一种非开挖管道更新施工体系及施工方法

摘要

本发明属于地下管道施工技术领域,具体涉及一种非开挖管道更新施工体系及施工方法,适用于地下管道非开挖施工过程中管节的原位更换，实现旧管道的全面更新升级；该施工体系包括在待更新的地下既有管道段的两端分别设置始发井和接收井；在始发井与接收井之间设置有掘进装置，掘进装置对既有管道周围土体进行掘进切削；在掘进装置的前端切削面上还设置有密封保通装置，密封保通装置的结构尺寸与既有管道的截面尺寸相匹配；在掘进装置上还设置有拉拔装置；该发明提供的非开挖管道更新施工体系及施工方法，实现了旧管道的全面更新升级；满足了不同直径的地下管道之间的相互更换，实现了既有管道的容量升级施工过程。

权利要求

1.一种非开挖管道更新施工体系，包括地下既有管道，其特征在于：在待更新的地下既有管道段的两端分别设置始发井和接收井；在始发井内设置有掘进装置，掘进装置对既有管道周围土体进行掘进切削；在掘进装置的前端切削面上还设置有密封保通装置，密封保通装置的结构尺寸与既有管道的截面尺寸相匹配；在掘进装置上还设置有拉拔装置，拉拔装置对既有管道进行分离拉拔，且对既有地下管道的掘进拆除和管道更新进行同步化施工，拉拔装置设置在掘进装置的壳体边缘位置处。

2.根据权利要求1所述的一种非开挖管道更新施工体系，其特征在于：所述的掘进装置包括掘进刀盘、盾体和主驱动，掘进刀盘通过主驱动提供掘进动力，盾体为掘进刀盘和主驱动的承载载体；在掘进装置前端掘进刀盘位置处开设有与既有管道相匹配的导向通道。

3.根据权利要求2所述的一种非开挖管道更新施工体系，其特征在于：所述的密封保通装置设置在导向通道前端位置处，该密封保通装置包括密封柱塞，密封柱塞的结构尺寸与既有管道的截面尺寸相匹配，在密封柱塞内设置有过水管路，过水管路通过导流管路连通至非施工区间。

4.根据权利要求3所述的一种非开挖管道更新施工体系，其特征在于：密封柱塞采用柔性或半刚性柱塞结构，在密封柱塞上设置有多道密封材料层。

5.根据权利要求1所述的一种非开挖管道更新施工体系，其特征在于：所述的拉拔装置采用气动拉杆或液压拉杆。

6.根据权利要求1所述的一种非开挖管道更新施工体系，其特征在于：所述的拉拔装置采用牵引套索，牵引套索对既有管道进行分离拉拔。

7.根据权利要求1所述的一种非开挖管道更新施工体系，其特征在于：在掘进装置上还并列设置有转运小车。

8.根据权利要求1所述的一种非开挖管道更新施工体系，其特征在于：在始发井位置处还设置有主顶千斤顶。

9.根据权利要求1所述的一种非开挖管道更新施工体系，其特征在于：在始发井上端分别设置有既有管道存放区和更换管道存放区，既有管道通过管道吊具吊出始发井，更换管道通过管道吊具吊入始发井。

10.一种利用权利要求1至9中任一项所述的一种非开挖管道更新施工体系的施工方法，其特征在于：

（1）、竖井开挖：完成始发井和接收井施工；

（2）、设备安装：包括选择与既有管道相匹配对应的掘进刀盘，掘进刀盘中心设有导向通道，掘进刀盘用于对既有管道的周围土体进行掘进切削，在始发井内对掘进装置的掘进刀盘安装连接；在掘进刀盘上同步安装密封保通装置；在掘进装置的壳体边缘上设置拉拔装置；在始发井内设置顶推装置；

（3）、始发作业：同时启动掘进装置和顶推装置进行始发掘进；

（4）、掘进作业：掘进装置掘进切削既有管道的周围土体，在完成节点段的切削作业后，通过拉拔装置拉出既有管道，既有管道通过转运小车运至始发井，通过管道吊具吊出；同时再通过管道吊具吊入更换管道，在工作井内安装更换管道并持续顶进，依次循环，完成既有管道的更换作业；

