CN112343619A - 顶管施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水平定向钻进技术领域，尤其涉及顶管施工工艺。本发明通过在钻孔顶管时利用泥浆保护孔壁并利用摄像机监控保护效果，再配合导向激光反射的方式，达到稳定顶管铺设的效果，另一方面，千斤顶与管道之间依靠顶板单元的堆叠顶起作用，达到稳定传递顶起力的效果。本发明具有顶管工艺简单高效，顶管效果可控可调，顶板单元对顶起力的传递效果好，顶板单元自身结构稳定性高，拆装操作简单方便，以及管道顶入安装效率高的优点。
Description
技术领域
本发明属于水平定向钻进技术领域，尤其涉及顶管施工工艺。
背景技术
水平定向钻进技术，指的是一种无须挖掘地面的地下管线铺装技术，其操作步骤主要包括选址、打孔、铺装这几步，在打孔步骤中就需要进行顶管施工，用于将多根管道依次顶入土层中。现有的顶管施工工艺，主要存在以下两个问题：
第一，缺少对泥浆护壁作用效果的监控功能，不清楚正在使用的泥浆对孔壁的保护作用如何，如何护壁作用效果一般，则需要立即调整泥浆组分；
第二，顶管用的千斤顶，其顶起柱长度相对较短，因此在顶起管道时需要用到堆叠的多个顶板来弥补这个长度不足，但是现有的顶板之间仅仅是依靠顶起力来保证相互之间不偏斜，这是远远不够的，千斤顶退出、顶板数量增减过程中，顶板就直接掉落下来了，所以顶板与顶板之间需要对齐安装的卡合固定结构。
针对上述两个问题，因此市场上急需一整套使用高效、安全、精准的顶管施工工艺和顶管施工设备。
专利公开号为CN 104358927A，公开日为2015.02.18的中国发明专利公开了一种顶管施工方法及顶管装置，顶管施工方法包括a、打井；b、安装设备；c、顶管钻头顶进；d、管道顶进；e、出泥；f、取出机头的步骤，顶管装置包括千斤顶、千斤顶支架、滑轨和顶管钻头，千斤顶设置在千斤顶支架上，顶管钻头设置在滑轨上，千斤顶的伸缩杆朝向顶管钻头，千斤顶与顶管钻头之间设有环形靠背，环形靠背贴靠在顶管钻头的端部，顶管钻头前端连接有进水管和出泥管，滑轨上方还设有起重设备。
但是该发明专利中的施工方法，其缺少实时监控功能，不能对顶管动作进行实时纠正，而且其千斤顶安装结构简单，因此顶起强度低，所以整个顶管操作就存在精度差，偏差易产生，而且产生后不易及时纠正的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种顶管施工工艺，其能通过在钻孔顶管时利用泥浆保护孔壁并利用摄像机监控保护效果，再配合导向激光反射的方式，达到稳定顶管铺设的效果，另一方面，千斤顶与管道之间依靠顶板单元的堆叠顶起作用，达到稳定传递顶起力的效果。本发明具有顶管工艺简单高效，顶管效果可控可调，顶板单元对顶起力的传递效果好，顶板单元自身结构稳定性高，拆装操作简单方便，以及管道顶入安装效率高的优点。
本发明解决上述问题采用的技术方案是：顶管施工工艺，依次包括以下步骤：
S1、按照预设的顶管轨迹，在工作井中利用千斤顶顶入钻机，钻机开启打孔动作，同时利用泥浆进行孔壁保护操作；
S2、在钻机后端利用千斤顶依次顶入多个管道，直至管道在回收井中穿出。
进一步优选的技术方案在于：所述钻机包括设置在钻机主体环面上并用于监测泥浆护壁效果的摄像头单元，以及设置在管道和千斤顶之间并通过横向堆叠方式以用于增大顶起长度的顶板单元。
进一步优选的技术方案在于：所述摄像头单元包括径向截面形状为直角梯形的主体开槽，设置在所述主体开槽倾斜弧形内侧面上并朝向孔壁的摄像头主体，以及设置在所述主体开槽上的弧形透明盖板。
进一步优选的技术方案在于：所述顶板单元包括卡合设置在所述管道外侧端上的卡合顶板部，与所述卡合顶板部插接固定的堆叠顶板部，以及设置在所述卡合顶板部上并用于拉紧固定相互插接的若干个所述堆叠顶板部的拉绳部。
