CN108386608B - 小管径塑料排水管顶管机具及塑料排水管顶管施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小管径塑料排水管顶管施工机具及塑料排水管顶管施工方法。顶管施工机具主要由顶管机、顶管机控制台、导管、机头、套管、供浆***、排渣***组成。顶管施工方法是一种后进前出泥水平衡管材置换顶管施工方法，分为激光导向导管顶进、泥水平衡套管顶进、管材置换三个步骤。顶管机装有顶进方向自动纠偏***，机头采用泥水平衡式***，机头前端连接导管，后端连接套管，机头沿导管钻出的轨迹切土顶进，套管随机头的轨迹顶入土中。套管在工作井和接收井之间贯通后，将塑料排水管穿入套管内，采用置换方式拔出套管，塑料排水管留在土中，然后向塑料排水管外侧注浆，注浆层充满管道外壁与土体之间，解决了塑料排水管难以顶管施工的问题。

Description

小管径塑料排水管顶管机具及塑料排水管顶管施工方法

技术领域

本发明涉及一种小管径塑料排水管顶管施工机具及塑料排水管顶管施工方法，属于排水工程领域，特别涉及小管径排水管道的非开挖施工机具及施工方法。

背景技术

城市排水分为雨水和污水，排水体制分为分流制与合流制两种，大部分城市都是采取分流制，即雨水、污水分别排放。城市建设初期，雨污分流的排水管道一般是采用明挖施工，管道铺设后再将沟槽回填，修筑道路。还有许多城市，在城市建设初期由于资金等因素采用合流制排水体制，即雨污水合流直接排入河道。随着城市发展，环境保护意识的强化，污水需经过污水处理厂处理达标后才能排入河道，这些合流排水管道需要进行雨污分流改造，原有合流管管径较大，保留用作雨水管道，新建污水截留管道，将原来排入合流管的污水从源头截留，再通过污水干管排入污水处理厂。在城市建成区改造排水管道，需要破除道路，铺设管道后回填沟槽，恢复路面，工程造价高，影响城市的道路交通。顶管施工是排水管道的常用施工方法，不需大面积破路，仅需在检查井的位置设置顶管工作井和接收井，对地面交通影响较小。

现有技术水平排水管道顶管施工主要有土压平衡法和泥水平衡法，土压平衡法主要应用在大管径管道，人可进入管道操作区出土。小于等于1500mm的管道主要采用泥水平衡法，在顶管管道前端安装的机头旋转切土，通过压入机头前端和土体之间的泥浆使土压力平衡，工作井的千斤顶顶推管道，机头切削的土随泥浆排出，管道逐节顶至接收井。泥水平衡法顶管施工技术成熟，施工精度高，但最小管径只能顶进直径800mm的管道。

截污管道的次支管网管径多数为300～600mm，在截污管网中数量最多，因管径较小无法采用泥水平衡法顶管施工。现有技术还有一种二次顶管法，可以顶进300～600mm排水管道。其方法是先顶进一根直径100mm的导杆，导杆后端通过一个锥体连接安装直径200～250mm的出土管，出土管逐节顶至接收井后，出土管内装入出土螺旋，出土管后端安装机头，机头切削土壤通过出土螺旋向前送至接收井。机头后面安装钢筋混凝土管道，采用千斤顶将管道逐节顶至接收井。顶管机头是靠管道传递顶力，遇到地质复杂时，有时会出现为机头未顶到接收井，后端的管道管壁破裂现象，不得已在机头位置挖开取出机头；前段阻力过大，顶推还可能造成管道***；经常出现出土螺旋被泥土堆积无法送出，导致机头负荷超载。

现有技术也有采用泥水平衡顶管机头顶进小管径排水管的实践，但管径较小，尤其是污水管用的最多的300mm、400mm管道，机头直径也很小，机头内无法设置纠偏装置，只能按照事先定好顶管坡度无纠偏顶进，很容易出现偏差超出要求的现象。泥水平衡顶管机的固定泥浆供浆管和排渣管，与机头的旋转刀片泥水仓连接结构复杂，在空间狭小的机头内难以实现，也限制了小管径泥水平衡顶管机的使用。

目前排水管道顶管都是采用钢筋混凝土管材，并对管材有较高的强度要求，已保证管道顶进过程中顶力的传递。高密度聚乙烯塑料排水管材，由于内壁光滑摩阻力小、接口严密不渗漏、耐腐蚀性能好等优点，广泛应用在排水管道工程中。尤其是管径600mm以下的小管径，在污水管道中得到广泛应用。塑料排水管埋设在地下，自身的环刚度可以满足上部荷载的要求，但塑料排水管作为顶管管材无法满足强大顶力的要求，制约了塑料排水管材在旧城排水管道改造、污水截污治理工程中的应用。如果要制作能够传递顶力的塑料排水管，就需要加大管材的壁厚，增加纵向受力的材料如钢材，以满足顶力的传递，大大增加了管材的造价，因此，塑料排水管顶管在实际工程中难以应用。

