管幕施工设备及管幕施工方法

摘要

本申请涉及隧道设备技术领域，具体公开了一种管幕施工设备及管幕施工方法。其中，管幕施工设备中：管幕组件包括多个依次相连的钢管结构，相邻钢管结构之间具有限位结构，便于拆卸，掘进组件包括多个挖掘结构，多个挖掘结构一一对应地设置于多个钢管结构内；驱动组件为多个，多个驱动组件与多个钢管结构一一对应地设置，驱动组件包括推进机构和旋转机构，推进机构的输出端连接于旋转机构的底座，旋转机构的输出端与挖掘结构可拆卸地相连，旋转机构与钢管结构相接触。本申请适用于浅埋隧道的施工，有效地解决了现有技术中管幕施工过程中，钢管的顶进精度无法保证，形成的管幕结构可靠性差以及单管顶进多次扰动带来的地表沉降问题。

权利要求

1.一种管幕施工设备，其特征在于，包括：

管幕组件（10），所述管幕组件（10）包括多个依次相连的钢管结构（11），相邻所述钢管结构（11）之间具有限位结构（12），以将相邻所述钢管结构（11）之间可拆卸地连接，所述管幕组件（10）用于支护；

掘进组件（20），所述掘进组件（20）包括多个挖掘结构（21），多个所述挖掘结构（21）一一对应地设置于多个所述钢管结构（11）内，用于所述管幕组件（10）顶进时，粉碎岩土；

驱动组件（30），所述驱动组件（30）为多个，多个所述驱动组件（30）与多个所述钢管结构（11）一一对应地设置，所述驱动组件（30）包括推进机构（31）和旋转机构（32），所述推进机构（31）的输出端连接于所述旋转机构（32）的底座，所述旋转机构（32）的输出端与所述挖掘结构（21）可拆卸地相连，所述旋转机构（32）与所述钢管结构（11）相接触；

所述管幕施工设备还包括：第一门架（40）、第二门架（50）以及第三门架（60），所述第一门架（40）用于所述管幕组件（10）的定位和安装，所述第二门架（50）可滑动地设置于所述第一门架（40）上，所述第二门架（50）上固定安装所述驱动组件（30），以推动所述管幕组件（10）的顶进，所述第三门架（60）用于所述管幕组件（10）顶进时，对所述第二门架（50）的限位；

所述第一门架（40）包括多个定位柱（41）、第一门架主体（42）以及门架滑道（43），所述定位柱（41）固定连接于所述第一门架主体（42）远离所述第二门架（50）的一侧，所述定位柱（41）用于所述第一门架（40）的定位安装，所述门架滑道（43）固定连接于所述第一门架主体（42）靠近所述第二门架（50）的一侧，用于所述第二门架（50）的滑动；

所述第二门架（50）具有门架插件（51）和第二门架主体（52），所述第三门架（60）具有门架插槽（61）和第三门架主体（63），所述门架插件（51）与所述第二门架主体（52）固定相连，所述门架插槽（61）设置于所述第三门架主体（63）内，所述门架插件（51）与所述门架插槽（61）相适配，用于顶进时，固定所述第二门架（50），所述第二门架主体（52）周侧设置所述驱动组件（30）的安装位置，所述第二门架主体（52）还具有镂空的门架主体结构，所述第三门架主体（63）具有放置台，用于支撑所述第二门架（50）；

所述第三门架（60）的底部设置有滑轨（62），所述滑轨（62）面向所述第三门架主体（63）的一面设置限位孔，所述限位孔用于插入限位销，所述限位销用于顶进过程中，防止所述第三门架（60）向推进方向的反方向滑动。

2.根据权利要求1所述的管幕施工设备，其特征在于，所述钢管结构（11）包括第一板体（111）和第二板体（112），所述第一板体（111）面向相邻所述钢管结构（11）的一面设置有限位槽，所述第二板体（112）面向相邻所述钢管结构（11）的一面设置有固定连接的限位块，所述限位块与所述限位槽具有相互限位的固定位置。

3.根据权利要求2所述的管幕施工设备，其特征在于，单个所述钢管结构（11）的横截面为梯形，所述钢管结构（11）相对的侧板分别设置所述第一板体（111）和所述第二板体（112）；以及/或者，所述钢管结构（11）相对的侧板均设置所述第一板体（111），或者，所述钢管结构（11）相对的侧板均所述第二板体（112）；以及/或者，所述钢管结构（11）相邻的板体分别设置所述第一板体（111）和所述第二板体（112）；以及/或者，所述钢管结构（11）相邻的板体均设置所述第一板体（111）或者所述钢管结构（11）相邻的板体均所述第二板体（112）。

4.根据权利要求1所述的管幕施工设备，其特征在于，所述掘进组件（20）还包括排渣结构，所述排渣结构包括隔板（221）、排渣钢管（222）以及排渣钻杆（223），所述排渣钻杆（223）设置于所述排渣钢管（222）内，所述排渣钢管（222）设置于所述钢管结构（11）内，所述隔板（221）用于隔离所述挖掘结构（21）以及所述排渣结构，所述隔板（221）设置通孔，以连通所述钢管结构（11）以及所述排渣钢管（222）。

