CN112065425A - 一种泥水平衡式顶管设备及其在砂石叠合层的施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泥水平衡式顶管设备，包括刀盘、前仓、驱动部、纠偏油缸、液压泵、引料口、液压泥浆泵、泥浆池、激光经纬仪、导轨、主顶机构、支护钢板桩、施工井、泥浆仓；刀盘固定在前仓顶部；泥浆仓位于刀盘和前仓之间；引料口位于驱动部一侧；纠偏油缸和液压泵位于前仓内部；激光经纬仪、导轨、主顶机构、支护钢板桩位于施工井内。本发明在施工过程中通过对管道顶部砂层实行注浆加固，管道底部进行水流回灌冲刷沉积泥沙减小阻力，刀盘加装过滤板过滤较大石块；液压泵加装水循环降温系统进行降温保证其持续工作，针对性的解决了施工中遇到的多个问题。

Description

一种泥水平衡式顶管设备及其在砂石叠合层的施工工艺

技术领域

本发明属于管道施工设备技术领域，特别涉及一种泥水平衡式顶管设备。

背景技术

非开挖管道施工技术是一种现代城市建设中适时、有力、不可替代的施工方式；在城市地下管道铺设中已经较为成熟；但是由于限制于天气环境、地质层复杂等情况，施工时仍会出现较多问题，如以下问题；

1)砂石叠合层地质区工程施工面临的重点问题是如何确保出洞顶进时如何有效的防止上部砂层的坍塌；

2)砂石沿管道外壁空腔下沉至管道底部沉积，不断累加增加顶进阻力；

3)岩石刀头进碎料口偏大，大石块进入刀头泥浆舱后很容易堵塞泥浆泵和泥浆管，造成施工中断；

4)施工季节为暑期高温季节，液压泵连续作业易高温，造成施工效率偏低等问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中不足，提供一种泥水平衡式顶管设备，在施工过程中通过对管道顶部砂层实行注浆加固，管道底部进行水流回灌冲刷沉积泥沙减小阻力，刀盘加装过滤板过滤较大石块；液压泵加装水循环降温系统进行降温保证其持续工作，针对性的解决了施工中遇到的多个问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种泥水平衡式顶管设备，包括刀盘、前仓、驱动部、纠偏油缸、液压泵、引料口、液压泥浆泵、泥浆池、激光经纬仪、导轨、主顶机构、支护钢板桩、施工井、泥浆仓；刀盘固定在前仓顶部；泥浆仓位于刀盘和前仓之间；引料口位于驱动部一侧；纠偏油缸和液压泵位于前仓内部；激光经纬仪、导轨、主顶机构、支护钢板桩位于施工井内。

所述刀盘上设有刮刀、贝壳刀、刀座Ⅱ、过滤板和一组刀座Ⅰ；刀座Ⅱ位于刀座Ⅰ之间；刀座Ⅰ和刀座Ⅱ分别设有若干贝壳刀；过滤板固定连接刀座Ⅰ和刀座Ⅱ并且过滤板上设有若干形状规则的过滤孔。

所述前仓顶部设有固定板Ⅰ和固定板Ⅱ；固定板Ⅰ和固定板Ⅱ之间形成泥浆仓；固定板Ⅰ设有收集口；固定板Ⅱ设有引料口，引料口上设有排泥管；固定板Ⅱ一侧位于泥浆仓内设有转动轴Ⅰ、转动轴Ⅱ、啮合齿轮和护板；转动轴Ⅰ上设有齿轮Ⅰ和中心破碎轮，齿轮Ⅰ位于中心破碎轮下方；转动轴Ⅰ两侧分别设有一组转动轴Ⅱ和啮合齿轮；转动轴Ⅱ上设有辅助破碎轮和齿轮Ⅱ，齿轮Ⅱ位于辅助破碎轮下方，所述啮合齿轮同时啮合齿轮Ⅱ和齿轮Ⅰ；所述转动轴Ⅰ一端穿过固定板Ⅰ连接刀盘，另一端连接驱动部；所述护板覆盖齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ和啮合齿轮；护板与固定板Ⅱ之间设有密封垫做防水处理。

所述液压泥浆泵通过泥浆管连接泥浆池和排泥管；液压泥浆泵一侧设有喷淋机构、集水槽、水箱、排水管、进水管，集水槽位于喷淋机构下方；进水管连接水箱和喷淋机构；排水管连接喷淋机构和集水槽。

