CN111622771B - 一种顶拉钻管及包含其的施工设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种顶拉钻管包括反向钻头、前端固定帽、传力短杆、后锚顶板及锁定装置；反向钻头后侧设有铰接头；前端固定帽包括与反向钻头的铰接头连接的前端固定部及位于后端中部的后端固定部；传力短杆包括用于与前端固定帽后端固定部连接的短杆前固定部及位于传力短杆后端的短杆后固定部，短杆后固定部用于与另一传力短杆的短杆前固定部连接或与锁定装置连接；锁定装置将后锚顶板锁定至传力短杆上，锁定装置对后锚顶板产生面向前端固定帽方向的锁紧力，后锚顶板与前端固定帽之间形成了容纳自锁承插管的容纳空间。本公开的方案达到施工精度高、工期短且施工作业面积小的效果。

Description

一种顶拉钻管及包含其的施工设备

技术领域

本公开涉及管道施工领域，尤其涉及顶拉施工装置。

背景技术

我国地下管道的施工主要采用明开挖铺设、牵引管和顶管三种施工工艺。然而，在城市发展建设中，雨污分流制排水是城市发展规划的趋势，老旧城区雨污合流制改造为分流制是势在必行的，老旧城区由于经过多年发展，城区规划不规范，巷道纵横狭小，各种地下管线遍布，地质情况复杂，道路交通情况紧张，地表工作面不足。采用以上三种工艺均存在着影响交通或施工环境要求高的问题。其中，明开挖施工工艺较为简单，施工速度快，但施工对路面破坏大，对交通影响时间长，机械开挖还对路面宽度有要求不能低于挖机旋转半径；牵引管施工具有影响交通小、破坏路面小等优点，但其施工管道标高控制差，容易因地质情况差而导致管道走向弯曲变形，且双向造斜段长度要求则使得牵引管施工无法应用在狭短巷道内；顶管施工工艺具有施工深度大，环境破坏影响小等优点，但顶管井尺寸较大，施工点需对地下管线进行详细探明改迁，且工作井还需要进行施工设备、材料等场地布置，使得顶管井围护占地面积大，对场地的要求大，对道路交通的影响也大。因此，需要研发新的施工工艺，以便更适用于在老旧城区等狭小工作面施工，且同样达到设计和规范标准要求。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种顶拉施工装置，以达到施工精度高、工期短且施工作业面积小的效果。本公开的目的通过以下方案实现：

一种顶拉钻管，包括反向钻头、前端固定帽、传力短杆、后锚顶板及锁定装置；所述反向钻头后侧设有铰接头；所述前端固定帽包括与所述反向钻头的铰接头连接的前端固定部及位于后端中部的后端固定部；所述传力短杆包括用于与所述前端固定帽后端固定部连接的短杆前固定部及位于传力短杆后端的短杆后固定部，所述短杆后固定部用于与另一传力短杆的短杆前固定部连接或与所述锁定装置连接；所述锁定装置将所述后锚顶板锁定至所述传力短杆上，所述锁定装置对所述后锚顶板产生面向所述前端固定帽方向的锁紧力，所述后锚顶板与所述前端固定帽之间形成了容纳自锁承插管的容纳空间。

进一步地，所述锁定装置包括后锚短杆及液压千斤顶；所述后锚短杆包括用于与所述短杆后固定部连接的后锚短杆前固定部及用于与所述液压千斤顶连接的后锚短杆后固定部；所述液压千斤顶向所述后锚顶板产生向所述前端固定帽的趋势力，以将所述自锁承插管固定于所述容纳空间。

进一步地，所述后锚顶板中部开设有通孔，所述后锚短杆通过所述通孔。

进一步地，所述液压千斤顶包括两个并列设置的液压缸本体、位于所述液压缸本体中部的活塞轴；两个所述液压缸本体通过中部连接件相固接，所述活塞轴还连接有用于抵接所述后锚顶板的固定板；所述中部连接件还适于固定于所述后锚短杆的后固定部。

进一步地，所述中部连接件包括前连接件及后连接件，所述前连接件的下部包括开设有前搭接槽的前连接板；所述后连接件包括开设有后搭接槽的后连接板；所述后锚短杆的后固定部为一设有若干卡环的短轴，若干卡环将所述短轴分隔为若干卡槽；所述卡槽的宽度大于等于所述前连接板、所述后连接板的厚度；所述前连接板及后连接板的距离等于若干个卡槽的距离，以便使得所述前搭接槽及后搭接槽相隔若干个卡槽同时进入所述卡槽。

