CN114294474B - 一种具有定位功能的顶管系统及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种具有定位功能的顶管系统及其施工方法，其顶管系统包括基座，具有施工平台；主千斤顶，安装在基座的施工平台上，用于提供推送管节的动力；环形支座，安装在主千斤顶上，用于推送管节；两组导轨，沿主千斤顶顶进方向可拆卸布置在基座的施工平台上；管节支撑在导轨上，管节与所述环形支座同轴线；所述环形支座上同轴安装有定位机构，所述定位机构支撑管节内壁，辅助管节与环形支座同轴布置。本申请的顶管系统利用定位机构从管节内部对管节二次施力，辅助相邻管节同轴分布，避免相邻管节因偏位导致对接端部出现误差甚至破损，影响管路的密封效果。

Description

一种具有定位功能的顶管系统及其施工方法

技术领域

本申请涉及管道施工领域，特别涉及一种具有定位功能的顶管系统及其施工方法。

背景技术

顶管施工技术已成为城市地下管节非明挖施工的主要手段，在给排水、污水治理、通信、电力管节等领域得到了广泛的运用。

顶管施工的施工步骤主要是先在工作井内设置支座和安装主千斤顶，所需铺设的管节紧跟在顶管机后，在主千斤顶推力的作用下顶管机向土层内掘进，掘出的泥土由土泵或螺旋输送机排出或以泥浆的形式通过泥浆泵经管节排出；推进一节管节后，主千斤顶缩回，吊装上另一节管节，继续顶进；如此往复，直至整个隧洞结构铺设完毕；整个隧洞结构铺设完毕后，顶管机从接收井吊至地面。

在顶管施工过程中，铺设的管节一般采用吊装方式下设至工作井底部轨道上，但由于管道下设过程中，管道摆放会出现偏差，难免对轨道造成冲击碰撞，导致轨道后期形变严重，致使后续管节的同轴度误差逐渐增大，影响管节的正常对接。

发明内容

针对上述问题，本申请提供一种具有定位功能的顶管系统及其施工方法。

第一方面，本申请提供一种具有定位功能的顶管系统,采用如下的技术方案：

一种具有定位功能的顶管系统，包括：基座，具有施工平台；主千斤顶，安装在基座的施工平台上，用于提供推送管节的动力；环形支座，安装在主千斤顶上，用于推送管节；两组导轨，沿主千斤顶顶进方向可拆卸布置在基座的施工平台上；管节支撑在导轨上，管节与所述环形支座同轴线；所述环形支座上同轴安装有定位机构，所述定位机构支撑管节内壁，辅助管节与环形支座同轴布置。

通过采用上述技术方案，顶管系统的施工步骤是先在工作井内设置基座与主千斤顶，在基座背侧设置后背，导轨可沿管路铺设方向预装在基座上；将顶管机吊装支撑在导轨上，顶管机掘进端与工作井止水墙留有间距；将管节吊装在主千斤顶和顶管机之间，主千斤顶工作，推动环形支座抵靠在管节侧端，推动定位机构伸入管节内部，定位机构从管节内部对管节二次施力，辅助相邻管节同轴分布，避免相邻管节因偏位导致对接端部出现误差甚至破损，影响管路的密封效果；主千斤顶继续顶进，在主千斤顶推力的作用下顶管机向土层内掘进，进行管路铺设。

可选的，所述定位机构包括安装在环形支座内部的安装架、固接在安装架上与环形支座同轴设置的两组定位环、滑动穿设在定位环上的多组定位杆，以及安装在安装架上驱使各定位杆同步顶升管节内壁的动力组件。

通过采用上述技术方案，安装架为定位机构的其他结构提供安装基础，定位环同轴布置在管节内部首尾两端，定位杆在动力组件的驱动下，对管节首尾两端同时施力，使管节与环形支座同轴线。

可选的，所述动力组件包括转动安装在安装架上的双向螺杆，和固接在安装架上并位于双向螺杆一侧的导向杆，所述双向螺杆与环形支座同轴线，两所述定位环相对位于双向螺杆的两螺纹段上；双向螺杆的两螺纹段上分别螺纹连接有定位块，两所述定位块均与导向杆滑动连接；所述双向螺杆传动连接有动力电机，所述动力电机工作带动双向螺杆转动，在导向杆的限制下，驱使两定位块沿双向螺杆作反向平移运动；所述定位块挤压定位杆端部，驱使定位杆移动对外施加压力。

