CN111502686A - 一种顶管止退装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶管止退装置，属于顶管施工领域。所述顶管止退装置包括止退部件与支撑部件，所述止退部件对称地设置于所述顶管两侧，所述支撑部件连接所述洞井与止退部件，所述止退部件被所述支撑部件压紧于所述顶管的表面。本发明的顶管止退装置，支撑部件压紧止退部件的橡胶止退垫紧贴顶管管节，使得止退部件的橡胶止退垫与顶管管节之间的摩擦力平衡顶管顶进方向将顶管顶回始发井的正面土压力，从而实现了千斤顶撤去后，顶管无后顶力的状态下止退的效果。

Description

一种顶管止退装置

技术领域

本发明涉及顶管施工领域，特别涉及一种顶管止退装置。

背景技术

随着城市的发展，城市土地资源越来越稀缺，城市建设也越来越依赖于地下空间的开发。顶管技术的应用为城市管线建设发挥了重要作用。随着大型顶管技术的发展，顶管技术已经成为城市人行通道等设置的重要施工方式。然而顶管为地下工程，通常情况下顶管施工过程中埋深较深，由于上海等南方地区地下水位高、土层较弱，其正面土压力大。在顶管施工初始阶段，其所受的侧摩阻力远小于正面土压力，必须在顶管尾部施加顶推力才可以平衡正面土压力。然而由于顶管施工的自身特点，在增加顶管管节时，顶管尾部施加顶推力的千斤顶必须回缩，如此便卸掉了顶推力。为了保证已经推进的管节不回缩，需要设置顶管止退装置或措施，防止管节后退。

目前防止顶管回退的措施主要有两种，第一种措施为在顶管周围的始发井墙壁上以及顶管管节处分别设置预埋钢板，当为了增加顶管管节需要回缩千斤顶时，将连接钢板焊接到始发井墙壁上的预埋钢板和管节上的预埋钢板之上，使得始发井井壁与管节连接成为一个整体。这种止退方法需要焊接连接钢板，操作复杂、耗时较多。

第二种措施在一定程度上解决了第一种措施中操作复杂、耗时多的问题，第二种措施为制作一部专用止退设备，并在顶管管片上预留洞口，当为了增加顶管管节需要回缩千斤顶时，将止退销的一端固定在止退设备上，止退销的另一端插入管节预留的洞口之中，以达到止退的目的。但是第二种措施需在顶管管片上预留止退销洞口，在顶管管片开设止退销洞口会造成止退销洞口周围区域产生较大的集中应力，导致顶管破裂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服顶管施工时，增加顶管管节过程中，千斤顶回缩，顶管后无顶推力，在正面土压力作用下顶管向始发井后退，现有顶管止退技术需在顶管管片预留止退销洞口，导致顶管止退销洞口周围区域产生较大的集中应力的缺陷，为解决顶管止退销洞口周围因应力集中而容易破裂的问题，提供一种顶管止退装置。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种顶管止退装置，用于止退穿过洞井壁的顶管，其特点在于，所述顶管止退装置包括止退部件与支撑部件，所述止退部件对称地设置于所述顶管两侧，所述支撑部件连接所述洞井与止退部件，所述止退部件被所述支撑部件压紧于所述顶管的表面。

本方案中，止退部件被支撑装置压设于顶管表面，止退部件与顶管之间存在摩擦力，顶管所受摩擦力方向与将顶管顶回始发井的土压力方向相反，从而，顶管止退装置阻止顶管被土压力顶回始发井。

较佳地，所述止退部件包括两个止退单元，所述止退单元被所述支撑部件压紧于所述顶管的表面，所述止退单元沿顶管的周向均匀分布，各所述止退单元位于顶管的轴向的相同位置处。

通过多个止退单元从顶管的周向不同位置压紧顶管，实现顶管的止退。

较佳地，所述止退单元包括止退层和保护层，所述止退层被夹设于所述顶管和所述保护层之间，所述保护层与所述支撑部件通过销轴连接。

保护层与支撑部件通过销轴连接，保护层与止退层之间通过面接触连接。支撑部件的点载荷通过保护层转换为面载荷传递给止退层。止退层被压紧于顶管表面，止退层在面载荷的作用下受力更加均匀，与顶管表面贴合更加紧密，从而具有更好的止退效果。

较佳地，所述止退层和所述保护层粘接。

通过粘接止退层与保护层，使得保护层与止退层成为一体，支撑部件的载荷通过保护层与止退层之间接触面传递到止退层。止退单元向顶管顶进还未压紧于顶管的过程中，不会产生因止退层与密封层无连接而脱落的问题。

