CN111156022A

CN111156022A - 一种顶管施工装置及施工方法

Info

Publication number: CN111156022A
Application number: CN202010106653.3A
Authority: CN
Inventors: 孙九春; 王哲; 王旭锋; 薛武强
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT; Tengda Construction Group Co Ltd
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT; Tengda Construction Group Co Ltd
Priority date: 2020-02-21
Filing date: 2020-02-21
Publication date: 2020-05-15

Abstract

本发明公开了一种顶管施工装置及施工方法，属于非开挖顶管施工技术领域。所述顶管施工装置，包括始发顶管、顶进钻头、驱动组件、喷水组件和土壤暂存组件。顶进钻头为锥形，顶进钻头的表面设有多个粉碎结构，顶进钻头的大头端连接于始发顶管的顶进前端；驱动组件用于驱动顶进钻头绕始发顶管的轴线转动；喷水组件用于向顶进钻头的表面喷水；土壤暂存组件设于始发顶管内，用于暂存顶进钻头挖掘的沙土。所述顶管施工方法采用上述的顶管施工装置。本发明更加适用于较硬的土层，减少对顶进钻头的磨损，顶进钻头的使用寿命长，施工效率高。

Description

一种顶管施工装置及施工方法

技术领域

本发明涉及非开挖顶管施工技术领域，尤其涉及一种顶管施工装置及施工方法。

背景技术

随着城市基础设施建设的迅速发展，各种地下管线在地下纵横交错，地面上的建筑物越来越多，与传统开挖施工相比，非开挖顶管施工技术不需开挖地面，能够极大程度地保证城市道路的正常交通，并且能够穿越铁路、河道、公路等，解决了市政施工难题。

顶管法施工是在工作坑内顶进设备产生的顶力作用下，克服管道与砂性土体的摩擦力，将管道按照设计要求顶入砂土中，并将土方取出运走。一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进。

但是，当顶管施工遇到坚硬土层时，钻头易磨损，或采用人工开挖的方式，但该方法不仅存在一定的危险性，且实施过程中还会耗费大量的人力和时间，严重影响施工进度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种顶管施工装置及施工方法，适用于较硬的土层的施工，减少对钻头的磨损，钻头的使用寿命长，施工效率高。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

一种顶管施工装置，包括：

始发顶管；

顶进钻头，为锥形，所述顶进钻头的表面设有多个粉碎结构，所述顶进钻头的大头端连接于所述始发顶管的顶进前端；

驱动组件，用于驱动所述顶进钻头绕所述始发顶管的轴线转动；

喷水组件，用于向所述顶进钻头的表面喷水；

土壤暂存组件，设于所述始发顶管内，用于暂存所述顶进钻头挖掘的沙土。

作为本发明的顶管施工装置的优选方案，所述粉碎结构包括多个依次连接的粉碎齿，所述粉碎结构的多个所述粉碎齿依次沿所述顶进钻头的周向分布，多个所述粉碎结构沿所述顶进钻头的轴向分布。

作为本发明的顶管施工装置的优选方案，所述始发顶管的前端设有固定板，所述驱动组件的壳体设于所述固定板上，且所述驱动组件位于所述顶进钻头内，所述驱动组件的输出端与所述顶进钻头的转轴连接。

作为本发明的顶管施工装置的优选方案，所述顶进钻头的大头端设有第一缺口，所述固定板的底部设有第二缺口，被粉碎的沙土由所述第一缺口和所述第二缺口进入所述土壤暂存组件。

