螺旋出土顶管纠偏管头的制作方法

本实用新型涉及地下空间施工设备技术领域，特别是涉及一种螺旋出土顶管纠偏管头。

背景技术：

在地下空间建设中，中小口径的顶管管幕施工是常用的超前支护方式之一。但是在钢管顶进过程中，由于钢管及钻杆的自身重力与围岩地质具有明显的非均一性，钻杆的顶进角度很难稳定的控制，在顶进的过程中发生偏移。

目前使用较为普遍的是采用楔形板进行顶进角度的纠偏，但该方法纠偏时无法实现钢管顶进与排渣出土同步进行，使得钢管的顶进压力较大，而且随着顶进深度的增加，土体与钢管外壁的摩阻力不断加大，施工设备所承受的顶进压力不断增加，不仅加大了施工设备和机具的损耗，存在较大的安全风险，而且大大降低了顶进角度纠偏的精度，限制了其在长距离管幕顶进施工中的使用。

技术实现要素：

本实用新型提供一种适用于长距离管幕顶管施工，钢管顶进精度高，顶进阻力小，钢管纠偏顶进和排渣出土同步进行的螺旋出土顶管纠偏管头。

解决的技术问题是：现有楔形板纠偏方式，无法实现钢管纠偏顶进与排渣出土同步进行，钢管的顶进压力较大，大大增加了施工设备所承受的顶进压力，不仅加大了施工设备和机具的损耗，而且大大降低了钢管顶进精度，限制了其在长距离钻进施工中的使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型螺旋出土顶管纠偏管头，包括套设在钻头外侧、可相对钻头前后伸缩运动的钢管；所述钢管的前端管口为斜形管口，斜形管口向前伸出的尖部的前段沿顶进方向、倾斜朝向钢管的中心轴线方向弯折，形成持续纠偏构件，持续纠偏构件的下方设置有选择纠偏构件，选择纠偏构件沿顶进方向、向远离钢管的中心轴线方向倾斜设置，选择纠偏构件与钢管中心轴线之间的夹角大于持续纠偏构件与钢管中心轴线之间的夹角；钢管侧壁上还设置有吃土槽口。

本实用新型螺旋出土顶管纠偏管头，进一步的，所述持续纠偏构件与钢管中心轴线之间的夹角为1-5°；持续纠偏构件的上表面与土体直接接触。

本实用新型螺旋出土顶管纠偏管头，进一步的，所述选择纠偏构件为平面钢板或弧面钢板，选择纠偏构件的上表面与持续纠偏构件的前端端面相接触并固定。

本实用新型螺旋出土顶管纠偏管头，进一步的，所述选择纠偏构件的前端边沿倾斜向上延伸，超过持续纠偏构件前端的距离不大于钢管内径的1/8。

本实用新型螺旋出土顶管纠偏管头，进一步的，所述选择纠偏构件与钢管中心轴线之间的夹角为8-20。

本实用新型螺旋出土顶管纠偏管头，进一步的，所述选择纠偏构件下表面的面积为钢管纵截面面积的1/5-3/5。

本实用新型螺旋出土顶管纠偏管头，进一步的，所述吃土槽口包括位于斜形管口两侧相对管壁上的侧壁吃土槽口，所述侧壁吃土槽口为方形通孔，与持续纠偏构件前端的最小距离为钢管外径的1.5-2倍。

本实用新型螺旋出土顶管纠偏管头，进一步的，所述吃土槽口还包括位于斜形管口尾端底部管壁上的底部吃土槽口，所述底部吃土槽口为方形通孔，与斜形管口尾端端面的最小距离为钢管外径的1/5-1/3。

本实用新型螺旋出土顶管纠偏管头，进一步的，所述侧壁吃土槽口或底部吃土槽口的长度为钢管外径的1/5-1/4，宽度为钢管外径的1/5-1/4。

本实用新型螺旋出土顶管纠偏管头，进一步的，所述钢管外壁上设置有减阻钢箍，所述减阻钢箍与侧壁吃土槽口或底部吃土槽口相邻、且位于侧壁吃土槽口或底部吃土槽口远离斜形管口一侧，减阻钢箍为弧面钢板，内侧面与钢管外侧面贴合并焊接固定。