通过采用上述技术方案，动力电机工作带动双向螺杆转动，在导向杆的限制下，驱使两定位块沿双向螺杆作反向平移运动；动力电机正转，驱使两定位块作相向的平移运动，两定位块同时挤压推动定位杆朝远离双向螺杆的方向移动，对外施加压力；动力电机反转，驱使两定位块作相背的平移运动，两定位块同时与定位杆分离，各定位杆逐步复位，解除对外施压。

可选的，所述定位杆位于定位环外的一端固接有支撑板，所述定位杆位于定位环内的一端固接有调节板；所述定位杆位于定位环内的杆体上套设有弹簧，所述弹簧压缩设置在调节板与定位环内壁之间。

通过采用上述技术方案，定位杆上的支撑板用于与管件内壁配合，提高支撑面积；定位杆上的调节板用于与定位块配合，方便定位块推动定位杆移动；弹簧弹力作用在调节板上，推动定位杆朝向双向螺杆移动。

可选的，所述调节板朝向双向螺杆的一侧设置有导向锥面，所述定位块设置为圆台状，位于同一螺纹段的调节板和定位块，两者锥面同向设置。

通过采用上述技术方案，定位块同时挤压相对应的调节板，在两者锥面的引导下，推动定位杆朝远离双向螺杆的方向移动。

可选的，所述安装架滑动安装在环形支座内，所述主千斤顶上固接有副千斤顶，所述副千斤顶与安装架传动连接，驱使安装架相对环形支座滑动。

通过采用上述技术方案，副千斤顶工作带动安装架相对环形支座滑动，使定位机构可回缩在主千斤顶和环形支座内；需要对管节进行顶进时，在副千斤顶的推动下，伸入管节内部进行定位，并与主千斤顶配合，对管节进行顶进。

可选的，所述导轨底部固接有支撑座，所述基座的施工平台上设置有沉槽，支撑座支撑在沉槽内，用高强螺栓将两者固定连接。

通过采用上述技术方案，施工平台上设置沉槽，导轨的支撑座装嵌在沉槽中，提高导轨安装的稳定性。

可选的，所述基座沿沉槽方向布置有用于将导轨撬起的撬杆。

通过采用上述技术方案，对撬杆施力，利用杠杆原理可将导轨底部向上撬起，以便拆装更换导轨。

可选的，所述管节端部套设有环形的密封胶袋。

通过采用上述技术方案，密封胶袋中填充密封胶，相邻两管节对接后，在主千斤顶的推送下，将两管节间的密封胶袋挤破，使密封胶填充满管节的连接处，保障管路整体的密封效果。

第二方面，本申请提供一种顶管系统的施工方法,包括以下过程：

在工作井内设置基座与主千斤顶，在基座背侧设置后背，导轨沿管路铺设方向安装在基座上；

顶管机吊装支撑在导轨上，管节吊装在主千斤顶和顶管机之间；

主千斤顶工作，推动环形支座抵靠在管节侧端，推动定位机构伸入管节内部，定位机构的两定位环位于管节的首尾两端；

动力电机工作，驱使两定位块作相向运动，定位块推动定位杆向外移动，各定位杆同步抵压在管节内壁上，对管节首尾两端同时施力，使管节与环形支座同轴线；

主千斤顶继续顶进，在主千斤顶推力的作用下顶管机向土层内掘进；

推进一节管节后，动力电机反转，主千斤顶缩回，吊装下一节管节，继续顶进；

如此往复，直至整个隧洞结构铺设完毕，顶管机从接收井吊至地面。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、本顶管系统利用定位机构从管节内部对管节二次施力，辅助相邻管节同轴分布，避免相邻管节因偏位导致对接端部出现误差甚至破损，影响管路的密封效果；

