设置在主机内的前隔板形成环形的泥水舱，排浆系统的排浆管连接在泥水舱的下部，注浆系统的注浆管连接在泥水舱的上部。
其中，所述主机包括前盾和尾盾，前盾通过沿周向设置的若干个纠偏油缸与尾盾相连接，前盾与尾盾之间的搭接处设有密封件。
优选地，所述推进装置包括设置在始发端的支撑架，支撑架上设有顶推油缸和用于拖拉旧管道管节的拖拉装置，掘进过程中，顶推油缸通过新管节推动主机向前运动。所述拖拉装置包括卷扬机，卷扬机上的绳索通过滑移夹具与旧管道管节相配合。
一种所述的吃管法管道更新掘进机的施工方法，步骤如下：s1：始发端和接收端的加固：对掘进机的始发端和接收端的周围的土体进行加固处理，形成始发支撑体和接收支撑体，始发支撑体和接收支撑体分别位于旧管道的两端，在始发支撑体内设置推进装置以满足掘进过程中设备的顶推需求；
s2：掘进机的开挖：在吃管刀盘的切削力以及推进装置的顶推力共同作用下，吃管刀盘对旧管道外围的土体进行切削，实现掘进机的掘进及对旧管道隧洞的扩挖；
s3：旧管道管节的拆除：在掘进机向前掘进时，旧管道伸入吃管刀盘及主机内，当掘进机向前掘进一个旧管节距离时，旧管道管节通过拖拉装置被拉至始发端，并通过吊运装置将旧管吊出；
s4：新管节的铺设：旧管道管节吊出后，放下新管节，进行新管节的拼装，并在新管节内铺设导轨，便于旧管道管节的拖运；
s5：重复步骤s3~s4，掘进机连续向前掘进，完成对旧管道的拆除和对新管道的铺设。
本发明吃管刀盘采用中空设计，通过切削原顶管法施工旧管道周边土层从而将旧管道吃入主机，在不切削旧管道的情况下实现掘进机的推进和原隧洞的扩挖，从而大大提高切削推进效率。在掘进过程中，旧管道以整节为单元通过卷扬机拖拽在轨道上滑行，运至始发端位置然后吊出，大大提高了旧管节的清运效率，进而提高管道更新施工效率。本发明结构设计巧妙，实现钢承插口管道的非开挖原位拆除和新管道同步敷设，提高了施工效率和施工安全系数，是管道更新的一大创新，具有较高的推广价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明掘进机施工状态示意图；
图2为本发明掘进机结构示意图；
图3为吃管刀盘结构示意图；
图4为图2中a-a向视图；
图5为推进装置结构示意图；
图6为主机结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2所示，实施例1，一种吃管法管道更新掘进机，包括主机3和推进装置7，主机3起支撑作用，承受周围地层水土压力。掘进过程中，推进装置提供掘进机向前运动的动力。所述主机3的前部依次设有吃管刀盘1和泥水舱9，吃管刀盘1与设置在主机3内的主驱动2相连接，主驱动提供吃管刀盘转动的动力，掘进过程中吃管刀盘转动，对旧管道周围的土体进行切削，实现旧管道隧洞的扩挖。吃管刀盘1与主机3内均设有供旧管道5通过的中心通道，掘进过程中旧管道通过中心通道逐渐伸进吃管刀盘和主机内，形式上形成“吃管”。在上述掘进过程中，泥水舱9上连接有排浆系统11和注浆系统13，注浆系统13用于向吃管刀盘与掌子面之间注入浆液，便于土体开挖和泥浆排出，排浆系统用于将进入泥水舱内的泥浆排出。主机3的后部与推进装置7相对应，始发状态时，推进装置直接作用在主机上，向前推进主机运动，然后再通过新管片推动主机和刀盘向前运动，实现掘进机的向前掘进。