进一步优选的技术方案在于：所述卡合顶板部包括按圆周排列方式均匀间隔设置的两个第一顶起板，两个卡合板，设置在所述卡合板内侧面上并用于所述管道的管壁***卡合的弧形槽，设置在所述卡合板外侧面上并用于所述堆叠顶板部***安装的第一安装槽，设置在两个所述第一顶起板和两个所述卡合板之间共四根的第一弧形连接板，以及设置在所述卡合板上且向下伸入所述弧形槽并用于夹紧所述管道管壁的夹紧螺栓。
进一步优选的技术方案在于：所述堆叠顶板部包括设置在所述第一顶起板外侧面上的第二顶起板，设置在所述卡合板外侧面上的堆叠板，设置在所述堆叠板内侧面上并用于***所述第一安装槽***块，设置在所述堆叠板外侧面上的第二安装槽，以及设置在两个所述第二顶起板、两个所述堆叠板之间共四根的第二弧形连接板。
进一步优选的技术方案在于：所述卡合板的厚度大于所述堆叠板，所述***块的形状尺寸与所述第二安装槽的开槽形状尺寸相同，两个所述卡合板分别位于所述管道管壁的最高点和最低点，两个所述夹紧螺栓分别向下、向上夹紧所述管道管壁，所述堆叠顶板部还包括设置在所述堆叠板外侧面位置处并用于卡合固定所述拉绳部的绳体开槽。
进一步优选的技术方案在于：所述拉绳部包括套在所述夹紧螺栓上且抵在所述卡合板外环面上的圆形弹性圈，套在所述夹紧螺栓上且位于所述圆形弹性圈上的开孔板，设置在所述开孔板上并用于弹性支撑所述夹紧螺栓的第二弹性圈，以及两端分别连接所述圆形弹性圈和所述开孔板且在最外侧的所述绳体开槽上绕过并用于张紧所有所述堆叠顶板部的弹性绳。
进一步优选的技术方案在于：所述开孔板为矩形开孔板，所述开孔板的开孔与所述弹性绳的连接位置分别位于所述开孔板的两侧位置处，所述弹性绳通过设置在所述开孔板端角部位置处的方式以用于在所述弹性绳处于增大弹性伸长量时拉动松开所述夹紧螺栓，所述开孔板位于所述夹紧螺栓旋转紧固方向上的前端位置处。
进一步优选的技术方案在于：所述钻机还包括设置在所述钻机主体外侧端面上并用于接收导向纠正用激光的反射板。
本发明通过在钻孔顶管时利用泥浆保护孔壁并利用摄像机监控保护效果，再配合导向激光反射的方式，达到稳定顶管铺设的效果，另一方面，千斤顶与管道之间依靠顶板单元的堆叠顶起作用，达到稳定传递顶起力的效果。本发明具有顶管工艺简单高效，顶管效果可控可调，顶板单元对顶起力的传递效果好，顶板单元自身结构稳定性高，拆装操作简单方便，以及管道顶入安装效率高的优点。
附图说明
图1为本发明中钻机的整体使用示意图。
图2为本发明中摄像头单元以及反射板的位置示意图。
图3为本发明中摄像头单元的结构示意图。
图4为本发明中卡合顶板部的使用示意图。
图5为本发明中卡合顶板部和堆叠顶板部在俯视角度下的结构示意图。
图6为本发明中千斤顶在最外侧的堆叠顶板部上的顶起使用示意图。
图7为本发明中弹性绳在绳体开槽上绕过固定的使用示意图。
图8为本发明中拉绳部的位置结构示意图，其中箭头方向为夹紧螺栓的拧紧方向，箭头反向为开孔板需要取下时的拉动旋转方向。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。
实施例：如附图1、2、3、4、5、6、7以及附图8所示，顶管施工工艺，依次包括以下步骤：
S1、按照预设的顶管轨迹，在工作井中利用千斤顶顶入钻机，钻机开启打孔动作，同时利用泥浆进行孔壁保护操作；
S2、在钻机后端利用千斤顶依次顶入多个管道，直至管道在回收井中穿出。
在本实施例中，顶管轨迹规划、千斤顶安装使用、泥浆配制及使用，还有其它未提及部分均按现有技术的操作方式进行，本实施例中通过对钻机结构进行改进的方式，以达到稳定钻孔、高效顶管的效果。
所述钻机包括设置在钻机主体11环面上并用于监测泥浆护壁效果的摄像头单元1，以及设置在管道12和千斤顶13之间并通过横向堆叠方式以用于增大顶起长度的顶板单元2。
在本实施例中，所述摄像头单元1按照现有的无线连接方式，将拍摄到的泥浆护壁后的效果发送到地面控制室，以实时监测泥浆护壁效果，若发现护壁效果较差，则需要对泥浆输入管中的泥浆配比进行调整，以保证整体钻孔稳定、孔壁不易塌落的效果。
