本發(fā)明涉及工程機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種圓形管節(jié)曲線頂進(jìn)偏轉(zhuǎn)裝置及其施工方法。
背景技術(shù):
在頂管的設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中,出于對(duì)不良地質(zhì)體、建筑物地基以及原有地下構(gòu)筑物的避讓?zhuān)艿谰€路常被迫設(shè)計(jì)為曲線,在此情況下,為保證管節(jié)按設(shè)計(jì)線路前進(jìn)而采用的施工措施稱為曲線頂管施工。目前曲線頂管施工雖形成了以楔形套環(huán)或楔形墊塊為工具,借助周邊土體側(cè)向分力為管節(jié)偏轉(zhuǎn)動(dòng)力的傳統(tǒng)曲線頂管施工和在每一個(gè)管節(jié)接口安裝間隙調(diào)整器,人為調(diào)控管節(jié)張角的預(yù)調(diào)式曲線頂管施工兩種施工方法,但仍存在較大的施工問(wèn)題。具體而言,傳統(tǒng)曲線頂管施工管節(jié)偏轉(zhuǎn)精度較低,對(duì)周邊土體擾動(dòng)性大,當(dāng)土體太軟時(shí),管節(jié)曲線頂進(jìn)前需先對(duì)管節(jié)圓弧外側(cè)土體進(jìn)行加固,大大增加了施工成本和工期。間隙調(diào)整器結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜,制造成本較高,需要在每一個(gè)管節(jié)接口處都安裝間隙調(diào)整器的預(yù)調(diào)式曲線頂管的施工費(fèi)用遠(yuǎn)超傳統(tǒng)曲線頂管施工所需費(fèi)用,在實(shí)際工程中應(yīng)用較少。
隨著城市地下空間開(kāi)發(fā)利用進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn),頂管法得到了充分的應(yīng)用。曲線頂管施工作為頂管法的技術(shù)難點(diǎn),其研究改良的必要性越來(lái)越突出。研發(fā)一種對(duì)土層擾動(dòng)性小,管節(jié)偏轉(zhuǎn)精度高,施工成本可控的新型曲線頂管施工方法已經(jīng)成為工程界亟待解決的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題,本發(fā)明的目的在于,提供一種圓形管節(jié)頂進(jìn)偏轉(zhuǎn)裝置及其施工方法,旨在改善現(xiàn)有技術(shù)中曲線頂管施工對(duì)土體擾動(dòng)性大、施工進(jìn)度低及施工成本高的現(xiàn)狀。
為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù),本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種圓形管節(jié)曲線頂進(jìn)偏轉(zhuǎn)裝置,包括懸臂擋板、移動(dòng)臺(tái)車(chē)、折疊式軌道和頂推裝置;所述的折疊式軌道設(shè)置在后接管節(jié)底部,移動(dòng)臺(tái)車(chē)活動(dòng)式裝配在折疊式軌道上,懸臂擋板固定分布在偏轉(zhuǎn)管節(jié)內(nèi)壁的圓周上;所述的頂推裝置包括設(shè)置在后接管節(jié)側(cè)壁上的側(cè)墻頂推裝置以及設(shè)置在后接管節(jié)頂部的拱部頂推裝置,所述的移動(dòng)臺(tái)車(chē)上分布有臺(tái)車(chē)千斤頂和軸向千斤頂,其中,臺(tái)車(chē)千斤頂?shù)牟荚O(shè)方向?yàn)楹蠼庸芄?jié)的徑向并支撐在所述的側(cè)墻頂推裝置和拱部頂推裝置上;軸向千斤頂?shù)牟荚O(shè)方向?yàn)楹蠼庸芄?jié)的軸向并支撐在所述的懸臂擋板上。
