一种顶推球墨铸铁管及其管道连接结构的制作方法

本发明涉及一种球墨铸铁管道以及管道连接结构，属于非开挖工程技术领域。

背景技术：

近年来，随着城市环保要求的不断提高，为减小地面开挖对环境的破坏，以及给城市交通和居民生活带来的负面影响，水平定向钻(Horizontal Directional Drilling,HDD)逐渐成为城市区域、河流湖泊、自然保护区和复杂地层环境下地下管网铺设的主要技术手段。球墨铸铁管是近年来引进和开发的一种新型管材，采用离心铸造成型，管壁致密。由于其抗拉强度高，金属延展性好以及防腐性能优异，越来越多的被用作城市供水压力管道。

目前，采用水平定向钻铺设球墨铸铁管的工程案例在国内尚不多见，主要原因在于目前用于水平定向钻的球墨铸铁管只能承受有限的拉力，不能承受夯管锤或其他辅助顶推装置的作用力，从而导致管道回拖距离严重受限、回拖过程中的施工风险大幅增加。因此，研究如何使球墨铸铁管在回拖过程中同时具备承受拉力和顶推力的能力，以及如何增加球墨铸铁管的最大回拖距离对于采用水平定向钻铺设球墨铸铁管具有重要的现实意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足并提供一种在回拖过程中同时具备承受拉力和顶推力的能力的顶推球墨铸铁管及其管道连接结构。

实现本发明目的所采用的技术方案为，一种顶推球墨铸铁管，至少包括相匹配的承口和插口，所述承口的内表面上设有止脱腔、焊环接触弧面和密封腔，止脱腔、焊环接触弧面和密封腔沿顶推球墨铸铁管轴向自承口至插口顺序分布；所述止脱腔的纵截面呈楔形，包括上升斜面和止脱竖直面，焊环接触弧面位于止脱竖直面的端部；所述密封腔包括顺序连接的限位竖直面、阶梯状下降斜面和顶推竖直面；所述插口的外表面上设有焊环和承力凸台，焊环和承力凸台沿顶推球墨铸铁管轴向自插口至承口顺序分布，承力凸台靠近插口的端面与焊环靠近插口的端面的距离等于承口端面到焊环接触弧面的距离，承力凸台靠近插口的端面与插口端面的距离等于承口端面到顶推竖直面的距离。

所述阶梯状下降斜面的中部设有限位凸起。

所述承力凸台的纵截面呈直角梯形，直角梯形的直角腰位于承力凸台靠近插口的端面上。

承力凸台与插口为铸造成型的一体式结构，焊环焊接固定于插口外表面上。

承力凸台的直径与承口端面的外径相同。

上升斜面与止脱竖直面的连接处、焊环接触弧面与止脱竖直面的连接处以及阶梯状下降斜面与顶推竖直面的连接处均圆弧过渡。

本发明还对应提供了用于上述顶推球墨铸铁管的管道连接结构，位于前方的顶推球墨铸铁管的插口嵌于位于其后方的顶推球墨铸铁管的承口中，插口的外表面封闭承口的止脱腔和密封腔构成止脱室和密封室，止脱室中设有止脱环，所述止脱环的纵截面呈直角梯形，止脱环的斜腰所在斜面平行于止脱腔的上升斜面；密封室中设有密封胶圈，所述密封胶圈为阶梯状密封圈，密封胶圈的外环面与密封腔的阶梯状下降斜面相匹配。

承口与插口连接处的外表面上包裹有弹性橡胶套。

所述止脱环的外环面与内环面的连接处圆弧过渡。

由上述技术方案可知，本发明提供的顶推球墨铸铁管，在其承口内表面设置止脱腔、焊环接触弧面和密封腔，相邻两根管道通过插口与承口连接，管道回拖过程中，1、当顶推球墨铸铁管承受牵拉力时，牵拉力沿密封胶圈、密封腔、止脱环和止脱腔顺序传递，止脱腔包括上升斜面和止脱竖直面，上升斜面为管道承受牵拉力时的工作表面，密封腔包括顺序连接的限位竖直面、阶梯状下降斜面和顶推竖直面，限位竖直面和阶梯状下降斜面为管道承受牵拉力时的工作表面，由于止脱环的纵截面呈直角梯形，止脱环的斜腰所在斜面即腰斜面与上升斜面平行，密封胶圈为阶梯状密封圈，其外环面与阶梯状下降斜面相匹配，顶推球墨铸铁管承受牵拉力时，承口在牵拉力的作用下与插口发生相对移动，腰斜面与上升斜面逐渐靠近直至紧密接触，止脱环锁紧止脱室，与此同时，密封胶圈的阶梯结构嵌于阶梯状下降斜面的阶梯结构中，并且通过限位竖直面轴向限位，密封胶圈锁紧密封室，在密封胶圈、密封腔、止脱环和止脱腔的共同作用下，相邻两根顶推球墨铸铁管稳定连接，并将牵拉力向后接的顶推球墨铸铁管顺序传递；2、当顶推球墨铸铁管承受顶推力时，顶推力沿顶推竖直面、插口端面、阶梯状下降斜面、密封胶圈、焊环接触弧面、焊环、承口端面和承力凸台顺序传递，由于在顶推球墨铸铁管中，承力凸台靠近插口的端面与焊环靠近插口的端面的距离等于承口端面到焊环接触弧面的距离，承力凸台靠近插口的端面与插口端面的距离等于承口端面到顶推竖直面的距离，以上结构确保管道承受顶推力时焊环与焊环接触弧面、承力凸台与承口端面以及插口端面与顶推竖直面同时接触，共同将顶推力由插口传递至承口上，实现顶推力的传递，阶梯状下降斜面的台阶对密封胶圈进行轴向限位，辅助传递顶推力。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的顶推球墨铸铁管，在其承口内表面和插口外表面沿轴向设置相匹配的承力结构，其中承口内表面设置止脱腔、焊环接触弧面和密封腔，提供限位面，插口外表面设置焊环和承力凸台，承口与插口之间设置止脱环和密封胶圈，焊环、止脱环和密封胶圈提供锁紧结构，承力凸台提供顶推力主受力面，上述结构共同配合使得该顶推球墨铸铁管在回拖过程中同时具备承受拉力和顶推力的能力；

