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一種頂管機(jī)頭均壓艙及其應(yīng)用方法

文檔序號(hào):5697743閱讀:403來源:國知局
一種頂管機(jī)頭均壓艙及其應(yīng)用方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種頂管機(jī)頭均壓艙及其應(yīng)用方法,通過在物料艙與工作艙中先后通過壓縮空氣,使得在整個(gè)掘進(jìn)工作面的高度范圍內(nèi),作用的氣體壓力是相等的,由地下水的壓力是有梯度的,因此在工具管的頂部就形成一個(gè)超過平衡壓力的氣體壓力區(qū),在這一壓力作用下,地層空隙中的水被擠出,地層也從原來的飽和狀態(tài)過度到半飽和狀態(tài),從而起到平衡挖掘面的作用。
【專利說明】-種頂管機(jī)頭均壓艙及其應(yīng)用方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及建設(shè)工程領(lǐng)域,具體是指一種頂管機(jī)頭均壓艙及其應(yīng)用方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 頂管是一項(xiàng)用于市政施工的非開挖掘進(jìn)式管道鋪設(shè)施工技術(shù),可W安全的穿越公 路、鐵路、河流,甚至能在建筑物底下穿過,有效進(jìn)行環(huán)境保護(hù)。頂管技術(shù)施工無需隔斷施 工,避免開挖施工的影響交通、破壞路面、破壞地表植被、影響正常的活動(dòng)和居民的日常生 活,W及存在大量的±方工程,極大的縮短了施工工期。而頂管過程中會(huì)遇到不同的±質(zhì), 而涉及石油、天然氣管道敷設(shè)中的砂±、流砂地質(zhì)情況下的頂管穿越施工,在該種地質(zhì)條件 下施工,頂進(jìn)阻力及糾偏難度大。
[0003] 頂管施工中,傳統(tǒng)的防透水、防滲水措施是井點(diǎn)降水,即利用井點(diǎn)進(jìn)行重力集水, 排除井內(nèi)集水W達(dá)到降水或降低承壓水壓力的目的。但在施工過程中,特別是遇到高透水 地質(zhì),易出現(xiàn)地面水和地下水通過裂隙、斷層、塌陷區(qū)等各種通道涌入降水井,當(dāng)降水井涌 水超過正常排水能力時(shí),就造成井內(nèi)水災(zāi),給頂管施工帶來很大的安全隱患。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種頂管機(jī)頭均壓艙及其應(yīng)用方法,利用空氣壓力疏干機(jī) 頭前方一定范圍內(nèi)±壤空隙中的自由水,避免±體受地下水滲流作用造成的不穩(wěn)定,同時(shí) 利用壓縮空氣的壓力支撐開挖面±體,使之達(dá)到穩(wěn)定平衡。
[0005] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn): 一種頂管機(jī)頭均壓艙,包括均壓艙本體,在所述均壓艙本體內(nèi)設(shè)置有工作艙和物料艙, 物料艙的側(cè)面設(shè)有第一艙口,工作艙上側(cè)面設(shè)有與第一艙口朝向相同的第二艙口,頂管機(jī) 頭設(shè)置在工作艙內(nèi),在物料艙的頂部連接有通氣管道,且該通氣管道分別將物料艙和工作 艙與外界的空壓機(jī)連通。本發(fā)明采用氣壓平衡地下水,利用外部的空壓機(jī)通過通氣管道分 別向工作艙和物料艙內(nèi)充入一定壓力的壓縮空氣,利用空氣壓力疏干頂管機(jī)頭前方一定范 圍內(nèi)±壤空隙中的自由水,一方面避免了±體受地下水滲流作用造成的不穩(wěn)定,同時(shí)利用 壓縮空氣的壓力支撐開挖面±體,使之達(dá)到穩(wěn)定平衡,同時(shí)工作人員通過第一艙口和第二 艙口進(jìn)入工作艙內(nèi)進(jìn)行頂進(jìn)工序;在整個(gè)掘進(jìn)工作面的高度范圍內(nèi),作用的氣體壓力是相 等的,但地下水的壓力是有梯度的,因此在切削頭的頂部就形成一個(gè)超過平衡壓力的氣體 壓力區(qū),在該一壓力作用下,地層空隙中的水被擠出,地層也從原來的飽和狀態(tài)過度到半飽 和狀態(tài),從而起到平衡挖掘面的作用。
