CN110043713A - 大直径k2型球墨铸铁管机械顶进过渡管及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大直径K2型球墨铸铁管机械顶进过渡管，包括包括插口端、缓冲段和承口端，缓冲段向一侧延伸成插口端，向另一侧延伸成承口端，通过插口端和承口端，过渡管的一端为T型接口的插口形式与机头尾部连接，另一端为K2型接口的承口形式与K2型球墨铸铁管插口连接。本发明使得全钢过渡管使机械顶管机头与K2型接口的球墨铸铁管很好的连接，顶进此类型的球墨铸铁管顺利进行；全钢过渡管管长0.89m，自量较轻，顶进中发生偏移时，机头进行纠偏比较容易。

Description

大直径K2型球墨铸铁管机械顶进过渡管及其安装方法

技术领域

本发明涉及一种施工顶管，尤其是涉及一种大直径K2型球墨铸铁管机械顶进过渡管及其安装方法。

背景技术

顶管施工技术已属于比较成熟的施工工艺，目前常见的顶进管材为钢管和混凝土管，顶管施工规范中对此均有提起。

球墨铸铁管是输水管线中最常见的一种管材，目前在南水北调配套工程大兴支线二标使用一种K2型接口的DN2400大直径球墨铸铁管，此类型的大直径球墨铸铁管在国内首次运用于机械顶管施工中，现无与K2型接口相匹配的顶管接头。

现有技术方案的内容：

采用传统T型承插接口的球墨铸铁管进行机械顶进时，机械顶管的机头尾部为一凹凸性结构的承口，与传统T型球墨铸铁管插口相匹配，顶进前只需将橡胶圈与接口的凹凸型结构契合，依附在承口内，然后球墨铸铁管插口插入，通过挤压橡胶圈将接顶进机头与球墨铸铁管连接并密封。

其在顶管中的的施工工艺如下：

工作井施工→顶管设备安装→顶管机吊装就位→激光经纬仪安装→顶管机出工作井→第一根球墨铸铁管安装→正常顶进→顶管机进接收井→接口打压。

1、工作井施工

顶进井和接收井采用竖井形式，结构坚固、牢靠、能全方位的抗衡土压力，有充足的尺寸容纳必要的设备和操作空间，其长度可容纳单节管长和顶管设备。

2、顶管设备主要有：靠背墙、液压千斤顶、导轨、顶铁，进、排泥管、压浆管、供电设施、顶管机等，将顶管设备按照规划进行安装。

3、顶管用传统形式球墨铸铁管安装：

①承口内部、插口外部及放密封橡胶圈的位置清理干净，不留残留物。

②安装时密封圈弯成“十”型或其它形状。放入后施加径向力使其完全放入密封槽内，检查是否吻合。用专用润滑剂润滑承口胶圈和插口密封部位。

③顶管轻吊于工作坑内轨道上，放下管沟时，要避免管身局部与坑侧面及坑底强烈碰撞。顶进时插口朝向土层方向，承口朝向于开顶方向，禁止千斤顶直接顶推承口。

④为避免插口钢圈与承口端面直接接触，破坏防腐层和顶管接口，顶进过程中，用软木衬垫夹于前后管节之间，以均匀管节间的彼此作用力，削减接口损坏，软木衬垫选用多层成合板，厚度一般为10mm。

4、滑润注浆

顶力增大不仅影响球墨铸铁管质量及工作井的后背墙，此时，可灌注滑润剂以减少顶力，滑润剂通过T型接口球墨铸铁管的灌注孔灌注到管的外侧。

5、接口打压试验

管道安装完成后，随即进行接头打压，以检验接头的密封性。接头打压使用经过率定的专用加压泵，从接头下部的进水孔压水，上部排气孔排气；排气结束后拧紧螺栓。按照规定要求加压至工作压力，然后稳压。

现有技术方案一的缺点：

一般球墨铸铁管管长较长，单根在6m左右，传统T型接口直接与顶进机头连接时，在顶进过程中发生未知偏移时，机头很难带动第一节球墨铸铁管，导致纠偏难度大。

发明内容

本发明提供了一种大直径K2型球墨铸铁管机械顶进过渡管及其安装方法，通过增加过渡管解决了顶管机在与K2型球墨铸铁管相连接时易发生偏移的问题，其技术方案如下所述：

一种大直径K2型球墨铸铁管机械顶进过渡管，包括包括插口端、缓冲段和承口端，缓冲段向一侧延伸成插口端，向另一侧延伸成承口端，通过插口端和承口端，过渡管的一端为T型接口的插口形式与机头尾部连接，另一端为K2型接口的承口形式与K2型球墨铸铁管插口连接。