此外，所述顶板单元2通过与所述管道12卡合固定、自身内部独立单元再连接固定的方式，使得千斤顶13伸长距离不够顶管长度时可以通过增大内部独立单元数量的方式，来稳定传递顶起力，最后一根所述管道12全部顶入预设深度后另一根所述管道12需要接上，此时所述顶板单元2需要从前一根所述管道12上拆下、再后一根所述管道12上再装上，因此需要所述顶板单元2具有数量增加以及整体拆下时都方便的双重优点。
所述摄像头单元1包括径向截面形状为直角梯形的主体开槽101，设置在所述主体开槽101倾斜弧形内侧面上并朝向孔壁的摄像头主体102，以及设置在所述主体开槽101上的弧形透明盖板103。
在本实施例中，所述主体开槽101为环绕所述钻机主体11环面一段距离的弧形槽，所述摄像头主体102倾斜设置在所述主体开槽101的倾斜弧形内侧面上，对着所述钻机主体11钻孔孔壁，保证泥浆对孔壁保护作用可以被实时拍摄到，进行实时监测即可，所述摄像头单元1其它未提及部分均按现有技术的方式设置。
所述顶板单元2包括卡合设置在所述管道12外侧端上的卡合顶板部201，与所述卡合顶板部201插接固定的堆叠顶板部202，以及设置在所述卡合顶板部201上并用于拉紧固定相互插接的若干个所述堆叠顶板部202的拉绳部203。所述卡合顶板部201包括按圆周排列方式均匀间隔设置的两个第一顶起板201a，两个卡合板201b，设置在所述卡合板201b内侧面上并用于所述管道12的管壁***卡合的弧形槽201c，设置在所述卡合板201b外侧面上并用于所述堆叠顶板部202***安装的第一安装槽201d，设置在两个所述第一顶起板201a和两个所述卡合板201b之间共四根的第一弧形连接板201e，以及设置在所述卡合板201b上且向下伸入所述弧形槽201c并用于夹紧所述管道12管壁的夹紧螺栓201f。
在本实施例中，所述钻机主体11在工作井中钻入大概半个所述管道12长度的孔道后即可在所述钻机主体11外侧面设置第一个管道12，在所述管道12外侧设置所述卡合顶板部201以及部分数量的所述堆叠顶板部202，并用所述拉绳部203进行所述顶板单元2的整体固定，最后用所述千斤顶13进行向内顶管安装即可。
其中所述卡合板201b通过所述弧形槽201c与所述管道12的管壁卡合、通过所述夹紧螺栓201f与所述管道12的管壁固定，所述第一顶起板201a则通过自身高硬度金属材质的特性，接收并传递所述千斤顶13的顶起力，所述卡合板201b以及第一弧形连接板201e的材质为高强度的树脂即可。
所述堆叠顶板部202包括设置在所述第一顶起板201a外侧面上的第二顶起板202a，设置在所述卡合板201b外侧面上的堆叠板202b，设置在所述堆叠板202b内侧面上并用于***所述第一安装槽201d***块202c，设置在所述堆叠板202b外侧面上的第二安装槽202d，以及设置在两个所述第二顶起板202a、两个所述堆叠板202b之间共四根的第二弧形连接板202e。所述卡合板201b的厚度大于所述堆叠板202b，所述***块202c的形状尺寸与所述第二安装槽202d的开槽形状尺寸相同，两个所述卡合板201b分别位于所述管道12管壁的最高点和最低点，两个所述夹紧螺栓201f分别向下、向上夹紧所述管道12管壁，所述堆叠顶板部202还包括设置在所述堆叠板202b外侧面位置处并用于卡合固定所述拉绳部203的绳体开槽202f。
在本实施例中，第一次安装的部分数量的所述堆叠顶板部202在所述千斤顶13顶起一段距离后发生够不着了，此时就需要增加所述堆叠顶板部202的数量，即在前端的所述第二安装槽202d上依次***后一个所述堆叠顶板部202的所述***块202c，依次安装后即可增大所述顶板单元2的有效顶起长度。
