CN112459798A - 顶管施工用自锁式止退装置及止退方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶管施工用自锁式止退装置及止退方法，该止退装置包括：安装于始发井内的两组止退支架，两组所述止退支架分别设于管片环相对的两侧并沿所述管片环轴向设置；与所述管片环可拆卸式连接的多组连接件；用于沿顶管方向顶推所述管片环的多个机械自锁式千斤顶，分别安装于两组所述止退支架上并与所述连接件一一对应地固定连接；用于控制所述机械自锁式千斤顶的液压控制系统。本发明可大大提高顶管机管片环止退的效果，并且能够精确调节止退装置的推力，保持推力与土压力平衡，止退推力大小可调节且具备一定角度的偏载结构，结构稳定性良好，大大提升施工质量和施工效率。

Description

顶管施工用自锁式止退装置及止退方法

技术领域

本发明涉及隧道建筑施工技术领域，尤其涉及一种顶管施工用自锁式止退装置及止退方法。

背景技术

顶管机是地下交通体系建设暗挖式施工常用掘进设备，顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，顶管施工借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推到接收井内吊起。顶管机的动力装置位于工作井内，顶管机在管片环安装过程中，需要切断电源和管线，顶管机头失去动力暂停工作，顶管机和已安装的管片环会在前端开挖面的土压力作用下整体向后倒退。

在一般的顶管工程中，顶管机头受到的土压推力不大，一般使用剪力销或者支撑杆顶住顶管机的管片环实现止退的目的，但在深埋大顶管工程中，顶管机头受到的土压推力较大，并且土面压力不稳定会发生沉降现象，需要用到止退装置的推力调节使之与土面压力平衡，这种情况下，常规的止退装置不具备止退力可调节的功能，效果有限且无法满足强度及刚度的稳定性要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种顶管施工用自锁式止退装置及止退方法，大大提高顶管机管片环止退的效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种顶管施工用自锁式止退装置，包括：

安装于始发井内的两组止退支架，两组所述止退支架分别设于管片环相对的两侧并沿所述管片环轴向设置；

与所述管片环可拆卸式连接的多组连接件；

用于沿顶管方向顶推所述管片环的多个机械自锁式千斤顶，分别安装于两组所述止退支架上并与所述连接件一一对应地固定连接；

用于控制所述机械自锁式千斤顶的液压控制系统。

可选地，所述连接件为安装于所述机械自锁式千斤顶伸长端的止退箱体以及于所述止退箱体内水平且垂直于顶管方向移动的止退销，所述管片环的外侧壁上设有供所述止退销插设的销孔。

可选地，所述止退箱体内设有驱动所述止退销移动以插设于所述销孔内的液压伸缩杆。

可选地，所述止退支架包括立柱以及与所述立柱固定连接并与始发井底壁形成支撑的斜撑，所述立柱上竖向排列地安装有横向设置的多个所述机械自锁式千斤顶，所述立柱上固设有供多个所述机械自锁式千斤顶竖向支撑的支座，多个所述机械自锁式千斤顶一一对应地连接有多个所述连接件。

可选地，所述止退支架包括立柱以及供所述机械自锁式千斤顶安装的安装支架，所述立柱和所述安装支架之间固设有多根斜撑，多根所述斜撑靠近所述立柱的一端向下倾斜，所述立柱上固设有横撑，使用时所述横撑远离所述立柱的一端抵靠于所述顶管反力架与所述顶管反力架形成横向支撑。

可选地，所述安装支架上形成有矩形矩阵排列的多个安装框，多个所述安装框内均固定安装有所述机械自锁式千斤顶和所述连接件。

可选地，所述液压控制系统包括：

控制所述机械自锁式千斤顶和所述液压伸缩杆的控制器；

用于反馈两组所述止退支架上的所述机械自锁式千斤顶压力值的两个压力传感器，与所述控制器电性连接并安装于所述机械自锁式千斤顶的液压泵站阀块上；

用于测量所述机械自锁式千斤顶行程距离的位移传感器，与所述控制器连接并安装于所述机械自锁式千斤顶上。

可选地，所述液压控制系统还包括与所述液压控制系统电性连接的显示器。

可选地，所述机械自锁式千斤顶包括液压油缸以及设于所述液压油缸上用于锁定所述液压油缸长度的自锁螺母。

以及，一种顶管施工用自锁式止退方法，包括以下步骤：

提供上述的顶管施工用自锁式止退装置；

将止退装置中的两组止退支架分别安装于管片环的两侧，使所述止退装置中的连接件正对于所述管片环；

顶管施工顶进暂停后将连接件与所述管片环固定连接；

控制机械自锁式千斤顶顶紧所述连接件，使所述连接件对所述管片环产生推力避免所述管片环倒退；

对所述机械自锁式千斤顶进行自锁。

本发明由于采用上述技术方案，使其具有以下有益效果：大大提高顶管机管片环止退的效果，并且能够精确调节止退装置的推力，保持推力与土压力平衡，止退推力大小可调节且具备一定角度的偏载结构，结构稳定性良好，大大提升施工质量和施工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明顶管施工用自锁式止退装置实施例一使用时的侧面结构示意图。