过渡管采用Q235C全钢加工而成，长度为890mm；插口端的长度为370mm，厚度为48mm，过渡管的中心轴到插口端内侧所在圆形的直径为2434mm；承口端的长度为320mm，外端厚度大于内端厚度，厚度差为81.49mm，过渡管的中心轴到承口端外侧所在圆形的直径为2720mm。

缓冲段的长度为200mm，缓冲段朝向管内侧设置有两道肋板，肋板的厚度为30mm，肋板间的距离为140mm；在肋板间所在的圆周环绕一圈均匀设置有厚25mm、间距160mm的钢筋板，钢筋板为53块。

插口端上设置有两个凹槽，用于与顶管机头承口匹配。

大直径K2型球墨铸铁管机械顶进过渡管的安装方法，包括下列步骤：

测量引点→工作井施工→测量放样→井下导轨机架、液压系统、止水圈等设备安装→地面辅助设施安装→已与过渡管连接的顶管机头吊装就位→激光经纬仪安装→顶管机出工作井→过渡段连接与第一根K2型球墨铸铁管安装→正常顶进→顶管机进接收井→接口打压。

其中，已与过渡管连接的顶管机头吊装就位后，需要进行联机试运转；

联机试运转正常后，主顶油缸将机头慢慢推过止水装置，直至刀盘与土体相接触启动泥水系统各设备将泥浆依次进行机坑旁通循环、管内旁通循环、泥水舱循环，使压力达到设计值，此时启动刀盘旋转按钮，使之旋转切屑土体，接下来启动主顶泵站电机，使主顶油缸伸长，刀盘扭矩会由小增大，这时随时由刀盘扭矩的大小调整主顶泵站泵的流量旋钮、泥水系统泥浆的流量，使机头在顶进中保持刀盘扭矩在额定范围内；

顶进时，电动机提供能量，转动切削刀盘，通过切削刀盘进入土层；

挖掘的土质在转动的切削刀盘内被粉碎，然后进入泥水舱，在那里与泥浆混合，最后通过泥浆系统的排泥管由排泥泵输送至地面上；

在挖掘过程中，采用泥水平衡装置来维持水土平衡，以至始终处于主动与被动土压之间，达到消除地面的沉降和隆起的效果；

当顶进一个顶铁长度时，续加一个顶铁，再重复前述顶进过程，直至机头尾部到达续管处，操作人员根据激光指向仪的光点及倾斜仪示数随时掌握纠偏趋势。

进一步的，机械顶进时，由于地质的不均匀等因素导致机头在顶进时出现偏差，而K2型球墨铸铁管接口为柔性接口，调节空间是每处接口允许偏转0.6度。

优选的，正常顶进前，应先安装内部组件后顶进，安装步骤如下：

安装前准备→管道就位→承插口清理与刷油→管口对接→安装橡胶圈→安装组合圈→安装压圈→安装垫棒→顶进完成→气密性检验→锁紧螺栓。

安装压圈时，压圈分为四段，同组合圈先安放底下段最短且二端切口为垂直平面的压圈，再安装左右二侧切口呈一平面一斜面的压圈，平面端与下部对齐，斜面端与最后安装最上方压圈斜面对齐，先以人力支撑，待连接片与连接螺栓锁紧后方可放松；

压圈安放后，压圈圆周上的螺栓帽大多顶至承口直管端，需要先用撬棍后放垫块将压圈撬进，留出一定空间放置薄型液压千斤顶，最后用两个千斤顶对称逐段顶推压圈，直至垫棒可塞入螺栓帽后部，并用手将螺栓退出,顶紧垫棒。

