[发明专利]小管径塑料排水管顶管机具及塑料排水管顶管施工方法

权利要求书

1.一种小管径塑料排水管顶管施工机具，主要由顶管机(1)、顶管机控制台(2)、导管(3)、机头(4)、套管(5)、供浆系统(6)、排渣系统(7)组成，顶管机(1)装有顶进方向自动纠偏系统，导管(3)为空心圆管构造，顶管机(1)采用激光导向通过导管(3)前端光靶对顶进方向自动控制；其特征是：所述的机头(4)为泥水平衡式，主要由动力舱(41)、液压马达(42)、刀盘(43)、泥浆入口(44)、泥浆出口(45)组成，动力舱(41)为圆筒形，以顶管前进方向，在动力舱(41)前端中心安装液压马达(42)，液压马达(42)的供油管(8)和回油管(9)与顶管机控制台(2)的高压油泵连接，液压油作为液压马达(42)驱动的动力；液压马达(42)的驱动轴(46)为空心结构，中心有一个贯通的圆孔，是泥浆输送的通道，驱动轴(46)的后端与泥浆入口(44)采用旋转滑动连接，驱动轴(46)的前端连接刀盘(43)，泥浆入口(44)固定在液压马达(42)壳体上，驱动轴(46)旋转而泥浆入口(44)不转，旋转滑动连接处设有密封环，泥浆可以从泥浆入口(44)通过驱动轴(46)输送到刀盘(43)；刀盘(43)的外径与动力舱(41)外径一致，后端与液压马达(42)的驱动轴(46)连接，刀盘(43)前端顶面略呈锥形，刀盘(43)内部构成空心的泥水仓(47)，泥水仓(47)内对应驱动轴(46)的位置安装有导泥板(48)，泥浆通过驱动轴(46)的中心孔从导泥板(48)的四周进入泥水仓(47)，避免泥浆从驱动轴(46)的中心孔直接排至泥浆出口(45)，泥浆出口(45)设置在刀盘(43)的前端，泥浆出口(45)前端设有旋转接头(49)，旋转接头(49)的前端连接导管(3)，导管(3)的中心孔为泥浆排出通道，刀盘(43)旋转时，泥浆出口(45)随之旋转，旋转接头(49)和导管(3)不转，刀盘(43)的前端顶面安装有切土刀(50)和进渣孔(51)，动力舱(41)后端与套管(5)采用锥形螺纹连接；

所述的供浆系统(6)和排渣系统(7)构成机头(4)的泥水平衡式系统和顶管出土系统，采用后进前出的方式；供浆系统(6)包括泥浆池(10)、泥浆泵(11)、供浆管(12)，在动力舱(41)内供浆管(12)与泥浆入口(44)连接，排渣系统(7)包括导管(3)、压力调节阀(13)、渣斗(14)、排渣管(15)、排渣泵(16)、沉渣池(17)；泥浆池(10)的泥浆采用泥浆泵(11)通过供浆管(12)、泥浆入口(44)注入液压马达(42)，从液压马达(42)的驱动轴(46)的中心孔进入刀盘(43)的泥水仓(47)，在导泥板(48)的作用下均匀充满泥水仓(47)，泥浆压力来平衡土压力和地下水压力，刀盘(43)旋转切土刀(50)切削下来的土通过进渣孔(51)进入泥水仓(47)，与泥浆混合通过泥浆出口(45)、导管(3)、压力调节阀(13)排至渣斗(14)，压力调节阀(13)用于调节泥水仓(47)的泥水平衡压力，含泥沙杂质的泥浆通过排渣管(15)采用排渣泵(16)排至沉渣池(17)沉淀；

所述的套管(5)为外径与动力舱(41)外径相同的钢制圆管，每节长度1.0～2.0m，套管(5)与前端的动力舱(41)以及套管(5)节与节之间采用螺纹连接，螺纹为锥形螺纹，套管(5)的内径比顶进的塑料排水管外径大20～50mm。

2.根据权利要求1所述的小管径塑料排水管顶管施工机具，其特征是：所述的供油管(8)和回油管(9)长度10～20m一节，接口处的两侧各设置有阀门。

3.根据权利要求1所述的小管径塑料排水管顶管施工机具，其特征是：所述的供浆管(12)长度10～20m一节，接口处的两侧各设置有阀门。

4.一种如权利要求1所述的小管径塑料排水管顶管施工机具的方法，其特征是：是一种后进前出泥水平衡管材置换顶管施工方法，分为激光导向导管顶进、泥水平衡套管顶进、管材置换三个步骤；激光导向顶进导管步骤如下：

1)在设计的井位开挖工作井(21)和接收井(22)，在工作井(21)内安装顶管机(1)，顶管机(1)装上一节导管(3)，调整顶管机(1)的平面位置、高程和坡度，使导管(3)的中心与设计的管线中心、坡度一致，连接顶管机(1)与顶管机控制台(2)的电路和高压油管；