（5）、接收作业：在完成区间施工后，在接收井内对设备进行吊装回收；

（6）、场地恢复：对始发井和接收井进行顶盖施工，恢复场地原貌。

说明书

一种非开挖管道更新施工体系及施工方法

技术领域

[0001] 本发明属于地下管道施工技术领域；具体说是涉及一种非开挖管道更新施工体系及施工方法。

背景技术

[0002] 近年来国内因管线腐蚀老化引起的城市大雨内涝、管线爆裂、路面坍塌等事故频发；市政管道的设计年限一般为50年，80年代兴修的管线年龄在40年左右，已经濒临甚至超
过设计使用年限，加上因为运维管理不当、频繁施工的影响，管道实际腐蚀损坏情况更为严
重，加上城市人口密度的增加，旧管道的容量也难以满足功能需求，城市普遍存在着大量老
旧管线面临全面更新问题；目前管道的修复更新技术主要分两大类，一类是明挖法，一类是
非开挖技术；明挖法已较难满足城市核心区的诸多边界条件要求；而现有的非开挖技术主
要有原位固化法、穿插管法、缠绕法等，这些方法在管道修复方面有一定优势，但是无法适
用于地下管道的完全更新和容积扩增等方面。

发明内容

[0003] 本发明的发明目的：

[0004] 主要是为了解决现有技术的缺陷，提供一种非开挖管道更新施工体系及施工方法；不但适用于地下管道非开挖施工过程中管节的原位更换，实现旧管道的全面更新升级；
而且还满足不同直径的地下管道之间的相互更换，实现既有管道的容量升级；同时保证既
有管道在更换升级过程中的正常使用。

[0005] 本发明的技术方案为：

[0006] 提供了一种非开挖管道更新施工体系，包括地下既有管道，在待更新的地下既有管道段的两端分别设置始发井和接收井；在始发井内设置有掘进装置，掘进装置对既有管
道周围土体进行掘进切削；在掘进装置的前端切削面上还设置有密封保通装置，密封保通
装置的结构尺寸与既有管道的截面尺寸相匹配；在掘进装置上还设置有拉拔装置，拉拔装
置设置在掘进装置的壳体边缘位置处。

[0007] 所述的掘进装置包括掘进刀盘、盾体和主驱动，掘进刀盘通过主驱动提供掘进动力，盾体为掘进刀盘和主驱动的承载载体；在掘进装置前端掘进刀盘位置处开设有与既有
管道相匹配的导向通道。

[0008] 所述的密封保通装置设置在导向通道前端位置处，该密封保通装置包括密封柱塞，密封柱塞的结构尺寸与既有管道的截面尺寸相匹配，在密封柱塞内设置有过水管路，过
水管路通过导流管路连通至非施工区间。

[0009] 密封柱塞采用柔性或半刚性柱塞结构，在密封柱塞上设置有多道密封材料层。

[0010] 所述的拉拔装置采用气动拉杆或液压拉杆。

[0011] 所述的拉拔装置采用牵引套索，牵引套索对既有管道进行分离拉拔。

[0012] 在掘进装置上还并列设置有转运小车。

[0013] 在始发井位置处还设置有主顶千斤顶。

[0014] 在始发井上端分别设置有既有管道存放区和更换管道存放区，既有管道通过管道吊具吊出始发井，更换管道通过管道吊具吊入始发井。

[0015] 一种利用上述所述的一种非开挖管道更新施工体系的施工方法，其包括：

[0016] （1）、竖井开挖：完成始发井和接收井施工；

[0017] （2）、设备安装：包括选择与既有管道相匹配对应的掘进刀盘，掘进刀盘中心设有导向通道，掘进刀盘用于对既有管道的周围土体进行掘进切削，在始发井内对掘进装置的
掘进刀盘安装连接；在掘进刀盘上同步安装密封保通装置；在掘进装置的壳体边缘上设置
拉拔装置；在始发井内设置顶推装置；

[0018] （3）、始发作业：同时启动掘进装置和顶推装置进行始发掘进；

[0019] （4）、掘进作业：掘进装置掘进切削既有管道的周围土体，在完成节点段的切削作业后，通过拉拔装置拉出既有管道，既有管道通过转运小车运至始发井，通过管道吊具吊
出；同时再通过管道吊具吊入更换管道，在工作井内安装更换管道并持续顶进，依次循环，
完成既有管道的更换作业；