所述喷淋机构包括喷淋管和控制管，喷淋管上设有若干喷淋孔；控制管套设在喷淋管上；控制管包括套管和锁帽，锁帽位于套管两端；所述套管设有若干出水孔，出水孔直径小于喷淋孔。

所述主顶机构包括千斤顶和背墙；所述背墙为钢筋混凝土墙体并且外覆钢板；千斤顶一端固定焊接在背墙钢板上，另一侧顶触管道；通过激光经纬仪进行测量导向，然后通过主顶机构对管道进行顶进；管道底部两侧错节设有通孔，通孔内设有水管连接外部水源。

优选的，所述前仓外壁上设有辅助固定机构，包括固定弧板和固定翼板，固定弧板上设有若干固定翼板，固定弧板通过螺栓固定在前仓外壁上；前仓外壁上设有凹槽对应固定弧板。

一种泥水平衡式顶管设备在砂石叠合层的施工工艺，包括施工准备、设备准备及安装、顶管出洞、顶进施工、顶管结束；具体步骤如下：

1、施工准备：测量放线，对施工路段进行全面测量；工作井施工，通过GPS放样确定工作井的设定位置，根据地勘报告所示地质结构特点，顶管工作井采用拉森钢板桩制作。

2、设备准备及安装；安装轨道时按照计算数据确定轨道的安装宽度，通过放样确定千斤顶的安装位置，并将千斤顶牢固焊接在后背墙钢板上；主顶千斤顶可固定在组合千斤顶架上做整体吊装；根据实地钻削涂层需要改制刀头；对液压泵加设喷淋降温设备。

3、顶管出洞；通过GPS放样确定顶管管位位置，水准仪放样确定出洞洞口高程；注浆加固：对管位周围内砂层注浆加固。

4、顶进施工：顶管机顶进的初始阶段，机头的方向主要受导轨安装方向控制一方面要减慢主推顶进速度；另一方面要不断地调整注定油缸纠偏；掘进系统起动前要确保液压泵组中的液压油充分。

顶管机使用新研制刀头，顶进启动时应首先开通泥浆输送和回收系统；然后开启刀盘、主顶等顶进设备；顶进施工时，泥浆注入系统注入泥浆减阻；然后吊管材进入施工井由主顶机构顶进；每一节管节顶进结束后，缩回主顶油缸，拆除洞口处的管线，吊放下一节管节，然后连接洞口处的管线，安装顶铁后再继续顶进，依此循环；顶进施工过程中，应严格量测监控顶管方向和速度并进行纠偏；同时通过水管回灌清除管材底部沉积泥沙。

1)管位周边0.9-1.1m范围内砂层注浆加固，本发明中优选的是1m范围内进行注浆加固；同时在出洞位置安装止水环。

2)刀头改进：在刀头进料口位置焊接安装过滤板，过滤板上设有规则统一的过滤孔；喷淋降温：液压泵外侧面设有喷淋机构，喷淋机构上设有喷淋管和控制管，控制管设有套管管和锁帽，所述控制管上设有出水孔，其直径为5-9mm，本发明中优选的孔径是6.5mm；喷淋管上设有喷淋孔，其直径为8-12mm，本发明中优选的孔径是10mm。

顶进过程中管材外壁涂抹石蜡；同时管道底部两侧错节开孔，孔径不超过15cm，本发明中优选的孔径是12cm。

3)施工井的建设：上部采用拉森钢板桩和双肢H型钢腰梁支撑支护，下部采用自然放坡；施工时采用小锁口打入方式，横、纵向各设2-4道双肢H型钢腰梁支撑；钢托架采用双面焊，间距1.6～2.0m，满焊，本发明中间距优选的是1.8m；坡顶0.8m-1.2m外设置挡水墙和护栏，本发明中优选的是1.1m；坡顶堆载不得超过20kPa，本发明中优选的是18kpa：工程后背墙采用钢筋混凝土墙体，采用双层钢筋网，外覆20-30毫米厚背钢板组成，本发明中优选的是25mm厚背钢板。