5.根据权利要求4所述的管幕施工设备，其特征在于，所述排渣钻杆（223）具有转轴（2231），所述挖掘结构（21）的第一端与所述转轴（2231）的第一端通过螺纹紧固连接，所述转轴（2231）的第二端与所述旋转机构（32）的第二端通过螺纹紧固连接。

6.根据权利要求5所述的管幕施工设备，其特征在于，所述驱动组件（30）还包括驱动罩（33），所述旋转机构（32）固定相连于所述推进机构（31）的输出端，所述驱动罩（33）固定于所述旋转机构（32）的外壳，所述旋转机构（32）的输出端相与所述驱动罩（33）的内壁相隔离地设置，所述驱动罩（33）远离所述推进机构（31）的一端与所述管幕组件（10）接触。

7.根据权利要求6所述的管幕施工设备，其特征在于，所述驱动罩（33）包括排渣缺口（331），所述管幕组件（10）包括拱形段与竖直段，位于所述拱形段的所述排渣缺口（331）面向所述拱形段的轴线方向设置，位于所述竖直段的所述排渣缺口（331）沿所述管幕组件（10）的周外侧方向设置。

8.一种管幕施工方法，其特征在于，所述管幕施工方法使用如权利要求1至7中任一项所述的管幕施工设备，所述管幕施工方法包括如下步骤：S01 在工作壁面钻出定位孔，将第一门架（40）中的定位柱（41）插入所述定位孔中，并使第一门架主体（42）与工作壁面贴合；

S02 连接第二门架（50）与第三门架（60），并在所述第二门架（50）上安装所述驱动组件（30）；

S03 连接多个所述钢管结构（11），以形成固定的第一段所述管幕组件（10）；

S04 将所述掘进组件（20）安装于所述钢管结构（11）内；

S05 将第一段所述管幕组件（10）安装于第一门架（40）的门架滑道（43）上，并使第一段所述管幕组件（10）的第一端与所述工作壁面贴合；

S06 连接所述掘进组件（20）与所述驱动组件（30），使驱动罩（33）与第一段所述管幕组件（10）的第二端接触；

S07 启动所述驱动组件（30），将第一段所述管幕组件（10）推入工作壁面。

9.根据权利要求8所述的管幕施工方法，其特征在于，在第一段所述管幕组件（10）完成顶进后，所述管幕施工方法包括如下步骤：S08 将所述驱动组件（30）复位；

S09 将所述驱动组件（30）与所述掘进组件（20）拆卸；

S10 连接多个钢管结构（11），以形成第二段所述管幕组件（10），并将第二段所述管幕组件（10）安装过于第一门架（40）的门架滑道（43）上；

S11 连接所述掘进组件（20）与所述驱动组件（30）；

S12 将第二段所述管幕组件（10）与第一段所述管幕组件（10）焊接；

S13 启动推进机构（31）与旋转机构（32）将第二段所述管幕组件（10）推入工作壁面。

说明书

管幕施工设备及管幕施工方法

技术领域

[0001] 本申请涉及隧道施工设备的技术领域，具体公开了一种管幕施工设备及管幕施工方法。

背景技术

[0002] 浅埋隧道的施工容易引起管线断裂、道路下沉、地表建筑物及地下构筑物变形开裂、原有地铁轨道变形、地下铺设的精密仪器运行失常等问题，管幕法施工作业，作为穿越道路、铁路、机场等地的非开挖技术，在世界各地都取得了较好的效果，其优点在于不影响地面的正常交通，地面道路不用改道，无需进行道路改建，即不需要开挖道路和重新铺设路面。并且其支护强度高、施工精度高、施工时噪声和扰动小、安全可靠，也广泛用于其他施工作业之中。

[0003] 由于技术限制，目前管幕施工均为单管逐步顶进，其单个钢管逐步顶进的精度无法保证。在面对地下岩层以及施工环境等众多影响因素下，当其中一根钢管出现位置偏差之后，后续的钢管均会受到影响，导致支护结构不稳定，重新定位钢管的顶进位置费时费力；加上单个钢管逐步顶进会对周围薄弱岩土体进行多次扰动，使得形成的管幕岩体成为支护结构体系的薄弱环节，还需要考虑地下水渗入后造成地质塌陷出现地面沉降加大的风险。同时单管顶进拼装而成的管幕结构，整体刚度小，承载能力不足，容易导致管幕出现承载不足、加剧岩土体沉降的问题。

发明内容

[0004] 本申请提供了一种管幕施工设备及管幕施工方法，以解决现有技术中管幕施工过程中，钢管的顶进精度无法保证，形成的管幕结构可靠性差以及单管顶进多次扰动带来的地表沉降问题。

[0005] 第一方面，本申请提供了一种管幕施工设备，包括：管幕组件、掘进组件以及驱动组件，管幕组件包括多个依次相连的钢管结构，相邻钢管结构之间具有限位结构，以将相邻钢管结构之间可拆卸地连接，管幕组件用于支护；掘进组件包括多个挖掘结构，多个挖掘结构一一对应地设置于多个钢管结构内，用于管幕组件顶进时，粉碎岩土；驱动组件为多个，多个驱动组件与多个钢管结构一一对应地设置，驱动组件包括推进机构和旋转机构，推进机构的输出端连接于旋转机构的底座，旋转机构的输出端与挖掘结构可拆卸地相连，旋转机构与钢管结构相接触。

