顶管施工设备及施工方法与流程

本发明涉及顶管施工领域。更具体地说，本发明涉及一种顶管施工设备及施工方法。

背景技术：

顶管施工是一种非开挖施工方法，能够实现在不开挖或者少开挖的前提下进行管道埋设，它通过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和方向顶入土中，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，其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作井內穿过土层一直推进到接收井内。但是目前工程上的顶进设备都只是利用千斤顶对管道进行顶进，在顶进过程中很容易出现管道轴线偏差。

技术实现要素：

为了实现以上目的，本发明提供一种管道顶进设备，放置于始发井内，所述管道顶进设备包括，

一底座；

一固定后板，其垂直固定于所述底座上，所述固定后板紧贴始发井侧壁；所述固定后板上环向设有若干圈安装孔，用于安装导向杆，相邻两圈所述安装孔分别一一对应，每圈安装孔呈圆环状分布；

一导轨，其设置在所述底座上，所述导轨用于架设待顶进的管道；

至少一推进机构，其一端为固定端，另一端为伸缩端，所述推进机构的固定端连接于所述固定后板的中部；在所述推进机构的推动下，待顶进的管道沿着所述导轨朝向顶进方向移动；其中所述推进机构的伸缩端垂直连接一推力分散板；所述推力分散板呈米字型，当所述推进机构推动管道时，所述推力分散板的8个外侧端相抵于待顶进的管道侧端，以将所述推进机构的推力传导至待顶进的管道上，使得待顶进的管道被顶进前行；

一导向机构，其包括分别可拆卸安装于任意两圈所述安装孔的两圈所述导向杆，两圈所述导向杆之间的距离恰好与待顶进的管道的侧壁厚度匹配，使得两圈所述导向杆之间形成一恰好容纳待顶进的管道的侧壁的容纳空间；通过将两圈导向杆选择性的安装在距离不同的两圈安装孔上，以卡设导向不同尺寸的待顶进的管道，对不同尺寸的管道进行定位；所述导向杆与所述推力分散板的8个外侧端错开设置，以避免影响彼此的使用。

根据本发明的一个实施例，所述的管道顶进设备中，所述导轨的底部沿其长度方向间隔具有若干用于容纳第一滚轮的第一凹槽，每个所述第一凹槽可转动设置有至少一第一滚轮，且所述第一滚轮的顶部略凸出于所述第一凹槽的上端面，使得架设于所述导轨上的管道可随着所述第一滚轮的滚动前行。

根据本发明的一个实施例，所述的管道顶进设备中，进一步包括：

一第一压力感应装置，其感应待顶进前方的土块的压力p1；

一第二压力感应装置，其感应所述推进机构的伸缩端向前推进所产生的压力p2；

一控制单元，其分别与所述第一压力感应装置、所述第二压力感应装置通信连接，接收所述第一压力感应装置、所述第二压力感应装置传递的压力信号；并将p1和p2进行比较；若二者的差值不在预设误差范围内，所述控制单元控制所述推进机构停止顶进，并且调节所述推进机构的伸缩端，直至p1和p2的差值在预设范围内，才允许所述推进机构继续向前顶进。

根据本发明的一个实施例，所述的管道顶进设备中，还包括：

一夹持机构，其包括分别位于所述底座两侧的一对伸缩机构，所述伸缩机构的伸缩端均连接一弧形夹板，且均朝向待顶进的管道，以将管道夹设在中间；所述弧形夹板的弧度与管道表面的弧度一致，所述弧形夹板靠近管道的内侧具有若干第二凹槽，每个所述第二凹槽内可转动设置有一第二滚轮，且所述第二滚轮的顶部略凸出于所述第二凹槽的上端面；

且每个所述弧形夹板靠近管道的内侧间隔设置若干第三压力感应装置，用于实时监测管道与所述弧形夹板之间的压力；

其中所述第三压力感应装置通讯连接于所述控制单元，当位于管道两侧的两个弧形夹板上的两个所述第三压力感应装置的压力差值超过预设值，则控制两个所述伸缩机构的伸缩端伸长或者回缩，推动调节管道，直至两个所述第三压力感应装置的压力差值到达预设值。

根据本发明的一个实施例，所述的管道顶进设备中，所述伸缩机构为液压杆。

根据本发明的一个实施例，所述的管道顶进设备中，所述推进机构为千斤顶。

根据本发明的一个实施例，所述的管道顶进设备中，所述第一压力感应装置为土压力计；所述第二压力感应装置、第三压力感应装置为压力传感器。

一种管道顶进施工方法，包括以下步骤：

1)、准备工作

工作井、接收井施工；

平整场地至预设标高；

2)、将上述管道顶进设备放置于所述工作井内，其中，所述千斤顶的数量为偶数个，且整个顶进过程，所有所述千斤顶动作同步一致；

吊放第一管节至所述管道顶进设备的所述导轨上，利用千斤顶顶进，使得所述第一管节沿着所述导轨前行，至第一管节顶进结束；回缩所述千斤顶的伸缩端，在顶进过程中，利用所述导向机构以及所述加持结构对第一管节进行导向，避免其管道轴线偏差；并且在顶进过程中，利用所述第一压力感应装置实时监控前方待顶进前方的土块的压力p1，利用所述第二压力感应装置实时感应所述推进机构的伸缩端向前推进所产生的压力p2；所述控制单元将p1和p2进行比较；若二者的差值不在预设误差范围内，所述控制单元控制所述千斤顶停止顶进，并且调节所述千斤顶的伸缩端，直至p1和p2的差值在预设范围内，才允许所述千斤顶继续向前顶进；

