一种矩形顶管施工中地下管线的保护装置

摘要

本发明公开了一种矩形顶管施工中地下管线的保护装置，涉及矩形顶管技术，包括接收井、矩形顶管掘进机、矩形顶管管节、工作井和装置本体，其特征在于，所述装置本体包括倒U形隔离钢板、连接装置、限位牵引索、限位牵引索锚固装置，所述倒U形隔离钢板为倒“U”形结构，所述倒U形隔离钢板贴合在矩形顶管掘进机和矩形顶管管节之间顶部的外侧。本发明在使用时，不需要额外提供驱动力，在矩形顶管施工全程均可一定程度上降低顶管施工中的顶推力；在遇到其上方的管线进行后续改造或其他施工内容时可对矩形顶管管节起到保护作用；构造简单，实施方便，成本低廉。

说明书

技术领域

本发明涉及矩形顶管技术领域，尤其涉及一种矩形顶管施工中地下管线的保护装置。

背景技术

随着城市地下空间的开发建设，相邻建(构)筑物地下空间的互联互通需求越来越多，譬如大型交通枢纽交通地下通道的建设、地铁车站与附近楼宇之间以及楼宇之间的人行通道建设、重要道口地下过街通道建设等。传统建设方式一般采用明挖法施工，建设前期需开挖路面对地下管线改迁，由此带来工期延长、成本增加和影响地面交通等问题，这些问题对地下重要管线较多或者交通影响较大的项目无疑是个棘手的问题。

矩形顶管工法通过事先构筑始发井和接收井，顶管机从始发井出发，经过地下掘进和顶推从管线下方将预制好的矩形混凝土结构顶推或牵拉至接收井，完成地下通道建设，其矩形断面结构较传统的圆型断面结构而言更有利于空间利用和降低成本，所以在上述项目中的应用逐年增加。但矩形顶管施工时比圆形顶管施工时对周边的土体影响更大，尤其在矩形顶管管节需要从较大直径的煤气管、污水管、自来水管等地下管线下方穿越时，上方管线受到的扰动更大，更容易发生管线下沉引发险情。如何尽可能降低在矩形顶管施工中对地下管线的影响是本领域一直探索和试图解决的技术问题。

由上所述，为此我们设计出了一种矩形顶管施工中地下管线的保护装置来解决以上问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种矩形顶管施工中地下管线的保护装置。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种矩形顶管施工中地下管线的保护装置，包括接收井、矩形顶管掘进机、矩形顶管管节、工作井和装置本体，所述装置本体包括倒U形隔离钢板、连接装置、限位牵引索、限位牵引索锚固装置和牵引点，所述倒U形隔离钢板为倒“U”形结构，所述倒U形隔离钢板贴合在矩形顶管掘进机和矩形顶管管节之间顶部的外侧，所述倒U形隔离钢板远离矩形顶管掘进机一侧的断面尺寸和形状与矩形顶管管节的顶部一侧的尺寸和形状相适配；

所述连接装置预先对称设置在矩形顶管掘进机内，并设置有开关装置，所述倒U形隔离钢板的一侧通过连接装置与矩形顶管掘进机连接，所述倒U形隔离钢板的另一侧外部设置有牵引点，所述牵引点与限位牵引索之间连接，所述限位牵引索设置在矩形顶管管节的顶部，所述倒U形隔离钢板的另一侧内部设置有倒角；

所述限位牵引索锚固装置固定在工作井结构内，所述限位牵引索锚固装置的内部设置两个独立的卷扬机，每个所述牵引点上连接有两根所述限位牵引索，两根限位牵引索的另一端与限位牵引索锚固装置中的两个独立的卷扬机连接。

优选的，所述限位牵引索与限位牵引索锚固装置设置在同一水平面上，其数量至少需设置2组，并沿矩形顶管中心线对称布置，所述限位牵引索与限位牵引索锚固装置的具体组数根据倒U形倒U形隔离钢板受到矩形顶管管节的总摩擦力大小和限位牵引索的安全工作拉力确定。

优选的，每组所述限位牵引索包括根限位牵引索，每根所述限位牵引索的一端与倒U形倒U形隔离钢板尾部相连，每根所述限位牵引索的另一端与限位牵引索锚固装置中的卷扬机相连，并呈一一对应关系；在U形倒U形隔离钢板到达预定位置后，对限位牵引索锁定时应按顶管中心线对称进行。