[0006] 进一步地，钢管结构包括第一板体和第二板体，第一板体面向相邻钢管结构的一面设置有限位槽，第二板体面向相邻钢管结构的一面设置有固定连接的限位块，限位块与限位槽具有相互限位的固定位置。

[0007] 进一步地，单个钢管结构的横截面为梯形，钢管结构相对的侧板分别设置第一板体和第二板体；以及/或者，

[0008] 钢管结构相对的侧板均设置第一板体，或者，钢管结构相对的侧板均第二板体；以及/或者，

[0009] 钢管结构相邻的板体分别设置第一板体和第二板体；以及/或者，

[0010] 钢管结构相邻的板体均设置第一板体或者钢管结构相邻的板体均第二板体。

[0011] 进一步地，掘进组件还包括排渣结构，排渣结构包括隔板、排渣钢管以及排渣钻杆，排渣钻杆设置于排渣钢管内，排渣钢管设置于钢管结构内，隔板用于隔离挖掘结构以及排渣结构，隔板设置通孔，以连通钢管结构以及排渣钢管。

[0012] 进一步地，排渣钻杆具有转轴，挖掘结构的第一端与转轴的第一端通过螺纹紧固连接，转轴的第二端与旋转机构的第二端通过螺纹紧固连接。

[0013] 进一步地，驱动组件还包括驱动罩，旋转机构固定相连于推进机构的输出端，驱动罩固定于旋转机构的外壳，旋转机构的输出端与驱动罩的内壁相隔离地设置，驱动罩远离推进机构的一端与管幕组件接触。

[0014] 进一步地，驱动罩包括排渣缺口，管幕组件包括拱形段与竖直段，位于拱形段的排渣缺口面向拱形段的轴线方向设置，位于竖直段的排渣缺口沿管幕组件的周外侧方向设置。

[0015] 进一步地，管幕施工设备还包括：第一门架、第二门架以及第三门架，第一门架用于管幕组件的定位和安装，第二门架可滑动地设置于第一门架上，第二门架上固定安装驱动组件，以推动管幕组件顶进，第三门架用于管幕组件顶进时，对第二门架的限位。

[0016] 进一步地，第一门架包括多个定位柱、第一门架主体以及门架滑道，定位柱固定连接于第一门架主体远离所述第二门架的一侧，定位柱用于第一门架的定位安装，门架滑道固定连接于第一门架主体靠近第二门架的一侧，用于第二门架的滑动。

[0017] 进一步地，第二门架具有门架插件和第二门架主体，第三门架具有门架插槽和第三门架主体，门架插件与第二门架主体固定相连，门架插槽设置于第三门架主体内，门架插件与门架插槽相适配，用于顶进时，固定第二门架，第二门架主体周侧设置驱动组件的安装位置，第二门架主体还具有镂空的门架主体结构，第三门架主体具有放置台，用于支撑第二门架。

[0018] 进一步地，第三门架的底部设置有滑轨，滑轨面向第三门架主体的一面设置限位孔，限位孔用于插入限位销，限位销用于顶进过程中，防止第三门架向推进方向的反方向滑动。

[0019] 第二方面，本申请还提供了一种管幕施工方法，管幕施工方法使用上述的管幕施工设备，管幕施工方法包括如下步骤：

[0020] S01 在工作壁面钻出定位孔，将第一门架中的定位柱插入定位孔中，并使第一门架主体与工作壁面贴合；

[0021] S02 连接第二门架与第三门架，并在第二门架上安装驱动组件；

[0022] S03 连接多个钢管结构，以形成固定的第一段管幕组件；

[0023] S04 将掘进组件安装于钢管结构内；

[0024] S05 将第一段管幕组件安装过于第一门架的门架滑道上，并使第一段管幕组件的第一端与工作壁面贴合；

[0025] S06 连接掘进组件与驱动组件，使驱动罩与第一段管幕组件的第二端接触；

[0026] S07 启动驱动组件，将第一段管幕组件推入工作壁面。

[0027] 进一步地，在第一段管幕组件完成顶进后，管幕施工方法包括如下步骤：

[0028] S08 将驱动组件复位；

[0029] S09 将驱动组件与掘进组件拆卸；

[0030] S10 连接多个钢管结构，以形成第二段管幕组件，并将第二段管幕组件安装过于第一门架的门架滑道上；

[0031] S11 连接掘进组件与驱动组件；

[0032] S12 将第二段管幕组件与第一段管幕组件焊接；

[0033] S13 启动推进机构与旋转机构将第二段管幕组件推入工作壁面。

[0034] 本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

[0035] 本申请的技术方案，提供了一种管幕施工设备，包括管幕组件、掘进组件以及驱动组件，管幕组件包括多个依次相连的钢管结构，相邻钢管结构之间具有限位结构，以将相邻钢管结构之间可拆卸地连接，管幕组件用于支护；掘进组件包括多个挖掘结构，多个挖掘结构一一对应地设置于多个钢管结构内，用于管幕组件顶进时，粉碎岩土；驱动组件为多个，多个驱动组件与多个钢管结构一一对应地设置，驱动组件包括推进机构和旋转机构，推进机构的输出端连接于旋转机构的底座，旋转机构的输出端与挖掘结构可拆卸地相连，旋转机构与钢管结构相接触。通过限位结构将钢管结构连接起来，能够保证钢管结构之间的位置关系精准，还能够使钢管结构之间的连接紧密，不容易出现渗水等问题。同时在钢管结构中设置掘进组件用以破碎进入钢管结构中的砂土，减小钢管侧壁来自岩层的压力，在驱动组件的作用下，完成管幕组件顶进，形成的管幕组件为整体，可靠性高，承载能力强。本申请的技术方案有效地解决了现有技术中浅埋隧道的管幕施工过程中，钢管的顶进精度无法保证，形成的管幕结构可靠性差以及单管顶进多次扰动带来的地表沉降问题。