较佳地，所述止退层由弹性材料制成。

止退层由橡胶制成，止退层与顶管在无载荷的情况下接触时，由于二者的接触面因材料表面粗糙度的原因导致某些区域实际并未接触。在支撑部件的载荷作用下，止退层被压紧于顶管，由橡胶制成的止退层发生形变，形变使得止原先未接触的区域现在产生接触。从而，止退层与顶管之间实际接触面积增大，在相同支撑部件载荷作用下，止退层与顶管之间摩擦系数更大，具有更大的摩擦力，因而具有更好的止退效果。

较佳地，每个所述止退单元还包括至少三个支撑部件第一连接座，所述支撑部件第一连接座沿所述止退单元周向等间距布置，各所述支撑部件第一连接座到所述止退单元的端面的距离相同，所述支撑部件第一连接座通过沿竖直方向安装的销轴与所述支撑部件一一对应连接。

通过所述支撑部件第一连接座在止退单元外周等间隔设置，止退单元通过支撑部件第一连接座与支撑部件一一对应安装。支撑部件的载荷能够分布到止退单元的多个点加载，使支撑部件能够更均匀的将载荷传递给止退单元。支撑部件第一连接座通过沿竖直方向安装的销轴连接支撑部件，即销轴的轴线在竖直方向上，使得止退单元可以绕销轴在水平面内转动，在使用过程中调整止退单元与顶管的相对角度，调整至止退单元的轴线方向与顶管的轴线方向相同，使止退单元能更紧密贴合于顶管，实现更好的止退效果。

较佳地，所述顶管止退装置还包括两个支撑部件架体，所述支撑部件架体分别固接于所述洞井的第二井壁和第三井壁，所述支撑部件通过所述支撑部件架体连接于所述洞井。

通过在第二井壁和第三井壁分别设置支撑部件架体，使得支撑部件能够通过支撑部件架体稳固地连接洞井的第二井壁与第三井壁。

较佳地，所述支撑部件架体包括垫板，所述第二井壁和所述第三井壁的壁面上各设置一个所述垫板，所述支撑部件通过所述垫板连接于所述洞井。

通过设置垫板，使得支撑部件能够与垫板相连，避免支撑部件直接作用在井壁面上，造成应力集中。垫板通过将支撑部件的后坐力均匀地传递到井壁面上，为支撑部件提供稳定的工作环境。

较佳地，所述顶管止退装置还包括：

支撑固定部件，所述支撑固定部件连接于所述支撑部件架体；和，

限位部件，所述限位部件连接于所述支撑固定部件，所述限位部件固定所述支撑部件，所述限位部件与所述支撑部件一一对应设置。

通过设定支撑固定部件，使得支撑部件能够稳固地安装在支撑部件架体上。在支撑部件两侧设置限位部件限定支撑部件，使支撑部件在水平方向无法转动。限位部件和支撑固定部件从水平和竖直两个方向分别限制支撑部件的运动，在限位部件和支撑固定部件的作用下，支撑部件的空间位置确定且被固定。支撑部件在水平方向和竖直方向均无法运动。从而达到固定支撑部件的效果。

较佳地，所述支撑部件为千斤顶。

通过使用千斤顶为支撑部件，实现了机械自动化操作。

本发明的积极进步效果在于：

本发明的顶管止退装置，支撑部件压紧止退部件的橡胶止退垫紧贴顶管管节，使得止退部件的橡胶止退垫与顶管管节之间的摩擦力平衡顶管顶进方向将顶管顶回始发井的正面土压力，从而实现了千斤顶撤去后，顶管无后顶力的状态下止退的效果。

附图说明

图1为本发明实施例的顶管止退装置止退部件非工作状态俯视结构示意图。

图2为本发明实施例的顶管止退装置止退部件工作状态正视结构示意图。

图3为本发明实施例的顶管止退装置止退部件非工作状态正视结构示意图。

附图标记说明：

止退部件 1

止退单元 11

止退层 111

保护层 112

支撑部件第一连接座 113

支撑部件 2

支撑部件架体 3

垫板 31

限位部件 32

支撑固定部件 33

销轴 4

第一井壁 5

第二井壁 6

第三井壁 7

顶管 8

洞井 9

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。

如图1-3所示，本发明实施例的顶管止退装置，用于止退穿过洞井壁的顶管8，顶管止退装置包括止退部件1与支撑部件2，止退部件1对称地设置于顶管8两侧，支撑部件2连接洞井9与止退部件1，止退部件1被支撑部件2压紧于顶管8的表面。