进一步地，所述液压千斤顶还包括前液压管及后液压管，所述前液压管同时连接两个所述液压缸的前部腔体，所述后液压管同时连接两个所述液压缸的后部腔体。

进一步地，所述前端固定帽前部为圆锥型。

进一步地，所述前端固定帽后部开设有环形槽，所述环形槽适于***所述自锁承插管。

进一步地，所述短杆前固定部与前端固定帽后端固定部螺纹连接，所述短杆后固定部与另一短杆前固定部或后锚短杆前固定部螺纹连接。

本公开还提供了一种施工设备，包括定向钻机、顶拉钻杆、导向钻头及上述的顶拉钻管，所述顶拉钻杆的一端连接所述定向钻机，另一端连接所述导向钻头或所述顶拉钻管。

相比于现有技术本公开的优势在于：本公开提供了一种顶拉钻管，其包括传力短杆，通过不断地连接传力短杆并将自锁承插管套接在传力短杆上，能够利用传力短杆将任意节自锁承插管固定在顶拉钻管上。并且传力短杆是刚性的短杆，在反向钻头前进的过程中，传力短杆固定了自锁承插管的前进方向。并且由于在若干传力短杆后部，通过锁定装置对所述后锚顶板产生面向所述前端固定帽方向的锁紧力，从而形成了对自锁承插管的挤压力，在前进的过程中，实质后锚顶板的前进动力是由后锚顶板提供，避免了自锁承插管偏离前进方向，有效地提高了施工精度。并且由于在所述传力短杆后侧采用了拆卸结构，在操作的过程中，能够先将其中一段自锁承插管跟随反向钻头进入洞孔中，当该段自锁承插管已经完全进入后，拆卸锁定装置，再次安装传力短杆及自锁承插管，从而能够在较小的空间中，也能将自锁承插管完全***反向钻头钻出的洞孔中，减小了施工作业面积。自锁承插管进入的动力主要由机器提供，同样降低了劳动强度。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1为本公开的顶拉钻管的施工示意图；

图2为图1顶拉钻管***图；

图3为图1顶拉钻管装配示意图；

图4为图2顶拉钻管的后锚顶板示意图；

图5为图3中自锁承插管示意图；

图6为图2顶拉钻管的液压千斤顶第一轴侧示意图；

图7为图2顶拉钻管的液压千斤顶第二轴侧示意图；

图8为图2顶拉钻管的后锚短杆示意图；

图9为本公开的顶拉钻管施工过程图。

其中：1、定向钻机；2、顶拉钻杆；31、反向钻头；32、前端固定帽；33、传力短杆；34、后锚顶板；341、板体本体；342、加强肋板；343、连接通孔；344、限位台；35、后锚短杆；351、短轴；352、卡环；353、卡槽；36、液压千斤顶；361、液压缸本体；362、活塞轴；363、固定板；364、后连接件；3641、后连接板；3642、后搭接槽；365、前连接件；3651、前连接板；3652、前搭接槽；366、后液压管；367、前液压管；4、自锁承插管；41、自锁承插管首端；42、自锁承插管末端；200、施工作业井。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

参见附图1，本公开提供了一种施工设备，该施工设备包括了定向钻机1、顶拉钻杆2、顶拉钻管及导向钻头(图未示)。顶拉钻杆2的一端连接所述定向钻机1。所述顶拉钻杆2的另一端是可拆卸结构，根据不同的工序可以选择安装顶拉钻管或导向钻头。附图1中展示了安装顶拉钻管的结构，所属领域技术人员容易得出使用导向钻头替换顶拉钻管的方案。所述定向钻机1用于提供顶拉钻管或导向钻头的转动动力，所述顶拉钻杆2具有一定的柔度，能够根据设定的路径进行一定的弯曲，并将定向钻机1的转动动力传递于顶拉钻管或导向钻头。所述定向钻机1优选地安装于小车上，在驱动定向钻机1的过程中，同时驱动小车前进，能够对顶拉钻管产生拉力，使得顶拉钻管沿着顶拉钻杆2穿过的土层前进，从而完成钻洞及布置自锁承插管4。值得注意的时，为了减少施工对环境的影响，一般采用多个具有较小井口面积的施工作业井200配合应用，所述施工作业井200分布于顶拉钻杆2穿越的方向，即自锁承插管4需要布置的方向。顶拉钻杆2需要引导顶拉钻管在两个施工作业井200之间布置自锁承插管4。施工作业井200的横截面积远远小于两个施工作业井200之间的距离，因此如何将较长的拼合的自锁承插管4方便地、自动并精确地布置于两个施工作业井200之间是本领域的技术难点。本公开为了解决以上技术问题，提供了一种顶拉钻管。