[0006] 還包括設(shè)置在工作艙前端的切削頭,在所述的切削頭內(nèi)壁圓周上較接連接有4組 雙向工作液壓油缸。糾偏裝置為雙向工作液壓油缸,與切削頭內(nèi)壁較接連接,沿切削頭內(nèi) 壁圓周共設(shè)置4組液壓油缸,通過外部液壓系統(tǒng)可W控制該4組液壓油缸的伸縮動(dòng)作和伸 縮量,調(diào)整切削頭沿軸線方向上的角度,從而達(dá)到控制頂管前進(jìn)方向的目的。與現(xiàn)有技術(shù)相 比,糾偏動(dòng)作更加準(zhǔn)確、更加受控制,且更易實(shí)現(xiàn)。
[0007] -種頂管機(jī)頭均壓艙的應(yīng)用方法,包括權(quán)利要求1或2所述的頂管機(jī)頭均壓艙,其 應(yīng)用方法包括W下步驟: (a) 關(guān)閉第一艙口,使工作艙與大氣隔絕,在工作艙完全密封的情況下,向工作艙輸入 壓縮空氣,使得地下水不能涌出并流入物料艙內(nèi),形成無水安全的作業(yè)環(huán)境; (b) 作業(yè)人員進(jìn)入物料艙,關(guān)閉第二艙n,同時(shí)向物料艙輸入與工作艙同等壓力的壓縮 空氣; (C)然后打開第一艙口,作業(yè)人員進(jìn)入工作艙后,關(guān)閉第一艙口,即開始掘進(jìn)作業(yè); (d) 當(dāng)物料艙裝滿后,關(guān)閉第一艙口,開始對(duì)物料艙進(jìn)行減壓,當(dāng)物料艙內(nèi)氣壓與外界 大氣壓平衡時(shí)打開第二艙口,工作人員將頂進(jìn)挖掘處出的±方進(jìn)行裝車,將其運(yùn)輸出物料 艙,直至物料艙內(nèi)±方被完全清空; (e) 重復(fù)上述步驟(a)~ (d)。
[000引所述步驟(a)的供氣量Q持續(xù)供應(yīng),使得工作艙中的壓力保持恒定,且供氣量Q滿 足谷= £1^X0;; 其中Q為常壓下所需的空氣量(mVmin),D為工具管直徑m;a為經(jīng)驗(yàn)值,粉質(zhì)粘±的 a 為 0. 5。
[0009] 所述步驟(a)中地下水壓力滿足Pw -= !w ;、v ; 其中hw為地下水位距工具管底部高度,為水的容重。
[0010] 所述步驟(b)通入的壓縮空氣的壓力值P = /V + ofil,且0 < P《0. 36Mpa。
[0011] 所述步驟(d)中工作艙內(nèi)的機(jī)頭頂進(jìn)工序與物料艙內(nèi)的取±工序同時(shí)進(jìn)行。
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果: 本發(fā)明可在地下水比較豐富、含砂量比較大的±質(zhì)情況下仍能保證施工的安全性,同 時(shí),在管道頂進(jìn)過程中對(duì)±層擾動(dòng)較小,出±數(shù)量控制準(zhǔn)確,擠入機(jī)艙的±層經(jīng)切削便于外 運(yùn);并且本發(fā)明利用空氣壓力疏干機(jī)頭前方一定范圍內(nèi)±壤空隙中的自由水,一方面避免 了±體受地下水滲流作用造成的不穩(wěn)定,同時(shí)利用壓縮空氣的壓力支撐開挖面±體,使地 下水位與挖掘面之間達(dá)到穩(wěn)定平衡。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解,構(gòu)成本申請(qǐng)的一部 分,并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中: 圖1為均壓艙的結(jié)構(gòu)示意圖; 圖2為本發(fā)明的工藝原理圖; 附圖中標(biāo)記及相應(yīng)的零部件名稱: 1-工作艙、2-切削頭、3-第一艙口、4-物料艙、5-第二艙口、6-通氣管道。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,下面結(jié)合實(shí)施例和附圖,對(duì)本 發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明,本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明,并不作 為對(duì)本發(fā)明的限定。