作为本发明的顶管施工装置的优选方案，所述土壤暂存组件包括输送件和土壤暂存箱，所述输送件将所述第二缺口处的沙土输送至所述土壤暂存箱。

作为本发明的顶管施工装置的优选方案，所述输送件为螺旋输送机。

作为本发明的顶管施工装置的优选方案，所述输送件为皮带。

作为本发明的顶管施工装置的优选方案，所述喷水组件包括储水箱和多个喷头，每个所述喷头通过输水管与所述储水箱连通，所述喷头贯穿所述固定板和所述顶进钻头。

作为本发明的顶管施工装置的优选方案，所述喷头设有两个。

一种顶管施工方法，采用如上所述的顶管施工装置，包括如下步骤：

S1、喷水组件向顶进钻头的表面喷水，以使所述顶进钻头附近的土层湿润；

S2、驱动组件驱动所述顶进钻头旋转，以带动始发顶管向前顶进；

S3、被粉碎的沙土由所述顶进钻头上的第一缺口及固定板上的第二缺口进入土壤暂存组件内。

本发明的有益效果为：

本发明提供的顶管施工装置及施工方法中，驱动组件驱动顶进钻头相对于始发顶管绕始发顶管的轴线旋转，将始发顶管顶进前端的土层粉碎，从而带动始发顶管不断向前顶进；在顶进前及顶进过程中，喷水组件向顶进钻头的表面喷水，从而湿润顶进钻头附近的土层，使得较硬的土层及较大块的石头更容易被破坏粉碎，减少对顶进钻头的损耗，保证施工进度；粉碎的沙土暂时存放于始发顶管内的土壤暂存组件中。顶进钻头为锥形，表面设有多个粉碎结构，以提高顶进钻头的粉碎能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的顶管施工装置的主视图；

图2为本发明实施例提供的顶管施工装置的俯视图；

图3为本发明实施例提供的顶进钻头的示意图。

附图标记：

1-始发顶管；2-顶进钻头；3-喷水组件；4-土壤暂存组件；5-固定板；

21-粉碎结构；211-粉碎齿；

31-喷头；32-输水管；

41-输送件；42-土壤暂存箱。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-图3所示，本实施例提供一种顶管施工装置，主要适用于土壤层较硬的施工环境，保证施工进度。该顶管施工装置包括始发顶管1、顶进钻头2、驱动组件(图未示)喷水组件3和土壤暂存组件4。

其中，始发顶管1为第一节顶入的顶管。顶进钻头2和驱动组件都安装于始发顶管1的顶进前端。驱动组件驱动顶进钻头2相对于始发顶管1绕始发顶管1的轴线旋转，将始发顶管1顶进前端的土层粉碎，从而带动始发顶管1不断向前顶进。驱动组件优选为驱动电机。在顶进前及顶进过程中，喷水组件3向顶进钻头2的表面喷水，从而湿润顶进钻头2附近的土层，使得较硬的土层及较大块的石头更容易被破坏粉碎，减少对顶进钻头2的损耗，保证施工进度。粉碎的沙土暂时存放于始发顶管1内的土壤暂存组件4中。

需要说明的是，工作坑内还可设置千斤顶，对始发顶管1提供一定的推进力，并防止始发顶管1后退；另外，始发顶管1到位后，千斤顶缩回，下放第二节顶管，之后千斤顶再次伸出，继续顶进，待第二节顶管到位后，千斤顶再次缩回，下放第三节顶管，千斤顶再次伸出，继续顶进，重复此过程，以完成整个顶管施工；均为现有技术，在此不再赘述。

为安装驱动组件，始发顶管1的顶进前端设有固定板5，驱动组件的壳体设于固定板5上。驱动组件位于顶进钻头2内，驱动组件的输出端与顶进钻头2的转轴连接，以带动顶进钻头2稳定旋转。始发顶管1的顶进前端的端部还可设有环形导轨，对顶进钻头2的旋转进行导向，防止顶进钻头2偏离预设施工线路，保证顶管的施工精度。

为提高顶进钻头2的粉碎能力，顶进钻头2优选为锥形，顶进钻头2的大头端连接于始发顶管1的顶进前端。顶进钻头2的表面设有多个粉碎结构21，以对土层进行粉碎。

示例性地，粉碎结构21包括多个依次连接的粉碎齿211，加大对土层的剪切力，更加有效地破坏和粉碎土层。粉碎结构21的多个粉碎齿211依次沿顶进钻头2的周向分布，多个粉碎结构21沿顶进钻头2的轴向分布，对顶进钻头2周围的土层进行全方位的粉碎。

进一步地，顶进钻头2的大头端设有第一缺口(图未示)，固定板5的底部设有第二缺口(图未示)，从而使得被粉碎的沙土能由第一缺口和第二缺口进入土壤暂存组件4。

具体地，土壤暂存组件4包括输送件41和土壤暂存箱42，输送件41能够将第二缺口处的沙土输送至土壤暂存箱42。输送件41可以为螺旋输送机或皮带，此为现有技术，具体不再赘述。