进一步的，顶进管道贯通并将螺栓再次锁紧以后需进行接口打压试验，打压之前将接口内及周边的杂物清理干净，并保持清洁；

打压设备移至管道接口处后，缓慢调整，使其中心与接口中心对齐，之后逐步拧顶进圆周范围的螺栓，螺栓对称拧进，同步进行，方可将挤压板带动橡胶圈均匀顶至管口；

橡胶圈必须将接口完全覆盖，未覆盖处需再次移动打压设备，保证接口处完全密封，最后将螺栓拧紧封闭接口；

然后将打压泵及注水泵与打压设备连接，再用注水泵从注水孔开始往接口密闭空间内注水，并松动上部的排气孔螺栓排出空气，直至注入的水从排气孔中喷出后将排气孔拧紧；

最后手动加压至工作压力后保持稳压一段时间。

本发明具有以下优点：

1、全钢过渡管使机械顶管机头与K2型接口的球墨铸铁管很好的连接，顶进此类型的球墨铸铁管顺利进行；

2、全钢过渡管管长0.89m，自量较轻，顶进中发生偏移时，机头进行纠偏比较容易。

附图说明

图1是机械顶进机头的承口与K2型球墨铸铁管插口的配合示意图；

图2是全钢过渡管的截面示意图；

图3是使用了全钢过渡管的配合示意图；

图4是图2的尺寸标注图。

具体实施方式

如图1所示，目前机械顶管尾部接口为T型承插接口形式的承口端，本工程采用的K2型球墨铸铁管接口与顶进机头尾部结构不同无法直接连接。K2型承插接口结构形式如下图1，接口密封依靠内部的橡胶圈1、组合圈2、压圈3等组件。安装时先将K2型球墨铸铁管的插口100插入机械顶进机头的承口200内，然后在管内将橡胶圈1置入插口100的外壁与承口200的内壁的间隙，橡胶圈1的外侧与承口200的封口抵接，橡胶圈1的内侧抵接有组合圈2，在组合圈2的内侧抵接有压圈3，压圈3的外侧通过锁紧螺栓4以及垫棒5与承口200的扩口段的径向壁面顶紧，从而达到密封效果。

承口200外侧覆盖有水泥保护层6，在机械顶进机头的外侧有与承口200的外端相配合的法兰11。

为了使机械顶级机头与K2型球墨铸铁管连接，按照K2型承口结构形式和机头尾部结构形式，设计一联通顶管机头和K2型球墨铸铁管的过渡管300。

如图2所示，过渡管300采用Q235C全钢加工而成，过渡管300包括插口端21、缓冲段22和承口端20，缓冲段22向一侧延伸成插口端21，向另一侧延伸成承口端20。过渡管300的长度为890mm，其中插口端21的长度为370mm，厚度为48mm，过渡管的中心轴到插口端21内侧所在圆形的直径为2434mm；承口端20的长度为320mm，外端厚度大于内端厚度，厚度差为81.49mm，过渡管的中心轴到承口端20外侧所在圆形的直径为2720mm。

这样，通过插口端21和承口端20，过渡管300的一端为T型接口的插口形式与机头尾部连接，另一端为K2型接口的承口形式与K2型球墨铸铁管插口连接。

缓冲段22的长度为200mm，为了增强过渡管强度，在中部的缓冲段22朝向管内侧设置有两道肋板24，肋板的厚度为30mm，肋板间的距离为140mm。在肋板间所在的圆周环绕一圈，均匀设置有厚25mm、间距160mm的钢筋板23，钢筋板23为53块。

进一步的，插口端21上设置有两个凹槽，分别放置密封圈7后，用于与顶管机头的承口密封匹配。

过渡管300与顶进机头和K2型球墨铸铁管连接形式如图3所示。在进行安装时，机械顶进K2型球墨铸铁管施工工艺如下：

测量引点→工作井施工→测量放样→井下导轨机架、液压系统、止水圈等设备安装→地面辅助设施安装→已与过渡管连接的顶管机头吊装就位→激光经纬仪安装→顶管机出工作井→过渡段连接与第一根K2型球墨铸铁管安装→正常顶进→顶管机进接收井→接口打压。

顶管工作井一般为竖井结构，采用倒挂方式施工，属于成熟工艺，但施工需要注意的是竖井净尺寸必须设计满足施工需求。竖井完成后进行靠背墙浇筑，并按照测量引点放出顶管高程及轮廓线，提前凿除井壁，并安装止水圈。