2、承力凸台与插口为铸造成型的一体式结构，焊环焊接固定于插口外表面上，止脱腔、焊环接触弧面和密封腔直接开设于承口内表面上，为承口内表面的一部分，整体式结构保证顶推球墨铸铁管具有优良的结构刚度；

3、止脱腔、焊环接触弧面和密封腔内部表面的连接处以及止脱环的外环面与内环面的连接处均采用圆弧过渡，避免应力集中造成的管道断裂，阶梯状下降斜面的中部设有限位凸起，当密封胶圈体积较大时用于密封胶圈的轴向辅助限位；

4、承口与插口连接处的外表面上包裹有弹性橡胶套，避免在回拖过程中岩屑细颗粒进入顶推球墨铸铁管的管道接头即承口与插口连接处，从而保证影响管道的自由偏转性能和接头的密封效果。

附图说明

图1为本发明提供的顶推球墨铸铁管的结构示意图。

图2为顶推球墨铸铁管在牵拉力作用下的接头连接示意图。

图3为顶推球墨铸铁管在顶推力作用下的接头连接示意图。

其中，1-管身，2-承口，3-插口，4-止脱腔，41-上升斜面，42-止脱竖直面，5-焊环接触弧面，6-密封腔，61-限位竖直面，62-阶梯状下降斜面，63-顶推竖直面，7-焊环，8-承力凸台，9-限位凸起，10-止脱环，11-密封胶圈，12-弹性橡胶套。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细具体说明，本发明的内容不局限于以下实施例。

本发明提供的顶推球墨铸铁管，其结构如图1所示，包括管身1以及位于管身1两端并且相匹配的承口2和插口3，所述承口2的内表面上设有止脱腔4、焊环接触弧面5和密封腔6，止脱腔4、焊环接触弧面5和密封腔6沿顶推球墨铸铁管轴向自承口至插口顺序分布；所述止脱腔4的纵截面呈楔形，包括上升斜面41和止脱竖直面42，上升斜面41与止脱竖直面42的连接处圆弧过渡，焊环接触弧面5位于止脱竖直面42的端部，即止脱竖直面42靠近轴线的一侧，焊环接触弧面5与止脱竖直面42的连接处圆弧过渡；所述密封腔6包括顺序连接的限位竖直面61、阶梯状下降斜面62和顶推竖直面63，阶梯状下降斜面62的中部设有限位凸起9，阶梯状下降斜面62与顶推竖直面63的连接处圆弧过渡；所述插口3的外表面上设有焊环7和承力凸台8，焊环7和承力凸台8沿顶推球墨铸铁管轴向自插口至承口顺序分布，所述承力凸台8的纵截面呈直角梯形，直角梯形的直角腰位于承力凸台靠近插口的端面上，承力凸台8与插口为铸造成型的一体式结构，承力凸台的直径与承口端面的外径相同，焊环7焊接固定于插口外表面上，承力凸台8靠近插口的端面与焊环7靠近插口的端面的距离等于承口端面到焊环接触弧面5的距离，承力凸台靠近插口的端面与插口端面的距离等于承口端面到顶推竖直面的距离。

本发明还对应提供了用于上述顶推球墨铸铁管的管道连接结构，参见图2和图3，位于前方的顶推球墨铸铁管的插口3嵌于位于其后方的顶推球墨铸铁管的承口2中，承口与插口连接处的外表面上包裹有弹性橡胶套12，插口的外表面封闭承口的止脱腔和密封腔构成止脱室和密封室，止脱室中设有止脱环10，所述止脱环的纵截面呈直角梯形，止脱环的外环面与内环面的连接处圆弧过渡，止脱环的斜腰所在斜面平行于止脱腔的上升斜面41；密封室中设有密封胶圈11，所述密封胶圈为阶梯状密封圈，密封胶圈的外环面与密封腔的阶梯状下降斜面62相匹配。

实际使用中，当顶推球墨铸铁管承受牵拉力时，参见图2，所示牵拉力方向向右，在牵拉力作用下，位于右侧的顶推球墨铸铁管的承口2右移，由于止脱腔4是楔形结构，止脱环10被卡死，同时止脱环10抵紧焊环7，承口2所受拉力通过焊环7传递到下一节管道的插口3上，从而实现牵拉力传递；当顶推球墨铸铁管承受顶推力时，参见图3，所示顶推力方向向右，在顶推力作用下，位于左侧的顶推球墨铸铁管的插口3右移，止脱环10和焊环7右移，当焊环7与焊环接触弧面5相接触时，承力凸台8与承口2端面也相互接触，插口3上的顶推力通过承力凸台8传递到下一节管道的承口2上，从而实现顶推力的传递。