CN115823349A - 一种外置环切顶进的顶管施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外置环切顶进的顶管施工方法，包括承插管和固定于该承插管穿入地层内部一端的钢刃脚组件，地层上设置有容纳承插管的工作坑，该工作坑内部远离所述钢刃脚组件一侧设置有现浇反力墙，所述现浇反力墙上固定有顶推承插管向地层中推进的驱动组件。有益效果在于：本发明在作为顶进机构的油缸上方设置容纳多组顶铁板的容置框，通过叠放于容置框内的顶铁板在油缸回油收缩的同时自动下落，以无需人工搬运添加顶铁，且改善了现有顶铁需要固定以避免其崩离的操作繁琐性，避免人工重复安装顶铁对施工效率产生影响，操作简单，顶管顶进过程中无需人工靠近添加顶铁，使用更加安全，提高顶管顶进效率。

Description

一种外置环切顶进的顶管施工方法

技术领域

本发明涉及顶管施工领域，具体涉及一种外置环切顶进的顶管施工方法。

背景技术

顶管施工就是非开挖施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术，顶管法施工就是在工作井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，一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进，其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间的推力，把工具管从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起，管道埋设在两坑之间，顶铁是传递和分散顶力的设备，在使用过程中依靠人工搬运，现有的顶管施工方法是在千斤顶活塞处固定顶铁作为传力结构，安装好顶铁后启动油泵进油，活塞伸出一个工作行程后回油，活塞缩回后人工搬运添加顶铁，需要将相邻顶铁进行固定以避免顶铁受压崩离，操作过程繁琐，影响了顶管施工效率。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种外置环切顶进的顶管施工方法，使用更加安全，提高顶管顶进效率，详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种外置环切顶进的顶管施工方法，该顶管施工方法包括以下步骤；

步骤（1）：设计一种顶管施工装置，该顶管施工装置包括承插管和固定于该承插管穿入地层内部一端的钢刃脚组件，地层上设置有容纳承插管的工作坑，该工作坑内部远离所述钢刃脚组件一侧设置有现浇反力墙，所述现浇反力墙上固定有顶推承插管向地层中推进的驱动组件；

所述承插管靠近所述钢刃脚组件一端设置有圆环状插头，所述承插管另一端设置有用以插接配合相邻承插管插头的承头，所述钢刃脚组件包括三组共同组成圆环状环切刃的弧形钢板，相邻两组钢板内侧均固定有相互平行的槽钢，且相邻两组槽钢之间均固定连接有双排加固螺栓，三组所述钢板内侧设置有箍紧于所述插头外侧的密封圈。

所述工作坑内部前后侧设置有两组开口相对的C形导轨，该导轨顶部靠近所述驱动组件一侧设置有下板槽，且所述导轨顶部靠近所述钢刃脚组件一侧设置有上板槽，所述下板槽上方的所述工作坑内部固定有容置框，所述容置框为竖向连通所述下板槽的贯通结构，该容置框内部竖向堆叠放置有多组顶铁板。

所述驱动组件包括纵向排列且固定于所述现浇反力墙上的若干组油缸，若干组所述油缸伸缩端纵向连接有顶推承插管移动的承压板，所述承压板顶侧向远离所述承插管方向延伸形成支撑顶铁板的限位板。

步骤（2）：在工作坑挖设始发井，采取明挖顺作法，分节开挖，分节支护，四周护壁采用钢筋混凝土施工钢筋混凝土底板，之后施工现浇反力墙，在工作坑内按照实际三维空间位置安装两组平行分布的导轨，并在导轨的上板槽上方工作坑内安装容置框，在容置框内叠放多组顶铁板。

步骤（3）：在现浇反力墙上安装油缸作为推进千斤顶，并利用油缸伸缩端承压板上的限位板作为阻挡顶铁板下落的支撑结构，之后将预制生产的承插管吊装于工作坑内，利用油缸伸缩端伸长进而通过承压板顶推承插管在其端部钢刃脚组件的导向切割作用下伸入土层中。