前期准备工作完成，泥水平衡顶管机配套设备按照现场情况进行布置安装，主要有①泥浆处理系统：由泥浆池、1个调整箱、1个搅拌箱、1个储浆桶、进排泥管路、进排泥泵、竖井旁通等组成。②主顶设备：油缸(根据现场施工顶力情况而定)、泵站、轨道、轨道一体的后靠、O型顶铁与马蹄型顶铁等。③机头部分：为本设备的核心，由以下部分构成：外壳、刀盘、纠偏系统、变速器、图像系统等。

为了保证顶进轴线控制在设计轴线允许偏差范围内，在顶进过程中密切注意激光经纬仪发出的激光点的偏向。轴线测量的控制系统设在工作井内液压主顶装置中间。施工中经常对控制台进行复测，以保证测量精度，控制台基础采用混凝土浇筑在竖底板上固定。按独立坐标系放样后用测量控制台使坐标系精确地移动至顶管轴线上，正确指挥顶管的施工方向。

过渡管根据设计图纸在工厂内进行加工后运至现场与顶进机头连接，首先将橡胶圈附至过渡管插口处的凹槽内，然后采用吊车将过渡管与机头尾部对接，然后通过倒链将过渡管插入顶管机头尾部直至抵紧过渡管肋板。

一切准备完成后采用吊车将与全钢过渡段刚性连接的机头吊至井内，连接各系统，进行联机试运转。

联机试运转正常后，主顶油缸将机头慢慢推过止水装置，直至刀盘与土体相接触启动泥水系统各设备将泥浆依次进行机坑旁通循环、管内旁通循环、泥水舱循环，使压力达到设计值，此时启动刀盘旋转按钮，使之旋转切屑土体，接下来启动主顶泵站电机，使主顶油缸伸长，刀盘扭矩会由小增大，这时随时由刀盘扭矩的大小调整主顶泵站泵的流量旋钮、泥水系统泥浆的流量，使机头在顶进中保持刀盘扭矩在额定范围内。顶进时，电动机提供能量，转动切削刀盘，通过切削刀盘进入土层。挖掘的土质在转动的切削刀盘内被粉碎，然后进入泥水舱，在那里与泥浆混合，最后通过泥浆系统的排泥管由排泥泵输送至地面上。在挖掘过程中，采用复杂的泥水平衡装置来维持水土平衡，以至始终处于主动与被动土压之间，达到消除地面的沉降和隆起的效果。当顶进一个顶铁长度时，续加一个顶铁，再重复前述顶进过程，直至机头尾部到达续管处，操作人员根据激光指向仪的光点及倾斜仪示数随时掌握纠偏趋势。

顶管机完全进入土层以后，电缆、泥浆管被拆除，然后吊入第一节顶进球墨铸铁管，与过渡管连接。将K2型大直径球墨铸铁管插口段插入全钢过渡的承口内，与插口法兰抵紧，然后在管内安装橡胶圈、组合圈、压圈等组件。顶进过程中接口处的顶力点为插口的法兰与承口端接触处，理论上组件安装不受顶进影响，顶进中会有一个问题：是顶进前先安装内部组件还是顶完之后再安装。为了保证组件的顺利安装，最终选择先安装内部组件后顶进，安装步骤如下：

安装前准备→管道就位→承插口清理与刷油→管口对接→安装橡胶圈→安装组合圈→安装压圈→安装垫棒→顶进完成→气密性检验→锁紧螺栓。

K2型承插口的大直径球磨铸铁管管口对接前，用干燥、干净的毛刷或抹布将插口外侧工作面及承口工作面内全部清理干净。清理干净后，在承插接口工作面范围内涂刷一层润滑剂，在组件安装前保持涂刷面无异物附着。

管道承插接口对接完成后，进入管道内部安装橡胶圈等组件。将限位块取出后，首先安装最内侧的橡胶圈，橡胶圈自身成“O”型，经过简单拉伸后直接放入承插口间隙内，用手按到底。

其次安装组合圈，组合圈由三段组成，需先在间距为115mm预留空间内拼装，先安装下方组合圈,再依序安装左右二侧组合圈，最后通过撬棍后放垫块将组合圈间隙内顶推，留出足够空间安装压圈。

