專利名稱：彈性頂管穿越地層方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及埋地管道的一種彈性頂管穿越地層施工工藝方法及其施工裝置，屬于管道施工技術(shù)領(lǐng)域。
目前，國內(nèi)外關(guān)于埋地管道的施工技術(shù)有多種方法。特別是用于穿越河床、建筑物等天然或已有障礙物時采用的埋地管道施工方法有定向鉆和頂管方法。如定向鉆方法雖技術(shù)先進，但其施工費用及設(shè)備占有費用昂貴。又如現(xiàn)有的頂管施工方法，由于水平頂進需在頂管的進出端造工作坑，為此投入大量輔助建筑，同時由于管道內(nèi)需設(shè)用于操作人員工作用的減壓倉而使頂進的管徑受到限制須在直徑1.6米以上。
本發(fā)明的目的在于提供一種無鉆、管內(nèi)無人操作、無大型地面工作坑、施工管徑范圍寬的彈性頂管穿越地層方法及裝置。從而克服現(xiàn)有埋地管道穿越障礙施工技術(shù)的缺陷和不足。


圖1、彈性頂管機具組成結(jié)構(gòu)示意2、頂管器工作頭及穿越管前端結(jié)構(gòu)示意3、頂管器切割板為圖1B-B剖面示意4、高壓射水噴頭為圖1C-C剖面示意5、潤滑泥漿噴嘴為圖1D-D剖面示意6、工作頭液壓傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)7、液壓油缸行程自動顯示器結(jié)構(gòu)示意8、液壓油缸行程自動顯示器極板放大示意9、電子測角器結(jié)構(gòu)示意10、排泥漿管滾動支架結(jié)構(gòu)示意11、擋板架結(jié)構(gòu)12、擋板密封結(jié)構(gòu)13、液壓頂管裝置結(jié)構(gòu)14、操作控制器示意15、管卡結(jié)構(gòu)示意圖以下結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的工藝方法及其裝置。本發(fā)明工藝方法的特點在于利用三角函數(shù)中基本三角公式和頂管施工所需確定的頂管距離、埋管深度等參數(shù)以及長距離管道自身彈性變形的特性設(shè)計計算頂管施工的下傾頂入管道部分，水平頂管部分，上仰頂管部分。在下傾頂管部分超過設(shè)計埋深后逐漸向上調(diào)整端部工作頭的角度，每次調(diào)整角度一般在2-3°，下傾頂管角度為2-20°。然后使穿越管水平頂進。水平頂進距離完成時，再向上逐漸調(diào)整工作頭的角度使頂管上仰頂進，利用管道長度彈性形成曲線穿越軌跡，從而完成整個頂管施工過程。調(diào)整穿越管頂進角度時是使頂管前端的工作頭在液壓油缸的作用下改變其在地層中的角度，同時使用電子測角器和液壓油缸行程自動顯示器監(jiān)測工作頭的實際角度和調(diào)整的角度，以確保頂管運行軌跡。本方法穿越管頂進時利用工作頭前端的切割板將嵌入的土壤切割成塊，同時配合工作頭部的高壓射水噴頭將土塊打成泥漿從排泥漿管由泵輸送出來。在頂入地層的穿越管周圍噴硼潤土潤滑泥漿使頂管具有良好的滑動性。本發(fā)明的工藝方法適用于各種土質(zhì)、砂質(zhì)以及礫石直徑不超過30毫米的地層。穿越管直徑可達219～2000毫米，穿越長度30～900米，可隨意調(diào)整管道埋深，埋深深度達10米以下。
如圖1，彈性頂管機具結(jié)構(gòu)示意圖。工作頭1與穿越管2連接并支架于擋板3上由護板墊及橡膠圈密封。在擋板3后面設(shè)有液壓頂進裝置，其上連接有頂進液壓油缸及送管滾輪11，在液壓頂進裝置后面順序設(shè)有頂進預(yù)備管7、可移動的水槽及泵8和潤滑泥漿槽及泵9、導(dǎo)向滑輪13和卷揚機10，在擋板3和液壓頂進裝置6之間的工作坑地面上設(shè)有軌道15可使跨于穿越管2的鞍形助推頂管墊5在其上滑動，工作坑內(nèi)設(shè)有沉降井12。如圖2，頂管器工作頭及穿越管前端結(jié)構(gòu)示意圖。圖3頂管器切割板為圖1B-B剖面圖。圖4高壓射水噴頭為圖1C-C剖面圖。圖5潤滑泥漿噴嘴為圖1D-D剖面圖。工作頭殼體21前端內(nèi)設(shè)在切割板20，其腔內(nèi)中后部設(shè)有密封倉22，密封倉22位于軸線下側(cè)分別連接排泥漿管法蘭按頭24和高壓供水管法蘭接頭44，密封倉22的弧面邊緣與殼體21內(nèi)壁連接并封閉。