顶管隧道管节的安装方法与流程

本发明涉及顶管隧道技术领域，尤其是涉及一种顶管隧道管节的安装方法。

背景技术：

现有的常用顶管隧道管节一般为承口管，采用柔性接头。管节的前后端面均为平面，前端为插口端，后端为承口端，承口端外侧预设承口钢环。施工时后一段管节的插口端插入前一段管节的承口钢环内并与承口端面贴紧，再在新插入的管节尾部施加顶进力顶推隧道管节在土层中前进。承口钢环起到径向限位作用,当顶进力不均衡，或者地层不均匀时，管节接头之间易产生错台问题，接头张开量不可控制。顶管隧道施工时，完全依靠顶管机头缓慢偏转、不对称切削端部土体及采用多段铰接机头来实现曲线隧道的转弯及隧道轴线施工误差的调整。完全依靠尾部的顶力配合顶管机头偏转来实现软弱土层中机头下沉后的纠偏。当在软弱地层中施工或采用铰接顶管机头进行顶管施工时，接头承口钢环在纵向管节之间无法形成有效的刚性连接，工具管在挖掘过程中容易下沉，导致后续管节连续下沉，使得隧道施工轴线偏离设计轴线，并在运营阶段下沉处易积水，且纠偏困难，施工效率低，效果差。此外，隧道管节之间仅限制了轴向方向的自由度，径向、环向自由度均无限制,因而管节接头之间无可靠的防旋转装置，施工过程中易造成管节和机头旋转，且无有效的矫正措施。承口钢环在隧道施工完成后兼抗震措施，完工的顶管隧道管节接头处无可靠的、永久性的轴向连接装置，隧道整体抗震性能差。

技术实现要素：

基于此，本发明提供一种顶管隧道管节的安装方法，在于克服现有技术的缺陷，实现管节之间的刚性连接，结构连接稳固和强度高，施工效率和精度高且抗震性能好。

本发明的目的是这样实现的：

一种顶管隧道管节的安装方法，包括如下步骤：

S100：在顶进施工区域吊装第一管节；其中，所述第一管节包括承口端、及沿所述承口端向内凹设的至少一个承端装配孔；

S200：提供至少一组调节连接组件，将所述调节连接组件与所述承端装配孔装配连接；

S300：在顶进施工区域吊装第二管节；其中，所述第二管节包括插口端、及沿所述插口端向内凹设的至少一个插端装配孔；

S400：调整所述承端装配孔的位置至与所述插端装配孔对齐，并使所述承口端与所述插口端配合拼接；

S500：使所述调节连接组件同时与所述插端装配孔装配连接，并锁紧固定所述第一管节和所述第二管节。

下面对技术方案作进一步的说明：

进一步地，在步骤S100中还包括步骤提供一承端构件，所述承端构件具有与所述承口端形状匹配的承端型腔，使所述承端构件通过所述承端型腔与所述承口端配合卡接。

进一步地，在步骤S200中所述调节连接组件包括第一锁紧连接件和连接杆件，所述承端装配孔包括相互连通的第一容纳槽和第一装配孔，将所述连接杆件贯穿设置于所述第一装配孔、并与嵌装于所述第一容纳槽内的所述第一锁紧连接件螺纹连接，且所述第一容纳槽的槽宽大于所述第一锁紧连接件的长度。

进一步地，在步骤S200中还包括步骤提供一第一套筒，将所述第一套筒嵌装于所述第一装配孔，所述连接杆件穿设于所述第一套筒内，且所述连接杆件的尺寸小于所述第一套筒的内腔尺寸。

进一步地，在步骤S300中还包括步骤提供一插端构件，所述插端构件具有与所述插口端形状匹配的插端型腔，使所述插端构件通过所述插端型腔与所述插口端配合卡接。

进一步地，在步骤S400中还包括步骤提供一承口钢环和环形密封件，所述插口端设有定位凸台，所述环形密封件套装于所述定位凸台，所述承口钢环压紧套装于所述承口端与所述插口端的拼合处。

进一步地，在步骤S500中所述调节连接组件还包括第二锁紧连接件，所述插端装配孔包括相互连通的第二容纳槽和第二装配孔，所述连接杆件贯穿设置于所述第二装配孔、并与嵌装于所述第二容纳槽内的所述第二锁紧连接件螺纹连接，且所述第二容纳槽的槽宽大于所述第二锁紧连接件的长度。

进一步地，在步骤S300中还包括步骤提供一第二套筒，将所述第二套筒嵌装于所述第二装配孔，所述连接杆件穿设于所述第二套筒内，且所述连接杆件的尺寸小于所述第二套筒的内腔尺寸。