2、通过在管节内部首尾两端设置定位环和定位杆，由双向螺杆驱使两定位块同步运动，驱使各定位杆对管节首尾两端同时施力，使管节与环形支座同轴线，以便进行后续的顶进步骤；

3、通过将定位机构的安装架滑动安装在环形支座上，为定位机构配置独立的顶进或回缩动力，使定位机构可回缩在主千斤顶和环形支座内。

附图说明

图1是本申请实施例1的结构示意图。

图2是本申请实施例1中定位机构的结构示意图。

图3是本申请实施例1中撬杆的结构示意图。

图4是本申请实施例2中定位机构的结构示意图。

附图标记说明：

1、基座；11、沉槽；12、安装槽；2、主千斤顶；3、环形支座；31、连接槽；4、导轨；41、支撑座；5、定位机构；51、安装架；511、连接轨；52、双向螺杆；53、导向杆；54、定位环；55、定位杆；551、支撑板；552、调节板；553、弹簧；56、定位块；57、动力电机；6、顶管机；7、管节；8、撬杆；9、副千斤顶。

具体实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种具有定位功能的顶管系统。

实施例1

参照图1，顶管系统包括基座1、主千斤顶2、环形支座3、导轨4、定位机构5及顶管机6。

基座1安装在施工场地的工作井中，基座1的顶面作为施工平台为各机构提供安装基础。

主千斤顶2安装在基座1的施工平台上，主千斤顶2的活塞杆朝向管路既定铺设方向设置；主千斤顶2的背侧埋设后背，后背为钢筋混凝土结构，下部埋入土层中，上部露在外面为主千斤顶2提供支撑力。

主千斤顶2的活塞杆呈环形分布，环形支座3一侧与主千斤顶2的活塞杆固接，另一侧用于推送管节7。

导轨4设置为两组，沿主千斤顶2顶进方向可拆卸布置在基座1的施工平台上；导轨4底部固接有支撑座41，基座1的施工平台上设置有沉槽11，支撑座41支撑在沉槽11内，用高强螺栓将两者固定连接；导轨4伸出沉槽11，管节7支撑在导轨4上，管节7与环形支座3的同轴线。

参照图1和图2，定位机构5包括安装架51、双向螺杆52、导向杆53、定位环54、定位杆55、定位块56及动力电机57，其中安装架51为若干支杆组成的笼状结构，安装架51上间隔安装有两组安装环，两安装环均与环形支座3同轴线；双向螺杆52通过轴承转动安装在两安装环上；导向杆53为光杆结构，水平固接在安装架51上，导向杆53与双向螺杆52轴线平行。双向螺杆52与导向杆53沿主千斤顶2顶进方向部分伸出安装架51。

定位环54设置为两组，平行且间隔设置在环形支座3一侧，两定位环54与环形支座3同轴布置；两定位环54之间通过连杆固定在一起，靠近环形支座3的定位环54通过连杆固定在安装架51上。两定位环54套设在双向螺杆52和导向杆53上，且两定位环54相对位于双向螺杆52的两螺纹段上。

定位杆55设置为多组，均匀分布在定位环54上；本实施例以每个定位环54安装四组定位杆55为例进行说明，四组定位杆55沿定位环54径向滑动穿设在定位环54上，定位杆55位于定位环54外部的一端固接有弧形的支撑板551，定位杆55位于定位环54内部的一端固接有调节板552；定位杆55位于定位环54内的杆体上套设有弹簧553，弹簧553压缩设置在调节板552与定位环54内壁之间。

定位块56呈圆台状，其中部开设有螺纹孔，螺纹孔一侧开设有光孔；定位块56设置有两个，两定位块56分别螺纹连接在双向螺杆52的两螺纹段上，两定位块56的锥面相向设置，且每个定位块56通过光孔与导向杆53滑动配合。调节板552朝向双向螺杆52的一侧设置有导向锥面，位于同一螺纹段的调节板552和定位块56，两者锥面同向设置。