附图说明

[0036] 此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

[0037] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0038] 图1示出了本申请实施例提供的一种管幕施工设备的立体结构示意图；

[0039] 图2示出了图1的管幕施工设备的管幕组件的立体结构示意图；

[0040] 图3示出了图1的管幕施工设备的掘进组件的立体结构示意图；

[0041] 图4示出了图3的掘进组件的装配示意图；

[0042] 图5示出了图1的管幕施工设备的驱动组件的立体结构示意图；

[0043] 图6示出了图1的管幕施工设备的驱动罩的立体结构示意图；

[0044] 图7示出了图1的管幕组件与掘进组件的装配示意图；

[0045] 图8示出了图1的第二门架与驱动组件的装配示意图；

[0046] 图9示出了图1的管幕施工设备的第一门架的立体结构示意图；

[0047] 图10示出了图1的管幕施工设备的第二门架的立体结构示意图；

[0048] 图11示出了图1的管幕施工设备的第三门架的立体结构示意图；

[0049] 图12示出了本申请实施例提供的一种管幕施工方法的流程示意图。

[0050] 其中，上述附图包含以下附图标记：

[0051] 10、管幕组件；11、钢管结构；111、第一板体；112、第二板体；12、限位结构；20、掘进组件；21、挖掘结构；211、主钻头；212、辅助钻头；221、隔板；2211、通孔；222、排渣钢管；223、排渣钻杆；2231、转轴；2232、螺旋片；30、驱动组件；31、推进机构；32、旋转机构；33、驱动罩；331、排渣缺口；40、第一门架；41、定位柱；42、第一门架主体；43、门架滑道；50、第二门架；
51、门架插件；52、第二门架主体；60、第三门架；61、门架插槽；62、滑轨；63、第三门架主体；
64、放置台。

具体实施方式

[0052] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0053] 如图1至图8所示，第一方面，本申请实施例的技术方案中，提供过了一种管幕施工设备，包括：管幕组件10、掘进组件20以及驱动组件30，其中，管幕组件10包括多个依次相连的钢管结构11，相邻钢管结构11之间具有限位结构12，以将相邻钢管结构11之间可拆卸地连接，管幕组件10用于支护；掘进组件20包括多个挖掘结构21，多个挖掘结构21一一对应地设置于多个钢管结构11内，用于管幕组件10顶进时，粉碎岩土；驱动组件30为多个，多个驱动组件30与多个钢管结构11一一对应地设置，驱动组件30包括推进机构31和旋转机构32，推进机构31的输出端连接于旋转机构32的底座，旋转机构32的输出端与挖掘结构21可拆卸地相连，旋转机构32与钢管结构11相接触。通过限位结构12将钢管结构11连接起来，一方面能够保证钢管结构11之间的位置关系精准，另一方面钢管结构11之间的连接紧密，不会出现渗水等问题。同时在钢管结构11中设置掘进组件20用以破碎进入钢管结构11中的沙土，减小钢管侧壁来自岩层的压力，在驱动组件30的作用下，完成管幕组件10顶进，形成的管幕组件10为整体，可靠性高，承载能力强。适用于浅埋隧道的施工，有效地解决了现有技术中管幕施工过程中，钢管的顶进精度无法保证，形成的管幕结构可靠性差以及单管顶进多次扰动带来的地表沉降问题。

[0054] 需要说明的是，本实施例的技术方案中，限位结构12的设置便于钢管结构11之间进行可靠的连接，形成为一体，这样能够加强钢管结构11之间的连接关系，提高管幕组件10的整体刚度，以提高管幕组件10的承载能力。同时，这样连接的管幕组件10，钢管结构11之间相互连接，间隙较小，还可以嵌套的方法连接，使钢管结构11之间不存在间隙，一方面不需要进行止水处理，在深入土体时不需要考虑防水材料的布置，降低了成本，另一方面，间隙较小或者没有间隙杜绝了泥土沙石等物质进入钢管结构11之间，导致钢管结构11之间间隙越来越大，最终管幕组件10失效，支护出现问题。在单个钢管结构11内设置掘进组件20，用于顶进过程中将土体进行破碎，能够减小钢管结构11顶进时候的阻力，同时在长距离顶进时，能够有效地排出破碎的渣土，提高管幕组件10顶进的效率，进而缩短工期。多个驱动组件30与多个钢管结构11一一对应地设置，这样有利于挺高顶进时管幕组件10的质量，由于钢管结构11之间的限位结构12不限制钢管结构11沿顶进方向之间的连接，所以不需要特别考虑各驱动组件30之间配合关系，同时，驱动组件30还用于给掘进组件20提供动力源，将动力端设置于人为可操作的空间，便于后续的维护。

