阅读说明：本技术 顶管机和管节回退的施工装置及施工方法 (Pipe jacking machine and pipe joint returning construction device and construction method ) 是由 肖洪波 彭云涌 陈亚军 左雁 徐毅夫 倪志国 胡敏 于 2020-10-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种顶管机和管节回退的施工装置及施工方法,包括用于拉动顶管机和管节回退的拉拔机构以及用于根据拉拔机构的拉动速度适应性回缩的阻退机构,拉拔机构的固定端安装于工作井的前端井壁的内侧,拉拔机构的活动端穿过管节并与顶管机的后壳体连接,阻退机构的固定端安装于工作井的后端井壁的内侧,阻退机构的活动端与末尾的管节连接,通过拉拔机构拉动多节管节以及顶管机沿着多节管节的轴向逐节回退至工作井中,同时阻退机构对多节管节以及顶管机进行限位支撑,并根据拉拔机构的拉动速度适应性地回缩,以防止顶管机和管节由于惯性或者围岩内的推力而急速回退,从而将多节管节逐节拆卸后从工作井中吊出以及将顶管机从工作井中吊出。(The invention discloses a pipe jacking machine and a construction device and a construction method for pipe joint rollback, which comprises a drawing mechanism for drawing the pipe jacking machine and the pipe joint rollback and a withdrawal prevention mechanism for adaptively retracting according to the drawing speed of the drawing mechanism, wherein the fixed end of the drawing mechanism is arranged on the inner side of the front end well wall of a working well, the movable end of the drawing mechanism penetrates through the pipe joint and is connected with the rear shell of the pipe jacking machine, the fixed end of the withdrawal prevention mechanism is arranged on the inner side of the rear end well wall of the working well, the movable end of the withdrawal prevention mechanism is connected with the tail pipe joint, a plurality of pipe joints and the pipe jacking machine are drawn by the drawing mechanism to retreat into the working well section by section along the axial direction of the plurality of pipe joints, the withdrawal mechanism carries out limiting support on the plurality of pipe joints and the pipe jacking machine and retracts adaptively according to the drawing speed of the drawing mechanism so as to prevent the pipe jacking machine and the pipe joint from rapidly retracting due to, so that the multiple pipe sections are disassembled section by section and then lifted out of the working well and the pipe jacking machine is lifted out of the working well.)

顶管机和管节回退的施工装置及施工方法

技术领域

本发明涉及顶管施工技术领域，特别地，涉及一种顶管机和管节回退的施工装置及施工方法。

背景技术

随着地下结构的发展，顶管施工的应用领域逐渐从小型管网向大型综合管廊工程、地下隧道工程延伸。然而当前顶管施工的容错率非常底，且由于顶管工艺的特殊性，若在顶进的过程中出现顶进偏移，则难以进行纠偏，目前通常是采用大弯度缓慢纠偏的方法进行调整。但是当偏移角度过大时，纠偏将非常困难，若不将顶管机和管节进行回退，甚至整个顶管机以及多个管节有可能长埋于地下无法使用。因此，当顶管施工轴线偏移较大无法纠偏或者不适宜继续顶进的情况时，需要将顶管机和管节进行回退。

发明内容

本发明提供了一种顶管机和管节回退的施工装置及施工方法，以解决现有的顶管施工过程中出现顶进偏移时由于难以将顶管机和管节进行回退而造成整个顶管机以及多个管节有可能长埋于地下而无法使用的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种顶管机和管节回退的施工装置，用于使土体中的顶管机和连接于顶管机的后壳体上的多节管节进行回退，施工装置包括用于拉动顶管机和管节回退的拉拔机构以及用于根据拉拔机构的拉动速度适应性回缩的阻退机构，拉拔机构的固定端安装于工作井的前端井壁的内侧，拉拔机构的活动端穿过管节并与顶管机的后壳体连接，阻退机构的固定端安装于工作井的后端井壁的内侧，阻退机构的活动端与末尾的管节连接，通过拉拔机构拉动多节管节以及顶管机沿着多节管节的轴向逐节回退至工作井中，同时阻退机构对多节管节以及顶管机进行限位支撑，并根据拉拔机构的拉动速度适应性地回缩，以防止顶管机和管节由于惯性或者围岩内的推力而急速回退，从而将多节管节逐节拆卸后从工作井中吊出以及将顶管机从工作井中吊出。