4)测量设备安装及测量该过程：按照设定的管道中心线和工作坑位建立地面与地下测量控制系统，控制点设在不易扰动、视线清楚、方便校核的地方，并加以保护；顶进坑内设置由地面水准点引入的临时水准点，在交接班时进行仪器高程的校对与调整，顶进轴线由设计管道中心通过经纬仪引入坑内，然后对中观测；测量仪器架设在坑的后部；初顶进工作井进入土层，每顶进30cm，测量不应少于1次；正常顶进时，每顶进1m，测量不得少于1次；进入接收工作井前30m应增加测量，每顶进30cm，测量不应少于1次。

顶进纠偏可采取调整纠偏千斤顶的办法进行编组操作，若管道偏左则千斤顶采用左伸右缩方法；反之亦然，如同时有高程和方向偏差，则先纠正偏差大的一面；发生较大偏差要分析发展趋势，采用分次逐步纠正，勤调微纠。

5)在管道吊入工作井以前，应首先在地面上进行检查，确认合格后，在管材前端口安放楔形橡胶圈，并在橡胶圈表秒涂抹硅油；以上工作完成后再将管道吊放在工作井内轨道上稳好，使管道插口端对正前管道的承口中心，缓缓顶入，直至两节管道端面密贴挤紧衬垫，并检查接口密封胶圈及衬垫是否良好，如发现胶圈损坏、扭转、翻出等问题，应拔出管道重新插入、确认完好后再布置顶铁进行下一步骤。

5、顶管结束：顶管机头进洞时，接收坑内预先安置枕垫和滚筒，当顶管机前部将近接触接收坑外边时，拆除封门；将顶管机与管节分离，吊上地面，拆除管道内所有的设备和各种管线，然后进行压浆孔的处理，等中继间和压浆孔处理完以后，最后进行管道内防腐的修补完成管道的施工；然后按照施工要求和施工准则依次拆除各项设备。

本发明与现有技术相比较有益效果表现在：

1)在刀盘的在刀头进料口位置焊接安装过滤板，使大粒径块石被挡在刀头处继续切碎至小粒径石块后进入泥浆舱，然后通过高功率泥浆泵外排，防止大粒径石子堵塞泥浆和泥浆管；

2)在液压泵四周安装喷淋机构进行降温，通过喷淋中的控制管和喷淋管配合使用，对液压泵进行降温，同时通过调节控制管使水源利用更合理，降温效果更理想，确保液压泵满足连续顶进作业需求；

3)在管道底部两侧错节开孔然后连接进水管，关闭出水管通过进水管回灌冲刷，清除底部沉积泥沙，减小顶进阻力。

附图说明

附图1是本发明一种泥水平衡式顶管设备结构示意图；

附图2是本发明一种泥水平衡式顶管设备中前仓及刀盘的结构示意图；

附图3是本发明一种泥水平衡式顶管设备中前仓内部结构示意图；

附图4是本发明一种泥水平衡式顶管设备中过滤板的结构示意图；

附图5是本发明一种泥水平衡式顶管设备中辅助固定机构的结构示意图；

附图6是本发明一种泥水平衡式顶管设备中前仓顶部结构示意图；

附图7是本发明一种泥水平衡式顶管设备中泥浆仓内部结构示意图一；

附图8是本发明一种泥水平衡式顶管设备中泥浆仓内部结构示意图二；

附图9是本发明一种泥水平衡式顶管设备中施工井内结构示意图；

附图10是本发明一种泥水平衡式顶管设备中泥浆泵侧面结构示意图；

附图11是本发明一种泥水平衡式顶管设备中喷淋管结构分解示意图；

附图12是本发明一种泥水平衡式顶管设备中控制管结构示意图；

附图13是本发明一种泥水平衡式顶管设备中控制管结构分解示意图；

附图14是本发明一种泥水平衡式顶管设备中锁帽剖面示意图；

图中：1、刀盘；101、刀座Ⅰ；102、刮刀；103、贝壳刀；104、刀座Ⅱ；105、过滤板；1051、过滤孔；2、前仓；21、辅助固定机构；211、固定弧板；212、固定翼板；22、固定板Ⅱ；221、转动轴Ⅰ；2211、中心破碎轮；2212、齿轮Ⅰ；222、转动轴Ⅱ；2221、辅助破碎轮；2222、齿轮Ⅱ；223、啮合齿轮；23、固定板Ⅰ；231、收集口；24、护板；3、驱动部；31、驱动电机；4、纠偏油缸；5、液压泵；6、引料口；61、排泥管；7、液压泥浆泵；71、喷淋机构；711、喷淋管；7111、喷淋孔；712、控制管；7121、套管；71211、出水孔；71212、密闭片；71213、外螺纹；7122、锁帽；71221、内螺纹；71222、锥形通孔；72、水箱；73、集水槽；74、排水管；75、进水管；8、泥浆池；81、泥浆管；9、激光经纬仪；10、导轨；11、主顶机构；111、千斤顶；112、背墙；12、支护钢板桩；13、管道；131、通孔；132、水管；14、施工井；15、泥浆仓；16、砂石层。

