掌桥专利:专业的专利平台
掌桥专利
首页

长距离管网施工用分体式顶进装置及施工方法

文献发布时间:2024-04-18 19:58:26


长距离管网施工用分体式顶进装置及施工方法

技术领域

本申请涉及管道施工领域,尤其是涉及一种长距离管网施工用分体式顶进装置,此外,还涉及一种长距离管网施工用分体式顶进装置的施工方法。

背景技术

水利工程中的供水及排水管道施工目前普遍进行采用非开挖施工技术,在重要的施工地段,可避免施工占道,不会造成交通拥堵。传统水工管网施工常采用土压平衡和泥水平衡一次工法的微型顶管施工工艺。

目前,顶管机主要由旋转挖掘系统、主顶液压推进系统、泥土输送系统、注浆系统、测量设备、地面吊装设备和电气系统等组成。在旋转挖机系统向前掘进的过程中,位于工作井内的主顶液压推进系统会将预制管道推入到挖掘出的通道内,实现管道的铺设。

但是受制于主顶液压推进系统的功率、导向精度等因素影响,在进行顶管超长浅埋施工时,当主顶液压推进系统的功率较低、工作井为主顶液压推进系统提供的工作空间较小时,就会存在一次有效顶进距离较低,施工速度慢的问题。

发明内容

为了改善因工作空间较小,无法快速地长距离地对钻杆进行顶进导致施工速度慢的问题,本申请提供长距离管网施工用分体式顶进装置及施工方法。

第一方面,本申请提供一种长距离管网施工用分体式顶进装置,采用如下的技术方案:

长距离管网施工用分体式顶进装置,包括液压顶推机构和连接机构,所述液压顶推机构包括顶杆油缸和推盘,所述顶杆油缸设于地面上,所述推盘设于工作井内,所述连接机构包括机架,所述推盘设于机架的下部,所述顶杆油缸推动所述机架的上部,所述推盘向工作井的内壁处推入或拔出钻杆。

通过采用上述技术方案,将推盘保留在工作井内,而顶杆油缸放置在地面上,并通过机架实现顶杆油缸的推杆与推盘的连接,这样,可以在空间有限的工作井内,放置较长的钻杆,并将顶杆油缸放置在地面上,从而可以采用大推力的体积较大的顶杆油缸对机架及推盘进行推动,并一次性地将一根较长的钻杆顶入到土层内,有效提升了顶杆油缸对钻杆的驱动效率,且留有更大的空间用于钻杆的安装,结构合理,能够保持较快的施工速度。

可选的,所述机架呈口字型,所述推盘的侧壁与所述机架的下部固定连接,所述工作井的井口处架设有一对滑轨,所述机架的外壁上对称地设有一对滑块,所述机架通过滑块架设在所述滑轨上并在所述滑轨上滑动;

一对所述顶杆油缸分别且同时推拉所述机架的两个竖端。

通过采用上述技术方案,滑轨与滑块的配合,实现了机架在竖向上位置的固定,并在顶杆油缸的推动下,确保了机架能够在一对滑轨之间沿滑轨的长度方向进行滑动,使得机架能够平稳地传递顶杆油缸产生的推力,确保顶杆油缸能够可靠地对推盘进行推动,进而确保顶杆油缸能够将钻杆顶入到土层内。

可选的,一对所述滑轨之间设有两块支撑板,两块所述支撑板分别且一一对应的与所述工作井的一对内壁贴合;

两块所述支撑板之间设有一对第一滑杆,一对所述第一滑杆分别且一一对应地穿过所述机架的两个竖端,所述第一滑杆与所述机架的衔接处位于所述机架的下部。

通过采用上述技术方案,两块支撑板可拆卸地设于一对滑轨的底部,在顶杆油缸推动机架后,机架的两个竖端能够在一对第一滑杆上滑动,提高了机架位移的稳定性,确保顶杆油缸的推动不会造成机架发生倾倒;进一步的,两块支撑板在一对第一滑杆的顶撑作用下,能够与工作井的内壁可靠贴合,从而起到对工作井的护壁作用,防止工作井的井口处的顶杆油缸对地面产生的作用力过大而而造成工作井坍塌。

