用于管道顶进施工的装置

摘要

本发明涉及管道施工的技术领域，尤其是涉及一种用于管道顶进施工的装置，其包括设置在管节内的支撑杆，所述支撑杆沿平直段管节的轴线方向设置，支撑杆上设有若干组液压缸，支撑杆上接有牵引绳，各组所述液压缸沿支撑杆的长度方向排列，每组液压缸至少三个，同组的各个液压缸沿支撑杆的周向排列，液压缸的轴线指向支撑杆的轴心，所述牵引绳背向支撑杆的一端连接于始发井内。本发明具有分担曲线段管节所受的侧向分力，使管节尽可能平稳地向前延伸，管节不易出现大幅度形变的效果。

权利要求

1.一种用于管道顶进施工的装置，其特征在于：包括设置在管节(10)内的支撑杆(1)，所述支撑杆(1)沿平直段管节(10)的轴线方向设置，所述支撑杆(1)上设有若干组液压缸(2)，所述液压缸(2)的缸体与支撑杆(1)相连，各组所述液压缸(2)沿支撑杆(1)的长度方向排列，每组所述液压缸(2)至少三个，同组的各个所述液压缸(2)沿支撑杆(1)的周向排列，所述液压缸(2)的轴线指向支撑杆(1)的轴心，所述液压缸(2)的缸体上设有卡块(27)，沿支撑杆(1)的长度方向上，相邻两个所述卡块(27)上分别开设有卡槽一(28)和卡槽二(29)，所述卡槽一(28)和卡槽二(29)的槽口宽度小于槽底宽度，所述卡槽一(28)与卡槽二(29)的开口相对，所述卡槽一(28)与卡槽二(29)之间搭接有连杆(210)，所述支撑杆(1)上接有牵引绳(3)，所述牵引绳(3)背向支撑杆(1)的一端连接于始发井(8)内。

2.根据权利要求1所述的一种用于管道顶进施工的装置，其特征在于：所述液压缸(2)的活塞杆上设有万向轮(21)。

3.根据权利要求2所述的一种用于管道顶进施工的装置，其特征在于：所述液压缸(2)的活塞杆上设有套筒(24)，所述万向轮(21)朝向支撑杆(1)一端接有导杆(23)，所述导杆(23)和套筒(24)的轴线均与液压缸(2)的轴线重合，导杆(23)与套筒(24)滑动插接配合，导杆(23)和套筒(24)上套设有弹簧(26)。

4.根据权利要求1所述的一种用于管道顶进施工的装置，其特征在于：所述支撑杆(1)上设有三个气缸(4)，所述气缸(4)位于支撑杆(1)朝向始发井(8)的一端，气缸(4)沿支撑杆(1)的周向排列，气缸(4)的轴线指向支撑杆(1)的轴心，气缸(4)背向支撑杆(1)一端接有刹车片(41)。

5.根据权利要求1所述的一种用于管道顶进施工的装置，其特征在于：所述支撑杆(1)底端设有配重块(11)。

6.根据权利要求1所述的一种用于管道顶进施工的装置，其特征在于：始发井(8)内转动架设有转盘(82)，转盘(82)上设有用于卷绕牵引绳(3)的卷筒(83)。

7.根据权利要求6所述的一种用于管道顶进施工的装置，其特征在于：始发井(8)内设有挂钩(84)，所述卷筒(83)成对设置，两个卷筒(83)关于转盘(82)的轴心对称，所述牵引绳(3)从两个卷筒(83)之间穿过，牵引绳(3)背向支撑杆(1)的一端挂扣在挂钩(84)上。

说明书

用于管道顶进施工的装置

技术领域

[0001] 本发明涉及管道施工的技术领域，尤其是涉及一种用于管道顶进施工的装置。

背景技术

[0002] 在市政或工业管道工程施工过程中，往往要铺设很多不同直径的管道，包括自来水管道、污水管道、雨水管道、地下通道、燃气管道和热力管道等。传统的挖沟埋管法具有很
多缺点，如影响交通、破坏路面、破坏地表植被、影响正常的商业活动和居民的日常生活以
及带来大量的土方工程等。