进一步地，喷水组件3包括储水箱(图未示)和多个喷头31。储水箱可设于始发顶管1内，也可设于地面。每个喷头31均通过输水管32与储水箱连通。喷头31贯穿固定板5和顶进钻头2，并伸出顶进钻头2的表面，以对顶进钻头2附近的土层喷水。为保证对土层有效湿润，喷头31设有两个。

本实施例提供的顶管施工装置中，驱动组件带到顶进钻头2绕始发顶管1的轴线旋转，顶进钻头2带动始发顶管1向前顶进，顶进钻头2为锥形，且其上的粉碎结构21对土层进行有效粉碎，保证顶进速度；在顶进前及顶进过程中，喷水组件3对顶进钻头2附近的土层喷水湿润，使较硬的土层或大块石头更容易被破坏粉碎，减少了顶进钻头2受到的阻力，减少顶进钻头2磨损，提供顶进施工效率；被粉碎的啥沙土由顶进钻头2的第一缺口和固定板5的第二缺口进入土壤暂存组件4中存储。

本实施例还提供一种顶管施工方法，采用上述的顶管施工装置，包括如下步骤：

S1、喷水组件3向顶进钻头2的表面喷水，以使顶进钻头2附近的土层湿润；

S2、驱动组件驱动顶进钻头2旋转，以带动始发顶管1向前顶进；

S3、被粉碎的沙土由顶进钻头2上的第一缺口及固定板5上的第二缺口进入土壤暂存组件4内。

本实施例的顶管施工方法更加适用于较硬的土层，减少对顶进钻头2的磨损，顶进钻头2的使用寿命长，施工效率高。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种顶管施工装置，其特征在于，包括：

始发顶管(1)；

顶进钻头(2)，为锥形，所述顶进钻头(2)的表面设有多个粉碎结构(21)，所述顶进钻头(2)的大头端连接于所述始发顶管(1)的顶进前端；

驱动组件，用于驱动所述顶进钻头(2)绕所述始发顶管(1)的轴线转动；

喷水组件(3)，用于向所述顶进钻头(2)的表面喷水；

土壤暂存组件(4)，设于所述始发顶管(1)内，用于暂存所述顶进钻头(2)挖掘的沙土。

2.根据权利要求1所述的顶管施工装置，其特征在于，所述粉碎结构(21)包括多个依次连接的粉碎齿(211)，所述粉碎结构(21)的多个所述粉碎齿(211)依次沿所述顶进钻头(2)的周向分布，多个所述粉碎结构(21)沿所述顶进钻头(2)的轴向分布。

3.根据权利要求1所述的顶管施工装置，其特征在于，所述始发顶管(1)的前端设有固定板(5)，所述驱动组件的壳体设于所述固定板(5)上，且所述驱动组件位于所述顶进钻头(2)内，所述驱动组件的输出端与所述顶进钻头(2)的转轴连接。

4.根据权利要求3所述的顶管施工装置，其特征在于，所述顶进钻头(2)的大头端设有第一缺口，所述固定板(5)的底部设有第二缺口，被粉碎的沙土由所述第一缺口和所述第二缺口进入所述土壤暂存组件(4)。

5.根据权利要求4所述的顶管施工装置，其特征在于，所述土壤暂存组件(4)包括输送件(41)和土壤暂存箱(42)，所述输送件(41)将所述第二缺口处的沙土输送至所述土壤暂存箱(42)。

6.根据权利要求5所述的顶管施工装置，其特征在于，所述输送件(41)为螺旋输送机。

7.根据权利要求5所述的顶管施工装置，其特征在于，所述输送件(41)为皮带。

8.根据权利要求3所述的顶管施工装置，其特征在于，所述喷水组件(3)包括储水箱和多个喷头(31)，每个所述喷头(31)通过输水管(32)与所述储水箱连通，所述喷头(31)贯穿所述固定板(5)和所述顶进钻头(2)。

9.根据权利要求8所述的顶管施工装置，其特征在于，所述喷头(31)设有两个。

10.一种顶管施工方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的顶管施工装置，包括如下步骤：

S1、喷水组件(3)向顶进钻头(2)的表面喷水，以使所述顶进钻头(2)附近的土层湿润；

S2、驱动组件驱动所述顶进钻头(2)旋转，以带动始发顶管(1)向前顶进；

S3、被粉碎的沙土由所述顶进钻头(2)上的第一缺口及固定板(5)上的第二缺口进入土壤暂存组件(4)内。