進(jìn)一步地,所述的圓形管節(jié)曲線頂進(jìn)偏轉(zhuǎn)裝置還包括管節(jié)鎖固裝置,管節(jié)鎖固裝置包括矩形套管,矩形套管的一端設(shè)置有第一錨固端板,在矩形套管中活動(dòng)式裝配有矩形連接桿,矩形連接桿的端部設(shè)置有第二錨固端板,第一錨固端板、第二錨固端板上均開(kāi)設(shè)有端板螺栓孔,其中第一錨固端板固定在后接管節(jié)上,第二錨固板固定在偏轉(zhuǎn)管節(jié)上;所述的矩形套管側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有螺栓孔,螺栓孔上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)螺栓桿,旋轉(zhuǎn)螺栓桿上套裝有螺栓墊板。
進(jìn)一步地,所述的懸臂擋板包括直角的三角形擋板,三角形擋板的直角處設(shè)置有與三角形擋板的兩條直角邊均垂直的固定板,固定板上開(kāi)設(shè)有錨固螺栓孔;所述的兩條直角邊中,其中一條直角邊以及與之相連的固定板表面上設(shè)置有弧面,弧面上設(shè)置有防滑橡膠層;在另一條直角邊上開(kāi)設(shè)有與所述的軸向千斤頂配合的推頂槽。
進(jìn)一步地,所述的移動(dòng)臺(tái)車(chē)包括臺(tái)車(chē)架和安裝在臺(tái)車(chē)架底部的臺(tái)車(chē)行走架,其中臺(tái)車(chē)架包括矩形框架,臺(tái)車(chē)架的底部分布有框架連接塊;所述的臺(tái)車(chē)行走架包括臺(tái)車(chē)立柱,臺(tái)車(chē)立柱的上端部開(kāi)設(shè)有與所述的框架連接塊配合的框架連接槽,臺(tái)車(chē)立柱的下端部安裝有臺(tái)車(chē)滾輪;所述的臺(tái)車(chē)千斤頂分布在臺(tái)車(chē)架的頂面以及臺(tái)車(chē)立柱的側(cè)面上。
進(jìn)一步地,所述的折疊式軌道包括圓弧形的軌道底板,軌道底板是由兩塊大小相同的弧形板通過(guò)軌道轉(zhuǎn)軸連接構(gòu)成;所述的軌道底板的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有軌道槽,在軌道底板的一端設(shè)置有軌道連接塊,軌道底板的另一端設(shè)置有軌道連接槽,軌道連接塊和軌道連接槽用于多個(gè)折疊式軌道之間的拼裝連接。
進(jìn)一步地,所述的拱部頂推裝置和側(cè)墻頂推裝置均包括弧形的鋼管片,鋼管片的外側(cè)設(shè)置有齒形橡膠層,鋼管片的內(nèi)側(cè)間隔設(shè)置有一對(duì)連接基座和一對(duì)千斤頂套筒,所述的軸向千斤頂安裝在千斤頂套筒中,所述的連接基座上開(kāi)設(shè)有千斤頂連接孔。
進(jìn)一步地,所述的偏轉(zhuǎn)管節(jié)和后接管節(jié)的間隙中設(shè)置有楔形墊塊。
一種圓形管節(jié)曲線頂進(jìn)偏轉(zhuǎn)裝置的施工方法,包括以下步驟:
步驟一,在偏轉(zhuǎn)管節(jié)后端的第二段后接管節(jié)頂入土體中后,在偏轉(zhuǎn)管節(jié)的尾部錨固懸臂擋板,在偏轉(zhuǎn)管節(jié)后端第一段、第二段后接管節(jié)內(nèi)安裝折疊式軌道,在軌道上進(jìn)行移動(dòng)臺(tái)車(chē)的組裝,將拱部頂推裝置和側(cè)墻頂推裝置連接到移動(dòng)臺(tái)車(chē)上,之后將移動(dòng)臺(tái)車(chē)移動(dòng)到第一段后接管節(jié)端部,控制移動(dòng)臺(tái)車(chē)上的臺(tái)車(chē)千斤頂頂緊在拱部頂推裝置和側(cè)墻頂推裝置的千斤頂連接孔中;
步驟二,待施工至偏轉(zhuǎn)管節(jié)前端到達(dá)管道線形變化處,啟動(dòng)軸向千斤頂,使之頂在偏轉(zhuǎn)管節(jié)的懸臂擋板上的頂推槽中,繼而使偏轉(zhuǎn)管節(jié)在被頂進(jìn)的過(guò)程中緩慢偏轉(zhuǎn)就位;
步驟三,待偏轉(zhuǎn)管節(jié)末端通過(guò)管道線形變化處,暫停頂進(jìn)施工,在偏轉(zhuǎn)管節(jié)和第一段后接管節(jié)接頭錯(cuò)縫處填塞楔形墊塊,安裝管節(jié)鎖固裝置,并調(diào)節(jié)管節(jié)鎖固裝置的長(zhǎng)度到合適位置,然后對(duì)兩段管節(jié)進(jìn)行鎖固;