[0003] 为了克服上述缺陷，作为非开挖施工方法的顶管施工作业逐渐兴起，并在发达地区得到了较为普遍的应用。顶管法施工的原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力，
使工具管或掘进机从工作坑内穿入土层，最终从接收坑内穿出。管道紧随工具管或掘进机
后，逐节埋设在两坑之间。

[0004] 公告号为CN105257908B的中国专利公开了一种地下管道的顶推钻进施工设备，包括导向钻杆、顶进机头和推进机构，顶进机头前端面间隔设置有用于降低卵砾层土质压力
并将泥土排出的切削刃，顶进机头顶部设置有与导向钻杆连接的第一连接机构，顶进机头
底部设置有与管道连接的第二连接机构，顶进机头内设置有用于排出顶进机头内泥土的高
压水枪；其中，第一连接机构为环形连接件，环形连接件设置在顶进机头顶部中央，顶进机
头通过环形连接件与导向钻杆连接，切削刃沿环形连接件的外圆周均匀间隔设置；其中，高
压水枪指向管道一侧，高压水枪与高压水管连接，高压水管伸出管道与高压水泵连接；其
中，地下管道的顶推钻进施工设备还设置有排出污水的潜水泵，潜水泵通过污水管与污水
池连接；其中，推进机构包括油缸、油缸设置在油缸架上，油缸与控制柜连接，油缸与管道之
间设置有顶铁，顶铁下方设置有导轨；其中，顶进机头内壁设置有润滑泥浆存储腔，润滑泥
浆存储腔内设置有用于避免管道泥土堆积堵塞的润滑泥浆，润滑泥浆存储腔向顶进机头内
的方向设置有润滑泥浆出口。

[0005] 这种地下管道的顶推钻进施工设备，通过在顶进机头前端面间隔设置切削刃，将工作面的泥土挤入顶进机头和管道内部，并经由管道从起始井排出，能够在降低卵砾层土
质压力的同时，有效的将泥土排出。

[0006] 在顶管施工过程中，有时候需要使管道沿曲线穿行，以绕开一些地下管线或障碍物，这一过程也被称为曲线顶管，是顶管施工的重点和难点之一。在通过曲线段时，相邻管
节之间会形成张角，两根管节的轴线不再重合，管节端部接触面积变小，承载能力大幅降
低。为解决这一问题，施工人员往往会在相邻管节之间设置环状的弹性衬垫板，来补偿管节
间的位置变化，使相邻管节之间的受力面积尽可能地增加。

[0007] 另一方面，由于相邻两根管节的轴线之间存在夹角，故顶推力无法完全传递，管节的连接处会出现一个侧向分力。管道的延伸轨迹朝向哪一侧拱起，经过该处的管节即被上
述侧向分力压向哪一侧，使得管节两侧土层受力不均，严重时会导致管道的延伸轨迹变化，
管节形变过大后断裂。

发明内容

[0008] 针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于管道顶进施工的装置，其具有分担曲线段管节所受的侧向分力，使管节尽可能平稳地向前延伸，管节不易出现大
幅度形变的效果。

[0009] 本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

[0010] 一种用于管道顶进施工的装置，包括设置在管节内的支撑杆，所述支撑杆沿平直段管节的轴线方向设置，所述支撑杆上设有若干组液压缸，所述液压缸的缸体与支撑杆相
连，各组所述液压缸沿支撑杆的长度方向排列，每组所述液压缸至少三个，同组的各个所述
液压缸沿支撑杆的周向排列，所述液压缸的轴线指向支撑杆的轴心，所述液压缸的缸体上
设有卡块，沿支撑杆的长度方向上，相邻两个所述卡块上分别开设有卡槽一和卡槽二，所述
卡槽一和卡槽二的槽口宽度小于槽底宽度，所述卡槽一与卡槽二的开口相对，所述卡槽一
与卡槽二之间搭接有连杆，所述支撑杆上接有牵引绳，所述牵引绳背向支撑杆的一端连接
于始发井内。