可选的,一对所述滑轨位于所述工作井的井口上方且靠近所述工作井的内壁。

通过采用上述技术方案,滑轨能够可靠地与滑块配合,实现对机架的支撑作用,同时,不会干涉操作人员向工作井内吊入或吊出钻杆等物件。

可选的,地面上设有一对支撑座,一对所述支撑座分别位于所述工作井的两侧,一对所述支撑座之间穿设有一对第二滑杆,一对所述第二滑杆分别且一一对应地穿过所述机架的两个竖端,所述第二滑杆与所述机架的衔接处位于所述机架的上部;

所述顶杆油缸推动所述机架在第一滑杆、第二滑杆和滑轨上滑动。

通过采用上述技术方案,一对第二滑杆均固定在一对支撑座之间,且一对第二滑杆会穿过机架的竖端上部,这样,机架的上部通过第二滑杆进行支撑,机架的中部通过滑轨进行支撑,机架的下部通过第一滑杆进行支撑,而第一滑杆、第二滑杆及滑轨处于相互平行的状态,从而确保了在顶杆油缸的推动下,机架能够平稳地产生位移,进而带动推盘能够沿钻杆的轴向对钻杆进行顶推或拉拽。

可选的,所述钻杆靠近所述推盘的一端设有连接头,所述连接头呈H形,相邻两个钻杆分别套设在所述连接头的两端;

所述推盘的中部设有穿孔,所述钻杆穿设在所述穿孔内,所述推盘朝向钻杆的一侧设有若干夹紧油缸,若干所述夹紧油缸的推杆均指向所述穿孔的轴线且均卡设在所述连接头的凹槽处。

通过采用上述技术方案,当一根钻杆被顶入到土层内,且该钻杆上的连接头处于裸露状态时,将另一根钻杆穿入到穿孔内,并将该钻杆插入到上一根钻杆的连接头内,然后夹紧油缸的推杆伸出,会插入到连接头的中部的凹槽内,实现对连接头的夹紧作用,这样,当顶杆油缸向前伸出时,钻杆能够被顶入到土层内,当夹紧油缸保持对连接头的锁紧且顶杆油缸向后收缩时,钻杆能够被拉回到工作井内。

可选的,所述钻杆与所述连接头之间为过盈配合或通过螺纹连接。

通过采用上述技术方案,钻杆与连接头之间可以是过盈配合,且钻杆套设在连接头的外侧,钻杆与连接头之间也可以是螺纹连接,这样,确保了多根钻杆能够连接为一个便于拆装的状态,进而确保通过顶杆油缸的伸出或收回能够实现钻杆的顶入与拔出。

可选的,地面上还开设有接收井,所述接收井内设有顶管油缸,所述顶管油缸向工作井的方向推入预制管。

通过采用上述技术方案,当第一根钻杆钻出土层进入到接收井内后,可以将第一根钻杆上的探棒及导向杆(可以通过远程遥控的方式对探棒采集的信号进行分析并传递至导向杆,从而调整导向杆的钻设方向,保证了钻杆的钻设方向保持较高的精度)拆除,并换装锥形扩孔器及拉管头,这样,通过顶杆油缸和夹紧油缸的配合,实现对钻杆回收的过程中,能够将通过钻杆钻设处于的孔洞的内径扩大,并将预制管带入内径扩大的孔洞内,同时,顶管油缸将后续的所有预制管一一顶推到孔洞内。

可选的,所述顶管油缸与所述接收井的内壁之间设有背板,所述顶管油缸与所述背板贴合,所述背板的下部位于所述接收井的井底下方。

通过采用上述技术方案,确保了接收井能够在背板的支撑作用下承受住顶管油缸顶推预制管产生的反推力,使得进行预制管的回拖铺设时,相邻两根预制管之间的贴合更加紧实。

第二方面,本申请提供一种长距离管网施工用分体式顶进装置的施工方法,采用如下的技术方案:

长距离管网施工用分体式顶进装置的施工方法,包括如下步骤:

S1、在地面上开挖工作井和接收井,并在工作井的井口处放置滑轨,在工作井的井口上方放置第二滑杆,在工作井的井口下方放置第一滑杆;

S2、组装机架,并将顶杆油缸的推杆与机架之间通过螺栓锁紧;

S3、在第一根钻杆的一端安装探棒及导向杆、另一端安装连接头,并将第一根钻杆的另一端穿入到推盘的穿孔内,夹紧油缸的推杆伸入到与第一根钻杆的凹槽内;

S4、顶杆油缸动作,推动机架及推盘并将第一根钻杆顶入到土层内,在第一根钻杆的连接头即将进入土层时,顶杆油缸停止动作,在夹紧油缸复位后,顶杆油缸复位,再将第二根钻杆的一端插入到第一根钻杆的连接头上,同时,在第二根钻杆的另一端安装连接头,夹紧油缸夹紧第二根钻杆的连接头后,顶杆油缸再次动作,以此类推,形成小孔径的孔洞;

S5、当第一根钻杆完全进入接收井后,顶杆油缸停止动作,拆除探棒及导向杆,并在第一根钻杆的端部安装锥形扩孔器和拉管头,拉管头的外侧套设有预制管;

S6、顶杆油缸复位,拉动所有钻杆、锥形扩孔器、拉管头和第一根预制管进入到孔洞内并朝向工作井的方向移动;

S7、在第一根预制管完全进入孔洞后,通过顶管油缸向孔洞内顶入其余的预制管,并在工作井内将钻杆依次拆除,直到被锥形扩孔器扩张后的孔洞内全部填入预制管,完毕。

通过采用上述技术方案,能够提高顶杆油缸的一次顶推钻杆的效率,并通过对锥形扩孔器的回拖及顶管油缸的顶管作用,实现多根预制管的铺设。

综上所述,本申请包括以下有益效果:

1、将顶杆油缸设置在地面上,从而可以选择推力更大的顶杆油缸对工作井内的更长的钻杆进行顶推,提高了顶杆油缸对钻杆的顶推效率,并在工作井内留有更大的空间用于钻杆的组装与回收。

2、在第一根钻杆上安装探棒及导向杆,并通过人工远程控制的方式进行钻设方向的调整,可以提高钻杆的钻设精度。

3、利用单根钻杆短而直的特性,实现管路的定却定位,再通过对钻杆的反向回拉过程中,锥形扩孔器能够对钻杆钻设的孔洞进行扩孔,并与顶管油缸配合,将多根预制管由接收井朝向工作井顶入,实现管道的铺设,降低了铺设过程中预制管迎土面的正面压力,有效防止地面隆起或沉降。

附图说明

图1是本申请的示意性立体图;

图2是图1中A处的放大结构示意图;

图3是本申请的内部结构剖视图一,示出了钻杆顶进的状态;

图4是推盘与机架的装配状态参考图;

图5是本申请的内部结构剖视图二,示出了钻杆拔出的状态;

图中:1、顶杆油缸;

2、推盘;21、穿孔;22、夹紧油缸;

3、工作井;31、滑轨;32、支撑板;33、第一滑杆;

4、机架;40、滑块;

5、钻杆;50、连接头;500、凹槽;

6、支撑座;60、第二滑杆;

7、接收井;71、顶管油缸;72、背板;

8、锥形扩孔器;9、拉管头;10、预制管。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

本实施例公开了一种长距离管网施工用分体式顶进装置。

图1是本申请的示意性立体图,图2是图1中A处的放大结构示意图。参见图1和图2,长距离管网施工用分体式顶进装置,包括液压顶推机构和连接机构,液压顶推机构包括顶杆油缸1和推盘2,顶杆油缸1设于地面上,地面上间隔开设有工作井3和接收井7,推盘2位于工作井3内,连接机构包括机架4,机架4由四根梁体拼接呈口字状,机架4的一部分位于工作井3内、另一部分位于工作井3的上方,推盘2与机架4的下部可拆卸连接,顶杆油缸1的推杆与机架4的上部可拆卸连接。