步驟四,釋放所述的軸向千斤頂壓力,然后釋放臺(tái)車(chē)千斤頂壓力,使拱部頂推裝置和側(cè)墻頂推裝置與后接管節(jié)的襯砌分離,并將移動(dòng)臺(tái)車(chē)移動(dòng)到第二段后接管節(jié)中;
步驟五,控制移動(dòng)臺(tái)車(chē)上的臺(tái)車(chē)千斤頂推頂,使拱部頂推裝置和側(cè)墻頂推裝置與第二段后接管節(jié)的襯砌呈密貼狀態(tài);與此同時(shí),將偏轉(zhuǎn)管節(jié)上的懸臂擋板卸下,安裝在第一段后接管節(jié)的尾部;
步驟六,將第一段后接管節(jié)上的折疊式軌道收起后折疊,待第三段后接管節(jié)頂入土體后,按照前述方法繼續(xù)施工。
本發(fā)明具有以下技術(shù)特點(diǎn):
1.本發(fā)明采用偏轉(zhuǎn)裝置對(duì)管節(jié)進(jìn)行精確偏轉(zhuǎn),相比于傳統(tǒng)曲線頂管施工而言,其對(duì)土體的擾動(dòng)性大大減小,且將需要加固的土體區(qū)域從整個(gè)管道路線圓弧外側(cè)縮減到個(gè)別偏轉(zhuǎn)區(qū)域,大大降低施工費(fèi)用,縮短施工工期。
2.偏轉(zhuǎn)裝置上既能進(jìn)行單方向的管節(jié)偏轉(zhuǎn),又能進(jìn)行水平和豎直兩方向的組合偏轉(zhuǎn),同時(shí)支持管道線形的多處變化,其完全能夠滿足曲線頂管的施工要求。
3.采用具有移動(dòng)功能的偏轉(zhuǎn)裝置,相比于預(yù)調(diào)式曲線頂管施工而言,其只需要在管道線形變化處設(shè)置偏轉(zhuǎn)裝置,有效避免了配備大量機(jī)械糾偏設(shè)備所帶來(lái)的施工費(fèi)用劇增的問(wèn)題。
4.整套偏轉(zhuǎn)裝置由多個(gè)小型零部件構(gòu)成,且組裝和拆卸流程簡(jiǎn)單,滿足管節(jié)內(nèi)狹小空間的使用要求。
5.偏轉(zhuǎn)裝置利用齒形橡膠層將軸向千斤頂向后的頂推力轉(zhuǎn)變?yōu)檠毓芄?jié)的軸向力,同時(shí)利用懸臂擋板將向前的頂推力轉(zhuǎn)變?yōu)楣芷钠D(zhuǎn)力,在實(shí)現(xiàn)前節(jié)管節(jié)偏轉(zhuǎn)的同時(shí),有效避免了對(duì)后節(jié)管節(jié)的影響。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明裝置的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為臺(tái)車(chē)架的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3為臺(tái)車(chē)行走架的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4為移動(dòng)臺(tái)車(chē)組裝后的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖5為折疊式軌道的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖6為折疊式軌道折疊后的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖7為側(cè)墻頂推裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖8為臺(tái)車(chē)千斤頂和側(cè)墻頂推裝置配合的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖9為頂推裝置與后接管節(jié)襯砌密貼狀態(tài)示意圖;
圖10為頂推裝置與后接管節(jié)襯砌分離狀態(tài)示意圖;
圖11為懸臂擋板的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖12為懸臂擋板在偏轉(zhuǎn)管節(jié)中的布設(shè)位置示意圖;
圖13為懸臂擋板與拱部頂推裝置連接圖;