图2示出了本发明顶管施工用自锁式止退装置实施例一使用时的剖面结构示意图。

图3示出了本发明顶管施工用自锁式止退装置实施例一的整体结构示意图。

图4示出了本发明顶管施工用自锁式止退装置实施例二使用时的侧面结构示意图。

图5示出了本发明顶管施工用自锁式止退装置实施例二的整体结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例一

如图1-3所示，本发明实施例的顶管施工用自锁式止退装置，包括：安装于始发井内的两组止退支架3，两组止退支架3分别设于管片环相对的两侧并沿管片环轴向设置；与管片环2可拆卸式连接的多组连接件5；用于沿顶管方向顶推管片环2的多个机械自锁式千斤顶4，分别安装于两组止退支架3上并与连接件一一对应地固定连接；用于控制机械自锁式千斤顶4的液压控制系统。

两组止退装置分别连接于管片环2相对的两侧壁上，使得管片环2的相对的两侧壁均形成有推力，达到受力平衡，稳定性更好。将两组止退装置中的连接件5分别连接到管片环2的两侧，并通过止退支架3形成支撑，再控制机械自锁式千斤顶4顶推连接件5，使连接件5对管片环2形成推力，并在加载到推力使管片环2不会倒退后将机械自锁式千斤顶4进行自锁。此过程中，止退推力的大小可根据机械自锁式千斤顶4进行调节，能够精确调节止退装置的推力，保持推力与土压力平衡。机械自锁式千斤顶4包括液压油缸以及设于液压油缸上用于锁定液压油缸长度的自锁螺母，拧动自锁螺母使机械自锁式千斤顶4达到自锁功能，以保证机械自锁式千斤顶4意外泄压时仍能进行止退。

连接件5为安装于机械自锁式千斤顶4伸长端的止退箱体51以及于止退箱体51内水平且垂直于顶管方向移动的止退销52，管片环2的外侧壁上设有供止退销52插设的销孔，如图1、2、3所示，止退销52为水平且垂直于顶管方向插设于管片2外侧壁上销孔内，从而使得在机械自锁式千斤顶4以顶管方向抵推止退销52时可通过止退销52对管片环2达到抵推效果，从而避免管片环2倒退。止退箱体51内设有液压伸缩杆，通过该液压伸缩杆方便控制止退销的插接。

在本实施例中，如图3所示，止退支架3包括立柱312以及与立柱312固定连接并与始发井底壁形成支撑的斜撑311，通过使止退装置斜撑311具备一定角度的偏载结构，使止退装置在作用时与始发井底壁形成受力平衡，结构稳定性良好，大大提升施工质量和施工效率，使用时，斜撑311以及立柱312的底部均嵌设于始发井底壁，增加支撑稳定效果。立柱312上竖向排列地安装有横向设置的多个机械自锁式千斤顶4，立柱312上固设有供多个机械自锁式千斤顶4竖向支撑的支座313，多个机械自锁式千斤顶4一一对应地连接有多个连接件5，通过竖向排列于立柱312上的多个机械自锁式千斤顶4和多个连接件5使管片环2的侧壁形成有多个推力点，增加止退施工面积，提高止退效果。

液压控制系统包括控制机械自锁式千斤顶4和液压伸缩杆的控制器，当需要进行止退时，控制器控制机械自锁式千斤顶4将止退销移动至销孔位置，再控制液压伸缩杆将止退销插入销孔内，再控制机械自锁式千斤顶沿顶管方向顶紧管片环，从而达到止退效果。

液压控制系统还包括用于反馈两组止退支架上的机械自锁式千斤顶压力值的两个压力传感器，与控制器电性连接并安装于机械自锁式千斤顶的液压泵站阀块上。工程施工中先计算最大的止退力，然后控制液压泵站得以控制机械自锁式千斤顶的工作压力，对管片环进行顶推，为预留安全系数，所以机械自锁式千斤顶能达到的最大推力比实际需要的最大止退力要大很多，从而通过压力传感反馈回来的工作压力来实时监测当前的实际推力。

