CN107504263B - 一种内胀式顶管退管止退装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内胀式顶管退管止退装置，包括位于顶管内且表面与顶管的轴线大致垂直的连接板和一端铰接在连接板上、另一端可选择性地支撑在顶管内壁上的多个支撑液压缸，多个支撑液压缸大致对称设置。该止退装置通过与管道内壁的摩擦力来提供反向的止退推力，能够有效地控制主顶液压缸施加的推力。

Description

一种内胀式顶管退管止退装置、系统及方法

技术领域

本发明属于地下管道建设设备领域，尤其涉及一种内胀式顶管退管止退装置、系统及方法。

背景技术

利用顶管法在建设地下管道时，如果遇到极其严重的外界问题，如管道发生严重破损、管道前端遇到无法清除的障碍物而导致无法继续顶进等情况，则需要采用退管方法将管道从顶进的洞口拉拔出来，即退管。

在退管过程中，在管道的最前端，安装钢封门，钢封门在钢绞线的拉力作用下，可以对管道施加朝向洞口的力，带动管节退出洞口。由图1可以看出，退管过程中有如下力的平衡等式：

钢绞线拉力+迎面土压力＝管道摩阻力。

钢绞线的拉力可以通过液压系统来控制，但钢绞线仅能提供拉力，无法提供反向推力；对于大部分管道而言，管道的埋深变化不大，所以可以视为迎面土压力始终为一定值；管道摩阻力与管道长度成正比，随着管道结构在退管过程中不断减少，管道摩阻力也会不断减少。

当退管过程接近结束的时候，仅由少许长度的管道留在地层中，因此管道的摩阻力很小。由于管道迎面土压力为一定值，而且钢绞线仅能提供拉力，无法提供反向推力，此时尽管将钢绞线拉力降至为0，迎面土压力仍大于管道的摩阻力。在这种条件下，如果不加以控制，迎面主动土压力会自发推动管道结构推出洞口，从而造成周围土体发生坍塌等事故。因此，在退管工程的后期，需要采用一定的止退装置，来控制退管后期的施工质量和安全。

现有的退管止退工艺往往比较简单，基本上直接将主顶液压缸抵在管道结构上以提供反向推力。但是，此种方法有两个缺陷，一是主顶液压缸的顶力不好控制，一旦顶力过大，将会反推管道，二是无法对管道始终施加反推力，每当一节管道退出来之后，需要利用吊具将其运送出工作场地外，但此时，需要回缩主顶液压缸，以腾出足够的空间来将管节吊装出去，然而一旦主顶液压缸回缩，失去反推力的管道系统极易引发工程质量或安全事故。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种内胀式顶管退管止退装置，该止退装置能够在整个退管过程对顶管起到止退的作用，进而使顶管的整个退管过程都能够被安全控制，减少了事故发生的概率。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种内胀式顶管退管止退装置，其特征在于，包括位于顶管内且表面与顶管的轴线大致垂直的连接板和一端铰接在连接板上、另一端可选择性地支撑在顶管内壁上的多个支撑液压缸，多个支撑液压缸大致对称设置。

优选地，支撑液压缸靠近顶管内壁的一端铰接有止退撑脚，所述支撑液压缸通过止退撑脚选择性地抵靠在顶管的内壁上。

优选地，所述止退撑脚呈与顶管的内壁弯曲方向一致的弧形，并且所述止退撑脚与顶管的内壁接触的一侧采用橡胶材料制成。

优选地，所述连接板具有两个，两个连接板之间通过连接结构相互连接，每个连接板上的多个支撑液压缸大致对称设置。

优选地，所述连接结构包括多个连接液压缸，每个连接液压缸的一端连接到其中一个连接板上，每个连接液压缸的另一端连接到另一个连接板上。

优选地，在每个连接板上均设置有支座，每个连接板上的支座具有两个支座液压缸，支座液压缸的上端固定在连接板上，支座液压缸的下端通过滚轮支撑在顶管的内壁上，所述滚轮能够沿着顶管的轴线方向移动。

本发明还提供一种顶管退管止退系统，包括前述的止退装置、主顶液压缸和顶铁，所述止退装置位于顶管内且能够与顶管的内壁相互抵靠，所述顶铁用于抵靠顶管的外端部，所述主顶液压缸具有两组，其中一组用于抵靠在最靠近顶管外端的连接板上，另外一组用于抵靠在顶铁上。

优选地，所述顶铁为具有开口的垫片，所述开口至少能使主顶液压缸穿过。

本发明还提供了一种顶管退管止退方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤一：在位于顶管最外端的第一管节退管到位之前，将止退装置安装在与第一管节相邻的第二管节上，将第一组主顶液压缸抵靠在靠近顶管外端的连接板上，将第二组主顶液压缸通过顶铁抵靠在第一管节的外端面上；