进一步地，在步骤S400中还包括步骤提供一端部密封件，所述承口端设有第一凹槽，所述插口端设有与所述第一凹槽位置相对应的第二凹槽，将所述端部密封件抵压设置于所述第一凹槽和所述第二凹槽间。

进一步地，在步骤S400中还包括步骤提供一承压防护件，将所述承压防护件设置于所述承口端和所述插口端之间。

本发明的有益效果在于：

上述顶管隧道管节的安装方法通过在顶进施工区域吊装第一管节；其中，所述第一管节包括承口端、及沿所述承口端向内凹设的至少一个承端装配孔；提供至少一组调节连接组件，将所述调节连接组件与所述承端装配孔装配连接；在顶进施工区域吊装第二管节；其中，所述第二管节包括插口端、及沿所述插口端向内凹设的至少一个插端装配孔；调整所述承端装配孔的位置至与所述插端装配孔对齐，并使所述承口端与所述插口端配合拼接；使所述调节连接组件同时与所述插端装配孔装配连接，并锁紧固定所述第一管节和所述第二管节，如此可以实现所述第一管节和所述第二管节的刚性连接，结构强度高、连接稳固，从而提高安装施工的效率和精度，同时安装后的顶管管节抗震性能好。

附图说明

图1为本发明实施例所述的顶管隧道管节的安装方法的工艺流程图；

图2为本发明实施例所述的顶管隧道管节的结构示意图。

附图标记说明：

100、第一管节，120、承口端，121、承端装配孔，122、第一容纳槽，123、第一装配孔，125、第一凹槽，140、承端构件，200、第二管节，220、插口端，221、插端装配孔，222、第二容纳槽，223、第二装配孔，225、第二凹槽，240、插端构件，300、调节连接组件，320、连接杆件，340、第一锁紧连接件，360、第二锁紧连接件，400、第一调节间隙，500、第二调节间隙，600、第一套筒，700、第二套筒，800、端部密封件，900、承压防护件。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明：

如图1，图2所示，一种顶管隧道管节的安装方法，包括如下步骤：

S100：在顶进施工区域吊装第一管节100；其中，所述第一管节100包括承口端120、及沿所述承口端120向内凹设的至少一个承端装配孔121；

S200：提供至少一组调节连接组件300，将所述调节连接组件300与所述承端装配孔121装配连接；

S300：在顶进施工区域吊装第二管节200；其中，所述第二管节200包括插口端220、及沿所述插口端220向内凹设的至少一个插端装配孔221；

S400：调整所述承端装配孔121的位置至与所述插端装配孔221对齐，并使所述承口端120与所述插口端220配合拼接；

S500：使所述调节连接组件300同时与所述插端装配孔221装配连接，并锁紧固定所述第一管节100和所述第二管节200。

上述顶管隧道管节的安装方法通过在顶进施工区域吊装第一管节100；其中，所述第一管节100包括承口端120、及沿所述承口端120向内凹设的至少一个承端装配孔121；提供至少一组调节连接组件300，将所述调节连接组件300与所述承端装配孔121装配连接；在顶进施工区域吊装第二管节200；其中，所述第二管节200包括插口端220、及沿所述插口端220向内凹设的至少一个插端装配孔221；调整所述承端装配孔121的位置至与所述插端装配孔221对齐，并使所述承口端120与所述插口端220配合拼接；使所述调节连接组件300同时与所述插端装配孔221装配连接，并锁紧固定所述第一管节100和所述第二管节200，如此可以实现所述第一管节100和所述第二管节200的刚性连接，结构强度高、连接稳固，从而提高安装施工的效率和精度，同时安装后的顶管管节抗震性能好。

在本实施例中，所述第一管节100和所述第二管节200为完全相同的圆柱筒体结构，筒体的一端为所述承口端120，与所述承口端120相对的一端为所述插口端220，在一个优选的实施例中管节的数量为多个，即多个管节依次通过所述承口端120和所述插口端220的插接配合实现拼接。具体的，在步骤S400中还包括步骤提供一承口钢环和环形密封件，所述插口端220设有定位凸台，所述环形密封件套装于所述定位凸台，所述承口钢环压紧套装于所述承口端120与所述插口端220的拼合处。

为了提高装配的精密性和稳固性，所述承口端120和所述插口端220的端面均设计为弧面结构，优选所述承口端120为内凹弧面，所述插口端220为外凸弧面，内凹弧面和外凸弧面相互匹配。进一步，所述插口端220的外缘还设有台阶结构(定位凸台)，台阶结构上还套装有环形密封件，例如O型密封圈，当所述承口端120与所述插口端220相互拼接之后，在结合处的外侧再套装承口钢环，由此来提高相邻两个管节的装配稳固性，以避免在顶进过程中发生径向旋转、错台和脱离等问题，以保证上述管节装配结构能够正常工作。