优选的，所述限位牵引索锚固装置加装预应力监测装置。

优选的，所述限位牵引索可采用高强钢丝绳、预应力钢绞线柔性材料制作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明中，

(1)该装置中的倒U形隔离钢板随顶管推进将倒U形隔离钢板送到预定位置，不需要额外提供驱动力；

(2)该装置中的倒U形隔离钢板始终在矩形顶管施工所使用的工作泥浆中，在其随矩形顶管机推进过程中与其外侧土体之间摩擦力较小，待其到达预定位置后，其与矩形顶管机和矩形顶管管节之间摩擦力也较小，在矩形顶管施工全程均可一定程度上降低顶管施工中的顶推力；

(3)该装置中的倒U形隔离钢板在使用后紧贴矩形顶管管节留在地下，不会成为地下障碍物，但在遇到其上方的管线进行后续改造或其他施工内容时可对矩形顶管管节起到保护作用；

(4)该装置构造简单，实施方便，成本低廉。

附图说明

图1为本发明提出的一种矩形顶管施工中地下管线的保护装置的结构示意图。

图中：1倒U形隔离钢板、2连接装置、3限位牵引索、4限位牵引索锚固装置、10工作井、20接收井、30矩形顶管掘进机、40矩形顶管管节。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

参照图1，一种矩形顶管施工中地下管线的保护装置，其特征在于，包括接收井20、矩形顶管掘进机30、矩形顶管管节40、工作井10和装置本体，装置本体包括倒U形隔离钢板1、连接装置2、限位牵引索3、限位牵引索锚固装置4和牵引点，倒U形隔离钢板1为倒“U”形结构，倒“U”形结构的倒U形隔离钢板1贴合在矩形顶管掘进机30和矩形顶管管节40之间顶部的外侧，倒U形隔离钢板1远离矩形顶管掘进机30一侧的断面尺寸和形状与矩形顶管管节40的顶部一侧的尺寸和形状相适配；

具体地，倒U形隔离钢板1加工时的断面形状和断面尺寸依照矩形顶管管节40顶部形状和尺寸确定，按内尺寸略大于矩形顶管顶部结构外尺寸进行加工，其长度依照地下管线保护所需范围确定，其厚度不小于20mm；

连接装置2预先对称设置在矩形顶管掘进机30内，并设置有开关装置，可在倒U形隔离钢板1到达预定位置后打开开关解除U形隔离钢板1与矩形顶管掘进机30的连接；其连接装置2具体数量根据倒U形隔离钢板1随顶管推进至预定位置所受到的土体摩擦力大小确定；

倒U形隔离钢板1的一侧通过连接装置2与矩形顶管掘进机30连接，倒U形隔离钢板1的另一侧外部设置有牵引点，牵引点与限位牵引索3之间连接，限位牵引索3设置在矩形顶管管节40的顶部，倒U形隔离钢板1的另一侧后端：指接收井20方向内部设置有倒角；以防止在矩形顶管管节40顶进时将其挂到；其外侧靠近尾端对称布置2个以上牵引点，用于与限位牵引索3进行连接；

限位牵引索锚固装置4固定在工作井10结构内，以便于矩形顶管施工推进时同步调整限位牵引索3的工作长度，并便于维修保养；

限位牵引索锚固装置4的内部设置两个独立的卷扬机，每个牵引点上布置两根限位牵引索3，两根限位牵引索3的另一端与限位牵引索锚固装置4中的两个独立的卷扬机连接；

具体地，限位牵引索锚固装置4加装预应力监测装置；随时监测限位牵引索3的工作拉力小于其安全工作拉力，并根据监测数据调整矩形顶管推进速度；限位牵引索3与限位牵引索锚固装置4设置在同一水平面上，其数量至少需设置2组，并沿矩形顶管中心线对称布置，以保证倒U形隔离钢板1中心线与矩形顶管中心线互相平行；限位牵引索3与限位牵引索锚固装置4的具体组数根据倒U形倒U形隔离钢板1受到矩形顶管管节40的总摩擦力大小和限位牵引索3的安全工作拉力确定；

