CN114183166B - 一种可伸缩的成套顶铁装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于技术领域，本发明属于非开挖市政顶管工程技术领域，特别是一种可伸缩的成套顶铁装置，包括可逐级伸长的多级顶铁装置、顶铁装置与主顶油缸的受力转接装置。本方案一次组装完成即可投入使用，相比于传统顶铁装置单次顶进过程可节省时间成本86％以上，达到相同顶进行程的前提下，顶铁装置所占工作井空间仅为传统装置的1/3，极大地减少了施工成本、降低了施工风险、提高了施工效率。

Description

一种可伸缩的成套顶铁装置

技术领域

本发明属于非开挖市政顶管工程技术领域，特别是一种可伸缩的成套顶铁装置。

背景技术

顶铁作为非开挖顶管工程顶进过程中的一个重要辅助工具，在管节顶进过程中起到非常重要的作用。通过在主顶油缸和新顶入管节中放置顶铁和顶进环，使主顶油缸的推力均匀分散作用到管节端面，保护管节端面的同时还能增加油缸的形行程。

然而，在具体顶进施工过程中，由于顶管工作井的空间有限，管节需逐节下放，前一节管节顶入后，需将顶铁吊出工作井为后一节管节腾出充足的安放空间，待新管节吊入后，再吊入顶铁继续顶进。上述过程不但耗时长、效率低、成本高，而且重复吊装过程中可能出现顶铁与管节磕碰造成管节损伤、以及吊装绳摆动造成的安全隐患等情况，增加了施工质量及现场安全性等方面的不可控因素。此外，实际施工现场为增加油缸行程，一般将多块顶铁叠加起来共同工作，在不能保证每次精准吊放的情况下难以保持该套系统的整体安全性，容易出现各分块顶铁间、顶铁与管节及主顶油缸间的接触不完全或错位等情况，从而导致顶力传递发生偏心和偏转，使得接触端面产生角度偏转和破坏，易造成工程事故。

发明内容

本发明主要针对顶管施工过程中需重复吊放顶铁以及现有顶铁设备整体性不强等给施工带来安全隐患的情况，提出一种成套的、可伸缩回退的顶铁装置，以解决顶管工作井空间有限导致的顶铁吊装、顶进等一系列问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种可伸缩的成套顶铁装置，包括主顶油缸、可逐级伸长的多级顶铁装置、多级顶铁装置与主顶油缸的受力转接装置以及整体顶铁回收装置，所述可逐级伸长的多级顶铁装置由多级直径逐级变小且能依次套住的顶铁单元和位于最外侧顶铁单元底部的定向轮组成，所述顶铁单元由顶铁外壳、若干个双向油缸、与双向油缸数量相同的油缸夹持装置和直线导轨、以及周向设置的环向连接构件组成，直线导轨沿轴向设在顶铁外壳的内壁，双向油缸通过油缸夹持装置固定在直线导轨上且能沿直线导轨运动，所述油缸夹持装置由上部活动端、下部滑块、转动轴、限位立柱、对拉螺杆、螺母、橡胶垫片、紧固螺栓和纵向限位挡板组成，上部活动端的内部有空腔且上部活动端能绕转动轴打开，双向油缸位于上部活动端的内腔中，紧固螺栓将双向油缸与下部滑块的相对位置固定，下部滑块能在直线导轨上运动，上部活动端内的橡胶垫片包裹住双向油缸，上部活动端外的限位立柱、对拉螺杆和螺母相配合使上部活动端栓紧，每一级顶铁单元内所有的双向油缸或油缸夹持装置通过环向连接构件连接为整体；所述受力转接装置位于多级顶铁装置和主顶油缸之间，由矩形受力转接钢板、螺纹法兰盘及固定螺栓组成，主顶油缸的一端通过螺纹法兰盘和固定螺栓与矩形受力转接钢板相连，多级顶铁装置的一端通过固定螺栓与受力转接钢板连接；所述整体顶铁回收装置至少包括顶进环和倒拉油缸，所述顶进环位于多级顶铁装置前方，所述倒拉油缸的一端与受力转接钢板固定、另一端与顶进环固定。

而且，多级顶铁装置由位于最外侧顶铁单元底部的定向轮支撑，多级顶铁装置通过定向轮在位于顶管工作井底板上的导轨上运动。

而且，所述受力转接装置用于将主顶油缸提供的顶进力转换到多级顶铁装置上。

而且，若干个双向油缸间或油缸夹持装置通过环向连接构件进行连接，每一级顶铁单元内的各顶进单元形成一个整体并同步顶进，所述顶进单元为一组双向油缸及其油缸夹持装置。

而且，主顶油缸的另一端与油缸排架连接，位于油缸排架后方的后背墙以及顶管工作井井壁提供的反作用力；主顶油缸通过受力转接钢板将顶力传递给多级顶铁装置，在多级顶铁中顶力通过双向油缸传递到位于多级顶铁装置前方的顶进环，再传递到顶进环前的管节上。

