CN109027419B - 一种手掘式顶管施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手掘式顶管施工方法，先获取如下结构的工具管，包括管体，所述管体的一端为刃口端；所述管体的内侧顶部还安装有液压顶伸机构和呈板状的顶盖，所述顶盖位于所述刃口端，且通过沿管体轴向设置的导轨机构可滑动地安装在所述管体的内壁上；所述液压顶伸机构的伸缩端朝向所述刃口端，并连接在所述顶盖上，使所述顶盖能够随所述伸缩端伸出或缩入所述管体；所述顶盖朝外的一侧为能够切入土层的刃口；施工时，顶进工具管，使工具管的刃口端抵住管前工作面，然后利用液压顶伸机构将顶盖插入到管前工作面顶部的土层中，最后进行挖掘施工。本发明具有能够有效防止管前工作面坍塌，有利于提高作业安全性，降低后期返修成本等优点。

Description

一种手掘式顶管施工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，特别的涉及一种手掘式顶管施工方法。

背景技术

随着我国经济持续稳定的增长，城市化进程的进一步加快，我国地下管线的需求量也在逐年增加，传统的开挖施工方法在很多情况下已经不能适用。由于市政管道经常敷设在人口稠密、商业繁华的市区，管道周边存在着众多给排水、电力、通信、燃气、热力等各种市政管道及地下结、构筑物，传统的开挖方法会影响交通、污染环境，并存在较大的安全隐患，同时也给市民生活带来诸多不便。顶管施工作为一种非开挖施工技术在我国已经实施多年，经过多年的发展，顶管技术在我国已得到大量实际工程应用，且保持着高速的增长势头。但现阶段除东部沿海城市较多采用机械顶管方式外，其余地区仍处于比较原始的阶段，大量采用人工手掘式顶管施工技术。

人工手掘式顶管施工技术是管前工作面的岩土采用人工挖掘出土并配合液压千斤顶顶进的施工工艺，该工艺对不同地质条件具有很大的局限性，由于顶进面土压无法平衡，极易造成塌方现象，同时作业环境恶劣，经常遇见各种突发情况，作业人员的安全无法得到有效保障。当垮塌量过大后，路面极易发生沉降，有行车隐患，后期打孔灌砼、道路返修费用高。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种能够有效防止管前工作面坍塌，有利于提高作业安全性，降低后期返修成本的手掘式顶管施工方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种手掘式顶管施工方法，其特征在于，先获取如下结构的工具管，包括作业状态下横向设置的管体，所述管体的一端为用于切入土层的刃口端；所述管体的内侧顶部还安装有沿轴向设置的液压顶伸机构和呈板状的顶盖，所述顶盖位于所述刃口端，且通过沿管体轴向设置的导轨机构可滑动地安装在所述管体的内壁上；所述液压顶伸机构的伸缩端朝向所述刃口端，并连接在所述顶盖上，使所述顶盖能够随所述伸缩端伸出或缩入所述管体；所述顶盖朝外的一侧为能够切入土层的刃口；施工时，顶进工具管，使工具管的刃口端抵住管前工作面，然后利用液压顶伸机构将顶盖插入到管前工作面顶部的土层中，最后进行挖掘施工。

由于工人施工前，顶盖已经插入土层中，形成保护盖，使得顶盖下方的土层挖凿后，顶盖上方的土层也不宜塌方，既可以保障施工人员的安全，又可以避免塌方引起的沉降，节省后期的打孔灌砼和道路返修费用，降低施工成本，又能提高施工效率。

进一步的，所述顶盖整体呈圆弧形，且外径与所述管体的内径相匹配，所述顶盖同轴设置在所述管体内。

这样，使得顶盖能够尽量贴合管体的内壁，从而减少对管体内部空间的占用，为工人提供更大的操作空间，方便施工。另外，将顶盖设置成圆弧形，能够增加伸出后的顶盖在竖向上的抗弯强度，防止变形，有利于提高使用寿命。

进一步的，所述导轨机构设置有两个，分别位于所述顶盖周向上的两侧。

这样，导轨机构可以从顶盖的两侧对顶盖提供支撑力，使得顶盖的受力更加均匀，有可以避免导轨机构偏载而损坏，有利于提高导轨机构的使用寿命。

进一步的，所述管体的内壁上还焊接有两个支撑块，两个所述支撑块分别位于所述顶盖周向上的两侧，且靠近所述刃口端的位置；所述支撑块朝向所述顶盖的一侧具有供所述顶盖穿过的支撑槽；所述顶盖的长度大于所述液压顶伸机构的最大伸出长度。