在顶管8施工过程中，顶管8从始发井中被千斤顶通过始发井的第一井壁5顶入土层中。顶管8不断被顶进土层的过程中，需要在顶管8管节的尾部增加管节。当增加顶管8管节时，在顶管8尾部施加顶推力的千斤顶必须回缩，如此便卸掉了顶推力。由于顶管8顶进方向存在将顶管8沿垂直第一井壁5的方向顶回始发井正面的土压力存在，必须在顶管8上附加止退装置防止顶管8退回始发井。

止退部件1是顶管止退装置中用于止退的部件。止退部件1与支撑部件2通过销轴4相连，止退部件1对称地设置于顶管8的两侧。止退部件1在支撑部件2的载荷作用下被压设于顶管8。止退部件1与顶管8相互接触的表面粗糙。当需要在顶管8顶进方向的后方增加顶管8管节时，顶管8后方的千斤顶撤去，顶管8在顶进方向的土压力作用下向洞井9方向退回，此时止退部件1在支撑部件2的压紧作用下紧贴顶管8表面，止退部件1与顶管8表面之间的摩擦力平衡将顶管8退回洞井9的土压力，实现顶管8止退的效果。

本实施例中，支撑部件2的连接第一井壁5的一端到第一井壁5的壁面的距离为第一距离，支撑部件2的另一端到第一井壁5的壁面的距离为第二距离，其中第二距离大于第一距离，从而支撑部件2给止退部件1的作用力与顶管8的轴线方向成一角度，并指向第一井壁5，进而将止退部件1压紧在顶管8上并实现对顶管8的止退。

止退部件1包括两个止退单元11，止退单元11被支撑部件2压紧于顶管8的表面，止退单元11沿顶管8的周向均匀分布，各止退单元11位于顶管8的轴向的相同位置处。

如图1及图3所示，两个止退单元11未被压紧于顶管8的俯视方向视图和正视方向视图，此时两个止退单元11未被压设于顶管8，顶管止退装置处于非工作状态。

如图2所示，两个止退单元11被支撑部件2压紧于顶管8，止退单元11的内表面与顶管8之间的摩擦力方向与将顶管8压回洞井9的土压力方向相反。顶管止退装置处于工作状态。

止退部件1的两个止退单元11对称设置于顶管8的两侧，止退单元11沿顶管8的周向均匀分布，各止退单元11位于顶管8的轴向的相同位置处。顶管止退装置工作时，各止退单元11被支撑部件2从不同方向压紧于顶管8，通过多个支撑部件2和止退单元11共同作用，止退单元11与顶管8表面之间产生摩擦力，实现对顶管8止退的功能。

止退单元11包括止退层111和保护层112，止退层111被夹设于顶管8和保护层112之间，保护层112与支撑部件2通过销轴4连接。

具体而言，止退单元11包括靠近顶管8的止退层111和与支撑部件2相连的保护层112。保护层112由钢制成。保护层112与支撑部件2之间为点接触，保护层112与止退层111之间为面接触，需要说明的是，本实施例的“点接触”和“面接触”为相对的概念，其中：点接触解释为对保护层112的很小的一个区域施加载荷；面接触解释为保护层112与止退层111之间具有较大的接触面积，且保护层112经由该较大的接触区域向止退层111施加载荷，例如，保护层112的整个内表面与止退层111贴合。支撑部件2的点载荷通过保护层112转换为面传递给止退层111，使得止退层111受到的载荷更加均匀。止退部件1与顶管8的表面之间接触挤压产生摩擦力实现顶管8止退的效果。

止退单元11为弧形(可根据顶管8形状做成椭圆形等)结构，其内表面形状尺寸大小与顶管8管节外表面形状尺寸相同。止退单元11的内层为橡胶制成的止退层111以增加其与管节表面的摩擦力；外侧为钢制保护层112，主要作用为承担载荷及传递载荷。

止退层111和保护层112粘接。

通过粘接止退层111和保护层112。使得止退层111和保护层112成为一体。止退单元11在支撑部件2的推动下向顶管8顶进的过程中，支撑部件2的通过销轴4连接保护层112。若不将止退层111与保护层112固定连接，止退层111在顶进的过程中因得不到支撑而脱落。将止退层111与保护层112固定连接，止退单元11向顶管8顶进还未压紧于顶管8的过程中，不会产生因止退层111与密封层112无连接而脱落的问题。止退层111由弹性材料制成。

