一种带有棘爪的矩形顶管自动止退装置

技术领域

本发明涉及地下机械法暗挖建造技术领域，具体涉及一种带有棘爪的矩形顶管自动止退装置，尤其适用长距离矩形顶管施工和构筑。

背景技术

近年来，“绿色、安全、环保、高效”的矩形顶管技术因具有避免地面交通导改和地下管线拆迁，施工对土体扰动小、对城市地面环境影响很小，可有效控制地表沉降，机械化程度高等特点，逐渐在城市地下空间开发中得到广泛应用，该顶管技术在顶进过程中，由千斤顶提供顶推力来克服顶管机和管节所受正面水土压力和侧摩阻力，但在安装管节时，千斤顶油缸缩回，顶推力会被卸除，此时，侧摩阻力小于顶管机正面水土压力，会导致顶管机和已顶进的管节发生回退，使得开挖面土体失稳，从而造成地表沉降，为防止因顶管机与管节回退导致地表沉降，通常需设置顶管止退装置或采取其他措施。

查阅现有顶管施工资料及相关专利，当前防止顶管回退的措施主要有两种，一种为在始发井井壁设置预埋钢连接件，当需缩回千斤顶时，采取焊接或旋转相关钢连接件使管节与始发井井壁连接成整体，该方法需不断拆装，操作复杂、耗时较多；另一种为设置专用止退装置，将止退销插入管节预留吊装孔，并固定于止退设备上即可防止管节回退，该装置会占用一定的工作空间，需人工操作，自动化程度低，工作效率较低。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在公开地下机械法暗挖建造技术领域，具体指一种带有棘爪的矩形顶管自动止退装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种带有棘爪的矩形顶管自动止退装置，包括顶管机、油缸架、千斤顶油缸、顶铁、导轨和多段管节，所述自动止退装置包括止退部件和固定部件，所述止退部件沿管节的长度方向水平对称设置在管节两侧，用于固定管节；

所述止退部件包括一体成型的工作撑和棘爪，所述管节表面设置有与棘爪相匹配的预留槽，棘爪与预留槽通过滑动配合方式连接；所述固定部件用于固定止退部件，并为防止顶管机和管节回退提供反力，固定部件包括固定支座、固定栓、弹簧和弹簧固定装置；

所述工作撑的尾部设置为齿状结构，所述工作撑尾部和所述固定支座之间采用齿状连接，齿间设有供所述固定栓插入的预留孔；所述棘爪作为主要受力构件，其结构设置为楔块，包括楔块正面和楔块背面，楔块正面为平面，楔块背面为楔面，其中楔面表面设置有一层润滑层；

所述固定支座为主要承力构件，其正面设有固定栓，其背面固定于始发井井壁侧墙上，所述固定栓设置在止退部件的工作撑尾部用于约束止退部件在竖向和水平方向的位移，所述止退部件绕固定栓水平转动，所述弹簧连接在固定支座和工作撑之间，以限位止退部件相对固定部件的转动行程，弹簧的两端分别设置有弹簧固定装置与固定支座、工作撑固连。

优选地，所述止退装置设置在管节下半部，止退装置的数量至少设置有一组。

优选地，所述止退部件至少设置有一个棘爪。

优选地，所述止退部件包括一个工作撑和三个棘爪。

优选地，所述止退装置包括止退状态和非止退状态，止退装置在止退状态时，棘爪滑入管节表面的预留槽中；止退装置在非止退状态时，棘爪滑出预留槽，且在弹簧的拉力作用下紧贴管节外壁，管节相对止退装置水平移动。

优选地，所述弹簧设置在固定支座和工作撑靠近管节的一侧面。

优选地，所述预留槽设置为楔形，其靠近始发井井壁侧墙的一面为正面，为平面结构，其背面为楔面，预留槽表面设置有与预留槽形状相匹配的预留槽钢板，预留槽钢板的表面面设置有一层润滑层。

优选地，所述预留槽的断面形式为梯形，其长边设置为100mm、其短边设置为50mm，预留槽的宽度设置为100mm，其深度设置为60mm，每个预留槽间距设置为50mm，预留槽钢板厚5mm。

本发明的有益效果体现在：本发明一种带有棘爪的矩形顶管自动止退装置，本止退装置采用棘爪、工作撑、弹簧、固定支座等装置配合完成管节止退过程，与采用固定销的传统止退装置相比，其优点在于，该装置结构简单、不占用工作空间、无需人工操作、自动化程度高、耗时更短、施工更具连续性，不仅能有效解决顶管机和管节回退问题、有效控制地表沉降，且会使顶进施工更具连续性和有效提高顶管施工效率。

附图说明

图1为本发明实施例一种带有棘爪的矩形顶管自动止退装置的剖面图。

图2为本发明实施例一种带有棘爪的矩形顶管自动止退装置的横断面图。

图3为本发明实施例一种带有棘爪的矩形顶管自动止退装置止退状态时的局部平面图。

图4为本发明实施例一种带有棘爪的矩形顶管自动止退装置非止退状态时的局部平面图。

图5为本发明实施例一种带有棘爪的矩形顶管自动止退装置非止退状态时的局部剖面图。

图6为本发明实施例一种带有棘爪的矩形顶管自动止退装置的结构平面图。

图7为本发明实施例一种带有棘爪的矩形顶管自动止退装置的结构剖面图。

图8为本发明实施例一种带有棘爪的矩形顶管自动止退装置的管节预留槽平面图。

图9为本发明实施例一种带有棘爪的矩形顶管自动止退装置的管节预留槽剖面图。

图10为本发明实施例一种带有棘爪的矩形顶管自动止退装置结构立面图。

附图标注说明：

1-顶管机，2-管节，3-止退装置，4-始发井井壁侧墙，5-顶铁，6-千斤顶油缸，7-油缸架，8-导轨，9-预留槽，21-第N-1节管节，22-第N节管节，23-第N+1节管节，24-第N+2节管节，31-止退部件，32-固定部件，229-第N节管节预留槽，239-第N+1节管节预留槽，311-工作撑，312-棘爪，321-固定支座，322-固定栓，323-弹簧，324-弹簧固定装置，91-预留槽钢板，92-锚筋。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式：