本实用新型螺旋出土顶管纠偏管头与现有技术相比，具有如下有益效果：

本实用新型螺旋出土顶管纠偏管头套设在钻头外侧，通过改变钻头与钢管的相对位置关系，改变位于钢管前端的选择纠偏构件与土体的接触面积及土体对选择纠偏构件的作用力，进而对顶进的角度进行调整，管头结构简单，制作便捷成本低；操作过程简单灵活，可控性强，纠偏精度准确，纠偏过程钢管顶进与排渣出土同步进行，避免顶进压力突然增大，不会造成钻头或套管的变形。

本实用新型在管头的侧壁和底部设置了吃土槽口和减阻钢箍，减阻钢箍有效阻挡钢管与孔间隙土体后移，使得将钢管侧壁和底部的土体经吃土槽口转入至管内，并逐步通过螺旋钻杆排出管外，从而减小钢管外壁与土体的摩擦力。

本实用新型避免了传统的通过楔形板来实现纠偏的方法，大大简化了纠偏的过程，确保了纠偏过程中的正常排渣，同时避免了对纠偏对钻具的损耗，适用范围广泛，适用于Φ159mm-Φ1000mm的管幕施工，并且适用于土层、砂卵石地层、风化岩等各类复杂地层中。

下面结合附图对本实用新型的螺旋出土顶管纠偏管头作进一步说明。

附图说明

图1为螺旋出土顶管纠偏管头的主视图；

图2为螺旋出土顶管纠偏管头的仰视图；

图3为螺旋出土顶管纠偏管头使用状态的结构示意图；

图4为螺旋出土顶管纠偏管头纠偏过程的状态示意图。

附图标记：

1-钢管；2-持续纠偏构件；3-选择纠偏构件；4-侧壁吃土槽口；5-底部吃土槽口；6-减阻钢箍；7-钻头。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型螺旋出土顶管纠偏管头包括套设在钻头7外侧、可相对钻头7前后伸缩运动的钢管1，套管的管径与钻头7的尺寸相适应。

钢管1的前端管口为斜形管口，斜形管口向前伸出的尖部位置设置有持续纠偏构件2和选择纠偏构件3；斜形管口向前伸出的尖部的前段沿顶进方向、倾斜朝向钢管1的中心轴线方向弯折，形成持续纠偏构件2，持续纠偏构件2的长度为1/5-1/3钢管1外径, 宽度为1/8-1/4钢管1外径，且与钢管1中心轴线之间的夹角为1-5°；持续纠偏构件2的上表面与土体直接接触。

持续纠偏构件2的下方设置有选择纠偏构件3，选择纠偏构件3为厚度不小于6mm的钢板，可以为平面钢板，也可以为弧面钢板，选择纠偏构件3沿顶进方向、向远离钢管1的中心轴线方向倾斜设置，选择纠偏构件3的上表面与持续纠偏构件2的前端端面相接触，并焊接固定，下表面与土体接触；选择纠偏构件3的前端边沿倾斜向上延伸，超过持续纠偏构件2前端的距离不大于钢管1内径的1/8，选择纠偏构件3与钢管1中心轴线之间的夹角为8-20°，选择纠偏构件3下表面的面积为钢管1纵截面面积的1/5-3/5；选择纠偏构件3与钢管1中心轴线之间的夹角大于持续纠偏构件2与钢管1中心轴线之间的夹角，选择纠偏构件3发挥作用时，其角度纠偏能力远大于持续纠偏构件2。