[0020] （5）、接收作业：在完成区间施工后，在接收井内对设备进行吊装回收；

[0021] （6）、场地恢复：对始发井和接收井进行顶盖施工，恢复场地原貌。

[0022] 本发明的有益效果是：

[0023] 1.本发明提供的非开挖管道更新施工体系及施工方法，尤其适用于市政工程中地下主管道的便携化拆除更换和管道的扩容更新施工过程；其采用非开挖施工设备和施工工
艺，解决了既有深埋管道施工中对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题；同时稳定
了施工过程中的土层结构，保护了施工周围的环境；对交通繁忙、人口密集、地面建筑物众
多、地下管线复杂的城市地下既有管道的更新扩容提供了可靠的体系支撑基础。

[0024] 2.本发明提供的非开挖管道更新施工体系及施工方法，通过在既有地下掘进装置的设备基础上进行结构升级，设备安装方便快捷，实现了管道掘进更换过程中的机械化和
自动化施工要求，极大的提高了施工过程中的施工效率，降低了施工企业的工程造价，提高
了施工企业的经济效益。

[0025] 3.本发明提供的非开挖管道更新施工体系及施工方法，不但可对既有地下管道的掘进拆除和管道更新进行同步化施工，极大的提高了施工过程中的管道更换效率，缩短了
地下管道施工过程中的施工周期；而且可同步适用于不同管径大小的地下管道的扩容施工
工艺过程，弥补了国内对非开挖地下管道扩容施工的技术空白。

[0026] 4．本发明提供的非开挖管道更新施工体系及施工方法，通过在掘进装置上设置的密封保通装置保证了既有管道在更换和扩容施工中的正常使用，避免了对既有地下管道施
工中的断流现象，保证了城市和居民在管道施工过程中的正常供排水的使用需求。

附图说明

[0027] 图1为本发明的施工体系场地布局的结构示意图；

[0028] 图2为本发明的施工体系设备布置的结构示意图；

[0029] 图3为本发明的施工掘进作业的结构示意图一；

[0030] 图4为本发明的施工掘进作业的结构示意图二；

[0031] 图5为本发明的施工掘进作业的结构示意图三；

[0032] 图6为本发明的施工掘进作业的结构示意图四；

[0033] 图7为本发明的施工掘进作业的结构示意图五；

[0034] 图8为本发明的施工掘进作业的结构示意图六；

[0035] 图9为本发明的主顶千斤顶部位的主视结构示意图；

[0036] 图10为本发明的主顶千斤顶部位的侧视结构示意图。

[0037] 图中：1为地下既有管道；2为始发井；3为接收井；4为掘进装置；5为密封保通装置；6为拉拔装置；7为导向通道；8为密封柱塞；9为过水管路；10为导流管路；11为密封材料层；
12为转运小车；13为主顶千斤顶；14为既有管道存放区；15为更换管道存放区；16为管道吊
具；17为更换管道；18为增程顶推装置；19为顶推架；20为连接卡块；21为联动连杠；22为联
动挡块。

具体实施方式

[0038] 以下结合附图对本发明的具体实施方式做出详细的描述。

[0039] 如图1～10所示，提供了一种非开挖管道更新施工体系，该施工体系采用非开挖施工工艺过程对地下既有管道进行节点管道段的管道更换施工和管节段的扩容施工；该施工
体系包括地下既有管道1，在地下既有管道待更新管道段的两端分别设置始发井2和接收井
3，其中始发井用于掘进设备的组装装配和掘进开挖起始点，接收井用于掘进开挖后设备的
吊装回收；在始发井内设置有掘进装置4，该地下掘进装置包括刀盘、盾体和主驱动；掘进装
置对既有管道周围土体进行掘进切削，该掘进装置在结构设计中，采用结构优化的掘进刀
盘，在原有掘进刀盘上开设出与既有管道结构尺寸相匹配的过渡空间，然后根据掘进设备
的刀盘组装方式将掘进刀盘与主驱动和盾体结构相连接；从而实现掘进装置对既有管道周
围土体进行掘进切削，而不破坏地下既有管道的本身结构；为了实现对既有管道更换扩容
过程中管道的正常使用，在掘进装置的前端切削面上还设置有密封保通装置5，密封保通装
置的结构尺寸与既有管道的截面尺寸相匹配，通过密封保通装置对地下既有管道的掘进端
进行结构密封，从而避免掘进端地下用水管道的节点封闭，实现在掘进过程中不断流进而
更换既有管道节点的施工过程；在掘进装置上还设置有拉拔装置6，拉拔装置设置在掘进装
置的壳体边缘位置处，用于将拆卸后的既有管道管节段拉出节点位置。

