CN113531229B - 一种高性能钢筒混凝土复合型顶管及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及顶管技术领域，具体为一种高性能钢筒混凝土复合型顶管，包括钢筒，所述钢筒的内部浇筑有混凝土管芯，且混凝土管芯的外部套接有若干预应力钢丝，所述预应力钢丝的外部设置有骨架结构，所述钢筒的一端焊接有承口结构，另一端焊接有插口结构，本发明还涉及高性能钢筒混凝土复合型顶管的一种生产工艺包括：步骤一承口钢环制作，步骤二连接环安装，步骤三插口钢环制作，步骤四插口钢环上组件装配，步骤五钢筒制作，步骤六混凝土管芯成型，步骤七混凝土管芯的养护，步骤八管芯脱模，步骤九混凝土二次浇筑，步骤十管材养护，步骤十一保护层制作，步骤十二装运出厂。

Description

一种高性能钢筒混凝土复合型顶管及其生产工艺
技术领域
本发明涉及顶管技术领域，具体为一种高性能钢筒混凝土复合型顶管及其生产工艺。
背景技术
预应力钢筒混凝土管具有适用范围广，经济寿命长、抗震性能好、安装方便、运行用度低，基本不漏水等优点，广泛应用于跨区域水源地之间的大型输水工程，自来水、工业和农业灌溉系统的供配水管网，电厂循环水管道，各种市政压力排污主管道和倒虹吸管等，我国已成为预应力钢筒混凝土管生产量和使用量最大的国家。预应力钢筒混凝土管施工方式采用的是明挖埋置式，由于我国大多数地区具有山多、湖泊多等错综复杂地形和遍布的大型基础设施，输水管线经常会遇到无法逾越的建筑障碍，这些不能明挖地段不得不采用地下顶进式施工方式，而传统的预应力钢筒混凝土管无法满足顶进施工的需要，因此开发一种高性能钢筒混凝土复合型顶管具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能钢筒混凝土复合型顶管及其生产工艺，以解决上述过程中所提到的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高性能钢筒混凝土复合型顶管，包括钢筒，所述钢筒的内部浇筑有混凝土管芯，所述混凝土管芯的内部设置有外环筋和纵筋，且混凝土管芯的外部套接有若干预应力钢丝，所述预应力钢丝的外部设置有骨架结构，所述钢筒的外侧浇筑有细石混凝土保护层，所述细石混凝土保护层的内部设置有内环筋和纵筋且钢筒的一端焊接有承口结构，另一端焊接有插口结构。
优选的，所述骨架结构为钢筋骨架，所述钢筋骨架套接在预应力钢丝的外侧，且钢筋骨架上浇筑有混凝土层。
优选的，所述承口结构包括承口钢环、连接环、第一弹簧和固定环，所述承口钢环焊接在钢筒的一端，所述连接环分为上下两个插接在承口钢环的内部，所述固定环焊接在承口钢环的端面上。
优选的，所述连接环的外侧固定设置有弹性柱，所述弹性柱上套接有第一弹簧,且弹性柱的一端焊接固定在承口钢环的内部。
优选的，所述插口结构包括插口钢环、顶紧环、弹性套环、双胶密封圈和第二弹簧，所述插口钢环焊接固定在钢筒的另一端，且插口钢环上一体成型设置有密封环，所述密封环上套接有弹性套环。
优选的，所述插口钢环上开设有连接槽，所述连接槽的前端开设有插接槽，所述插接槽中插接有双胶密封圈且在工作状态下连接环插接在连接槽中。
优选的，所述插口钢环的前端开设有伸缩槽，所述伸缩槽的底端开设有导向孔，且伸缩槽中插接有顶紧环，所述顶紧环的后端固定设置有导向杆，所述导向杆插接在导向孔中，且导向杆上套接有第二弹簧。
优选的，所述插口钢环在工作状态下插接在另一顶管上的承口钢环中，且密封环插接在混凝土管芯中，且顶紧环抵靠在混凝土管芯的端面上。
