CN115199816B - 一种非开挖顶管施工的顶进装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非开挖顶管施工的顶进装置，包括固定架、顶进机构，固定架的一侧与工作井的井壁相抵，固定架的一侧设有顶铁座；顶进机构包括油缸座，油缸座中部设有通孔，油缸座的一侧安装有若干主顶进油缸，主顶进油缸的活塞杆一端连接有顶座，顶座上设有安装槽，安装槽内设有轴承，轴承内圈安装有顶进头，顶进头一侧与管道或环形顶铁相抵，顶进头另一侧设有旋转驱动机构。本发明将固定架的侧安装在工作井的井壁一侧，将顶进机构产生的推力分散到工作井的井壁上，避免了固定架变形，在顶进头的一侧设置了旋转驱动机构，顶进头顶进时，旋转驱动机构同步驱动顶进头旋转，保证了管道或环形顶铁受力的均匀性，从而避免了管道顶进时走偏的问题。

Description

一种非开挖顶管施工的顶进装置

技术领域

本发明属于顶管施工领域，特别涉及一种非开挖顶管施工的顶进装置。

背景技术

非开挖技术是指在不开挖或只开挖少量作业坑的条件下，利用岩土钻掘技术进行铺设、修复和更换管道，它高效、优质、成本适中、对环境友善，具有不影响交通、不污染环境等优点，在许多情况下，比开挖法施工周期短、综合成本低、安全性好。现已经成为城市市政施工的主要手段，广泛应用于穿越公路、铁路、建筑物、河流以及在闹市区、古迹保护区、农作物和植被保护区等不允许或不能开挖的条件下进行煤气、电力、电讯、有线电视线路、石油、天然气、热力、排水等管道的铺设。

顶管法施工就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。一节管道完成顶入土层之后，再下第二节管道继续顶进。其原理是借助于主顶进油缸及管道间、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起，管道紧随工具管或掘进机后，埋设在两坑之间。

现有的顶进装置一般有多个主顶进油缸共同动作，推动管道顶进，但多个主顶进油缸的位置固定，主顶进油缸对管道的施力点也是固定的，当一个主顶进油缸的伸出长度与其他主顶进油缸的伸出长度不一致时，会造成管道顶进角度发生改变，影响管道对接的质量和顶进的路线。

公开号为CN104006215B的中国发明专利公开了一种顶管用动力装置，并具体公开了包括千斤顶及支撑千斤顶的支架；所述千斤顶设置有四个，每个千斤顶的后端同轴线固装一小齿轮；四个小齿轮参数相等且都与一中心大齿轮啮合，四个小齿轮绕中心大齿轮的轴线均布设置；四个小齿轮位于一个外齿圈内并均与外齿圈啮合；外齿圈固定在所述支架上；中心大齿轮同轴安装一驱动齿轮，驱动齿轮通过传动机构与所述的驱动电机连接；驱动电机固装在所述支架上；还包括供管道运行的导轨。

其通过驱动电机驱动中心大齿轮转动，带动四个小齿轮绕中心大齿轮转动，使千斤顶对管道的施力点发生改变，解决了现有的顶管施工时管道在行进过程中走偏的问题，但其支架的右侧无支撑，主顶进油缸在顶进时产生数百吨甚至数千吨的推力单一的支架很难承受如此大的推力，长期使用后，支架易变性折弯，再次造成管道顶进时走偏。

