顶管机总体方案与顶推装置设计（含三维Solidworks+CAD图纸+说明书）

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本文在分析了顶管机工作原理及构成的基础上，对顶管机的平衡原理及施工过程进行了阐述。同时着重分析了顶管机在设计过程中的关键参数，如刀盘驱动、顶推力、顶推装置、中继环等。本文将以上海市地质条件为基础进行本次顶管机的设计，特选用DK式无面板土压平衡顶管机。该顶管机主要由刀盘、刀盘驱动系统、盾壳、导轨、顶进设备及辅助系统组成，操作方便，结构简单紧凑。
本次设计DK式土压平衡顶管机的过程，主要涉及到顶管机驱动系统的设计计算、顶推装置设计、中继环设计等部分。其刀盘采用辐条式结构，开度达到100%，实现了真正意义上土压平衡，刀盘背后设置搅拌棒，对土体进行搅拌改良。采用组合式多级顶进设备进行推进，这种顶推装置整体性较好，在油缸全部缩回后的长度也较短，从而可减少工作井的长度，较为经济实用。
本次设计的DK式大口径无面板土压平衡顶管机参考了许多实际工程中使用的顶管机资料，所有参数设计合理，更加贴近工程实际，为大口径顶管机提供了一种较为合理的设计方法。

关键词：非开挖技术顶管泥水平衡土压平衡推进装置

Abstract
In recent years, urban fundamental infrastructure have gradually improved with the rapid economic development. It consists mainly of water supply and drainage and sewage pipelines in all types of underground pipelines, also it plays a great role in urbanization with rebuild project. However, more and more ground and underground buildings will no longer meet the traditional excavation construction requirements, when the urbanization takes out gradually. And non-excavation construction technology, which develops gradually, attach a lot of attention because of it has little impact on surrounding environment and a high speed of engineering process. Pipe jacking technology is a new non-excavation technology following the shield technology. And the jacking technology have great advantages on engineering cost, environmental protection and construction quality, therefore, it has broad application prospects and gets a rapid development.
This article expounds jacking machine balance principle and construction process, based on the analysis of the working principle and composition. At the same time, this article will also analysis key factors in the process of pipe jacking machine design, such as the drive of the cutter head, the pushing force, the pushing device, the relay ring, etc. This article is based on the geological conditions of Shanghai city, and adopt the DK panel type earth pressure balance pipe jacking machine. The machine is mainly composed of the cutter, cutter drive system, the shield shell, rails, jacking equipment and supporting systems, therefore it is easy to operate with simple and compact structure .
The design process of DK type earth pressure balance pipe jacking machine, is mainly related to pipe jacking machine drive system design and calculation, the pushing device design, the relay ring design and so on. The design of the DK type pipe cutter adopts spoke type structure; the opening will achieve 100%. It is a real sense that the balance of earth pressure will be achieve, the knife dish after the agitator will be set, and the soil will be improved. Since it will adopt modular multilevel main equipment, and the pushing device of oil cylinder has good integrity, and the short retracted length after all cylinder, it is economical and practical.
A great deal of data about pipe jacking machine in practical engineering are referred when this article finally gets the design of DK type large diameter earth pressure balance pipe jacking machine without panel, all the parameters are attempt to design reasonable, and closer to practical engineering. This design provides a more reasonable designing method.

Keywords: trenchless technology; pipe jacking; Slurry; earth pressure balance; propulsion device