其中，所述第二顶起板202a与所述第一顶起板201a、所述第二弧形连接板202e与所述第一弧形连接板201e的形状位置结构均一致，所述第二顶起板202a的厚度与所述堆叠板202b的厚度相等，保证所述堆叠板202b处同样能够有效卡合，所述堆叠板202b的材质也同样为高强度树脂即可，所述拉绳部203从所述第二弧形连接板202e处向下穿过所述绳体开槽202f后直接拉紧最外侧的所述堆叠顶板部202，这样横向一排所述堆叠顶板部202就被整体固定了，所述堆叠顶板部202需要增加数量时，只要所述拉绳部203处适当的手动拉长，所述堆叠顶板部202再插接安装即可。
所述拉绳部203包括套在所述夹紧螺栓201f上且抵在所述卡合板201b外环面上的圆形弹性圈203a，套在所述夹紧螺栓201f上且位于所述圆形弹性圈203a上的开孔板203b，设置在所述开孔板203b上并用于弹性支撑所述夹紧螺栓201f的第二弹性圈203c，以及两端分别连接所述圆形弹性圈203a和所述开孔板203b且在最外侧的所述绳体开槽202f上绕过并用于张紧所有所述堆叠顶板部202的弹性绳203d。所述开孔板203b为矩形开孔板，所述开孔板203b的开孔与所述弹性绳203d的连接位置分别位于所述开孔板203b的两侧位置处，所述弹性绳203d通过设置在所述开孔板203b端角部位置处的方式以用于在所述弹性绳203d处于增大弹性伸长量时拉动松开所述夹紧螺栓201f，所述开孔板203b位于所述夹紧螺栓201f旋转紧固方向上的前端位置处。
在本实施例中，所述第二顶起板202a、第一顶起板201a、堆叠板202b以及卡合板201b的形状均为圆形，所述卡合板201b需要卡合所述管道12的管壁，因此直径稍大即可，而所述弹性绳203d在伸长量未达到最大时，可以弹力拉紧固定若干个所述堆叠顶板部202，而当所述弹性绳203d被拉伸至最大伸长量时，即为所有所述堆叠顶板部202都已经安装了，最外侧的所述管道12已经被顶到最里面了，此时所述弹性绳203d的弹力最小，因此可以当无弹力绳这样拉动矩形的所述开孔板203b形状，而所述弹性绳203d在所述开孔板203b上处于力矩相对较大处，因此方便拉动旋转，此时所述第二弹性圈203c即可通过摩擦力以松开旋转的方式适当解下所述夹紧螺栓201f，这样所述卡合顶板部201就可以从所述管道12上取下了，可以再顶入另一个所述管道12了，也使得所述卡合顶板部201的拆下动作不需要人进去操作，方便且快捷，所述卡合顶板部201可以在外侧所有所述堆叠顶板部202全部拆下取出后再解下，也可以所述卡合顶板部201与所有所述堆叠顶板部202一起取下，即只要拉动所述开孔板203b旋转即可。
在本实施例中，所述夹紧螺栓201f夹紧所述管道12环面的力不用太大，保证所述卡合顶板部201不脱落即可，所述弹性绳203d拉紧所述堆叠顶板部202的力度也不用过大，保证一个所述卡合顶板部201和若干个所述堆叠顶板部202在所述千斤顶13退出、新的所述堆叠顶板部202加入时不会松开解体即可。
所述钻机还包括设置在所述钻机主体11外侧端面上并用于接收导向纠正用激光的反射板3。
在本实施例中，所述反射板3与外侧激光经纬仪配合使用，按照现有技术的操作方式，保证对顶管轨迹的实时监控和纠偏，每次纠偏角度不低于0.5°，整个纠偏操作其它未提及部分均按现有方式进行，保证顶管轨迹稳定可控的效果。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种修改。这些都是不具有创造性的修改，只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.顶管施工工艺，其特征在于依次包括以下步骤：
S1、按照预设的顶管轨迹，在工作井中利用千斤顶顶入钻机，钻机开启打孔动作，同时利用泥浆进行孔壁保护操作；
S2、在钻机后端利用千斤顶依次顶入多个管道，直至管道在回收井中穿出。
2.根据权利要求1所述的顶管施工工艺，其特征在于：所述钻机包括设置在钻机主体(11)环面上并用于监测泥浆护壁效果的摄像头单元(1)，以及设置在管道(12)和千斤顶(13)之间并通过横向堆叠方式以用于增大顶起长度的顶板单元(2)。