圖14為管節(jié)鎖固裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖15為管節(jié)鎖固裝置前半部分結(jié)構(gòu)圖;
圖16為管節(jié)鎖固裝置后半部分結(jié)構(gòu)圖;
圖17為偏轉(zhuǎn)管節(jié)和后接管節(jié)鎖固后的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖18為曲線頂管施工示意圖;
圖19為軸向千斤頂編號(hào)示意圖;
圖20為管節(jié)偏轉(zhuǎn)細(xì)節(jié)圖;
圖中標(biāo)號(hào)代表:1—偏轉(zhuǎn)管節(jié),2—后接管節(jié),3—拱部頂推裝,4—側(cè)墻頂推裝置,5—千斤頂套筒,6—軸向千斤頂,7—移動(dòng)臺(tái)車(chē),8—臺(tái)車(chē)架,9—臺(tái)車(chē)行走架,10—臺(tái)車(chē)滾輪,11—臺(tái)車(chē)千斤頂,12—折疊式軌道,13—懸臂擋板,14—錯(cuò)縫,15—楔形墊塊,16—管節(jié)鎖固裝置;
4.1—齒形橡膠層,4.2—鋼管片,4.3—連接基座,4.4—千斤頂連接孔,8.1—矩形框架,8.2—框架連接塊,9.1—臺(tái)車(chē)立柱,9.2—框架連接槽,12.1—軌道槽,12.2—軌道底板,12.3—軌道轉(zhuǎn)軸,12.4—軌道連接塊,12.5—軌道連接槽,13.1—三角形擋板,13.2—推頂槽,13.3—防滑橡膠層,13.4—錨固螺栓孔,13.5—固定板,16.1—第二錨固端板,16.2—端板螺栓孔,16.3—矩形連接桿,16.4—矩形套管,16.5—螺栓墊板,16.6—旋轉(zhuǎn)螺栓桿,16.7—第一錨固端板。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明公開(kāi)了一種圓形管節(jié)曲線頂進(jìn)偏轉(zhuǎn)裝置,包括懸臂擋板13、移動(dòng)臺(tái)車(chē)7、折疊式軌道12和頂推裝置;所述的折疊式軌道12設(shè)置在后接管節(jié)2底部,移動(dòng)臺(tái)車(chē)7活動(dòng)式裝配在折疊式軌道12上,懸臂擋板13固定分布在偏轉(zhuǎn)管節(jié)1內(nèi)壁的圓周上;所述的頂推裝置包括設(shè)置在后接管節(jié)2側(cè)壁上的側(cè)墻頂推裝置4以及設(shè)置在后接管節(jié)2頂部的拱部推頂裝置3,所述的移動(dòng)臺(tái)車(chē)7上分布有臺(tái)車(chē)千斤頂11和軸向千斤頂6,其中,臺(tái)車(chē)千斤頂11的布設(shè)方向?yàn)楹蠼庸芄?jié)2的徑向并支撐在所述的側(cè)墻頂推裝置4和拱部推頂裝置3上;軸向千斤頂6的布設(shè)方向?yàn)楹蠼庸芄?jié)2的軸向并支撐在所述的懸臂擋板13上;這里的偏轉(zhuǎn)管節(jié)1是指在曲線頂進(jìn)施工中需要相對(duì)于后面的管節(jié)進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的管節(jié),后接管節(jié)2是連接在偏轉(zhuǎn)管節(jié)1之后的下一個(gè)管節(jié)。
具體地,懸臂擋板13包括直角的三角形擋板13.1,三角形擋板13.1的直角處設(shè)置有與三角形擋板13.1的兩條直角邊均垂直的固定板13.5,固定板13.5上開(kāi)設(shè)有錨固螺栓孔13.4;所述的兩條直角邊中,其中一條直角邊以及與之相連的固定板13.5表面上設(shè)置有弧面,弧面上設(shè)置有防滑橡膠層13.3;在另一條直角邊上開(kāi)設(shè)有與所述的軸向千斤頂6配合的推頂槽13.2。本實(shí)施例中,懸臂擋板13共設(shè)5套,通過(guò)錨固螺栓將5套懸臂擋板13錨固在距偏轉(zhuǎn)管節(jié)1尾部0.05倍偏轉(zhuǎn)管節(jié)1長(zhǎng)度的同一橫斷面上,其具體錨固位置分別是圓弧斷面頂部、圓弧斷面左右端部以及水平線向下45度角的左右圓弧位置。