最后安装压圈，压圈分为四段，同组合圈先安放底下段最短且二端切口为垂直平面的压圈，再安装左右二侧切口呈一平面一斜面的压圈，平面端与下部对齐，斜面端与最后安装最上方压圈斜面对齐，先以人力支撑,待连接片与连接螺栓锁紧后方可放松。压圈安放后，压圈圆周上的螺栓帽大多顶至承口直管端，需要先用撬棍后放垫块将压圈撬进，留出一定空间放置薄型液压千斤顶，最后用两个千斤顶对称逐段顶推压圈，直至垫棒可塞入螺栓帽后部，并用手将螺栓退出,顶紧垫棒。为了保证接口处的柔性，初次螺栓不需要直接锁紧，待所有管道顶进完成后再进行二次锁紧。

第一节K2型球墨铸铁管安装完成后，启动顶进系统，按照机头顶进程序继续顶进，这个过程不断重复，直到所有管道被顶入土层完毕，完成一条永久性的地下管道。顶进过程中为减少管壁与土体摩擦，在每节管道上开三个注浆孔，注入膨润土触变泥浆。同时，做好测量、顶进记录，另外随时进行不利因素监测。

机械顶进时，由于地质的不均匀等因素导致机头在顶进时出现偏差，而K2型球墨铸铁管接口为柔性接口，有一定的调节空间，每处接口允许偏转0.6度。在顶进中需要操作人员时刻关注激光靶心，出现轴线偏差时，及时通过机头处的千斤顶进行纠偏，做到一勤纠偏、二每次纠偏量小、三纠偏及时，从而避免大量的偏差，而导致K2型大直径球墨铸铁管接口的安装不紧密。

顶进管道贯通并将螺栓再次锁紧以后需进行接口打压试验。打压之前将接口内及周边的杂物清理干净，并保持清洁。打压设备移至管道接口处后，缓慢调整，使其中心与接口中心对齐，之后逐步拧顶进圆周范围的螺栓，螺栓对称拧进，同步进行，方可将挤压板带动橡胶圈均匀顶至管口。橡胶圈必须将接口完全覆盖，未覆盖处需再次移动打压设备，保证接口处完全密封，最后将螺栓拧紧封闭接口。然后将打压泵及注水泵与打压设备连接，再用注水泵从注水孔开始往接口密闭空间内注水，并松动上部的排气孔螺栓排出空气，直至注入的水从排气孔中喷出后将排气孔拧紧。最后手动加压至工作压力后保持稳压一段时间。

本发明提供的全钢过渡管使顶进机头与K2型接口的球墨铸铁管有效连接，从而顺利顶进K2型球墨铸铁管；全钢过渡管管长0.89m，本身重量较轻，顶进中机头发生偏移时，机头进行纠偏比较容易。

Claims (10)

1.一种大直径K2型球墨铸铁管机械顶进过渡管，其特征在于：包括包括插口端、缓冲段和承口端，缓冲段向一侧延伸成插口端，向另一侧延伸成承口端，通过插口端和承口端，过渡管的一端为T型接口的插口形式与机头尾部连接，另一端为K2型接口的承口形式与K2型球墨铸铁管插口连接。

2.根据权利要求1所述的大直径K2型球墨铸铁管机械顶进过渡管，其特征在于：过渡管采用Q235C全钢加工而成，长度为890mm；插口端的长度为370mm，厚度为48mm，过渡管的中心轴到插口端内侧所在圆形的直径为2434mm；承口端的长度为320mm，外端厚度大于内端厚度，厚度差为81.49mm，过渡管的中心轴到承口端外侧所在圆形的直径为2720mm。

3.根据权利要求1所述的大直径K2型球墨铸铁管机械顶进过渡管，其特征在于：缓冲段的长度为200mm，缓冲段朝向管内侧设置有两道肋板，肋板的厚度为30mm，肋板间的距离为140mm；在肋板间所在的圆周环绕一圈均匀设置有厚25mm、间距160mm的钢筋板，钢筋板为53块。