其中，每组限位牵引索3包括2根限位牵引索3，以防止单根限位牵引索发生断裂时无法发挥作用；每根限位牵引索3的一端与倒U形倒U形隔离钢板1尾部相连，每根限位牵引索3的另一端与限位牵引索锚固装置4中的卷扬机相连，并呈一一对应关系；在U形倒U形隔离钢板1到达预定位置后，对限位牵引索3锁定时应按顶管中心线对称进行，限位牵引索3可采用高强钢丝绳、预应力钢绞线等柔性材料制作，每个牵引点上布置两根限位牵引索3，另一端与限位牵引索锚固装置4中的两个独立的卷扬机连接。

需要说明的是，装置随顶管推进将倒U形隔离钢板1送到预定位置，不需要额外提供驱动力；倒U形隔离钢板到达预定位置、解除与矩形顶管机30的连接后，其留在管线下方从而将上方管线与矩形顶管管节之间隔离，在其整个平面范围内对上方管线的起到支撑和顶托作用，从而对上方的管线起到有效的保护作用；

该装置中的倒U形隔离钢板1始终在矩形顶管施工所使用的工作泥浆中，在其随矩形顶管机30推进过程中与其外侧土体之间摩擦力较小，待其到达预定位置后，其与矩形顶管机30和矩形顶管管节之间摩擦力也较小，在矩形顶管施工全程均可一定程度上降低顶管施工中的顶推力；

该装置中的倒U形隔离钢板1在使用后紧贴矩形顶管管节40留在地下，不会成为地下障碍物，但在遇到其上方的管线进行后续改造或其他施工内容时可对矩形顶管管节40起到保护作用。

工作原理：在使用时，矩形顶管掘进机30与矩形顶管管节40在工作井10内连接后，将倒U形隔离钢板1通过连接装置2连接在矩形顶管掘进机30顶部上，尾部通过限位牵引索3与工作井10内的限位牵引索锚固装置4相连；

倒U形隔离钢板1随矩形顶管掘进机30一起从工作井10内出洞进入土层，待倒U形隔离钢板1到达管线下方预定位置后，锁定限位牵引索3的长度，然后打开连接装置2上的开关解除倒U形隔离钢板1与矩形顶管机30的连接，将倒U形隔离钢板1留在管线下方从而将上方管线与矩形顶管管节之间进行隔离，此时倒U形隔离钢板1在其整个平面范围内对上方管线的起到支撑和顶托作用，从而对上方的管线起到有效的保护作用；

矩形顶管继续顶进施工，直至矩形顶管管节40全部进入接收井20；

在接收井20内拆除矩形顶管掘进机30，并对矩形顶管管节40周围进行注浆施工，完成矩形顶管施工；

在地下管线保护区范围内进行矩形顶管施工时，在矩形顶管施工线路上方设置一块倒U形隔离钢板1并进行定位，利用倒U形隔离钢板1隔离矩形顶管上方的土体，避免矩形顶管管节40顶进时对上方土体的持续摩擦，降低矩形顶管施工过程中的背土效应和土体扰动，降低地下管线下方的土体的流失速度；同时，也降低了后续矩形顶管管节周围注浆施工时对地下管线的影响；

施工装置需连接在矩形顶管掘进机30和矩形顶管管节40顶部，使倒U形隔离钢板1可随矩形顶管施工到达地下管线下方的预定位置，并可在解除倒U形隔离钢板1与矩形顶管掘进机30的连接后，利用限位牵引索3和限位牵引索锚固装置4的牵拉作用限制倒U形隔离钢板1的平面位置，隔离、支撑和顶托矩形顶管线路上方的地下管线，从而达到保护前述地下管线的作用。

其优点在于：

(1)该装置中的倒U形隔离钢板1随顶管推进将倒U形隔离钢板1送到预定位置，不需要额外提供驱动力；

(2)该装置中的倒U形隔离钢板1始终在矩形顶管施工所使用的工作泥浆中，在其随矩形顶管机30推进过程中与其外侧土体之间摩擦力较小，待其到达预定位置后，其与矩形顶管机30和矩形顶管管节40之间摩擦力也较小，在矩形顶管施工全程均可一定程度上降低顶管施工中的顶推力；

(3)该装置中的倒U形隔离钢板1在使用后紧贴矩形顶管管节留在地下，不会成为地下障碍物，但在遇到其上方的管线进行后续改造或其他施工内容时可对矩形顶管管节起到保护作用；

(4)该装置构造简单，实施方便，成本低廉。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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设备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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。