CN104358927B - 一种顶管施工方法及顶管装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种顶管施工方法及顶管装置，属于建筑工程设备技术领域。它解决了现有顶管施工效率低等技术问题。顶管施工方法包括a、打井；b、安装设备；c、顶管钻头顶进；d、管道顶进；e、出泥；f、取出机头等步骤。本顶管装置包括千斤顶、千斤顶支架、滑轨和顶管钻头，千斤顶设置在千斤顶支架上，顶管钻头设置在滑轨上，千斤顶的伸缩杆朝向顶管钻头，千斤顶与顶管钻头之间设有环形靠背，环形靠背贴靠在顶管钻头的端部，顶管钻头前端连接有进水管和出泥管，滑轨上方还设有起重设备。本发明中在顶进的过程中，进水管能够向顶管钻头前端注水，水流将挖掘的泥土变成泥浆通过出泥管排出来，提高了出土效率。

Description

一种顶管施工方法及顶管装置

技术领域

本发明属于建筑工程设备技术领域，涉及一种顶管施工方法及顶管装置。

背景技术

顶管施工是一种非开挖施工方法，能够不开挖或者少开挖而实现管道埋设，它通过在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度和方向顶入土中，并将土方运走。一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进，其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内。经过多年的发展，顶管技术已得到大量地实际工程应用，且保持着高速的增长势头，无论在技术上、顶管设备还是施工工艺上都取得了很大的进步；顶管机组装置是顶管施工的重要设备，包括液压油缸、液压泵站、支撑板、顶杆和拉头等，运用顶管装置进行顶管施工能够大大节省人力。

我国专利(公告号：CN2447597Y，公告日：2001年9月12日)公开了一种偏心泥水顶管机，顶管机前壳体内设置偏心刀盘，偏心刀盘由刀头固定于刀排上，刀排呈辐条状焊于偏心锥盘顶端，前壳体前端有漏斗状土仓，后端有泥水仓，土仓与泥水仓之间设置栅板，主轴前连接刀盘，后瑞连接减速器，前后壳体之间安装纠偏油缸四只，泥水仓下部设进水利排水管，刀排设2-4排刀排各一根。

上述专利提供的偏心泥水顶管机设置栅板会影响泥土进入泥水仓的速率，从而影响整个顶管工施工效率。

发明内容

针对现有的技术存在的上述问题，本发明第一个所要解决的技术问题是：提供一种顶管施工方法以提高顶管施工效率。

本发明第二个所要解决的技术问题是：提供一种与上述顶管施工方法相配套的顶管装置。

本发明的第一个技术问题可通过下列技术方案来实现：

一种顶管施工方法，其包括如下工序：

a、打井：在待埋设管道的施工地两端分别开挖一个工作井和一个接收井；

b、安装设备：在工作井内铺设滑轨和千斤顶支架，在千斤顶支架上放置千斤顶，在滑轨上放置顶管钻头，所述顶管钻头朝向所述接收井，千斤顶的伸缩杆朝向顶管钻头；

c、顶管钻头顶进：将环形靠背放置于顶管钻头和千斤顶的伸缩杆之间，驱动千斤顶使其伸缩杆伸长，将顶管钻头顶入待埋设管道的泥土内，控制千斤顶的伸缩杆收缩，在环形靠背和千斤顶的伸缩杆之间放置半圆顶板，驱动千斤顶使其伸缩杆伸长继续顶进顶管钻头，重复上述放置半圆顶板的步骤顺次放置若干个半圆顶板以扩大千斤顶与顶管钻头之间的间距；

d、管道顶进：当环形靠背和千斤顶的伸缩杆之间距离大于或等于一个管道的长度时，取出环形靠背和半圆顶板，在顶管钻头和千斤顶的伸缩杆之间放置管道，在管道与千斤顶之间放置环形靠背和半圆顶板并继续顶进；

e、出泥：在顶管钻头顶进和管道顶进过程中，通过进水管向顶管钻头处不断注水，顶管钻头将泥土和水流搅拌混合形成泥水并通过出泥管抽出；

f、取出机头：重复步骤d和e，直至工作井和接收井之间埋设好待安装的管道，并将顶管钻头顶至接收井，将顶管钻头从接收井中取出。

在上述的顶管施工方法中，所述工作井和接收井的深度大于待埋设管道的埋设深度。这样方便各个部件的安装放置，也便于施工，同时可以先通过出泥管将挖掘的泥水先排除至该工作井中，再通过抽水泵或其他方式排除去，由于不需要一次性将泥水抽出抬升至工作井上表面，这样能够在抽水泵功率有限的情况下达到快速排出泥水的目的，提升工作效率。

