顶管施工设备及方法与流程

本发明涉及顶管施工设备及方法，属于建筑施工。

背景技术：

1、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。一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进，由此往复。

2、在顶管顶进入土层内时，由于顶管表面与土层之间存在较大摩擦力，常规施工前会在顶管表面涂抹润滑用的润滑剂，以降低顶管进入土层后与土层的摩擦力，但由于顶管在施工过程中需要长距离且长时间在土层下滑动，涂抹在顶管表面的润滑剂会快速失效，导致顶管润滑无法长时间持续，当润滑失效后顶管顶进阻力变大，从而使得顶管顶进的难度变大，因此存在一定的问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于：提供顶管施工设备及方法，它解决了现有技术中，由于顶管在施工过程中需要长距离且长时间在土层下滑动，涂抹在顶管表面的润滑剂会快速失效，导致顶管润滑无法长时间持续，当润滑失效后顶管顶进阻力变大，从而使得顶管顶进的难度变大的问题。

2、本发明所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：顶管施工设备，包括基坑,开设在土层内，基坑内形成施工槽，

3、支撑结构组，设置在施工槽内部，

4、钻头，放置在支撑结构组上，钻头轴向平行与施工槽的底面，

5、预制管，与钻头轴向抵接，预制管放置在支撑结构组上，预制管为圆柱环状设置，

6、喷水槽，开设在预制管外侧面，

7、喷水头，固定在喷水槽底壁，喷水头的喷射方向朝向喷水槽的开口，喷水头由位于施工槽底部的一端向施工槽开口的方向收敛设置，

8、进水管，设置在预制管上，进水管的一端与喷水头连通，进水管的另一端延伸至预制管内侧，进水管延伸至预制管内的一端与位于施工槽外部的供水设备通过管路连通，管路通过预制管内侧延伸，

9、挡土壳，固定在喷水头的喷射端，挡土壳呈空心半球状设置，

10、喷水孔，开设在挡土壳表面，喷水孔设置有若干个，喷水孔将挡土壳内外侧连通，喷水孔由挡土壳内向外的延伸方向与喷水头的喷射方向形成锐角夹角，

11、顶进结构组，固定设置在施工槽内部，顶进结构组位于预制管远离钻头的一侧，

12、其中，支撑结构组用于对钻头和预制管重力方向进行支撑，顶进结构组用于将预制管轴向推动顶进。

13、通过采用上述技术方案，外部供水设备通过管路将水导入进水管内，而后通过喷水头的喷水口喷出，至挡土壳内，而后从挡土壳上的喷水孔喷射至挡土壳外部，当预制管顶进涂层内，此时挡土壳周围应为土层，此时预制管在顶进土层后，预制管与土层的连接处被水渗透形成泥浆层，此时预制管在土层中顶进时所受的摩擦力减小，有利于预制管在土层内的持续顶进，达到了持续对预制管润滑的目的，且整个顶进过程中预制管受到阻力相较于传统顶进方式更小，降低了在硬质土层中预制管的顶进难度。

14、本发明进一步设置为：支撑结构组包括

15、加固层，铺设在施工槽底部，

16、顶进导轨，水平铺设在加固层上端面，顶进导轨的一端与施工槽内壁抵接。

17、通过采用上述技术方案，在施工槽底部铺设加固层而后在加固层上安装顶进导轨，此时钻头和预制管都直接放置在顶进导轨上，加固层和顶进导轨共同对钻头和预制管进行支撑，避免施工槽底部土层在压力作用下发生沉降使钻头和预制管的顶进位置发生变化，保证了顶管施工过程中预制管的顶进精度。

18、本发明进一步设置为：顶进结构组包括

19、承载墙体，竖直固定在顶进导轨远离施工槽内壁的一侧，承载墙体分别与施工槽内壁和施工槽底壁固定连接，

20、传导架，设置承载墙体朝向顶进导轨的一侧端面，传导架固定在承载墙体上，

21、千斤顶，沿预制管轴向固定在传导架上，千斤顶设置有输出端，千斤顶的输出端用于与预制管远离钻头的端部抵接。

22、通过采用上述技术方案，千斤顶用于将预制管轴向顶进，同时千斤顶受到的反作用力传递至传导架上，传导架将力均匀传递至承载墙体上，承载墙体能够完全承受顶进预制管的反作用力，从而使顶进过程能够正常进行。