将顶杆油缸1设置在地面上,当顶杆油缸1的推杆伸出后,能够推动机架4产生位移,由于推盘2与机架4连接,机架4位移能够带动推盘2,也就是说,可以选择推力更大的顶杆油缸1对推盘2进行驱动,进而将穿设在推盘2上的钻杆5顶进到土层内,避免了将顶杆油缸1放置在工作井3内时,只能选择体积较小且推力较小的顶杆油缸1对钻杆5进行顶进,整体效率较低,而将顶杆油缸1设于地面上后,可以提高对钻杆5的一次顶进量,实现钻杆5的快速顶进,提高了施工速度。

图3是本申请的内部结构剖视图一,示出了钻杆顶进的状态。参见图3在地面上设有一对支撑座6和一对滑轨31,一对支撑座6分别位于工作井3的两侧,一对支撑座6之间设有一对第二滑杆60,一对第二滑杆60分别穿过机架4的两个竖端的上部。一对滑轨31架设在工作井3的井口两侧,机架4的外壁中部设有一对滑块40,机架4通过滑块40架设在一对滑轨31之间,且可以在滑轨31上滑动。在机架4的底部设有两块支撑板32,支撑板32与工作井3的内壁贴合,两块支撑板32之间设有两根第一滑杆33,两个第一滑杆33分别穿过机架4的两个竖端的下部。

当顶杆油缸1的推杆伸出,对机架4进行推动时,机架4能够顺畅地在第一滑杆33、第二滑杆60及滑轨31的支撑作用下产生位移,而且,由于第一滑杆33穿设在机架4的下部、第二滑杆60穿设在机架4的上部,滑轨31位于机架4的中部,且第一滑杆33、第二滑杆60及滑杆的延伸方向相互平行,使得顶杆油缸1在对机架4的上部进行推动后,机架4能够对顶杆油缸1输出的推力进行均匀且高效的传递,在确保能够带动推盘2进行位移的同时,保证了自身的平衡,提升了整体的稳定性。进一步的,在一对第一滑杆33的顶撑作用下,两块支撑板32与工作井3的内壁可靠贴合,能够起到防止工作井3坍塌的作用。

图4是推盘与机架的装配状态参考图。参见图4并结合图3,推盘2在顶杆油缸1的驱动下,顶进或拔出钻杆5,第一根钻杆5的一端设有探棒及导向杆,另一端设有连接头50,连接头50呈H形,其余钻杆5的一端与上一根钻杆5的连接头50连接,且另一端均设有一个连接头50。推盘2的的中部设有穿孔21,在推盘2上且位于穿孔21的外壁设有若干夹紧油缸22,若干夹紧油缸22的推杆均指向穿孔21的轴线,钻杆5穿设在穿孔21内(钻杆5也可以抵触在推盘2的表面,此时,钻杆5的外径大于穿孔21的内径,通过推盘2直接将钻杆5顶进土层),且当夹紧油缸22的推杆伸出后,能够适配地伸入并卡止在连接头50的中部的凹槽500内。

参见图3和图4,当探棒的端部与工作井3的内壁接触,钻杆5的连接头50被多个夹紧油缸22的推杆夹紧后,顶杆油缸1动作,实现对机架4及推盘2的驱动,进而将探棒、导向杆及钻杆5顶入到土层内,当一根钻杆5完全进入土层后,夹紧油缸22及顶杆油缸1依次复位,再将下一根钻杆5通过过盈配合或螺纹连接的方式装入到上一根钻杆5的连接头50内,夹紧油缸22及顶杆油缸1再依次顶出,即可实现多根钻杆5的依次顶进,利用单根钻杆5短而直的特性对管道的铺设方向进行定位,并形成内径较小的孔洞,且,在钻杆5钻探的过程中,通过探棒采集导向杆的状态信息,并输送至人工操作的接受仪,从而远程控制导向杆的钻设方向,可以对钻杆5的钻设方向进行调整,且调整精度高于激光导向仪,而再通过反向操作,即可利用夹紧油缸22的推杆与连接头50的凹槽500之间的干涉作用将钻杆5由土层内拔出。