发明内容

本发明的目的是：提供一种小管径塑料排水管顶管施工机具及施工方法，专门用于管径300～700mm的塑料排水管道顶管施工。顶管施工机具主要由顶管机、顶管机控制台、导管、机头、套管、供浆***、排渣***组成。顶管机装有顶进方向自动纠偏***，机头采用液压马达驱动，机头前端连接导管，后端连接套管，机头采用泥水平衡式***，泥浆采用后进前出的方式；机头沿导管钻出的轨迹切土顶进，套管随机头的轨迹顶入土中。套管在工作井和接收井之间贯通后，将塑料排水管穿入套管内，采用置换方式拔出套管，塑料排水管留在土中，然后向塑料排水管外侧注浆，注浆层充满管道外壁与土体之间。有益效果是：采用液压马达作为动力，体积小驱动力大，机头内无电气设备，有利于安全；泥浆采用后进前出方式，减小驱动仓和套管内占有的空间，进出浆管与泥水仓采用同轴轴向连接，使得固定的泥浆管与旋转的泥浆仓连接结构大大简化，有利于小管径顶管设备的实现；采用塑料管置换套管的方式，塑料排水管顶入套管仅需很小的顶力，套管拔出后塑料排水管的环刚度可以承担管道上部和周围土压荷载，克服了塑料排水管不能应用于顶管施工的缺陷。

本发明是通过以下技术实现的：小管径塑料排水管顶管施工机具，主要由顶管机1、顶管机控制台2、导管3、机头4、套管5、供浆***6、排渣***7组成。所述的顶管机1装有顶进方向自动纠偏***，导管3为空心圆管构造，顶管机1采用激光导向通过导管3前端光靶对顶进方向自动控制。所述的机头4为泥水平衡式，主要由动力舱41、液压马达42、刀盘43、泥浆入口44、泥浆出口45组成，动力舱41为圆筒形，以顶管前进方向，在动力舱41前端中心安装液压马达42，液压马达42的供油管8和回油管9与顶管机控制台2的高压油泵连接，液压油作为液压马达42驱动的动力。液压马达42的驱动轴46为空心结构，中心有一个贯通的圆孔，是泥浆输送的通道，驱动轴46的后端与泥浆入口44采用旋转滑动连接，驱动轴46的前端连接刀盘43，泥浆入口44固定在液压马达42壳体上，驱动轴46旋转而泥浆入口44不转，旋转滑动连接处设有密封环，泥浆可以从泥浆入口44通过驱动轴46输送到刀盘43。刀盘43的外径与动力舱41外径一致，后端与液压马达42的驱动轴46连接，刀盘43前端顶面略呈锥形，刀盘43内部构成空心的泥浆仓47，泥浆仓47内对应驱动轴46的位置安装有导泥板48，泥浆通过驱动轴46的中心孔从导泥板48的四周进入泥浆仓47，避免泥浆从驱动轴46的中心孔直接排至泥浆出口45。泥浆出口45设置在刀盘43的前端，泥浆出口45前端设有旋转接头49，旋转接头49的前端连接导管3，导管3的中心孔为泥浆排出通道，刀盘43旋转时，泥浆出口45随之旋转，旋转接头49和导管3不转，刀盘43的前端顶面设有切土刀50和进渣孔51，动力舱41后端与套管5采用锥形螺纹连接。

所述的套管5为外径与动力舱41外径相同的钢制圆管，每节长度1.0～2.0m，套管5与前端的动力舱41以及套管5节与节之间采用螺纹连接，螺纹为锥形螺纹，套管5的内径比顶进的塑料排水管外径大20～50mm。

所述的供浆***6和排渣***7构成机头4的泥水平衡式***和顶管出土***，采用后进前出的方式。供浆***6包括泥浆池10、泥浆泵11、供浆管12，在动力舱41内供浆管12与泥浆入口44连接，排渣***7包括导管3、压力调节阀13、渣斗14、排渣管15、排渣泵16、沉渣池17。泥浆池10的泥浆采用泥浆泵11通过供浆管12、泥浆入口44注入液压马达42，从液压马达42的驱动轴46的中心孔进入刀盘43的泥浆仓47，在导泥板48的作用下均匀充满泥浆仓47，泥浆压力来平衡土压力和地下水压力，刀盘43旋转切土刀50切削下来的土通过进渣孔51进入泥浆仓47，与泥浆混合通过泥浆出口45、导管3、压力调节阀13排至渣斗14，压力调节阀13用于调节泥浆仓47的泥水平衡压力，含泥沙杂质的泥浆通过排渣管15采用排渣泵16排至沉渣池17沉淀，含有石屑的泥渣沉淀，上层泥浆重复使用。

所述的供油管8和回油管9长度10～20m一节，接口处的两侧各设置有阀门。所述的供浆管12长度10～20m一节，接口处的两侧各设置有阀门。每顶进一节套管5需卸掉供油管8和回油管9及供浆管12，装入新的一节套管5，阀门的作用是拆卸供油管8和回油管9及供浆管12时，关闭接口两端的阀门，减少介质的流失。

