一种用于顶管施工的组合式钢管中继间设备及施工方法

一种用于顶管施工的组合式钢管中继间设备及施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于顶管施工的组合式钢管中继间设备及施工方法，前顶管后端面与后顶管前，中继间圆钢管位于前顶管、后顶管管中；在中继间圆钢管外壁上套钢环和环形密封圈；密封式充气囊套在钢环外壁处，密封式充气囊套在密封式充气囊的中继间圆钢管外壁上；中继间圆钢管外壁规定位置安装重型万向脚轮；后顶管内壁规定位置安装固定台座；固定螺杆穿过中继间圆钢管后；将千斤顶安装在中继间圆钢管前端内壁圆周上，千斤顶接受座间距焊接在和千斤顶的内壁上。步骤是1）安装中继间设备；2）顶进；3）拆卸中继间圆钢管相关固定部件；4）拉出中继间圆钢管。结构合理、施工方便，止水效果好、拆装方便、成本低，用于长距离顶管顶进施工中。
【专利说明】
一种用于顶管施工的组合式钢管中继间设备及施工方法
技术领域
[0001] 本发明涉及顶管施工技术领域，更具体涉及一种用于顶管施工的可重复使用组合 式钢管中继间装置，同时还涉及一种用于顶管施工的可重复使用组合式钢管中继间装置的 施工方法，它适用于长距离和超长距离顶管施工。
【背景技术】
[0002] 顶管施工技术是在不开挖地表的情况下，以液压为动力将顶管机和待铺设的管节 在地下逐节顶进，直到顶管接收井的非开挖地下管道敷设施工工艺。其具备施工精度高、适 用土质广、适用管径范围广、施工成本较低、对周边环境影响较小等优点。随着我国城市化 进程加速，顶管技术广泛应用于城市给排水、煤气、电力、通信等地下管网以及公路、铁路隧 道建设中，而大直径圆形钢管是顶管施工中较为常用的一种顶管。
[0003] 在长距离或超长距离顶管施工中，当需要顶进的距离过长时一次顶进有困难，可 分成两节或多节采用中继间法顶进。中继间是关键设备，它是分段克服摩阻力的一种施工 技术，通过将管道分成数段，分段向前推顶，使主千斤顶的顶力分散，并使每段管道的顶力 降低到允许顶力范围内。中继间的选用型式和设置数目直接影响着顶管的质量和顶进速 度，并关系着整个工程的投资。在顶管施工中，较为常用的中继间一般由前壳体、千斤顶及 后壳体组成。前壳体与前接管连接，后壳体与后接管连接，前后壳体间为承插式连接，两者 间依靠橡胶止水带密封，防止管道外水土和浆液倒流入管道内，当管道顶通以后，拆除千斤 顶及各种辅件。此种形式的中继间虽安装方便，但止水效果往往不理想，且中继间拆除麻 烦，中继间壳体不能重复利用，成本较高。
[0004] 因此，为了更好地在长距离或超长距离顶管施工中运用中继间进行顶力接力，有 必要研制一种用于顶管施工的止水效果好、拆装方便、成本低的可重复使用组合式钢管中 继间。
[0005] 对现有技术文献检索发现，专利-一种接力顶进钢管的中继间装置 (CN201320184836)公开了一种接力顶进钢管的中继间装置，该专利密封性能好，安装方便， 操作简单，但成本高，拆除较为麻烦。专利-可拆卸的钢结构中继间（CN200820151762)公开 了一种可拆卸的钢结构中继间，该装置在一定程度上能解决现有钢管、玻璃钢夹砂管等顶 管所用中继间存在的易造成安全事故，以及气割下来的部件大多无法再利用，施工成本高 等技术问题，但依然存在拆卸麻烦，止水效果差的问题。专利-玻璃钢夹砂管顶管的中继环 (CN200720071054)公开了一种玻璃钢夹砂管顶管的中继环，该中继环解决的技术问题是隔 明火、易拆卸，但成本较高，止水效果不理想，且不能保证在顶管施工中的应用效果。其他关 于顶管中继间专利的报道均未同时解决上述问题。可见，目前尚无能用于顶管施工的止水 效果好、拆装方便、成本低的可重复使用组合式钢管中继间。

【发明内容】

[0006] 本发明的目的是在于提供了一种重复使用组合式钢管中继间装置，该装置结构合 理、止水效果好、拆装方便、可重复使用、成本较低，主要用于长距离或超长距离顶管顶进施 工中。该装置直接利用施工中的两根相连顶管作为中继间外壳，节约了施工成本;在两段顶 管内安装一段便于装卸的圆钢管作为伸缩套管且圆钢管外壁安装有万向脚轮，配合使用钢 环，顶进结束后便于将圆钢管拆卸掉并拉出重复利用;采用组合密封式充气囊将圆钢管和 顶管之间的空隙进行密封，具有很好的防水效果。
[0007] 本发明的另一个目的是在于提供了一种重复使用组合式钢管中继间装置的施工 方法，方法易行，操作简便。在中继间圆钢管内部安装千斤顶，并配合使用千斤顶传力杆、千 斤顶接受座等，顶推效果好，通过调节千斤顶传力杆的长度可较为方便地满足施工过程中 对顶进距离的要求，适用于中长距离顶管顶进，操作方便。使用固定台座和固定螺杆将中继 间圆钢管在顶管上，具有较好的固定效果且操作方便。
[0008] 总之，与目前顶管施工中使用的中继间相比，该装置结构合理、施工方便，止水效 果好、拆装方便、可重复使用、成本较低，主要用于长距离或超长距离顶管顶进施工中。
[0009] 为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：