此外，千斤顶的活塞杆与管道端面相接触，千斤顶旋转时，数百吨甚至数千吨的推力使活塞杆与管道端面间形成较大的摩擦力，这对驱动电机的功率有一定的要求，增大了顶管施工的成本。而且千斤顶安装在支架的一侧，形成悬臂梁结构，千斤顶在旋转时会产生扭转变形，影响顶进装置的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种非开挖顶管施工的顶进装置，以解决现有的顶管施工时固定的施力点易造成管道顶进时走偏的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种非开挖顶管施工的顶进装置，包括固定架、顶进机构，所述固定架安装在始发井内部，固定架的一侧与工作井的井壁相抵，将顶进机构产生的推力分散到工作井的井壁上；固定架的一侧设有顶铁座，所述顶铁座上设有环形顶铁，便于延长顶进机构的顶程；所述顶进机构设置于固定架上部，所述顶进机构包括油缸座，油缸座中部设有通孔，油缸座的一侧安装有若干主顶进油缸，主顶进油缸的活塞杆一端连接有顶座，所述顶座上设有安装槽，安装槽内设有轴承，轴承内圈安装有顶进头，顶进头一侧与管道或环形顶铁相抵，顶进头另一侧设有旋转驱动机构，旋转驱动机构穿过油缸座的通孔。

作为本技术方案的进一步优选，所述顶进机构还包括副顶进机构，所述副顶进机构包括副顶进油缸，副顶进油缸的缸座固定地安装在固定架侧壁上，副顶进油缸的活塞杆与油缸座连接，所述油缸座滑动地设置于固定架上，副顶进油缸进一步延长了顶进机构的顶程，提高了顶管施工的效率。

作为本技术方案的进一步优选，所述油缸座一侧设有若干支撑柱，副顶进油缸收缩后，支撑座一端与固定架的侧壁相抵，便于将油缸座上的推力分散至工作井侧壁上，增强了油缸座的支撑强度。

作为本技术方案的进一步优选，所述固定架上部两侧设有导轨，所述油缸座下部两侧设有滚轮，滚轮设置于导轨上部，降低了副顶进油缸推动油缸座滑动时的摩擦力，降低了顶进机构的动力损失。

作为本技术方案的进一步优选，所述顶铁座为V型结构，避免了管道或环形顶铁从顶铁座一侧跌落，同时便于管道和环形顶铁快速自动对中；所述顶铁座两侧侧壁上均匀的安装有若干滚筒一，降低了管道和环形顶铁在顶铁座上顶进的摩擦力，进一步降低了顶进机构的动力损失。

作为本技术方案的进一步优选，所述固定架底部设有沉头状的锚孔，锚孔内部安装有锚杆，锚杆与锚孔间隙配合，所述顶铁座前端两侧铰接有角度调节油缸，角度调节油缸的活塞杆末端与工作井的侧壁相抵，用于调整管道始发及顶进过程中产生的偏移，具体的，当顶铁座向工作井的一侧偏移时，该侧的角度调节油缸活塞杆伸长，同时另一侧的角度调节油缸活塞杆收缩，对顶铁座的顶进方向进行纠偏，保证了顶管施工的精确度。

作为本技术方案的进一步优选，所述顶进头包括基座，基座的一侧安装在轴承内圈中，基座的另一侧中心处转动地连接有从动齿轮，从动齿轮一侧啮合有主动齿轮，主动齿轮一侧连接有转轴，转轴穿过基座连接有手轮；所述从动齿轮上均布有若干弧形槽，所述从动齿轮一侧设有若干联动杆，连动杆的一端设有若干滚筒二，滚筒二避免了连动杆与管道或环形顶铁产生滑动摩擦，降低了顶进头转动的阻力；联动杆的另一端设有拨杆一，拨杆一间隙地安装在弧形槽内部；所述基座上均匀布置有若干垫块，垫块上设有滑槽，联动杆滑动地安装在垫块的滑槽内部；所述基座一侧设有端盖，端盖内侧设有若干容纳联动杆的导向槽。转动手轮带动主动齿轮转动，主动齿轮带动从动齿轮转动，从动齿轮转动时通过弧形槽驱动联动杆伸出和收回，实现了顶进头直径的调整，适应不同直径的管道顶进施工。

作为本技术方案的进一步优选，所述转轴一端设有定位齿，所述基座一侧设有固定座，固定座上螺纹连接有螺杆，螺杆的一端设有转柄，螺杆的另一端转动地连接有顶块，顶块上设有若干与定位齿相配合的齿槽；所述顶块两侧设有导向杆，导向杆与固定座间隙配合。联动杆调节前，先转动转柄，使顶块与定位齿分离，联动杆调整完成后，转动转柄使顶块的齿槽卡入定位齿，限制转轴的转动，避免了联动杆移动。