吊放第二管节，顶进，至第二管节顶进结束；重复，直至完成所有管节的顶进。

本发明至少包括以下有益效果：

(1)本发明一个实施例中，为了避免管道轴线在顶进过程中发生偏差，设置了所述导向机构，其利用两圈导向杆形成两个环形，两个环形之间的空间用于卡设容纳管道，对管道进行导向限位，避免管道在顶进过程中发生错位偏差；而且此处所述导向杆是可拆卸安装在任意两圈所述安装孔上，通过选择性的将两圈导向杆安装在距离不同的两圈安装孔上，以卡设导向不同尺寸的待顶进的管道，对不同尺寸的管道进行定位；

(2)本发明一个实施例中，还在所述推进机构的伸缩端垂直连接一推力分散板，将所述推进机构的推力分散至管道的端口每处，避免推力堆集在某一处造成管道应力分配不均，导致管道容易开裂。

(3)本发明一个实施例中，在所述导轨的底部沿其长度方向间隔具有若干第一凹槽，所述第一凹槽内可转动设置第一滚轮，在利用所述推进机构推进所述管道的同时，利用第一滚珠的滚动代替传统的拖动，进一步减少推进过程的阻力，使得推进过程更好进行；其中，此处第一滚珠的数量不做具体限制，具体数量可以根据实际需要调节。

(4)本发明一个实施例中，利用所述第一压力感应装置感应待顶进前方的土块的压力p1，第二压力感应装置感应所述推进机构的伸缩端向前推进所产生的压力p2，利用所述控制单元实时调控，控制使得p1和p2的差值在预设范围内，即，使得所述推进机构的推力与待顶进前方的土块的压力一致，保证顶进的顺利进行，避免因为二者压力不匹配，而导致推进过程中发生表层塌陷。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明一优选实施例中所述管道顶进设备的结构示意图。

图2为上述实施例中所述管道顶进设备中的固定后板的结构示意图。

图3为上述实施例中所述管道顶进设备中的夹持机构和管道的位置示意图。

图4为上述实施例中所述夹持机构中的弧形夹板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“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和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-图4所示，本发明提供一种管道顶进设备，放置于始发井内，所述管道顶进设备包括，

一底座100；

一固定后板200，其垂直固定于所述底座100上，所述固定后板200紧贴始发井侧壁；所述固定后板200上环向设有若干圈安装孔210，用于安装导向杆710，相邻两圈所述安装孔210分别一一对应，每圈安装孔210呈圆环状分布；

一导轨400，其设置在所述底座100上，所述导轨400用于架设待顶进的管道500；

至少一推进机构600，其一端为固定端，另一端为伸缩端，所述推进机构600的固定端连接于所述固定后板200的中部；在所述推进机构的600推动下，待顶进的管道500沿着所述导轨400朝向顶进方向移动；其中所述推进机构600的伸缩端垂直连接一推力分散板300；所述推力分散板300呈米字型，当所述推进机构600推动管道500时，所述推力分散板300的8个外侧端相抵于待顶进的管道500侧端，以将所述推进机构600的推力传导至待顶进的管道500上，使得待顶进的管道500被顶进前行；所述推进机构600为千斤顶。

一导向机构，其包括分别可拆卸安装于任意两圈所述安装孔210的两圈所述导向杆710，两圈所述导向杆710之间的距离恰好与待顶进的管道500的侧壁厚度匹配，使得两圈所述导向杆710之间形成一恰好容纳待顶进的管道500的侧壁的容纳空间；通过将两圈导向杆710选择性的安装在距离不同的两圈安装孔210上，以卡设导向不同尺寸的待顶进的管道，对不同尺寸的管道500进行定位；所述导向杆710与所述推力分散板300的8个外侧端错开设置，以避免影响彼此的使用。