在上述的顶管施工方法中，采用3个半圆顶板，每个半圆顶板的长度为管道长度的三分之一。采用3个半圆顶板既能够依次较为方便的调整千斤顶的行程，将管道一个一个放置在顶进位置，并首尾连接顶进泥土中，完成顶管工作，又能尽量简化半圆顶板的调动过程，提高效率。

在上述的顶管施工方法中，各个部件的调动采用门式起重机调动。门式起重机便于在工作井上安装，且操作方便，能够实现横向、纵向和竖向的调动，安全可靠效率高。

本发明的第二个技术问题可通过下列技术方案来实现：

一种顶管装置，所述顶管装置包括千斤顶、千斤顶支架、滑轨和顶管钻头，其特征在于，所述千斤顶设置在千斤顶支架上，所述顶管钻头设置在滑轨上，千斤顶的伸缩杆朝向顶管钻头，千斤顶与顶管钻头之间设有环形靠背，所述环形靠背贴靠在所述顶管钻头的端部，所述顶管装置还包括若干能够延伸千斤顶行程的半圆顶板；所述顶管钻头前端连接有进水管和出泥管，所述滑轨上方还设有起重设备。

本顶管装置用于非开挖施工埋设管道，通过起重设备将滑轨和千斤顶支架安放在工作井内，将千斤顶放置在千斤顶支架上，将顶管钻头放置在滑轨上，千斤顶的伸缩杆朝向顶管钻头；在工作井内借助于千斤顶将顶管钻头按设计的坡度和方向顶入土中，在千斤顶与顶管钻头之间设有环形靠背，能够保证受力的均匀平衡，通过不断放置半圆顶板继续顶进，当环形靠背和千斤顶的伸缩杆之间距离大于或等于一个管道的长度时，取出环形靠背和半圆顶板，在顶管钻头和千斤顶的伸缩杆之间放置管道，然后在管道与千斤顶之间放置环形靠背和半圆顶板并继续顶进；通过加放管道，直至工作井和接收井按预定长度埋设好管道，并将机头顶至接收井，再将机头从接收井中取出，从而完成顶管工作。在顶进的过程中，进水管能够向顶管钻头前端注水，水流将挖掘的泥土变成泥浆，并通过出泥管排出来，节省了人力，提高了出土效率。

在上述的顶管装置中，所述千斤顶为液压式千斤顶。液压式千斤顶结构紧凑，工作平稳。

在上述的顶管装置中，所述滑轨沿千斤顶周向铺设且表面光滑，所述环形靠背和半圆顶板的外表面为光滑面。由于自身重力，环形靠背和半圆顶板在开始阶段坐落在滑轨上，滑轨能够起到一定的限位作用，保证千斤顶顶进的精准性；环形靠背和半圆顶板与滑轨接触面均光滑，摩擦力小。减小阻力能够提高效率。

在上述的顶管装置中，所述顶管钻头前端固设有主钻刃和若干副钻刃，所述主钻刃位于所述顶管钻头的端面中心，所述副钻刃散布在主钻刃周边，所述主钻刃和副钻刃能够在电机的带动下转动。主钻刃不但能够有力掘进，还能起到导向作用，主钻刃头和副钻刃相互配合能够加速挖掘泥土，前端的主钻刃和副钻刃击打泥土，较大或结实的泥土被打松散，小直径的泥土透过通过出泥管被快速排出，进水管与出泥管配合起到润滑作用，及时将泥土变成泥浆通过泥水管抽出来，这样大大节省了人力，提高顶管效率。