步骤（4）：油缸伸出到最大行程后，油缸伸缩端收缩，油缸带动承压板和限位板向远离承插管方向移动，直至限位板移动到与容置框内的顶铁板分离状态，此时顶铁板受到的支撑作用解除，多组竖向叠放的顶铁板同时向下掉落，最下方一组顶铁板沿下板槽落入两组导轨中，该组顶铁板位于油缸伸缩端的与承插管之间，此时收缩状态的油缸再次伸长，以利用落下的一组顶铁板作为延长受力部件，从而完成第二次顶管顶进动作。

步骤（5）：承插管在第二次顶进动作完成时，油缸再次达到最大伸长行程，此时油缸收缩带动承压板和限位板退回，容置框内最下方的一组顶铁板继续沿下板槽落入导轨中，以通过油缸伸出、回缩动作过程中自动下落顶铁板从而持续追加顶铁长度，实现多组顶铁依次落下首尾相连传递顶管动力，直至承插管完全推入土层中，工作人员沿上板槽依次将多组顶铁板取出，完成一节承插管的顶进过程。

采用以上技术方案，将承插管向土层中顶进时，首先在承插管端部装设钢刃脚，将三组钢板通过槽钢对联拼接抵紧到承插管的插管外圆周侧，通过加固螺栓将相邻且抵紧的槽钢进行锁固连接，实现三组钢板的拼装组合过程；插头外侧与钢板内侧相接处套设的密封圈增加钢刃脚组件与承插管相接处的密封性，以将钢板外侧作为钢刃脚的顶进刀刃，进而便于通过钢板外侧刃口对土层的涵洞内部土层切割破开，以便于引导承插管顶进到土层中。

作为本案重要设计，步骤（1）中，双排所述加固螺栓为M12螺栓，双排加固螺栓数量为八组且呈两列横向均匀分布，所述钢板外侧前端部设置有45°的刃脚坡口。

采用以上结构，利用钢板外侧前端部45°的刃脚坡口，钢刃脚组件的刃脚坡口作为最前方一组承插管的切土进给结构，承担着破开土层以引导后侧多组承插管首尾连接的同步顶进功能，顶管施工作业时减少了钢筋混凝土承插管的管壁顶推阻力、摩擦阻力，提高施工效能，具有更好的适用性、经济性、可操作性。

作为优选，步骤（1）中，所述现浇反力墙远离所述承插管一侧设置有抵紧于工作坑内底侧的L形反力分散架，该反力分散架内侧设置有直角三角形加固肋；

所述承托框顶部前后侧固定有两组安装架，所述安装架顶部向靠近所述工作坑内侧壁方向延伸，且所述工作坑顶部前后侧均设置有支撑安装架的安装槽。

作为优选，步骤（1）中，所述顶铁板厚度大于所述承压板竖向高度，所述容置框内部前后侧均设置有支撑顶铁板竖向滑移的滑槽，两组所述滑槽间距与所述下板槽开口纵向宽度相等。

作为优选，步骤（2）中，所述导轨下方的所述工作坑内部前后侧对称设置有两组支撑承插管的承托架，所述承托架包括横向固定于所述工作坑内壁上的横梁，所述横梁为开口朝上的C形框体，该横梁顶部沿其长度方向均布有多组转动座，所述转动座上转动配合有导辊，所述导辊外侧与所述承插管外圆周侧相抵紧。

作为优选，所述导轨两端分别通过膨胀螺栓固定于所述工作坑内侧壁和所述现浇反力墙上，且所述上板槽和所述下板槽开口宽度均大于所述顶铁板宽度。

作为优选，步骤（2）中，所述承压板和所述限位板均为Q345B钢材质且通过焊接固定，且所述限位板与所述承压板通过螺栓固定于所述油缸输出端。

作为优选，所述钢板为厚度5mm的Q345B钢材，该钢板外侧与所述承插管外圆周侧相平齐，所述槽钢的屈服强度≥345N/mm²，抗拉强度470～630Mpa，冲击功≥34kJ/m²。