23、本发明进一步设置为：喷水头朝向喷水槽开口侧的一端面开设有圆环形开口的插槽，插槽内滑动设置有截面与插槽开口相同的挡水片,挡水片朝向喷水槽开口的一端延伸至挡土壳内部，挡水片延伸至挡土壳内部的端部收拢为半球状设置，挡水片与挡土壳竖直剖面为同心圆设置且挡水片与挡土壳之间存在空隙，挡水片延伸至插槽内的部分靠近挡水片收拢端处开设有若干个水流通道,水流通道使挡土壳内侧与挡水片内侧连通。

24、通过采用上述技术方案，当进水管将水导入喷水头内时，喷水头将水喷出时位于挡水片内部，水流将挡水片顶起，此时挡水片与挡土壳内壁抵接，同时水流通道从插槽内移动至挡土壳内侧使挡水片内部和挡土壳内部连通，此时位于挡水片内侧的水通过水流通道流入挡土壳内部，并通过喷水孔最终喷出，当外部供水设备停止供水时，挡水片不再被水流冲击并在重力作用下向插槽内滑动，此时水流通道收入插槽内，挡土壳外部的土质由于喷水孔倾斜角度的设置方式无法简单通过喷水孔进入挡土壳内，且进入挡土壳内的土质无法到达喷水头的喷水端将喷水头堵塞，从而进一步确保了预制管在顶进过程中通过喷水孔排出水将土层湿润的润滑工作正常进行。

25、本发明进一步设置为：喷水槽内滑动设置有滑动板，滑动板位于挡土壳远离喷水槽的开口侧，滑动板朝向喷水头的部分环绕喷水头设置有柔性挡板，柔性挡板由弹性材质制成，柔性挡板与喷水头表面抵接，滑动板远离喷水槽开口的一侧固定有滑动杆，滑动杆的端部贯穿预制管延伸至预制管内侧，滑动杆为空心状设置且延伸至预制管内侧的端部为开口，滑动杆靠近滑动板的一端连通设置有连通孔，连通孔将滑动杆内部与喷水槽连通，连通孔上可拆卸安装有密封塞。

26、通过采用上述技术方案，当预制管顶进土层内时，土层给与滑动板沿预制管径向的压力，此时滑动板应朝向远离喷水槽开口的方向运动，但此时由于柔性挡板与喷水头表面抵接，且喷水头表面为斜面，此时滑动板对土层进行支撑，避免土层进入滑动板远离喷水槽开口一侧的空间内，从而避免了挡土壳完全被土层填埋挤压，保证了挡土壳周围的土层松弛度较低，有利于水从挡土壳内部通过喷水孔导入挡土壳周围土层，从而使水流能够更好的在挡土壳附近的土层内渗透。

27、本发明进一步设置为：喷水槽侧壁沿预制管轴向开设有分流通道，分流通道远离喷水槽的一端沿预制管径向延伸开设有若干个分流孔，分流孔将分流通道与预制管外部连通，喷水头内设置有与进水管连通的辅助出水口，辅助出水口的一端穿过喷水头与喷水槽连通，辅助出水口与喷水槽的连通处固定安装有压力阀。

28、通过采用上述技术方案，当挡土壳内部与挡水片外部的空间内侵入了大量泥土，导致喷水头喷出水后无法将挡水片顶起，此时喷水头内压力升高，当喷水头内压力到达压力阀的开启值时，喷水头内的水流通过辅助出水口和压力阀流入喷水槽底部，此时滑动板将土层阻挡避免土层进入喷水槽底部空间，位于喷水槽底部空间被水充满后，并在外部供水设备提供的压力作用下，进入分流通道内并通过分流孔从预制管内排出至预制管四周的土层内，水流进入土层后缓慢渗透并在重力作用下沿预制管外壁缓慢渗透，进而使预制管四周的土层湿润形成泥浆，从而降低预制管顶进时的摩擦力，由于分流孔开口较小，土层不易进入分流孔内，通过上述过程能够进一步确保预制管顶进过程中能够持续对周边土层进行渗透湿润，保证了预制管的润滑作用可持续。

29、本发明进一步设置为：预制管壁体内且位于分流通道朝向预制管内侧的部分开设有支撑腔，支撑腔内预制有支撑骨架，支撑骨架围绕预制管圆周设置，支撑骨架远离钻头且沿预制管轴向延伸的一端延伸至预制管外部，预制管靠近钻头的一端开设有连接腔，连接腔能够与支撑骨架对齐，支撑骨架外径小于连接腔内径。

30、通过采用上述技术方案，通过在支撑腔内预设支撑骨架，从而提高预制管整体的结构强度，由于预制管上开设分流通道和分流孔，预制管的结构强度会降低，通过预设支撑骨架补足预制管的结构强度，同时一个预制管上的支撑骨架插入另一个预制管上的连接腔后，能够使两个预制管在轴向抵接时不会发生相对转动，提高了预制管顶进时的稳定性。

