本實(shí)用新型涉及小管徑排水管道頂管機(jī)具，屬于排水工程領(lǐng)域，特別涉及小管徑排水管道的施工機(jī)具。

背景技術(shù)：

城市排水分為雨水和污水，排水體制分為分流制與合流制兩種，大部分城市都是采取分流制，即雨水、污水分別排放。城市建設(shè)初期，雨污分流的排水管道一般是采用明挖施工，管道鋪設(shè)后再將溝槽回填，修筑道路。還有許多城市，在城市建設(shè)初期由于資金等因素采用合流制排水體制，即雨污水合流直接排入河道。隨著城市發(fā)展，環(huán)境保護(hù)意識的強(qiáng)化，污水需經(jīng)過污水處理廠處理達(dá)標(biāo)后才能排入河道，這些合流排水管道需要進(jìn)行雨污分流改造，原有合流管管徑較大，保留用作雨水管道，新建污水截留管道，將原來排入合流管的污水從源頭截留，再通過污水干管排入污水處理廠。在城市建成區(qū)改造排水管道，需要破除道路，鋪設(shè)管道后回填溝槽，恢復(fù)路面，工程造價(jià)高，影響城市的道路交通。頂管施工是排水管道的常用施工方法，不需大面積破路，僅需在檢查井的位置設(shè)置頂管工作井和接收井，對地面交通影響較小。

現(xiàn)有技術(shù)水平定向鉆非開挖技術(shù)廣泛應(yīng)用，最小可以回拖拉管施工直徑100mm的管道。水平定向鉆的方向及豎向高程控制是依靠前端鉆頭內(nèi)安裝的探棒，探棒發(fā)射電波被地面的探測儀接收，判斷鉆頭的方向和位置，再指揮定向鉆控制鉆頭方向。水平定向鉆的方向控制精度一般為300～500mm?！督o水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50268-2008規(guī)定，頂管施工管道內(nèi)底高程誤差要求為+30mm、－40mm，水平定向鉆的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到排水管道的要求，一般應(yīng)用在給水、燃?xì)獾葔毫艿篮碗娏?、通訊的穿線管，不能用于排水管道。

排水管道頂管施工主要有土壓平衡法和泥水平衡法，土壓平衡法主要應(yīng)用在大管徑管道，人可進(jìn)入管道操作區(qū)出土。小于等于1500mm的管道主要采用泥水平衡法，在頂管管道前端安裝的機(jī)頭旋轉(zhuǎn)切土，通過壓入機(jī)頭前端和土體之間的泥漿使土壓力平衡，工作井的千斤頂頂推管道，機(jī)頭切削的土隨泥漿排出，管道逐節(jié)頂至接收井。泥水平衡法頂管施工技術(shù)成熟，施工精度高，但最小管徑只能頂進(jìn)直徑800mm的管道。