由于顶盖的长度大于液压顶伸机构的最大伸出长度，即使液压顶伸机构的伸缩端完全伸出，顶盖仍然有一部分位于管体内；又由于顶盖两侧的支撑块位于靠近刃口端的位置，在顶盖的伸出部分受到向下的压力时，两个支撑块以及顶盖的另一端形成杠杆结构，从而可以保证顶盖的平衡。而且利用支撑块对顶盖进行支撑，可以减少施加在导轨机构上的作用力，从而提高导轨机构的使用寿命。

进一步的，所述导轨机构为沿所述管体的轴向焊接在所述管体的内壁上的钢轨；两个所述钢轨沿所述管体周向相对的一侧具有沿长度方向贯通设置的导向槽，所述导向槽的宽度与所述顶盖的厚度一致，所述顶盖周向上的两侧分别配合在所述导向槽内。

上述结构中，仅仅采用一根具有导向槽的钢轨作为导轨机构，在满足顶盖的伸缩移动需求的前提下，最大化地简化结构，一旦顶盖损坏，只需单独更换顶盖即可，既能够避免复杂结构带来的故障，便于维修维护，又能够节省成本。

进一步的，所述顶盖包括呈圆弧形的横档，以及多个沿所述横档的周向并排焊接在所述横档上的钎杆，所述钎杆朝向所述刃口端的一端具有圆锥形的钎头，多个所述钎杆的钎头组成所述顶盖的刃口；所述液压顶伸机构的伸缩端连接在所述横档上。

由于钎杆在轴向上具有更好的强度，且圆锥形的钎头与土层接触面积更小，更容易插入土层，采用多个钎杆与横档焊接组成顶盖，使得顶盖的刃口更加锋利。另外，将伸缩端连接在横档上，能够保证液压顶伸机构的作用力能够均衡地施加在每个钎杆上。

进一步的，所述横档沿所述钎杆的长度方向设置有多个。

这样，可以进一步提高顶盖的整体强度。

进一步的，所述钎杆上沿径向贯穿设置有与所述横档的端面形状一致的连接孔，所述横档穿过所述钎杆的连接孔，并焊接在所述钎杆上。

这样，可以使横档位于钎杆的中部，避免横档外露而影响钎杆的插入深度。而且将横档穿过连接孔后再与钎杆焊接，可以增加二者之间的焊缝长度，提高二者焊接的强度。

进一步的，相邻两个所述钎杆的间距为小于8mm。

这样，在相邻两个钎杆之间保留较小的间隙，即可以避免上方的土层坍塌，又能够减少钎杆的数量。

进一步的，所述钎杆朝向所述刃口端的一端具有同轴设置的螺纹孔，所述钎头朝向所述钎杆的一端具有与所述螺纹孔相匹配的螺杆，所述钎头通过螺杆可拆卸地安装在所述钎杆的螺纹孔上。

这样，一旦钎头在使用过程中损坏，可以随时更换钎头，方便维修。

综上所述，本发明具有能够有效防止管前工作面坍塌，有利于提高作业安全性，降低后期返修成本等优点。

附图说明

图1为工具管顶盖伸出状态的结构示意图。

图2为图1的仰视结构示意图。

图3为顶盖的一种结构示意图。

图4为工具管剖视结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施时：如图1～图4所示，一种手掘式顶管施工用工具管，包括作业状态下横向设置的管体1，所述管体1的一端为用于切入土层的刃口端；所述管体1的内侧顶部还安装有沿轴向设置的液压顶伸机构2和呈板状的顶盖3，所述顶盖3位于所述刃口端，且通过沿管体轴向设置的导轨机构4可滑动地安装在所述管体1的内壁上；所述液压顶伸机构2的伸缩端朝向所述刃口端，并连接在所述顶盖3上，使所述顶盖3能够随所述伸缩端伸出或缩入所述管体1；所述顶盖3朝外的一侧为能够切入土层的刃口。

采用上述结构，在施工时，可以先将工具管整体向前顶进到管前工作面，然后利用管体内的液压顶伸机构将顶盖朝向管前工作面顶进，使顶盖朝外的刃口尽可能深入地切入到管前工作面的土层中，然后组织工人对管前工作面的岩土进行挖掘施工。由于工人施工前，顶盖已经插入土层中，形成保护盖，使得顶盖下方的土层挖凿后，顶盖上方的土层也不宜塌方，既可以保障施工人员的安全，又可以避免塌方引起的沉降，节省后期的打孔灌砼和道路返修费用，降低施工成本，又能提高施工效率。