动力电机57安装在安装架51上，与双向螺杆52传动连接；动力电机57工作带动双向螺杆52转动，在导向杆53的限制下，驱使两定位块56沿双向螺杆52作反向平移运动；如动力电机57正转，驱使两定位块56作相向的平移运动，两定位块56同时挤压相对应的调节板552，在两者锥面的引导下，推动定位杆55朝远离双向螺杆52的方向移动，对外施加压力；如动力电机57反转，驱使两定位块56作相背的平移运动，两定位块56同时与调节板552分离，在弹簧553弹力作用下，各定位杆55逐步复位，解除对外施压。

顶管机6支撑在导轨4上，用于掘进土层。

本顶管系统的施工步骤主要是先在工作井内设置基座1与主千斤顶2，在基座1背侧设置后背，导轨4可沿管路铺设方向预装在基座1上；将顶管机6吊装支撑在导轨4上，顶管机6掘进端与工作井止水墙留有间距；将管节7吊装在主千斤顶2和顶管机6之间，主千斤顶2工作，推动环形支座3抵靠在管节7侧端，推动定位机构5伸入管节7内部，定位机构5的两定位环54位于管节7的首尾两端。

动力电机57工作驱使两定位块56作相向运动，定位块56推动定位杆55向外移动，各定位杆55同步抵压在管节7内壁上，对管节7首尾两端同时施力，使管节7与环形支座3同轴线；主千斤顶2继续顶进，在主千斤顶2推力的作用下顶管机6向土层内掘进，掘出的泥土由土泵或螺旋输送机排出或以泥浆的形式通过泥浆泵经管节7排出；推进一节管节7后，动力电机57反转，主千斤顶2缩回，吊装下一节管节7，继续顶进；如此往复，直至整个隧洞结构铺设完毕；整个隧洞结构铺设完毕后，顶管机6从接收井吊至地面。

本顶管系统利用定位机构5从管节7内部对管节7二次施力，辅助相邻管节7同轴分布，避免相邻管节7因偏位导致对接端部出现误差甚至破损，影响管路的密封效果。

为了进一步提高管节7对接的密封性，在管节7端部套设有环形的密封胶袋，密封胶袋中填充密封胶，并在密封胶袋上预设薄壁处，使密封胶袋受压后能从薄壁处破裂；如此，相邻两管节7对接后，在主千斤顶2的推送下，将两管节7间的密封胶袋挤破，使密封胶填充满管节7的连接处，保障管路整体的密封效果。

导轨4在长时间承接吊装的管节7后，导轨4自身容易发生变形；后期更换导轨4时，由于变形原因会造成导轨4与沉槽11分离困难；参照图1和图3，为此我们在基座1的施工平台上，沿沉槽11相对两侧错位设置多组安装槽12，安装槽12将施工平台顶面和沉槽11槽底贯穿；安装槽12中均铰接有撬杆8，撬杆8上端伸出施工平台，撬杆8下端抵压在导轨4的支撑座41底面上；对撬杆8上端施力，利用杠杆原理可将导轨4底部向上撬起，以便拆装更换导轨4。

实施例2

本申请实施例与实施例1的区别在于，定位机构5的安装架51滑动安装在环形支座3上，定位机构5配置有独立的顶进或回缩动力。

参照图4，环形支座3的内环面上沿轴向贯穿开设有连接槽31，安装架51上固接有连接轨511，连接轨511滑动安装在连接槽31中，实现安装架51与环形支座3的滑动配合。

主千斤顶2面向安装架51的一侧固接有副千斤顶9，副千斤顶9的活塞杆可通过法兰盘与安装架51固接；副千斤顶9工作带动安装架51相对环形支座3滑动，使定位机构5可回缩在主千斤顶2和环形支座3内；需要对管节7进行顶进时，在副千斤顶9的推动下，伸入管节7内部进行定位，并与主千斤顶2配合，对管节7进行顶进。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种具有定位功能的顶管系统，其特征在于，包括：