截污管道的次支管網(wǎng)管徑多數(shù)為300～600mm，在截污管網(wǎng)中數(shù)量最多，應(yīng)管徑較小無法采用泥水平衡法頂管施工?，F(xiàn)有技術(shù)還有一種二次頂管法，可以頂進(jìn)300～600mm排水管道，其方法是先在工作井內(nèi)，采用定向鉆機(jī)頂進(jìn)一根直徑100mm的導(dǎo)桿，導(dǎo)桿的頂進(jìn)方向采用激光經(jīng)緯儀觀察最前端的光標(biāo)，出現(xiàn)偏移人工操作定向鉆調(diào)整方向。導(dǎo)桿頂至接收井后，導(dǎo)桿后端通過一個錐體連接安裝直徑200～250mm的出土管，出土管逐節(jié)頂至接收井后，出土管內(nèi)裝入出土螺旋，出土管后端安裝機(jī)頭，機(jī)頭采用液壓馬達(dá)做動力，機(jī)頭后連接管道，工作井對管道頂進(jìn)的同時起到液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)切土，土通過出土管的出土螺旋送至前端接收井，管道逐節(jié)頂至接收井。二次頂管在土質(zhì)均勻的情況下，頂管精度可以控制在10mm左右，是目前新研發(fā)的一種小管徑頂管技術(shù)。但二次頂管也存在一些缺陷，導(dǎo)桿頂入是采用激光經(jīng)緯儀人工觀察前端的光標(biāo)，判別方向偏移人工糾偏，如觀察不及時偏差較大時，糾偏困難，需要拉回一段重新調(diào)整再頂進(jìn)；出土管頂進(jìn)是依靠椎體擴(kuò)徑的出土管擠壓土體，在遇到土質(zhì)不均勻時容易出現(xiàn)出土管偏移，前段阻力較大時容易出現(xiàn)出土管后端隆起；管道頂進(jìn)時機(jī)頭的動力是地面的高壓油泵提供液壓油，需要在管道內(nèi)穿一根進(jìn)油管和一個回油管，每頂進(jìn)一節(jié)管道，需要拆卸安裝油管；頂管機(jī)頭是靠管道傳遞頂力，遇到地質(zhì)復(fù)雜時，有時會出現(xiàn)為機(jī)頭未頂?shù)浇邮站?，后端的管道管壁破裂現(xiàn)象，不得已在機(jī)頭位置挖開取出機(jī)頭；前段阻力過大，頂推還可能造成管道隆起；經(jīng)常出現(xiàn)出土螺旋被泥土堆積無法送出，導(dǎo)致機(jī)頭負(fù)荷超載。二次頂管法雖然具有頂管直徑小、頂管精度高的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用在較軟的淤泥質(zhì)土施工可以取得較好的效果，但在粘土、粉質(zhì)粘土等偏硬的地質(zhì)條件下，容易出現(xiàn)上述一些問題，因此，二次頂管原則上頂進(jìn)長度不超過60m，在土質(zhì)偏硬的地質(zhì)條件下頂進(jìn)長度還會減小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是：提供小管徑排水管道頂管機(jī)具，用于雙向拉頂排水管道頂管施工，適用于管徑200～700mm的排水管道。決定頂管施工精度的鉆桿頂進(jìn)采用自動判別方向，自動糾偏。擴(kuò)孔采用前端牽拉后端輔助頂推，牽拉和頂推同步進(jìn)行，力量協(xié)調(diào)分擔(dān)，牽拉擴(kuò)孔不會造成方向偏移和導(dǎo)管隆起，后端管道沿著已經(jīng)頂入土體導(dǎo)管軌跡頂進(jìn)，頂力相對較小，可實(shí)現(xiàn)較長距離的頂進(jìn)。有益效果是：解決了土壓平衡法和泥水平衡法不能頂進(jìn)小管徑的問題。采用自動判別方向和自動糾偏，保證了管道頂進(jìn)的精度?？朔爽F(xiàn)有技術(shù)二次頂管法，遇到地質(zhì)變化導(dǎo)致出土管偏移，管道頂進(jìn)時易出現(xiàn)隆起，頂管未到達(dá)接收井而頂力過大無法繼續(xù)頂進(jìn)的弊病，也省去二次頂管法每節(jié)管道安裝時，需要拆卸安裝高壓油管的繁瑣工作。適應(yīng)土質(zhì)范圍廣，管道受到的頂力小，可以加大頂管的距離。