[0040] 优选地，所述的掘进装置包括掘进刀盘、盾体和主驱动，掘进刀盘通过主驱动提供掘进动力，盾体为掘进刀盘和主驱动的承载载体；其中掘进刀盘可采用环形刀盘结构或异
型刀盘结构；在掘进装置前端掘进刀盘位置处开设有与既有管道相匹配的导向通道7，该掘
进装置可优先选择盾构设备或顶管设备，但是并不局限于盾构设备或顶管设备。

[0041] 优选地，所述的密封保通装置设置在导向通道前端位置处，密封保通装置通过刚性固定结构与掘进装置相连接固定，该密封保通装置包括密封柱塞8，密封柱塞的结构尺寸
与既有管道的截面尺寸相匹配，在掘进装置顶进过程中通过密封柱塞对既有管道进行结构
密封；当设备掘进过程中需要有水流排出时，在密封柱塞内设置有过水管路9，过水管路通
过导流管路10连通至非施工区间。

[0042] 优选地，为了保证密封柱塞的密封导通性能，密封柱塞采用柔性或半刚性柱塞结构；为了提高密封柱塞的结构密封性能，在密封柱塞上设置有多道密封材料层11，密封材料
层可采用聚四氟乙烯、聚氨酯、氟橡胶等密封材料，分别在密封柱塞上形成多道的密封结构
层。

[0043] 优选地，所述的拉拔装置采用气动拉杆或液压拉杆，拉杆装置通过拉杆固定座与盾体壳体边缘连接固定。

[0044] 优选地，所述的拉拔装置采用牵引套索，为了提高牵引套索对既有管道的拉拔效率，牵引套索通过滑轮组对既有管道进行分离拉拔。

[0045] 优选地，在掘进装置上还并列设置有转运小车12，在对地下既有管道进行拆除后，可通过转运小车将其运输到始发井位置处，将既有管道吊出地下施工空间。

[0046] 优选地，参见附图9和附图10，在始发井位置处还设置有主顶千斤顶13，当采用顶管机对地下既有管道进行掘进施工的过程中，可将更换管道与顶管机同步顶进掘进施工，
其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土
层一直推进到接收坑内吊起；更换管道紧随工具管或掘进机后，埋设在始发井和接收井之
间；同时在发明的顶推装置结构设计中，为了提高掘进装置在掘进施工过程中的综合利用
率，特别是对于始发井内布置顶推装置空间有限的技术问题；在主顶千斤顶及顶推油缸上
还设置有增程顶推装置18，该增程顶推装置包括在顶推油缸上设置的顶推架19；在顶推油
缸的缸筒外壁上固定间距设置有连接卡块20，在顶推架上还设置有联动连杠21，联动连杠
的下端设置有与连接卡块相匹配的联动挡块22，联动连杠通过气动或液压装置带动，在增
程过程中将联动挡块设置于相邻连接卡块之间，同步增加顶推架的顶推行程，实现顶推油
缸的分步增程顶推运动过程，提高顶推油缸在掘进顶推过程中的综合空间利用率。

[0047] 优选地，在始发井上端分别设置有既有管道存放区14和更换管道存放区15，既有管道通过管道吊具16吊出始发井，更换管道17通过管道吊具吊入始发井。

[0048] 一种利用上述所述的一种非开挖管道更新施工体系的施工方法，其包括：

[0049] （1）、竖井开挖：完成始发井和接收井施工；

[0050] （2）、设备安装：包括选择与既有管道相匹配对应的掘进刀盘，掘进刀盘中心设有导向通道，掘进刀盘用于对既有管道的周围土体进行掘进切削，在始发井内对掘进装置的
掘进刀盘安装连接；在掘进刀盘上同步安装密封保通装置；在掘进装置的壳体边缘上设置
拉拔装置；在始发井内设置顶推装置；

[0051] （3）、始发作业：同时启动掘进装置和顶推装置进行始发掘进；

[0052] （4）、掘进作业：掘进装置掘进切削既有管道的周围土体，在完成节点段的切削作业后，通过拉拔装置拉出既有管道，既有管道通过转运小车运至始发井，通过管道吊具吊
出；同时再通过管道吊具吊入更换管道，在工作井内安装更换管道并持续顶进，依次循环，
完成既有管道的更换作业；

[0053] （5）、接收作业：在完成区间施工后，在接收井内对设备进行吊装回收；

[0054] （6）、场地恢复：对始发井和接收井进行顶盖施工，恢复场地原貌。

[0055] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便
于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以
特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0056] 以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属
于本发明保护的范围。