进一步地，拉拔机构包括固定端安装于工作井的前端井壁的内侧的拉拔千斤顶以及用于将拉拔千斤顶的活动端与顶管机的后壳体连接的拉拔组件，拉拔组件的前端与顶管机的后壳体连接，拉拔组件的后端与拉拔千斤顶的活动端连接，通过拉拔千斤顶的活动端推动拉拔组件的后端向后移动，进而通过拉拔组件的前端拉动顶管机和多节管节回退。

进一步地，阻退机构包括固定端安装于工作井的后端井壁的内侧的阻退千斤顶，阻退千斤顶的活动端与末尾的管节连接。

进一步地，施工装置还包括安装于工作井的后端井壁的内侧的止退器，止退器与拉拔机构相对设置；止退器为固定结构，以使拉拔机构每次回退固定长度的行程后与止退器相抵接，进而将逐节回退至工作井的多节管节以及顶管机进行拆卸；或者止退器为伸缩结构，以使拉拔机构拉动顶管机和多个管节沿着多节管节的轴向逐节回退至工作井中进行拆卸时，通过将止退器进行伸缩调节，使止退器与拉拔机构相抵接。

根据本发明的另一方面，还提供了一种顶管机和管节回退的施工方法，用于使土体中的顶管机和连接于顶管机的后壳体上的多节管节进行回退，包括以下步骤：将拉拔机构的活动端穿过管节与顶管机的后壳体连接；将阻退机构的活动端与末尾的管节连接；通过拉拔机构拉动顶管机和多节管节整体回退，同时阻退机构反向作用于末尾的管节上，以对顶管机和多节管节整体进行限位支撑，并根据拉拔机构的拉动速度适应性地回缩，从而防止顶管机和管节由于惯性或者围岩内的推力而急速回退，直至末尾的管节回退至工作井中；将阻退机构的活动端与末尾的管节断开连接并回缩；将末尾的管节拆下并吊出工作井；将阻退机构的活动端重新与新的末尾的管节连接，以上述同样的方法将多节管节以及顶管机沿着多节管节的轴向逐节回退至工作井中，以将多节管节逐节拆卸后从工作井中吊出以及将顶管机从工作井中吊出。

进一步地，多节管节以及顶管机回退之前，还包括以下步骤：将止退器安装于工作井的后端井壁的内侧，并与拉拔机构相对，以使拉拔机构拉动顶管机和多个管节逐节回退至工作井中进行拆卸时，拉拔机构与止退器相抵接，从而防止阻退机构的活动端与末尾的管节断开连接后拉拔机构和顶管机以及多节管节移动。

进一步地，多节管节以及顶管机回退的过程中，还包括以下步骤：将水泥土通过顶管机的前壳体注入到顶管机的前方，以填充前方土体内由于顶管机回退而产生的空洞。

进一步地，注入水泥土前，还包括以下步骤：确定每次水泥土的理论填充量：V＝Alt，其中，V为水泥土的理论填充量，A为土体的断面面积，l为每次回退的长度；确定水泥土的注入压力：P＝(R×S+W×f)×L)/A，其中，R为综合摩擦阻力，S为管节外周长，W为顶管机和多个管节的整体的平均每延米的重力，f为管节在土体中的摩擦系数，L为回退总长度。

进一步地，多节管节以及顶管机回退的过程中，还包括以下步骤：将减阻泥浆注入顶管机和多个管件的外侧，通过减阻泥浆将顶管机和多个管节包裹，以减小顶管机和多个管节与土体之间的摩擦阻力。

进一步地，顶管机回退至工作井中之后，还包括以下步骤：在工作井的前端井壁上的洞口的外侧打入拉森钢板桩，将洞口封住。

本发明具有以下有益效果：

本发明的顶管机和管节回退的施工装置，通过在工作井的前端井壁的内侧安装拉拔机构并将拉拔机构的活动端与顶管机的后壳体连接，并通过在工作井的后端井壁的内侧安装阻退机构并将阻退机构的活动端与末尾的管节连接，从而通过拉拔机构拉动顶管机和管节回退，同时通过阻退机构根据拉拔机构的拉动速度适应性地回缩，从而通过阻退机构对回退过程中的顶管机和管节进行限位支撑，从而防止顶管机和管节由于惯性或者围岩内的推力而急速回退，直至末尾的管节回退至工作井中，进而将阻退机构的活动端与末尾的管节断开连接并回缩，从而将末尾的管节拆下并吊出工作井；以上述同样的方法将多节管节以及顶管机逐节回退至工作井中，并将多节管节和顶管机从工作井中吊出。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的顶管机和管节回退的施工装置的初始状态的水平截面的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的顶管机和管节回退的施工装置的初始状态的竖直截面的结构示意图；