参见附图2，本公开的顶拉钻管包括了反向钻头31、前端固定帽32、传力短杆33、后锚顶板34及锁定装置。

所述反向钻头31的前端用于与顶拉钻杆2连接，顶拉钻杆2将定向钻机1的转动动力传递于反向钻头31，并且顶拉钻杆2对其提供前进的趋势力，使得反向钻头31完成扩孔工作或挖掘出安装自锁承插管4的孔道。所述反向钻头31的后侧设有铰接头。所述铰接头用于与前端固定帽32进行连接。所述铰接头与反向钻头31的钻头本体转动连接，因此在连接顶拉钻管后，所述顶拉钻管能够不跟随钻头本体的转动而转动。

所述前端固定帽32包括与所述反向钻头31的铰接头连接的前端固定部及位于后端中部的后端固定部。所述前端固定帽32主要作用是与后锚顶板34一起固定自锁承插管4。因此前端固定帽32的外形包括但不限于锥形、圆弧形及平板型。但是，在考虑到反向钻头31在转动的过程中，产生了松软的泥土，为了减少顶拉转管的前进阻力，优选地采用锥形的外壳，以便将松软的泥土往两侧排挤。前端固定帽32中部固定有用于与传力短杆33连接的短轴，为了避免该短轴产生弯曲，前端固定帽32内部还包括将所述短轴定位的定位肋板。所述前端固定帽32的后部开设有环形槽，所述环形槽适于***所述自锁承插管4，从而保障了自锁承插管4的轴线与传力短杆33的长度方向基本一致。

由于地底的情况复杂，在反向钻头31挖掘形成的孔道中，可能存在着碎石、凸起等较为坚硬的结构。如果自锁承插管4不能够较为刚性地连接，并且推进部在前端时，通过碎石、凸起等较为坚硬的结构将会导致自锁承插管4之间的脱离或改变了自锁承插管4的前进方向。

本公开使用了传力短杆33、前端固定帽32、后锚顶板34构成一个刚性的整体。所述传力短杆33包括用于与所述前端固定帽32后端固定部连接的短杆前固定部及位于传力短杆33后端的短杆后固定部，从而保障连接一起的自锁承插管4沿直线分布。并且本公开实质采用了后锚顶板34提供了自锁承插管4的前进动力，在遇到碎石、凸起等较为坚硬的障碍时，仍然能够沿着直线分布自锁承插管4，提高了自锁承插管4的安装精度。

在应用的过程中，可以根据施工作业井200的大小及施工进度选择需要连接的传力短杆33的数量。例如，在起始阶段，需要进入由反向钻头31扩大的孔道，可以先首尾连接两根传力短杆33，并将自锁承插管4套接于首尾连接的所述传力短杆33之上。并利用后锚顶板34将自锁承插管4固定于后锚顶板34与前端固定帽32限定的空间之中，形成一个适于跟随反向钻头31前进的结构(附图3)。在自锁承插管4已经完全进入反向钻头31挖掘的孔道后，可以再次增加多根传力短杆33，并再次将另外的自锁承插管4套接在增加的传力短杆33上。在优选的实施方案中，所述传力短杆33与自锁承插管4具有相同的长度，从而降低自锁承插管4与传力短杆33的长度方向上的配合难度。达到了便于安装的技术目的。

参见附图4，所述后锚顶板34包括了板体本体341、加强肋板342、连接通孔343及限位台344。所述板体本体341面向自锁承插管4的侧面设有环形的限位台344，所述限位台344能够***自锁承插管4的内孔，并对内孔进行定位。所述板体本体341背离所述自锁承插管4的背面还设有加强肋板342，以增加后锚顶板34的整体刚度。板体本体341中部开设有用于通过传力短杆33或后锚短杆35的连接通孔343。