31、本发明进一步设置为：连接腔远离开口的侧壁开设有收纳腔，收纳腔内预制有收纳袋，收纳袋部分延伸至连接腔内，收纳袋内预充满有粘合填充剂。

32、通过采用上述技术方案，当一个预制管上的支撑骨架插入另一个连接腔内时，由于收纳袋部分延伸至连接腔内，在支撑骨架插入过程中对收纳袋表面产生剪切或挤压力，使收纳袋破损，收纳袋破损后内部填充的粘合填充剂在重力作用下进入连接腔内并填充在连接腔和支撑骨架之间的空隙中，从而使支撑骨架与连接腔内壁连接，进而将两个预制管结构相互固定连接形成整体结构，有利于提高预制管整体的结构强度。

33、本发明进一步设置为：喷水槽的开口处固定安装有限位板，靠近钻头方向的限位板上固定安装有开土块，挡土壳外球面远离喷水头的一侧从喷水槽开口延伸至预制管外部，开土块远离限位板的一端面与挡土壳远离喷水头的最远端平齐，开土块朝向钻头的一侧为尖端设置。

34、通过采用上述技术方案，由于开土块和挡土壳端部均延伸至预制管外轮廓的外侧，当预制管顶进土层内时，开土块将少量土层分离开，随着预制管的顶进开土块将土层开设为小凹槽，从而避免土层对挡土壳和滑动板过度挤压，保护了挡土壳的结构完整，同时由于开土块开设的小凹槽较小，在施工过程中会产生部分垮塌，但由于开土块的对土层的开设作用使得重新垮塌进入小凹槽内的土较为松散，有利于上述从分流孔或喷水孔喷出水的渗透，提高了水的渗透效果以及对预制管的润滑效果，并且能够使分流通道、分流孔和喷水槽内的气体提供排放空间。

35、顶管施工设备的施工方法，施工方法包括

36、s1：将钻头吊装在支撑结构组上，而后将预制管吊装在钻头轴向端并放置在支撑结构组上，钻头与预制管相对端抵接；

37、s2：使用顶进结构组与预制管端部抵接，并开始轴向顶进预制管,预制管轴向将钻头顶进使钻头轴向运动；

38、s3：预制管进入土层后，顶进结构组解除与预制管的抵接，并通过吊装将新的预制管放置在支撑结构组上，新的预制管与进入土层预制管的端部抵接；

39、s4：顶进结构组与新的预制管端部抵接并将新的预制管轴向顶进，使新的预制管进入土层，而后通过s3循环进行；

40、s5：进入土层后的预制管，通过喷水头喷出水流进入挡土壳内部，而后水流通过喷水孔喷射进入土层内；

41、s6：进入土层内的水流在重力作用下沿预制管外表面在土层中渗透，使土层与预制管外表面的接触部分被水渗透。

42、通过采用上述技术方案，在顶进预制管的过程中，使用喷水头持续喷水，能够使预制管与土层之间形成泥浆层，从而降低了预制管顶进的摩擦力，有利于预制管的持续顶进。

43、本发明的有益效果是：

44、1.预制管在顶进土层后，预制管与土层的连接处被水渗透形成泥浆层，此时预制管在土层中顶进时所受的摩擦力减小，有利于预制管在土层内的持续顶进，达到了持续对预制管润滑的目的，且整个顶进过程中预制管受到阻力相较于传统顶进方式更小，降低了在硬质土层中预制管的顶进难度。

45、2.挡土壳外部的土质由于喷水孔倾斜角度的设置方式无法简单通过喷水孔进入挡土壳内，且进入挡土壳内的土质无法到达喷水头的喷水端将喷水头堵塞，从而进一步确保了预制管在顶进过程中通过喷水孔排出水将土层湿润的润滑工作正常进行。

46、3.当喷水头内压力到达压力阀的开启值时，喷水头内的水流通过辅助出水口和压力阀流入喷水槽底部，此时滑动板将土层阻挡避免土层进入喷水槽底部空间，位于喷水槽底部空间被水充满后，并在外部供水设备提供的压力作用下，进入分流通道内并通过分流孔从预制管内排出至预制管四周的土层内，水流进入土层后缓慢渗透并在重力作用下沿预制管外壁缓慢渗透，进而使预制管四周的土层湿润形成泥浆，通过上述过程能够进一步确保预制管顶进过程中能够持续对周边土层进行渗透湿润，保证了预制管的润滑作用可持续。