本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)實(shí)現(xiàn)的：小管徑排水管道頂管機(jī)具，主要由定向鉆1、定向鉆控制臺2、頂管機(jī)3、頂管機(jī)控制臺4、鉆桿5、鉆頭6、擴(kuò)孔器7、導(dǎo)管8、泥漿系統(tǒng)9組成，所述的定向鉆1具有頂進(jìn)和牽拉雙向動力，定向鉆1裝有頂進(jìn)方向監(jiān)控系統(tǒng)。所述的鉆頭6前端設(shè)有傾斜的導(dǎo)向面10，鉆頭6后端裝有校準(zhǔn)器11，校準(zhǔn)器11朝向定向鉆1的方向設(shè)置光靶12，定向鉆1和鉆頭6采用空心的鉆桿5連接，定向鉆1的方向監(jiān)控系統(tǒng)通過鉆桿5的中心孔向光靶12發(fā)射一束聚集的光束，校準(zhǔn)器11根據(jù)光束照射在光靶12上的位置判斷鉆頭6的方向，采用無線信號發(fā)射通過鉆桿5中心孔傳輸至定向鉆1的接收機(jī)，經(jīng)過解調(diào)后的信號傳至定向鉆控制臺2的方向控制系統(tǒng)，控制定向鉆1改變鉆頭6的導(dǎo)向面10的位置，調(diào)整鉆頭6的前進(jìn)方向。所述的頂管機(jī)3由頂管機(jī)控制臺4控制，定向鉆控制臺2和頂管機(jī)控制臺4之間采用無線信號進(jìn)行通訊，定向鉆控制臺2在控制定向鉆1的同時，可通過頂管機(jī)控制臺4對頂管機(jī)3進(jìn)行控制，使定向鉆1和頂管機(jī)3的行程和速度同步，定向鉆控制臺2和頂管機(jī)控制臺4之間還能相互傳輸語音和視頻信號，定向鉆控制臺2和頂管機(jī)控制臺4的操作人員可以觀察工作井21和頂管井22內(nèi)的狀況，通過語音或者手勢進(jìn)行操作交流。

所述的光靶12外圍上、下、左、右、左上、左下、右上、右下環(huán)狀均布八列光電二極管，每一列的光電二極管至少為二個，鉆頭6正常時是勻速旋轉(zhuǎn)頂進(jìn)，鉆頭6方向正確時光束照射在光靶的中心，光電二極管不受光束照射，鉆頭6方向發(fā)生偏移時，偏移反方向的光電二極管受到光束照射，通過光束照射在光靶12的光電二極管方向和數(shù)量判斷鉆頭6偏移的方向和幅度，校準(zhǔn)器11的方向識別單元對偏移信息處理調(diào)制，通過信號發(fā)射單元傳輸?shù)蕉ㄏ蜚@1的接收機(jī)，再通過定向鉆控制臺2控制鉆頭6旋轉(zhuǎn)使導(dǎo)向面10對準(zhǔn)偏移方向頂進(jìn)，借助傾斜的導(dǎo)向面10使鉆頭6糾偏，回到正確位置時再勻速旋轉(zhuǎn)頂進(jìn)，定向鉆控制臺2的操作面板的顯示屏可實(shí)時顯示鉆頭6的頂進(jìn)偏移方向和幅度，存儲器可儲存鉆頭6的頂進(jìn)軌跡，可以提取軌跡數(shù)據(jù)作為頂管施工竣工資料。

所述的鉆桿5采用鋼制，為直徑80～100mm的空心圓桿，中心孔徑40～60mm，一節(jié)長度1.0～2.0m，節(jié)間采用錐形螺紋連接，錐形螺紋便于快速安裝和拆卸。擴(kuò)孔器7采用鋼板制作的空心橄欖形球體，上面裝有切土刀14，鉆有出水孔15，按照擴(kuò)孔器7工作時的運(yùn)行方向，擴(kuò)孔器7前端與鉆桿5采用錐形螺紋連接，鉆桿5的中心孔與擴(kuò)孔器7的空心內(nèi)腔連通，擴(kuò)孔器7的后端連接旋轉(zhuǎn)接頭16。所述的導(dǎo)管8采用鋼制的圓筒，內(nèi)徑與頂管的管節(jié)19外徑相同，一節(jié)長度1.0～2.0m，節(jié)間采用錐形螺紋連接，按照導(dǎo)管8工作時的運(yùn)行方向，導(dǎo)管8的最前端采用導(dǎo)管拉頭17與旋轉(zhuǎn)接頭16連接，導(dǎo)管拉頭17的前端設(shè)有泥漿口18，導(dǎo)管8的后端與管節(jié)19銜接處設(shè)置管堵20，設(shè)置管堵20的目的是避免導(dǎo)管8內(nèi)的殘余泥漿流入管節(jié)19內(nèi)。

