CN114636017A - 适用于膨胀土层顶管施工工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种适用于膨胀土层顶管施工工艺，涉及管道安装施工领域，以解决工具管远离顶管机一端前进角度难以控制，造成埋设的管道两端不能按照预定的位置布设的问题，其包括如下步骤：步骤一：确定施工位置，经过对土层的检测和距离的测量，在地面上开设工作坑和接收坑；步骤二：安装定位机构，在工作坑和接收坑内同时施工，先将定位机构固定安装于工作坑和接收坑内；步骤三：进行顶管施工，通过设置于工作坑内的顶进设备驱动工具管进入土层中，使工具管的另一端从接收坑中伸出，工具管带动管道贯穿工作坑和接收坑，在工具管运动的过程中，依赖定位机构控制其运动的方向和角度。本申请具有使管道安装能够按照预定的位置布设的效果。

Description

适用于膨胀土层顶管施工工艺

技术领域

本申请涉及管道安装施工的领域，尤其是涉及一种适用于膨胀土层顶管施工工艺。

背景技术

顶管施工，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。非开挖工程技术解决了管道埋设施工中对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题，在稳定土层和环境保护方面凸显其优势。这对交通繁忙、人口密集、地面建筑物众多、地下管线复杂的城市是非常重要的。

现有的顶管施工通常是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走。其原理是借助于顶管机把工具管从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内，管道紧随工具管后，埋设在两坑之间。

针对上述中的相关技术，发明人发现存在以下缺陷：工具管从工作坑内进入土层中后，难以准确控制工具管远离顶管机一端前进的角度，导致工具管从接收坑伸出时，角度发生一定的变化，从而使埋设的管道两端不能按照预定的位置布设，影响管道的使用。

发明内容

为了提高对工具管远离顶管机一端前进角度的控制效果，本申请提供一种适用于膨胀土层顶管施工工艺。

本申请提供的一种适用于膨胀土层顶管施工工艺采用如下的技术方案：

一种适用于膨胀土层顶管施工工艺，包括如下步骤：

步骤一：确定施工位置，经过对土层的检测和距离的测量，在地面上开设工作坑和接收坑；

步骤二：安装定位机构，在工作坑和接收坑内同时施工，先将定位机构固定安装于工作坑和接收坑内；

步骤三：进行顶管施工，通过设置于工作坑内的顶进设备驱动工具管进入土层中，使工具管的另一端从接收坑中伸出，工具管带动管道贯穿工作坑和接收坑，在工具管运动的过程中，依赖定位机构控制其运动的方向和角度；

步骤四：将工具管和管道内的泥土排出。

可选的，所述步骤二中的定位机构包括两组定位板和用于引导所述工具管穿设两组定位板的限位组件，两组所述定位板分别设置于所述工作坑和接收坑内相互靠近的一侧，两组所述定位板相互平行设置，两组所述定位板上均开设有供工具管穿设的穿孔，两组所述穿孔位于同一水平轴线上。

通过采用上述技术方案，一组定位板安装于工作坑内靠近接收坑的一侧，另一组定位板安装于接收坑内靠近工作坑的一侧，通过限位组件使工具管穿设时，从两组定位板上的穿孔中穿过，从而能够确定工具管进入土层中和从土层中穿出的位置，使管道埋设后的使用效果更好。

可选的，两组所述限位组件分别设置于对应的定位板上，所述限位组件具体为定位环，所述定位环的直径沿轴线方向逐渐增大，且定位环直径最小位置与所述工具管和管道的外周壁直径相同，所述定位环与穿孔同轴线设置。

通过采用上述技术方案，定位环设置于定位板上，定位环的直径沿轴线方向逐渐增大，通过定位环对工具管的前进方向进行限定，使工具管穿过土层后再准确穿过定位板上的穿孔，提高工具管的穿设土层准确性，从而提高管道的埋设效果。

可选的，一组所述定位环设置于位于工作坑内定位板上靠近工作坑内壁的一侧，且定位环直径较大的一端设置于定位板上，另一组所述定位环设置于位于接收坑内定位板上靠近工作坑内壁的一侧，且定位环直径较小的一端设置于定位板上。