[001引 實(shí)施例1 如圖1和圖2所示,A為地表面,B為地下水位,C為均壓艙本體,本實(shí)施例中的均壓艙, 包括均壓艙本體,在所述均壓艙本體內(nèi)設(shè)置有工作艙1和物料艙4,物料艙4的側(cè)面設(shè)有第 一艙口 3,工作艙1上側(cè)面設(shè)有與第一艙口 3朝向相同的第二艙口 5,頂管機(jī)頭設(shè)置在工作 艙1內(nèi),在物料艙4的頂部連接有通氣管道6,且該通氣管道6分別將物料艙4和工作艙1 與外界的空壓機(jī)連通。本發(fā)明采用氣壓平衡地下水,利用外部的空壓機(jī)通過通氣管道6分 別向工作艙1和物料艙4內(nèi)充入一定壓力的壓縮空氣,利用空氣壓力疏干頂管機(jī)頭前方一 定范圍內(nèi)±壤空隙中的自由水,一方面避免了±體受地下水滲流作用造成的不穩(wěn)定,同時(shí) 利用壓縮空氣的壓力支撐開挖面±體,使之達(dá)到穩(wěn)定平衡,同時(shí)工作人員通過第一艙口 3 和第二艙口 5進(jìn)入工作艙1內(nèi)進(jìn)行頂進(jìn)工序;在整個(gè)掘進(jìn)工作面的高度范圍內(nèi),作用的氣體 壓力是相等的,但地下水的壓力是有梯度的,因此在工具管2的頂部就形成一個(gè)超過平衡 壓力的氣體壓力區(qū),在該一壓力作用下,地層空隙中的水被擠出,地層也從原來的飽和狀態(tài) 過度到半飽和狀態(tài),從而起到平衡挖掘面的作用。
[0016] 所述步驟(a)的 fi二 ; 其中Q為常壓下所需的空氣量(mVmin),D為工具管直徑m;a為經(jīng)驗(yàn)值,粉質(zhì)粘±的 a為0.5。供氣量Q持續(xù)供應(yīng),進(jìn)而保證工作艙1內(nèi)的壓力不下降,即達(dá)到工作艙1內(nèi)空氣 在±壤中的流失量與通氣管道6中的送氣量相等,進(jìn)而使得地下水位面的高度不會(huì)下降, 方便頂管機(jī)頭的頂進(jìn)作用。
[0017] 所述步驟(a)中地下水壓力滿足/?w = Iw' ;w ;其中hw為地下水位距工具管底部 高度,;W為水的容重。
[0018] 所述步驟(b)通入的壓縮空氣的壓力值/',巧=1仍-;w,且0 < P《0. 36Mpa。挖掘 面處的地下水壓力可依據(jù)hw與該位置的水的容量之乘積來確定,而由通氣管道中注入的 壓縮空氣壓力值為P UI。切削頭2底部距地下水位的高差最大,此處滲水水壓也最 大;理論上空氣壓力與切削頭底部滲水水壓相等時(shí),整個(gè)掘進(jìn)面上±壤中的水便不會(huì)滲出, 但為了增加平衡效果,作用于工作面上的氣體壓力一般略大于最大滲水壓力。
[0019] 所述步驟(d)中工作艙內(nèi)的機(jī)頭頂進(jìn)工序與物料艙4內(nèi)的取±工序同時(shí)進(jìn)行,而 且機(jī)頭切入的±量與挖出的±量應(yīng)大致相等,機(jī)頭內(nèi)切入的±量過多,必然會(huì)增加頂力,頂 力的增加可能擾動(dòng)±體引起地面隆起或沉降;機(jī)頭內(nèi)挖±過多,甚至挖到機(jī)頭前沿W外,盡 管有氣壓,但仍可能造成挖掘面巧塌,使地面沉降,頂管只有在界面壓力和頂進(jìn)與出±保持 在該種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)下,才能保證對(duì)地面影響最小,頂管質(zhì)量最好,工作效率最高。