一种高性能钢筒混凝土复合型顶管的生产工艺，包括以下操作步骤：
步骤一：承口钢环制作：钢板下料，然后进行卷焊最后承口折边涨圆成型。
步骤二：连接环安装：将连接环上的弹性柱上套接第一弹簧，然后将弹性柱焊接固定在承口钢环的内部，将固定环焊接在承口钢环的端面上完成连接环的安装。
步骤三：插口钢环制作：异型钢材下料进行卷焊最后插口涨圆成型。
步骤四：插口钢环上组件装配：将双胶密封圈套接在插口钢环上，再将第二弹簧焊接固定在导向孔的端面上，然后将顶紧环上的导向杆对准伸缩槽上的导向孔将顶紧环插接到伸缩槽中，然后将第二弹簧的另一端焊接固定在顶紧环的端面上，最后将弹性套环套接在密封环上。
步骤五：钢筒制作：钢筒自动卷焊成型，然后将承口钢环和插口钢环分别焊接在钢筒的两端再进行水压试验。
步骤六：混凝土管芯成型：混凝土管芯模板组装，然后进行水泥、砂、碎石的定量计算进行混凝土管芯的浇筑。
步骤七：混凝土管芯的养护：进行混凝土管芯的蒸汽养护。
步骤八：管芯脱模：混凝土管芯进行一段时间的养护之后达到要求的强度即可进行管芯脱模。
步骤九：混凝土二次浇筑：在混凝土管芯的外侧缠绕预应力钢丝，然后在预应力钢丝的外侧配置钢筋骨架，进行外层混凝土层的浇筑。
步骤十：管材养护：混凝土层浇筑完成后进行管材的再次养护直到达到所要求的混凝土强度。
步骤十一：保护层制作：在管材的外侧进行模板的制作，然后浇筑细石混凝土保护层再对管材进行养护。
步骤十二：装运出厂：管材养护完成后进行承插口的防腐处理，进行成品的包装、标识和堆放然后装运出厂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、所有钢材包裹在混凝土中，使钢材处于碱性环境中，从而保证钢材不生锈，长年使用管体内的钢材性能不因钢材的腐蚀而变化，耐久性长不需要阴极保护措施，寿命可达50-80年。
2、抗渗性能可靠，管接口采用特种型钢制造的柔性接口具有一定的允许转角，因此在顶进过程中纠偏非常方便，为曲线顶进提供了有利条件，同时管线在施工和运行过程中会出现地基不均匀沉降，由于接口为柔性，具有良好的适应性，不会对管道产生大的拉应力而破坏管材且具有优秀的抗内压和外荷载能力，确保在使用中的安全可靠。
3、输水过程中与水接触面是混凝土，对水质没有任何影响，采用薄钢板与预应力结构，节省高能耗钢材且内壁光滑，大大节约输水的能耗，且承插式结口，管道接口能自动对中，同心度好。
附图说明
图1为顶管的爆炸示意图；
图2为图1中A处的放大示意图；
图3为连接环的结构示意图；
图4为插口钢环的半剖结构示意图；
图5为顶紧环的结构示意图。
图中：钢筒1、混凝土管芯2、预应力钢丝3、外环筋4、钢筋骨架5、混凝土层6、内环筋7、纵筋8、细石混凝土保护层9、承口结构10、承口钢环101、连接环102、弹性柱1021、第一弹簧103、固定环104、插口结构11、插口钢环111、连接槽1111、插接槽1112、伸缩槽1113、密封环1114、导向孔1115、顶紧环112、导向杆1121、弹性套环113、双胶密封圈114、第二弹簧115。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通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。
请参阅图1至图5，本发明提供一种技术方案：
一种高性能钢筒混凝土复合型顶管，包括钢筒1，钢筒1的内部浇筑有混凝土管芯2，混凝土管芯2的内部设置有外环筋4和纵筋8，且混凝土管芯2的外部套接有若干预应力钢丝3，预应力钢丝3的外部设置有骨架结构且骨架结构为钢筋骨架5，钢筋骨架5套接在预应力钢丝3的外侧，且钢筋骨架5上浇筑有混凝土层6。