进一步，如图3所示，所述吃管刀盘1包括中空的环形刀盘本体103，掘进过程中旧管道伸进环形刀盘本体内部，开挖直径的大小由环形刀盘本体的外径决定，环形刀盘本体的内径大小由旧管道外径决定，正常状态下环形本体内径略大于旧管道外径。环形刀盘本体103的前面板上设有第一浆液通道104和第二浆液通道105，第二浆液通道105的两侧壁和第一浆液通道104的两侧壁上均设有切刀101，第一浆液通道104和第二浆液通道105分别与泥水舱9相连通，第一浆液通道104与注浆系统的注浆管道相对应，用于向刀盘与掌子面之间注入水或其他改良浆液，第二浆液通道105与排浆系统的排浆管道相对应，用于泥浆的排出。环形刀盘本体103的内壁上设有盾刷6，盾刷阻止掘进过程中渣土进入主机内。
进一步，所述环形刀盘本体103为面板式中空刀盘，环形刀盘本体103的前面板上还设有撕裂刀102，撕裂刀102成列设置组成撕裂刀组，撕裂刀组的数量根据需设置。撕裂刀组的延长线通过环形刀盘本体103的圆心，提高切削能力。环形刀盘本体103的后部通过4个法兰腿10与设置在主机3内的驱动轴承15内圈相连接，刀盘驱动采用周边驱动的方式，主驱动带动小齿轮轴、轴承，进而驱动开挖刀盘旋转。
如图4所示，实施例2，一种吃管法管道更新掘进机，吃管刀盘1、主机3及设置在主机3内的前隔板形成环形的泥水舱9，排浆系统11的排浆管12连接在泥水舱9的下部，注浆系统13的注浆管14连接在泥水舱9的上部。所述泥水舱连接进排浆管，通过控制浆液形成良好的泥水平衡系统。
进一步，如图6所示，所述主机3包括前盾301和尾盾303，前盾301通过沿周向设置的若干个纠偏油缸302与尾盾303相连接，所述纠偏油缸通过调整前盾的位姿进而对刀盘的掘进方向进行调整，纠正掘进机掘进过程中的角度偏差；前盾301与尾盾303之间的搭接处设有密封件304，提高主机密封性，防止浆液或泥渣进入主机内部。
进一步，如图5所示，所述推进装置7包括设置在始发端的支撑架701，支撑架701为推进油缸提供反支撑力，支撑架701上设有顶推油缸702和用于拖拉旧管道5管节的拖拉装置，顶推油缸702的数量根据需要可设置多个，以能提供足够且均匀的推动力为准。掘进过程中，顶推油缸702通过新管节4推动主机3向前运动。所述拖拉装置包括卷扬机8，卷扬机8上的绳索通过滑移夹具与旧管道5管节相配合，用以拖出旧管道的旧管节。其他结构与实施例1相同。
如图1所示，实施例3：一种如实施例2所述的吃管法管道更新掘进机的施工方法，步骤如下：s1：始发端和接收端的加固：对掘进机的始发端和接收端的周围的土体进行加固处理，形成始发支撑体16和接收支撑体17，始发支撑体16和接收支撑体17分别位于旧管道5的两端，在始发支撑体16内设置推进装置7以满足掘进过程中设备的顶推需求；
s2：掘进机的开挖：在吃管刀盘1的切削力以及推进装置7的顶推力共同作用下，吃管刀盘1对旧管道5外围的土体进行切削，实现掘进机的掘进及对旧管道5隧洞的扩挖，扩挖直径取决与吃管刀盘外径的大小，根据需要设置；
s3：旧管道5管节的拆除：在掘进机向前掘进时，旧管道5伸入吃管刀盘1及主机3内，当掘进机向前掘进一个旧管节距离时，旧管道5位于最外端的旧管节拆除并通过拖拉装置被拉至始发端，然后通过吊运装置将旧管吊出；
s4：新管节的铺设：旧管道5管节吊出后始发井后，从始发井放下新管节4，进行新管节4的拼装，并在新管节4内铺设导轨，便于旧管道5管节的拖运；