实施时，所述顶盖3整体呈圆弧形，且外径与所述管体1的内径相匹配，所述顶盖3同轴设置在所述管体1内。

这样，使得顶盖能够尽量贴合管体的内壁，从而减少对管体内部空间的占用，为工人提供更大的操作空间，方便施工。另外，将顶盖设置成圆弧形，能够增加伸出后的顶盖在竖向上的抗弯强度，防止变形，有利于提高使用寿命。

实施时，所述导轨机构4设置有两个，分别位于所述顶盖3周向上的两侧。

这样，导轨机构可以从顶盖的两侧对顶盖提供支撑力，使得顶盖的受力更加均匀，有可以避免导轨机构偏载而损坏，有利于提高导轨机构的使用寿命。

实施时，所述管体1的内壁上还焊接有两个支撑块5，两个所述支撑块5分别位于所述顶盖3周向上的两侧，且靠近所述刃口端的位置；所述支撑块5朝向所述顶盖3的一侧具有供所述顶盖3穿过的支撑槽；所述顶盖3的长度大于所述液压顶伸机构2的最大伸出长度。

由于顶盖的长度大于液压顶伸机构的最大伸出长度，即使液压顶伸机构的伸缩端完全伸出，顶盖仍然有一部分位于管体内；又由于顶盖两侧的支撑块位于靠近刃口端的位置，在顶盖的伸出部分受到向下的压力时，两个支撑块以及顶盖的另一端形成杠杆结构，从而可以保证顶盖的平衡。而且利用支撑块对顶盖进行支撑，可以减少施加在导轨机构上的作用力，从而提高导轨机构的使用寿命。

实施时，所述导轨机构4为沿所述管体1的轴向焊接在所述管体1的内壁上的钢轨；两个所述钢轨沿所述管体1周向相对的一侧具有沿长度方向贯通设置的导向槽，所述导向槽的宽度与所述顶盖3的厚度一致，所述顶盖3周向上的两侧分别配合在所述导向槽内。

上述结构中，仅仅采用一根具有导向槽的钢轨作为导轨机构，在满足顶盖的伸缩移动需求的前提下，最大化地简化结构，一旦顶盖损坏，只需单独更换顶盖即可，既能够避免复杂结构带来的故障，便于维修维护，又能够节省成本。

实施时，所述顶盖3包括呈圆弧形的横档31，以及多个沿所述横档的周向并排焊接在所述横档31上的钎杆32，所述钎杆32朝向所述刃口端的一端具有圆锥形的钎头，多个所述钎杆32的钎头组成所述顶盖3的刃口；所述液压顶伸机构2的伸缩端连接在所述横档31上。

由于钎杆在轴向上具有更好的强度，且圆锥形的钎头与土层接触面积更小，更容易插入土层，采用多个钎杆与横档焊接组成顶盖，使得顶盖的刃口更加锋利。另外，将伸缩端连接在横档上，能够保证液压顶伸机构的作用力能够均衡地施加在每个钎杆上。

具体实施时，顶盖还可以采用钢板冲压成型或一体铸造成型。

实施时，所述横档31沿所述钎杆32的长度方向设置有多个。

这样，可以进一步提高顶盖的整体强度。

实施时，所述钎杆32上沿径向贯穿设置有与所述横档31的端面形状一致的连接孔，所述横档31穿过所述钎杆32的连接孔，并焊接在所述钎杆32上。

这样，可以使横档位于钎杆的中部，避免横档外露而影响钎杆的插入深度。而且将横档穿过连接孔后再与钎杆焊接，可以增加二者之间的焊缝长度，提高二者焊接的强度。

实施时，相邻两个所述钎杆32的间距为小于8mm。

这样，在相邻两个钎杆之间保留较小的间隙，即可以避免上方的土层坍塌，又能够减少钎杆的数量。

实施时，所述钎杆32朝向所述刃口端的一端具有同轴设置的螺纹孔，所述钎头朝向所述钎杆32的一端具有与所述螺纹孔相匹配的螺杆，所述钎头通过螺杆可拆卸地安装在所述钎杆32的螺纹孔上。

这样，一旦钎头在使用过程中损坏，可以随时更换钎头，方便维修。

实施时，所述钎头采用40MnMoV制成。

实施时，所述钎头的最大直径比所述钎杆32的最大直径大2～3mm。

这样，钎头插入土层后，会形成一个直径略大于钎杆的孔，防止钎杆与孔直接接触而增大顶盖的插入阻力。

实施时，所述钎杆32沿轴向的投影呈正方形，所述连接孔沿该正方形的对角线方向贯通设置。

由于钎杆插入土层过程中，需要将土层沿径向方向挤压，采用上述呈矩形的钎杆，相比于圆柱形的钎杆，对土层的挤压更小，土层对钎杆的反作用力也更小，从而有利于钎杆顺利插入土层。