具体实施方式

为方便本技术领域人员的理解，下面结合附图1-14，对本发明的技术方案进一步具体说明。

一种泥水平衡式顶管设备，包括刀盘1、前仓2、驱动部3、纠偏油缸4、液压泵5、引料口6、液压泥浆泵7、泥浆池8、激光经纬仪9、导轨10、主顶机构11、支护钢板桩12、施工井14、泥浆仓15；刀盘1固定在前仓2顶部；泥浆仓15位于刀盘1和前仓2之间；引料口6位于驱动部3一侧；纠偏油缸4和液压泵5位于前仓2内部；激光经纬仪9、导轨10、主顶机构11、支护钢板桩12位于施工井14内。

所述刀盘1上设有刮刀102、贝壳刀103、刀座Ⅱ104、过滤板105和一组刀座Ⅰ101；刀座Ⅱ104位于刀座Ⅰ101之间；刀座Ⅰ101和刀座Ⅱ104分别设有若干贝壳刀103；过滤板105固定连接刀座Ⅰ101和刀座Ⅱ104并且过滤板105上设有若干形状规则的过滤孔1051；当刀盘1转动掘进时，过滤板105能有效过滤较大石块，避免大石块进入泥浆仓15造成堵塞。

所述前仓2顶部设有固定板Ⅰ23和固定板Ⅱ22；固定板Ⅰ23和固定板Ⅱ22之间形成泥浆仓15；固定板Ⅰ23设有收集口231用于收集刀盘1的掘进泥浆；固定板Ⅱ22设有引料口6，引料口6上设有排泥管61用于泥浆的进入和排出；固定板Ⅱ22一侧位于泥浆仓15内设有转动轴Ⅰ221、转动轴Ⅱ222、啮合齿轮223和护板24；转动轴Ⅰ221上设有齿轮Ⅰ2212和中心破碎轮2211，齿轮Ⅰ2212位于中心破碎轮2211下方；转动轴Ⅰ221两侧分别设有一组转动轴Ⅱ222和啮合齿轮223；转动轴Ⅱ222上设有辅助破碎轮2221和齿轮Ⅱ2222，齿轮Ⅱ2222位于辅助破碎轮2221下方，所述啮合齿轮223同时啮合齿轮Ⅱ2222和齿轮Ⅰ2212；所述转动轴Ⅰ221一端穿过固定板Ⅰ23连接刀盘1，另一端连接驱动部3，通过驱动部3中驱动电机31联合提供动力带动转动轴Ⅰ221转动从而带动中心破碎轮2211和辅助破碎轮2221同时转动对泥浆仓15内较大石粒进行粉碎，同时带动刀盘1转动掘进；泥浆仓15内泥浆通过引料口6和排泥管61排出和进入进而对刀盘1转动掘进进行润滑；所述护板24覆盖齿轮Ⅰ2212、齿轮Ⅱ2222和啮合齿轮223，保护其避免被泥浆仓15内的泥浆砂石块等损坏影响运转；护板24与固定板Ⅱ22之间设有密封垫做防水处理。

所述液压泥浆泵7通过泥浆管81连接泥浆池8和排泥管61，通过液压泥浆泵7提供动力对泥浆进行送入和排出；液压泥浆泵7一侧设有喷淋机构71、集水槽73、水箱72、排水管74、进水管75，集水槽73位于喷淋机构71下方；进水管75连接水箱72和喷淋机构71；排水管74连接喷淋机构71和集水槽73；通过水泵提供动力将水箱72内冷水经过进水管75送入喷淋机构71内喷洒从而对液压泥浆泵7实行水冷降温，多余水量通过排水管74进入集水槽73，同时喷洒的冷水通过集水槽73收集然后通过水管回收进入水箱72进行循环使用。