位于管片环左侧的多个机械自锁式千斤顶设于A组，位于管片环右侧的多个机械自锁式千斤顶设于B组，A组以及B组的机械自锁式千斤顶独立控制，在实际应用中，可增设AB两组同时调控的同步加载效果，当两侧所需推力一样或差别较小时，可通过控制系统控制程序自动默认两组的加载目标值相同，进行同步控制便于现场实际操作，减少繁琐重复设定动作。

液压控制系统还包括与液压控制系统的显示器，用于显示两个压力传感器的压力值、位移传感器的数值等数据，方便操作人员实时了解工作状态。另外，可在显示器上增设控制区，方便在了解数据的同时进行操作，例如调节AB机械自锁式千斤顶的油压控制键、同步加载效果的同步控制键等。

液压控制系统还包括位移传感器，与控制器连接并安装于机械自锁式千斤顶或止退支架上。位移传感器用于测量机械自锁式千斤顶行程距离，当止退销插设于销孔内时，通过实时获取位移传感器的数值判断当前状态下机械自锁式千斤顶是否存在波动，进而判断管片环是否存在向后退的波动，从而判断是否需要进行止退补偿进一步施加止退力。

位移传感器为拉线式位移传感器，拉线式位移传感器固设于机械自锁式千斤顶的固定端油缸上，且拉线式位移传感器的拉线端为具有吸附性的磁铁，当止退销插入销孔内需要实时监测管片环是否存在波动时，此时将拉线式传感器的磁铁拉线端拉出吸附在机械自锁式千斤顶伸长端的端部，随着伸长端的伸长实时监测机械自锁式千斤顶的行程距离。另一方面，当顶管机顶进管片暂停后，在将止退销插入销孔之前，此时拉线式传感器的拉线端未拉出，从而可将拉线端拉出至止退销以及销孔的位置进行测量，通过距离差可测量处止退销和销孔之间的距离，从而判断是否在机械自锁式千斤顶的止退范围内，若不在，可通过顶管机对管片继续进行顶进，使逐渐移动至止退销处的下一管片环上的销孔在机械自锁式千斤顶的止退范围内。其中，止退范围是机械自锁式千斤顶能够对管片进行抵推达到止退的范围，需保留一定的顶进距离，因此止退范围需在机械自锁式千斤顶的行程范围内且小于最大行程范围。

实施例二

与实施例一的不同之处在于止退支架3的结构不同。

如图4-5所示，本发明实施例的顶管施工用自锁式止退装置，包括：

安装于始发井内的两组止退支架3，两组止退支架3分别设于管片环相对的两侧并沿管片环轴向设置；与管片环2可拆卸式连接的多组连接件5；用于沿顶管方向顶推管片环2的多个机械自锁式千斤顶4，分别安装于两组止退支架3上并与连接件一一对应地固定连接；用于控制机械自锁式千斤顶4的液压控制系统。

两组止退装置分别连接于管片环2相对的两侧壁上，使得管片环2的相对的两侧壁均形成有推力，达到受力平衡，稳定性更好。将两组止退装置中的连接件5分别连接到管片环2的两侧，并通过止退支架3形成支撑，再控制机械自锁式千斤顶4顶推连接件5，使连接件5对管片环2形成推力，并在加载到推力使管片环2不会倒退后将机械自锁式千斤顶4进行自锁。此过程中，止退推力的大小可根据机械自锁式千斤顶4进行调节，能够精确调节止退装置的推力，保持推力与土压力平衡。机械自锁式千斤顶4包括液压油缸以及设于液压油缸上用于锁定液压油缸长度的自锁螺母，拧动自锁螺母使机械自锁式千斤顶4达到自锁功能，以保证机械自锁式千斤顶4意外泄压时仍能进行止退。

连接件5为安装于机械自锁式千斤顶4伸长端的止退箱体51以及于止退箱体51内水平且垂直于顶管方向移动的止退销52，管片环2的外侧壁上设有供止退销52插设的销孔，如图1、2、3所示，止退销52为水平且垂直于顶管方向插设于管片2外侧壁上销孔内，从而使得在机械自锁式千斤顶4以顶管方向抵推止退销52时可通过止退销52对管片环2达到抵推效果，从而避免管片环2倒退。止退箱体51内设有液压伸缩杆，通过该液压伸缩杆方便控制止退销的插接。

