CN112648434B - 一种顶管机出洞装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种顶管机出洞装置包括套管、限位组件和导轨；限位组件和导轨分别设于所述套管径和轴向上；限位组件包括套管轴向前后两侧对应设置的限位组件；上下两侧分别设有两组限位组件；该装置有效解决了传统顶管机出洞施工中涌土涌砂、顶管机“磕头”和顶管机后退的问题，本发明提出的施工方法简单有效，极大提高施工可靠性。

Description

一种顶管机出洞装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种顶管法施工用出洞辅助控制装置，具体讲涉及一种顶管机出洞装置及其使用方法。

背景技术

顶管施工技术是继盾构法施工之后发展起来的一种非开挖地下管线施工方法，在城市电缆隧道施工中应用十分广泛。与传统施工技术相比，顶管法施工具有的显著优势在于不需要开挖地面就可以穿越公路、铁道、地面建筑物和地下建筑物，因此，顶管法施工技术在城市市政建设方面具有广阔的应用前景。

然而现有的顶管技术在施工时存在一定局限，诸如当顶管机自身提供的止退力不足以平衡水土压力时，顶管机就会发生后退现象，造成顶管机机头正面及上方的土体塌陷，导致局部地面沉降，威胁邻近建筑物的安全。其次在出洞期间，由于顶管机机头本身的重量一般较大，当土体无法承载顶管机机头的重量时，会造成顶管机机头向下，俗称“磕头”，而其纠偏难度极大，影响施工质量。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种顶管机出洞装置及其使用方法。

本发明提供的技术方案如下：

一种顶管机出洞装置包括套管、限位组件和导轨；

所述限位组件和导轨分别设于所述套管径和轴向上；所述限位组件包括所述套管轴向前后两侧对应设置的限位组件；所述上下两侧分别设有两组限位组件。

进一步的，所述限位组件包括靠所述套管外壁上侧的上限位组件，和中限位组件；所述中限位组件为所述套管外壁且与所述套管直径垂直的轴向上设置的限位组件。

进一步的，所述中限位组件为由横块、固定块和竖件组成的工字型，所述横块的内侧位于套管外壁，所述竖件为从所述横块内侧竖直穿过所述套管外壁的竖型定位件，该竖型定位件的自由端与所述固定块套设连接，所述固定块的外侧紧密贴合顶管机外壁实现所述中限位组件的限位。

进一步的，所述上限位组件由依次设置的横件、竖件和人字形的部件组成；所述竖件从所述套管外壁穿过与所述人字件组件连接，所述人字件开口内设有弧形滚轴。

进一步的，所述上、中限位组件的数目分别不少于3对。

进一步的，所述套管前端通过紧固件固定连接工作井壁。

进一步的，所述套管前端设有密封组件，所述密封组件包括位于顶管机外侧的所述套管间的O型密封圈、位于所述套管内侧且与所述套管之间的O型密封圈连接的O型支撑圈；两所述O型密封圈间的夹角小于90度；所述套管间的O型密封圈由O型固定件和轴向固定件固定；所述O型支撑圈连接点至所述O型密封圈一侧的自由端设有加强片，两所述O型密封圈的连接点的对应侧的设有O型弹簧卡。

进一步的，所述导轨为与顶管机外壁匹配的弧形结构。

进一步的，所述套管在竖直方向上还设有连接地面用的套管固定孔。

进一步的，该方法包括：

1)将套管固定在工作井壁与地面上；

2)顶管机进入所述套管时，调整导轨使顶管机中轴心线与套管中轴线重合，用密封组件紧密贴合所述套管内壁；

3)控制T字型定位件使弧形滚轴紧密贴合所述顶管机；

4)在添加管节时，控制所述T字型定位件使固定块作用在顶管机上防止后退，在顶进时收回所述T字型定位件。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

(1)本发明提供的装置有效解决了顶管机出洞时，由于土体加固质量不好，造成顶管机“磕头”的问题，其施工质量可控，且有效防止了由于更换管节造成的顶管机后退的问题，减少了顶管施工对邻近建筑物的影响。