[0055] 如图2所示，在本实施例的技术方案中，钢管结构11包括第一板体111和第二板体112，第一板体111面向相邻钢管结构11的一面设置有限位槽，第二板体112面向相邻钢管结构11的一面设置有固定连接的限位块，限位块与限位槽具有相互限位的固定位置。限位槽与限位块即构成限位结构12。具体地，限位块与限位槽之间的配合用于将相邻的第一板体
111以及第二板体112连接起来，减小或消除两者之间存在间隙的，同时也避免两者之间发生周向的相对位移，从而保证管幕组件10连接的稳定性，进而保证施工过程中管幕组件10支护的可靠性。从截面可看出，第一板体111中的限位槽具有一个开口，开口小于内部容纳空间，第二板体112中的限位块具有相适应的设置，在限位块的侧边的上下方向设置了凸起，凸起能够完全地容纳进容纳槽内，开口与限位块的窄段处相配合，开口就形成了对整个限位块凸起的限位，防止限位块沿周向方向脱落，完成钢管结构11之间可靠的连接。这样的设置还有利于整体管幕组件10推进时不会受到单个钢管结构11失效的情况下，产生连带反应，并且进行修复后可按照原位置继续将钢管结构11推进。

[0056] 如图2所示，在本实施例的技术方案中，单个钢管结构11的横截面为梯形，钢管结构11相对的侧板分别设置第一板体111和第二板体112；以及/或者，钢管结构11相对的侧板均设置第一板体111，或者，钢管结构11相对的侧板均第二板体112；以及/或者，钢管结构11相邻的板体分别设置第一板体111和第二板体112；以及/或者，钢管结构11相邻的板体均设置第一板体111或者钢管结构11相邻的板体均第二板体112。具体地，单个钢管结构11的横截面为梯形，这样的设置能够使得钢管结构11组合之后形成拱形的管幕组件10，钢管结构11之间连接紧密的同时，呈拱效果明显，拱形能够充分发挥管幕组件10的材料强度，有效降低载荷作用下的弯矩和剪力，增加了管幕组件10刚度，更加有效的减少开挖时对邻近土体的扰动并相应地减小周围土体的变形。

[0057] 需要说明的是，钢管结构11包括至少四种形态：第一种钢管结构11，在两个侧板上分别设置第一板体111和第二板体112，这样的钢管结构11可依次相连接。需要呈拱形时，将钢管结构11较短的板面沿同一方向设置，较长的板面沿同一方向设置，在依次将钢管结构11连接即可形成拱形。需要呈直线型时，将相邻的钢管结构11调转方向使较短的板面与较长的板面间隔设置，此时钢管结构11的斜面配合，钢管结构11连接成直面，用于隧道侧面或者底部的管幕布置。第二种钢管结构11与第一种钢管结构11的区别在于，第二种钢管结构
11的两个侧板均设置第一板体111或者均设置第二板体112，这样的设置相较于第一种钢管结构11的配合方式组合更多样化，实际生产过程中对于模具等要求较低。第三种钢管结构
11适用于转角位置处，在相邻的两面分别设置第一板体111与第二板体112，能够实现底部转角位置处的管幕的连接。第四种钢管结构11与第三种钢管结构11的区别在于第一板体
111与第二板体112的设置不同，原理与上述第一种钢管结构11以及第二种钢管结构11之间的区别同理。本领域技术人员可以容易想到的是，设置更多的第一板体111或者第二板体
112在钢管结构11上，以便于更加复杂或者用于其他类型支护作用，均属于本申请钢管结构
11的保护范围内。

[0058] 如图3和图4所示，在本实施例的技术方案中，掘进组件20还包括排渣结构，排渣结构包括隔板221、排渣钢管222以及排渣钻杆223，排渣钻杆223设置于排渣钢管222内，排渣钢管222设置于钢管结构11内，隔板221用于隔离挖掘结构21以及排渣结构，隔板221设置通孔2211，以连通钢管结构11以及排渣钢管222。具体地，挖掘结构21包括主钻头211以及辅助钻头212，由于钢管结构11为四边形设计，所以传统的螺旋式钻头顶进仅能实现圆形钻孔开挖，开挖的截面为圆形，这样就会导致钢管结构11的角落的位置未进行破碎，对钢管结构11的顶进造成一定的阻碍作用。本实施例的技术方案中，设置一个主钻头211，主钻头211能够破碎的区域为钢管结构11的最大的内接圆，设置辅助钻头212，能够将主钻头不能破碎的区域进行破碎干工作，以及破后较大的岩块进行二次破碎，以减小钢管结构11需要自身切削土体所带来的阻力作用。设置隔板221的作用是避免渣土进入排渣钢管222以及钢管结构11之间间隙，导致渣土推挤于上述的缝隙中，后续进行掘进组件20的拆装导致无法退出。隔板221设置通孔2211，便于渣土穿过通孔2211从排渣钢管中排出。