通过采用上述技术方案，工具管穿过工作坑内定位板上的穿孔和定位环，确定了工具管进入土层中的位置，工具管穿过接收管内定位板上的穿孔和定位环从土层中穿出，确定工具管从土层中伸出的位置，对工具管穿设土层的路径限定更加准确，提高顶管施工的效果。

可选的，两组所述定位板上均设置有安装机构，所述安装机构包括多组插接件和用于调节定位板在竖直方向上的角度的调节组件，多组所述插接件均设置于定位板的底端。

通过采用上述技术方案，定位板设置于工作坑和接收坑中，通过插接件使定位板安装稳定，再通过调节组件对定位板的安装角度进行调节，使定位板处于竖直状态，从而使定位板上的定位环能够更好的起到对工具管前进角度限位的效果。

可选的，所述调节组件包括定位架和伸缩杆，所述伸缩杆设置于所述定位板上，所述定位架设置于伸缩杆远离定位板的一端，所述定位架上设置有若干组用于插接于土层中的插杆。

通过采用上述技术方案，将插杆插入土层中，使得定位架固定稳定，再通过调节伸缩杆的长度后，能够调节定位板在竖直方向上的角度，便于将定位板调节至竖直状态，以提高工具管的穿设效果，结构简单，调节较为方便，提高定位板的安装效率。

可选的，所述定位板上可拆卸设置有水平仪和报警器，所述水平仪和报警器电性连接，所述水平仪检测定位板呈竖直状态时，报警器发声报警。

通过采用上述技术方案，水平仪设置于定位板上，当定位板在调节设置的角度时，根据报警器发生报警，能够更加精准的检测定位板是否处于竖直的状态，通过更准确调节定位板的设置角度，从而提高顶管施工时工具管的穿设效果。

可选的，所述步骤三中工具管的外周壁等距开设有若干组条形槽，若干所述条形槽均沿工具管的长度方向设置，且条形槽延伸至工具管的端部形成开口，所述工作坑内设置有用于驱动工具管绕其轴线转动的驱动机构。

通过采用上述技术方案，当工具管在顶进时收到阻力，容易造成工具管前进的角度偏斜，通过驱动机构驱动工具管转动，使工具管能够更好的向前顶进，提高有效缩短了顶管施工的时间，同时使工具管能够稳定沿直线前进。

可选的，所述驱动机构包括驱动电机和驱动齿轮，所述驱动齿轮设置于驱动电机的输出端，所述驱动齿轮的转动轴与所述工具管的轴线相互平行，所述驱动齿轮与所述工具管外周壁上的条形槽啮合。

通过采用上述技术方案，启动驱动电机带动驱动齿轮转动，驱动齿轮与工具管外周壁上的条形槽啮合，当驱动齿轮转动时，工具管能够随之转动，且工具管在前进的同时，工具管外壁上的条形槽能够始终与驱动齿轮啮合，工具管在顶进的全部过程中发生转动，同时使驱动齿轮驱动工具管转动更加稳定。

可选的，所述步骤三中工具管上靠近管道的一端设置有分压组件，所述分压组件包括分压环和限位环，所述限位环设置于分压环的一侧，所述分压环与工具管同轴线设置，所述工具管的端部开设有与限位环插接适配的限位槽。

通过采用上述技术方案，顶进设备推动工具管运动时，将分压环安装于工具管的一端，使限位环插入工具管上的限位槽中，从而使分压环固定稳定，通过分压环用于分散顶进设备对工具管的压力，提高工具管前进的稳定性，从而提高顶管施工的效率和效果。

综上所述，本申请包括以下至少有益技术效果：

通过定位机构和限位组件的设置，在工具管进入土层前，将两组定位板分别安装于工作坑和接收坑中，配合设置于定位板上的定位环，使工具管进入土层中和从土层中穿出的位置确定，从而使管道埋设后的使用效果更好；

通过设置安装机构，定位板通过插接件安装于工作坑和接收坑中，调节组件对定位板的安装角度进行调节，使定位板处于竖直状态，且通过水平仪和报警器能够更精确的监测定位板是否竖直，从而使定位板上的定位环能够更好的起到对工具管前进角度限位的效果；