在上述的顶管装置中，所述顶管钻头前端还有若干根钢筋形成的栅条，所述钢筋纵横交错形成滤网，泥水能够透过该滤网进入所述出泥管。顶管钻头前端通过相互纵横交错形成滤网式栅条结构，既避免大石进入顶管钻头，堵塞出泥管，又保证泥浆能够快速进入前壳体的空腔内，这与现有技术中的通孔结构相比，栅条结构形成的泥浆通孔多而密集，能够将较大的泥块切割改小体积的泥土，加快泥浆的输送效率，从而提高工作效率。

在上述的顶管装置中，所述环形靠背的内端直径大于环形靠背的外端直径，环形靠背的内端与顶管钻头内的凸台相抵靠，半圆顶板的一端抵靠于环形靠背外端上，半圆顶板的另一端与千斤顶的伸缩杆相抵靠。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、在顶进的过程中，进水管能够向顶管钻头前端注水，水流将挖掘的泥土变成泥浆，并通过出泥管排出来，节省了人力，提高了出土效率。

2、本顶管装置中主钻刃既能够有力掘进，还能起到导向作用，主钻刃头和副钻刃相互配合能够加速挖掘泥土，前端的主钻刃和副钻刃击打泥土，较大或结实的泥土被打松散，小直径的泥土在水流作用下被润滑，变成泥浆通过泥水管抽出来，提高了出土效率，从而提升了顶管效率。

附图说明

图1是本顶管装置顶管施工结构示意图。

图2是本顶管装置立体结构示意图。

图3是本顶管装置中顶管钻头的立体结构示意图。

图中，1、工作井；2、接收井；3、千斤顶支架；4、千斤顶；5、滑轨；6、进水管；7、出泥管；8、顶管钻头；9、管道；10、主钻刃；11、副钻刃；12、半圆顶板；13、环形靠背；14、起重设备；15、栅条。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1至图3所示，本顶管装置包括液压式千斤顶4、千斤顶支架3、滑轨5和顶管钻头8，千斤顶4设置在千斤顶支架3上，顶管钻头8设置在滑轨5上，千斤顶4的伸缩杆朝向顶管钻头8，千斤顶4与顶管钻头8之间设有环形靠背13，环形靠背13贴靠在顶管钻头8的端部，顶管装置还包括若干能够延伸千斤顶4行程的半圆顶板12；环形靠背13的内端直径大于环形靠背13的外端直径，环形靠背13的内端与顶管钻头8内的凸台相抵靠，半圆顶板12的一端抵靠于环形靠背13外端上，半圆顶板12的另一端与千斤顶4的伸缩杆相抵靠，顶管钻头8前端连接有进水管6和出泥管7，滑轨5上方还设有门式起重机。

本顶管装置用于非开挖施工埋设管道9，通过门式起重机将滑轨5和千斤顶支架3安放在工作井1内，将千斤顶4放置在千斤顶支架3上，将顶管钻头8放置在滑轨5上，千斤顶4的伸缩杆朝向顶管钻头8；在工作井1内借助于千斤顶4将顶管钻头8按设计的坡度和方向顶入土中，在千斤顶4与顶管钻头8之间设有环形靠背13，能够保证受力的均匀平衡，通过不断放置半圆顶板12继续顶进，当环形靠背13和千斤顶4的伸缩杆之间距离大于或等于一个管道9的长度时，取出环形靠背13和半圆顶板12，在顶管钻头8和千斤顶4的伸缩杆之间放置管道9，然后在管道9与千斤顶4之间放置环形靠背13和半圆顶板12并继续顶进；通过加放管道9，直至工作井1和接收井2之间按预定长度埋设好管道9，并将顶管钻头8顶至接收井2，再将顶管钻头8从接收井2中取出，从而完成顶管工作。在顶进的过程中，进水管6能够向顶管钻头8前端注水，水流将挖掘的泥土变成泥浆，并通过出泥管7排出来，节省了人力，提高了出土效率。

本实施例中滑轨5沿千斤顶4周向铺设且表面光滑，环形靠背13和半圆顶板12的外表面为光滑面，滑轨5能够起到一定的限位作用，保证千斤顶4顶进的精准性；环形靠背13和半圆顶板12与滑轨5接触面均光滑，摩擦力小，能够减小阻力能够提高效率。