[0059] 如图3和图4所示，在本实施例的技术方案中，排渣钻杆223具有转轴2231，挖掘结构21的第一端与转轴2231的第一端通过螺纹紧固连接，转轴2231的第二端与旋转机构32的第二端通过螺纹紧固连接。螺纹紧固连接可以进行拆卸，并且螺纹紧固可靠性强，配合精度高，即使进行多次拆装，也不会出现较大的偏差，同时螺纹紧固的适配性也强，在进行多个管幕组件10的连接时，也不会存在连接不上的问题。同时通过内部的转轴2231充当传动轴进行传动有利动力源的输出。需要说明得到是，排渣钻杆223还包括螺旋片2232，螺旋片2232的尺寸与排渣钢管222的内径尺寸相近，一方面能够起到稳定转轴2231的作用，避免长距离的传动时，出现转轴抖动的现象，另一方面能够避免与排渣钢管222内壁出现间隙，导致渣土的进入最后导致排渣钻杆223被卡死的情况。隔板221的背面设置有齿轮减速器，用于将转轴2231的旋转通过齿轮啮合传递给辅助钻头212，一方面能够保证主钻头211与辅助钻头212之间的配合关系，另一方面能够减小动力装置的设计，并且齿轮减速器的设置位置也有利于减小传动装置带来的能量损耗。

[0060] 如图1、图6和图8所示，在本实施例的技术方案中，驱动组件30还包括驱动罩33，旋转机构32固定相连于推进机构31的输出端，驱动罩33固定于旋转机构32的外壳，旋转机构32的输出端与驱动罩33的内壁相隔离地设置，驱动罩33远离推进机构31的一端与管幕组件
10接触。具体地，驱动罩33的一端为方形设置，能够有效地贴合钢管结构11的端头，在推进过程中，驱动罩33的作用是通过与钢管结构11的接触，将钢管结构11顶进。

[0061] 如图1、图6和图8所示，在本实施例的技术方案中，驱动罩33包括排渣缺口331，管幕组件10包括拱形段与竖直段，位于拱形段的驱动罩33，其排渣缺口331面向拱形段的轴线方向设置，位于竖直段的驱动罩33，其排渣缺口331背离拱形段的轴线方向设置。排渣缺口331的设置用于渣土完全穿过排渣钢管222之后向外排出，避免渣土进入到旋转机构32内部造成损坏。此处排渣缺口331的设置方向可视为侧壁的排渣方向向外，管幕组件10顶部的排渣方向向内，这样设置的好处是顶部的渣土堆积于内部，不会对侧壁的排渣缺口331造成堵塞。

[0062] 需要说明的是，本申请实施例中，使用了电机作为旋转机构32，以及液压推杆作为推进机构31，液压推杆能够提供强有力的推进作用力，电机能够提供稳定的旋转输出。对传统钻头进行了改进，新型钻头可以开挖异形（拱形、矩形等）截面，实现了开挖出渣一体化，且管与管之间缝隙小，形成封闭的管幕结构，锁口承载能力强，防水效果佳。

[0063] 如图1、图8至图11所示，在本实施例的技术方案中，管幕施工设备还包括：第一门架40、第二门架50以及第三门架60，第一门架40用于管幕组件10的定位和安装，第二门架50可滑动地设置于第一门架40上，第二门架50上固定安装驱动组件30，以推动管幕组件10顶进，第三门架60用于管幕组件10顶进时，对第二门架50的限位。这样设置，可以实现管幕组件10的定位，第二门架50可基于第一门架40进行管幕组件10的精确推进。

[0064] 如图1、图8至图11所示，在本实施例的技术方案中，第一门架40包括多个定位柱41、第一门架主体42以及门架滑道43，定位柱41为多个，固定连接于第一门架主体42远离第二门架50的一侧，定位柱41用于第一门架40的定位安装，门架滑道43固定连接于第一门架主体42靠近第二门架50的一侧，用于第二门架50的滑动。具体地，第一门架主体42包含主体外圈以及内部支架，主体外圈具有弧形段，用于承载管幕组件10。定位柱41有六个，其中五个分别设置与外圈上，剩下一个设置于内部支架的交点上，通过多处的定位柱41共同完成第一门架主体42的定位，实现管幕组件10的精准定位。

[0065] 如图1、图8至图11所示，在本实施例的技术方案中，第二门架50具有门架插件51和第二门架主体52，第三门架60具有门架插槽61和第三门架主体63，门架插件51与第二门架主体52固定相连，门架插槽61设置于第三门架主体63内，门架插件51与门架插槽61相适配，用于顶进时，固定第二门架50，第二门架主体52周侧设置驱动组件30的安装位置，第二门架主体52还具有镂空的门架主体结构，第三门架主体63具有放置台，用于支撑第二门架50。具体地，第二门架主体52包括依次相连的装载段、镂空段以及安装段，装载段用于套装管幕组件10，以配合推进机构31，镂空段用于配合排渣缺口331将土渣排入第二门架主体52内，便于后续的清理。安装段用于安装推进机构31，即液压推杆，安装方式使用焊接的方法，将液压推杆的外壳与安装段焊接在一起，这样的设置以安装段与液压推杆的之间的固定，再通过装载段与第一门架主体42的外圈形成配合的管幕组件10的安装位置。上述设置使用过程中，第一门架主体42与第二门架主体52之间架设管幕组件10，推进机构31与第二门架主体52的位置固定，即实现了推进机构31与管幕组件10的相对位置固定，有效地提高了推进的准度，与此同时，第一门架主体42与第二门架主体52之间地安装位置重复使用，保证了前后管幕组件10之间的配合关系精确，为后续钢管结构11的连接提供了稳定的前期条件。