作为本技术方案的进一步优选，所述旋转驱动机构包括固定筒，固定筒的一端与固定架固定连接，固定筒间隙地安装在油缸座的通孔内部，固定筒上设有螺旋槽，所述顶进头一侧设有若干连杆，连杆的端部设有拨杆二，拨杆二间隙地安装在螺旋槽内部；顶进机构驱动顶进头向前顶进时，顶进头带动连杆向前移动，此时连杆末端的拨杆二在螺旋槽的驱动下驱动顶进头产生旋转，实现了顶进头顶进过程中同步旋转，保证了管道或环形顶铁受力的均匀性，从而避免了管道顶进时走偏的问题。

作为本技术方案的进一步优选，所述旋转驱动机构包括螺旋板，螺旋板一端固定地安装在顶进头的一侧，所述油缸座的通孔一侧同轴安装有支座，支座上设有驱动槽，螺旋板安装在驱动槽内部；当顶进机构驱动顶进头向前顶进时，顶进头带动螺旋板向前移动，螺旋板向前移动时需保证螺旋板与支座交点处与驱动槽重合，因此，在驱动槽的干涉下，顶进头向前移动时，螺旋板带动顶进头同步产生旋转运动，保证了管道或环形顶铁受力的均匀性，从而避免了管道顶进时走偏的问题。

本发明的有益效果是：

1）本发明将固定架的侧安装在工作井的井壁一侧，将顶进机构产生的推力分散到工作井的井壁上，避免了固定架变形，此外，在顶进头的一侧设置了旋转驱动机构，顶进头顶进时，旋转驱动机构同步驱动顶进头旋转，保证了管道或环形顶铁受力的均匀性，从而避免了管道顶进时走偏的问题。

2）为了进一步延长顶紧装置的顶程，在主顶进机构的一侧设置了副顶进机构，减少了环形顶铁吊装的次数，提高了顶管施工的效率。

3）将顶铁座设置为V型结构，便于管道和环形顶铁快速对中，而且在V型顶铁座的侧壁上设置了滚筒一，降低了管道和环形顶铁在顶铁座上顶进的摩擦力，从而降低了顶进机构的动力损失。