s5：重复步骤s3~s4，掘进机连续向前掘进，完成对旧管道5的拆除和对新管道的铺设，从而达到旧管节拆除和新管道同步敷设的目的，提高施工效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种吃管法管道更新掘进机，包括主机（3）和推进装置（7），其特征在于：所述主机（3）的前部依次设有吃管刀盘（1）和泥水舱（9），吃管刀盘（1）与设置在主机（3）内的主驱动（2）相连接，吃管刀盘（1）与主机（3）内均设有供旧管道（5）通过的中心通道，所述泥水舱（9）上连接有排浆系统（11）和注浆系统（13），主机（3）的后部与推进装置（7）相对应。
2.根据权利要求1所述的吃管法管道更新掘进机，其特征在于：所述吃管刀盘（1）包括中空的环形刀盘本体（103），环形刀盘本体（103）的前面板上设有第一浆液通道（104）和第二浆液通道（105），第二浆液通道（105）的两侧壁和第一浆液通道（104）的两侧壁上均设有切刀（101），第一浆液通道（104）和第二浆液通道（105）分别与泥水舱（9）相连通，环形刀盘本体（103）的内壁上设有盾刷（6）。
3.根据权利要求2所述的吃管法管道更新掘进机，其特征在于：所述环形刀盘本体（103）的前面板上还设有撕裂刀（102），撕裂刀（102）成列设置组成撕裂刀组，撕裂刀组的延长线通过环形刀盘本体（103）的圆心；环形刀盘本体（103）的后部通过法兰腿（10）与设置在主机（3）内的驱动轴承（15）内圈相连接。
4.根据权利要求1~3任一项所述的吃管法管道更新掘进机，其特征在于：吃管刀盘（1）、主机（3）及设置在主机（3）内的前隔板形成环形的泥水舱（9），排浆系统（11）的排浆管（12）连接在泥水舱（9）的下部，注浆系统（13）的注浆管（14）连接在泥水舱（9）的上部。
5.根据权利要求4所述的吃管法管道更新掘进机，其特征在于：所述主机（3）包括前盾（301）和尾盾（303），前盾（301）通过沿周向设置的若干个纠偏油缸（302）与尾盾（303）相连接，前盾（301）与尾盾（303）之间的搭接处设有密封件（304）。
6.根据权利要求1~3、5任一项所述的吃管法管道更新掘进机，其特征在于：所述推进装置（7）包括设置在始发端的支撑架（701），支撑架（701）上设有顶推油缸（702）和用于拖拉旧管道（5）管节的拖拉装置，掘进过程中，顶推油缸（702）通过新管节（4）推动主机（3）向前运动。
7.根据权利要求6所述的吃管法管道更新掘进机，其特征在于：所述拖拉装置包括卷扬机（8），卷扬机（8）上的绳索通过滑移夹具与旧管道（5）管节相配合。
8.一种如权利要求7所述的吃管法管道更新掘进机的施工方法，其特征在于：步骤如下：s1：始发端和接收端的加固：对掘进机的始发端和接收端的周围的土体进行加固处理，形成始发支撑体（16）和接收支撑体（17），始发支撑体（16）和接收支撑体（17）分别位于旧管道（5）的两端，在始发支撑体（16）内设置推进装置（7）以满足掘进过程中设备的顶推需求；
s2：掘进机的开挖：在吃管刀盘（1）的切削力以及推进装置（7）的顶推力共同作用下，吃管刀盘（1）对旧管道（5）外围的土体进行切削，实现掘进机的掘进及对旧管道（5）隧洞的扩挖；
s3：旧管道（5）管节的拆除：在掘进机向前掘进时，旧管道（5）伸入吃管刀盘（1）及主机（3）内，当掘进机向前掘进一个旧管节距离时，旧管道（5）管节通过拖拉装置被拉至始发端，并通过吊运装置将旧管吊出；
s4：新管节的铺设：旧管道（5）管节吊出后，放下新管节（4），进行新管节（4）的拼装，并在新管节（4）内铺设导轨，便于旧管道（5）管节的拖运；
s5：重复步骤s3~s4，掘进机连续向前掘进，完成对旧管道（5）的拆除和对新管道的铺设。
技术总结