图5是本申请的内部结构剖视图二,示出了钻杆拔出的状态。参见图5,在接收井7内设有背板72和顶管油缸71,背板72设于顶管油缸71的后侧,且插入到接收井7的井底下方,在顶杆油缸1将若干钻杆5拔出并通过锥形扩孔器8对钻杆5形成的孔洞进行扩孔后,顶管油缸71可以将预制管10顶入到内径扩大后的孔洞内,完成预制管10的铺设,背板72的设置能够承受顶管油缸71产生的反推力,使得相邻两根预制管10之间的贴合度更高,且在铺设的过程中,能够降低预制管10迎土面的正面压力,有效防止地面隆起或沉降。

本实施例还公开了一种长距离管网施工用分体式顶进装置的施工方法

长距离管网施工用分体式顶进装置的施工方法,包括如下步骤:

S1、在地面上开挖工作井3和接收井7,并在工作井3的井口处放置滑轨31,在工作井3的井口上方放置第二滑杆60,在工作井3的井口下方放置第一滑杆33;

S2、组装机架4,将第一滑杆33、第二滑杆60插入到机架4内,同时将机架4的滑块40放置在滑轨31上,调整支撑座6及滑轨31的角度,确保第一滑杆33、第二滑杆60及滑轨31处于相互平行的状态,然后将顶杆油缸1的推杆与机架4之间通过螺栓锁紧;

S3、在第一根钻杆5的一端安装探棒及导向杆、另一端安装连接头50,并将第一根钻杆5的另一端穿入到推盘2的穿孔21内,夹紧油缸22的推杆伸入到与第一根钻杆5的凹槽500内;

S4、顶杆油缸1动作,推动机架4及推盘2并将第一根钻杆5以5~8m/s的速度顶入到土层内,在第一根钻杆5的连接头50即将进入土层时,顶杆油缸1停止动作,在夹紧油缸22复位后,顶杆油缸1复位,再将第二根钻杆5的一端插入到第一根钻杆5的连接头50上,同时,在第二根钻杆5的另一端安装连接头50,然后夹紧油缸22的推杆再次伸出并插入到第二根钻杆5的连接头50的凹槽500内,顶杆油缸1再次动作,以此类推,实现多根钻杆5的依次顶进,并在土层内形成小孔径的孔洞;

S5、当第一根钻杆5完全进入接收井7后,顶杆油缸1停止动作,拆除探棒及导向杆,并在第一根钻杆5的端部安装锥形扩孔器8和拉管头9,拉管头9的外侧套设有预制管10;

S6、夹紧油缸22保持夹紧最后一根钻杆5的连接头50的状态,顶杆油缸1回收、复位,拉动通过连接头50相互连接的多根钻杆5、锥形扩孔器8、拉管头9和第一根预制管10进入到孔洞内并朝向工作井3的方向移动,在这一步骤中,锥形扩孔器8在前方移动进行扩孔,预制管10在锥形扩孔器8的后端顶进到内径扩大后的孔洞内;

S7、在第一根预制管10完全进入孔洞后,通过顶管油缸71向孔洞内顶入其余的预制管10,并在工作井3内将钻杆5依次拆除,直到被锥形扩孔器8扩张后的孔洞内全部填入预制管10,完毕。

本申请将用于顶进及拔出钻杆5的顶杆油缸1设置在地面上,对场地面积要求小,进场、撤场简便,便于拉管,钻进施工不再受限,降低了施工成本,提高了施工应用范围,极大地提高了施工效率,尤其适用于施工空间受限、管网长度>400m、对管网精度要求较高的管网施工工程。

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。

相关技术
  • 长距离顶进施工用大直径土压平衡顶管掘进机内凹型刀盘
  • 一种大直径长距离顶进施工用减阻触变泥浆及其制备方法
技术分类

06120116494675