本实施例中弹性材料为橡胶，即止退层111由橡胶制成。橡胶具有一定弹性。顶管止退装置工作时，支撑装置的点载荷通过保护层112转换为面载荷传递给止退层111。在支撑部件2无输出载荷时，止退层111与顶管8的表面之间部分区域因为二者表面粗糙的原因无接触，由硬橡胶制成的止退层111受到保护层112传递的载荷之后，止退层111受到挤压后变形，止退层111的变形使得原来止退层111与顶管8表面原来无接触的区域接触。止退层111与顶管8的表面的实际接触面积增大。顶管止退装置的止退依靠止退层111与顶管8之间相互接触挤压产生摩擦实现。止退层111与顶管8之间的接触面积更大，顶管止退装置具有更好的止退效果。

止退单元11还包括至少三个支撑部件第一连接座113，支撑部件第一连接座113沿止退单元11周向等间距布置，各所述支撑部件第一连接座113到所述止退单元的端面的距离相同，支撑部件第一连接座113通过竖直方向安装的销轴4与支撑部件2一一对应连接。

图1-3以每个止退单元11连接3个支撑部件第一连接座113进行了示意，诚然，在其他的实施例中，止退单元11包括的支撑部件第一连接座113的数量可以超过3个，例如支撑部件第一连接座113的数量可以为4个或5个。

止退单元11通过支撑部件第一连接座113通过销轴4与支撑部件2一一对应连接，支撑部件第一连接座113沿止退单元11的周向等间距分布，所述多个支撑部件第一连接座113到所述止退单元的端面的距离相同。三个支撑部件第一连接座113等间距分布在止退单元11外，支撑部件2的载荷能够均匀传递给止退单元11。支撑部件第一连接座113通过沿竖直方向安装的销轴4连接支撑部件2，即销轴4的轴线在竖直方向上，使得止退单元11可以绕销轴4在水平面内转动，在使用过程中调整止退单元11与顶管8的相对角度，调整至止退单元11的轴线方向与顶管8的轴线方向相同，使止退单元11能更紧密贴合于顶管8，实现更好的止退效果。

每一个止退单元11与三部支撑部件2(根据尺寸而定，如顶管8较大可增加支撑部件2的数量)通过销轴4相连。支撑部件2通过支撑部件第一连接座113与止退单元11相连，支撑部件2通过销轴4与支撑部件第一连接座113连接，支撑部件2的与支撑部件第一连接座113连接的连接片开设有通孔，支撑部件第一连接座113与支撑部件2连接处开设有U型槽，U型槽的上下面均开设有与支撑部件2的连接片的通孔相匹配的孔，将支撑部件2的连接片插入支撑部件第一连接座113的U型槽中，利用销轴4连接U型槽与支撑部件2的连接片的通孔，该通孔的轴线为竖直方向。止退单元11绕销轴4的轴线在水平方向转动。通过水平转动调整止退单元11的角度，以压紧贴合于顶管8，达到顶管止退的作用。

顶管止退装置还包括两个支撑部件架体3，支撑部件架体3分别固接于洞井9的第二井壁6和第三井壁7，支撑部件2通过支撑部件架体3连接于洞井9。

支撑部件架体3分别固接于洞井9的第二井壁6和第三井壁7，支撑部件2通过支撑部件架体3连接于洞井9的第二井壁6和第三井壁7。

支撑部件架体3包括垫板31，第二井壁6和第三井壁7的壁面上各设置一个垫板31，支撑部件2通过垫板31连接于洞井9。

垫板31材质为钢。支撑部件2的一端连接于垫板31，垫板31固定到始发井的井壁之上，支撑部件2通过垫板31连接洞井9的第二井壁6和第三井壁7，井壁体通过垫板31对支撑部件2提供后坐反力。支撑部件2通过垫板31连接到井壁上，使得支撑部件2的后坐力点载荷通过垫板31转换为面载荷传递到井壁面上，壁面支撑部件2直接直接作用于井壁造成应力集中，支撑部件架体3为支撑部件2提供稳定的工作环境。

支撑部件2尾部设置垫板31，垫板31固定在始发井井壁之上，井壁体对支撑部件2提供后坐反力。支撑部件2固定在支撑部件架体3之上，支撑部件架体3为支撑部件2提供支撑，确保支撑部件2的空间方位和位置。支撑部件架体3同时为支撑部件2提供稳定的环境。支撑部件2与支撑部件架体3通过支撑部件支撑固定杆件相连并且固定为一体。