本发明的一种小管径塑料排水管顶管施工方法，是一种后进前出泥水平衡管材置换顶管施工方法，分为激光导向导管顶进、泥水平衡套管顶进、管材置换三个步骤。

一、激光导向顶进导管步骤如下：

1)在设计的井位开挖工作井21和接收井22，在工作井21内安装顶管机1，顶管机1装上一节导管3，调整顶管机1的平面位置、高程和坡度，使导管3的中心与设计的管线中心、坡度一致，连接顶管机1与顶管机控制台2的电路和高压油管；

2)启动顶管机1，导管3按照设计的管中心和坡度向接收井22方向顶进，导管3的方向由顶管机1的激光导向***，通过导管3前段光靶位置偏离方向自动纠偏，一节导管3顶入土中后，再装一节，直至导管3顶至接收井22。

二、泥水平衡套管顶进步骤如下：

1)在工作井21内导管3的末端安装机头4，在机头4的液压马达42上接上供油管8和回油管9，供浆管12接在液压马达42的泥浆入口44上，机头4的动力舱41与套管5连接的一端为内螺纹，将套管5的外螺纹一端与动力舱41的尾部连接，供油管8、回油管9和供浆管12从套管5内穿入，采用专用的板子旋紧套管5；

2)在工作井21一侧安装供浆***6，制备好的泥浆注入泥浆池10，连接好泥浆泵11的与泥浆池10之间的管路和供浆管12，在工作井21内与液压马达42引出的供浆管12连接，富余的管路盘起置于工作井21内；在接收井22一侧安装排渣***7，接收井22内导管3的端头安装压力调节阀13，在接收井22放置渣斗14，排渣管15与排渣泵16、沉渣池17连接；

3)将液压马达42连接的供油管8、回油管9与顶管机控制台2高压油管连接，富余的管路盘起置于工作井21内；

4)套管5与顶管机1之间安装顶铁，开启供浆***6的泥浆泵11，泥浆进入泥水仓47，通过导管3流出排至渣斗14，当泥浆排出时，启动液压马达42和顶管机1，调节压力调节阀13使泥水仓47内维持一定压力，刀盘43的前端形成泥水平衡，顶管机1和机头4同步掘进，顶管机1的千斤顶全部顶出，顶完一个行程，退回千斤顶，增加顶铁继续顶进，一节套管5顶进后，关闭供油管8、回油管9和供浆管12的阀门，拆除接头，新装一节套管5套入供油管8、回油管9和供浆管12，重新装好供油管8、回油管9和供浆管12，新装套管5的外螺纹与前一节套管5内螺纹对接拧紧；接收井22的一侧卸下顶出的导管3，安装好压力调节阀13，打开供油管8、回油管9和供浆管12接口阀门，开启供浆***6的泥浆泵11，启动液压马达42和顶管机1，继续一节套管5的顶进，直至全部套管5顶入土中；

5)拆除顶入接收井22的机头4，拆除供油管8、回油管9和供浆***6、排渣***7。

三、管材置换步骤如下：

1)在工作井21内进行塑料排水管24的安装和顶入，将分节的塑料排水管24逐节连接，塑料管材采用承插热熔接口，承口的内缘装有电热丝，塑料排水管24的插口***承口内，在承口的外缘一周采用夹具夹紧，给承口电热丝通电，夹具施加力量，电热丝处的插口和承口的塑料熔化，在夹具的力量作用下，插口和承口的塑料熔化在一起，形成密封良好的热熔接口，保证接口的密闭性；

2)塑料排水管24每连接一节，在塑料排水管24的外壁的安装注浆管，注浆管的一面自带不干胶，注浆管上梅花状设有注浆孔，注浆管沿塑料排水管24***通长布置4～8道，带有不干胶的一面粘贴在塑料排水管24外壁上，装好注浆管的塑料排水管24顶入套管5一节，再连接下一节塑料排水管24，塑料排水管24一节一节地连接好，连同外侧的注浆管一同顶入套管5内，在向套管5内顶入塑料排水管24时，在塑料排水管24内带入一根钢索25，直至全部塑料排水管24顶入套管5内，钢索25贯穿塑料排水管24内；

3)在工作井21的一侧，将钢索25固定在塑料排水管24管头上，接收井22的井后壁上设置锚固桩26，将接收井22一端钢索25锚固在锚固桩26上并张紧，接收井22一侧注浆管连接好注浆泵；

4)在工作井21一侧，套管5上安装拉头23，采用顶管机1的千斤顶回程将套管5从土中拉出，塑料排水管24被钢索25锁定，不会随套管5移动，套管5被逐节置换拉出；

5)套管5置换的同时，向塑料排水管24外侧的注浆管注浆，注浆在接收井22一侧进行，注浆的泥浆中加入5％的水泥，套管5拉出后，注浆层27填充塑料排水管24与土体之间的缝隙，防止顶进过程中造成的管道外侧土体之间脱空，引起地面下沉或者管道沉降。