钢管1侧壁上还设置有吃土槽口，吃土槽口包括位于斜形管口两侧相对管壁上的侧壁吃土槽口4，以及位于斜形管口尾端底部管壁上的底部吃土槽口5；侧壁吃土槽口4与持续纠偏构件2前端的最小距离为钢管1外径的1.5-2倍，侧壁吃土槽口4为方形通孔，长度为钢管1外径的1/5-1/4，宽度为钢管1外径的1/5-1/4，钢管1侧壁的土体转经侧壁吃土槽口4转入至管内，并逐步通过螺旋钻杆排出管外，从而减小钢管1外壁与土体的摩擦力，同时不会引起沉降；底部吃土槽口5与斜形管口尾端端面的最小距离为钢管1外径的1/5-1/3，底部吃土槽口5为方形通孔，长度为钢管1外径的1/5-1/4，宽度为钢管1外径的1/5-1/4，底部吃土槽口5可以将钢管1底部的局部土体转入至钢管1内，同时由于选择纠偏构件3对角度的控制作用，因此不会发生沉降。

钢管1侧壁上还设置有一对减阻钢箍6，减阻钢箍6与侧壁吃土槽口4相邻、且位于侧壁吃土槽口4远离斜形管口一侧，减阻钢箍6为厚度不小于6mm的弧面钢板，内侧面与钢管1外侧面贴合并焊接固定，减阻钢箍6可破碎钻进方向上的土体，以减小钢管1端头的阻力。

如图3所示，本实用新型螺旋出土顶管纠偏管头可应用于管幕施工钢管顶进纠偏，钻头7通过钻杆与伸缩油缸固定连接，钢管1的尾端与顶推机构固定连接，伸缩油缸设置在顶推机构后方；钻头7与钢管1在顶推机构的推动下共同向前顶进，钻头7在伸缩油缸的作用下相对钢管1伸缩运动，调节钻头7与钢管1的相对位置。

如图4所示，具体的使用纠偏过程如下。

当钢管实际顶进方向Y相对于设计顶进方向X，会向B方向偏移，调整管头结构方向，使得斜形管口处的选择纠偏构件3和持续纠偏构件2位于与B方向相反的A方向。

例如：管幕结构施工时，已知顶进过程中顶进轨迹容易向下倾斜，则将钢管1斜形管口的尖端和尾端分别置于钻孔的正上方和正下方，使选择纠偏构件3和持续纠偏构件2均位于钻具的上方。

当钻头7完全位于钢管1选择纠偏构件3后端，且钻头7前端与选择纠偏构件3后端的距离大于1-1.5倍的钢管1外径时，持续纠偏构件2与选择纠偏构件3均分别与地层完全接触，且选择纠偏构件3附近的地层处于挤密状态，该种状态下，顶进过程中地层对选择纠偏构件3的作用力最大，且大于地层对持续纠偏构件2的作用力，即选择纠偏构件3对方向Y的调节作用大于持续纠偏构件2，调节实际顶进方向Y趋向于A方向偏转。

当钻头7从位于选择纠偏构件3后端、且距离选择纠偏构件3后端1-1.5倍的钢管1外径的位置向前移动并逐步接近选择纠偏构件3后端时，顶进过程中钻头7对选择纠偏构件3处地层扰动逐步增大，地层被挤密度逐步减小，对选择纠偏构件3的作用力逐渐减小，而地层对持续纠偏构件2的作用力维持不变，选择纠偏构件3使得钢管1顶进轨迹方向Y趋向于A方向的纠偏作用逐步减弱。

当钻头7从选择纠偏构件3后端逐步向前移动至与选择纠偏构件3前端平齐或超出选择纠偏构件3前端时，顶进时选择纠偏构件3附近的土体直接被钻头7带出，地层对选择纠偏构件3的作用力为零，此时选择纠偏构件3对钢管1顶进轨迹无纠偏作用，而地层对持续纠偏构件2的作用力维持不变，仅有持续纠偏构件2调节方向Y趋向于B方向偏转。

针对顶进的实际偏转情况，按照上述作用力的调节趋势，进行钻头7的伸缩调整，实现钢管顶进轨迹的纠偏，完成顶进施工；适用于Φ159mm-Φ1000mm的管幕施工，并且适用于土层、砂卵石地层、风化岩等各类复杂地层中。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。