上述实施例中，首先将管道500放置于所述导轨400上，在所述推进机构600的推动作用下，所述管道500被顶进，直至顶进结束；为了避免管道轴线在顶进过程中发生偏差，本实施例中设置了所述导向机构，其利用两圈导向杆710形成两个环形，两个环形之间的空间用于卡设容纳管道500，对管道500进行导向限位，避免管道500在顶进过程中发生错位偏差；而且此处所述导向杆710是可拆卸安装在任意两圈所述安装孔210上，通过选择性的将两圈导向杆710安装在距离不同的两圈安装孔210上，以卡设导向不同尺寸的待顶进的管道，对不同尺寸的管道500进行定位；上述实施例中，还在所述推进机构600的伸缩端垂直连接一推力分散板300，将所述推进机构600的推力分散至管道500的端口每处，避免推力堆集在某一处造成管道应力分配不均，导致管道容易开裂。

根据本发明的一个实施例，所述的管道顶进设备中，所述导轨400的底部沿其长度方向间隔具有若干用于容纳第一滚轮420的第一凹槽410，每个所述第一凹槽410可转动设置有至少一第一滚轮420，且所述第一滚轮420的顶部略凸出于所述第一凹槽410的上端面，使得架设于所述导轨400上的管道可在所述第一滚轮420的滚动下前行。

上述实施例中，所述导轨400的底部沿其长度方向间隔具有若干第一凹槽410，所述第一凹槽410内可转动设置第一滚轮420，在利用所述推进机构600推进所述管道的同时，利用第一滚珠420的滚动代替传统的拖动，进一步减少推进过程的阻力，使得推进过程更好进行；其中，此处第一滚珠420的数量不做具体限制，具体数量可以根据实际需要调节。

根据本发明的一个实施例，所述的管道顶进设备中，进一步包括：一第一压力感应装置，其感应待顶进前方的土块的压力p1；所述第一压力感应装置为土压力计；一第二压力感应装置，其感应所述推进机构的伸缩端向前推进所产生的压力p2；所述第二压力感应装置为压力传感器。一控制单元，其分别与所述第一压力感应装置、所述第二压力感应装置通信连接，接收所述第一压力感应装置、所述第二压力感应装置传递的压力信号；并将p1和p2进行比较；若二者的差值不在预设误差范围内，所述控制单元控制所述推进机构停止顶进，并且调节所述推进机构的伸缩端，直至p1和p2的差值在预设范围内，才允许所述推进机构继续向前顶进。

上述实施例中，利用所述第一压力感应装置感应待顶进前方的土块的压力p1，第二压力感应装置感应所述推进机构的伸缩端向前推进所产生的压力p2，利用所述控制单元实时调控，控制使得p1和p2的差值在预设范围内，即，使得所述推进机构的推力与待顶进前方的土块的压力一致，保证顶进的顺利进行，避免因为二者压力不匹配，而导致推进过程中发生表层塌陷。

根据本发明的一个实施例，所述的管道顶进设备中，还包括：一夹持机构800，其包括分别位于所述底座100两侧的一对伸缩机构810，所述伸缩机构810的伸缩端均连接一弧形夹板820，且均朝向待顶进的管道500，以将管道500夹设在中间；所述弧形夹板820的弧度与管道500表面的弧度一致，所述弧形夹板820靠近管道的内侧具有若干第二凹槽821，每个所述第二凹槽821内可转动设置有一第二滚轮830，且所述第二滚轮830的顶部略凸出于所述第二凹槽821的上端面；且每个所述弧形夹板820靠近管道的内侧间隔设置若干第三压力感应装置，用于实时监测管道与所述弧形夹板820之间的压力；所述第二压力感应装置、第三压力感应装置为压力传感器。其中所述第三压力感应装置通讯连接于所述控制单元，当位于管道两侧的两个弧形夹板上的两个所述第三压力感应装置的压力差值超过预设值，则控制两个所述伸缩机构的伸缩端伸长或者回缩，推动调节管道，直至两个所述第三压力感应装置的压力差值到达预设值。所述伸缩机构为液压杆。

一种管道顶进施工方法，包括以下步骤：

1)、准备工作

工作井、接收井施工；平整场地至预设标高；

2)、将上述管道顶进设备放置于所述工作井内，其中，所述千斤顶的数量为偶数个，且整个顶进过程，所有所述千斤顶动作同步一致；吊放第一管节至所述管道顶进设备的所述导轨上，利用千斤顶顶进，使得所述第一管节沿着所述导轨前行，至第一管节顶进结束；回缩所述千斤顶的伸缩端，在顶进过程中，利用所述导向机构以及所述加持结构对第一管节进行导向，避免其管道轴线偏差；并且在顶进过程中，利用所述第一压力感应装置实时监控前方待顶进前方的土块的压力p1，利用所述第二压力感应装置实时感应所述推进机构的伸缩端向前推进所产生的压力p2；所述控制单元将p1和p2进行比较；若二者的差值不在预设误差范围内，所述控制单元控制所述千斤顶停止顶进，并且调节所述千斤顶的伸缩端，直至p1和p2的差值在预设范围内，才允许所述千斤顶继续向前顶进；吊放第二管节，顶进，至第二管节顶进结束；重复，直至完成所有管节的顶进。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。