而且，除最内侧顶铁单元以外的顶铁单元均设有中隔板，中隔板与相应的顶铁外壳相连，相邻两级顶铁单元的双向油缸的顶力通过中隔板传递。

而且，所述整体顶铁回收装置还包括连接构件，所述连接构件包括连接法兰盘和螺栓，用于将倒拉油缸的两端分别固定在受力转接钢板和顶进环上，所述整体顶铁回收装置通过倒拉油缸能将处于伸出状态的多级顶铁回收至最外侧顶铁单元内。

此外，双向油缸通过油缸夹持装置固定在直线导轨上的方法为：

步骤1.先将油缸夹持装置上部活动端绕转动轴打开并放入双向油缸；

步骤2.将双向油缸通过紧固螺栓固定在下部滑块上；

步骤3.将限位立柱和下部的螺母拧紧，然后将对拉螺杆穿过限位立柱，再通过侧面的螺母将上部活动端的两端拧紧使双向油缸被橡胶垫片包裹；

步骤4.通过对拉螺杆、限位立柱以及螺母将上部活动端栓紧，栓紧双向油缸并限制双向油缸的径向位移，使油缸夹持装置形成一个整体；

步骤5.在双向油缸的两端均设置纵向限位板，以限制双向油缸的纵向位移；

步骤6.将下部滑块安装在直线导轨上。

与现有分块式、需重复吊装的传统顶铁相比，本发明具有以下技术优点：

(1)与传统顶铁装置相比，本发明无需多次吊装，且通过采用多级油缸推进和整体回收装置最大限度地减少了顶铁设备在工作井的空间占用，减少了单节管节顶进时间，极大地提高了顶进施工效率。

(2)本发明采用的顶管顶铁装置完成拼装后是一个整体，避免了传统顶铁设备各分块顶铁间由于接触不完全或错位等情况导致顶力传递发生偏心和偏转，使得接触端面产生角度偏转和破坏等情况的发生，提高了整体顶进安全性。

(3)本发明通过装置内部的伸缩油缸对顶进力多级传递，可增大主顶油缸的行程，避免主顶油缸行程过长对油缸活塞和导向套密封件形成回流背压冲击使整体稳定性降低，极大地减小爆缸风险。

(4)本发明装置内采用双向油缸增加顶进行程，油缸通过油缸夹持装置固定在直线导轨上，同时将各油缸进行环向连接，实现了同一级顶铁设备同步顶进、回收，局部稳定性提高。

(5)用于固定油缸的夹持装置由纵向限位挡板和对拉螺栓分别限制油缸的纵向和径向位移，提高了构件的整体刚度安全性。

(6)顶铁装置回收系统由倒拉油缸实现回收，倒拉油缸一端固定在受力转接钢板，另一端固定在顶进环上，以实现整体倒拉回收，回收完成后该装置在工作井内仅为第0级顶铁尺寸所占用的空间，使整个顶铁装置在顶管工作井内的占用空间最小。

(7)本发明将受力转接钢板和主顶油缸两者固定，以实现多级顶铁装置与主顶油缸整体同步顶进和回收。

(8)本发明一次组装完成即可投入使用，相比于传统顶铁装置单次顶进过程可节省时间成本86％以上，达到相同顶进行程的前提下，顶铁装置所占工作井空间仅为传统装置的1/3，极大地减少了施工成本、降低了施工风险、提高了施工效率。

附图说明

图1为本发明的一种可伸缩的成套顶铁装置示意图

图2为本发明的双向油缸的油缸夹持装置正视图

图3为本发明的双向油缸的油缸夹持装置侧视图

图4为本发明的多级顶铁装置与倒拉油缸相对位置示意图

图5为本发明的主顶油缸与受力转接钢板连接示意图

附图标记说明：1-多级顶铁装置、2-双向油缸、3-倒拉油缸、4-主顶油缸、5-油缸排架、6-后背墙、7-工作井井壁、8-管节、9-顶进环、10-工作井底板、11-导轨、12-定向轮、13-受力转接钢板、14-限位立柱、15-对拉螺杆、16-螺母、17-橡胶垫片、18-转动轴、19-紧固螺栓、20-直线导轨、21-下部滑块、22-纵向限位板、23-环向连接构件、24-顶铁外壳、25-固定螺栓、26-螺纹法兰盘、27-中隔板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细具体说明，本发明的内容不局限于以下实施例。