钢筒1的外侧浇筑有细石混凝土保护层9，细石混凝土保护层9的内部设置有内环筋7和纵筋8且钢筒1的一端焊接有承口结构10且承口结构10包括承口钢环101、连接环102、第一弹簧103和固定环 104，承口钢环101焊接在钢筒1的一端，连接环102分为上下两个插接在承口钢环101的内部，固定环104焊接在承口钢环101的端面上且细石混凝土保护层9代替了砂浆保护层使得单节管道的长度从5 米减少到3米。
连接环102的外侧固定设置有弹性柱1021，弹性柱1021上套接有第一弹簧103,且弹性柱1021的一端焊接固定在插口钢环101的内部且弹性柱1021起到支撑第一弹簧103的作用。
钢筒1的另一端焊接有插口结构11且插口结构11包括插口钢环 111、顶紧环112、弹性套环113、双胶密封圈114和第二弹簧115，插口钢环111焊接固定在钢筒1的另一端，且插口钢环111上一体成型设置有密封环1114，密封环1114上套接有弹性套环113且弹性套环113在混凝土管芯2内壁的挤压下可以发生变形且在弹力作用下与混凝土管芯2的内壁紧密贴合保证密封。
插口钢环111上开设有连接槽1111，连接槽1111的前端开设有插接槽1112，插接槽1112中插接有双胶密封圈114且在工作状态下连接环102插接在连接槽1111中。
插口钢环111的前端开设有伸缩槽1113，伸缩槽1113的底端开设有导向孔1115，且伸缩槽1113中插接有顶紧环112，顶紧环112 的后端固定设置有导向杆1121，导向杆1121插接在导向孔1115中，且导向杆1121上套接有第二弹簧115，且导向杆1121的两端分别焊接固定在顶紧环112的后端和导向孔1115的端口处。
插口钢环111在工作状态下插接在另一顶管上的承口钢环101中，且密封环1114插接在混凝土管芯2中，且顶紧环112抵靠在混凝土管芯2的端面上保证连接处的密封效果且在柔性接口的作用下使得管道在顶进的时候便于纠偏最大偏转角为0.5度。
一种高性能钢筒混凝土复合型顶管的生产工艺，包括以下操作步骤：
步骤一：承口钢环101制作：钢板下料，然后进行卷焊最后承口折边涨圆成型。
步骤二：连接环102安装：将连接环102上的弹性柱1021上套接第一弹簧103，然后将弹性柱1021焊接固定在承口钢环101的内部，将固定环104焊接在承口钢环101的端面上完成连接环102的安装。
步骤三：插口钢环111制作：异型钢材下料进行卷焊最后插口涨圆成型。
步骤四：插口钢环111上组件装配：将双胶密封圈114套接在插口钢环111上，再将第二弹簧115焊接固定在导向孔1115的端面上，然后将顶紧环112上的导向杆1121对准伸缩槽1113上的导向孔1115 将顶紧环112插接到伸缩槽1113中，然后将第二弹簧115的另一端焊接固定在顶紧环112的端面上，最后将弹性套环113套接在密封环 1114上。
步骤五：钢筒1制作：钢筒1自动卷焊成型，然后将承口钢环101 和插口钢环111分别焊接在钢筒1的两端再进行水压试验。
步骤六：混凝土管芯2成型：混凝土管芯2模板组装，然后进行水泥、砂、碎石的定量计算进行混凝土管芯2的浇筑。
步骤七：混凝土管芯2的养护：进行混凝土管芯2的蒸汽养护。
步骤八：管芯脱模：混凝土管芯2进行一段时间的养护之后达到要求的强度即可进行管芯脱模。
步骤九：混凝土二次浇筑：在混凝土管芯2的外侧缠绕预应力钢丝3，然后在预应力钢丝3的外侧配置钢筋骨架5，进行外层混凝土层6的浇筑。