支撑部件2固定到支撑部件架体3上，并且支撑部件2与顶管8推进方向形成一定角度。由于三部支撑部件2都固定到架体上，并且与顶管8推进方向形成的角度均相同，如此支撑部件2顶进的方向为同一个方向。支撑部件2在推进过程中带动止退单元11前进，最终止退单元11与顶管8管节紧密贴合，止退单元11内侧橡胶制成的止退层111与顶管8管壁外壁没有丝毫缝隙，充分发挥了止退层111与顶管8管节之间的摩擦力，如此顶管8无法回退。

顶管止退装置还包括：

支撑固定部件33，支撑固定部件33连接于支撑部件架体3；和，

限位部件32，限位部件32连接于支撑固定部件33，限位部件32固定支撑部件2。

本实施例中优选支撑固定部件33为设置于支撑部件周围的四根角钢，支撑部件左右两侧各设置两根角钢。支撑固定部件33连接于支撑部件架体3，支撑部件2安装于支撑固定部件33上，支撑固定部件33支持支撑部件2保持水平方向安装，支撑固定部件33限制支撑部件2竖直方向运动。限位部件32固定连接于支撑固定部件33，限位部件32竖直安装于支撑部件2的两侧。在支撑部件2的两侧各安装两个角钢，限位部件32限制支撑部件2水平方向的运动。支撑固定部件33和限位部件32的共同作用固定支撑部件2。支撑部件2的位置被固定，支撑部件2的线性位移输出方向与固定方向相同，从而限定支撑部件2只能向固定方向输出线性位移。本实施例中优选支撑部件2为千斤顶。

顶管止退装置以千斤顶为动力源，通过千斤顶实现机械自动化操作，省去人工大量手动操作的环节。采用千斤顶作为支撑装置，千斤顶通过保护层112，推动止退层111与顶管8紧密贴合，在千斤顶的载荷作用下，止退层111与顶管8之间存在摩擦力，达到止退的作用。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种顶管止退装置，用于止退穿过洞井壁的顶管，其特征在于，所述顶管止退装置包括止退部件与支撑部件，所述止退部件对称地设置于所述顶管两侧，所述支撑部件连接所述洞井与所述止退部件，所述止退部件被所述支撑部件压紧于所述顶管的表面。

2.如权利要求1所述的顶管止退装置，其特征在于，所述止退部件包括两个止退单元，所述止退单元被所述支撑部件压紧于所述顶管的表面，所述止退单元沿所述顶管的周向均匀分布，各所述止退单元位于所述顶管的轴向的相同位置处。

3.如权利要求2所述的顶管止退装置，其特征在于，所述止退单元包括止退层和保护层，所述止退层被夹设于所述顶管和所述保护层之间，所述保护层与所述支撑部件通过销轴连接。

4.如权利要求3所述的顶管止退装置，其特征在于，所述止退层和所述保护层粘接。

5.如权利要求3所述的顶管止退装置，其特征在于，所述止退层由弹性材料制成。

6.如权利要求2所述的顶管止退装置，其特征在于，每个所述止退单元还包括至少三个支撑部件第一连接座，所述支撑部件第一连接座沿所述止退单元周向等间距布置，各所述支撑部件第一连接座到所述止退单元的端面的距离相同，所述支撑部件第一连接座通过沿竖直方向安装的销轴与所述支撑部件一一对应连接。

7.如权利要求6所述的顶管止退装置，其特征在于，所述顶管止退装置还包括两个支撑部件架体，所述支撑部件架体分别固接于所述洞井的第二井壁和第三井壁，所述支撑部件通过所述支撑部件架体连接于所述洞井。

8.如权利要求7所述的顶管止退装置，其特征在于，所述支撑部件架体包括垫板，所述第二井壁和所述第三井壁的壁面上各设置一个所述垫板，所述支撑部件通过所述垫板连接于所述洞井。

9.如权利要求8所述的顶管止退装置，其特征在于，所述顶管止退装置还包括：

支撑固定部件，所述支撑固定部件连接于所述支撑部件架体；和，

限位部件，所述限位部件连接于所述支撑固定部件，所述限位部件固定所述支撑部件，所述限位部件与所述支撑部件一一对应设置。

10.如权利要求1-9任一项所述的顶管止退装置，其特征在于，所述支撑部件为千斤顶。

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