目录
第1章绪论1
1.1引言1
1.2顶管技术的发展历程1
1.3顶管施工方法的应用2
1.3.1地下穿越工程2
1.3.2地下管线敷设工程3
1.3.3地下管线在线改造工程3
1.4顶管技术的优越性及局限性4
1.5本课题的研究内容5
第2章顶管施工的基本构成及原理7
2.1顶管施工原理7
2.2顶管机的组成9
2.2.1机头部分9
2.2.2主顶设备10
2.2.3基坑导轨、顶铁和后靠板10
2.2.4顶铁11
2.2.5后靠板12
2.3顶管的分类及特点12
2.4顶管平衡理论及施工过程13
2.4.1土压平衡顶管13
2.4.2泥水平衡顶管15
2.4.3气压平衡顶管设备16
第3章顶管施工法关键技术分析19
3.1顶管法施工顶力计算19
3.1.1顶管受力分析19
3.1.2目前顶力计算的理论公式21
3.1.3顶管机实际顶力计算公式22
3.2影响顶力的各种因素23
3.3在本课题研制过程中顶力计算24
3.4顶管机的关键系统设计分析25
3.4.1顶管机设计的基本要求25
3.4.2动力系统组成及结构形式25
3.4.3刀盘切削机构结构形式26
3.4.4机头盾壳结构形式27
3.4.5顶推装置组成及结构形式28
3.4.6中级环的结构形式29
3.4.7管节导轨结构30
第4章DK式土压平衡顶管机的研制方案31
4.1油缸的设计计算31
4.1.1液压缸推力确定31
4.1.2顶推液压缸设计计算35
4.1.3油缸校验37
4.2纠偏油缸的设计计算39
4.3中继环的设计计算39
4.4顶管机头结构计算41
4.4.1顶管机头壳体厚度计算41
4.4.2顶管机机头的长度错误！未定义书签。
第5章关键部位的有限元分析43
5.1建立模型选择材料43
5.2定义载荷夹具43
5.3运行结果44
第6章顶管技术的展望47
6.1顶管施工发展方向展望47
6.2顶管技术研究现状与前景展望48
结论49
致谢51
参考文献53
附录55

第1章绪论
1.1引言
地下管线网路作为城市的基础设施在给水排水、信息传输、能源输送等方面已经成为了现代化城市的重要组成部分，是一个城市赖以生存和经济发展的命脉。随着居民生活水平的提高，城市现代化地不断推进，各种燃气、电讯电力、给排水等地下管道网络建设项目也日益增多，但同时城市交通也日益发达，建筑物也不断耸立，这使得传统管线施工方法已不再适用，因此现代化的地下施工方法逐渐地被开发和应用起来。
城市的给排水管线系统随着人们生活水平的提高必然会大量增加并且不断攀升，而传统的地下管线铺设主要是以明挖为主，这会对周围环境造成很大破坏，由此导致的社会问题、交通问题和环境污染等随着人们现代文明意识和环保意识的加强而倍受关注，而采用非开挖方式铺设管道将极大的减少施工过程中对周围环境的影响。顶管施工技术作为一种全新的非开挖技术，在保护环境，不影响地面建筑及地下构筑物方面是一种较好的管线施工手段，在管道敷设工程中有广泛的应用前景。与以明挖为主的传统施工方法相比，非开挖施工方法具有极大的优越性，主要表现在对城市交通、环境的友好型，同时在减少工程造价和缩短工程周期方面也有较大的优势[1]。
1.2顶管技术的发展历程
顶管技术是继盾构技术后逐渐发展起来的一种新型的管线施工方法，美国最早在1896年北太平洋铁路铺设工程中使用了这种方案。随后，许多铁路公司在顶进铸铁管道时便利用这种方式。据有关资料记载，日本最早在1948年尼崎市的一条铁路下面使用一种手摇液压千斤顶作为主顶设备的顶管机，顶进一根内径为600mm，顶距只有6m的铸铁管[2]。
我国开始使用顶管技术是在二十世纪五十年代末，随着这一技术在国内的普及发展，北京、上海等较发达城市的市政工程中都曾使用过这项技术。北京第一次进行顶管施工是在1953年，随后在1956年上海也开始了对顶管技术研究试验。国内一些着名高校在2000年后对顶管技术作了较多的课题研究。而我国非开挖技术协会则是在1998年成立，该协会的成立标志着顶管行业在我国已经进入了规范化。
通过多年的创新与实践，顶管技术在我国已取得了快速的发展，在某些方面甚

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A0-总图

A1-主顶装置装配体

A1-中继环装配体

A4-管节导轨

A4-管节钢衬

A2-一级顶铁

A4-小均压环