所述喷淋机构71包括喷淋管711和控制管712，喷淋管711上设有若干喷淋孔7111；控制管712套设在喷淋管711上；控制管712包括套管7121和锁帽7122，锁帽7122位于套管7121两端；所述套管7121设有若干出水孔71211，出水孔71211直径小于喷淋孔7111；套管7121两端设有若干密闭片71212和外螺纹71213；所述锁帽7122内设有锥形通孔71222和内螺纹71221；当套管7121套接喷淋管711时，所述出水孔71211覆盖喷淋孔7111，套管7121两端通过锁帽7122旋紧，内螺纹71221和外螺纹71213连接将套管7121固定；随着锁帽7122旋紧，锥形通孔71222不断压缩密闭片71212使套管7121两端密封更严紧进而防止漏水；液压泥浆泵7因长时间连续工作温度会不断升高，可根据液压泥浆泵7的发热区调整控制管712的位置，在高温区喷洒冷却水的同时将控制管712固定在低热区控制降低冷水喷洒量；不仅降低液压泥浆泵7的温度确保其连续作业同时实现水源合理利用。

所述主顶机构11包括千斤顶111和背墙112；所述背墙112为钢筋混凝土墙体并且外覆钢板；千斤顶111一端固定焊接在背墙112钢板上，另一侧顶触管道13；通过激光经纬仪9进行测量导向，然后通过主顶机构11对管道13进行顶进；管道13底部两侧错节设有通孔131，通孔131内设有水管132连接外部水源，通过水管132进水回灌冲刷清除底部沉积泥沙，减小顶进阻力。

所述前仓2外壁上设有辅助固定机构21，包括固定弧板211和固定翼板212，固定弧板211上设有若干固定翼板212，固定弧板211通过螺栓固定在前仓2外壁上；前仓2外壁上设有凹槽对应固定弧板211；固定翼板212插入砂石层16内，当驱动部3驱动刀盘1转动掘进时辅助固定机构21固定前仓2防止前仓2在刀盘1掘进产生振动偏离方向。

一种泥水平衡式顶管设备在砂石叠合层的施工工艺，包括施工准备、设备准备及安装、顶管出洞、顶进施工、顶管结束；具体实施步骤如下：

1、测量放线：对施工路段进行全面测量；

2、工作井施工：通过GPS放样确定工作井的设置位置，根据地勘报告所示地质结构特点，顶管工作井采用拉森钢板桩制作，矩形工作井的尺寸为11.5m*8.5m，接收井的尺寸为9.5m*7.5m。上部采用拉森钢板桩和双肢H型钢腰梁支撑支护，下部采用自然放坡；拉森钢板桩具体型号为凹号400×170mm(宽度×高度)，腹板厚度15.5mm；施工时采用小锁口打入方式，横、纵向各设2道双肢H型钢腰梁支撑；钢托架采用双面焊，间距1.6～2.0m，具体实施为1.8m，满焊；坡顶1.1m外设置挡水墙和护栏，坡顶堆载不得超过20kPa，具体实施为18kpa。

3、设备准备及安装；

1)工程后背墙采用3m*4m*0.6m钢筋混凝土墙体，钢筋主筋为

双层钢筋网，外覆25mm后背钢板组成。

2)安装轨道时按照计算数据确定轨道的安装宽度，通过放样确定千斤顶的安装位置，并将千斤顶牢固焊接在后背墙钢板上；主顶千斤顶可固定在组合千斤顶架上做整体吊装，根据其顶进力对称布置的要求，通常选用2、4、6只按偶数组合，本发明选用4只对称分布。

3)通过GPS放样确定顶管管位位置，水准仪放样确定出洞洞口高程，在出洞位置安装止水环。

4)安装后的顶铁轴线应与管道轴线平行、对称，顶铁与导轨和顶铁之间的接触面不得有泥土、油污；更换顶铁时，应先使用长度大的顶铁；顶铁拼装后应锁定；顶铁的允许联接长度，应根据顶铁的截面尺寸确定。

5)注浆加固；对管位周边1m范围内砂层注浆加固，防止出洞顶进时上部砂层坍塌随泥浆流失同时在出洞位置安装止水环。

6)刀头改进：在刀头进料口位置焊接安装过滤板，此外过滤板上设有形状规则大小统一的过滤孔，使大粒径块石被挡在刀头处继续切碎至小粒径石块后进入泥浆舱，然后通过高功率泥浆泵外排，防止大粒径石子堵塞泥浆和泥浆管。