使用本发明的顶管机具顶进塑料排水管施工，采用具有顶进方向自动纠偏***的顶管机先顶导管，再采用泥水平衡顶管机头沿导管的轨迹切土顶进，泥浆从工作井泵入，泥浆与切削下的土渣混合后向前，通过导管排向接收井，是一种泥浆后进前出泥水平衡二次顶管法。机头后端连接钢制套管，顶入土体传递顶力是钢制套管，套管顶进完成，再将特制的带有注浆管的塑料排水管推入套管内，用塑料排水管置换钢制套管，钢制套管是一个周转重复使用的机具。套管的内径比塑料排水管的外径大，之间留有缝隙，塑料排水管只需要克服与套管之间的摩擦阻力顶入，顶力相对较小。套管置换的同时向塑料排水管外侧的缝隙注浆，注浆层充满塑料管和土体之间，塑料管材只需满足埋深的环刚度即可。

附图说明

图1为本发明导管纵剖面；

图2为机头纵剖面；

图3为刀盘前端面图；

图4套管纵剖面；

图5激光导向导管顶进示意图；

图6泥水平衡套管顶进示意图；

图7管材置换示意图。

图中：1-顶管机，2-顶管机控制台，3-导管，4-机头，5-套管，6-供浆***，7-排渣***，8-供油管，9-回油管，10-泥浆池，11-泥浆泵，12-供浆管，13-压力调节阀，14-渣斗，15-排渣管，16-排渣泵，17-沉渣池，21-工作井，22-接收井，23-拉头，24-塑料排水管，25-钢索，26-锚固桩，27-注浆层，31-中心孔，32-导管外螺纹，33-导管内螺纹，41-动力舱，42-液压马达，43-刀盘，44-泥浆入口，45-泥浆出口，46-驱动轴，47-泥浆仓，48-导泥板，49-旋转接头，50-切土刀，51-进渣孔，52-套管外螺纹，53-套管内螺纹。

具体实施方式

本发明的顶管机具，是一种泥浆后进前出泥水平衡二次顶管法塑料排水管专用机具。主要由顶管机1、顶管机控制台2、导管3、机头4、套管5、供浆***6、排渣***7组成。顶管机1装有顶进方向自动纠偏***，导管3为空心圆管构造，导管3采用钢制，为直径80～100mm的空心圆杆，中心有一个贯通的中心孔31，中心孔31直径φ＝40～60mm，导管3一节长度1.0～2.0m，节间采用锥形螺纹连接，导管3的一端为导管外螺纹32，另一端为导管内螺纹33，螺纹的锥度为10～20:1，锥形螺纹具有对接方便，自紧密封性好，导管3纵剖面图见图1。顶管机1采用激光导向通过导管3前端光靶对顶进方向自动控制。机头4为泥水平衡式，机头4纵剖面见图2。主要由动力舱41、液压马达42、刀盘43、泥浆入口44、泥浆出口45组成，动力舱41为圆筒形，采用钢制。以顶管前进方向，在动力舱41前端中心安装液压马达42，液压马达42采用齿轮式低速液压马达，也可以采用轴向柱塞式液压马达，低速液压马达的主要特点体积小，输出转矩大，不用减速器可以直接输出转矩。液压马达42的供油管8和回油管9与顶管机控制台2的高压油泵连接，液压油作为液压马达42驱动的动力。

液压马达42的驱动轴46是旋转动力的输出轴，要承担前端刀盘43的顶推力，在液压马达42的驱动轴46两端安装有推力滚子轴承，用于承受轴向载荷。驱动轴46为空心结构，中心有一个贯通的圆孔，是泥浆输送的通道，驱动轴46与泥浆入口44采用旋转滑动连接，驱动轴46的另一端连接刀盘43，泥浆入口44固定在液压马达42壳体上，驱动轴46旋转而泥浆入口44不转，旋转滑动连接处设有密封环，泥浆可以从泥浆入口44通过驱动轴46输送到刀盘43。刀盘43的外径与动力舱41外径一致，后端与液压马达42的驱动轴46连接，刀盘43前端顶面略呈锥形，刀盘43内部构成空心的泥浆仓47，泥浆仓47内对应驱动轴46的位置安装有导泥板48，泥浆通过驱动轴46中心的圆孔从导泥板48的四周进入泥浆仓47，避免泥浆从驱动轴46的圆孔直接排至泥浆出口45。泥浆出口45设置在刀盘43的前端，泥浆出口45前端设有旋转接头49，连接处设有密封环，旋转接头49的前端连接导管3，导管3的中心孔31为泥浆排出通道，刀盘43旋转时，泥浆出口45随之旋转，旋转接头49和导管3不转。刀盘43的前端顶面设有切土刀50和进渣孔51，切土刀50和进渣孔51环向均匀布置在刀盘43的前端面上。切土刀50采用合金钢制作，焊在刀盘43的前端面上，进渣孔51的宽度矩形孔或直径圆形孔不应大于导管3的中心孔31的2/3，以保证切削的石渣不会堵塞导管3的中心孔31。刀盘43前端面图见图3。