一种可伸缩的高效成套顶铁装置，主要包括可逐级伸长的多级顶铁装置、顶铁装置与主顶油缸的受力转接装置以及整体顶铁回收装置。

如图1所示，多级顶铁装置1由定向轮12支撑，在位于顶管工作井底板10上的导轨11上运动；位于油缸排架5上的主顶油缸4通过后背墙6以及顶管工作井井壁7提供的反力将多级顶铁装置1向前顶进。

如图1所示，主顶油缸4通过受力转接钢板13将顶力传递给多级顶铁装置1，在多级顶铁装置1中顶力通过双向油缸2传递到顶进环9，然后再传递到管节8的端口上，实现顶进力在各构件中的传递。

如图1所示，各双向油缸2间通过环向连接构件23进行连接，使该级顶铁内的各顶进单元形成一个整体，实现各顶进单元同步顶进；倒拉油缸3一端固定在受力转接钢板13上，另一端固定在顶进环9上，以实现多级顶铁装置1整体倒拉回收。其倒拉回收功能来自于整体顶铁回收装置，所述整体顶铁回收装置由顶进环、倒拉油缸和连接构件组成，所述顶进环位于多级顶铁装置前方，所述倒拉油缸的一端与受力转接钢板固定、另一端与顶进环固定，所述连接构件包括连接法兰盘和螺栓，用于将倒拉油缸的两端分别固定在受力转接钢板和顶进环上。顶进环既起到在顶进过程中将顶力整体传递到管节的作用，又起到在回收过程中将倒拉油缸的回拉力整体传递到多级顶铁装置的作用。整体顶铁回收装置通过倒拉油缸能将处于伸出状态的多级顶铁回收最外侧顶铁单元内。

如图2所示，在进行初步安装固定双向油缸2时，先将上部活动端绕转动轴18打开并放入双向油缸2，再将限位立柱14下部螺母16拧紧，然后将对拉螺杆15穿过限位立柱14，最后通过螺母16将活动端两端拧紧；双向油缸2由橡胶垫片17包裹，通过对拉螺杆15、限位立柱14以及螺母16将上部活动端栓紧，限制双向油缸2的径向位移。

如图2所示，栓紧的双向油缸2通过紧固螺栓19固定在下部滑块21上，形成一个整体。

如图3所示，在双向油缸2的两端均设置纵向限位板22，以限制双向油缸2的纵向位移。

如图4所示，各双向油缸2在顶铁外壳24内等角度布置，顶铁外壳可逐级伸长，并通过环向连接构件23进行连接，形成一个顶进单元。

除最内侧顶铁单元以外的顶铁单元均设有中隔板27，中隔板与相应的顶铁外壳相连，相邻两级顶铁单元的双向油缸的顶力通过中隔板传递，而最内侧顶铁单元无中隔板结构，最内侧顶铁单元的双向油缸的顶力传递至顶进环9。

具体的顶力传递过程是：主顶油缸→受力转接钢板→多级顶铁装置→顶进环→管节，在多级顶铁装置是：受力转接钢板的内侧→最外侧顶铁单元的双向油缸→中隔板→第二级双向油缸→中隔板……→最内侧顶铁单元的双向油缸→顶进环内侧。最外侧顶铁单元是最先收到受力转接钢板力的顶铁单元，最外侧顶铁单元的双向油缸也可以叫做第一级双向油缸，随后受力的依次为第二级双向油缸、第三级双向油缸……而最后一级双向油缸即位于最内侧顶铁单元的双向油缸，最后一级双向油缸的顶力传递至顶进环。

如图5所示，主顶油缸4通过螺纹法兰盘26和固定螺栓25与矩形受力转接钢板13相连，将主顶油缸4提供的成列排布的顶进力转换到多级顶铁装置1上；多级顶铁装置1通过固定螺栓25与受力转接钢板13连接，在主顶油缸4回退时同步拉动回退。

本发明采用的多级顶铁装置1的外形轮廓不仅限于圆形，可以延伸到矩形、U型以及其它组合形式，可根据顶入管道的截面形状合理调整。

Claims (8)