[0010] -种用于顶管施工的可重复使用组合式钢管中继间装置，由前顶管、后顶管、中继 间圆钢管、重型万向脚轮(型号:B10-01-075-10-2)、固定台座、固定螺杆、第一 A密封式充气 囊、千斤顶、千斤顶台座固定螺栓、千斤顶接受座、牵引绳、卷扬机、中继间圆钢管固定螺栓、 环形密封圈、千斤顶接受座螺栓、千斤顶传力杆、钢环、A阀门、A充气加压栗、A加压充气管、A 压力表、第二B密封式充气囊、B阀门、B充气加压栗、B加压充气管、B压力表、脚轮螺栓、千斤 顶台座、台座固定螺栓、千斤顶底座板、千斤顶固定螺栓、千斤顶底座板、千斤顶固定螺栓组 成。其特征在于:前顶管后端面与后顶管前端面相接，中继间圆钢管位于前顶管、后顶管管 中的结合部位，中继间圆钢管3/4长的管段位于前顶管中，1/4长的管段位于后顶管中，前顶 管、后顶管和中继间圆钢管三者中心轴线重合;在中继间圆钢管外壁上、前顶管后端处套钢 环，第一 A密封式充气囊套在钢环外壁上，第二B密封式充气囊套在后顶管前端的中继间圆 钢管外壁上;二个环形密封圈分别嵌套在钢环内壁的二个环形凹槽中，第一A密封式充气囊 内壁与钢环外壁采用结构胶固定粘结，所述的结构胶为A176玻璃胶;在中继间圆钢管外壁、 距中继间圆钢管前端面约200mm和600mm横断面处各安装四个重型万向脚轮，各横断面处重 型万向脚轮安装位置分别为中继间圆钢管外壁圆周上最下、最上、最左、最右处，重型万向 脚轮的万向轮顶在前顶管的内壁上;在后顶管内壁、距后顶管前端面1/4中继间圆钢管长度 横断面处安装四个固定台座，固定台座安装位置分别为后顶管内壁圆周上最下、最上、最 左、最右处；中继间圆钢管后端卡在固定台座的阶梯形卡槽内，中继间圆钢管固定螺栓穿过 中继间圆钢官的穿透性圆孔D，将中继间圆钢官后?而与固定台座连接;在中继间圆钢官内壁 上、距中继间圆钢管后端面1/2中继间圆钢管长度横断面处安装四个千斤顶台座，千斤顶台 座的安装位置分别为中继间圆钢管内壁圆周上与圆心的连线与水平面成45°角的点处;在 前顶管内壁上、距前顶管后端面3/4中继间圆钢管长度横断面处安装四个千斤顶接受座，千 斤顶接受座安装位置分别为前顶管内壁圆周上与圆心的连线与水平面成45°角的点处；用 千斤顶固定螺栓将千斤顶固定在千斤顶台座上，千斤顶传力杆后端通过螺纹与千斤顶活塞 杆前端连接，千斤顶传力杆前端顶在千斤顶接受座的圆形凹槽内；牵引绳后端与工作井中 的卷扬机相连接，牵引绳前端分成四股，分别穿过中继间圆钢管的穿透性圆孔D，与中继间 圆钢管相连。
[0011]所述的前顶管和后顶管为顶管工程中常用的相同型号的大直径圆形钢管，外径可 为1.5m、2m、2.5m、3m等。在前顶管内壁上、各千斤顶接受座安装处钻二个第一螺孔，第一螺 孔车成内螺纹。在后顶管内壁上、各固定台座安装处钻二个第四螺孔，第四螺孔车成内螺 纹。
[0012] 所述的中继间圆钢管是外径比前顶管内径小约210mm、壁厚为100-120mm、长度为 2.5-3m的圆形钢管；中继间圆钢管外壁光滑;在中继间圆钢管管壁上、距前端面约200mm和 600mm横断面处的各重型万向脚轮安装处钻二个穿透性圆孔C，穿透性圆孔C孔径略大于脚 轮螺栓外径;在中继间圆钢管管壁上、各千斤顶台座安装处钻二个第二螺孔，第二螺孔车成 内螺纹;在中继间圆钢管管壁上、距后端面约300mm和600mm横断面处各钻四个第三螺孔，第 三螺孔位置分别为中继间圆钢管相应横断面处管壁最下、最上、最左、最右处，第三螺孔车 成内螺纹，第三螺孔的内螺纹与固定螺杆外螺纹匹配;距中继间圆钢管后端面约30mm断面 处钻四个穿透性圆孔D，穿透性圆孔D分别为中继间圆钢管内壁圆周上最下、最上、最左、最 右处，穿透性圆孔D内径略大于中继间圆钢管固定螺栓外径。
[0013] 所述的重型万向脚轮整体高度为105mm、轮直径为75mm、最大载荷为400kg的B10-01-075-10-2型万向脚轮，脚轮上有支座和带螺孔的脚轮底板，便于安装在中继间圆钢管外 壁上。脚轮螺栓穿过所述重型万向脚轮的脚轮底板上的螺孔和中继间圆钢管上的穿透性圆 孔C，将重型万向脚轮固定在中继间圆钢管外壁上。
[0014] 所述的第一 A密封式充气囊是充气之后内径与钢环外径相匹配、外径与前顶管内 径相匹配的充气式硅胶气囊，充气后密封式充气囊的高度约200mm。第一 A密封式充气囊通 过A加压充气管顺序连接A阀门、A压力表、A充气加压栗。
[0015] 所述的第二B密封式充气囊是充气之后内径与中继间圆钢管外径相匹配、外径与 后顶管内径相匹配的充气式硅胶气囊，第二B密封式充气囊的高度约200_。第二B密封式充 气囊通过B加压充气管顺序连接B阀门、B压力表、B充气加压栗。
[00?6] 所述的钢环是内径较中继间圆钢管外径大1mm、壁厚20mm、高度约200mm、内壁光滑 的圆柱形钢环，钢环外径与充气后的第一 A密封式充气囊内径相一致。钢环内壁制作二圈与 环形密封圈相对应的环形凹槽。
[0017] 所述的环形密封圈是外径与中继间圆钢管外径相匹配的环形橡胶套圈。