4）在顶铁座的两侧设置了角度调节油缸，实现了管道始发及顶进过程中偏移纠偏，保证了顶管施工的精确度。

5）在顶进头的一侧设置了若干可伸缩调节的伸缩杆，使顶进头适用于不同直径的管道顶进施工，降低了顶管施工设备的投入成本。

附图说明

附图1是本发明一种非开挖顶管施工的顶进装置使用状态图。

附图2是本发明一种非开挖顶管施工的顶进装置结构示意图。

附图3是本发明一种非开挖顶管施工的顶进装置中固定架结构示意图。

附图4是本发明一种非开挖顶管施工的顶进装置中主顶进机构和副顶进机构装配示意图。

附图5是本发明一种非开挖顶管施工的顶进装置中实施例1的旋转驱动机构示意图。

附图6是本发明一种非开挖顶管施工的顶进装置中顶进头内部结构示意图。

附图7是本发明一种非开挖顶管施工的顶进装置中顶进头后视图。

附图8是本发明一种非开挖顶管施工的顶进装置图7中A处放大示意图。

附图9是本发明一种非开挖顶管施工的顶进装置中主动齿轮与从动齿轮装配示意图。

附图10是本发明一种非开挖顶管施工的顶进装置中顶座与轴承爆炸图。

附图11是本发明一种非开挖顶管施工的顶进装置中端盖结构示意图。

附图12是本发明一种非开挖顶管施工的顶进装置中实施例2的旋转驱动机构使用状态图。

附图13是本发明一种非开挖顶管施工的顶进装置中实施例2的旋转驱动机构示意图。

图中：1、固定架；101、导轨；102、锚孔；103、顶铁座；104、滚筒一；105、角度调节油缸；2、环形顶铁；3、主顶进机构；301、主顶进油缸；302、油缸座；303、滚轮；304、顶座；305、轴承；4、顶进头；401、基座；402、垫块；403、从动齿轮；404、主动齿轮；405、弧形槽；406、联动杆；407、滚筒二；408、拨杆一；409、转轴；410、定位齿；411、手轮；412、顶块；413、固定座；414、螺杆；415、转柄；416、导向杆；417、端盖；418、导向槽；5、副顶进机构；501、副顶进油缸；502、支撑柱；6、旋转驱动机构；601、固定筒；602、螺旋槽；603、连杆；604、拨杆二；605、螺旋板；606、支座；607、驱动槽。

具体实施方式

下面结合附图1-13，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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1-4所示，一种非开挖顶管施工的顶进装置，包括固定架1、顶进机构，所述固定架1安装在始发井内部，固定架1的一侧与工作井的井壁相抵，将顶进机构产生的推力分散到工作井的井壁上；固定架1的一侧设有顶铁座103，所述顶铁座103上设有环形顶铁2，便于延长顶进机构的顶程；所述顶进机构设置于固定架1上部，所述顶进机构包括油缸座302，油缸座302中部设有通孔，油缸座302的一侧安装有若干主顶进油缸301，主顶进油缸301的活塞杆一端连接有顶座304，所述顶座304上设有安装槽，安装槽内设有轴承305，轴承305内圈安装有顶进头4，顶进头4一侧与管道或环形顶铁2相抵，顶进头4另一侧设有旋转驱动机构6，旋转驱动机构6穿过油缸座302的通孔。

如图1-2、图4所示，在本实施例中，所述顶进机构还包括副顶进机构5，所述副顶进机构5包括副顶进油缸501，副顶进油缸501的缸座固定地安装在固定架1侧壁上，副顶进油缸501的活塞杆与油缸座302连接，所述油缸座302滑动地设置于固定架1上，副顶进油缸501进一步延长了顶进机构的顶程，提高了顶管施工的效率。

如图4所示，在本实施例中，所述油缸座302一侧设有若干支撑柱502，副顶进油缸501收缩后，支撑座一端与固定架1的侧壁相抵，便于将油缸座302上的推力分散至工作井侧壁上，增强了油缸座302的支撑强度。

如图1-3所示，在本实施例中，所述固定架1上部两侧设有导轨101，所述油缸座302下部两侧设有滚轮303，滚轮303设置于导轨101上部，降低了副顶进油缸501推动油缸座302滑动时的摩擦力，降低了顶进机构的动力损失。

如图3所示，在本实施例中，所述顶铁座103为V型结构，避免了管道或环形顶铁2从顶铁座103一侧跌落，同时便于管道和环形顶铁2快速自动对中；所述顶铁座103两侧侧壁上均匀的安装有若干滚筒一104，降低了管道和环形顶铁2在顶铁座103上顶进的摩擦力，进一步降低了顶进机构的动力损失。

如图3所示，在本实施例中，所述固定架1底部设有沉头状的锚孔102，锚孔102内部安装有锚杆，锚杆与锚孔102间隙配合，所述顶铁座103前端两侧铰接有角度调节油缸105，角度调节油缸105的活塞杆末端与工作井的侧壁相抵，用于调整管道始发及顶进过程中产生的偏移，具体的，当顶铁座103向工作井的一侧偏移时，该侧的角度调节油缸105活塞杆伸长，同时另一侧的角度调节油缸105活塞杆收缩，对顶铁座103的顶进方向进行纠偏，保证了顶管施工的精确度。