作为优选，步骤（3）中，所述承插管为钢筋混凝土预制管结构，且该承插管壁厚为120mm，所述钢刃脚组件的钢板外圆周侧与所述承插管外侧壁相平齐。

综上，本发明的有益效果在于：在作为顶进机构的油缸上方设置容纳多组顶铁板的容置框，通过叠放于容置框内的顶铁板在油缸回油收缩的同时自动下落，以无需人工搬运添加顶铁，且改善了现有顶铁需要固定以避免其崩离的操作繁琐性，操作简单，顶管顶进过程中无需人工靠近添加顶铁，使用更加安全，提高顶管顶进效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的俯视结构图；

图2是本发明的立体结构示意图；

图3是本发明的结构拆分示意图；

图4是本发明的局部结构拆分示意图；

图5是本发明承插管的结构拆分示意图；

图6是本发明钢刃脚组件的结构拆分示意图；

图7是本发明驱动组件的立体结构示意图；

图8是本发明承托架的立体结构示意图。

附图标记说明如下：

1、地层；101、工作坑；102、安装槽；2、承插管；201、插头；202、承头；3、钢刃脚组件；301、钢板；302、密封圈；303、槽钢；303a、加固螺栓；4、现浇反力墙；401、反力分散架；5、驱动组件；501、油缸；502、承压板；502a、限位板；6、容置框；601、顶铁板；602、安装架；7、导轨；701、下板槽；702、上板槽；8、承托架；801、横梁；802、转动座；803、导辊。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

参见图1-图8所示，本发明提供了一种外置环切顶进的顶管施工方法，该顶管施工方法包括以下步骤；

步骤（1）：设计一种顶管施工装置，该顶管施工装置包括承插管和固定于该承插管穿入地层内部一端的钢刃脚组件，钢刃脚组件用以破开土层引导承插管顶进土层中，地层上设置有容纳承插管的工作坑，该工作坑内部远离所述钢刃脚组件一侧设置有现浇反力墙，所述现浇反力墙上固定有顶推承插管向地层中推进的驱动组件。

所述承插管靠近所述钢刃脚组件一端设置有圆环状插头，所述承插管另一端设置有用以插接配合相邻承插管插头的承头，以通过插头和承头插接配合，进而实现多组承插管首尾连接从而顶进土层中完成顶管施工，所述钢刃脚组件包括三组共同组成圆环状环切刃的弧形钢板，相邻两组钢板内侧均固定有相互平行的槽钢，且相邻两组槽钢之间均固定连接有双排加固螺栓，三组所述钢板内侧设置有箍紧于所述插头外侧的密封圈，利用密封圈增加钢刃脚组件与承插管相接处的密封效果。

所述工作坑内部前后侧设置有两组开口相对的C形导轨，该导轨顶部靠近所述驱动组件一侧设置有下板槽，且所述导轨顶部靠近所述钢刃脚组件一侧设置有上板槽，所述下板槽上方的所述工作坑内部固定有容置框，所述容置框为竖向连通所述下板槽的贯通结构，该容置框内部竖向堆叠放置有多组顶铁板，顶铁板用以设置于油缸伸缩端和承插管之间，顶铁板作为传递油缸顶推承插管动力的传力机构。

所述驱动组件包括纵向排列且固定于所述现浇反力墙上的若干组油缸，若干组所述油缸伸缩端纵向连接有顶推承插管移动的承压板，所述承压板顶侧向远离所述承插管方向延伸形成支撑顶铁板的限位板，通过限位板对容置框内的顶铁板进行支撑。

步骤（2）：在工作坑挖设始发井，采取明挖顺作法，分节开挖，分节支护，确保工作坑的施工安全性，四周护壁采用钢筋混凝土施工钢筋混凝土底板，之后施工现浇反力墙，在工作坑内按照实际三维空间位置安装两组平行分布的导轨，并在导轨的上板槽上方工作坑内安装容置框，在容置框内叠放多组顶铁板，利用容置框作为支撑顶铁板的收纳结构。