[0018] 所述的千斤顶接受座是长约200-250mm、宽约80-100mm、厚约200mm的T形高强钢 块，千斤顶接受座与前顶管内壁接触面带T形翼板，并车成圆弧形，其弧度与前顶管内壁相 匹配。千斤顶接受座后端面车一圈圆形凹槽，所述圆形凹槽的直径比千斤顶传力杆直径略 大，圆形凹槽的深度约l〇mm。千斤顶接受座两侧的T形翼板各钻有1个穿透性圆孔A，穿透性 圆孔A内径略大于千斤顶接受座螺栓外径。
[0019] 所述的千斤顶接受座螺栓带外螺纹，千斤顶接受座螺栓的外螺纹与第一螺孔的内 螺纹配套，千斤顶接受座螺栓穿过千斤顶接受座上的穿透性圆孔A，拧入前顶管1上的第一 螺孔，将千斤顶接受座固定在前顶管内壁上。
[0020] 所述的千斤顶台座是长约100-150mm、宽约80-100mm、厚约200mm的T形高强钢块， 千斤顶台座与中继间圆钢管3内壁接触面带T形翼板，并车成圆弧形，其弧度与中继间圆钢 管内壁相匹配。千斤顶台座两侧的T形翼板上各钻有1个穿透性圆孔B，穿透性圆孔B的位置 与中继间圆钢管第二螺孔匹配，穿透性圆孔B的孔径略大于千斤顶台座固定螺栓外径。千斤 顶台座前端面钻有四个第五螺孔，第五螺孔的位置与千斤顶底座板上的预设穿透性圆孔E 匹配，第五螺孔车成内螺纹。
[0021] 所述的千斤顶台座固定螺栓带外螺纹，千斤顶台座固定螺栓的外螺纹与第二螺孔 的内螺纹配套，千斤顶台座固定螺栓穿过千斤顶台座上的穿透性圆孔B，拧入中继间圆钢管 的第二螺孔，将千斤顶台座固定在中继间圆钢管内壁上。
[0022] 所述的千斤顶带千斤顶底座板，所述的千斤顶底座板上钻有4个穿透性圆孔E;千 斤顶固定螺栓带外螺纹，千斤顶固定螺栓外螺纹与第五螺孔的内螺纹配套;千斤顶固定螺 栓穿过千斤顶底座板穿透性圆孔E，拧入千斤顶台座上的第五螺孔内，将千斤顶与千斤顶台 座牢固连接。
[0023]所述的千斤顶传力杆为直径约100-120mm的圆柱形钢杆，千斤顶传力杆后端中心 处钻一深度约50mm、内径约50mm的第六螺孔，第六螺孔车成内螺纹;千斤顶活塞杆前端车成 长度约50mm、外径约50mm的螺杆A，所述螺杆A的外螺纹与第六螺孔的内螺纹配套;螺杆A直 接拧入第六螺孔，将千斤顶活塞杆与千斤顶传力杆牢固连接，千斤顶与千斤顶传力杆共纵 轴线。
[0024] 所述的固定台座为高度约110mm、宽度约300mm、长度约300mm凸形钢块，固定台座 与后顶管接触面车成圆弧形，其弧度与后顶管内壁弧形匹配；固定台座上距离固定台座前 端面约50_处钻第七螺孔，第七螺孔位置与穿透性圆孔D配套，中继间圆钢管固定螺栓车成 外螺纹，第七螺孔的内螺纹与中继间圆钢管固定螺栓外螺纹相匹配；固定台座上距离固定 台座后端约50mm断面处钻二个穿透性圆孔F，穿透性圆孔F的位置与后顶管内壁上的第四螺 孔配套，穿透性圆孔F的孔径略大于台座固定螺栓的外径，固定螺栓车成外螺纹，固定螺栓 的外螺纹与第四螺孔的内螺纹相匹配；固定螺栓穿过穿透性圆孔F，拧入第四螺孔，将固定 台座固定在后顶管内壁上。
[0025] -种用于顶管施工的可重复使用组合式钢管中继间装置的施工方法，其步骤是：
[0026] 1)安装：
[0027] a)先将钢环与第一 A密封式充气囊组装成一体，套在中继间圆钢管外壁上，同时将 第二B密封式充气囊套在中继间圆钢管外壁上，钢环与第一 A密封式充气囊的组装体在前， 第二B密封式充气囊在后。
[0028] b)用脚轮螺栓将重型万向脚轮固定在中继间圆钢管外壁预定位置。
[0029] c)用台座固定螺栓将固定台座固定在后顶管内壁预定位置。
[0030] d)将前顶管、后顶管按顶进方向顺序安放，前顶管在前，后顶管在后，并使前顶管 和后顶管共纵轴线，且使前顶管后端面与后顶管前端面紧贴，然后将中继间圆钢管放置在 前顶管、后顶管管中的结合部位，中继间圆钢管后端卡在固定台座的阶梯形卡槽内，并用中 继间圆钢管固定螺栓将中继间圆钢管后端与固定台座牢固连接。
[0031] e)将固定螺杆拧入中继间圆钢管上的第三螺孔，顶在后顶管内壁上，通过拧紧或 拧松固定螺杆来调节中继间圆钢管和后顶管的相对位置，并使二者的位置相对固定。
[0032] f)将第二B密封式充气囊挪至后顶管前端部处，将钢环与第一 A密封式充气囊的组 装体挪至前顶管后端部处。
[0033 ] g)用千斤顶台座固定螺栓将千斤顶台座固定在中继间圆钢管内壁预定位置。
[0034] h)用千斤顶接受座螺栓将千斤顶接受座固定在前顶管内壁预定位置。
[0035] i)打开A阀门，启动A充气加压栗给第一A密封式充气囊充气，观测A压力表当A压力 表气压达到200kPa，关闭A充气加压栗和A阀门。
[0036] j)打开B阀门，启动B充气加压栗给第二B密封式充气囊充气，观测B压力表，当B压 力表气压达到200kPa，关闭B充气加压栗和B阀门。
[0037] k)将千斤顶固定在千斤顶台座上，将千斤顶传力杆与千斤顶的活塞杆连起来，使 千斤顶传力杆与千斤顶的纵轴线重合，并将千斤顶传力杆前端面顶在千斤顶接受座后端面 的圆形凹槽内。