步骤二：当第一管节退管到位后，将第二组主顶液压缸回缩，取出顶铁，将第一管节移动到第一组主顶液压缸和第二组主顶液压缸之间；

步骤三：将第二组主顶液压缸伸出并通过顶铁抵靠在第二管节的外端面，将第一组主顶液压缸回缩，取出第一管节。

优选地，还包括步骤四：将止退装置移动到与第二管节相邻的第三管节内，然后重复上述步骤一至步骤三。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)该止退装置可以始终保持对顶管的管节施加反向推力，同时不阻碍管道结构从工作场地内吊装运送出去，这样能够保证管节的受力能够始终得到控制，减少了事故发生的概率；

2)本止退装置采用內胀式，利用该装置与管道内壁的摩擦力来提供反向的止退推力，与传统的直接将主顶液压缸顶在管道结构上的方法相比，该装置能够有效地控制主顶液压缸施加的推力。

附图说明

图1是顶管在退管的过程中受力的示意图

图2是本发明的顶管退管止退装置的主视图

图3是本发明的顶管退管止退装置的侧视图

图4是本发明的止退系统的连接示意图

图5-图8是止退系统的止退过程的结构图

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

如图1-图3所示，一种内胀式顶管退管止退装置，包括两连接板1、将两连接板 1连接的连接结构2和用于将连接板1支撑在顶管100内的支撑结构。

两所述连接板1的表面相互平行并且垂直于顶管100的中心线。具体地，两所述连接板1均采用高强度Q390钢板制成，每个连接板1的厚度10mm。优选地，所述连接板1的表面为三角形，采用三角形的结构能够保证在不影响与其它结构的连接之外有效地减少了连接板1的大小，较小的连接板1更方便控制。

所述连接结构2为连接液压缸，所述连接液压缸具有三个，每个连接液压缸的一端铰接在一个连接板1上，另一端铰接在另一个连接板1上，通过连接液压缸的伸缩能够调节两连接板1之间的距离进而能够适应不同情况的需求。优选地，三个连接液压缸均平行于顶管100的中心线，并且三个连接液压缸整体的重心在两个连接板重心的连线上以保证连接板1的受力尽可能地平衡。

所述支撑结构包括支撑液压缸3和止退撑脚4，在两个连接板1的每个边的中点处均铰接有一支撑液压缸3，位于两个连接板1的同侧边的两个支撑液压缸3为一组，即共有三组支撑液压缸3，每一组具有两个支撑液压缸3。

所述止退撑脚4共有三个，每一组的两个支撑液压缸3远离连接板1的一端铰接在同一个止退撑脚4上，支撑液压缸3通过止退撑脚4将连接板1支撑在顶管 100内。通过调节三组液压缸3的伸缩能够调节连接板1在顶管100内沿径向方向的位置或者能够将连接板1支撑在不同粗细的顶管100内。

具体地，所述止退撑脚4呈弧形，并且弧形与顶管100的内壁的弧形保持一致，。进一步地，所述止退撑脚4具有两层，靠近支撑液压缸3一层为5mm厚的钢板，与顶管100的内壁接触的一层为高强度合成橡胶材料，该材料具有较大的摩擦系数，并且能够紧密贴附在管道内壁以保证当外力作用在连接件1上时能够保证顶管不会发生移动以起到止退的作用。

所述退管止退装置还包括支座5，具体地，所述支座5包括支座液压缸，每个连接板1均具有两个支座液压缸作为支座5，支座液压缸的的下端通过滚轮51支撑在顶管100的内壁上，并且位于同一连接板1上的两液压缸相对于某一竖直线相互对称。当支撑液压缸3缩回时，支座5起到了对连接板1以及其它结构支撑的作用，并且通过滚轮51能够实现连接板1在顶管100内的来回移动。

如图4-图8所示，在止退时，所述退管止退装置需要与主顶液压缸6和可拆卸地抵靠在顶管100外端的Ω型顶铁7配合使用。所述主顶液压缸6具有两组，其中一组主顶液压缸6用于抵靠在朝向顶管100外端的连接板1上，另外一组用于抵靠在Ω型顶铁7上，并且在止退时至少一组主顶液压缸6在工作，通过两组主顶液压缸 6的轮换工作实现顶管100的管节的取出并能够实现止退。