步骤（3）：在现浇反力墙上安装油缸作为推进千斤顶，并利用油缸伸缩端承压板上的限位板作为阻挡顶铁板下落的支撑结构，之后将预制生产的承插管吊装于工作坑内，利用油缸伸缩端伸长进而通过承压板顶推承插管在其端部钢刃脚组件的导向切割作用下伸入土层中。

步骤（4）：油缸伸出到最大行程后，油缸伸缩端收缩，油缸带动承压板和限位板向远离承插管方向移动，直至限位板移动到与容置框内的顶铁板分离状态，此时顶铁板受到的支撑作用解除，多组竖向叠放的顶铁板同时向下掉落，最下方一组顶铁板沿下板槽落入两组导轨中，该组顶铁板位于油缸伸缩端的与承插管之间，此时收缩状态的油缸再次伸长，以利用落下的一组顶铁板作为延长受力部件，从而完成第二次顶管顶进动作。

步骤（5）：承插管在第二次顶进动作完成时，油缸再次达到最大伸长行程，此时油缸收缩带动承压板和限位板退回，容置框内最下方的一组顶铁板继续沿下板槽落入导轨中，以通过油缸伸出、回缩动作过程中自动下落顶铁板从而持续追加顶铁长度，实现多组顶铁依次落下首尾相连传递顶管动力，直至承插管完全推入土层中，工作人员沿上板槽依次将多组顶铁板取出，完成一节承插管的顶进过程。

采用以上技术方案，将承插管向土层中顶进时，首先在承插管端部装设钢刃脚，将三组钢板通过槽钢对联拼接抵紧到承插管的插管外圆周侧，通过加固螺栓将相邻且抵紧的槽钢进行锁固连接，实现三组钢板的拼装组合过程；插头外侧与钢板内侧相接处套设的密封圈增加钢刃脚组件与承插管相接处的密封性，以将钢板外侧作为钢刃脚的顶进刀刃，进而便于通过钢板外侧刃口对土层的涵洞内部土层切割破开，以便于引导承插管顶进到土层中，降低承插管顶入土层中的摩擦力，从而提高顶管效率。

作为本案重要设计，步骤（1）中双排所述加固螺栓为M12螺栓，双排加固螺栓数量为八组且呈两列横向均匀分布，所述钢板外侧前端部设置有45°的刃脚坡口。

采用以上结构，利用钢板外侧前端部45°的刃脚坡口，钢刃脚组件的刃脚坡口作为最前方一组承插管的切土进给结构，承担着破开土层以引导后侧多组承插管首尾连接的同步顶进功能，顶管施工作业时减少了钢筋混凝土承插管的管壁顶推阻力、摩擦阻力，提高施工效能，具有更好的适用性、经济性、可操作性。

作为本案优选的技术方案，步骤（1）中所述现浇反力墙远离所述承插管一侧设置有抵紧于工作坑内底侧的L形反力分散架，该反力分散架内侧设置有直角三角形加固肋，利用现浇反力墙配合反力分散架支撑油缸，提高油缸顶进承插管过程的稳定性；所述承托框顶部前后侧固定有两组安装架，所述安装架顶部向靠近所述工作坑内侧壁方向延伸，且所述工作坑顶部前后侧均设置有支撑安装架的安装槽。所述顶铁板厚度大于所述承压板竖向高度，在一组顶铁板沿下板槽落入导轨中后，利用承压板顶推该组顶铁板支撑承插管顶进，此时确保承压板顶侧的限位板可继续对上方若干组顶铁板进行支撑，所述容置框内部前后侧均设置有支撑顶铁板竖向滑移的滑槽，两组所述滑槽间距与所述下板槽开口纵向宽度相等，确保顶铁板可沿滑槽下移并沿下板槽落入导轨中。