2)启动顶管机(1)，导管(3)按照设计的管中心和坡度向接收井(22)方向顶进，导管(3)的方向由顶管机(1)的激光导向系统，通过导管(3)前段光靶位置偏离方向自动纠偏，一节导管(3)顶入土中后，再装一节，直至导管(3)顶至接收井(22)；

泥水平衡套管顶进步骤如下：

1)在工作井(21)内导管(3)的末端安装机头(4)，在机头(4)的液压马达(42)上接上供油管(8)和回油管(9)，供浆管(12)接在液压马达(42)的泥浆入口(44)上，机头(4)的动力舱(41)与套管(5)连接的一端为内螺纹，将套管(5)的外螺纹一端与动力舱(41)的尾部连接，供油管(8)、回油管(9)和供浆管(12)从套管(5)内穿入，采用专用的板子旋紧套管(5)；

2)在工作井(21)一侧安装供浆系统(6)，制备好的泥浆注入泥浆池(10)，连接好泥浆泵(11)的与泥浆池(10)之间的管路和供浆管(12)，在工作井(21)内与液压马达(42)引出的供浆管(12)连接，富余的管路盘起置于工作井(21)内；在接收井(22)一侧安装排渣系统(7)，接收井(22)内导管(3)的端头安装压力调节阀(13)，在接收井(22)放置渣斗(14)，排渣管(15)与排渣泵(16)、沉渣池(17)连接；

3)将液压马达(42)连接的供油管(8)、回油管(9)与顶管机控制台(2)高压油管连接，富余的管路盘起置于工作井(21)内；

4)套管(5)与顶管机(1)之间安装顶铁，开启供浆系统(6)的泥浆泵(11)，泥浆进入泥水仓(47)，通过导管(3)流出排至渣斗(14)，当泥浆排出时，启动液压马达(42)和顶管机(1)，调节压力调节阀(13)使泥水仓(47)内维持一定压力，刀盘(43)的前端形成泥水平衡，顶管机(1)和机头(4)同步掘进，顶管机(1)的千斤顶全部顶出，顶完一个行程，退回千斤顶，增加顶铁继续顶进，一节套管(5)顶进后，关闭供油管(8)、回油管(9)和供浆管(12)的阀门，拆除接头，新装一节套管(5)套入供油管(8)、回油管(9)和供浆管(12)，重新装好供油管(8)、回油管(9)和供浆管(12)，新装套管(5)的外螺纹与前一节套管(5)内螺纹对接拧紧；接收井(22)的一侧卸下顶出的导管(3)，安装好压力调节阀(13)，打开供油管(8)、回油管(9)和供浆管(12)接口阀门，开启供浆系统(6)的泥浆泵(11)，启动液压马达(42)和顶管机(1)，继续一节套管(5)的顶进，直至全部套管(5)顶入土中；

5)拆除顶入接收井(22)的机头(4)，拆除供油管(8)、回油管(9)和供浆系统(6)、排渣系统(7)；

管材置换步骤如下：

1)在工作井(21)内进行塑料排水管(24)的安装和顶入，将分节的塑料排水管(24)逐节连接，塑料管材采用承插热熔接口，承口的内缘装有电热丝，塑料排水管(24)的插口插入承口内，在承口的外缘一周采用夹具夹紧，给承口电热丝通电，夹具施加力量，电热丝处的插口和承口的塑料熔化，在夹具的力量作用下，插口和承口的塑料熔化在一起，形成密封良好的热熔接口，保证接口的密闭性；

2)塑料排水管(24)每连接一节，在塑料排水管(24)的外壁的安装注浆管，注浆管的一面自带不干胶，注浆管上梅花状设有注浆孔，注浆管沿塑料排水管(24)外围通长布置4～8道，带有不干胶的一面粘贴在塑料排水管(24)外壁上，装好注浆管的塑料排水管(24)顶入套管(5)一节，再连接下一节塑料排水管(24)，塑料排水管(24)一节一节地连接好，连同外侧的注浆管一同顶入套管(5)内，在向套管(5)内顶入塑料排水管(24)时，在塑料排水管(24)内带入一根钢索(25)，直至全部塑料排水管(24)顶入套管(5)内，钢索(25)贯穿塑料排水管(24)内；

3)在工作井(21)的一侧，将钢索(25)固定在塑料排水管(24)管头上，接收井(22)的井后壁上设置锚固桩(26)，将接收井(22)一端钢索(25)锚固在锚固桩(26)上并张紧，接收井(22)一侧注浆管连接好注浆泵；

4)在工作井(21)一侧，套管(5)上安装拉头(23)，采用顶管机(1)的千斤顶回程将套管(5)从土中拉出，塑料排水管(24)被钢索(25)锁定，不会随套管(5)移动，套管(5)被逐节置换拉出；

5)套管(5)置换的同时，向塑料排水管(24)外侧的注浆管注浆，注浆在接收井(22)一侧进行，注浆的泥浆中加入5％的水泥，套管(5)拉出后，注浆层(27)填充塑料排水管(24)与土体之间的缝隙，防止顶进过程中造成的管道外侧土体之间脱空，引起地面下沉或者管道沉降。