4、顶进施工；

1)顶进：顶管机顶进的初始阶段，机头刀盘的方向主要受导轨安装方向控制一方面要减慢主推顶进速度；另一方面要不断地调整注定油缸纠偏；掘进系统起动前要确保液压泵组中的液压油充分；液压油软管和泥浆管路的每一接头可靠，接口对号；操纵台上的所有控制开关处于空档或停止位置；所有电缆和电气配线都牢靠连接；供电电源符合规定值；电动机的回转方向正确无误。

2)注浆减阻：顶力控制的关键是最大限度地降低顶进阻力，而降低顶进阻力最有效方法是注浆；注浆与顶进应同步进行，其原则是先注浆、后顶进；随顶进、随注浆以保证管外围泥浆套的行成，在顶进过程中避免长时间的泥浆停注；严格执行顶管注浆操作规程。

3)出泥浆：顶管机在掘进过程中将泥浆水打入泥仓中与机具切削土混合，然后有排泥管排出；排出后进入沉淀池沉淀处理后，泥水打入泥仓重复使用，沉淀后的泥浆通过泥浆罐车运至指定的弃土场。

4)喷淋降温：施工季节为暑期高温天气，为确保液压油泵温度满足连续作业施工条件，液压泵外侧面设有喷淋机构；喷淋机构上设有喷淋管和控制管；采用水循环降温，下部焊接集水槽，进行水循环；控制管设有套管和锁帽，所述控制管上设有出水孔，其直径为5-9mm，本发明中优选的孔径是6.5mm；喷淋管上设有喷淋孔，其直径为8-12mm，本发明中优选的是10mm；控制管套接喷淋管，通过控制管上的出水孔覆盖喷淋管上的喷淋孔来控制喷淋管的出水量。

5)管道底部两侧错节开孔，孔径为12cm，关闭出水管，通过进水管进水回灌冲刷，清除底部沉积泥沙，减小顶进阻力。

5、测量纠偏及方向控制：按照设定的管道中心线和工作坑位建立地面与地下测量控制系统，控制点设在不易扰动、视线清楚、方便校核的地方，并加以保护；顶进坑内设置由地面水准点引入的临时水准点，在交接班时进行仪器高程的校对与调整，顶进轴线由设计管道中心通过经纬仪引入坑内，然后对中观测；测量仪器架设在坑的后部。出顶进工作井进入土层，每顶进30cm，测量不应少于1次；正常顶进时，每顶进1m，测量不得少于1次；进入接收工作井前30m应增加测量，每顶进30cm，测量不应少于1次。

顶进纠偏可采取调整纠偏千斤顶的办法进行编组操作，若管道偏左则千斤顶采用左伸右缩方法；反之亦然，如同时有高程和方向偏差，则先纠正偏差大的一面；发生较大偏差要分析发展趋势，采用分次逐步纠正，勤调微纠。

操作员只需通过纠偏动作，始终保证激光点在光耙的中心既可。应有严格的放样复核制度，并做好原始记录。

6、下管接口：在管道吊入工作井以前，应首先在地面上进行检查，确认合格后，在管材前端口安放楔形橡胶圈，并在橡胶圈表秒涂抹硅油，减小管道相接时的摩擦力；以上工作完成后再将管道吊放在工作井内轨道上稳好，使管道插口端对正前管道的承口中心，缓缓顶入，直至两节管道端面密贴挤紧衬垫，并检查接口密封胶圈及衬垫是否良好，如发现胶圈损坏、扭转、翻出等问题，应拔出管道重新插入、确认完好后再布置顶铁进行下一步骤。

7、进入接收坑：顶管机头进洞时，接收坑内预先安置枕垫和滚筒，当顶管机前部将近接触接收坑外边时，拆除封门；当管节顶入接收坑后要考虑留出的管节长度，以尽量避免拆管，方便接口施工，露出的管段小于管长的三分之一。

8、全线测量：每个顶程结束后必须全线复测其水平轴线和高程、绘制管道顶进轨迹图并由施工质监人员检查复核。

9、根据施工要求及规章取出机头并依次序拆除设备。

以上内容仅仅是对本发明的结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种泥水平衡式顶管设备，包括刀盘、前仓、驱动部、纠偏油缸、液压泵、引料口、液压泥浆泵、泥浆池、激光经纬仪、导轨、主顶机构、支护钢板桩、施工井、泥浆仓；其特征在于刀盘固定在前仓顶部；泥浆仓位于刀盘和前仓之间；引料口位于驱动部一侧；纠偏油缸和液压泵位于前仓内部；激光经纬仪、导轨、主顶机构、支护钢板桩位于施工井内；