[0011] 通过采用上述技术方案，将支撑杆置于曲线段管道内，调整各液压缸活塞杆伸出的长度，使液压缸背向支撑杆的一端与管节内壁相抵，在液压缸的支撑下，支撑杆的轴线与
平直段管节的轴线平行或者重合；采用沿支撑杆周向排列的液压缸将支撑杆架起，可以避
开设置在管节内的各种管线；此外，受到牵引绳的限制，支撑杆不会随管节向前移动，而是
始终停留在曲线段，故液压缸活塞杆伸出的长度不需要时刻调整；当管节在侧向分力的作
用下开始偏离原位时，会通过液压缸抵住支撑杆，使支撑杆有弯曲变形的趋势，故支撑杆能
够有效地分担曲线段管节所受的侧向分力，使管节尽可能平稳地向前延伸，管节不易出现
大幅度形变，同时，连杆搭接在卡槽一与卡槽二之间，由于卡槽一和卡槽二的槽口宽度小于
槽底宽度，故连杆无法沿自身长度方向与卡槽一或卡槽二脱离；当管节在侧向分力的作用
下开始偏离原位时，支撑杆有弯曲变形的趋势，沿支撑杆长度方向排列的各组液压缸之间
的距离也会发生变化，从而使连杆拉伸或者压缩，故连杆能够分担支撑杆所受的力，进而分
担管节所受的侧向分力。

[0012] 本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述液压缸的活塞杆上设有万向轮。

[0013] 通过采用上述技术方案，管节向前延伸时，支撑杆停留在原处，故液压缸与管节之间会发生相对滑动，设置万向轮可以大大减小液压缸与管节之间的摩擦力。

[0014] 本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述液压缸的活塞杆上设有套筒，所述万向轮朝向支撑杆一端接有导杆，所述导杆和套筒的轴线均与液压缸的轴线重合，导杆
与套筒滑动插接配合，导杆和套筒上套设有弹簧。

[0015] 通过采用上述技术方案，液压缸的活塞杆伸出时，套筒与导杆相对滑动，直至套筒与万向轮相抵，液压缸与万向轮之间直接着力；施工结束后，液压缸的活塞杆缩回，万向轮
在弹簧的驱使下与管节内壁相抵，继续将支撑杆撑起，由于导杆和套筒可以相对滑动，弹簧
能够伸缩，故万向轮与支撑杆之间的距离可以根据支撑杆与管节内壁之间的距离自行调
节，便于施工人员拉动牵引绳，将支撑杆从管道内拉出。

[0016] 本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述支撑杆上设有三个气缸，所述气缸位于支撑杆朝向始发井的一端，气缸沿支撑杆的周向排列，气缸的轴线指向支撑杆的轴
心，气缸背向支撑杆一端接有刹车片。

[0017] 通过采用上述技术方案，施工开始时，施工人员将支撑杆放置在管道内，并利用弹簧的弹力将支撑杆撑起，此时气缸的活塞杆伸出，使刹车片紧压于管节内壁，利用刹车片与
管节内壁之间的摩擦力，使支撑杆随管节移动，直至牵引绳绷直，支撑杆移动至曲线段管道
处，然后使气缸的活塞杆缩回，液压缸的活塞杆则适当伸出，将万向轮紧压于管节内壁。

[0018] 本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述支撑杆底端设有配重块。

[0019] 通过采用上述技术方案，在支撑杆底端设置配重块，使支撑杆不易绕自身的轴心旋转，液压缸与管节内壁的相对位置不易改变。

[0020] 本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：始发井内转动架设有转盘，转盘上设有用于卷绕牵引绳的卷筒。

[0021] 通过采用上述技术方案，施工人员转动转盘，即可将牵引绳卷绕在卷筒上，在牵引支撑杆退回始发井的同时，有序地收纳牵引绳。

[0022] 本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：始发井内设有挂钩，所述卷筒成对设置，两个卷筒关于转盘的轴心对称，所述牵引绳从两个卷筒之间穿过，牵引绳背向支撑杆的
一端挂扣在挂钩上。

[0023] 通过采用上述技术方案，牵引绳从两个卷筒之间穿过，转动转盘即可将牵引绳卷绕在两个卷筒上；牵引绳绷直时，牵引绳上的张力由挂钩承担，不会作用于卷筒和转盘上，
从而避免卷筒和转盘等结构损坏。