在本实施例中，如图5所示，止退支架3包括立柱322以及供机械自锁式千斤顶4安装的安装支架321，立柱322和安装支架321之间固设有多根斜撑323，多根斜撑323靠近立柱322的一端向下倾斜，立柱322上固设有与顶管反力架形成横向支撑的横撑324，通过斜撑323使其具有一定角度的偏载结构，在较高高度的顶进状态下的结构更加稳定，使用时所述横撑远离所述立柱的一端抵靠于所述顶管反力架，通过横撑324与顶管反力架之间的横向支撑形成横向反推作用力，达到受力平衡。安装支架321上形成有矩形矩阵排列的多个安装框，多个安装框内均固定安装有机械自锁式千斤顶4，由于多个安装框内的机械自锁式千斤顶4矩形矩阵排列，使得同一水平位置形成有多个机械自锁式千斤顶4以及连接件5，从而可在多个管片环2上设置销孔，使得管片环2的侧壁形成有多个均匀分布的推力点，增加止退施工面积，提高止退效果。且在多个管片环2上形成的推力点增加受力范围，避免对同一管片环2施力造成损坏。液压控制系统包括控制机械自锁式千斤顶4和液压伸缩杆的控制器，当需要进行止退时，控制器控制机械自锁式千斤顶4将止退销移动至销孔位置，再控制液压伸缩杆将止退销插入销孔内，再控制机械自锁式千斤顶沿顶管方向顶紧管片环，从而达到止退效果。

液压控制系统还包括用于反馈两组止退支架上的机械自锁式千斤顶压力值的两个压力传感器，与控制器电性连接并安装于机械自锁式千斤顶的液压泵站阀块上。工程施工中先计算最大的止退力，然后控制液压泵站得以控制机械自锁式千斤顶的工作压力，对管片环进行顶推，为预留安全系数，所以机械自锁式千斤顶能达到的最大推力比实际需要的最大止退力要大很多，从而通过压力传感反馈回来的工作压力来实时监测当前的实际推力。

位于管片环左侧的多个机械自锁式千斤顶设于A组，位于管片环右侧的多个机械自锁式千斤顶设于B组，A组以及B组的机械自锁式千斤顶独立控制，在实际应用中，可增设AB两组同时调控的同步加载效果，当两侧所需推力一样或差别较小时，可通过控制系统控制程序自动默认两组的加载目标值相同，进行同步控制便于现场实际操作，减少繁琐重复设定动作。

液压控制系统还包括与液压控制系统的显示器，用于显示两个压力传感器的压力值、位移传感器的数值等数据，方便操作人员实时了解工作状态。另外，可在显示器上增设控制区，方便在了解数据的同时进行操作，例如调节AB机械自锁式千斤顶的油压控制键、同步加载效果的同步控制键等。

液压控制系统还包括位移传感器，与控制器连接并安装于机械自锁式千斤顶或止退支架上。位移传感器用于测量机械自锁式千斤顶行程距离，当止退销插设于销孔内时，通过实时获取位移传感器的数值判断当前状态下机械自锁式千斤顶是否存在波动，进而判断管片环是否存在向后退的波动，从而判断是否需要进行止退补偿进一步施加止退力。

位移传感器为拉线式位移传感器，拉线式位移传感器固设于机械自锁式千斤顶的固定端油缸上，且拉线式位移传感器的拉线端为具有吸附性的磁铁，当止退销插入销孔内需要实时监测管片环是否存在波动时，此时将拉线式传感器的磁铁拉线端拉出吸附在机械自锁式千斤顶伸长端的端部，随着伸长端的伸长实时监测机械自锁式千斤顶的行程距离。另一方面，当顶管机顶进管片暂停后，在将止退销插入销孔之前，此时拉线式传感器的拉线端未拉出，从而可将拉线端拉出至止退销以及销孔的位置进行测量，通过距离差可测量处止退销和销孔之间的距离，从而判断是否在机械自锁式千斤顶的止退范围内，若不在，可通过顶管机对管片继续进行顶进，使逐渐移动至止退销处的下一管片环上的销孔在机械自锁式千斤顶的止退范围内。其中，止退范围是机械自锁式千斤顶能够对管片进行抵推达到止退的范围，需保留一定的顶进距离，因此止退范围需在机械自锁式千斤顶的行程范围内且小于最大行程范围。

本发明实施例的顶管施工用自锁式止退方法，提供如图1-3或图4-5所示的顶管施工用自锁式止退装置，包括以下步骤：

S1：将止退装置中的两组止退支架3分别安装于管片环2的两侧，使止退装置中的连接件正对于所述管片环2。

当使用如图1-3所示的实施例一中的顶管施工用自锁式止退装置时，将止退支架3稳定放置，使斜撑311和立柱312的底部与始发井底壁形成支撑。

当使用如图4-5所示的实施例二中的顶管施工用自锁式止退装置时，将止退支架3的立柱322和安装支架321置于始发井底壁上，并将横撑324的尾端与顶管反力架形成横向支撑。