如图6-11所示，在本实施例中，所述顶进头4包括基座401，基座401的一侧安装在轴承305内圈中，基座401的另一侧中心处转动地连接有从动齿轮403，从动齿轮403一侧啮合有主动齿轮404，主动齿轮404一侧连接有转轴409，转轴409穿过基座401连接有手轮411；所述从动齿轮403上均布有若干弧形槽405，所述从动齿轮403一侧设有若干联动杆406，连动杆的一端设有若干滚筒二407，滚筒二407避免了连动杆与管道或环形顶铁2产生滑动摩擦，降低了顶进头4转动的阻力；联动杆406的另一端设有拨杆一408，拨杆一408间隙地安装在弧形槽405内部；所述基座401上均匀布置有若干垫块402，垫块402上设有滑槽，联动杆406滑动地安装在垫块402的滑槽内部；所述基座401一侧设有端盖417，端盖417内侧设有若干容纳联动杆406的导向槽418。转动手轮411带动主动齿轮404转动，主动齿轮404带动从动齿轮403转动，从动齿轮403转动时通过弧形槽405驱动联动杆406伸出和收回，实现了顶进头4直径的调整，适应不同直径的管道顶进施工。

如图8所示，在本实施例中，所述转轴409一端设有定位齿410，所述基座401一侧设有固定座413，固定座413上螺纹连接有螺杆414，螺杆414的一端设有转柄415，螺杆414的另一端转动地连接有顶块412，顶块412上设有若干与定位齿410相配合的齿槽；所述顶块412两侧设有导向杆416，导向杆416与固定座413间隙配合。联动杆406调节前，先转动转柄415，使顶块412与定位齿410分离，联动杆406调整完成后，转动转柄415使顶块412的齿槽卡入定位齿410，限制转轴409的转动，避免了联动杆406移动。

如图5所示，在本实施例中，所述旋转驱动机构6包括固定筒601，固定筒601的一端与固定架1固定连接，固定筒601间隙地安装在油缸座302的通孔内部，固定筒601上设有螺旋槽602，所述顶进头4一侧设有若干连杆603，连杆603的端部设有拨杆二604，拨杆二604间隙地安装在螺旋槽602内部；顶进机构驱动顶进头4向前顶进时，顶进头4带动连杆603向前移动，此时连杆603末端的拨杆二604在螺旋槽602的驱动下驱动顶进头4产生旋转，实现了顶进头4顶进过程中同步旋转，保证了管道或环形顶铁2受力的均匀性，从而避免了管道顶进时走偏的问题。

实施例2

与实施例1所不同的是，如图12-13所示，在本实施例中，所述旋转驱动机构6包括螺旋板605，螺旋板605一端固定地安装在顶进头4的一侧，所述油缸座302的通孔一侧同轴安装有支座606，支座606上设有驱动槽607，螺旋板605安装在驱动槽607内部；当顶进机构驱动顶进头4向前顶进时，顶进头4带动螺旋板605向前移动，螺旋板605向前移动时需保证螺旋板605与支座606交点处与驱动槽607重合，因此，在驱动槽607的干涉下，顶进头4向前移动时，螺旋板605带动顶进头4同步产生旋转运动，保证了管道或环形顶铁2受力的均匀性，从而避免了管道顶进时走偏的问题。

顶管施工前，先利用角度调节油缸105调整顶铁座103的角度，然后将顶管机吊装至顶铁座103上，利用主顶进机构3将顶管机向前顶进，主顶进油缸301全部伸出后，达到主顶进油缸301的最大顶程，然后主顶进油缸301收回，在顶铁座103上放置一个环形顶铁2，主顶进油缸301再次伸长，推动环形顶铁2向前顶进，进而推动顶管机向前顶进，重复放置多次环形顶铁2，可延长顶进机构的顶程；此外，主顶进机构3顶进到位后，副顶进机构5的副顶进油缸501伸长，推动油缸座302连同主顶进油缸301向前顶进，进一步延长了顶紧装置的顶程。为了降低顶进机构的动力损失，在顶铁座103的两侧壁上设置了若干滚筒一104，在油缸座302的下部两侧设置了滚轮303。为了降低顶管机的购入成本，在顶进头4的一侧设置了若干可伸缩调节的联动杆406，使顶进头4适用于不同直径的管道顶进使用。顶进头4在顶进过程中，旋转驱动机构6驱动顶进头4同步转动，使顶进头4对管道或环形顶铁2的施力点实时发生改变，保证了管道或环形顶铁2受力的均匀性，从而避免了管道顶进过程中发生偏移。