所述刀盘上设有刮刀、贝壳刀、刀座Ⅱ、过滤板和一组刀座Ⅰ；刀座Ⅱ位于刀座Ⅰ之间；刀座Ⅰ和刀座Ⅱ分别设有若干贝壳刀；过滤板固定连接刀座Ⅰ和刀座Ⅱ并且过滤板上设有若干形状规则的过滤孔；

所述液压泥浆泵通过泥浆管连接泥浆池和排泥管；液压泥浆泵一侧设有喷淋机构、集水槽、水箱、排水管、进水管，集水槽位于喷淋机构下方；进水管连接水箱和喷淋机构；排水管连接喷淋机构和集水槽。

2.根据权利要求1所述的一种泥水平衡式顶管设备，其特征在于所述前仓顶部设有固定板Ⅰ和固定板Ⅱ；固定板Ⅰ和固定板Ⅱ之间形成泥浆仓；固定板Ⅰ设有收集口；固定板Ⅱ设有引料口，引料口上设有排泥管；固定板Ⅱ一侧位于泥浆仓内设有转动轴Ⅰ、转动轴Ⅱ、啮合齿轮和护板；转动轴Ⅰ上设有齿轮Ⅰ和中心破碎轮，齿轮Ⅰ位于中心破碎轮下方；转动轴Ⅰ两侧分别设有一组转动轴Ⅱ和啮合齿轮；转动轴Ⅱ上设有辅助破碎轮和齿轮Ⅱ，齿轮Ⅱ位于辅助破碎轮下方，所述啮合齿轮同时啮合齿轮Ⅱ和齿轮Ⅰ；所述转动轴Ⅰ一端穿过固定板Ⅰ连接刀盘，另一端连接驱动部；所述护板覆盖齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ和啮合齿轮；护板与固定板Ⅱ之间设有密封垫做防水处理。

3.根据权利要求1所述的一种泥水平衡式顶管设备，其特征在于所述主顶机构包括千斤顶和背墙；所述背墙为钢筋混凝土墙体并且外覆钢板；千斤顶一端固定焊接在背墙钢板上，另一侧顶触管道；通过激光经纬仪进行测量导向，然后通过主顶机构对管道进行顶进；管道底部两侧错节设有通孔，通孔内设有水管连接外部水源；所述前仓外壁上设有辅助固定机构，包括固定弧板和固定翼板，固定弧板上设有若干固定翼板，固定弧板通过螺栓固定在前仓外壁上；前仓外壁上设有凹槽对应固定弧板。

4.根据权利要求1所述的一种泥水平衡式顶管设备在砂石叠合层的施工工艺，包括施工准备、设备准备及安装、顶管出洞、顶进施工、顶管结束；其特征在于，具体步骤如下：

1)施工准备：测量放线，对施工路段进行全面测量；工作井施工，通过GPS放样确定工作井的设定位置，根据地勘报告所示地质结构特点，顶管工作井采用拉森钢板桩制作；

2)设备准备及安装；安装轨道时按照计算数据确定轨道的安装宽度，通过放样确定千斤顶的安装位置，并将千斤顶牢固焊接在后背墙钢板上；主顶千斤顶可固定在组合千斤顶架上做整体吊装；根据实地钻削涂层需要改制刀头；对液压泵加设喷淋降温设备；

3)顶管出洞；通过GPS放样确定顶管管位位置，水准仪放样确定出洞洞口高程；注浆加固：对管位周围内砂层注浆加固；

4)顶进施工：顶管机顶进的初始阶段，机头的方向主要受导轨安装方向控制一方面要减慢主推顶进速度；另一方面要不断地调整注定油缸纠偏；掘进系统起动前要确保液压泵组中的液压油充分；

顶管机使用新研制刀头，顶进启动时应首先开通泥浆输送和回收系统；然后开启刀盘、主顶等顶进设备；顶进施工时，泥浆注入系统注入泥浆减阻；然后吊管材进入施工井由主顶机构顶进；每一节管节顶进结束后，缩回主顶油缸，拆除洞口处的管线，吊放下一节管节，然后连接洞口处的管线，安装顶铁后再继续顶进，依此循环；顶进施工过程中，应严格量测监控顶管方向和速度并进行纠偏；同时通过水管回灌清除管材底部沉积泥沙；