图3是本发明优选实施例的末尾的管节回退到工作井中的水平截面的结构示意图；

图4是本发明优选实施例的末尾的管节拆卸后的水平截面的结构示意图；

图5是本发明优选实施例的阻退机构重新与末尾的管节连接的水平截面的结构示意图；

图6是本发明优选实施例的拉拔机构重新与顶管机的后壳体连接的水平截面的结构示意图；

图7是本发明优选实施例的顶管机回退到工作井中的水平截面的结构示意图；

图8是本发明优选实施例的减阻泥浆注入的水平截面的结构示意图；

图9是本发明优选实施例的拉拔组件的结构示意图。

图例说明：

100、顶管机；101、前壳体；102、后壳体；200、管节；300、工作井；400、土体；500、水泥土；600、减阻泥浆；1、拉拔机构；11、拉拔千斤顶；12、拉拔组件；121、主梁；122、连接梁；123、加强梁；124、斜撑梁；2、阻退机构；21、阻退千斤顶；22、后靠背；23、顶铁；3、止退器；4、拉森钢板桩。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的顶管机和管节回退的施工装置的初始状态的水平截面的结构示意图；图2是本发明优选实施例的顶管机和管节回退的施工装置的初始状态的竖直截面的结构示意图；图3是本发明优选实施例的末尾的管节回退到工作井中的水平截面的结构示意图；图4是本发明优选实施例的末尾的管节拆卸后的水平截面的结构示意图；图5是本发明优选实施例的阻退机构重新与末尾的管节连接的水平截面的结构示意图；图6是本发明优选实施例的拉拔机构重新与顶管机的后壳体连接的水平截面的结构示意图；图7是本发明优选实施例的顶管机回退到工作井中的水平截面的结构示意图；图8是本发明优选实施例的减阻泥浆注入的水平截面的结构示意图；图9是本发明优选实施例的拉拔组件的结构示意图。

如图1所示，本实施例的顶管机100和管节200回退的施工装置，用于使土体400中的顶管机100和连接于顶管机100的后壳体102上的多节管节200进行回退，施工装置包括用于拉动顶管机100和管节200回退的拉拔机构1以及用于根据拉拔机构1的拉动速度适应性回缩的阻退机构2，拉拔机构1的固定端安装于工作井300的前端井壁的内侧，拉拔机构1的活动端穿过管节200并与顶管机100的后壳体102连接，阻退机构2的固定端安装于工作井300的后端井壁的内侧，阻退机构2的活动端与末尾的管节200连接，通过拉拔机构1拉动多节管节200以及顶管机100沿着多节管节200的轴向逐节回退至工作井300中，同时阻退机构2对多节管节200以及顶管机100进行限位支撑，并根据拉拔机构1的拉动速度适应性地回缩，以防止顶管机100和管节200由于惯性或者围岩内的推力而急速回退，从而将多节管节200逐节拆卸后从工作井300中吊出以及将顶管机100从工作井300中吊出。

如图1-7所示，本发明的顶管机100和管节200回退的施工装置，通过在工作井300的前端井壁的内侧安装拉拔机构1并将拉拔机构1的活动端与顶管机100的后壳体102连接，并通过在工作井300的后端井壁的内侧安装阻退机构2并将阻退机构2的活动端与末尾的管节200连接，从而通过拉拔机构1拉动顶管机100和管节200回退，同时通过阻退机构2根据拉拔机构1的拉动速度适应性地回缩，从而通过阻退机构2对回退过程中的顶管机100和管节200进行限位支撑，从而防止顶管机100和管节200由于惯性或者围岩内的推力而急速回退，直至末尾的管节200回退至工作井300中，进而将阻退机构2的活动端与末尾的管节200断开连接并回缩，从而将末尾的管节200拆下并吊出工作井300；以上述同样的方法将多节管节200以及顶管机100逐节回退至工作井300中，并将多节管节200和顶管机100从工作井300中吊出。

如图9所示，拉拔机构1包括固定端安装于工作井300的前端井壁的内侧的拉拔千斤顶11以及用于将拉拔千斤顶11的活动端与顶管机100的后壳体102连接的拉拔组件12，拉拔组件12的前端与顶管机100的后壳体102连接，拉拔组件12的后端与拉拔千斤顶11的活动端连接，通过拉拔千斤顶11的活动端推动拉拔组件12的后端向后移动，进而通过拉拔组件12的前端拉动顶管机100和多节管节200回退。