(2)本发明提供的装置有效提高了密封组件的弹性，从而解决了“涌水、涌砂”的问题，提高了洞口邻近建筑物的安全性。

(3)本发明提供的使用方法简单可靠，可有效提高顶管施工的安全性，可靠性。

附图说明

图1本发明提供的顶管机出洞装置正视图；

图2本发明提供的顶管机出洞装置俯视图；

图3本发明提供的顶管机出洞装置左视图；

图4本发明提供的洞口连接装置示意图；

图5本发明提供的密封组件示意图及其放大图；

图6本发明提供的中限位组件示意图；

图7本发明提供的上限位组件示意图；

图8本发明提供的套管连接装置示意图；

图9本发明提供的导轨示意图；

1洞口连接装置；2密封组件；3中限位组件；4上限位组件；5套管；6套管连接装置；7导轨；8套管固定孔；101钢垫层；102螺母；103螺栓；200固定件；201穿心轴；202弹簧卡；203钢片；204O型密封圈；301液压千斤顶；302弧形铸铁块；401液压千斤顶；402弧形滚轴；403人字钢；404卡片；601穿心轴；602橡胶条。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的技术方案作清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分，而不是全部。

传统顶管机出洞施工中容易出现涌土涌砂、顶管机“磕头”和顶管机后退等问题：

(1)“涌水、涌砂”问题

顶管电缆隧道埋深一般在几米到十几米不等，通常有较大的地下水压力。在顶管机出洞阶段，如果洞口的密封效果不好，在较大的地下水、土压力作用下，地下水会沿着顶管机壁涌出，且常常涌水带砂。“涌水、涌砂”问题的发生会造成地面沉降，危及洞口邻近建(构)筑物的安全。

(2)顶管机后退问题

在顶管机出洞顶进阶段，因增加后续管节而收回千斤顶时，由于顶管机机头承受的正面土压力没有千斤顶的水平顶力可以平衡，当顶管机自身提供的止退力不足以平衡水土压力时，顶管机就会发生后退现象，将造成顶管机机头正面及上方的土体发生塌陷，导致局部地面沉降，威胁邻近建(构)筑物的安全。

(3)顶管机“磕头”问题

顶管机在出洞期间，由于顶管机机头重量一般较大，如果土体加固质量不理想。无法承载顶管机机头的重量，造成顶管机机头向下，俗称顶管机“磕头”。一旦“磕头”发生，纠偏难度极大，影响施工质量。

针对以上不足本发明提出了一种顶管机出洞装置，该装置如图1-3所示，包括洞口连接装置1、密封组件2、中限位组件3、上限位组件4、套管5、套管连接装置6、导轨7和套管固定孔8；限位组件和导轨分别设于套管径和轴向上；限位组件包括套管轴向前后两侧对应设置的限位组件；上限位组件4靠套管5外壁上侧，中限位组件3设置于套管5外壁且与套管5的直径轴向垂直，套管5的竖直方向上设有套管固定孔，用于固定套管5于地面上。

如图4所示，洞口连接装置1包括钢垫层101、螺母102和螺栓103。其中螺栓103是事先预埋在工作井墙壁中，该装置用于固定套管在工作井的墙壁上，安装时要满足设计密封止水的要求。

如图5所示，密封组件2包括固定件200、穿心轴201、弹簧卡202、钢片203和O型密封圈204。O型密封圈204位于顶管机外侧的套管5之间，O型支撑圈位于套管5内侧且与O型密封圈204连接，O型密封圈间的夹角小于90度；套管5间的O型密封圈204由固定件200和穿心轴201固定；O型支撑圈连接点至O型密封圈204一侧的自由端设有钢片203，该侧为涌水涌沙进洞的受力侧，两O型密封圈的连接点的对应侧设有O型的弹簧卡202。弹簧卡202和钢片203用于提高O型密封圈204的弹性，提高密封的效果，O型密封圈204的密封圈数可根据设计要求合理增减。该装置的作用是使顶管机出洞时，在套管前端形成密封的环境，防止顶管机出洞时“涌水、涌砂”等质量问题的发生。

如图6所示，中限位组件3包括液压千斤顶301和弧形铸铁块302。液压千斤顶301底座固定在套管壁外，可通过外部控制台控制压力；液压千斤顶301下方穿过管壁与弧形铸铁块302相连，弧形铸铁块302与液压千斤顶301连接端为矩形，另一端为圆弧型，圆弧的弧度与顶管机的外部弧度相同以保证二者可以紧密贴合。该装置的作用是在顶管机出洞阶段添加管节时，通过施加力以防止顶管机后退，起到“止退”的作用。