在密封倉22-側(cè)設(shè)有與高壓供水管29連接的環(huán)形管23，其上設(shè)有高壓射水噴頭31，噴頭在4個以上，每個噴頭以不同角度指向切割板。殼體21后端部與穿越管2前端為插入式連接，并在其連接處腔內(nèi)兩側(cè)分別設(shè)置與承38、43，于支承38，43之間的管內(nèi)圓周垂直十字等分設(shè)置4只液壓油缸36，液壓油缸36旁側(cè)設(shè)4只液壓油缸行程自動顯示器(如圖7)。在工作頭殼體21與穿越管2連接處外圓上設(shè)有防護密封裝置，其中防護板33與殼體21連接同時與防護罩34和套在穿越管2上的橡膠圈35連接，并在防護罩34內(nèi)填充密封脂32。在穿越管2內(nèi)設(shè)有排泥漿管27，其前端由法蘭45與法蘭24連接高壓氯丁橡管25使排泥漿管27與密封倉連通。同樣高壓供水管29由法蘭26法蘭44連接高壓氯丁橡膠管46使高壓供水管29與高壓射水噴頭31連通。在穿越管2內(nèi)還設(shè)有潤滑泥漿管30并連接潤滑泥漿噴嘴39，噴嘴39傾斜向側(cè)后穿過穿越管2的管壁，其噴嘴在2個以上。在穿越管2前端內(nèi)壁垂直頂部設(shè)有電子測角器40，并在此處空間設(shè)有液壓油泵固定支架42，在其上設(shè)置4套獨立的液壓油泵41，每套液壓油泵分別與前述4只液壓油缸36一一對應(yīng)連接，其起動動力分別由導(dǎo)線與地上控制器連接。如圖6，工作頭液壓傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，前述穿越管前部內(nèi)設(shè)置的液壓油泵41為虛線框內(nèi)的結(jié)構(gòu)，液壓油缸36正壓端與由換向閥53、溢流閥50、壓力表54、油泵55、電動機56、油箱58、濾油器57連接成的供油壓油路連接，其背壓端與由節(jié)流閥51、單向閥52和換向閥53、油箱58連接成回壓油路。如圖7，液壓油缸行程自動顯示器結(jié)構(gòu)示意圖;如圖8，液壓油缸行程自動顯示器極板放大示意圖。液壓油缸行程自動顯示器設(shè)置在液壓油缸旁側(cè)，實測其行程。其支架60、65分別連接支桿61、64，支架60、65的一端分別與工作頭殼體21和穿越管2內(nèi)壁連接。在支桿64上，設(shè)有(正極)滑動切換點63;支桿61上設(shè)有(負極)電阻絲繞組，支架65上設(shè)有常閉觸點。調(diào)整工作頭角度時對液壓油缸行程自動顯示和自動控制，其兩極分別由導(dǎo)線引出連通控制器。如圖9，電子測角器結(jié)構(gòu)示意圖，絕緣密封罩77固定在穿越管2前端內(nèi)頂上，其內(nèi)設(shè)有由帶有絕緣墊的指針軸70懸掛指針71，指針71下部裝有配重塊72及與其相連接的雙面夾片或滑動觸點73，穿過雙面夾片式滑動觸點73設(shè)置有圓弧形絕緣體75及角度分度板76。圓弧形絕緣體75上帶有螺旋凹槽并于槽內(nèi)纏繞電阻絲74。雙面夾式滑動觸點73為正極，電阻絲74為負極，兩極由導(dǎo)線引出與控制器連通。如圖10，排泥漿管滾動支架結(jié)構(gòu)示意圖。滾動支架由半環(huán)78和螺栓79連接而成，其中位于下部的半環(huán)配置有2只滾輪80，用以支承排泥漿管。如圖11，其由支架82連接擋板81和底板93構(gòu)成，并于擋板81的穿管孔83處鑲嵌護板墊4和潤滑泥漿密封橡膠圈85。擋板81直接抵住欲穿越土壤，并支承穿越管2，同時使用潤滑泥漿密封橡膠圈85密封穿越管2與穿越土壤之間的硼潤土潤滑泥漿。如圖13，液壓頂管裝置結(jié)構(gòu)圖。其支架87一側(cè)連接擋板86，擋板86上設(shè)有穿越管孔88，支架87的另一側(cè)連接支承板90，支承板90上設(shè)有與穿越管孔88相對應(yīng)的孔91，在支架87此側(cè)的架上設(shè)置4只液壓油缸89，支架87底部連接有底板92。液壓頂管裝置固定在工作坑內(nèi)，其液壓油缸89對著穿越管軸線用以頂進施工。在擋板架與液壓頂管裝置之間的工作坑地面上設(shè)有軌道15，軌道15上可加設(shè)頂管墊5輔助頂管液壓油缸89，用以補充頂管液壓油缸89每一頂進行程后與被頂管之間拉開的距離。如圖14，操作控制器示意圖。其儀表盤94上設(shè)有電子測角器監(jiān)控表95，工作頭調(diào)整角度液壓油缸行程自動顯示器儀表96以及調(diào)整角度液壓油缸啟動開關(guān)97。