通过设置驱动机构，启动驱动电机带动驱动齿轮转动，驱动齿轮与工具管外周壁上的条形槽啮合，当驱动齿轮转动时，工具管能够随之转动，且工具管在前进的同时，工具管外壁上的条形槽能够始终与驱动齿轮啮合，工具管在顶进的全部过程中发生转动，使工具管更易进入土层中，提高顶管施工的效率。

附图说明

图1是本申请实施例的整体结构示意图；

图2是本申请实施例的剖视示意图；

图3是本申请实施例的展示工作坑内整体结构示意图；

图4是图3中A部放大示意图；

图5是本申请实施例的分压环整体结构示意图；

图6是本申请实施例的顶进设备整体结构示意图。

附图标记：1、工作坑；11、后背墙；12、钢板；2、接收坑；3、定位机构；31、定位板；311、穿孔；312、水平仪；313、报警器；32、限位组件；321、定位环；4、顶进设备；41、顶管机；42、安装板；43、推动杆；5、工具管；51、条形槽；52、限位槽；6、管道；7、安装机构；71、插接件；72、调节组件；721、定位架；722、伸缩杆；723、插杆；8、驱动机构；81、驱动电机；82、驱动齿轮；9、分压组件；91、分压环；92、限位环。

具体实施方式

以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。

膨胀土是一种粘粒成分,主要由亲水性矿物质组成,如蒙脱石、伊利石和高岭石等,膨胀土具有吸水膨胀、失水收缩、再吸水再膨胀的变形特性,这种膨胀与收缩的可逆性,是膨胀土的重要属性,因此在膨胀土层中进行顶管施工时，需要考虑到膨胀土的特性。

本申请实施例公开一种适用于膨胀土层顶管施工工艺。

适用于膨胀土层顶管施工工艺，包括如下步骤：

步骤一：确定施工位置，经过对土层的检测和距离的测量，在地面上开设工作坑1和接收坑2；

步骤二：安装定位机构3，在工作坑1和接收坑2内同时施工，先将定位机构3固定安装于工作坑1和接收坑2内；

步骤三：进行顶管施工，通过设置于工作坑1内的顶进设备4驱动工具管5进入土层中，使工具管5的另一端从接收坑2中伸出，工具管5带动管道6贯穿工作坑1和接收坑2，在工具管5运动的过程中，依赖定位机构3控制其运动的方向和角度；

步骤四：将工具管5和管道6内的泥土排出。

参照图1，步骤一中，在实际施工中，施工人员需采用现有的土质测量仪器测试土层是否能够进行施工，并采用测距仪器测量施工的位置，然后在地面开挖，形成工作坑1和接收坑2，然后再在工作坑1和接收坑2之间进行顶管施工。

参照图1-2，在步骤二中，定位机构3包括两组定位板31和限位组件32，通过两组定位板31确定顶管施工时的工具管5穿设的位置，两组定位板31分别设置于工作坑1和接收坑2内相互靠近的一侧，两组定位板31相互平行，两组定位板31上均开设有供工具管5穿设的穿孔311，穿孔311的直径不小于工具管5的直径，两组穿孔311位于同一水平轴线上，通过限位组件32用于引导工具管5穿设两组定位板31上的穿孔311，从而能够确定工具管5进入土层中和从土层中穿出的位置，使管道6埋设后的使用效果更好；

其中两组限位组件32分别固定连接于对应的定位板31上，限位组件32具体为定位环321，定位环321的直径沿轴线方向逐渐增大，且定位环321直径最小位置与工具管5和管道6的外周壁直径相同，使工具管5穿过定位环321时更加稳定，提高工具管5的前进角度的准确性，定位环321与穿孔311同轴线设置，为便于调整工具管5进入土层后的角度，一组定位环321固定连接于位于工作坑1内定位板31上靠近工作坑1内壁的一侧，且定位环321直径较大的一端固定连接于定位板31上，另一组定位环321固定连接于位于接收坑2内定位板31上靠近工作坑1内壁的一侧，且定位环321直径较小的一端固定连接于定位板31上，工具管5进入土层时，通过工作坑1内定位板31上的定位环321对工具管5进行限位，工具管5伸出土层时，通过接收坑2内定位板31上的定位环321对工具管5进行限位。