1.一种可伸缩的成套顶铁装置，包括主顶油缸、可逐级伸长的多级顶铁装置、多级顶铁装置与主顶油缸的受力转接装置以及整体顶铁回收装置，其特征在于：所述可逐级伸长的多级顶铁装置由多级直径逐级变小且能依次套住的顶铁单元和位于最外侧顶铁单元底部的定向轮组成，所述顶铁单元由顶铁外壳、若干个双向油缸、与双向油缸数量相同的油缸夹持装置和直线导轨、以及周向设置的环向连接构件组成，直线导轨沿轴向设在顶铁外壳的内壁，双向油缸通过油缸夹持装置固定在直线导轨上且能沿直线导轨运动，所述油缸夹持装置由上部活动端、下部滑块、转动轴、限位立柱、对拉螺杆、螺母、橡胶垫片、紧固螺栓和纵向限位板组成，上部活动端的内部有空腔且上部活动端能绕转动轴打开，双向油缸位于上部活动端的内腔中，紧固螺栓将双向油缸与下部滑块的相对位置固定，下部滑块能在直线导轨上运动，上部活动端内的橡胶垫片包裹住双向油缸，上部活动端外的限位立柱、对拉螺杆和螺母相配合使上部活动端栓紧，每一级顶铁单元内所有的双向油缸或油缸夹持装置通过环向连接构件连接为整体，纵向限位板设置在双向油缸的两端，以限制双向油缸的纵向位移；所述受力转接装置位于多级顶铁装置和主顶油缸之间，由矩形受力转接钢板、螺纹法兰盘及固定螺栓组成，主顶油缸的一端通过螺纹法兰盘和固定螺栓与矩形受力转接钢板相连，多级顶铁装置的一端通过固定螺栓与矩形受力转接钢板连接；所述整体顶铁回收装置至少包括顶进环和倒拉油缸，所述顶进环位于多级顶铁装置前方，所述倒拉油缸的一端与矩形受力转接钢板固定、另一端与顶进环固定。

2.根据权利要求1所述的可伸缩的成套顶铁装置，其特征在于：多级顶铁装置由位于最外侧顶铁单元底部的定向轮支撑，多级顶铁装置通过定向轮在位于顶管工作井底板上的导轨上运动。

3.根据权利要求1所述的可伸缩的成套顶铁装置，其特征在于：所述受力转接装置用于将主顶油缸提供的顶进力转换到多级顶铁装置上。

4.根据权利要求1所述的可伸缩的成套顶铁装置，其特征在于：若干个双向油缸间或油缸夹持装置间通过环向连接构件进行连接，每一级顶铁单元内的各顶进单元形成一个整体并同步顶进，所述顶进单元为一组双向油缸及其油缸夹持装置。

5.根据权利要求1所述的可伸缩的成套顶铁装置，其特征在于：主顶油缸的另一端与油缸排架连接，位于油缸排架后方的后背墙以及顶管工作井井壁提供反作用力；主顶油缸通过矩形受力转接钢板将顶力传递给多级顶铁装置，在多级顶铁装置中顶力通过双向油缸传递到位于多级顶铁装置前方的顶进环，再传递到顶进环前的管节上。

6.根据权利要求1所述的可伸缩的成套顶铁装置，其特征在于：除最内侧顶铁单元以外的顶铁单元均设有中隔板，中隔板与相应的顶铁外壳相连，相邻两级顶铁单元的双向油缸的顶力通过中隔板传递。

7.根据权利要求1所述的可伸缩的成套顶铁装置，其特征在于：所述整体顶铁回收装置还包括连接构件，所述连接构件包括连接法兰盘和螺栓，用于将倒拉油缸的两端分别固定在矩形受力转接钢板和顶进环上，所述整体顶铁回收装置通过倒拉油缸能将处于伸出状态的多级顶铁装置回收至最外侧顶铁单元内。

8.根据权利要求1所述的可伸缩的成套顶铁装置，其特征在于，双向油缸通过油缸夹持装置固定在直线导轨上的方法为：

步骤1.先将油缸夹持装置上部活动端绕转动轴打开并放入双向油缸；

步骤2.将双向油缸通过紧固螺栓固定在下部滑块上；

步骤3.将限位立柱和下部的螺母拧紧，然后将对拉螺杆穿过限位立柱，再通过侧面的螺母将上部活动端的两端拧紧使双向油缸被橡胶垫片包裹；

步骤4.通过对拉螺杆、限位立柱以及螺母将上部活动端栓紧，栓紧双向油缸并限制双向油缸的径向位移，使油缸夹持装置形成一个整体；

步骤5.在双向油缸的两端均设置纵向限位板，以限制双向油缸的纵向位移；

步骤6.将下部滑块安装在直线导轨上。