动力舱41后端与套管5连接，套管5为外径与动力舱41外径相同的钢制圆管，每节长度1.0～2.0m，套管5与前端的动力舱41以及套管5节与节之间采用螺纹连接，螺纹为锥形螺纹，套管5的内径D比顶进的塑料排水管外径大20～50mm。套管5的一端为套管外螺纹52，另一端为套管内螺纹53，螺纹的锥度为10～20:1，锥形螺纹的特点为对接安装方便。套管5采用钢板卷制，钢板厚度10～20mm，钢材采用碳素结构钢，内外焊缝采用V形坡口焊，套管5纵剖面见图4。

供浆***6和排渣***7构成机头4的泥水平衡式***和顶管出土***，采用后进前出的方式，与现有技术的泥水平衡泥浆***相比，泥浆采用后进前出方式，减小驱动仓和套管内占有的空间，进出浆管与泥水仓采用同轴轴向连接，使得固定的泥浆管与旋转的泥浆仓连接结构大大简化，有利于小管径顶管设备的实现。供浆***6包括泥浆池10、泥浆泵11、供浆管12，在动力舱41内供浆管12与泥浆入口44连接，排渣***7包括导管3、压力调节阀13、渣斗14、排渣管15、排渣泵16、沉渣池17。泥浆池10的泥浆采用泥浆泵11通过供浆管12、泥浆入口44注入液压马达42，从液压马达42的驱动轴46中心的圆孔进入刀盘43的泥浆仓47，在导泥板48的作用下均匀充满泥浆仓47，泥浆压力来平衡土压力和地下水压力，刀盘43旋转切土刀50切削下来的土通过进渣孔51进入泥浆仓47，泥浆的比重较大，石渣悬浮在泥浆中，与泥浆混合通过泥浆出口45、导管3、压力调节阀13排至渣斗14，压力调节阀13用于调节泥浆仓47的泥水平衡压力。含泥沙杂质的泥浆通过排渣管15采用排渣泵16排至沉渣池17沉淀，含有石屑的泥渣沉淀，上层泥浆重复使用。

供油管8和回油管9长度10～20m一节，采用钢丝编织橡胶高压油管或钢丝缠绕橡胶高压油管，接口处的两侧各设置有阀门。现有技术的大口径泥水平衡顶管机的泥浆管，一般采用直径100mm左右的钢管，接头采用卡箍胶圈连接，长度与一节顶管管材一致，一节管道顶完后，安装新的一节管道时，需要卸掉供浆管和排渣管，增加一节供浆管和排泥管，再将接头连接，需要安装四个接头。本发明采用后进前出方式，管道内只有一个供浆管12。由于小管径顶管的刀盘43较小，泥浆仓47也较小，所需供浆量也较少，本发明采用DN50的高压软管作为供浆管，可弯曲便于连接安装，可采用纤维增强尼龙软管、钢丝增强聚氨酯软管、钢丝增强尼龙软管等。供浆管12长度10～20m一节，拆卸只有一个口，接口处的两侧各设置有阀门。每顶进一节套管5需卸掉供油管8和回油管9及供浆管12，装入新的一节套管5，阀门的作用是拆卸供油管8和回油管9及供浆管12时，关闭接口两端的阀门，减少介质的流失。供油管、和回油管9和供浆管设置成10～20m一节，刚开始顶进和延长管路时，长出富余的管路盘起置于工作井内，不用频繁增加管节。

本发明的一种小管径塑料排水管顶管施工方法，是一种后进前出泥水平衡管材置换顶管施工方法，分为激光导向导管顶进、泥水平衡套管顶进、管材置换三个步骤。

一、激光导向顶进导管步骤如下，见图5：

1)在设计的井位开挖工作井21和接收井22，开挖时应根据地质情况采用适当的支护措施，在工作井21内顶管方向的反方向要制作稳固的靠背，如地下水位高于工作井21的底面，工作井21内还应有良好的排水措施。在工作井21内安装顶管机1，顶管机1装上一节导管3，调整顶管机1的平面位置、高程和坡度，使导管3的中心与设计的管线中心、坡度一致这是保证按照设计顶管的关键。连接顶管机1与顶管机控制台2的电路和高压油管，做好顶管施工的准备工作；

2)启动顶管机1，导管3按照设计的管中心和坡度向接收井22方向顶进，导管3的方向由顶管机1的激光导向***，通过导管3前段光靶位置偏离方向自动纠偏，一节导管3顶入土中后，再装一节，直至导管3顶至接收井22。

二、泥水平衡套管顶进步骤如下，见图6：

1)在工作井21内导管3的末端安装机头4，在机头4的液压马达42上接上供油管8和回油管9，供浆管12接在液压马达42的泥浆入口44上，机头4的动力舱41与套管5连接的一端为内螺纹，将套管5的外螺纹一端与动力舱41的尾部连接，供油管8、回油管9和供浆管12从套管5内穿入，采用专用的板子旋紧套管5；