参照图3，为提高定位板31的安装稳定性和安装角度，两组定位板31上均安装有安装机构7，安装机构7包括多组插接件71和用于调节定位板31在竖直方向上的角度的调节组件72，多组插接件71均固定连接于定位板31的底端，定位板31安装时，插接件71插入工作坑1或接收坑2内的土层中，再通过调节组件72调整定位板31，使定位板31处于竖直状态，使定位板31确定工具管5进出的位置更为准确；其中调节组件72包括定位架721和伸缩杆722，伸缩杆722的一端铰接于定位板31上，定位架721转动连接于伸缩杆722远离定位板31的一端，伸缩杆722由一组相互之间螺纹连接的外管和内管组成，定位架721的底部固定连接有若干组用于插接于土层中的插杆723，插杆723插入地面中后使定位架721的位置固定，通过转动与定位板31连接的外管，能够带动内管移动，从而能够调整定位板31的角度，且定位板31上通过螺钉固定安装有水平仪312和报警器313，水平仪312和报警器313电性连接，当水平仪312检测定位板31呈竖直状态时，报警器313发声报警，能够更加精准的检测定位板31是否处于竖直的状态，在定位板31角度调整之后，需再次对定位板31底部的插接件71进行加固，避免顶管施工过程中定位板31发生偏移。

参照图4-6，步骤三中，为便于将管道6安装于工具管5上，管道6的端部转动连接有螺纹套，螺纹套与工具管5的内壁之间螺纹连接，驱动工具管5进入土层后能够带动管道6运动，为便于驱动工具管5进入土层，顶进设备4包括顶管机41、安装板42和推动杆43，安装板42通过螺栓固定安装于顶管机41的输出端，且安装板42上开设有呈弧形的凹槽，推动杆43设置有多组，多组推动杆43等距固定连接于安装板42上靠近凹槽的位置，顶管机41驱动安装板42运动以使推动杆43顶进工具管5，为使顶管机41在推动工具管5时，使工具管5受力更加均匀，工具管5上靠近管道6的一端设置有分压组件9，分压组件9包括分压环91和限位环92，限位环92固定连接于分压环91的一侧，分压环91与工具管5同轴线设置，工具管5的端部开设有与限位环92插接适配的限位槽52，分压环91安装时需要使限位环92插入限位槽52中；

启动顶管机41前需要加固工作坑1，在工作坑1内远离接收坑2的一侧浇筑后背墙11，并在后背墙11远离工作坑1内壁的一侧固定连接钢板12，用于加固后背墙11，顶管机41的后端抵靠于后背钢板12的前侧，顶管机41的前端推送工具管5，顶端机的前端抵在工具管5尾端的分压环91上，使工具管5受推力更加均匀，能够稳定前进。

参照图3，为使工具管5能够快速进入土层中，且在前进的过程中减少受阻，工具管5的外周壁等距开设有若干组条形槽51，若干条形槽51均沿工具管5的长度方向设置，且条形槽51延伸至工具管5的端部形成开口，工作坑1内固定安装有用于驱动工具管5绕其轴线转动的驱动机构8，驱动机构8包括驱动电机81和驱动齿轮82，驱动电机81固定安装于工作坑1的内部，驱动齿轮82固定连接于驱动电机81的输出端，驱动齿轮82的转动轴与工具管5的轴线相互平行，驱动齿轮82与工具管5外周壁上的条形槽51啮合，当工具管5在顶进时收到阻力，容易造成工具管5前进的角度偏斜，通过驱动机构8驱动工具管5转动，工具管5外壁上的条形槽51能够在土层中扩出更大的空间供工具管5运动，使工具管5能够更好的向前顶进，完成顶管施工。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于膨胀土层顶管施工工艺，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：确定施工位置，经过对土层的检测和距离的测量，在地面上开设工作坑（1）和接收坑（2）；