参见附图5，展示了首尾连接的自锁承插管4。根据附图可知，自锁承插管首端41的内壁面包括有齿状钩扣，自锁承插管末端42的外壁面包括有齿状钩扣。首尾连接的自锁承插管利用上述齿状钩扣挤压安装。同时，所述前端固定帽32的环形槽与自锁承插管首端41齿状钩扣配合，后锚顶板34的限位台344与自锁承插管末端42的齿状钩扣配合，能够增大摩擦力，从而保障自锁承插管4不脱离所述后锚顶板34及前端固定帽32。

所述锁定装置将所述后锚顶板34锁定至所述传力短杆33上，所述锁定装置对所述后锚顶板34产生面向所述前端固定帽32方向的锁紧力。锁定装置包括但不限于锁紧螺母、快锁结构等。在操作的过程中，能够先将其中一段自锁承插管4跟随反向钻头31进入洞孔中，当该段自锁承插管4已经完全进入后，拆卸锁定装置，再次安装传力短杆33及自锁承插管4，从而能够在较小的空间中，也能将自锁承插管4完全***反向钻头31钻出的洞孔中，减小了施工作业面积。

参见附图6-7，为了进一步提高锁定的稳定性及快捷性，本公开提供了一种锁定装置的具体结构。该锁定装置包括后锚短杆35及液压千斤顶36。所述后锚短杆35包括用于与所述短杆后固定部连接的后锚短杆前固定部及用于与所述液压千斤顶36连接的后锚短杆后固定部；所述液压千斤顶36向所述后锚顶板34产生向所述前端固定帽32的趋势力。由于所述后锚短杆35与所述传力短杆33固定连接，后锚短杆35与传力短杆33的相对距离已经被固定。后锚短杆35上再设置一个用于卡接所述液压千斤顶36的安装槽，则液压千斤顶36与传力短杆33的位置也相对固定，液压千斤顶36启动后，将会产生一个作用于后锚顶板34与所述安装槽的张力，从而将所述自锁承插管4固定于所述顶拉钻管上。

为了进一步保障自锁承插管4的稳定，所述液压千斤顶36包括两个并列设置的液压缸本体361、位于所述液压缸本体361中部的活塞轴362。两个所述液压缸本体361通过中部连接件相固接，所述活塞轴362还连接有用于抵接所述后锚顶板34的固定板363。若采用一个液压缸，那么在固定的过程中，需要尽量的保障液压缸的施加作用力位于所述后锚顶板34的几何中心上，否则容易在后锚顶板34上产生一个翻转的力矩，导致连接的后锚顶板34、自锁承插管4产生变形。而采用两个液压缸后，可以将两个液压缸分布于后锚顶板34的几何中心两侧，两个液压缸之间的力矩相互平衡，从而保障在后锚顶板34上不会产生翻转力矩。保障了施工的稳定性。同时中部连接件能够作为液压千斤顶36与后锚短杆35的固定部，将两个液压缸分布于后锚短杆35两侧，可以有效地避免后锚短杆35对液压缸安装的干涉。具体地，所述中部连接件包括前连接件365及后连接件364，所述前连接件365的下部包括开设有前搭接槽3652的前连接板3651；所述后连接件364包括开设有后搭接槽3642的后连接板3641。所述后锚短杆后固定部为一设有若干卡环352的短轴351(附图8)。若干卡环352将所述短轴351分隔为若干卡槽353，卡槽353的宽度大于等于所述前连接板3651、所述后连接板3641的厚度。所述前连接板3651及后连接板3641的距离等于若干个卡槽353的距离，以便使得所述前搭接槽3652及后搭接槽3642相隔若干个卡槽353同时进入所述卡槽353。从而在使用的过程中，只需要将液压千斤顶36放置到后锚短杆对应的卡槽353内，启动液压缸即可对后锚顶板34锁紧，驱动液压缸的活塞轴362退回即完成拆卸，提高了工作效率。所述液压千斤顶36还包括前液压管367及后液压管366，所述前液压管367同时连接两个所述液压缸的前部腔体，所述后液压管366同时连接两个所述液压缸的后部腔体。能够通过统一的液压源，同时为两个液压缸提供动力。