如图1-7所示，可选地，多个拉拔千斤顶11沿工作井300的前端井壁上的洞口的周向等距排布。可选地，拉拔组件12包括与拉拔千斤顶11的活动端连接的主梁121以及沿顶管机100和管节200的铺设方向布设的连接梁122，连接梁122的后端与主梁121连接，连接梁122的前端用于与顶管机100的后壳体102连接。可选地，拉拔组件12还包括用于将多根连接梁122连接的加强梁123以及用于将连接梁122与主梁121连接构成三角稳定结构的斜撑梁124。

如图1-7所示，阻退机构2包括固定端安装于工作井300的后端井壁的内侧的阻退千斤顶21，阻退千斤顶21的活动端与末尾的管节200连接。可选地，阻退千斤顶21与拉拔千斤顶11一一对应。回退过程中，拉拔千斤顶11与阻退千斤顶21的行程方向相反，且行程为互补状态。工作井300的后端井壁的内侧安装有后靠背22以及铺设于后靠背22上的顶铁23，阻退千斤顶21的固定端安装于顶铁23上。通过顶铁23将阻退千斤顶21支撑管节200和顶管时产生的压力均匀的分散至工作井300的后端井壁上，从而避免工作井300的后端井壁局部受压过大而造成变形受损。

如图1-7所示，施工装置还包括安装于工作井300的后端井壁的内侧的止退机构，止退机构与拉拔机构1相对设置；止退器3为固定结构，以使拉拔机构1每次回退固定长度的行程后与止退器3相抵接，进而将逐节回退至工作井300的多节管节200以及顶管机100进行拆卸；或者止退器3为伸缩结构，以使拉拔机构1拉动顶管机100和多个管节200沿着多节管节200的轴向逐节回退至工作井300中进行拆卸时，通过将止退器3进行伸缩调节，使止退器3与拉拔机构1相抵接。在本实施例中，止退器3与拉拔千斤顶11一一对应。通过止退器3与拉拔机构1相抵接，从而防止管节200拆卸时移动。

可选地，止退器3包括固定于顶铁23上的止退架以及固定于止退架上的橡胶垫块。当拉拔机构1与阻退机构2相配合将末尾的管节200回退至工作井300中后，将阻退千斤顶21的活动端与末尾的管节200断开连接并回缩，以对末尾的管节200进行拆卸，通过止退器3对拉拔组件12进行限位支撑，从而防止拆卸过程中，拉拔组件12和顶管机100以及管节200前后移动。由于止退器3对拉拔千斤顶11的行程进行了限制，止退器3与拉拔组件12之间的距离等于每次回退的行程，每次回退固定长度的行程后，末尾的管节200便回退至工作井300中并拆卸。由于每次回退完之后顶管机100的后壳体102也相应的回退，因此需要将拉拔组件12的连接梁122截掉一段后，再将通过拉拔千斤顶11回缩到初始位置处，然后将连接梁122与顶管机100的后壳体102连接，连接梁122每次截掉的长度等于每次回退的行程的长度。

可选地，止退器3包括止退千斤顶或止退伸缩架。拉拔机构1将多节管节200和顶管机100逐节回退至工作井300中，且每次回退的行程不同，根据拉拔机构1每次回退的行程将止退器3伸缩调节，以使止退器3的活动端与拉拔组件12之间的距离等于拉拔组件12回退的行程。当拉拔机构1拉动管节200回退至工作井300能够拆卸时，便控制止退器3伸长而与拉拔组件12相抵接，从而减少了多余的回退距离，加快了拆卸管节200的速度。由于每次回退完之后顶管机100的后壳体102也相应的回退，将止退器3的活动端后缩，使得止退器3的活动端与拉拔组件12之间的距离等于下一次拉拔机构1回退的行程的长度。或者将拉拔组件12的连接梁122截掉一段后，再将通过拉拔千斤顶11回缩，使得止退器3的活动端与拉拔组件12之间的距离等于下一次拉拔机构1回退的行程的长度。

如图1-7所示，本实施例的顶管机100和管节200回退的施工方法，用于使土体400中的顶管机100和连接于顶管机100的后壳体102上的多节管节200进行回退，包括以下步骤：将拉拔机构1的活动端穿过管节200与顶管机100的后壳体102连接；将阻退机构2的活动端与末尾的管节200连接；通过拉拔机构1拉动顶管机100和多节管节200整体回退，同时阻退机构2反向作用于末尾的管节200上，以对顶管机100和多节管节200整体进行限位支撑，并根据拉拔机构1的拉动速度适应性地回缩，从而防止顶管机100和管节200由于惯性或者围岩内的推力而急速回退，直至末尾的管节200回退至工作井300中；将阻退机构2的活动端与末尾的管节200断开连接并回缩；将末尾的管节200拆下并吊出工作井300；将阻退机构2的活动端重新与新的末尾的管节200连接，以上述同样的方法将多节管节200以及顶管机100沿着多节管节200的轴向逐节回退至工作井300中，以将多节管节200逐节拆卸后从工作井300中吊出以及将顶管机100从工作井300中吊出。