[0066] 如图1、图8至图11所示，在本实施例的技术方案中第三门架60的底部设置有滑轨62，滑轨62面向第三门架主体63的一面设置限位孔，限位孔用于插入限位销，限位销用于顶进过程中，防止第三门架60向推进方向的反方向滑动。管幕施工设备的自重较大，不便于推进，设置滑轨62的作用在于使第三门架60更好的推进，通常做法是在滑轨62的附近设置驱动件与第三门架60进行连接。由于顶进时需要对第二门架50进行固定，才能将管幕组件10推进土体，设置限位孔便于插入限位销，是为了防止第三门架60沿顶进方向的反方向滑动，第二门架50是架设在第三门架60上的，所以通过限位销的方式即可实现第三门架60的固定，保证推进过程中给驱动组件30能够保证运转效率。需要说明的是，第三门架60还包括放置台64，放置台64可与第二门架50接触，以减少第二门架50对第三门架主体63以及门架滑道43的力作用。便于更好的支撑，在进行复位时，也能保证第二门架50不会直接脱落掉在地面上。

[0067] 在本申请另一实施例的技术方案中（图中未示出），包括第一门架40、第二门架50、第三门架60、管幕组件10、滑轨62。第一门架40包括定位柱41和第一门架主体42。第二门架50包括第二门架主体52和门架插件51。驱动组件30包括推进机构31、旋转机构32以及驱动罩33，其中驱动罩33上设置排渣缺口。掘进组件20包括挖掘结构21和排渣结构，挖掘结构21包括主钻头211和辅助钻头212；排渣结构包括隔板221、通孔2211、排渣钢管222和排渣钻杆
223，排渣钻杆包括转轴2231和螺旋片2232。

[0068] 需要说明的是，第一门架40通过定位柱41定位在工作井侧壁，第一门架40通过门架滑道43与第二门架50连接。第二门架50通过门架滑道43与第一门架40实现相对滑移，第二门架50通过门架滑道43与第三门架60形成一个整体，并能够相对滑移。第三门架60通过第三门架主体63与滑轨62的接触，与地面连接起到支撑点的作用，第三门架60与定位柱41一同支撑整个悬空的工作系统，并能通过滑轨62起到前后滑动的作用，门架插件51以及门架插槽61起到将第二门架50与第三门架60结合的作用，并能使其相对移动。管幕组件10彼此间通过锁扣相连，连接成闭环结构套在第一门架40以及第二门架主体52的外侧。挖掘结构21嵌套在钢管结构11之中，排渣钢管222焊接在第二门架主体52上，排渣钢管222与排渣钻杆223嵌套在一起，后接的排渣钢管222与排渣钻杆223各自通过螺纹连接。推进机构31焊接在第二门架主体52的安装段上，第三门架60通过其上的滑轨62连接，驱动罩33嵌套在旋转机构32的输出端外部。排渣钻杆223端头处外接主钻头211，主钻头211与辅助钻头212共同放置在隔板221上。第一门架40负责定位管幕组件10的打进位置，第二门架50负责定位管幕组件10的摆放位置，推进机构31负责顶进旋转机构32和驱动罩33，实现管幕组件10的顶进，旋转机构32负责带动排渣钻杆223旋转，驱动罩33负责传递推进机构31的顶进作用将管幕组件10顶进到土中。主钻头211在排渣钻杆223的带动下旋转，辅助钻头212通过在隔板221中的齿轮与主钻头211咬合，在主钻头211的旋转带动下也发生旋转。在钻头的前部将土钻下后，钻头后部将土拨倒隔板221的通孔2211处，土体通过通孔2211进排渣钢管222，在排渣钻杆223的作用下带出。第三门架60中的第三门架主体63负责支撑第二门架50以及与滑轨62相对滑动，门架滑道43负责与第二门架50组合为一体，实现相对滑移。

[0069] 如图12所示，本申请实施例还提供了一种管幕施工方法，管幕施工方法使用上述的管幕施工设备，管幕施工方法包括如下步骤：

[0070] S01，在工作壁面钻出定位孔，将第一门架40中的定位柱41插入定位孔中，并使第一门架主体42与工作壁面贴合。

[0071] 具体地，在工作壁面上钻出与定位柱41相匹配的定位孔，将定位柱41周向的自动度进行限制，从而实现限制第一门架40的工作位置，并且第一门架主体42与工作壁面贴合时，能够保证管幕组件10先顶进的一端的位置准确。

[0072] S02，连接第二门架50与第三门架60，并在第二门架50上安装驱动组件30。

[0073] 具体地，通过第二门架50与第三门架60的定位安装，将驱动组件30装入预置的安装位置，保证驱动组件推进的精度。

[0074] S03，连接多个钢管结构11，以形成固定的第一段管幕组件10。

[0075] 具体地，钢管结构11的固定连接保证了管幕组件10的精度，保证了推进时钢管结构11之间的相对位置关系，并且保证了推进完成后钢管结构11的整体性，减少了钢管结构11之间的间隙，并且能够防止渗水。