[0038] 2)顶进：启动中继间液压系统给千斤顶施加顶推力，使千斤顶慢慢向前顶进前顶 管，顶进0.5m-0.8m后，关闭中继间液压系统，并开启千斤顶回油阀，启动工作井顶进机，将 后顶管向前推进〇. 5-0.8m。重复该顶进步骤(如：100米，需要70 -120次，依次类推），直到达 到施工顶进距离。
[0039] 3)拆卸中继间圆钢管相关固定部件:打开A阀门和B阀门，将第一 A密封式充气囊和 第二B密封式充气囊中的高压气体放掉;拆除千斤顶传力杆和千斤顶，拧下千斤顶台座固定 螺栓和千斤顶接受座螺栓，卸掉千斤顶台座和千斤顶接受座;拧下固定螺杆、中继间圆钢管 固定螺栓和台座固定螺栓，拆除固定台座。
[0040] 4)拉出中继间圆钢管:将牵引绳前端系在后顶管上的穿透性圆孔D上，将牵引绳后 端与工作井中的卷扬机相连接，启动卷扬机将中继间圆钢管连同重型万向脚轮从顶管中缓 慢地拉出。
[0041] 本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
[0042] 1)该装置直接利用施工中的两根相连顶管作为中继间外壳，不用再单独制作中继 间，既极大地方便了施工，也大大节约了施工成本；
[0043] 2)采用组合密封式充气囊将圆钢管和顶管之间的空隙进行密封，具有很好的防水 效果；
[0044] 3)在中继间圆钢管内部安装千斤顶，并配合使用千斤顶传力杆、千斤顶接受座等， 顶推效果好，通过调节千斤顶传力杆的长度可较为方便地满足施工过程中对顶进距离的要 求，适用于中长距离顶管顶进，且操作方便。
[0045] 4)在两段顶管内安装一段便于装卸的圆钢管作为伸缩套管且圆钢管外壁安装有 万向脚轮，配合使用钢环，顶进结束后便于将圆钢管拆卸掉并拉出重复利用，具有绿色环保 节约成本的优势；
[0046] 5)使用固定台座和固定螺杆将中继间圆钢管在顶管上，具有较好的固定效果且操 作方便。
[0047]总之，与目前顶管施工中使用的中继间相比，该装置结构合理、施工方便，止水效 果好、拆装方便、可重复使用、成本较低，主要用于长距离或超长距离顶管顶进施工中。
[0048] 申请者将本新型的组合式钢管中继间设备在了实际工程中，发现在该工程顶管施 工中，该新型的组合式钢管中继间设备在使用过程中均未出现渗漏现象，连续推进距离可 达1000米以上，比原设计方案节省顶管施工时间约3~5天，提高顶管施工效率约23.4~ 38.4%，为顶管施工的顺利进行创造了有利的条件。本工程中组合式钢管中继间设备使用 情况如表1。
[0049] 表1组合式钢管中继间设备使用情况
[0050]

【附图说明】
[0051] 图1为一种重复使用组合式钢管中继间装置的结构示意图。
[0052]图2为一种前顶管和中继间圆钢管连接处横剖面示意图。
[0053]图3为一种后顶管和中继间圆钢管连接处横剖面示意图。
[0054] 图4为一种后钢管、中继间圆钢管和固定台座连接处横剖面示意图。
[0055] 图5为一种前顶管和中继间圆钢管连接示意图。
[0056] 图6为一种后顶管和中继间圆钢管连接示意图。
[0057]图7为一种千斤顶接受座与前顶管连接示意图。
[0058]图8为一种千斤顶台座与中继间圆钢管连接示意图。
[0059]图9为一种中继间圆钢管与固定台座、后顶管连接示意图。
[0000]图10为一种千斤顶与千斤顶台座、千斤顶传力杆和千斤顶接受座连接示意图。
[0061 ] 其中：1.前顶管、2.后顶管、3.中继间圆钢管、4.重型万向脚轮(型号:B10-01-075-10-2)、5.固定台座、6.固定螺杆、7.第一A密封式充气囊、8.千斤顶(普通）、9.千斤顶台座固 定螺栓、10.千斤顶接受座、11.牵引绳、12.卷扬机(普通）、13.中继间圆钢管固定螺栓、14. 环形密封圈，15.千斤顶接受座螺栓、16.千斤顶传力杆、17.钢环、18. A阀门、19. A充气加压 栗、20. A加压充气管、21. A压力表、22.第二B密封式充气囊、23. B阀门、24. B充气加压栗(普 通）、25. B加压充气管、26. B压力表、27.脚轮螺栓、28.千斤顶台座、29.台座固定螺栓、30.千 斤顶底座板、31.千斤顶固定螺栓。
【具体实施方式】 [0062] 实施例1:
[0063]下面根据附图对本发明作进一步详细描述：
[0064] 如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10所示，一种重复使用组合式钢管 中继间装置，由前顶管1、后顶管2、中继间圆钢管3、重型万向脚轮(型号:B10-01-075-10-2) 4、固定台座5、固定螺杆6、第一A密封式充气囊7、千斤顶8、千斤顶台座固定螺栓9、千斤顶接 受座10、牵引绳11、卷扬机12、中继间圆钢管固定螺栓13、环形密封圈14,千斤顶接受座螺栓 15、千斤顶传力杆16、钢环17、A阀门18、A充气加压栗19、A加压充气管20、A压力表21、第二B 密封式充气囊22、B阀门23、B充气加压栗24、B加压充气管25、B压力表26、脚轮螺栓27、千斤 顶台座28、台座固定螺栓29、千斤顶底座板30、千斤顶固定螺栓31组成。