基座(1)，具有施工平台；

主千斤顶(2)，安装在基座(1)的施工平台上，用于提供推送管节(7)的动力；

环形支座(3)，安装在主千斤顶(2)上，用于推送管节(7)；

两组导轨(4)，沿主千斤顶(2)顶进方向可拆卸布置在基座(1)的施工平台上；

管节(7)支撑在导轨(4)上，管节(7)与所述环形支座(3)同轴线；

所述环形支座(3)上同轴安装有定位机构(5)，所述定位机构(5)支撑管节(7)内壁，辅助管节(7)与环形支座(3)同轴布置；

所述定位机构(5)包括安装在环形支座(3)内部的安装架(51)、固接在安装架(51)上与环形支座(3)同轴设置的两组定位环(54)、滑动穿设在定位环(54)上的多组定位杆(55)，以及安装在安装架(51)上驱使各定位杆(55)同步顶升管节(7)内壁的动力组件；

所述动力组件包括转动安装在安装架(51)上的双向螺杆(52)，和固接在安装架(51)上并位于双向螺杆(52)一侧的导向杆(53)，所述双向螺杆(52)与环形支座(3)同轴线，两所述定位环(54)相对位于双向螺杆(52)的两螺纹段上；

双向螺杆(52)的两螺纹段上分别螺纹连接有定位块(56)，两所述定位块(56)均与导向杆(53)滑动连接；

所述双向螺杆(52)传动连接有动力电机(57)，所述动力电机(57)工作带动双向螺杆(52)转动，在导向杆(53)的限制下，驱使两定位块(56)沿双向螺杆(52)作反向平移运动；所述定位块(56)挤压定位杆(55)端部，驱使定位杆(55)移动对外施加压力。

2.根据权利要求1所述的具有定位功能的顶管系统，其特征在于：所述定位杆(55)位于定位环(54)外的一端固接有支撑板(551)，所述定位杆(55)位于定位环(54)内的一端固接有调节板(552)；所述定位杆(55)位于定位环(54)内的杆体上套设有弹簧(553)，所述弹簧(553)压缩设置在调节板(552)与定位环(54)内壁之间。

3.根据权利要求2所述的具有定位功能的顶管系统，其特征在于：所述调节板(552)朝向双向螺杆(52)的一侧设置有导向锥面，所述定位块(56)设置为圆台状，位于同一螺纹段的调节板(552)和定位块(56)，两者锥面同向设置。

4.根据权利要求1所述的具有定位功能的顶管系统，其特征在于：所述安装架(51)滑动安装在环形支座(3)内，所述主千斤顶(2)上固接有副千斤顶(9)，所述副千斤顶(9)与安装架(51)传动连接，驱使安装架(51)相对环形支座(3)滑动。

5.根据权利要求1所述的具有定位功能的顶管系统，其特征在于：所述导轨(4)底部固接有支撑座(41)，所述基座(1)的施工平台上设置有沉槽(11)，支撑座(41)支撑在沉槽(11)内，用高强螺栓将两者固定连接。

6.根据权利要求5所述的具有定位功能的顶管系统，其特征在于：所述基座(1)沿沉槽(11)方向布置有用于将导轨(4)撬起的撬杆(8)。

7.根据权利要求1所述的具有定位功能的顶管系统，其特征在于：所述管节(7)端部套设有环形的密封胶袋。

8.一种采用权利要求1所述的一种具有定位功能的顶管系统的施工方法，其特征在于，包括以下过程：

在工作井内设置基座(1)与主千斤顶(2)，在基座(1)背侧设置后背，导轨(4)沿管路铺设方向安装在基座(1)上；

顶管机(6)吊装支撑在导轨(4)上，管节(7)吊装在主千斤顶(2)和顶管机(6)之间；

主千斤顶(2)工作，推动环形支座(3)抵靠在管节(7)侧端，推动定位机构(5)伸入管节(7)内部，定位机构(5)的两定位环(54)位于管节(7)的首尾两端；

动力电机(57)工作，驱使两定位块(56)作相向运动，定位块(56)推动定位杆(55)向外移动，各定位杆(55)同步抵压在管节(7)内壁上，对管节(7)首尾两端同时施力，使管节(7)与环形支座(3)同轴线；

主千斤顶(2)继续顶进，在主千斤顶(2)推力的作用下顶管机(6)向土层内掘进；

推进一节管节(7)后，动力电机(57)反转，主千斤顶(2)缩回，吊装下一节管节(7)，继续顶进；

如此往复，直至整个隧洞结构铺设完毕，顶管机(6)从接收井吊至地面。

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