2)在工作井21一侧安装供浆***6，制备好的泥浆注入泥浆池10，连接好泥浆泵11的与泥浆池10之间的管路和供浆管12，在工作井21内与液压马达42引出的供浆管12连接，富余的管路盘起置于工作井21内；在接收井22一侧安装排渣***7，接收井22内导管3的端头安装压力调节阀13，在接收井22放置渣斗14，排渣管15与排渣泵16、沉渣池17连接；

3)将液压马达42连接的供油管8、回油管9与顶管机控制台2高压油管连接，富余的管路盘起置于工作井21内；

4)套管5与顶管机1之间安装顶铁，开启供浆***6的泥浆泵11，泥浆进入泥水仓47，通过导管3流出排至渣斗14，当泥浆排出时，启动液压马达42和顶管机1，调节压力调节阀13使泥水仓47内维持一定压力，刀盘43的前端形成泥水平衡，顶管机1和机头4同步掘进，顶管机1的千斤顶全部顶出，顶完一个行程，退回千斤顶，增加顶铁继续顶进，一节套管5顶进后，关闭供油管8、回油管9和供浆管12的阀门，拆除接头，新装一节套管5套入供油管8、回油管9和供浆管12，重新装好供油管8、回油管9和供浆管12，新装套管5的外螺纹与前一节套管5内螺纹对接拧紧；接收井22的一侧卸下顶出的导管3，安装好压力调节阀13，打开供油管8、回油管9和供浆管12接口阀门，开启供浆***6的泥浆泵11，启动液压马达42和顶管机1，继续一节套管5的顶进，直至全部套管5顶入土中；

5)拆除顶入接收井22的机头4，拆除供油管8、回油管9和供浆***6、排渣***7。

三、管材置换步骤如下，见图7：

1)在工作井21内进行塑料排水管24的安装和顶入，将分节的塑料排水管24逐节连接，塑料管材采用承插热熔接口，承口的内缘装有电热丝，塑料排水管24的插口***承口内，在承口的外缘一周采用夹具夹紧，给承口电热丝通电，夹具施加力量，电热丝处的插口和承口的塑料熔化，在夹具的力量作用下，插口和承口的塑料熔化在一起，形成密封良好的热熔接口，保证接口的密闭性；

2)塑料排水管24每连接一节，在塑料排水管24的外壁的安装注浆管，注浆管的一面自带不干胶，注浆管上梅花状设有注浆孔，注浆管沿塑料排水管24***通长布置4～8道，带有不干胶的一面粘贴在塑料排水管24外壁上，装好注浆管的塑料排水管24顶入套管5一节，再连接下一节塑料排水管24，塑料排水管24一节一节地连接好，连同外侧的注浆管一同顶入套管5内，在向套管5内顶入塑料排水管24时，在塑料排水管24内带入一根钢索25，直至全部塑料排水管24顶入套管5内，钢索25贯穿塑料排水管24内；

3)在工作井21的一侧，将钢索25固定在塑料排水管24管头上，接收井22的井后壁上设置锚固桩26，将接收井22一端钢索25锚固在锚固桩26上并张紧，接收井22一侧注浆管连接好注浆泵；

4)在工作井21一侧，套管5上安装拉头23，采用顶管机1的千斤顶回程将套管5从土中拉出，塑料排水管24被钢索25锁定，不会随套管5移动，套管5被逐节置换拉出；

5)套管5置换的同时，向塑料排水管24外侧的注浆管注浆，注浆在接收井22一侧进行，注浆的泥浆中加入5％的水泥，套管5拉出后，注浆层27填充塑料排水管24与土体之间的缝隙，防止顶进过程中造成的管道外侧土体之间脱空，引起地面下沉或者管道沉降。

至此小管径塑料排水管顶管工序完成，后续工作按照常规方法砌筑安装检查井，回填工作井和接收井。

本发明的顶管机具顶进塑料排水管施工，采用具有顶进方向自动纠偏***的顶管机先顶导管，再采用泥水平衡顶管机头沿导管的轨迹切土顶进，泥浆从工作井泵入，泥浆与切削下的土渣混合后向前，通过导管排向接收井，是一种泥浆后进前出泥水平衡二次顶管法。机头后端连接钢制套管，顶入土体传递顶力是钢制套管，套管顶进完成，再将特制的带有注浆管的塑料排水管推入套管内，用塑料排水管置换钢制套管，钢制套管是一个周转重复使用的机具。套管的内径比塑料排水管的外径大，之间留有缝隙，塑料排水管只需要克服与套管之间的摩擦阻力顶入，顶力相对较小。置换时，在工作井的一侧，塑料排水管的端头，采用钢索固定在管头上，钢索从塑料排水管内穿至接收井，在接收井的井后壁上锚固钢索并张紧。在工作井一侧，套管上安装拉头，采用千斤顶将套管从土中拉出，塑料排水管被钢索锁定，不会随套管移动，套管逐节被拉出。套管置换的同时向塑料排水管外侧的缝隙注浆，注浆层充满塑料管和土体之间，防止顶进过程中造成的管道外侧土体之间脱空，引起地面下沉或者管道沉降。