步骤（2）中，所述导轨下方的所述工作坑内部前后侧对称设置有两组支撑承插管的承托架，所述承托架包括横向固定于所述工作坑内壁上的横梁，所述横梁为开口朝上的C形框体，该横梁顶部沿其长度方向均布有多组转动座，所述转动座上转动配合有导辊，所述导辊外侧与所述承插管外圆周侧相抵紧，进而便于通过横梁上的导辊支撑承插管横移，提高承插管顶进到土层中的平稳性，所述导轨两端分别通过膨胀螺栓固定于所述工作坑内侧壁和所述现浇反力墙上，且所述上板槽和所述下板槽开口宽度均大于所述顶铁板宽度，确保顶铁板可顺畅通过上板槽和下板槽进行取放动作。步骤（2）中，所述承压板和所述限位板均为Q345B钢材质且通过焊接固定，确保承压板可限位板的结构强度，且所述限位板与所述承压板通过螺栓固定于所述油缸输出端，所述钢板为厚度5mm的Q345B钢材，该钢板外侧与所述承插管外圆周侧相平齐，所述槽钢的屈服强度≥345N/mm²，抗拉强度470～630Mpa，冲击功≥34kJ/m²，确保槽钢结构强度可支撑承插管顶进到土层中，克服管道顶进过程中端部所受的外力，确保管道整体刚度以及稳定性。

进一步的，步骤（3）中，所述承插管为钢筋混凝土预制管结构，且该承插管壁厚为120mm，所述钢刃脚组件的钢板外圆周侧与所述承插管外侧壁相平齐。

在作为顶进机构的油缸上方设置容纳多组顶铁板的容置框，通过叠放于容置框内的顶铁板在油缸回油收缩的同时自动下落，以无需人工搬运添加顶铁，且改善了现有顶铁需要固定以避免其崩离的操作繁琐性，避免人工重复安装顶铁对施工效率产生影响，操作简单，顶管顶进过程中无需人工靠近添加顶铁，使用更加安全，提高顶管顶进效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种外置环切顶进的顶管施工方法，其特征在于：包括以下步骤；

步骤（1）：设计一种顶管施工装置，该顶管施工装置包括承插管和固定于该承插管穿入地层内部一端的钢刃脚组件，地层上设置有容纳承插管的工作坑，该工作坑内部远离所述钢刃脚组件一侧设置有现浇反力墙，所述现浇反力墙上固定有顶推承插管向地层中推进的驱动组件；

步骤（2）：在工作坑挖设始发井，采取明挖顺作法，分节开挖，分节支护，四周护壁采用钢筋混凝土施工钢筋混凝土底板，之后施工现浇反力墙，在工作坑内按照实际三维空间位置安装两组平行分布的导轨，并在导轨的上板槽上方工作坑内安装容置框，在容置框内叠放多组顶铁板；

步骤（3）：在现浇反力墙上安装油缸作为推进千斤顶，并利用油缸伸缩端承压板上的限位板作为阻挡顶铁板下落的支撑结构，之后将预制生产的承插管吊装于工作坑内，利用油缸伸缩端伸长进而通过承压板顶推承插管在其端部钢刃脚组件的导向切割作用下伸入土层中；

步骤（4）：油缸伸出到最大行程后，油缸伸缩端收缩，油缸带动承压板和限位板向远离承插管方向移动，直至限位板移动到与容置框内的顶铁板分离状态，此时顶铁板受到的支撑作用解除，多组竖向叠放的顶铁板同时向下掉落，最下方一组顶铁板沿下板槽落入两组导轨中，该组顶铁板位于油缸伸缩端的与承插管之间，此时收缩状态的油缸再次伸长，以利用落下的一组顶铁板作为延长受力部件，从而完成第二次顶管顶进动作；

步骤（5）：承插管在第二次顶进动作完成时，油缸再次达到最大伸长行程，此时油缸收缩带动承压板和限位板退回，容置框内最下方的一组顶铁板继续沿下板槽落入导轨中，以通过油缸伸出、回缩动作过程中自动下落顶铁板从而持续追加顶铁长度，实现多组顶铁依次落下首尾相连传递顶管动力，直至承插管完全推入土层中，工作人员沿上板槽依次将多组顶铁板取出，完成一节承插管的顶进过程。