值得注意的是，所述短杆前固定部与前端固定帽32后端固定部螺纹连接，所述短杆后固定部与另一短杆前固定部或后锚短杆前固定部螺纹连接。

参见附图1、9，其展示了顶拉钻管施工设备的工作过程。首先使用导向钻头根据要布置的管道方向进行钻孔，所述导向钻头从混凝土顶管井口冒头后，拆卸导向钻头，并将反向钻头31连接至顶拉钻杆2上，驱动定向钻机1及反向钻头31，反向扩孔。在扩孔至一定深度后，将前端固定帽32、适当数量的传力短杆33、后锚顶板34、适当数量的自锁承插管4、液压千斤顶36等安装至反向钻头31后部。启动液压千斤顶36对自锁承插管4进行锁紧。启动反向钻头31，带动自锁承插管4前进一段距离。反向启动液压千斤顶36，拆卸后锚短杆35及后锚顶板34，再次连接传力短杆33及自锁承插管4。重复以上的推进过程，至在两个施工作业井200之间的自锁承插管4被布置后。拆卸顶拉钻管，并在下一段的顶拉钻孔过程中进行拼接安装。从而达到了施工精度高、工期短且施工作业面积小的效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (9)

1.一种顶拉钻管，其特征在于：包括反向钻头、前端固定帽、传力短杆、后锚顶板及锁定装置；

所述反向钻头后侧设有铰接头；

所述前端固定帽包括与所述反向钻头的铰接头连接的前端固定部及位于后端中部的后端固定部；

所述传力短杆包括用于与所述前端固定帽后端固定部连接的短杆前固定部及位于传力短杆后端的短杆后固定部，所述短杆后固定部用于与另一传力短杆的短杆前固定部连接或与所述锁定装置连接；

所述锁定装置将所述后锚顶板锁定至所述传力短杆上，所述锁定装置对所述后锚顶板产生面向所述前端固定帽方向的锁紧力，所述后锚顶板与所述前端固定帽之间形成了容纳自锁承插管的容纳空间；所述锁定装置包括后锚短杆及液压千斤顶；

所述后锚短杆包括用于与所述短杆后固定部连接的后锚短杆前固定部及用于与所述液压千斤顶连接的后锚短杆后固定部；

所述液压千斤顶向所述后锚顶板产生向所述前端固定帽的趋势力，以将所述自锁承插管固定于所述容纳空间。

2.如权利要求1所述的一种顶拉钻管，其特征在于：所述后锚顶板中部开设有通孔，所述后锚短杆通过所述通孔。

3.如权利要求1所述的一种顶拉钻管，其特征在于：所述液压千斤顶包括两个并列设置的液压缸本体、位于所述液压缸本体中部的活塞轴；两个所述液压缸本体通过中部连接件相固接，所述活塞轴还连接有用于抵接所述后锚顶板的固定板；所述中部连接件还适于固定于所述后锚短杆的后固定部。

4.如权利要求3所述的一种顶拉钻管，其特征在于：所述中部连接件包括前连接件及后连接件，所述前连接件的下部包括开设有前搭接槽的前连接板；所述后连接件包括开设有后搭接槽的后连接板；

所述后锚短杆的后固定部为一设有若干卡环的短轴，若干卡环将所述短轴分隔为若干卡槽；

所述卡槽的宽度大于等于所述前连接板、所述后连接板的厚度；所述前连接板及后连接板的距离等于若干个卡槽的距离，以便使得所述前搭接槽及后搭接槽相隔若干个卡槽同时进入所述卡槽。

5.如权利要求3-4任一项所述的一种顶拉钻管，其特征在于：所述液压千斤顶还包括前液压管及后液压管，所述前液压管同时连接两个所述液压缸的前部腔体，所述后液压管同时连接两个所述液压缸的后部腔体。

6.如权利要求1-4任意一项所述的一种顶拉钻管，其特征在于：所述前端固定帽前部为圆锥型。

7.如权利要求1-4任意一项所述的一种顶拉钻管，其特征在于：所述前端固定帽后部开设有环形槽，所述环形槽适于***所述自锁承插管。

8.如权利要求1-4任意一项所述的一种顶拉钻管，其特征在于：所述短杆前固定部与前端固定帽后端固定部螺纹连接，所述短杆后固定部与另一短杆前固定部或后锚短杆前固定部螺纹连接。

9.一种施工设备，包括定向钻机、顶拉钻杆及导向钻头，其特征在于：还包括权利要求1-8任意一项所述的顶拉钻管，所述顶拉钻杆的一端连接所述定向钻机，另一端连接所述导向钻头或所述顶拉钻管。

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