本发明提出一种带有棘爪312的矩形顶管自动止退装置3，包括顶管机1、油缸架7、千斤顶油缸6、顶铁5、导轨8和多段管节2，所述自动止退装置3包括止退部件31和固定部件32，所述止退部件31沿管节2的长度方向水平对称设置在管节2两侧，用于固定管节2，本实施例中，所述止退装置3设置在管节2下半部，止退装置3的数量至少设置有一组；所述顶管止退装置3在顶管机1和管节2不断顶进的过程中，在止退部件31、固定部件32等装置的配合作用下，实现顶管机1和管节2止退的技术；

所述止退部件31包括一体成型的工作撑311和棘爪312，所述管节2表面设置有与棘爪312相匹配的预留槽9，棘爪312与预留槽9通过滑动配合方式连接；所述固定部件32用于固定止退部件31，并为防止顶管机1和管节2回退提供反力，固定部件32包括固定支座321、固定栓322、弹簧323和弹簧固定装置324；

所述工作撑311为传力构件，所述棘爪312作为主要受力构件，其结构设置为楔块，优选为楔形钢构件，包括楔块正面和楔块背面，楔块正面为平面、为受力面、靠近洞门侧设置，楔块背面为楔面、为滑动面、远离洞门侧设置，其中楔面表面设置有一层润滑层；

所述固定支座321为主要承力构件，其正面设有固定栓322，其背面固定于始发井井壁侧墙4上，固定支座321既要便于拆装，也需能承受足够的荷载；

所述固定栓322设置在止退部件31的工作撑311尾部用于约束止退部件31在竖向和水平方向的位移，所述止退部件31绕固定栓322水平转动，所述弹簧323连接在固定支座321和工作撑311之间，以限位止退部件31相对固定部件32的转动行程，弹簧323的两端分别设置有弹簧固定装置324与固定支座321、工作撑311固连；

所述止退部件31至少设置有一个棘爪312，为保证止退部件31工作的稳定性，本实施例中，止退部件31包括一个工作撑311和三个棘爪312，棘爪312与工作撑311由整块钢板切割而成，所述工作撑311的尾部设置为齿状结构并预留插孔，工作撑311尾部和固定支座321之间采用齿状连接，齿间设有供固定栓322插入的预留孔；

所述止退装置3包括止退状态和非止退状态，止退装置3在止退状态时，棘爪312滑入管节2表面的预留槽9中；止退装置3在非止退状态时，棘爪滑出预留槽9，且在弹簧323的拉力作用下紧贴管节2外壁，管节2相对止退装置3水平移动；

所述弹簧323设置在固定支座321和工作撑311靠近管节2的一侧面，应具有足够的弹性系数，且弹簧323在止退装置3的止退状态和非止退状态时均应处于受拉状态；

当止退装置3由非止退状态转换为止退状态时，即预留槽9随管节2向前移动至棘爪312附近时，棘爪312自然滑入预留槽9内，并在弹簧323的作用下紧紧卡接在预留槽9内；当止退装置3由止退状态转换为非止退状态时，即在千斤顶油缸6推力作用下，管节2向前移动，棘爪312将从预留槽9滑出，并在弹簧323的作用下持续紧贴在管节2外壁；

如图8-10所示，预留槽9的位置和数量应与棘爪312相对应，并应避开管节2主筋位置，同时为钢筋留有足够的保护层厚度；所述预留槽9设置为楔形，其靠近始发井井壁侧墙4的一面为正面，为平面结构，其背面为楔面，楔面的楔角的设置应保证棘爪312在管节2受到顶推力作用时能自然滑出，预留槽9表面设置有与预留槽9形状相匹配的预留槽钢板91，预留槽钢板91的表面设置有一层润滑层，为保证棘爪312顺利滑出，所述预留槽9的尺寸应设置为略大于棘爪312；

本实施例中，所述预留槽9的断面形式为梯形，其长边设置为100mm、其短边设置为50mm，预留槽9的宽度设置为100mm，其深度设置为60mm，每个预留槽9间距设置为50mm，预留槽钢板91厚5mm；

具体而言，为使本止退装置3的工作过程说明更为明确，如图3-5所示，管节2包括第N-1节管节21、第N节管节22、第N+1节管节23和第N+2节管节24，预留槽9包括分别设置在第N节管节22、第N+1节管节23上的第N节管节预留槽229、第N+1节管节预留槽239，在第N+1节管节23安装前，千斤顶油缸6前推，止退装置3固定在始发井井壁侧墙4上，第N+1节管节23在顶推力作用下，第N+1节管节预留槽239随第N+1节管节23向前移动至棘爪312自然滑入第N+1节管节预留槽239中，随后油缸缩回，此时止退部件31处于止退状态起止退作用；当第N+1节管节23安装完成并开始顶进，千斤顶油缸6前推，为顶管机1和管节2逐渐施加顶推力，此时棘爪312从第N+1节管节预留槽239中滑出，在弹簧323的作用下持续紧贴管节2外壁，并与之发生相对运动，此时止退部件31处于非止退状态，后续管节2安装与顶进时，重复上述工作流程即可。

以上，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作任何限制，本行业的技术人员，在本技术方案的启迪下，可以做出一些变形与修改，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。