上述電路均由導(dǎo)線或通訊電纜從工作頭處沿穿越管2內(nèi)引出與操作控制器上的儀表、開關(guān)一一對應(yīng)連通。如圖15，管卡結(jié)構(gòu)示意圖。管卡主要由半環(huán)100和1/4環(huán)101、102開口卡104構(gòu)成，半環(huán)100由螺栓105和連接在其上的連接塊103分別通過1/4環(huán)101、102上的連接塊103與1/4環(huán)101、102連接，1/4環(huán)101、102之間由開口卡104連接，從而使管卡連接成活動的開口卡，并在管卡整個內(nèi)壁上設(shè)有齒106。管卡可卡箍在穿越管2上，可用于調(diào)整其與頂進液壓油缸行程之所需。管卡使頂管時穿越管2可單根頂進操作，也可將穿越管2連接成長節(jié)進行頂進。
實施例在實施本發(fā)明頂管工藝方法和使用本發(fā)明的頂管機具時，首先確定工作坑設(shè)置地點，然后開挖一T形坑，并使工作坑底面產(chǎn)生向頂進方向傾斜2～20°的傾斜角。然后設(shè)置擋板架，液壓頂管裝置，軌道等器具。將連接起來的工作頭、穿越管(一部分)以及工作頭內(nèi)部的設(shè)施一起穿過液壓頂管裝置和擋板架，分別連接好穿越管和工作頭內(nèi)的前述纜線和排泥漿管、潤滑泥漿管線、高壓供水管至操作控制器和潤滑泥漿槽、供水槽及泵，此時工作頭和穿越管(前部分)是頭部傾斜向下的。開動液壓頂管裝置上的液壓油缸即開始下傾頂管過程。頂過程中依次連接穿越管和其內(nèi)部的管線和通電導(dǎo)線、電纜等以續(xù)接頂下去的部分。同時通過操作控制器監(jiān)控工作頭及穿越管頂進的方位、深度和調(diào)整工作頭的角度，最終完成彈性頂管穿越地層的施工。本發(fā)明的工藝方法及其裝置占有設(shè)備量少、投資低，無人下潛操作安全可靠，地面輔助工程簡單便于定點施工。
權(quán)利要求
1.一種彈性頂管穿越地層方法，其特征在于利用三角函數(shù)基本三角公式和頂管所需確定的頂管距離、埋管深度等參數(shù)，以及長距離管道自身彈性變形的特性設(shè)計計算頂管施工的下傾頂管施工部分、水平頂管施工部分、上仰頂管施工部分；由工作頭調(diào)整頂管角度；由液壓油缸行程自動顯示器監(jiān)測工作頭調(diào)整角度幅度；由電子測角器監(jiān)測穿越管前端實際水平角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性頂管穿越地層方法，特征在于在頂管裝置的工作頭和穿越管前端設(shè)置的切割板，分割頂入管孔中的土壤并由高壓射水噴頭將其打成泥漿經(jīng)密封倉和排泥漿管道由泵排出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的彈性頂管穿越地層方法，其特征在于穿越管直徑為219～2000毫米，穿越長度30～900米，工作頭角度調(diào)整每次可調(diào)2～3°，下傾頂管角度2～20°。
4.一種彈性頂管穿越地層裝置，包括穿越管、液壓油缸、潤滑管線、高壓供水管線等構(gòu)成，其特征在于頂管工作頭1與穿越管2連接并支架于擋板3上由護板墊4、橡圈85密封，在擋板3后面設(shè)有液壓頂進裝置，其上連接有液壓油缸89及送管滾輪11;在液壓頂進裝置后面順序設(shè)有頂進預(yù)備管7，可移動水槽及泵8和潤滑泥漿槽及泵9，導(dǎo)向滑輪13和卷揚機10，在擋板3與液壓頂進裝置之間設(shè)有軌道15，助推頂管墊5可在其上滑動，工作頭1的殼體21后部與穿越管2前端為插入式連接;在連接處外圓上設(shè)有防護密封裝置，其中防護板33與殼體21連接，同時與防護罩34和套箍在穿越管2上的橡膠圈35連接，并在防護罩34內(nèi)填充密封脂32;在殼體21和穿越管2連接處內(nèi)部兩側(cè)分別設(shè)置4組支承38、43，于支承38、43之間的管內(nèi)圓周垂直十字等分設(shè)置4只液壓油缸36，在液壓油缸36旁側(cè)設(shè)有4只液壓油缸行程自動顯示器;工作頭殼體21前端內(nèi)設(shè)有切割板20，其腔內(nèi)中后部設(shè)有密封倉22，在密封倉22位于軸線下側(cè)分別連接有排泥漿法蘭接頭24和高壓供水管法蘭接頭44。