本发明申请文件及附图所描述的构造仅是一个实施例，无论如何改变构造，只要是泥浆后进前出方式的泥水平衡顶管机头，采用套管置换的小管径顶管顶管方法，都在本申请的保护范围。

Claims (4)

1.一种小管径塑料排水管顶管施工机具，主要由顶管机(1)、顶管机控制台(2)、导管(3)、机头(4)、套管(5)、供浆***(6)、排渣***(7)组成，顶管机(1)装有顶进方向自动纠偏***，导管(3)为空心圆管构造，顶管机(1)采用激光导向通过导管(3)前端光靶对顶进方向自动控制；其特征是：所述的机头(4)为泥水平衡式，主要由动力舱(41)、液压马达(42)、刀盘(43)、泥浆入口(44)、泥浆出口(45)组成，动力舱(41)为圆筒形，以顶管前进方向，在动力舱(41)前端中心安装液压马达(42)，液压马达(42)的供油管(8)和回油管(9)与顶管机控制台(2)的高压油泵连接，液压油作为液压马达(42)驱动的动力；液压马达(42)的驱动轴(46)为空心结构，中心有一个贯通的圆孔，是泥浆输送的通道，驱动轴(46)的后端与泥浆入口(44)采用旋转滑动连接，驱动轴(46)的前端连接刀盘(43)，泥浆入口(44)固定在液压马达(42)壳体上，驱动轴(46)旋转而泥浆入口(44)不转，旋转滑动连接处设有密封环，泥浆可以从泥浆入口(44)通过驱动轴(46)输送到刀盘(43)；刀盘(43)的外径与动力舱(41)外径一致，后端与液压马达(42)的驱动轴(46)连接，刀盘(43)前端顶面略呈锥形，刀盘(43)内部构成空心的泥水仓(47)，泥水仓(47)内对应驱动轴(46)的位置安装有导泥板(48)，泥浆通过驱动轴(46)的中心孔从导泥板(48)的四周进入泥水仓(47)，避免泥浆从驱动轴(46)的中心孔直接排至泥浆出口(45)，泥浆出口(45)设置在刀盘(43)的前端，泥浆出口(45)前端设有旋转接头(49)，旋转接头(49)的前端连接导管(3)，导管(3)的中心孔为泥浆排出通道，刀盘(43)旋转时，泥浆出口(45)随之旋转，旋转接头(49)和导管(3)不转，刀盘(43)的前端顶面安装有切土刀(50)和进渣孔(51)，动力舱(41)后端与套管(5)采用锥形螺纹连接；

所述的供浆***(6)和排渣***(7)构成机头(4)的泥水平衡式***和顶管出土***，采用后进前出的方式；供浆***(6)包括泥浆池(10)、泥浆泵(11)、供浆管(12)，在动力舱(41)内供浆管(12)与泥浆入口(44)连接，排渣***(7)包括导管(3)、压力调节阀(13)、渣斗(14)、排渣管(15)、排渣泵(16)、沉渣池(17)；泥浆池(10)的泥浆采用泥浆泵(11)通过供浆管(12)、泥浆入口(44)注入液压马达(42)，从液压马达(42)的驱动轴(46)的中心孔进入刀盘(43)的泥水仓(47)，在导泥板(48)的作用下均匀充满泥水仓(47)，泥浆压力来平衡土压力和地下水压力，刀盘(43)旋转切土刀(50)切削下来的土通过进渣孔(51)进入泥水仓(47)，与泥浆混合通过泥浆出口(45)、导管(3)、压力调节阀(13)排至渣斗(14)，压力调节阀(13)用于调节泥水仓(47)的泥水平衡压力，含泥沙杂质的泥浆通过排渣管(15)采用排渣泵(16)排至沉渣池(17)沉淀；

所述的套管(5)为外径与动力舱(41)外径相同的钢制圆管，每节长度1.0～2.0m，套管(5)与前端的动力舱(41)以及套管(5)节与节之间采用螺纹连接，螺纹为锥形螺纹，套管(5)的内径比顶进的塑料排水管外径大20～50mm。

2.根据权利要求1所述的小管径塑料排水管顶管施工机具，其特征是：所述的供油管(8)和回油管(9)长度10～20m一节，接口处的两侧各设置有阀门。

3.根据权利要求1所述的小管径塑料排水管顶管施工机具，其特征是：所述的供浆管(12)长度10～20m一节，接口处的两侧各设置有阀门。

4.一种如权利要求1所述的小管径塑料排水管顶管施工机具的方法，其特征是：是一种后进前出泥水平衡管材置换顶管施工方法，分为激光导向导管顶进、泥水平衡套管顶进、管材置换三个步骤；激光导向顶进导管步骤如下：

1)在设计的井位开挖工作井(21)和接收井(22)，在工作井(21)内安装顶管机(1)，顶管机(1)装上一节导管(3)，调整顶管机(1)的平面位置、高程和坡度，使导管(3)的中心与设计的管线中心、坡度一致，连接顶管机(1)与顶管机控制台(2)的电路和高压油管；