所述的泥漿系統(tǒng)9由泥漿泵及管路、井底泥漿斗和地面泥漿池組成。

本實(shí)用新型的頂管機(jī)具用于雙向拉頂排水管道施工。鉆桿5的直徑較小，且剛性較大，從工作井21采用擠壓的方法頂進(jìn)土體，在定向鉆1的頂進(jìn)方向監(jiān)控系統(tǒng)和定向鉆控制臺2的方向控制系統(tǒng)的控制下，鉆桿5可以精準(zhǔn)地被頂至頂管井22。在頂管井22內(nèi)將鉆頭6換成擴(kuò)孔器7，在工作井21采用定向鉆1通過鉆桿5旋轉(zhuǎn)牽拉擴(kuò)孔器7，同時頂管井22的頂管機(jī)3頂推后面連接的導(dǎo)管8，導(dǎo)管8起到一個護(hù)筒的作用，防止孔道坍塌。由于擴(kuò)孔器7已將孔道擴(kuò)大到導(dǎo)管8的直徑，導(dǎo)管8在擴(kuò)孔器7的牽引下，沿鉆桿5的軸線受力，頂管機(jī)3在導(dǎo)管8的后面頂推，不會造成導(dǎo)管8前段受阻隆起。導(dǎo)管8頂入工作井21后，再從頂管井22逐節(jié)將管節(jié)19頂入導(dǎo)管8形成孔道內(nèi)。

現(xiàn)有技術(shù)的二次頂管只在一個工作井內(nèi)設(shè)置定向鉆和頂管機(jī)，工作井直徑3.5m，對向的接收井只用作回收鉆桿和出土管以及管道到達(dá)，接收井的直徑2.5m。但定向鉆只頂進(jìn)鉆桿，頂進(jìn)出土管和管道頂進(jìn)需要頂力更大的頂管機(jī)，因此在鉆桿頂至接收井后需要在工作井內(nèi)更換頂管機(jī)。與二次頂管不同的是，本實(shí)用新型的機(jī)具是雙向拉頂施工，工作井21和頂管井22都為直徑3.5m，定向鉆1和頂管井3分別安裝在工作井21和頂管井22內(nèi)，頂進(jìn)工作開始后，從鉆桿5頂進(jìn)、擴(kuò)孔器7回拖拉入導(dǎo)管8、管節(jié)19頂進(jìn)工序不間斷，施工進(jìn)度快，不會出現(xiàn)導(dǎo)管和管道隆起、中間頂不動的現(xiàn)象，管道受力相對較小，頂管間距可以加大，或者使用強(qiáng)度滿足自身環(huán)剛度要求的管材，減低管材的造價(jià)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型鉆桿頂進(jìn)工況圖；