以上内容仅仅是对本发明的结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种非开挖顶管施工的顶进装置，包括固定架、顶进机构，所述固定架安装在始发井内部，其特征在于，固定架的一侧与工作井的井壁相抵，固定架的一侧设有顶铁座，所述顶铁座上设有环形顶铁；所述顶进机构设置于固定架上部，所述顶进机构包括油缸座，油缸座中部设有通孔，油缸座的一侧安装有若干主顶进油缸，主顶进油缸的活塞杆一端连接有顶座，所述顶座上设有安装槽，安装槽内设有轴承，轴承内圈安装有顶进头，顶进头一侧与管道或环形顶铁相抵，顶进头另一侧设有旋转驱动机构，旋转驱动机构穿过油缸座的通孔；所述顶进头包括基座，基座的一侧安装在轴承内圈中，基座的另一侧中心处转动地连接有从动齿轮，从动齿轮一侧啮合有主动齿轮，主动齿轮一侧连接有转轴，转轴穿过基座连接有手轮；所述从动齿轮上均布有若干弧形槽，所述从动齿轮一侧设有若干联动杆，连动杆的一端设有若干滚筒二；联动杆的另一端设有拨杆一，拨杆一间隙地安装在弧形槽内部；所述基座上均匀布置有若干垫块，垫块上设有滑槽，联动杆滑动地安装在垫块的滑槽内部；所述基座一侧设有端盖，端盖内侧设有若干容纳联动杆的导向槽。

2.根据权利要求1所述的一种非开挖顶管施工的顶进装置，其特征在于，所述顶进机构还包括副顶进机构，所述副顶进机构包括副顶进油缸，副顶进油缸的缸座固定地安装在固定架侧壁上，副顶进油缸的活塞杆与油缸座连接，所述油缸座滑动地设置于固定架上。

3.根据权利要求2所述的一种非开挖顶管施工的顶进装置，其特征在于，所述油缸座一侧设有若干支撑柱，副顶进油缸收缩后，支撑座一端与固定架的侧壁相抵。

4.根据权利要求1所述的一种非开挖顶管施工的顶进装置，其特征在于，所述固定架上部两侧设有导轨，所述油缸座下部两侧设有滚轮，滚轮设置于导轨上部。

5.根据权利要求1所述的一种非开挖顶管施工的顶进装置，其特征在于，所述顶铁座为V型结构，所述顶铁座两侧侧壁上均匀的安装有若干滚筒一。

6.根据权利要求1所述的一种非开挖顶管施工的顶进装置，其特征在于，所述固定架底部设有沉头状的锚孔，锚孔内部安装有锚杆，锚杆与锚孔间隙配合，所述顶铁座前端两侧铰接有角度调节油缸，角度调节油缸的活塞杆末端与工作井的侧壁相抵。

7.根据权利要求1所述的一种非开挖顶管施工的顶进装置，其特征在于，所述转轴一端设有定位齿，所述基座一侧设有固定座，固定座上螺纹连接有螺杆，螺杆的一端设有转柄，螺杆的另一端转动地连接有顶块，顶块上设有若干与定位齿相配合的齿槽；所述顶块两侧设有导向杆，导向杆与固定座间隙配合。

8.根据权利要求1-7任一权利要求所述的一种非开挖顶管施工的顶进装置，其特征在于，所述旋转驱动机构包括固定筒，固定筒的一端与固定架固定连接，固定筒间隙地安装在油缸座的通孔内部，固定筒上设有螺旋槽，所述顶进头一侧设有若干连杆，连杆的端部设有拨杆二，拨杆二间隙地安装在螺旋槽内部。

9.根据权利要求1-7任一权利要求所述的一种非开挖顶管施工的顶进装置，其特征在于，所述旋转驱动机构包括螺旋板，螺旋板一端固定地安装在顶进头的一侧，所述油缸座的通孔一侧同轴安装有支座，支座上设有驱动槽，螺旋板安装在驱动槽内部。

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