在传统的顶管法施工过程中，需要设置接收井来完成设备的吊出、解体等工作。然而，随着城市管线修建的增加，并且线路愈发深入城市核心密集区域，接收井的选址逐渐成为新的难题，因接收端条件限制而无法设置接收井的情况常有发生。尤其在山岭隧道施工中，设置接收井不仅难度大，且造价高昂。此外，顶管施工中仍面临诸多风险，如：地下水位较高的软土地层中，设备推出接收端洞门过程中极易发生安全事故等。

因此，针对无接收井顶管施工难题，需对顶管机的刀盘、盾体等进行结构优化改进，设计一款可回退顶管机，最终解决无接收井顶管施工的工程难题。

重庆东环线某山岭隧道管幕工程工况图

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接下来，将以重庆东环线某山岭隧道管幕工程为例，探讨可折叠刀盘技术以及可分离式盾体技术。

可折叠刀盘技术研究

顶管机刀盘一般会设计一定超挖量，若采用常规刀盘设计，可回退型顶管机在回退时，刀盘无法通过管节回退至始发工作井。因此针对刀盘回退功能，需设计一种可折叠的刀盘，即当设备需要回退时，刀盘折叠至刀盘最大外形尺寸小于管节内径，从而使刀盘可在管节内实现无损回退。

可折叠刀盘结构设计

刀盘采用一种折叠刀架形式，折叠刀架的一端能够绕转轴翻转折叠至外盾体的中心腔体内。转轴穿过折叠刀架，且其两端分别卡接于刀盘本体，以便支撑折叠刀架相对于刀盘转动。通过在折叠刀架与刀盘本体上设计机械限位，保证折叠刀架的翻转范围，同时还能用于支撑折叠刀架。

折叠刀盘结构示意图

为了保证折叠臂能正常翻转，折叠臂需要翻转一定的角度，确保翻转后折叠臂能顺利通过最大翻转区域。同时，当折叠刀盘到掌子面附近准备开始工作时，需要打开折叠臂，在设备提供推力的作用下，掌子面同时对折叠臂产生反推力，使折叠臂顺利实现打开。

折叠臂的关键位置点关系图

可折叠刀盘工作过程

当刀盘随内盾体在外盾体的中心腔体内向始发井回退时，折叠刀架靠向外盾体的一侧与外盾体对应端部相抵，外盾体固定不动。折叠刀架受到外盾体的挤压，使折叠刀架绕转轴翻转，直至折叠刀架折叠至外盾体的中心腔体内。这样便能够保证整个刀盘顺利通过外盾体中心腔体，且无需人工拆卸，有利于实现自动回退。

当顶管机向前顶进时，掌子面受力，翻块外翻，并且由于压力是持续存在的，所以刀盘不会缩回。当掘进机回退时，回托机构使得翻块与外盾产生相互作用力，迫使刀盘折叠。利用这个机构，顶管机向前顶进时，刀盘直径大于盾体直径，便于管节推进。反之，回退时刀盘直径小于盾体与管节直径，使得回退不会受阻。

可分离式盾体技术

顶管机盾体一般设计时直径也大于管节，无法进行回退。一方面，顶管机盾体中含有大部分功能性设备，在回退技术中处于第一优先地位；另方面，盾体回退时，原本已开挖区域失去支护，土体容易坍塌，引发沉降现象。因此，针对盾体回退功能，设计可分离式内外盾体，内盾回退同时外盾留在原地支护已开挖土体。

可回退顶管机盾体结构设计

可回退顶管机盾体主要由内盾体与外盾体组成，其结构设计具体有外盾体、内盾体、外盾密封、调向油缸、定位块等。

可回退顶管机盾体结构图

外盾体及外盾密封可实现盾体回退后对土体的支护及密封功能。内盾体设计有4组调向油缸，可满足顶管机在掘进过程中的姿态调整。同时内盾体配置有定位块，可实现内盾体与外盾体间的精准定位，满足盾体快速安装的要求。内盾体与回拖半管通过螺栓连接，在始发洞室配备卷扬机，通过拖拽回拖半管从而实现内盾体的回退。

可回退顶管机工作过程

可回退顶管机向前掘进过程中，由洞口推进装置将顶力通过管节作用于外盾体，外盾体通过定位块将顶力传递至内盾体及刀盘，从而实现顶管机的掘进。在可回退顶管机回退前，需将定位块回缩让内盾体与外盾体分离，并将刀盘折叠，利用回托半管将内盾体一并拖回，实现可回退功能。

结束语

通过将顶管机退回的方式，解决了重庆东环线某山岭隧道管幕工程无接收井顶管施工难题。该设备具备降低施工成本、提高施工效率、增加施工安全性等优点，具有巨大的社会经济效益，可应用于市政、石油、天然气、煤矿等更多行业的顶管施工。