5)顶管结束：顶管机头进洞时，接收坑内预先安置枕垫和滚筒，当顶管机前部将近接触接收坑外边时，拆除封门；将顶管机与管节分离，吊上地面，拆除管道内所有的设备和各种管线，然后进行压浆孔的处理，等中继间和压浆孔处理完以后，最后进行管道内防腐的修补完成管道的施工；然后按照施工要求和施工准则依次拆除各项设备。

5.根据权利要求4所述的一种泥水平衡式顶管设备在砂石叠合层的施工工艺，其特征在于步骤3)中对管位周边0.9-1.1m范围内砂层注浆加固，本发明中优选的是1m范围内进行注浆加固；同时在出洞位置安装止水环。

6.根据权利要求4所述的一种泥水平衡式顶管设备在砂石叠合层的施工工艺，其特征在于步骤1)中施工井的建设：上部采用拉森钢板桩和双肢H型钢腰梁支撑支护，下部采用自然放坡；施工时采用小锁口打入方式，横、纵向各设2-4道双肢H型钢腰梁支撑；钢托架采用双面焊，间距1.6～2.0m，满焊，本发明中间距优选的是1.8m；坡顶0.8m-1.2m外设置挡水墙和护栏，本发明中优选的是1.1m；坡顶堆载不得超过20kPa，本发明中优选的是18kpa：工程后背墙采用钢筋混凝土墙体，采用双层钢筋网，外覆20-30毫米厚背钢板组成，本发明中优选的是25mm厚背钢板。

7.根据权利要求4所述的一种泥水平衡式顶管设备在砂石叠合层的施工工艺，其特征在于步骤2)中刀头改进：在刀头进料口位置焊接安装过滤板，过滤板上设有规则统一的过滤孔；喷淋降温：液压泵外侧面设有喷淋机构，喷淋机构上设有喷淋管和控制管，控制管设有套管和锁帽，所述控制管上设有出水孔，其直径为5-9mm，本发明中优选的孔径是6.5mm；喷淋管上设有喷淋孔，其直径为8-12mm，本发明中优选的孔径是10mm。

8.根据权利要求4所述的一种泥水平衡式顶管设备在砂石叠合层的施工工艺，其特征在于步骤4)中顶进过程中管材外壁涂抹石蜡；同时管道底部两侧错节开孔，孔径不超过15cm，本发明中优选的孔径是12cm。

9.根据权利要求4所述的一种泥水平衡式顶管设备在砂石叠合层的施工工艺，其特征在于步骤4)中测量设备安装及测量该过程：按照设定的管道中心线和工作坑位建立地面与地下测量控制系统，控制点设在不易扰动、视线清楚、方便校核的地方，并加以保护；顶进坑内设置由地面水准点引入的临时水准点，在交接班时进行仪器高程的校对与调整，顶进轴线由设计管道中心通过经纬仪引入坑内，然后对中观测；测量仪器架设在坑的后部；初顶进工作井进入土层，每顶进30cm，测量不应少于1次；正常顶进时，每顶进1m，测量不得少于1次；进入接收工作井前30m应增加测量，每顶进30cm，测量不应少于1次；

顶进纠偏可采取调整纠偏千斤顶的办法进行编组操作，若管道偏左则千斤顶采用左伸右缩方法；反之亦然，如同时有高程和方向偏差，则先纠正偏差大的一面；发生较大偏差要分析发展趋势，采用分次逐步纠正，勤调微纠。

10.根据权利要求1所述的一种泥水平衡式顶管设备在砂石叠合层的施工工艺，其特征在于步骤4)中在管道吊入工作井以前，应首先在地面上进行检查，确认合格后，在管材前端口安放楔形橡胶圈，并在橡胶圈表秒涂抹硅油；以上工作完成后再将管道吊放在工作井内轨道上稳好，使管道插口端对正前管道的承口中心，缓缓顶入，直至两节管道端面密贴挤紧衬垫，并检查接口密封胶圈及衬垫是否良好，如发现胶圈损坏、扭转、翻出等问题，应拔出管道重新插入、确认完好后再布置顶铁进行下一步骤。

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