步骤二：安装定位机构（3），在工作坑（1）和接收坑（2）内同时施工，先将定位机构（3）固定安装于工作坑（1）和接收坑（2）内；

步骤三：进行顶管施工，通过设置于工作坑（1）内的顶进设备（4）驱动工具管（5）进入土层中，使工具管（5）的另一端从接收坑（2）中伸出，工具管（5）带动管道（6）贯穿工作坑（1）和接收坑（2），在工具管（5）运动的过程中，依赖定位机构（3）控制其运动的方向和角度；

步骤四：将工具管（5）和管道（6）内的泥土排出。

2.根据权利要求1所述的适用于膨胀土层顶管施工工艺，其特征在于：所述步骤二中的定位机构（3）包括两组定位板（31）和用于引导所述工具管（5）穿设两组定位板（31）的限位组件（32），两组所述定位板（31）分别设置于所述工作坑（1）和接收坑（2）内相互靠近的一侧，两组所述定位板（31）相互平行设置，两组所述定位板（31）上均开设有供工具管（5）穿设的穿孔（311），两组所述穿孔（311）位于同一水平轴线上。

3.根据权利要求2所述的适用于膨胀土层顶管施工工艺，其特征在于：两组所述限位组件（32）分别设置于对应的定位板（31）上，所述限位组件（32）具体为定位环（321），所述定位环（321）的直径沿轴线方向逐渐增大，且定位环（321）直径最小位置与所述工具管（5）和管道（6）的外周壁直径相同，所述定位环（321）与穿孔（311）同轴线设置。

4.根据权利要求3所述的适用于膨胀土层顶管施工工艺，其特征在于：一组所述定位环（321）设置于位于工作坑（1）内定位板（31）上靠近工作坑（1）内壁的一侧，且定位环（321）直径较大的一端设置于定位板（31）上，另一组所述定位环（321）设置于位于接收坑（2）内定位板（31）上靠近工作坑（1）内壁的一侧，且定位环（321）直径较小的一端设置于定位板（31）上。

5.根据权利要求2所述的适用于膨胀土层顶管施工工艺，其特征在于：两组所述定位板（31）上均设置有安装机构（7），所述安装机构（7）包括多组插接件（71）和用于调节定位板（31）在竖直方向上的角度的调节组件（72），多组所述插接件（71）均设置于定位板（31）的底端。

6.根据权利要求5所述的适用于膨胀土层顶管施工工艺，其特征在于：所述调节组件（72）包括定位架（721）和伸缩杆（722），所述伸缩杆（722）设置于所述定位板（31）上，所述定位架（721）设置于伸缩杆（722）远离定位板（31）的一端，所述定位架（721）上设置有若干组用于插接于土层中的插杆（723）。

7.根据权利要求2所述的适用于膨胀土层顶管施工工艺，其特征在于：所述定位板（31）上可拆卸设置有水平仪（312）和报警器（313），所述水平仪（312）和报警器（313）电性连接，所述水平仪（312）检测定位板（31）呈竖直状态时，报警器（313）发声报警。

8.根据权利要求1所述的适用于膨胀土层顶管施工工艺，其特征在于：所述步骤三中工具管（5）的外周壁等距开设有若干组条形槽（51），若干所述条形槽（51）均沿工具管（5）的长度方向设置，且条形槽（51）延伸至工具管（5）的端部形成开口，所述工作坑（1）内设置有用于驱动工具管（5）绕其轴线转动的驱动机构（8）。

9.根据权利要求8所述的适用于膨胀土层顶管施工工艺，其特征在于：所述驱动机构（8）包括驱动电机（81）和驱动齿轮（82），所述驱动齿轮（82）设置于驱动电机（81）的输出端，所述驱动齿轮（82）的转动轴与所述工具管（5）的轴线相互平行，所述驱动齿轮（82）与所述工具管（5）外周壁上的条形槽（51）啮合。

10.根据权利要求1所述的适用于膨胀土层顶管施工工艺，其特征在于：所述步骤三中工具管（5）上靠近管道（6）的一端设置有分压组件（9），所述分压组件（9）包括分压环（91）和限位环（92），所述限位环（92）设置于分压环（91）的一侧，所述分压环（91）与工具管（5）同轴线设置，所述工具管（5）的端部开设有与限位环（92）插接适配的限位槽（52）。

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