[0024] 综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

[0025] 1.分担曲线段管节所受的侧向分力，使管节尽可能平稳地向前延伸，管节不易出现大幅度形变；

[0026] 2.通过设置套筒、导杆和弹簧，万向轮在液压缸缩回的情况下仍能对支撑杆进行支撑，便于施工人员将支撑杆拉回始发井；

[0027] 3.通过设置卡块和连杆，支撑杆上的压力由连杆分担部分，从而更好地对管节进行支撑。

附图说明

[0028] 图1是实施例的整体结构示意图。

[0029] 图2是实施例中用于体现支撑杆的结构示意图。

[0030] 图3是实施例中用于体现液压缸的结构示意图。

[0031] 图4是实施例中用于体现卡块和连杆之间的连接关系示意图。

[0032] 图5是实施例中用于体现牵引绳、卷筒和挂钩之间的连接关系示意图。

[0033] 图中，1、支撑杆；2、液压缸；3、牵引绳；4、气缸；5、千斤顶；6、顶铁；7、顶进机头；8、始发井；9、接收井；10、管节；11、配重块；21、万向轮；22、上垫板；23、导杆；24、套筒；25、下垫
板；26、弹簧；27、卡块；28、卡槽一；29、卡槽二；210、连杆；41、刹车片；81、支架；82、转盘；83、
卷筒；84、挂钩。

具体实施方式

[0034] 以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

[0035] 实施例：

[0036] 参照图1，为本发明公开的一种用于管道顶进施工的装置，包括千斤顶5、顶铁6、支撑杆1和顶进机头7。其中，千斤顶5和顶铁6设置在始发井8内，千斤顶5通过顶铁6与管节10
相抵，将管节10推向接收井9。中空的支撑杆1位于曲线段管道内，用于维持管道的延伸轨
迹，使其不易变形。顶进机头7设置在管道的前端，与首个管节10相抵。

[0037] 参照图1，支撑杆1朝向始发井8的一端位于平直段管节10内，且支撑杆1的轴线与该段管节10重合，支撑杆1的其它部分则位于曲线段管道对应的三段管节10内。

[0038] 参照图2，支撑杆1上设有一组气缸4和七组液压缸2，一组气缸4和七组液压缸2沿支撑杆1的轴线方向排列，且气缸4位于液压缸2朝向始发井8（参见图1）的一侧。沿管节10的
前进方向上，气缸4和第一组液压缸2位于平直段管节10内，第二组液压缸2和第三组液压缸
2则位于紧邻平直段管节10的曲线段管节10内，以此类推。

[0039] 参照图2，气缸4的数量为三个，三个气缸4围绕支撑杆1的轴心均匀排列，且气缸4的轴线均指向支撑杆1的轴心。

[0040] 参照图2，气缸4的缸体与支撑杆1的侧壁栓接，气缸4的活塞杆末端栓接有刹车片41。

[0041] 施工人员将支撑杆1放置在管节10内之后，气缸4的活塞杆伸出，使刹车片41背向支撑杆1的一侧紧压于管节10的内壁上。此时刹车片41与管节10之间具有较大的最大静摩
擦力，管节10向前移动时也会带动支撑杆1移动。

[0042] 参照图1，支撑杆1朝向始发井8的一端栓接有牵引绳3，牵引绳3背向支撑杆1的一端与始发井8的内壁相连。

[0043] 当支撑杆1移动至曲线段管道处后，牵引绳3恰好绷直。此时气缸4的活塞杆缩回，刹车片41与管节10内壁分离，支撑杆1不随管节10继续移动，而是停留在该处。

[0044] 参照图2，每组液压缸2的数量为三个，三个液压缸2围绕支撑杆1的轴心均匀排列，且液压缸2的轴线均指向支撑杆1的轴心。

[0045] 参照图3，液压缸2的缸体与支撑杆1栓接，液压缸2的活塞杆上栓接有下垫板25。下垫板25与液压缸2的轴线垂直，下垫板25背向液压缸2一侧焊接有套筒24。套筒24的轴线与
液压缸2的轴线重合，套筒24内滑动插接配合有导杆23。导杆23背向下垫板25一端焊接有上
垫板22，上垫板22背向导杆23一侧架设有万向轮21。

[0046] 当支撑杆1停留在曲线段管道处后，液压缸2的活塞杆伸出，带动套筒24抵压上垫板22，进而将万向轮21紧压于管节10的内壁上，此时管节10与支撑杆1之间直接着力。当管
节10在侧向分力的作用下开始偏离原位时，管节10内壁通过液压缸2抵住支撑杆1，使支撑
杆1有弯曲变形的趋势。支撑杆1能够有效地分担曲线段管节10所受的侧向分力，使管节10
尽可能平稳地向前延伸。