如图7所示，上限位组件4包括液压千斤顶401、弧形滚轴402、“人”字钢403和卡片404。液压千斤顶401底座固定在套管5管壁上，可通过外部控制台控制压力，使液压千斤顶401下方通过“人”字钢403与弧形滚轴402相连；弧形滚轴402的弧度与顶管机外部弧度相同，以保证二者的紧密贴合；卡片404用于限制弧形滚轴402沿轴向自转而左右晃动。该装置的作用是在顶管机出洞阶段，防止因加固土体质量不好，造成顶管机“磕头”。

本发明中的套管5为钢套管，尺寸比顶管机直径略大。

如图8所示，本发明中的套管连接装置6包括穿心轴601和橡胶条602。穿心轴601用于紧固套管连接段，橡胶条602是用于保证套管连接段的密封性。该装置的作用是连接不同的套管成为一个整体。

如图9所示，本发明中的导轨7为圆弧型导轨，圆弧与顶管机外径弧度相同。通过调整导轨7高度，可使顶管机轴线与套管轴线重合。

顶管机出洞阶段施工方法如下：

(1)在顶管机工作井出洞洞口位置按照设计要求预埋螺栓，按设计高度整平工作井的底部工作面，必要时可以铺上素混凝土。

(2)通过洞口连接装置1将套管5固定在工作井的墙面上；用套管固定孔8将顶管机固定在工作井底部工作面上；用套管连接装置6将相邻套管连接在一起。

(3)顶管机进入套管时，通过调整导轨7的高度使顶管机中轴心与套管中轴线重合，将密封组件2中O型密封圈204紧密贴合顶管机外壁，使出洞洞口形成完整的密封圈，同时控制液压千斤顶401使弧形滚轴402与顶管机紧密贴合，防止顶管机“磕头”。

(4)在需要添加管节时，通过液压千斤顶301使弧形铸铁块302作用在顶管机上，当管节顶进时，收回液压千斤顶301。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种顶管机出洞装置，其特征在于，所述装置包括套管、限位组件和导轨；

所述限位组件和导轨分别设于所述套管径和轴向上；所述限位组件包括所述套管轴向前后两侧对应设置的限位组件；所述前后两侧分别设有两组限位组件；

所述限位组件包括靠所述套管外壁上侧的上限位组件，和中限位组件；所述中限位组件为所述套管外壁且与所述套管直径垂直的轴向上设置的限位组件；

所述中限位组件为由横块、固定块和竖件组成的工字型，所述横块的内侧位于套管外壁，所述竖件为从所述横块内侧竖直穿过所述套管外壁的竖型定位件，该竖型定位件的自由端与所述固定块套设连接，所述固定块的外侧紧密贴合顶管机外壁实现所述中限位组件的限位；所述横块为液压千斤顶的主体，所述中限位组件的竖件为所述液压千斤顶的活塞杆；所述固定块包括弧形铸铁块；

所述上限位组件由横件、竖件和人字形部件组成；所述竖件从所述套管外壁穿过与所述人字形部件连接，所述人字形部件开口内设有所述横件；所述上限位组件的竖件包括液压千斤顶；所述横件包括弧形滚轴；

所述套管前端设有密封组件，所述密封组件包括位于顶管机外侧的所述套管内的O型密封圈、位于所述套管内侧且与所述O型密封圈连接的O型支撑圈；所述O型密封圈与所述O型支撑圈间的夹角小于90度；所述套管间的O型密封圈由固定件和穿心轴固定；所述O型支撑圈连接点至所述O型密封圈一侧的自由端设有钢片，所述O型密封圈与所述O型支撑圈的连接点的对应侧设有O型弹簧卡；

所述套管前端通过紧固件固定连接工作井壁。

2.如权利要求1所述的一种顶管机出洞装置，其特征在于，所述上、中限位组件的数目分别不少于3对。

3.如权利要求1所述的一种顶管机出洞装置，其特征在于，所述导轨为与顶管机外壁匹配的弧形结构。

4.如权利要求1所述的一种顶管机出洞装置，其特征在于，所述套管在竖直方向上还设有连接地面用的套管固定孔。

5.如权利要求1-4任一项所述的顶管机出洞装置的使用方法，其特征在于，该方法包括：

1）将套管固定在工作井壁与地面上；

2）顶管机进入所述套管时，调整导轨使顶管机中轴心线与套管中轴线重合，用密封组件紧密贴合所述套管内壁；

3）控制人字型定位件使弧形滚轴紧密贴合所述顶管机；

4）在添加管节时，控制工字型定位件使固定块作用在顶管机上防止后退，在顶进时收回所述工字型定位件。