密封倉22弧面邊緣與殼體21內(nèi)壁連接并封閉，在密封倉22一側(cè)有與高壓供水管29連接環(huán)形管23，環(huán)形管23上設(shè)有高壓射水噴頭31，其噴頭在4個以上;在穿越管2內(nèi)設(shè)有排泥漿管27，其前端由法蘭45與法蘭24連接高壓氯丁橡膠管25使排泥漿管27與密封侖22連通;高壓供水管29由法蘭26與法蘭44連接高壓氯丁橡膠管46使高壓供水管29與高壓射水噴頭31連通;排泥漿管27由若干排泥漿管滾動支架支承;穿越管2內(nèi)還設(shè)有潤滑泥漿管30并連接潤滑泥漿噴嘴39，其傾斜向側(cè)后穿過穿越管2的管壁，其噴嘴在2個以上;于地面上的液壓頂管裝置前面的穿越管2上套接管卡并跨穿越管2放置助推頂管墊5;穿越管2前端內(nèi)壁垂直頂部設(shè)有電子測角器40，并在此處空間設(shè)置液壓油泵支架42，在其上設(shè)置4套獨立的液壓油泵41，每套液壓油泵分別與4只液壓油缸36-對應(yīng)連接，電子測角器40和液壓油泵41分別由導(dǎo)線或通訊電纜引出與操作控制器連接;液壓油缸行程自動顯示裝置由電纜線與操作控制器連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的彈性頂管穿越地層裝置，其特征在于液壓油缸行程自動顯示器，其支架60、65分別連接支桿61、64，支架60、65的一端分別與工作頭殼體21和穿越管2內(nèi)壁連接，支桿64上設(shè)有(正極)滑動切換點63，支桿61上設(shè)有(負極)電阻絲繞組，支架65上設(shè)有切斷常閉觸點(行程開關(guān))66。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的彈性頂管穿越地層裝置，其特征在于電子測角器的絕緣密封罩77固定在穿越管2前端的內(nèi)頂上，其內(nèi)設(shè)有帶有絕緣墊的指針軸70懸掛指針71，指針71下部裝有配重塊72及與其相連接的雙面夾片式滑動觸點73，穿過雙面夾片式滑動觸點73設(shè)置有圓弧形絕緣體75及角度分度板76，圓弧形絕緣體75上帶有螺旋凹槽并于槽內(nèi)纏繞電阻絲74，雙面夾片式滑動觸點73為正極，電阻絲74為負極。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的彈性頂管穿越地層裝置，其特征在于滾支架為2個半環(huán)78由螺栓79連接面成，其下部的半環(huán)配置2只滾輪。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的彈性頂管穿越地層裝置，其特征在于管卡由半環(huán)100和1/4環(huán)101、102、開口卡104構(gòu)成，半環(huán)100由螺栓105和連在其上的連接塊103分別通過1/4環(huán)101、102上的連接塊103與1/4環(huán)101、102連接，1/4環(huán)101、102之間由開口卡104連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的彈性頂管穿越地層裝置，其特征在于操作控制器的儀表盤94上設(shè)有電子測角器監(jiān)控表95、工作頭調(diào)整角度液壓油缸行程自動顯示器儀表96及其啟動開關(guān)97。
全文摘要
本發(fā)明涉及埋地管道的一種工藝方法及裝置，屬于管道施工技術(shù)領(lǐng)域?？筛鶕?jù)所需頂管的距離、埋管深度等參數(shù)及長距離管道自身彈性變形的特性設(shè)計施工管道的下傾頂入管道部分、水平頂管部分，上仰頂管部分。利用可調(diào)整角度的工作頭調(diào)整管道在地下運行的軌跡。本發(fā)明適用于各種地質(zhì)、砂質(zhì)以及礫石直徑不超過30毫米的地層。頂管直徑可達219～20007毫米，穿越長度30～900米，可隨意調(diào)整管道埋深，埋深深度達107米以下。
文檔編號F16L1/028GK1065713SQ91102230
公開日1992年10月28日 申請日期1991年4月12日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月12日
發(fā)明者馮樹剛 申請人:馮樹剛