此外，所述承端装配孔121和所述插端装配孔221为设置于管节上的装配形孔，其沿所述管节端面周向设置，为了保证管节之间的连接强度和刚度，其数量优选至少为3个，在具体施工中，可以根据管节直径大小、管节的装配要求来规定其具体数量，当安装腔室的数量为多个时，优选沿管节端面周向均匀布置，由此使得管节连接处的各个调节连接组件300的受力更加均匀，以提高连接的可靠性。

另外，在步骤S200中所述调节连接组件300包括第一锁紧连接件340和连接杆件320，所述承端装配孔121包括相互连通的第一容纳槽122和第一装配孔123，将所述连接杆件320贯穿设置于所述第一装配孔123、并与嵌装于所述第一容纳槽122内的所述第一锁紧连接件340螺纹连接，且所述第一容纳槽122的槽宽大于所述第一锁紧连接件340的长度。所述调节连接组件300还包括第二锁紧连接件360，所述插端装配孔221包括相互连通的第二容纳槽222和第二装配孔223，所述连接杆件320贯穿设置于所述第二装配孔223、并与嵌装于所述第二容纳槽222内的所述第二锁紧连接件360螺纹连接，且所述第二容纳槽222的槽宽大于所述第二锁紧连接件360的长度。所述第一装配孔123和所述第二装配孔223均为沿管节的端面设置，用于容纳安装所述连接杆件320，在本实施例中，所述连接杆件320为双头螺杆，所述第一容纳槽122和所述第二容纳槽222均为沿所述管节的内侧壁向内凹设的截面为U型的槽体，槽体用于容纳安装所述第一锁紧连接件340和所述第二锁紧连接件360。进一步的，槽体的槽口大小可以容纳施工人员的手以及常用工具伸入，确保装配时的操作便利性。

此外，所述第一锁紧连接件340与所述连接杆件320的一端螺纹连接，所述第二锁紧件与所述连接杆件320的另一端螺纹连接。通过螺杆与螺母的螺纹连接方式，不仅装拆方便，同时在应用于不同施工环境下还可以方便对上述管节装配结构进行适应性调节，提高工作和使用的可靠性。例如，当应用于顶进隧道施工时，拧紧螺杆两端的螺母，使螺母与两个容纳槽的靠近装配孔的侧壁紧贴，由此实现相邻两个管节的刚性连接，从而使螺杆和螺母组成径向限位装置，进而可以控制管节之间的错台量和张开量；当在软弱地层中施工时，通过拧紧螺杆和螺母，可以使机头与其连接的若干管节具有良好的整体刚性，保证顶进过程中管节的轴线平直，确保隧道可以整体穿越软弱地层，从而避免和纠正机头下沉的问题。此外，螺杆和螺母还能够组成防旋转装置，防止顶进机头与管节、管节与管节之间产生相互转动，造成管节的承接端面及环形密封件的过度磨损，影响管节的使用寿命。

此外，所述第一锁紧连接件340和所述第二锁紧连接件360为螺母，其中装配孔和容纳槽的设置位置，应当保证装配孔能够贯穿设置管节之后与容纳槽的其中一个侧壁贯穿连通。在本实施例中优选的，在步骤S200中还包括步骤提供一第一套筒600，将所述第一套筒600嵌装于所述第一装配孔123，所述连接杆件320穿设于所述第一套筒600内，且所述连接杆件320的尺寸小于所述第一套筒600的内腔尺寸。在步骤S300中还包括步骤提供一第二套筒700，将所述第二套筒700嵌装于所述第二装配孔223，所述连接杆件320穿设于所述第二套筒700内，且所述连接杆件320的尺寸小于所述第二套筒700的内腔尺寸。这样设置可以保证当上述管节装配结构用于曲线隧道施工时，允许管节之间形成一定大小的滑动余量，以适应隧道的曲线线型，从而使相邻两个管节之间具有少量的横向错动，防止双头螺杆与装配孔的硬对硬的挤压，造成管节压迫性破裂，影响其使用寿命。

在步骤S100中还包括步骤提供一承端构件140，所述承端构件140具有与所述承口端120形状匹配的承端型腔，使所述承端构件140通过所述承端型腔与所述承口端120配合卡接。在步骤S300中还包括步骤提供一插端构件240，所述插端构件240具有与所述插口端220形状匹配的插端型腔，使所述插端构件240通过所述插端型腔与所述插口端220配合卡接。其中，所述承端构件140和所述插端构件240均采用强度和刚度高的材料制作，例如钢、铁等，其通过特定模具一体注塑成型，因而其具有与所述承口端120或所述插口端220形状相匹配的型腔，通过型腔与管节端部扣合实现过盈连接的装配结构，所述承端构件140由所述承口端120的外壁延伸覆盖至第一容纳槽122处，所述插端构件240由所述插口端220的外壁延伸覆盖至第二容纳槽222处，由此确保受力结构处的连接可靠，从而大大提高管节连接处、螺杆与管节的衔接处的强度和刚度高，受力防破坏性能好，确保足够的连接可靠性和使用寿命。