如图4-5所示，多节管节200以及顶管机100回退之前，还包括以下步骤：将止退器3安装于工作井300的后端井壁的内侧，并与拉拔机构1相对，以使拉拔机构1拉动顶管机100和多个管节200逐节回退至工作井300中进行拆卸时，拉拔机构1与止退器3相抵接，从而防止阻退机构2的活动端与末尾的管节200断开连接后拉拔机构1和顶管机100以及多节管节200移动。

如图1-7所示，多节管节200以及顶管机100回退的过程中，还包括以下步骤：将水泥土500通过顶管机100的前壳体101注入到顶管机100的前方，以填充前方土体400内由于顶管机100回退而产生的空洞。在本实施例中，通过打泥泵将水泥土500注入顶管机100的前方。水泥土500为水泥和膨润土的混合料。每回退5cm注入一次。

注入水泥土500前，还包括以下步骤：确定每次水泥土500的理论填充量：V＝Alt，其中，V为水泥土500的理论填充量，A为土体400的断面面积，l为每次回退的长度；确定水泥土500的注入压力：P＝(R×S+W×f)×L)/A，其中，R为综合摩擦阻力，S为管节200外周长，W为顶管机100和多个管节200的整体的平均每延米的重力，f为管节200在土体400中的摩擦系数，L为回退总长度。通过提前确定水泥土的填充量和水泥土的注入压力，确保回退过程中能顺利将水泥土注入顶管机100前方的空洞中并填满。管节200在土体400中的摩擦系数一般取1.2。在实际注入水泥土500的过程中，打泥泵的打泥压力的初始值设置为理论计算的水泥土500的注入压力值，根据沉降监测点的监测数据，在路面起拱不超过20mm时的压力值为最终打泥压力值。

如图8所示，多节管节200以及顶管机100回退的过程中，还包括以下步骤：将减阻泥浆600注入顶管机100和多个管件的外侧，通过减阻泥浆600将顶管机100和多个管节200包裹，以减小顶管机100和多个管节200与土体400之间的摩擦阻力。在本实施例中，减阻泥浆600为黏土、水、纯碱以及CMC(羟甲基纤维素钠)的混合料，配比为700∶691∶6∶2.5。

如图7所示，顶管机100回退至工作井300中之后，还包括以下步骤：在工作井300的前端井壁上的洞口的外侧打入拉森钢板桩4，将洞口封住。拉森钢板桩4安装于洞口外侧的地表处。

如图1-7所示，本实施例的顶管机100和管节200回退的施工方法，采用上述顶管机100和管节200回退的施工装置，通过拉拔千斤顶11作用于拉拔组件12的主梁121上，同时通过阻退千斤顶21反向作用在管节200上，使拉拔组件12拉着顶管机100和多节管节200整体回退，直至拉拔组件12的主梁121抵于止退器3的橡胶垫块上，且末尾的管节200全部退至工作井300中，此时拉拔千斤顶11停止不动，而阻退千斤顶21开始回缩，由于止退器3的存在，拉拔组件12在止退器3和拉拔千斤顶11的限制下无法前后移动，因此顶管机100和管节200整体也无法前后移动，从而将末尾的管节200拆卸后吊出工作井300；末尾的管节200拆卸吊出后，重新将阻退千斤顶21伸出作用在新的末尾的管节200上，随后将拉拔组件12的连接梁122与后壳体102分离，并将拉拔组件12的主梁121截去一部分，截去的长度为拉拔千斤顶11伸长的长度，再将拉拔千斤顶11进行回缩，由于阻退千斤顶21作用于末尾的管节200上，因此限制住了顶管机100和管节200整体的移动；再次将拉拔组件12的连接梁122的端部焊接固定在后壳体102上，然后再次将拉拔千斤顶11伸出作用于拉拔型钢组件的主梁121上，重复上述步骤，使多节管节200和顶管机100逐节回退，在回退的过程中均要将水泥土500注入顶管机100前方，以填充顶管机100前方由于回退而产生的空洞。当顶管机100的前壳体101刚好退出工作井300的洞口时，在洞口外侧的地表的位置打入拉森钢板桩，将洞口封堵住。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。