如图3所示，顶管钻头8前端固设有主钻刃10和若干副钻刃11，主钻刃10位于顶管钻头8的端面中心，副钻刃11散布在主钻刃10周边，主钻刃10和副钻刃11能够在电机的带动下转动，顶管钻头8前端还有若干根钢筋形成的栅条15，钢筋纵横交错形成滤网，泥水能够透过该滤网进入出泥管7。主钻刃10不但能够有力掘进，还能起到导向作用，主钻刃10头和副钻刃11相互配合能够加速挖掘泥土，前端的主钻刃10和副钻刃11击打泥土，较大或结实的泥土被打松散，小直径的泥土透过通过出泥管7被快速排出，进水管6与出泥管7配合起到润滑作用，及时将泥土变成泥浆通过泥水管抽出来，这样大大节省了人力，顶管钻头8前端通过相互纵横交错形成滤网式栅条15结构，既避免大石进入顶管钻头8，堵塞出泥管7，又保证泥浆能够快速进入前壳体的空腔内，这与现有技术中的通孔结构相比，栅条15结构形成的泥浆通孔多而密集，能够将较大的泥块切割改小体积的泥土，加快泥浆的输送效率，从而提高工作效率。

利用上述顶管装置的一种顶管施工方法包括如下工序：

a、打井：在待埋设管道9的施工地两端分别开挖一个工作井1和一个接收井2；

b、安装设备：在工作井1内铺设滑轨5和千斤顶支架3，在千斤顶支架3上放置千斤顶4，在滑轨5上放置顶管钻头8，千斤顶4的伸缩杆朝向顶管钻头8；

c、顶管钻头顶进：将环形靠背13放置于顶管钻头8和千斤顶4的伸缩杆之间，驱动千斤顶4使其伸缩杆伸长，将顶管钻头8顶入泥土内，控制千斤顶4的伸缩杆收缩，不断将半圆顶板12放置于环形靠背13和千斤顶4的伸缩杆之间，驱动千斤顶4，继续将顶管钻头8向前顶进；

d、管道顶进：当环形靠背13和千斤顶4的伸缩杆之间距离大于或等于一个管道9的长度时，取出环形靠背13和半圆顶板12，在顶管钻头8和千斤顶4的伸缩杆之间放置管道9，在管道9与千斤顶4之间放置环形靠背13和半圆顶板12并继续顶进；

e、出泥：在顶管钻头8顶进和管道9顶进过程中，通过进水管6向顶管钻头8处不断注水，并通过出泥管7将泥水抽出；

f、取出机头：重复步骤d和e，直至工作井1和接收井2之间埋设好待安装的管道9，并将顶管钻头8顶至接收井2，将顶管钻头8从接收井2中取出。

本实施例中的工作井1和接收井2的深度大于待埋设管道9的埋设深度，这样方便各个部件的安装放置，也便于施工，同时可以先通过出泥管7将挖掘的泥水先排除至该工作井1中，再通过抽水泵或其他方式排除去，由于不需要一次性将泥水抽出抬升至工作井1上表面，这样能够在抽水泵功率有限的情况下达到快速排出泥水的目的，提升工作效率；本实施例中采用3个半圆顶板12，每个半圆顶板12的长度为管道9长度的三分之一，本实施例中还在工作井1的上方设有门式起重机，各个部件的调动采用门式起重机来调动。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了1、工作井；2、接收井；3、千斤顶支架；4、千斤顶；5、滑轨；6、进水管；7、出泥管；8、顶管钻头；9、管道；10、主钻刃；11、副钻刃；12、半圆顶板；13、环形靠背；14、起重设备；15、栅条等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种顶管施工方法，其特征在于，其包括如下工序：

a、打井：在待埋设管道(9)的施工地两端分别开挖一个工作井(1)和一个接收井(2)；

b、安装设备：在工作井(1)内铺设滑轨(5)和千斤顶支架(3)，在千斤顶支架(3)上放置千斤顶(4)，在滑轨(5)上放置顶管钻头(8)，所述顶管钻头(8)朝向所述接收井(2)，千斤顶(4)的伸缩杆朝向顶管钻头(8)；