[0047] 参照图2和图4，液压缸2的缸体上栓接有卡块27，沿管节10的前进方向上，第一组液压缸2上的卡块27只有一个，且位于液压缸2背向始发井8的一侧，最后一组液压缸2上的
卡块27也只有一个，且位于液压缸2朝向始发井8的一侧，其它各组液压缸2上的卡块27则成
对设置。

[0048] 参照图2和图4，沿支撑杆1的长度方向上，相邻两个液压缸2之间的两个卡块27成对。其中一个卡块27上开设有卡槽一28，另一个卡块27上则开设有卡槽二29。卡槽一28与卡
槽二29的开口相对，二者均设置为燕尾形。

[0049] 参照图2和图4，沿支撑杆1的长度方向上，相邻两个液压缸2之间均设有连杆210。连杆210与支撑杆1平行，连杆210两端设置为燕尾形，分别嵌于卡槽一28和卡槽二29内。

[0050] 当支撑杆1有弯曲变形的趋势时，上述相邻两个液压缸2之间的距离也会增大或者减小，进而使连杆210拉伸或者压缩。连杆210在抗拉伸或者抗压缩的过程中，即会分担支撑
杆1所受的力，使支撑杆1不易弯曲变形，进而更好地对管节10进行支撑。

[0051] 参照图3，导杆23和套筒24上套设有弹簧26，弹簧26始终处于压缩状态，弹簧26一端与上垫板22相抵，另一端与下垫板25相抵。

[0052] 在支撑杆1随管节10移动至曲线段管道处之前，液压缸2的活塞杆处于回缩状态，以免影响支撑杆1进入曲线段管道内。在施工结束后，施工人员将支撑杆1从管道内取出时，
液压缸2的活塞杆也处于回缩状态，以免影响支撑杆1从曲线段管道内移出。此时由弹簧26
将上垫板22和下垫板25撑开，万向轮21仍与管节10内壁相抵，对支撑杆1形成支撑，支撑杆1
不会大幅度地下沉。

[0053] 参照图2，支撑杆1底端悬挂有四个配重块11，配重块11位于支撑杆1轴心的正下方，有利于支撑杆1稳定在该姿态下。

[0054] 参照图5，始发井8远离接收井9（参见图1）一侧的内壁上锚固有挂钩84，牵引绳3背向支撑杆1（参见图1）的一端挂扣在挂钩84上。

[0055] 支撑杆1停留在曲线段管道处时，牵引绳3绷直。此时管节10继续前进，管节10内壁与万向轮21之间仍存在摩擦力。各万向轮21所受的摩擦力与牵引绳3上的张力形成平衡，牵
引绳3上的张力最终由挂钩84承担。

[0056] 参照图5，始发井8内架设有支架81，支架81顶端转动架设有转盘82。转盘82的旋转轴心水平，并与平直段管节10的轴线垂直。转盘82背向支架81一侧转动架设有两个卷筒83，
卷筒83的轴线与转盘82的旋转轴心平行，且两个卷筒83关于转盘82的旋转轴心对称。

[0057] 参照图5，牵引绳3从两个卷筒83之间穿过，当转盘82在人力或者电机的驱使下转动时，牵引绳3即绕卷在两个卷筒83上。由于牵引绳3与挂钩84相连的一端保持不动，故卷筒
83不断旋转，牵引绳3另一端则朝向始发井8移动，将支撑杆1（参见图1）从管道内拉出。

[0058] 本实施例的实施原理为：

[0059] 将支撑杆1置于曲线段管道内，调整各液压缸2活塞杆伸出的长度，使液压缸2背向支撑杆1的一端与管节10内壁相抵。当管节10在侧向分力的作用下开始偏离原位时，会通过
液压缸2抵住支撑杆1，使支撑杆1有弯曲变形的趋势。支撑杆1在抵抗这种弯曲变形的趋势
时，能够有效地分担曲线段管节10所受的侧向分力，使管节10尽可能平稳地向前延伸，管节
10不易出现大幅度形变。

[0060] 本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之
内。