頂推槽位于三角形擋板13.1前端下部,作為軸向千斤頂6頂桿與懸臂擋板13的接觸設(shè)備;三角形擋板13.1選用鋼材,擋板高度設(shè)置為1倍偏轉(zhuǎn)管節(jié)1襯砌厚度,寬度為0.75倍的偏轉(zhuǎn)管節(jié)1襯砌厚度,其三角形傾角設(shè)置為60度,通過(guò)懸臂擋板13對(duì)軸向千斤頂6頂推力的傳遞,促使偏轉(zhuǎn)管節(jié)1實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn);防滑橡膠層13.3設(shè)置在三角形擋板13.1頂部,作為三角形擋板13.1與管節(jié)襯砌的緩沖墊層。
移動(dòng)臺(tái)車(chē)7包括臺(tái)車(chē)架8和安裝在臺(tái)車(chē)架8底部的臺(tái)車(chē)行走架9,其中臺(tái)車(chē)架8包括矩形框架8.1,臺(tái)車(chē)架8的底部分布有框架連接塊8.2;所述的臺(tái)車(chē)行走架9包括臺(tái)車(chē)立柱9.1,臺(tái)車(chē)立柱9.1的上端部開(kāi)設(shè)有與所述的框架連接塊8.2配合的框架連接槽9.2,臺(tái)車(chē)立柱9.1的下端部安裝有臺(tái)車(chē)滾輪10;所述的臺(tái)車(chē)千斤頂11分布在臺(tái)車(chē)架8的頂面以及臺(tái)車(chē)立柱9.1的側(cè)面上。在本實(shí)施例中,臺(tái)車(chē)上的矩形框架8.1的長(zhǎng)度為后接管節(jié)2長(zhǎng)度的0.7倍,寬度為后接管節(jié)2直徑的0.5倍;臺(tái)車(chē)立柱9.1的高度為后接管節(jié)2直徑的0.7倍。移動(dòng)臺(tái)車(chē)7設(shè)置在管節(jié)內(nèi)部的折疊式軌道12上,通過(guò)臺(tái)車(chē)滾輪10實(shí)現(xiàn)在管節(jié)內(nèi)的縱向移動(dòng)。
折疊式軌道12由鋼材制成,安裝在管節(jié)底部的弧底處;包括圓弧形的軌道底板12.2,軌道底板12.2是由兩塊大小相同的弧形板通過(guò)軌道轉(zhuǎn)軸12.3連接構(gòu)成;所述的軌道底板12.2的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有軌道槽12.1,軌道槽12.1的尺寸與臺(tái)車(chē)滾輪10相匹配;在軌道底板12.2的一端設(shè)置有軌道連接塊12.4,軌道底板12.2的另一端設(shè)置有軌道連接槽12.5,軌道連接塊12.4和軌道連接槽12.5用于多個(gè)折疊式軌道12之間的拼裝連接。所述軌道底板12.2圓弧曲率與管節(jié)內(nèi)輪廓圓弧曲率相同,其弧長(zhǎng)對(duì)應(yīng)60度圓心角,軌道底板12.2的厚度設(shè)置應(yīng)考慮荷載作用下軌道的穩(wěn)定性,建議采用0.04倍的管片厚度,且不得小于1cm;單節(jié)折疊式軌道12的長(zhǎng)度與后接管節(jié)2的長(zhǎng)度一致;軌道前端設(shè)置軌道連接塊12.4,后端設(shè)置軌道連接槽12.5,通過(guò)兩者的精確搭建,實(shí)現(xiàn)折疊式軌道12的縱向鋪設(shè);軌道中部設(shè)置軌道轉(zhuǎn)軸12.3,兩側(cè)軌道可繞轉(zhuǎn)軸折疊,方便軌道在管節(jié)內(nèi)部的搬運(yùn)。
本方案中,拱部推頂裝置3和側(cè)墻頂推裝置4的基本結(jié)構(gòu)相同,均包括弧形的鋼管片4.2,鋼管片4.2的外側(cè)設(shè)置有齒形橡膠層4.1,鋼管片4.2的內(nèi)側(cè)間隔設(shè)置有一對(duì)連接基座4.3和一對(duì)千斤頂套筒5,所述的軸向千斤頂6安裝在千斤頂套筒5中,所述的連接基座4.3上開(kāi)設(shè)有千斤頂連接孔4.4。所述鋼管片4.2曲率半徑與管節(jié)內(nèi)輪廓曲率半徑相同,鋼管片4.2長(zhǎng)度為0.8倍的管節(jié)長(zhǎng)度,其厚度的取值既要保證頂推裝置的強(qiáng)度要求,也要考慮頂推裝置安裝時(shí)的組裝重量限制,建議取0.05倍管節(jié)厚度,但不得小于1.5cm。