c、顶管钻头顶进：将环形靠背(13)放置于顶管钻头(8)和千斤顶(4)的伸缩杆之间，驱动千斤顶(4)使其伸缩杆伸长，将顶管钻头(8)顶入待埋设管道(9)的泥土内，控制千斤顶(4)的伸缩杆收缩，在环形靠背(13)和千斤顶(4)的伸缩杆之间放置半圆顶板(12)，驱动千斤顶(4)使其伸缩杆伸长继续顶进顶管钻头(8)，重复上述放置半圆顶板(12)的步骤顺次放置若干个半圆顶板(12)以扩大千斤顶(4)与顶管钻头(8)之间的间距；

d、管道顶进：当环形靠背(13)和千斤顶(4)的伸缩杆之间距离大于或等于一个管道(9)的长度时，取出环形靠背(13)和半圆顶板(12)，在顶管钻头(8)和千斤顶(4)的伸缩杆之间放置管道(9)，在管道(9)与千斤顶(4)之间放置环形靠背(13)和半圆顶板(12)并继续顶进；

e、出泥：在顶管钻头(8)顶进和管道(9)顶进过程中，通过进水管(6)向顶管钻头(8)处不断注水，顶管钻头(8)将泥土和水流搅拌混合形成泥水并通过出泥管(7)抽出；

f、取出机头：重复步骤d和e，直至工作井(1)和接收井(2)之间埋设好待安装的管道(9)，并将顶管钻头(8)顶至接收井(2)，将顶管钻头(8)从接收井(2)中取出。

2.根据权利要求1所述的一种顶管施工方法，其特征在于，所述工作井(1)和接收井(2)的深度大于待埋设管道(9)的埋设深度。

3.根据权利要求1或2所述的一种顶管施工方法，其特征在于，采用3个半圆顶板(12)，每个半圆顶板(12)的长度为管道(9)长度的三分之一。

4.根据权利要求1或2所述的一种顶管施工方法，其特征在于，各个部件的调动采用门式起重机调动。

5.一种顶管装置，所述顶管装置包括千斤顶(4)、千斤顶支架(3)、滑轨(5)和顶管钻头(8)，其特征在于，所述千斤顶(4)设置在千斤顶支架(3)上，所述顶管钻头(8)设置在滑轨(5)上，千斤顶(4)的伸缩杆朝向顶管钻头(8)，所述千斤顶(4)与顶管钻头(8)之间设有环形靠背(13)，所述环形靠背(13)贴靠在所述顶管钻头(8)的端部，所述顶管装置还包括若干能够延伸千斤顶(4)行程的半圆顶板(12)；所述顶管钻头(8)前端连接有进水管(6)和出泥管(7)，所述滑轨(5)上方还设有起重设备(14)。

6.根据权利要求5所述的一种顶管装置，其特征在于，所述千斤顶(4)为液压式千斤顶(4)。

7.根据权利要求5或6所述的一种顶管装置，其特征在于，所述滑轨(5)沿千斤顶(4)周向铺设且表面光滑，所述环形靠背(13)和半圆顶板(12)的外表面为光滑面。

8.根据权利要求5或6所述的一种顶管装置，其特征在于，所述顶管钻头(8)前端固设有主钻刃(10)和若干副钻刃(11)，所述主钻刃(10)位于所述顶管钻头(8)的端面中心，所述副钻刃(11)散布在主钻刃(10)周边，所述主钻刃(10)和副钻刃(11)能够在电机的带动下转动。

9.根据权利要求5或6所述的一种顶管装置，其特征在于，所述顶管钻头(8)前端还有若干根钢筋形成的栅条(15)，所述钢筋纵横交错形成滤网，泥水能够透过该滤网进入所述出泥管(7)。

10.根据权利要求5或6所述的一种顶管装置，其特征在于，所述环形靠背(13)的内端直径大于环形靠背(13)的外端直径，环形靠背(13)的内端与顶管钻头(8)内的凸台相抵靠，半圆顶板(12)的一端抵靠于环形靠背(13)外端上，半圆顶板(12)的另一端与千斤顶(4)的伸缩杆相抵靠。