圖2為本實(shí)用新型回拖擴(kuò)孔頂進(jìn)導(dǎo)管工況圖；

圖3為本實(shí)用新型頂進(jìn)管節(jié)工況圖；

圖4為鉆頭構(gòu)造示意圖；

圖5為光靶示意圖；

圖6為擴(kuò)孔器與導(dǎo)管連接示意圖；

圖7為導(dǎo)管與管節(jié)連接示意圖。

圖中：1-定向鉆，2-定向鉆控制臺，3-頂管機(jī)，4-頂管機(jī)控制臺，5-鉆桿，6-鉆頭，7-擴(kuò)孔器、8-導(dǎo)管，9-泥漿系統(tǒng)，10-導(dǎo)向面，11-校準(zhǔn)器，12-光靶，13-光電二級管，14-切土刀，15-出水孔，16-旋轉(zhuǎn)接頭，17-導(dǎo)管拉頭，18-泥漿口，19-管節(jié)，20-管堵，21-工作井，22-頂管井。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型是一種小管徑排水管道頂管機(jī)具，主要由定向鉆1、定向鉆控制臺2、頂管機(jī)3、頂管機(jī)控制臺4、鉆桿5、鉆頭6、擴(kuò)孔器7、導(dǎo)管8、泥漿系統(tǒng)9組成，所述的定向鉆1具有頂進(jìn)和牽拉雙向動力，定向鉆1裝有頂進(jìn)方向監(jiān)控系統(tǒng)。鉆頭6前端設(shè)有傾斜的導(dǎo)向面10，鉆頭6后端裝有校準(zhǔn)器11，校準(zhǔn)器11朝向定向鉆1的方向設(shè)置光靶12，定向鉆1和鉆頭6采用空心的鉆桿5連接，見圖4。定向鉆1的方向監(jiān)控系統(tǒng)通過鉆桿5的中心孔向光靶12發(fā)射一束聚集的光束，校準(zhǔn)器11根據(jù)光束照射在光靶12上的位置判斷鉆頭6的方向，采用無線信號發(fā)射通過鉆桿5中心孔傳輸至定向鉆1的接收機(jī)，經(jīng)過解調(diào)后的信號傳至定向鉆控制臺2的方向控制系統(tǒng)，控制定向鉆1改變鉆頭6的導(dǎo)向面10的位置，調(diào)整鉆頭6的前進(jìn)方向。所述的頂管機(jī)3由頂管機(jī)控制臺4控制，定向鉆控制臺2和頂管機(jī)控制臺4之間采用無線信號進(jìn)行通訊，定向鉆控制臺2在控制定向鉆1的同時，可通過頂管機(jī)控制臺4對頂管機(jī)3進(jìn)行控制，使定向鉆1和頂管機(jī)3的行程和速度同步，定向鉆控制臺2和頂管機(jī)控制臺4之間還能相互傳輸語音和視頻信號，定向鉆控制臺2和頂管機(jī)控制臺4的操作人員可以觀察工作井21和頂管井22內(nèi)的狀況，通過語音或者手勢進(jìn)行操作交流。

光靶12外圍上、下、左、右、左上、左下、右上、右下環(huán)狀均布八列光電二極管，見圖5。每一列的光電二極管為至少為二個，不限定二個，鉆頭6正常時是勻速旋轉(zhuǎn)頂進(jìn)，鉆頭6方向正確時光束照射在光靶的中心，光電二極管不受光束照射，鉆頭6方向發(fā)生偏移時，偏移反方向的光電二極管受到光束照射，見圖5，圖中中心的實(shí)線圓圈是準(zhǔn)確時的光束，虛線圓圈是鉆頭6向上方偏移的光束。通過光束照射在光靶12的光電二極管方向和數(shù)量判斷鉆頭6偏移的方向和幅度，校準(zhǔn)器11的方向識別單元對偏移信息處理調(diào)制，通過信號發(fā)射單元傳輸?shù)蕉ㄏ蜚@1的接收機(jī)，再通過定向鉆控制臺2控制鉆頭6旋轉(zhuǎn)使導(dǎo)向面10對準(zhǔn)偏移方向頂進(jìn)，借助傾斜的導(dǎo)向面10使鉆頭6糾偏，回到正確位置時再勻速旋轉(zhuǎn)頂進(jìn)，定向鉆控制臺2的操作面板的顯示屏可實(shí)時顯示鉆頭6的頂進(jìn)偏移方向和幅度，存儲器可儲存鉆頭6的頂進(jìn)軌跡，可以提取軌跡數(shù)據(jù)作為頂管施工竣工資料。

鉆桿5采用鋼制，為直徑80～100mm的空心圓桿，中心孔徑40～60mm，一節(jié)長度1.0～2.0m，節(jié)間采用錐形螺紋連接，錐形螺紋便于快速安裝和拆卸。擴(kuò)孔器7采用鋼板制作的空心橄欖形球體，上面裝有切土刀14，鉆有出水孔15，按照擴(kuò)孔器7工作時的運(yùn)行方向，擴(kuò)孔器7前端與鉆桿5采用錐形螺紋連接，鉆桿5的中心孔與擴(kuò)孔器7的空心內(nèi)腔連通，擴(kuò)孔器7的后端連接旋轉(zhuǎn)接頭16，見圖6。導(dǎo)管8采用鋼制的圓筒，內(nèi)徑與頂管的管節(jié)19外徑相同，一節(jié)長度1.0～2.0m，節(jié)間采用錐形螺紋連接，按照導(dǎo)管8工作時的運(yùn)行方向，導(dǎo)管8的最前端采用導(dǎo)管拉頭17與旋轉(zhuǎn)接頭16連接，導(dǎo)管拉頭17的前端設(shè)有泥漿口18，導(dǎo)管8的后端與管節(jié)19銜接處設(shè)置管堵20，設(shè)置管堵20的目的是避免導(dǎo)管8內(nèi)的殘余泥漿流入管節(jié)19內(nèi)，見圖7。擴(kuò)孔器7、導(dǎo)管8、旋轉(zhuǎn)接頭16、導(dǎo)管拉頭17、管堵20是可重復(fù)使用的機(jī)具。