S2：顶管机1顶管施工顶进暂停。

S3：将止退支架3上的连接件5与管片环2固定连接。

连接件5的连接包括步骤：利用液压伸缩杆移动止退销52使止退销52插设于管片环2的销孔内，若止退销52与销孔的水平位置不对应，可先调整机械自锁式千斤顶4使止退销52的水平位置得以移动并与销孔的位置对应后再将止退销52插设于管片环2的销孔内。

S4：控制机械自锁式千斤顶4顶紧连接件5，使连接件5对管片环2产生推力避免管片环2倒退。

S5：对机械自锁式千斤顶4进行自锁。

将每个机械自锁式千斤顶4上的自锁螺母调整至锁紧位置增加止退功能保证千斤顶意外泄压时候仍能达到止退效果。

S6：管节完成拼装后顶管机1顶进加载至可以继续顶进时，将止退千斤顶回缩并将自锁螺母回位，然后将止退销52轴脱离管节销孔，再继续顶进施工。

需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种顶管施工用自锁式止退装置，其特征在于，包括：

安装于始发井内的两组止退支架，两组所述止退支架分别设于管片环相对的两侧并沿所述管片环轴向设置；

与所述管片环可拆卸式连接的多组连接件；

用于沿顶管方向顶推所述管片环的多个机械自锁式千斤顶，分别安装于两组所述止退支架上并与所述连接件一一对应地固定连接；

用于控制所述机械自锁式千斤顶的液压控制系统。

2.如权利要求1所述的顶管施工用自锁式止退装置，其特征在于，所述连接件为安装于所述机械自锁式千斤顶伸长端的止退箱体以及于所述止退箱体内水平且垂直于顶管方向移动的止退销，所述管片环的外侧壁上设有供所述止退销插设的销孔。

3.如权利要求2所述的顶管施工用自锁式止退装置，其特征在于，所述止退箱体内设有驱动所述止退销移动以插设于所述销孔内的液压伸缩杆。

4.如权利要求1所述的顶管施工用自锁式止退装置，其特征在于，所述止退支架包括立柱以及与所述立柱固定连接并与始发井底壁形成支撑的斜撑，所述立柱上竖向排列地安装有横向设置的多个所述机械自锁式千斤顶，所述立柱上固设有供多个所述机械自锁式千斤顶竖向支撑的支座，多个所述机械自锁式千斤顶一一对应地连接有多个所述连接件。

5.如权利要求1所述的顶管施工用自锁式止退装置，其特征在于，所述止退支架包括立柱以及供所述机械自锁式千斤顶安装的安装支架，所述立柱和所述安装支架之间固设有多根斜撑，多根所述斜撑靠近所述立柱的一端向下倾斜，所述立柱上固设有横撑，使用时所述横撑远离所述立柱的一端抵靠于所述顶管反力架与所述顶管反力架形成横向支撑。

6.如权利要求5所述的顶管施工用自锁式止退装置，其特征在于，所述安装支架上形成有矩形矩阵排列的多个安装框，多个所述安装框内均固定安装有所述机械自锁式千斤顶和所述连接件。

7.如权利要求1所述的顶管施工用自锁式止退装置，其特征在于，所述液压控制系统包括：

控制所述机械自锁式千斤顶和所述液压伸缩杆的控制器；

用于反馈两组所述止退支架上的所述机械自锁式千斤顶压力值的两个压力传感器，与所述控制器电性连接并安装于所述机械自锁式千斤顶的液压泵站阀块上；

用于测量所述机械自锁式千斤顶行程距离的位移传感器，与所述控制器连接并安装于所述机械自锁式千斤顶上。

8.如权利要求7所述的顶管施工用自锁式止退装置，其特征在于，所述液压控制系统还包括与所述液压控制系统电性连接的显示器。

9.如权利要求1所述的顶管施工用自锁式止退装置，其特征在于，所述机械自锁式千斤顶包括液压油缸以及设于所述液压油缸上用于锁定所述液压油缸长度的自锁螺母。

10.一种顶管施工用自锁式止退方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供如权利要求1所述的顶管施工用自锁式止退装置；

将止退装置中的两组止退支架分别安装于管片环的两侧，使所述止退装置中的连接件正对于所述管片环；

顶管施工顶进暂停后将连接件与所述管片环固定连接；

控制机械自锁式千斤顶顶紧所述连接件，使所述连接件对所述管片环产生推力避免所述管片环倒退；

对所述机械自锁式千斤顶进行自锁。

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