所述Ω型顶铁7为开口向下的垫片，一组主顶液压缸6通过Ω型顶铁7抵靠在顶管100外端的端面上，避免主顶液压缸6直接抵靠在顶管100的外端端面上产生较大的应力使顶管100发生变形进而使管道结构发生破坏。

利用上述止退装置具体的止退步骤如下：

步骤一：如图5所示，在顶管100的管节A退出到位之前，在位于相比于管节 A更靠近洞内的管节B内将止退装置打开，使止退装置与管节B在轴向上不能够相对移动，然后由A组主顶液压缸61抵住止退装置，B组主顶液压缸62抵住Ω型顶铁；

步骤二：如图6所示，当顶管100的管节A退出到位时，将B组主顶液压缸 62回缩，由于Ω型顶铁7的下部具有开口，所以能够轻易地将Ω型顶铁7取出，抬升管节A，使管节A下侧位于B组主顶液压缸62上方，此时管节A底部位于A 组主顶液压缸61之下，B组主顶液压缸62之上，随后将Ω型顶铁7抵靠在管节B 的前端，使B组主顶液压缸62抵住Ω型顶铁7顶铁，即此时对管节B进行止退，并且此时管节A套在了A组主顶液压缸61上；

步骤三：如图7所示，缩回A组主顶液压缸61，此时A组主顶液压缸61不再对管节A进行限制，管节A可以取出；

步骤四：如图8所示，将止退装置移至管节C处并打开，将A组主顶液压缸 61伸长并抵住止退装置，B组主顶液压缸62抵住Ω型顶铁7，至此，一个退管循环结束。随后，顶管100继续退管，当管节B退至原管节A的位置时，则重复上述步骤1-4。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种内胀式顶管退管止退装置，其特征在于，包括位于顶管内且表面与顶管的轴线大致垂直的连接板和一端铰接在连接板上、另一端可选择性地支撑在顶管内壁上的多个支撑液压缸，多个支撑液压缸大致对称设置，

其中，支撑液压缸靠近顶管内壁的一端铰接有止退撑脚，所述支撑液压缸通过止退撑脚选择性地抵靠在顶管的内壁上，

所述止退撑脚呈与顶管的内壁弯曲方向一致的弧形，并且所述止退撑脚与顶管的内壁接触的一侧采用橡胶材料制成；

所述连接板具有两个，两个连接板之间通过连接结构相互连接，每个连接板上的多个支撑液压缸大致对称设置；

所述连接板的表面为三角形；

所述连接结构为连接液压缸，所述连接液压缸具有三个，并且三个连接液压缸整体的重心在两个连接板重心的连线上以保证连接板的受力尽可能地平衡；

所述止退撑脚共有三个。

2.根据权利要求1所述的一种内胀式顶管退管止退装置，其特征在于，所述连接结构包括多个连接液压缸，每个连接液压缸的一端连接到其中一个连接板上，每个连接液压缸的另一端连接到另一个连接板上。

3.根据权利要求1所述的一种内胀式顶管退管止退装置，其特征在于，在每个连接板上均设置有支座，每个连接板上的支座具有两个支座液压缸，支座液压缸的上端固定在连接板上，支座液压缸的下端通过滚轮支撑在顶管的内壁上，所述滚轮能够沿着顶管的轴线方向移动。

4.一种顶管退管止退系统，包括权利要求1-3任一项所述的止退装置、主顶液压缸和顶铁，所述止退装置位于顶管内且能够与顶管的内壁相互抵靠，所述顶铁用于抵靠顶管的外端部，所述主顶液压缸具有两组，其中一组用于抵靠在最靠近顶管外端的连接板上，另外一组用于抵靠在顶铁上。

5.根据权利要求4所述的一种顶管退管止退系统，其特征在于，所述顶铁为具有开口的垫片，所述开口至少能使主顶液压缸穿过。

6.一种基于权利要求5所述的一种顶管退管止退系统的顶管退管止退方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤一：在位于顶管最外端的第一管节退管到位之前，将止退装置安装在与第一管节相邻的第二管节上，将第一组主顶液压缸抵靠在靠近顶管外端的连接板上，将第二组主顶液压缸通过顶铁抵靠在第一管节的外端面上；

步骤二：当第一管节退管到位后，将第二组主顶液压缸回缩，取出顶铁，将第一管节移动到第一组主顶液压缸和第二组主顶液压缸之间；

步骤三：将第二组主顶液压缸伸出并通过顶铁抵靠在第二管节的外端面，将第一组主顶液压缸回缩，取出第一管节。

7.根据权利要求6所述的顶管退管止退方法，其特征在于，还包括步骤四：将止退装置移动到与第二管节相邻的第三管节内，然后重复上述步骤一至步骤三。

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