4.根据权利要求2所述的大直径K2型球墨铸铁管机械顶进过渡管，其特征在于：插口端上设置有两个凹槽，用于与顶管机头承口匹配。

5.根据权利要求1-4任一所述的大直径K2型球墨铸铁管机械顶进过渡管的安装方法，包括下列步骤：

测量引点→工作井施工→测量放样→井下导轨机架、液压系统、止水圈等设备安装→地面辅助设施安装→已与过渡管连接的顶管机头吊装就位→激光经纬仪安装→顶管机出工作井→过渡段连接与第一根K2型球墨铸铁管安装→正常顶进→顶管机进接收井→接口打压。

6.根据权利要求5所述的大直径K2型球墨铸铁管机械顶进过渡管的安装方法，其特征在于，已与过渡管连接的顶管机头吊装就位后，需要进行联机试运转；

联机试运转正常后，主顶油缸将机头慢慢推过止水装置，直至刀盘与土体相接触启动泥水系统各设备将泥浆依次进行机坑旁通循环、管内旁通循环、泥水舱循环，使压力达到设计值，此时启动刀盘旋转按钮，使之旋转切屑土体，接下来启动主顶泵站电机，使主顶油缸伸长，刀盘扭矩会由小增大，这时随时由刀盘扭矩的大小调整主顶泵站泵的流量旋钮、泥水系统泥浆的流量，使机头在顶进中保持刀盘扭矩在额定范围内；

顶进时，电动机提供能量，转动切削刀盘，通过切削刀盘进入土层；

挖掘的土质在转动的切削刀盘内被粉碎，然后进入泥水舱，在那里与泥浆混合，最后通过泥浆系统的排泥管由排泥泵输送至地面上；

在挖掘过程中，采用泥水平衡装置来维持水土平衡，以至始终处于主动与被动土压之间，达到消除地面的沉降和隆起的效果；

当顶进一个顶铁长度时，续加一个顶铁，再重复前述顶进过程，直至机头尾部到达续管处，操作人员根据激光指向仪的光点及倾斜仪示数随时掌握纠偏趋势。

7.根据权利要求5所述的大直径K2型球墨铸铁管机械顶进过渡管的安装方法，其特征在于：机械顶进时，由于地质的不均匀等因素导致机头在顶进时出现偏差，而K2型球墨铸铁管接口为柔性接口，调节空间是每处接口允许偏转0.6度。

8.根据权利要求5所述的大直径K2型球墨铸铁管机械顶进过渡管的安装方法，其特征在于，正常顶进前，应先安装内部组件后顶进，安装步骤如下：

安装前准备→管道就位→承插口清理与刷油→管口对接→安装橡胶圈→安装组合圈→安装压圈→安装垫棒→顶进完成→气密性检验→锁紧螺栓。

9.根据权利要求8所述的大直径K2型球墨铸铁管机械顶进过渡管的安装方法，其特征在于：安装压圈时，压圈分为四段，同组合圈先安放底下段最短且二端切口为垂直平面的压圈，再安装左右二侧切口呈一平面一斜面的压圈，平面端与下部对齐，斜面端与最后安装最上方压圈斜面对齐，先以人力支撑，待连接片与连接螺栓锁紧后方可放松；

压圈安放后，压圈圆周上的螺栓帽大多顶至承口直管端，需要先用撬棍后放垫块将压圈撬进，留出一定空间放置薄型液压千斤顶，最后用两个千斤顶对称逐段顶推压圈，直至垫棒可塞入螺栓帽后部，并用手将螺栓退出,顶紧垫棒。

10.根据权利要求5所述的大直径K2型球墨铸铁管机械顶进过渡管的安装方法，其特征在于：顶进管道贯通并将螺栓再次锁紧以后需进行接口打压试验，打压之前将接口内及周边的杂物清理干净，并保持清洁；

打压设备移至管道接口处后，缓慢调整，使其中心与接口中心对齐，之后逐步拧顶进圆周范围的螺栓，螺栓对称拧进，同步进行，方可将挤压板带动橡胶圈均匀顶至管口；

橡胶圈必须将接口完全覆盖，未覆盖处需再次移动打压设备，保证接口处完全密封，最后将螺栓拧紧封闭接口；

然后将打压泵及注水泵与打压设备连接，再用注水泵从注水孔开始往接口密闭空间内注水，并松动上部的排气孔螺栓排出空气，直至注入的水从排气孔中喷出后将排气孔拧紧；

最后手动加压至工作压力后保持稳压一段时间。