实施时，所述横档31包括位于所述钎杆32端部的主横档和位于所述钎杆32中部为副横档，所述主横档与所述钎杆32在所述顶盖3的厚度方向上的尺寸一致，所述液压顶伸机构2的伸缩端连接在所述主横档上；所述连接孔的形状与所述副横档的端面形状一致，所述副横档穿过连接孔；所述副横档在所述顶盖3的厚度方向上的尺寸为3～5mm，且沿朝向所述钎头的方向逐渐变小成楔形。

由于副横档在钎杆插入土层的过程中，可能会随钎杆一并插入，上述结构中的副横档成楔形结构，能够减少插入的阻力。

实施时，所述液压顶伸机构2包括沿所述管体1的轴向设置的液压缸，所述液压缸的活塞杆连接在所述顶盖3上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种手掘式顶管施工方法，其特征在于，先获取如下结构的工具管，包括作业状态下横向设置的管体（1），所述管体（1）的一端为用于切入土层的刃口端；所述管体（1）的内侧顶部还安装有沿轴向设置的液压顶伸机构（2）和呈板状的顶盖（3），所述顶盖（3）位于所述刃口端，且通过沿管体轴向设置的导轨机构（4）可滑动地安装在所述管体（1）的内壁上；所述液压顶伸机构（2）的伸缩端朝向所述刃口端，并连接在所述顶盖（3）上，使所述顶盖（3）能够随所述伸缩端伸出或缩入所述管体（1）；所述顶盖（3）朝外的一侧为能够切入土层的刃口；施工时，顶进工具管，使工具管的刃口端抵住管前工作面，然后利用液压顶伸机构将顶盖插入到管前工作面顶部的土层中，最后进行挖掘施工，所述顶盖（3）整体呈圆弧形，且外径与所述管体（1）的内径相匹配，所述顶盖（3）同轴设置在所述管体（1）内，所述管体（1）的内壁上还焊接有两个支撑块（5），两个所述支撑块（5）分别位于所述顶盖（3）周向上的两侧，且靠近所述刃口端的位置；所述支撑块（5）朝向所述顶盖（3）的一侧具有供所述顶盖（3）穿过的支撑槽；所述顶盖（3）的长度大于所述液压顶伸机构（2）的最大伸出长度；

所述顶盖（3）包括呈圆弧形的横档（31），以及多个沿所述横档的周向并排焊接在所述横档（31）上的钎杆（32），所述钎杆（32）朝向所述刃口端的一端具有圆锥形的钎头，多个所述钎杆（32）的钎头组成所述顶盖（3）的刃口；所述液压顶伸机构（2）的伸缩端连接在所述横档（31）上。

2.如权利要求1所述的手掘式顶管施工方法，其特征在于，所述导轨机构（4）设置有两个，分别位于所述顶盖（3）周向上的两侧。

3.如权利要求2所述的手掘式顶管施工方法，其特征在于，所述导轨机构（4）为沿所述管体（1）的轴向焊接在所述管体（1）的内壁上的钢轨；两个所述钢轨沿所述管体（1）周向相对的一侧具有沿长度方向贯通设置的导向槽，所述导向槽的宽度与所述顶盖（3）的厚度一致，所述顶盖（3）周向上的两侧分别配合在所述导向槽内。

4.如权利要求1所述的手掘式顶管施工方法，其特征在于，所述横档（31）沿所述钎杆（32）的长度方向设置有多个。

5.如权利要求1所述的手掘式顶管施工方法，其特征在于，所述钎杆（32）上沿径向贯穿设置有与所述横档（31）的端面形状一致的连接孔，所述横档（31）穿过所述钎杆（32）的连接孔，并焊接在所述钎杆（32）上。

6.如权利要求1所述的手掘式顶管施工方法，其特征在于，相邻两个所述钎杆（32）的间距为小于8mm。

7.如权利要求1所述的手掘式顶管施工方法，其特征在于，所述钎杆（32）朝向所述刃口端的一端具有同轴设置的螺纹孔，所述钎头朝向所述钎杆（32）的一端具有与所述螺纹孔相匹配的螺杆，所述钎头通过螺杆可拆卸地安装在所述钎杆（32）的螺纹孔上。

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