所述的泥漿系統(tǒng)9由泥漿泵及管路、井底泥漿斗和地面泥漿池組成。

采用本實(shí)用新型的小管徑排水管道頂管機(jī)具頂管，是一種雙向拉頂施工方法，分為鉆桿頂進(jìn)、回拖擴(kuò)孔頂進(jìn)導(dǎo)管、頂進(jìn)管節(jié)三個步驟，施工步驟如下。

1）在設(shè)計(jì)的井位開挖工作井21和頂管井22，在工作井21內(nèi)安裝定向鉆1，連接定向鉆1與定向鉆控制臺2的電路和高壓油管；在頂管井22內(nèi)安裝頂管井3，連接頂管井3與頂管機(jī)控制臺4的電路和高壓油管；在頂管井22處安裝泥漿系統(tǒng)9。

2）施工準(zhǔn)備工作就緒后，定向鉆1安裝鉆桿5，鉆桿5的前端安裝鉆頭6，鉆頭6按照設(shè)計(jì)的管中心向頂管井22方向勻速旋轉(zhuǎn)頂進(jìn)，鉆頭6的方向由定向鉆控制臺2自動控制，一節(jié)鉆桿5頂入土中后，再裝一節(jié)，直至鉆頭6頂至頂管井22，見圖1。

3）在頂管井22內(nèi)將鉆頭6卸下，裝上擴(kuò)孔器7，擴(kuò)孔器7與導(dǎo)管拉頭17之間采用旋轉(zhuǎn)接頭16連接，擴(kuò)孔器7旋轉(zhuǎn)切土，導(dǎo)管拉頭17不旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)管拉頭17的另一端連接導(dǎo)管8，頂管機(jī)3通過頂鐵頂在導(dǎo)管8上。定向鉆控制臺2的操作人員通過視頻觀察頂管井22內(nèi)的操作，頂管井22內(nèi)的操作人員通過語音或視頻手勢示意可以開始，定向鉆控制臺2的操作人員啟動定向鉆1旋轉(zhuǎn)回拖擴(kuò)孔器7，定向鉆控制臺2向頂管機(jī)控制臺4發(fā)出指令，控制頂管機(jī)3同步對導(dǎo)管8頂推，高壓水通過定向鉆1、鉆桿5流入擴(kuò)孔器7的空心腔內(nèi)，擴(kuò)孔器7上的切土刀14切削土體，與擴(kuò)孔器7的出水口15流出的水混合成泥漿，通過導(dǎo)管拉頭17的泥漿口18流入管節(jié)19內(nèi)，流至頂管井22通過泥漿系統(tǒng)9排至地面的泥漿池中。導(dǎo)管8被逐節(jié)前拉牽拉后頂推頂進(jìn)土中，直至在工作井21內(nèi)卸下全部鉆桿5和擴(kuò)孔器7，導(dǎo)管8全部被拉頂至土中，見圖2。

4）工作井21內(nèi)定向鉆1與導(dǎo)管拉頭17連接，頂管井22內(nèi)導(dǎo)管8上安裝管堵20，管節(jié)19安裝在管堵20的后面，防止導(dǎo)管8內(nèi)的殘留泥漿流入管節(jié)19內(nèi)，頂管機(jī)3通過頂鐵頂在管節(jié)19上，在定向鉆控制臺2啟動定向鉆1牽拉導(dǎo)管8的同時，定向鉆控制臺2向頂管機(jī)控制臺4傳送信號啟動頂管機(jī)3同步對管節(jié)19頂推，在工作井21內(nèi)逐節(jié)卸下導(dǎo)管8，頂管井內(nèi)逐節(jié)安裝管節(jié)19，直至在工作井21內(nèi)全部卸下導(dǎo)管8，管節(jié)19全部頂入土中，完成管道頂進(jìn)，見圖3。