2.根据权利要求1所述一种外置环切顶进的顶管施工方法，其特征在于：步骤（1）中，所述承插管靠近所述钢刃脚组件一端设置有圆环状插头，所述承插管另一端设置有用以插接配合相邻承插管插头的承头，所述钢刃脚组件包括三组共同组成圆环状环切刃的弧形钢板，相邻两组钢板内侧均固定有相互平行的槽钢，且相邻两组槽钢之间均固定连接有双排加固螺栓，三组所述钢板内侧设置有箍紧于所述插头外侧的密封圈；

所述工作坑内部前后侧设置有两组开口相对的C形导轨，该导轨顶部靠近所述驱动组件一侧设置有下板槽，且所述导轨顶部靠近所述钢刃脚组件一侧设置有上板槽，所述下板槽上方的所述工作坑内部固定有容置框，所述容置框为竖向连通所述下板槽的贯通结构，该容置框内部竖向堆叠放置有多组顶铁板；

所述驱动组件包括纵向排列且固定于所述现浇反力墙上的若干组油缸，若干组所述油缸伸缩端纵向连接有顶推承插管移动的承压板，所述承压板顶侧向远离所述承插管方向延伸形成支撑顶铁板的限位板。

3.根据权利要求1所述一种外置环切顶进的顶管施工方法，其特征在于：步骤（1）中，双排所述加固螺栓为M12螺栓，双排加固螺栓数量为八组且呈两列横向均匀分布，所述钢板外侧前端部设置有45°的刃脚坡口。

4.根据权利要求1所述一种外置环切顶进的顶管施工方法，其特征在于：步骤（1）中，所述现浇反力墙远离所述承插管一侧设置有抵紧于工作坑内底侧的L形反力分散架，该反力分散架内侧设置有直角三角形加固肋；

所述承托框顶部前后侧固定有两组安装架，所述安装架顶部向靠近所述工作坑内侧壁方向延伸，且所述工作坑顶部前后侧均设置有支撑安装架的安装槽。

5.根据权利要求1所述一种外置环切顶进的顶管施工方法，其特征在于：步骤（1）中，所述顶铁板厚度大于所述承压板竖向高度，所述容置框内部前后侧均设置有支撑顶铁板竖向滑移的滑槽，两组所述滑槽间距与所述下板槽开口纵向宽度相等。

6.根据权利要求1所述一种外置环切顶进的顶管施工方法，其特征在于：步骤（2）中，所述导轨下方的所述工作坑内部前后侧对称设置有两组支撑承插管的承托架，所述承托架包括横向固定于所述工作坑内壁上的横梁，所述横梁为开口朝上的C形框体，该横梁顶部沿其长度方向均布有多组转动座，所述转动座上转动配合有导辊，所述导辊外侧与所述承插管外圆周侧相抵紧。

7.根据权利要求6所述一种外置环切顶进的顶管施工方法，其特征在于：所述导轨两端分别通过膨胀螺栓固定于所述工作坑内侧壁和所述现浇反力墙上，且所述上板槽和所述下板槽开口宽度均大于所述顶铁板宽度。

8.根据权利要求1所述一种外置环切顶进的顶管施工方法，其特征在于：步骤（2）中，所述承压板和所述限位板均为Q345B钢材质且通过焊接固定，且所述限位板与所述承压板通过螺栓固定于所述油缸输出端。

9.根据权利要求8所述一种外置环切顶进的顶管施工方法，其特征在于：所述钢板为厚度5mm的Q345B钢材，该钢板外侧与所述承插管外圆周侧相平齐，所述槽钢的屈服强度≥345N/mm²，抗拉强度470～630Mpa，冲击功≥34kJ/m²。

10.根据权利要求1所述一种外置环切顶进的顶管施工方法，其特征在于：步骤（3）中，所述承插管为钢筋混凝土预制管结构，且该承插管壁厚为120mm，所述钢刃脚组件的钢板外圆周侧与所述承插管外侧壁相平齐。

Images