[0020] W上所述的【具體實(shí)施方式】,對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步 詳細(xì)說明,所應(yīng)理解的是,W上所述僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】而已,并不用于限定本發(fā)明 的保護(hù)范圍,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種頂管機(jī)頭均壓艙,包括均壓艙本體,其特征在于:在所述均壓艙本體內(nèi)設(shè)置有 工作艙(1)和物料艙(4),物料艙(4)的側(cè)面設(shè)有第一艙門(3),工作艙(1)上側(cè)面設(shè)有與第 一艙門(3)朝向相同的第二艙門(5);頂管機(jī)頭設(shè)置在工作艙(1)內(nèi),在物料艙(4)的頂部 連接有氣體連通管道(6),且該氣體連通管道(6)分別將物料艙(4)和工作艙(1)與外界的 空壓機(jī)連通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種頂管機(jī)頭均壓艙,其特征在于:還包括設(shè)置在工作艙(1) 前端的切削頭(2 ),在所述的切削頭(2 )內(nèi)壁圓周上鉸接連接有4組雙向工作液壓油缸。
3. -種頂管機(jī)頭均壓艙的應(yīng)用方法,其特征在于:包括權(quán)利要求1或2所述的頂管機(jī) 頭均壓艙,其應(yīng)用方法包括以下步驟: (a) 關(guān)閉第一艙門(3),使工作艙(1)與大氣隔絕,在工作艙(1)完全密封的情況下,向 工作艙(1)輸入壓縮空氣,使得地下水不能涌出并流入物料艙(4)內(nèi),形成無水安全的作業(yè) 環(huán)境; (b) 作業(yè)人員進(jìn)入物料艙(4),關(guān)閉第二艙門(5),同時(shí)向物料艙(4)輸入與工作艙(1) 同等壓力的壓縮空氣; (c) 然后打開第一艙門(3),作業(yè)人員進(jìn)入工作艙(1)后,關(guān)閉第一艙門(3),即開始頂 進(jìn)作業(yè); (d) 當(dāng)物料艙裝滿后,關(guān)閉第一艙門(3),開始對(duì)物料艙(4)進(jìn)行減壓,當(dāng)物料艙(4)內(nèi) 氣壓與外界大氣壓平衡時(shí)打開第二艙門(5),工作人員將頂進(jìn)挖掘處出的土方進(jìn)行裝車,將 其運(yùn)輸出物料艙(4),直至物料艙(4)內(nèi)土方被完全清空; (e) 重復(fù)上述步驟(a)~ (d)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種頂管機(jī)頭均壓艙的應(yīng)用方法,其特征在于:所述 步驟(a)的供氣量Q持續(xù)供應(yīng),使得工作艙(1)中的壓力保持恒定,且供氣量Q滿足
其中Q為常壓下所需的空氣量(m3/min),D為工具管直徑m;a為經(jīng)驗(yàn)值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種頂管機(jī)頭均壓艙的應(yīng)用方法,其特征在于:所述步驟(a) 中地下水壓力滿足f+Hv=I+tw:w; 其中hw為地下水位距工具管底部高度,;w為水的容重。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種頂管機(jī)頭均壓艙的應(yīng)用方法,其特征在于,所述步驟(b) 通入的壓縮空氣的壓力值P-Pw+(KH,且0 <P彡0? 36Mpa。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種頂管機(jī)頭均壓艙及其應(yīng)用方法,其特征在于,所述步驟 (d)中工作艙(1)內(nèi)的機(jī)頭頂進(jìn)工序與物料艙(4)內(nèi)的取土工序同時(shí)進(jìn)行。
【文檔編號(hào)】F16L1/00GK104482295SQ201410666746
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】胡云潔, 高志惠 申請(qǐng)人:中國五冶集團(tuán)有限公司
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