具體地,拱部推頂裝置3的鋼管片4.2弧長(zhǎng)對(duì)應(yīng)50度的圓心角,在鋼管片4.2內(nèi)側(cè)中間位置固結(jié)一個(gè)千斤頂套筒5,并在千斤頂套筒5兩側(cè)分別固結(jié)一個(gè)連接基座4.3;所述側(cè)墻頂推裝置4的鋼管片4.2弧長(zhǎng)對(duì)應(yīng)75度圓心角,在鋼管片4.2對(duì)應(yīng)管節(jié)圓心角30度和75度位置處各固結(jié)一個(gè)千斤頂套筒5,并在鋼管片4.2上部和中部偏下位置分別固結(jié)一個(gè)連接基座4.3;所述齒形橡膠層4.1設(shè)置于鋼管片4.2外部,其表面呈鋸齒狀,以增大與管節(jié)襯砌的摩擦系數(shù)。
所述千斤頂連接孔4.4位于連接基座4.3的兩端,作為頂推裝置與臺(tái)車(chē)千斤頂11的連接裝置;拱部推頂裝置3通過(guò)臺(tái)車(chē)架8中的四個(gè)臺(tái)車(chē)千斤頂11與移動(dòng)臺(tái)車(chē)7相連,側(cè)墻頂推裝置4通過(guò)臺(tái)車(chē)行走架9上的臺(tái)車(chē)千斤頂11與移動(dòng)臺(tái)車(chē)7相連;通過(guò)移動(dòng)臺(tái)車(chē)7上的12個(gè)臺(tái)車(chē)千斤頂11的協(xié)同伸縮,實(shí)現(xiàn)頂推裝置與管節(jié)襯砌的密貼和分離兩種狀態(tài),在密貼狀態(tài)時(shí),臺(tái)車(chē)千斤頂11應(yīng)提供足夠的壓力(其數(shù)值大小與管節(jié)周邊土體力學(xué)參數(shù)有關(guān)),保證齒形橡膠層4.1與管節(jié)之間所能提供的摩擦力限制大于軸向千斤頂6工作時(shí)所產(chǎn)生的頂推力,確保頂推裝置不發(fā)生后移現(xiàn)象。
所述軸向千斤頂6的頂桿從軸向千斤頂6套筒5前端伸出5cm,其最大伸出量可達(dá)0.5倍管節(jié)長(zhǎng)度,其頂桿中心線到管節(jié)內(nèi)壁的最小距離為0.5倍管節(jié)襯砌厚度;在軸向千斤頂6工作時(shí),軸向千斤頂6頂桿能與懸臂擋板13的頂推槽對(duì)接,保證兩者能夠協(xié)同工作;通過(guò)拱部推頂裝置3上軸向千斤頂6的頂推作用,實(shí)現(xiàn)管節(jié)向上的偏轉(zhuǎn);通過(guò)側(cè)墻頂推裝置4上部的軸向千斤頂6的頂推作用,實(shí)現(xiàn)管節(jié)左右向的偏轉(zhuǎn);通過(guò)左右側(cè)墻頂推裝置4下部的兩個(gè)軸向千斤頂6的協(xié)同頂推作用,實(shí)現(xiàn)管節(jié)向下的偏轉(zhuǎn)。所述楔形墊塊15為硬木材質(zhì),在管節(jié)偏轉(zhuǎn)到位后,在管節(jié)錯(cuò)縫14處塞入楔形墊塊15,保證后續(xù)頂推施工中管節(jié)間軸向頂推力的有效傳遞。
圓形管節(jié)曲線頂進(jìn)偏轉(zhuǎn)裝置還包括管節(jié)鎖固裝置16,管節(jié)鎖固裝置16包括矩形套管16.4,矩形套管16.4的一端設(shè)置有第一錨固端板16.7,在矩形套管16.4中活動(dòng)式裝配有矩形連接桿16.3,矩形連接桿16.3的端部設(shè)置有第二錨固端板16.1,第一錨固端板16.7、第二錨固端板16.1上均開(kāi)設(shè)有端板螺栓孔16.2,其中第一錨固端板16.7固定在后接管節(jié)2上,第二錨固板固定在偏轉(zhuǎn)管節(jié)1上;所述的矩形套管16.4側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有螺栓孔,螺栓孔上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)螺栓桿16.6,旋轉(zhuǎn)螺栓桿16.6上套裝有螺栓墊板16.5。