3.根据权利要求2所述的顶管施工工艺，其特征在于：所述摄像头单元(1)包括径向截面形状为直角梯形的主体开槽(101)，设置在所述主体开槽(101)倾斜弧形内侧面上并朝向孔壁的摄像头主体(102)，以及设置在所述主体开槽(101)上的弧形透明盖板(103)。
4.根据权利要求2所述的顶管施工工艺，其特征在于：所述顶板单元(2)包括卡合设置在所述管道(12)外侧端上的卡合顶板部(201)，与所述卡合顶板部(201)插接固定的堆叠顶板部(202)，以及设置在所述卡合顶板部(201)上并用于拉紧固定相互插接的若干个所述堆叠顶板部(202)的拉绳部(203)。
5.根据权利要求4所述的顶管施工工艺，其特征在于：所述卡合顶板部(201)包括按圆周排列方式均匀间隔设置的两个第一顶起板(201a)，两个卡合板(201b)，设置在所述卡合板(201b)内侧面上并用于所述管道(12)的管壁***卡合的弧形槽(201c)，设置在所述卡合板(201b)外侧面上并用于所述堆叠顶板部(202)***安装的第一安装槽(201d)，设置在两个所述第一顶起板(201a)和两个所述卡合板(201b)之间共四根的第一弧形连接板(201e)，以及设置在所述卡合板(201b)上且向下伸入所述弧形槽(201c)并用于夹紧所述管道(12)管壁的夹紧螺栓(201f)。
6.根据权利要求5所述的顶管施工工艺，其特征在于：所述堆叠顶板部(202)包括设置在所述第一顶起板(201a)外侧面上的第二顶起板(202a)，设置在所述卡合板(201b)外侧面上的堆叠板(202b)，设置在所述堆叠板(202b)内侧面上并用于***所述第一安装槽(201d)的***块(202c)，设置在所述堆叠板(202b)外侧面上的第二安装槽(202d)，以及设置在两个所述第二顶起板(202a)、两个所述堆叠板(202b)之间共四根的第二弧形连接板(202e)。
7.根据权利要求6所述的顶管施工工艺，其特征在于：所述卡合板(201b)的厚度大于所述堆叠板(202b)，所述***块(202c)的形状尺寸与所述第二安装槽(202d)的开槽形状尺寸相同，两个所述卡合板(201b)分别位于所述管道(12)管壁的最高点和最低点，两个所述夹紧螺栓(201f)分别向下、向上夹紧所述管道(12)管壁，所述堆叠顶板部(202)还包括设置在所述堆叠板(202b)外侧面位置处并用于卡合固定所述拉绳部(203)的绳体开槽(202f)。
8.根据权利要求7所述的顶管施工工艺，其特征在于：所述拉绳部(203)包括套在所述夹紧螺栓(201f)上且抵在所述卡合板(201b)外环面上的圆形弹性圈(203a)，套在所述夹紧螺栓(201f)上且位于所述圆形弹性圈(203a)上的开孔板(203b)，设置在所述开孔板(203b)上并用于弹性支撑所述夹紧螺栓(201f)的第二弹性圈(203c)，以及两端分别连接所述圆形弹性圈(203a)和所述开孔板(203b)且在最外侧的所述绳体开槽(202f)上绕过并用于张紧所有所述堆叠顶板部(202)的弹性绳(203d)。
9.根据权利要求8所述的顶管施工工艺，其特征在于：所述开孔板(203b)为矩形开孔板，所述开孔板(203b)的开孔与所述弹性绳(203d)的连接位置分别位于所述开孔板(203b)的两侧位置处，所述弹性绳(203d)通过设置在所述开孔板(203b)端角部位置处的方式以用于在所述弹性绳(203d)处于增大弹性伸长量时拉动松开所述夹紧螺栓(201f)，所述开孔板(203b)位于所述夹紧螺栓(201f)旋转紧固方向上的前端位置处。
10.根据权利要求2所述的顶管施工工艺，其特征在于：所述钻机还包括设置在所述钻机主体(11)外侧端面上并用于接收导向纠正用激光的反射板(3)。
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