请参照图2，所述第一锁紧连接件340与所述第一容纳槽122的槽壁间具有第一调节间隙400，所述第二锁紧连接件360与所述第二容纳槽222的槽壁间具有第二调节间隙500。在本实施例中，所述容纳槽的槽宽大于螺母的长度，进而使螺母套在螺杆上之后在槽内具有一定的滑动余量。当采用隧后井工法建设隧道时，在顶管隧道施工完成后，可以根据隧道轴线线型及关节接头情况来灵活调节各关节锁紧接头处的螺母和螺杆的配合情况，以使所述调节连接组件300成为顶管隧道永久性的周向限位装置(预应力拉紧装置)。之后在进行工作井、旁通道的施工时，需要去除与工作井连接处的管节，此时旋动螺母使其向后退，并逐渐与远离装配孔的侧壁抵接，由此在抵接的反作用力作用下可以使相邻两个管节分开，通过这样的操作工作效率更高，更加省时省力，且无需借助其他辅助设备协助工作，经济性良好。

此外，上述管节装配结构还包括嵌装于所述第一装配孔123内的第一套筒600，所述第一套筒600沿所述插口端220至所述第一锁紧连接件340的截面尺寸呈递减的趋势。还包括嵌装于所述第二装配孔223内的第二套筒700，所述第二套筒700沿所述承口端120至所述第二锁紧连接件360的截面尺寸呈递减的趋势。

在本实施例中，所述套筒采用强度和硬度高的材料制作，例如钢等，由此可以提高装配结构承载应力的性能，进而避免受到螺杆的压迫性损坏，确保管节的使用寿命长。所述第一装配孔123和所述第二装配孔223优选设置成锥形，即由所述承口端120或所述插口端220向所述容纳槽的方向呈逐渐递减的趋势，相应地，嵌装于装配孔内的套筒与其形状相匹配，即套筒的截面尺寸也呈逐渐递减的趋势，这样做的好处在于当进行顶管隧道的曲线段施工时，此时管节装配结构上位于隧道曲线内侧的连接处处于压紧状态，位于隧道曲线外侧的连接处处于拉伸状态，此时，对于压紧侧的螺母和螺杆相互锁紧，拉伸侧的螺母相对螺杆向后移动使得两个管节之间具有一定的张开量，因为装配孔孔径大于螺杆的直径，同时套筒的尺寸由两个管节的衔接处至容纳槽的方向呈逐渐递减的趋势，由此避免螺杆与装配孔之间产生硬对硬的挤压接触，造成孔壁的压迫破裂或螺杆的压弯，以保证曲线段施工的正常进行及管节装配结构的使用寿命。

此外，现有曲线顶管隧道的转弯段施工时，完全依赖于顶管机头的偏转，由此使得顶管隧道的转弯半径过大，导致曲率半径难以控制。而采用上述螺母螺杆连接结构，可以通过收紧隧道曲线内侧的相邻管节间的螺杆，而防松隧道曲线外侧的相邻管节键的螺杆来根据不同转弯半径需要灵活控制管节间的张开量，同时均匀化曲线处的管节间的接头应力，从而实现曲线顶管隧道的轴线曲率半径主动控制，从而更好的引导管节偏转，控制各个管节的偏转角，减小施工误差，同时还可以纠正过度偏转。

进一步的，在步骤S400中还包括步骤提供一端部密封件800，所述承口端120设有第一凹槽125，所述插口端220设有与所述第一凹槽125位置相对应的第二凹槽225，将所述端部密封件800抵压设置于所述第一凹槽125和所述第二凹槽225间。在本实施例中，所述端部密封件800为橡胶止水带，其沿相邻两个管节的连接处的周向延伸设置，优选将其布置于两个管节的衔接处，作为轴向止水装置，密封性能更好，止水可靠性更高；同时在进行弧线段施工时，管节连接处呈现曲线内侧压缩、曲线外侧张开的状态，上述橡胶止水带也可以可靠的起到密封作用，同时不会受到挤压破坏，因而上述端部密封件800的设置结构可以非常好的适应各种不同施工条件，工作的可靠性高。

此外，在步骤S400中还包括步骤提供一承压防护件900，将所述承压防护件900设置于所述承口端120和所述插口端220之间。所述承压防护件900在本实施例中优选为木衬垫，将其挤压设置于相邻两个管节的连接缝隙间，可以起到很好的防挤压过度的作用，避免端部受力过大，造成挤压损伤。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。