其特征在于:前顶管 1后端面与后顶管2前端面紧贴，中继间圆钢管3位于前顶管1、后顶管2管中的结合部位;在 中继间圆钢管3外壁上套钢环17和二个环形密封圈14;第一 A密封式充气囊7套在钢环17外 壁相应位置处，第二B密封式充气囊22套在第一 A密封式充气囊7后方的中继间圆钢管3外壁 上；中继间圆钢管3外壁规定位置安装重型万向脚轮3;后顶管2内壁规定位置安装固定台座 5;固定螺杆6穿过中继间圆钢管3后，拧紧顶在后顶管2内壁上;千斤顶8安装在中继间圆钢 管3前端内壁圆周上。中继间圆钢管3约3/4长的管段位于前顶管1中，约1/4长的管段位于后 顶管2中，前顶管1、后顶管2和中继间圆钢管3三者中心轴线重合。
[0065] 在中继间圆钢管3外壁上、前顶管2后端前方距前顶管2后端100mm位置处套钢环17 和二个环形密封圈14,所述的环形密封圈14分别嵌套在钢环17内壁的二个环形凹槽中，第 一 A密封式充气囊7套在钢环17外壁上，第一 A密封式充气囊7内壁与钢环17外壁采用结构胶 固定粘结，所述的结构胶为A176玻璃胶。
[0066] 在中继间圆钢管3外壁上、后顶管2前端后方距后顶管2前端100mm位置处套第二B 密封式充气囊22。
[0067] 在中继间圆钢管3外壁、距中继间圆钢管3前端面约200mm和600mm横断面处各安装 四个重型万向脚轮4,各横断面处重型万向脚轮4安装位置分别为中继间圆钢管3外壁圆周 上最下、最上、最左、最右处，重型万向脚轮4的万向轮顶在前顶管1的内壁上。
[0068] 在后顶管2内壁、距后顶管2前端面1/4中继间圆钢管3长度横断面处安装四个固定 台座5,固定台座5安装位置分别为后顶管2内壁圆周上最下、最上、最左、最右处；中继间圆 钢管3后端卡在固定台座5的阶梯形卡槽内，中继间圆钢管固定螺栓13穿过中继间圆钢管3 的穿透性圆孔D，拧入固定台座5上的第七螺孔，将中继间圆钢管3后端与固定台座5牢固连 接。
[0069] 外壁车有螺纹的固定螺杆6穿过中继间圆钢管3上的第三螺孔后，拧紧顶在后顶管 2内壁上，通过拧紧或拧松固定螺杆6来调节中继间圆钢管3和后顶管2的相对位置，并使二 者的位置相对固定。
[0070] 在中继间圆钢管3内壁上、距中继间圆钢管3后端面约1/2中继间圆钢管3长度横断 面处安装四个千斤顶台座28,千斤顶台座28安装位置分别为中继间圆钢管3内壁圆周上与 圆心的连线与水平面成45°角的点处。
[0071] 在前顶管1内壁上、距前顶管1后端面约3/4中继间圆钢管3长度+100mm横断面处安 装四个千斤顶接受座10,千斤顶接受座10安装位置分别为前顶管1内壁圆周上与圆心的连 线与水平面成45°角的点处。
[0072] 采用千斤顶固定螺栓31将千斤顶8固定在千斤顶台座28上，千斤顶传力杆16后端 通过螺纹与千斤顶8活塞杆前端连接，千斤顶传力杆16前端顶在千斤顶接受座10后端面的 圆形凹槽内。
[0073] 牵引绳11后端与工作井中的卷扬机12相连接，牵引绳11前端分成四股，在拆卸中 继间圆钢管3相关固定部件后，分别穿过中继间圆钢管3的穿透性圆孔D，与中继间圆钢管3 相连。
[0074] 所述的前顶管1和后顶管2为顶管工程中常用的相同型号的大直径圆形钢管，外径 可为1.5111、2 111、2.5111、3111等。在前顶管1内壁上各千斤顶接受座10安装处钻二个第一螺孔，第 一螺孔车成内螺纹。在后顶管2内壁上各固定台座5安装处钻2个第四螺孔，第四螺孔车成内 螺纹。
[0075] 所述的中继间圆钢管3是外径比前顶管1内径小约210mm、壁厚为100-120mm、长度 为2.5-3m的圆形钢管；中继间圆钢管3外壁光滑；在中继间圆钢管3管壁上、距前端面约 200mm和600mm横断面处的各重型万向脚轮4安装处钻二个穿透性圆孔C，穿透性圆孔C孔径 略大于脚轮螺栓27外径；在中继间圆钢管3管壁上、各千斤顶台座28安装处钻二个第二螺 孔，第二螺孔车成内螺纹;在中继间圆钢管3管壁上、距后端面约300mm和600mm横断面处各 钻四个第三螺孔，第三螺孔位置分别为中继间圆钢管3相应横断面处管壁最下、最上、最左、 最右处，第三螺孔车成内螺纹，第三螺孔的内螺纹与固定螺杆6外螺纹匹配;距中继间圆钢 管3后端面约30_断面处钻四个穿透性圆孔D，穿透性圆孔D分别为中继间圆钢管3内壁圆周 上最下、最上、最左、最右处，穿透性圆孔D内径略大于中继间圆钢管固定螺栓13外径。
[0076] 所述的重型万向脚轮4整体高度为105mm、轮直径为75mm、最大载荷为400kg的B10-01-075-10-2型万向脚轮，脚轮上有支座和带螺孔的脚轮底板，便于安装在中继间圆钢管3 外壁上。脚轮螺栓27穿过所述重型万向脚轮4的脚轮底板上的螺孔和中继间圆钢管3上的穿 透性圆孔C，将重型万向脚轮4固定在中继间圆钢管3外壁上。