通過(guò)錨固螺栓將第二錨固端板16.1錨固在距偏轉(zhuǎn)管節(jié)1尾部距端頭0.15倍的橫斷面上圓心角為47.5度、132.5度、232.5度及307.5度的四個(gè)位置上,以避開(kāi)其與懸臂擋板13在空間上的沖突;管節(jié)鎖固裝置16最小長(zhǎng)度為0.3倍管節(jié)長(zhǎng)度,并可通過(guò)矩形連接桿16.3和矩形套管16.4的相互滑移,實(shí)現(xiàn)管節(jié)鎖固裝置16長(zhǎng)度的增長(zhǎng),以應(yīng)對(duì)管節(jié)偏轉(zhuǎn)時(shí)前后管節(jié)錨固位置距離的變化情況;通過(guò)調(diào)節(jié)螺栓墊板16.5上的旋轉(zhuǎn)螺栓桿16.6,實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)螺栓桿16.6與矩形連接桿16.3的碰撞與分離,進(jìn)而控制矩形連接桿16.3的滑移狀態(tài)。
本發(fā)明還提供了一種圓形管節(jié)曲線頂進(jìn)偏轉(zhuǎn)裝置的施工方法,包括以下步驟:
步驟一,曲線頂管施工:在偏轉(zhuǎn)管節(jié)后端的第二段后接管節(jié)頂入土體中后,將偏轉(zhuǎn)裝置的零部件依次搬運(yùn)至第二段后接管節(jié)處,在偏轉(zhuǎn)管節(jié)的尾部錨固懸臂擋板,在偏轉(zhuǎn)管節(jié)后端第一段、第二段后接管節(jié)內(nèi)安裝折疊式軌道,在軌道上進(jìn)行移動(dòng)臺(tái)車(chē)的組裝,將拱部頂推裝置和側(cè)墻頂推裝置連接到移動(dòng)臺(tái)車(chē)上,之后將移動(dòng)臺(tái)車(chē)移動(dòng)到第一段后接管節(jié)端部,并使頂推裝置尾部與管節(jié)尾部對(duì)齊,控制移動(dòng)臺(tái)車(chē)上的臺(tái)車(chē)千斤頂頂緊在拱部頂推裝置和側(cè)墻頂推裝置的千斤頂連接孔中,使頂推裝置與管節(jié)襯砌呈密貼狀態(tài),其后繼續(xù)頂進(jìn)施工;
步驟二,待施工至偏轉(zhuǎn)管節(jié)前端到達(dá)管道線形變化處,放緩頂進(jìn)施工速度,按照預(yù)定的方案(請(qǐng)參見(jiàn)下文的“基于圓形管節(jié)曲線頂進(jìn)偏轉(zhuǎn)裝置的曲線頂管施工方案”)偏轉(zhuǎn)施工方案啟動(dòng)軸向千斤頂,使之頂在偏轉(zhuǎn)管節(jié)的懸臂擋板上的頂推槽中,繼而使偏轉(zhuǎn)管節(jié)在被頂進(jìn)的過(guò)程中緩慢偏轉(zhuǎn)就位;考慮到該偏轉(zhuǎn)區(qū)域處土體受力復(fù)雜,可根據(jù)實(shí)際工程情況,在該步驟執(zhí)行前對(duì)該區(qū)段土體進(jìn)行小范圍加固處理;
步驟三,待偏轉(zhuǎn)管節(jié)末端通過(guò)管道線形變化處,暫停頂進(jìn)施工,在偏轉(zhuǎn)管節(jié)和第一段后接管節(jié)接頭錯(cuò)縫處填塞楔形墊塊,安裝管節(jié)鎖固裝置,并調(diào)節(jié)管節(jié)鎖固裝置的長(zhǎng)度到合適位置,然后對(duì)兩段管節(jié)進(jìn)行鎖固;
步驟四,釋放所述的軸向千斤頂壓力,然后釋放臺(tái)車(chē)千斤頂壓力,使拱部頂推裝置和側(cè)墻頂推裝置與后接管節(jié)的襯砌分離,并將移動(dòng)臺(tái)車(chē)移動(dòng)到第二段后接管節(jié)中;
步驟五,控制移動(dòng)臺(tái)車(chē)上的臺(tái)車(chē)千斤頂推頂,使拱部頂推裝置和側(cè)墻頂推裝置與第二段后接管節(jié)的襯砌呈密貼狀態(tài);與此同時(shí),將偏轉(zhuǎn)管節(jié)上的懸臂擋板卸下,安裝在第一段后接管節(jié)的尾部;
步驟六,將第一段后接管節(jié)上的折疊式軌道收起后折疊,待第三段后接管節(jié)頂入土體后,按照前述步驟繼續(xù)施工。頂管施工完成后,拆除偏轉(zhuǎn)裝置,并將相關(guān)零部件搬運(yùn)出管節(jié)。
上述施工步驟只考慮了在一處設(shè)置偏轉(zhuǎn)裝置的施工方法,若在頂管線路上存在兩處及以上的路線線形變化情況,則需要對(duì)應(yīng)的設(shè)置相同數(shù)量的偏轉(zhuǎn)裝置,此時(shí)的頂管施工需在上述施工步驟的基礎(chǔ)上增加如下施工操作:
增加步驟一:曲線頂管施工,待第二段后接管節(jié)尾部通過(guò)第一處管道線形變化處,暫停頂管施工,將第二套偏轉(zhuǎn)裝置的零部件依次搬運(yùn)至第二段后接管節(jié)處,進(jìn)而在偏轉(zhuǎn)管節(jié)尾部預(yù)定位置錨固懸臂擋板,在第一、二段偏轉(zhuǎn)管節(jié)內(nèi)安裝折疊式軌道,在軌道上進(jìn)行移動(dòng)臺(tái)車(chē)的組裝,并將拱部頂推裝置和側(cè)墻頂推裝置連接到移動(dòng)臺(tái)車(chē)上,連接完成后,將其移動(dòng)到第一段后接管節(jié)處,并使頂推裝置尾部與管節(jié)尾部對(duì)齊,控制移動(dòng)臺(tái)車(chē)上的臺(tái)車(chē)千斤頂按預(yù)定壓力頂推,使頂推裝置與管節(jié)襯砌呈密貼狀態(tài),其后繼續(xù)進(jìn)行頂進(jìn)施工;
增加步驟二:待施工至偏轉(zhuǎn)管節(jié)前端到達(dá)第二次管道線形變化處,暫停頂進(jìn)施工,并卸下偏轉(zhuǎn)管節(jié)和第一段后接管節(jié)處的管節(jié)鎖固裝置和楔形墊塊。其后按步驟二至步驟七的施工操作流程進(jìn)行管節(jié)的曲線頂進(jìn)施工。頂管施工完成后,拆除偏轉(zhuǎn)設(shè)備,并將相關(guān)零部件搬運(yùn)出管節(jié)。
基于圓形管節(jié)曲線頂進(jìn)偏轉(zhuǎn)裝置的曲線頂管施工方案
曲線頂管的曲線線路往往是單一平曲線、單一豎曲線以及平曲線與豎曲線復(fù)合的復(fù)合曲線三種形式。本發(fā)明所提供的偏轉(zhuǎn)裝置共設(shè)置五個(gè)軸向千斤頂,編號(hào)為1-5號(hào),如圖19所示。通過(guò)1號(hào)軸向千斤頂?shù)捻斖?,促使管?jié)向上偏轉(zhuǎn),具體如圖2所示。同樣,通過(guò)2號(hào)或3號(hào)軸向千斤頂?shù)捻斖谱饔茫瑢?shí)現(xiàn)管節(jié)向左或向右的偏轉(zhuǎn);通過(guò)4號(hào)和5號(hào)的協(xié)同頂推作用,實(shí)現(xiàn)管節(jié)向下的偏轉(zhuǎn)。在單曲線情況下,僅需調(diào)動(dòng)相應(yīng)的軸向千斤頂進(jìn)行工作,若為復(fù)合曲線情況,則需要水平向和豎向的兩組軸向千斤頂共同工作,具體關(guān)系見(jiàn)表1。
表1管節(jié)偏轉(zhuǎn)方向與軸向千斤頂工作關(guān)系
如圖20所示,軸向千斤頂?shù)木唧w伸長(zhǎng)量與管節(jié)所需偏轉(zhuǎn)角度及偏轉(zhuǎn)裝置的設(shè)置位置有關(guān),而管節(jié)所需偏轉(zhuǎn)角度又與管道路線彎曲半徑r、管節(jié)長(zhǎng)度l、管節(jié)公稱管徑d有關(guān),其具體關(guān)系如下:
1、2、3號(hào)軸向千斤頂伸長(zhǎng)量:
δl=α×(t+x1+x2)+x3-l1+b
4、5號(hào)軸向千斤頂伸長(zhǎng)量:
式中:δl—軸向千斤頂伸長(zhǎng)量;
α—管節(jié)偏轉(zhuǎn)角度;
l—管節(jié)長(zhǎng)度;
r—管道路線彎曲半徑(以管節(jié)中軸線為準(zhǔn));
d—管節(jié)外徑;
t—管節(jié)襯砌厚度;
x1—軸向千斤頂軸心到管節(jié)內(nèi)壁的最小距離;
x2—懸臂擋板錨固位置到管節(jié)末端的長(zhǎng)度;
x3—頂推裝置前端到管節(jié)端頭的長(zhǎng)度;
l1—軸向千斤頂頂桿自然伸長(zhǎng)量;
b—管節(jié)接口木墊片壓縮后的最小寬度。
假設(shè)管節(jié)厚度t為管徑d的0.15倍,本發(fā)明的偏轉(zhuǎn)裝置設(shè)置x1=0.5t,x2=0.05l,x3=0.2l,l1=0.05m,b=0.015m,表2和表3給出了幾種常見(jiàn)曲線施工情況下的軸向千斤頂伸長(zhǎng)量參考值。
表22號(hào)和3號(hào)軸向千斤頂伸長(zhǎng)量參考值單位:cm
表34號(hào)和5號(hào)軸向千斤頂伸長(zhǎng)量參考值單位:cm