[0076] S04，将掘进组件20安装于钢管结构11内。便于顶进时减小顶进的阻力。

[0077] S05，将第一段管幕组件10安装过于第一门架40的门架滑道43上，并使第一段管幕组件10的第一端与工作壁面贴合。

[0078] S06，连接掘进组件20与驱动组件30，使驱动罩33与第一段管幕组件10的第二端接触。

[0079] S07，启动驱动组件30，将第一段管幕组件10推入工作壁面。

[0080] 需要说明的是，在启动驱动组件30之间，需要将第三门架60向第二门架50的方向推进，使门架插件51完全插如门架插槽61内，即第三门架主体63与第二门架主体52相接触实现限位，同时在滑轨62与定位柱41的作用将第一门架40、第二门架50以及第三门架60的相对位置固定，及实现了三者的定位，进一步保证了门架的实际应用中管幕组件10与之配合时的定位精准。

[0081] 如图12所示，本实施例的技术方案中，在第一段管幕组件10完成顶进后，管幕施工方法包括如下步骤：

[0082] S08，将驱动组件30复位。

[0083] 具体地，通过第三门架60顶进方向的反方向进行滑动，从而将第二门架50部分带出，远离第一门架40，此时部分掘进组件20会从钢管结构11中拉出，便于后续步骤S09中的拆卸。

[0084] S09，将驱动组件30与掘进组件20拆卸。

[0085] S10，连接多个钢管结构11，以形成第二段管幕组件10，并将第二段管幕组件10安装过于第一门架40的门架滑道43上。

[0086] S11，连接掘进组件20与驱动组件30。

[0087] 具体地，连接方法是在第二段管幕组件10中装入可配合的第二端排渣钻杆223，第二段排渣钻杆223的第一端与第一段管幕组件10中的排渣钻杆223通过螺纹紧固连接，再将第二段排渣钻杆223中的第二端与驱动组件30进行螺纹紧固连接。

[0088] S12，将第二段管幕组件10与第一段管幕组件10焊接。

[0089] S13，启动推进机构31与旋转机构32将第二段管幕组件10推入工作壁面。

[0090] 需要说明的是，使用上述的方法进行多段的管幕组件10的连接和推进，有效地保证了管幕组件10进入土体后的位置精准，以及提高了整体的结构紧凑型，以便于提高管幕组件10的承载能力，还能够避免渗水问题的出现，能够有效地减少土质沉降等问题的出现。

[0091] 在本申请另一实施例的技术方案中（图中未示出），使用了如下的方法：

[0092] 1.在工作井的侧壁的指定位置按定位柱41的位置钻出孔位，第一门架40通过吊机将定位柱41插入孔位中，移动到工作面前并紧贴工作面，第二门架50先于第三门架60组合，第三门架60通过滑轨62移动到指定位置，即与第一门架40距离一根钢管结构11长度的距离，在第一门架40和第二门架50之间将已经与掘进组件20嵌套好的钢管结构11通过锁扣连接拼装。

[0093] 2.开始工作时第二门架50向前移动并与第一门架40贴合，贴合后拱顶的推进机构31先顶进，旋转机构32旋转，旋转机构32带动驱动罩33沿着第三门架主体63的轨道向工作面移动，并带动排渣钻杆223旋转，主钻头211在排渣钻杆223的带动下旋转，辅助钻头212通过在隔板221中的齿轮与主钻头211咬合，在主钻头211的旋转带动下也发生旋转。在钻头的前部将土钻下后，钻头后部将土拨倒隔板221的出土口处，土体通过出土口进入排渣钢管
222，在排渣钻杆223的作用下带出到驱动罩33的排渣缺口331处排出。

[0094] 3.在拱顶开始管幕对称顶进，在一环顶进完毕后，推进机构31伸长到最大限度后复位，旋转机构32与驱动罩33也随着一同复位，之后第二门架50向前滑，重复上述顶进流程，直至一整节管幕组件10被顶入土中。

[0095] 4.第二门架50与第三门架60复位，安装第二节与排渣钢管222和排渣钻杆223嵌套好的钢管结构11，将第二节管幕组件10与第一节管幕组件10焊接，排渣钻杆223与排渣钢管222也与上一段通过螺纹连接。

[0096] 5.重复上述顶进过程，直至第二节管幕组件10完全顶进到土中，之后循环往复，直至管幕顶进完成。

[0097] 需要说明的是，这样的好处在于：对传统的顶进方式进行了改进，采用在截面上依次、路径上分段的顶进方式，能严格控制施工精度，有效减小对土层的扰动，保证了施工安全。在达到开挖时不影响地面活动的情况下，维持上部建筑物与管线正常使用的目的。采用的钻头通过机械传动的方式可以开挖成拱形截面，并同步实现了钻进‑出渣一次性完成，简化了施工流程，加快了施工进度，节约了施工成本。采用拱形钢管，锁口连接紧密，成拱效果好，有效提高了支护结构稳定性，且锁口处不必注入防水剂，就可以达到止水的效果，有效地避免了渗水后围岩条件变差的问题。由拱形群管形成的拱形挡土结构，呈拱效果明显，增加了帷幕刚度，能有效减少开挖时对邻近土体的扰动并相应地减小周围土体的变形。

[0098] 需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0099] 以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。