[0077] 所述的第一 A密封式充气囊7是充气之后内径与钢环17外径相匹配、外径与前顶管 1内径相匹配的充气式硅胶气囊，充气后第一 A密封式充气囊7的高度约200mm。第一 A密封式 充气囊7通过A加压充气管20顺序连接A阀门18、A压力表21、A充气加压栗19。
[0078] 所述的第二B密封式充气囊22是充气之后内径与中继间圆钢管3外径相匹配、外径 与后顶管2内径相匹配的充气式硅胶气囊，第二B密封式充气囊22的高度约200mm。第二B密 封式充气囊22通过B加压充气管20顺序连接B阀门18、B压力表21、B充气加压栗24。
[0079] 所述的钢环17是内径较中继间圆钢管3外径大1mm、壁厚20mm、高度约200mm、内壁 光滑的圆柱形钢环，钢环17外径与充气后的第一 A密封式充气囊7内径相一致。钢环17内壁 制作2圈与环形密封圈14相对应的环形凹槽。
[0080]所述的环形密封圈14是外径与中继间圆钢管3外径相匹配的环形橡胶套圈。
[0081 ] 所述的千斤顶接受座10是长约200-250mm、宽约80-100mm、厚约200mm的T形高强钢 块，千斤顶接受座10与前顶管1内壁接触面带τ形翼板，并车成圆弧形，其弧度与前顶管1内 壁相匹配。千斤顶接受座10后端面车一圆形凹槽，所述圆形凹槽的直径比千斤顶传力杆16 直径略大，圆形凹槽的深度约l〇mm。千斤顶接受座10两侧的T形翼板各钻有1个穿透性圆孔 A，穿透性圆孔A内径略大于千斤顶接受座螺栓15外径。
[0082]所述的千斤顶接受座螺栓15带外螺纹，千斤顶接受座螺栓15的外螺纹与第一螺孔 的内螺纹配套，千斤顶接受座螺栓15穿过千斤顶接受座10上的穿透性圆孔A，拧入前顶管1 上的第一螺孔，将千斤顶接受座10固定在前顶管1内壁上。
[0083] 所述的千斤顶台座28是长约100-150mm、宽约80-100mm、厚约200mm的T形高强钢 块，千斤顶台座28与中继间圆钢管3内壁接触面带T形翼板，并车成圆弧形，其弧度与中继间 圆钢管3内壁相匹配。千斤顶台座28两侧的T形翼板上各钻有1个穿透性圆孔B，穿透性圆孔B 的位置与中继间圆钢管3第二螺孔匹配，穿透性圆孔B的孔径略大于千斤顶台座固定螺栓9 外径。千斤顶台座28前端面钻有四个第五螺孔，第五螺孔的位置与千斤顶底座板30上的预 设穿透性圆孔E匹配，第五螺孔车成内螺纹。
[0084] 所述的千斤顶台座固定螺栓9带外螺纹，千斤顶台座固定螺栓9的外螺纹与第二螺 孔的内螺纹配套，千斤顶台座固定螺栓9穿过千斤顶台座28上的穿透性圆孔B，拧入中继间 圆钢管3的第二螺孔，将千斤顶台座28固定在中继间圆钢管3内壁上。
[0085] 所述的千斤顶8带千斤顶底座板30,所述的千斤顶底座板30上钻有四个穿透性圆 孔E;千斤顶固定螺栓31带外螺纹，千斤顶固定螺栓31外螺纹与第五螺孔的内螺纹配套;千 斤顶固定螺栓31穿过千斤顶底座板30上的穿透性圆孔E，拧入千斤顶台座28上的第五螺孔 内，将千斤顶8与千斤顶台座28牢固连接。
[0086] 所述的千斤顶传力杆16为直径约100-120mm的圆柱形钢杆，千斤顶传力杆16后端 中心处钻一深度约50mm、内径约50mm的第六螺孔，第六螺孔车成内螺纹;千斤顶8活塞杆前 端车成长度约50mm、外径约50mm的螺杆A，所述螺杆A的外螺纹与第六螺孔的内螺纹配套;螺 杆A直接拧入第六螺孔，将千斤顶8活塞杆与千斤顶传力杆16牢固连接，千斤顶8与千斤顶传 力杆16共纵轴线。
[0087] 所述的固定台座5为高度约110mm、宽度约300mm、长度约300mm凸形钢块，固定台座 5与后顶管2接触面车成圆弧形，其弧度与后顶管2内壁弧形匹配；固定台座5上距离固定台 座5前端面约50mm处钻第七螺孔，第七螺孔位置与穿透性圆孔D位置配套，中继间圆钢管固 定螺栓13车成外螺纹，第七螺孔的内螺纹与中继间圆钢管固定螺栓13外螺纹相匹配；固定 台座5上距离固定台座5后端约50mm断面处钻2个穿透性圆孔F，穿透性圆孔F的位置与后顶 管2内壁上的第四螺孔配套，穿透性圆孔F的孔径略大于台座固定螺栓2的外径，固定螺栓29 车成外螺纹，固定螺栓29的外螺纹与第四螺孔的内螺纹相匹配；固定螺栓29穿过穿透性圆 孔F，拧入第四螺孔，将固定台座5固定在后顶管2内壁上。
[0088] 实施例2:
[0089] -种用于顶管施工的可重复使用组合式钢管中继间装置的施工方法，其步骤是：
[0090] 1)安装：
[0091] a)先将钢环17与第一 A密封式充气囊7组装成一体，套在中继间圆钢管3外壁上，同 时将第二B密封式充气囊22套在中继间圆钢管3外壁上，钢环17与第一 A密封式充气囊7的组 装体在前，第二B密封式充气囊22在后。
[0092] b)用脚轮螺栓27将重型万向脚轮4固定在中继间圆钢管3外壁预定位置。
[0093] c)用台座固定螺栓29将固定台座5固定在后顶管2内壁预定位置。
[0094] d)将前顶管1、后顶管2按顶进方向顺序安放，前顶管1在前，后顶管2在后，使前顶 管1和后顶管2共纵轴线，且使将前顶管1后端面与后顶管2前端面紧贴，然后将中继间圆钢 管3放置在前顶管1、后顶管2管中的结合部位，中继间圆钢管3后端卡在固定台座5的阶梯形 卡槽内，并用中继间圆钢管固定螺栓13将中继间圆钢管3后端与固定台座5牢固连接。