步骤十：管材养护：混凝土层6浇筑完成后进行管材的再次养护直到达到所要求的混凝土强度。
步骤十一：保护层制作：在管材的外侧进行模板的制作，然后浇筑细石混凝土保护层9再对管材进行养护。
步骤十二：装运出厂：管材养护完成后进行承插口的防腐处理，进行成品的包装、标识和堆放然后装运出厂。
工作原理：制作钢筒1进行水密性试验，然后将插口钢环111和承口钢环101分别焊接在钢筒1的两端，在进行混凝土管芯2的制作，在混凝土管芯2的外侧缠绕预应力钢丝3在预应力钢丝3的外侧配置钢筋骨架5在进行混凝土层6的浇筑形成顶管复合管材，最后在钢筒 1的外侧浇筑细石混凝土保护层9进行养护，最后可以装运出厂，当进行管道之间的连接时将一个顶管上的插口钢环111插接到另一个顶管上的承口钢环101中，在此过程中插口钢环111将承口钢环101 中的连接环102向背顶开，且连接环102上的弹性柱1021和第一弹簧103均可以发生相应的收缩使得连接环102相对分开保证插口钢环 111能够顺利的插接到承口钢环101中且直到到达连接槽1111的位置上，此时连接环102在弹力的作用下插接到连接槽1111中实现插口钢环111和承口钢环101的固定连接，且在此过程中双胶密封圈 114与承口钢环101的内壁相紧密贴合实现第一层的密封，且此时插口钢环111上的密封环1114插接到混凝土管芯2的内部且此时密封环1114上的弹性套环113受到挤压分别与密封环1114和混凝土管芯 2的内壁之间紧密配合加强了密封效果，且密封环1114和混凝土管芯2的配合起到第二层密封的效果，且当插口钢环111和承口钢环 101连接完成后顶紧环112后方的第二弹簧115是处于压缩状态的，这样在第二弹簧115的作用下使得顶紧环112紧紧的抵靠在混凝土管芯2的端面上起到了第三层密封的效果，进过多层密封结构的配合使得管道连接处的密封性得到了充分的保证，且顶管长度变小便于顶管的顶进，且顶进时管道接口安装采用承插式连接，安装时间极短，顶进速度大大加快且当顶进的过程中需要发生偏转的时候弹性柱1021 第一弹簧103可以发生一定程度上的变形倾斜在保证稳定连接的情况下保证了所需的偏转量进而使得顶管能够顺利顶进，且弹性柱1021 和第一弹簧103的相互配合使得连接环102的稳定性更好且两者自身的强度也得到了加强。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种高性能钢筒混凝土复合型顶管，包括钢筒(1)，其特征在于：所述钢筒(1)的内部浇筑有混凝土管芯(2)，所述混凝土管芯(2)的内部设置有外环筋(4)和纵筋(8)，且混凝土管芯(2)的外部套接有若干预应力钢丝(3)，所述预应力钢丝(3)的外部设置有骨架结构，所述钢筒(1)的外侧浇筑有细石混凝土保护层(9)，所述细石混凝土保护层(9)的内部设置有内环筋(7)和纵筋(8)且钢筒(1)的一端焊接有承口结构(10)，所述承口结构(10)包括承口钢环(101)、连接环(102)、第一弹簧(103)和固定环(104)，所述承口钢环(101)焊接在钢筒(1)的一端，所述连接环(102)分为上下两个插接在承口钢环(101)的内部，所述固定环(104)焊接在承口钢环(101)的端面上，所述连接环(102)的外侧固定设置有弹性柱(1021)，所述弹性柱(1021)上套接有第一弹簧(103),且弹性柱(1021)的一端焊接固定在承口钢环(101)的内部，另一端焊接有插口结构(11)，所述插口结构(11)包括插口钢环(111)、顶紧环(112)、弹