2)启动顶管机(1)，导管(3)按照设计的管中心和坡度向接收井(22)方向顶进，导管(3)的方向由顶管机(1)的激光导向***，通过导管(3)前段光靶位置偏离方向自动纠偏，一节导管(3)顶入土中后，再装一节，直至导管(3)顶至接收井(22)；

泥水平衡套管顶进步骤如下：

1)在工作井(21)内导管(3)的末端安装机头(4)，在机头(4)的液压马达(42)上接上供油管(8)和回油管(9)，供浆管(12)接在液压马达(42)的泥浆入口(44)上，机头(4)的动力舱(41)与套管(5)连接的一端为内螺纹，将套管(5)的外螺纹一端与动力舱(41)的尾部连接，供油管(8)、回油管(9)和供浆管(12)从套管(5)内穿入，采用专用的板子旋紧套管(5)；

2)在工作井(21)一侧安装供浆***(6)，制备好的泥浆注入泥浆池(10)，连接好泥浆泵(11)的与泥浆池(10)之间的管路和供浆管(12)，在工作井(21)内与液压马达(42)引出的供浆管(12)连接，富余的管路盘起置于工作井(21)内；在接收井(22)一侧安装排渣***(7)，接收井(22)内导管(3)的端头安装压力调节阀(13)，在接收井(22)放置渣斗(14)，排渣管(15)与排渣泵(16)、沉渣池(17)连接；

3)将液压马达(42)连接的供油管(8)、回油管(9)与顶管机控制台(2)高压油管连接，富余的管路盘起置于工作井(21)内；

4)套管(5)与顶管机(1)之间安装顶铁，开启供浆***(6)的泥浆泵(11)，泥浆进入泥水仓(47)，通过导管(3)流出排至渣斗(14)，当泥浆排出时，启动液压马达(42)和顶管机(1)，调节压力调节阀(13)使泥水仓(47)内维持一定压力，刀盘(43)的前端形成泥水平衡，顶管机(1)和机头(4)同步掘进，顶管机(1)的千斤顶全部顶出，顶完一个行程，退回千斤顶，增加顶铁继续顶进，一节套管(5)顶进后，关闭供油管(8)、回油管(9)和供浆管(12)的阀门，拆除接头，新装一节套管(5)套入供油管(8)、回油管(9)和供浆管(12)，重新装好供油管(8)、回油管(9)和供浆管(12)，新装套管(5)的外螺纹与前一节套管(5)内螺纹对接拧紧；接收井(22)的一侧卸下顶出的导管(3)，安装好压力调节阀(13)，打开供油管(8)、回油管(9)和供浆管(12)接口阀门，开启供浆***(6)的泥浆泵(11)，启动液压马达(42)和顶管机(1)，继续一节套管(5)的顶进，直至全部套管(5)顶入土中；

5)拆除顶入接收井(22)的机头(4)，拆除供油管(8)、回油管(9)和供浆***(6)、排渣***(7)；

管材置换步骤如下：

1)在工作井(21)内进行塑料排水管(24)的安装和顶入，将分节的塑料排水管(24)逐节连接，塑料管材采用承插热熔接口，承口的内缘装有电热丝，塑料排水管(24)的插口***承口内，在承口的外缘一周采用夹具夹紧，给承口电热丝通电，夹具施加力量，电热丝处的插口和承口的塑料熔化，在夹具的力量作用下，插口和承口的塑料熔化在一起，形成密封良好的热熔接口，保证接口的密闭性；

2)塑料排水管(24)每连接一节，在塑料排水管(24)的外壁的安装注浆管，注浆管的一面自带不干胶，注浆管上梅花状设有注浆孔，注浆管沿塑料排水管(24)***通长布置4～8道，带有不干胶的一面粘贴在塑料排水管(24)外壁上，装好注浆管的塑料排水管(24)顶入套管(5)一节，再连接下一节塑料排水管(24)，塑料排水管(24)一节一节地连接好，连同外侧的注浆管一同顶入套管(5)内，在向套管(5)内顶入塑料排水管(24)时，在塑料排水管(24)内带入一根钢索(25)，直至全部塑料排水管(24)顶入套管(5)内，钢索(25)贯穿塑料排水管(24)内；

3)在工作井(21)的一侧，将钢索(25)固定在塑料排水管(24)管头上，接收井(22)的井后壁上设置锚固桩(26)，将接收井(22)一端钢索(25)锚固在锚固桩(26)上并张紧，接收井(22)一侧注浆管连接好注浆泵；

4)在工作井(21)一侧，套管(5)上安装拉头(23)，采用顶管机(1)的千斤顶回程将套管(5)从土中拉出，塑料排水管(24)被钢索(25)锁定，不会随套管(5)移动，套管(5)被逐节置换拉出；

5)套管(5)置换的同时，向塑料排水管(24)外侧的注浆管注浆，注浆在接收井(22)一侧进行，注浆的泥浆中加入5％的水泥，套管(5)拉出后，注浆层(27)填充塑料排水管(24)与土体之间的缝隙，防止顶进过程中造成的管道外侧土体之间脱空，引起地面下沉或者管道沉降。

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