[0095] e)将固定螺杆6拧入中继间圆钢管3上的第三螺孔，顶在后顶管2内壁上，通过拧紧 或拧松固定螺杆6来调节中继间圆钢管3和后顶管2的相对位置，并使二者的位置相对固定。
[0096] f)将第二B密封式充气囊22挪至后顶管2前端部处，将钢环17与第一 A密封式充气 囊7的组装体挪至前顶管1后端部处。
[0097] g)用千斤顶台座固定螺栓9将千斤顶台座28固定在中继间圆钢管3内壁预定位置。
[0098] h)用千斤顶接受座螺栓15将千斤顶接受座10固定在前顶管1内壁预定位置。
[0099] i)打开A阀门18，启动A充气加压栗19给第一A密封式充气囊7充气，观测A压力表 21，当A压力表21气压达到200kPa，关闭A充气加压栗19和A阀门18。
[0100] j)打开B阀门23,启动B充气加压栗24给第二B密封式充气囊22充气，观测B压力表 26,当B压力表26气压达到200kPa，关闭B充气加压栗24和B阀门23。
[0101] k)将千斤顶8固定在千斤顶台座28上，将千斤顶传力杆16与千斤顶8的活塞杆连起 来，使千斤顶传力杆16与千斤顶8的纵轴线重合，并将千斤顶传力杆16前端面顶在千斤顶接 受座10后端面的圆形凹槽内。
[0102] 2)顶进：启动中继间液压系统给千斤顶8施加顶推力，使千斤顶8慢慢向前顶进前 顶管1，顶进0.5m-0.8m后，关闭中继间液压系统，并开启千斤顶8回油阀，启动工作井顶进 机，将后顶管2向前推进0.5-0.8m。重复该顶进步骤，（如：80米，需要90或100或104或108或 110次)直至达到需要的施工顶进距离。
[0103] 3)拆卸中继间圆钢管3相关固定部件:打开A阀门18和B阀门23,将第一A密封式充 气囊7和第二B密封式充气囊22中的高压气体放掉;拆除千斤顶传力杆16和千斤顶8，拧下千 斤顶台座固定螺栓9和千斤顶接受座螺栓15,卸掉千斤顶台座28和千斤顶接受座10;抒下固 定螺杆6、中继间圆钢管固定螺栓13和台座固定螺栓29，拆除固定台座5。
[0104] 4)拉出中继间圆钢管3:将牵引绳11前端分成四股，分别系在中继间圆钢管（3)上 的四个穿透性圆孔D上，将牵引绳11后端与工作井中的卷扬机12相连接，启动卷扬机12将中 继间圆钢管3连同重型万向脚轮4从顶管中缓慢地拉出。
【主权项】
1. 一种重复使用组合式钢管中继间装置，它包括前顶管（1)、后顶管(2)、中继间圆钢管 (3)、第一 A密封式充气囊(7)、千斤顶(8)、千斤顶接受座（10)、牵引绳（11)、卷扬机（12)、千 斤顶传力杆（16)、千斤顶台座（28)，其特征在于:前顶管（1)后端面与后顶管（2)前端面相 接，中继间圆钢管(3)位于前顶管（1)、后顶管(2)管中的结合部位，中继间圆钢管(3)3/4长 的管段位于前顶管（1)中，1/4长的管段位于后顶管(2)中，前顶管（1)、后顶管(2)和中继间 圆钢管（3)三者中心轴线重合;在中继间圆钢管（3)外壁上、前顶管（2)后端处套钢环（17)， 第一 A密封式充气囊(7)套在钢环（17)外壁上，第二B密封式充气囊(22)套在后顶管(2)前端 的中继间圆钢管（3)外壁上；二个环形密封圈（14)分别嵌套在钢环（17)内壁的二个环形凹 槽中，第一A密封式充气囊(7)内壁与钢环（17)外壁采用结构胶固定粘结，在中继间圆钢管 (3)外壁、距中继间圆钢管(3)前端面200mm和600mm横断面处各安装四个重型万向脚轮(4)， 各横断面处重型万向脚轮(4)安装位置分别为中继间圆钢管(3)外壁圆周上最下、最上、最 左、最右处，重型万向脚轮(4)的万向轮顶在前顶管（1)的内壁上;在后顶管(2)内壁、距后顶 管（2)前端面1/4中继间圆钢管(3)长度横断面处安装四个固定台座(5)，固定台座(5)安装 位置分别为后顶管（2)内壁圆周上最下、最上、最左、最右处；中继间圆钢管（3)后端卡在固 定台座(5)的阶梯形卡槽内，中继间圆钢管固定螺栓(13)穿过中继间圆钢管(3)的穿透性圆 孔D，将中继间圆钢管(3)后端与固定台座(5)连接;在中继间圆钢管(3)内壁上、距中继间圆 钢管(3)后端面1/2中继间圆钢管(3)长度横断面处安装四个千斤顶台座(28)，千斤顶台座 (28)的安装位置分别为中继间圆钢管(3)内壁圆周上与圆心的连线与水平面成45 °角的点 处;在前顶管（1)内壁上、距前顶管（1)后端面3/4中继间圆钢管(3)长度横断面处安装四个 千斤顶接受座（10)，千斤顶接受座（10)安装位置分别为前顶管（1)内壁圆周上与圆心的连 线与水平面成45 °角的点处；用千斤顶固定螺栓(31)将千斤顶(8)固定在千斤顶台座(28) 上，千斤顶传力杆（16)后端通过螺纹与千斤顶(8)活塞杆前端连接，千斤顶传力杆(16)前端 顶在千斤顶接受座（10)的圆形凹槽内；牵引绳（11)后端与工作井中的卷扬机（12)相连接， 牵引绳(11)前端分成四股，分别穿过中继间圆钢管(3)的穿透性圆孔D，与中继间圆钢管(3) 相连。2. 