性套环(113)、双胶密封圈(114)和第二弹簧(115)，所述插口钢环(111)焊接固定在钢筒(1)的另一端，且插口钢环(111)上一体成型设置有密封环(1114)，所述密封环(1114)上套接有弹性套环(113)，所述插口钢环(111)上开设有连接槽(1111)，所述连接槽(1111)的前端开设有插接槽(1112)，所述插接槽(1112)中插接有双胶密封圈(114)且在工作状态下连接环(102)插接在连接槽(1111)中，所述插口钢环(111)的前端开设有伸缩槽(1113)，所述伸缩槽(1113)的底端开设有导向孔(1115)，且伸缩槽(1113) 中插接有顶紧环(112)，所述顶紧环(112)的后端固定设置有导向杆(1121)，所述导向杆(1121)插接在导向孔(1115)中，且导向杆(1121)上套接有第二弹簧(115)。
2.根据权利要求1所述的一种高性能钢筒混凝土复合型顶管，其特征在于：所述骨架结构为钢筋骨架(5)，所述钢筋骨架(5)套接在预应力钢丝(3)的外侧，且钢筋骨架(5)上浇筑有混凝土层(6)。
3.根据权利要求1所述的一种高性能钢筒混凝土复合型顶管，其特征在于：所述插口钢环(111)在工作状态下插接在另一顶管上的承口钢环(101)中，且密封环(1114)插接在混凝土管芯(2)中，且顶紧环(112)抵靠在混凝土管芯(2)的端面上。
4.一种根据权利要求1—3任意一项所述的一种高性能钢筒混凝土复合型顶管的生产工艺，包括以下操作步骤：
步骤一：承口钢环(101)制作：钢板下料，然后进行卷焊最后承口折边涨圆成型；
步骤二：连接环(102)安装：将连接环(102)上的弹性柱(1021)上套接第一弹簧(103)，然后将弹性柱(1021)焊接固定在承口钢环(101)的内部，将固定环(104)焊接在承口钢环(101)的端面上完成连接环(102)的安装；
步骤三：插口钢环(111)制作：异型钢材下料进行卷焊最后插口涨圆成型；
步骤四：插口钢环(111)上组件装配：将双胶密封圈(114)套接在插口钢环(111)上，再将第二弹簧(115)焊接固定在导向孔(1115) 的端面上，然后将顶紧环(112)上的导向杆(1121)对准伸缩槽(1113)上的导向孔(1115)将顶紧环(112)插接到伸缩槽(1113)中，然后将第二弹簧(115)的另一端焊接固定在顶紧环(112)的端面上，最后将弹性套环(113)套接在密封环(1114)上；
步骤五：钢筒(1)制作：钢筒(1)自动卷焊成型，然后将承口钢环(101)和插口钢环(111)分别焊接在钢筒(1)的两端再进行水压试验；
步骤六：混凝土管芯(2)成型：混凝土管芯(2)模板组装，然后进行水泥、砂、碎石的定量计算进行混凝土管芯(2)的浇筑；
步骤七：混凝土管芯(2)的养护：进行混凝土管芯(2)的蒸汽养护；
步骤八：管芯脱模：混凝土管芯(2)进行一段时间的养护之后达到要求的强度即可进行管芯脱模；
步骤九：混凝土二次浇筑：在混凝土管芯(2)的外侧缠绕预应力钢丝(3)，然后在预应力钢丝(3)的外侧配置钢筋骨架(5)，进行外层混凝土层(6)的浇筑；
步骤十：管材养护：混凝土层(6)浇筑完成后进行管材的再次养护直到达到所要求的混凝土强度；
步骤十一：保护层制作：在管材的外侧进行模板的制作，然后浇筑细石混凝土保护层(9)再对管材进行养护；
步骤十二：装运出厂：管材养护完成后进行承插口的防腐处理，进行成品的包装、标识和堆放然后装运出厂。
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