根据权利要求1所述的一种重复使用组合式钢管中继间装置，其特征在于:所述的中 继间圆钢管(3)是外径比前顶管（1)内径小210mm、壁厚为100-120mm、长度为2.5-3m的圆形 钢管;在中继间圆钢管(3)管壁上距前端面200mm和600mm横断面处的各重型万向脚轮(4)安 装处钻二个穿透性圆孔C，穿透性圆孔C孔径大于脚轮螺栓(27)外径;在中继间圆钢管(3)管 壁上各千斤顶台座(28)安装处钻二个第二螺孔，第二螺孔车成内螺纹;在中继间圆钢管(3) 管壁上距后端面300mm和600mm横断面处各钻四个第三螺孔，第三螺孔位置分别为中继间圆 钢管(3)相应横断面处管壁最下、最上、最左、最右处，第三螺孔车成内螺纹，第三螺孔的内 螺纹与固定螺杆(6)外螺纹匹配;距中继间圆钢管(3)后端面30mm断面处钻4个穿透性圆孔 D，穿透性圆孔D分别为中继间圆钢管(3)内壁圆周上最下、最上、最左、最右处，穿透性圆孔D 内径大于中继间圆钢管固定螺栓(13)外径。3. 根据权利要求1所述的一种重复使用组合式钢管中继间装置，其特征在于:所述的重 型万向脚轮(4)整体高度为105mm、轮直径为75_，脚轮螺栓(27)穿过重型万向脚轮(4)的脚 轮底板上的螺孔和中继间圆钢管(3)上的穿透性圆孔C，将重型万向脚轮(4)固定在中继间 圆钢管(3)外壁上。4. 根据权利要求1所述的一种重复使用组合式钢管中继间装置，其特征在于:所述的第 一 A密封式充气囊(7)是充气之后内径与钢环（17)外径相匹配、外径与前顶管（1)内径相匹 配的充气式硅胶气囊，第一 A密封式充气囊(7)的高度200mm，第一 A密封式充气囊(7)通过A 加压充气管(20)顺序连接A阀门（18)、A压力表(21)、A充气加压栗（19)。5. 根据权利要求1所述的一种重复使用组合式钢管中继间装置，其特征在于:所述的第 二B密封式充气囊(7)内径与中继间圆钢管(3)外径相匹配，外径与后顶管(2)内径相匹配的 硅胶气囊，第二B密封式充气囊(7)的高度200mm，第二B密封式充气囊(7)通过B加压充气管 (20)顺序连接B阀门（18)、B压力表(21)、B充气加压栗(24)。6. 根据权利要求1所述的一种重复使用组合式钢管中继间装置，其特征在于:所述的千 斤顶台座(28)是长100-150mm、宽80-100mm、厚200mm的T形钢块，千斤顶台座（28)与中继间 圆钢管(3)内壁接触面带T形翼板，其弧度与中继间圆钢管(3)内壁相匹配，千斤顶台座(28) 两侧的T形翼板上各钻有一个穿透性圆孔B，穿透性圆孔B的位置与中继间圆钢管(3)第二螺 孔匹配，穿透性圆孔B的孔径大于千斤顶台座固定螺栓(9)外径，千斤顶台座(28)前端面钻 有四个第五螺孔，第五螺孔的位置与千斤顶底座板(30)上的预设穿透性圆孔E匹配。7. 根据权利要求1所述的一种重复使用组合式钢管中继间装置，其特征在于:所述的固 定台座(5)为高度110mm、宽度300mm、长度300mm凸形钢块，固定台座(5)与后顶管(2)接触面 成圆弧形，其弧度与后顶管(2)内壁弧形匹配；固定台座(5)上距离固定台座(5)前端面50mm 处钻第七螺孔，第七螺孔位置与穿透性圆孔D配套，中继间圆钢管固定螺栓（13)成外螺纹， 第七螺孔的内螺纹与中继间圆钢管固定螺栓（13)外螺纹相匹配；固定台座(5)上距离固定 台座(5)后端50mm断面处钻二个穿透性圆孔F，穿透性圆孔F的位置与后顶管(2)内壁上的第 四螺孔配套，穿透性圆孔F的孔径大于台座固定螺栓(29)的外径，固定螺栓(29)车成外螺 纹，固定螺栓(29)的外螺纹与第四螺孔的内螺纹相匹配；固定螺栓(29)穿过穿透性圆孔F， 将固定台座(5)固定在后顶管(2)内壁上。8. 权利要求1所述的一种用于顶管施工的可重复使用组合式钢管中继间装置的施工方 法，其步骤是： 1)安装： a) 将钢环与第一A密封式充气囊组装成一体，套在中继间圆钢管外壁上，同时将第二B 密封式充气囊套在中继间圆钢管外壁上，钢环与第一 A密封式充气囊的组装体在前，第二B 密封式充气囊在后； b) 用脚轮螺栓将重型万向脚轮固定在中继间圆钢管外壁预定位置； c) 用台座固定螺栓将固定台座固定在后顶管内壁预定位置； d) 将前顶管、后顶管按顶进方向顺序安放，前顶管在前，后顶管在后，并使前顶管和后 顶管共纵轴线，使前顶管后端面与后顶管前端面紧贴，然后将中继间圆钢管放置在前顶管、 后顶管管中的结合部位，中继间圆钢管后端卡在固定台座的阶梯形卡槽内，并用中继间圆 钢管固定螺栓将中继间圆钢管后端与固定台座牢固连接； e) 将固定螺杆拧入中继间圆钢管上的第三螺孔，顶在后顶管内壁上，通过拧紧或拧松 固定螺杆来调节中继间圆钢管和后顶管的相对位置，使二者的位置固定； f) 将第二B密封式充气囊挪至后顶管前端部处，将钢环与第一 A密封式充气囊的组装体 挪至前顶管后端部处； g) 用千斤顶台座固定螺栓将千斤顶台座固定在中继间圆钢管内壁预定位置； h) 用千斤顶接受座螺栓将千斤顶接受座固定在前顶管内壁预定位置； i) 打开A阀门，启动A充气加压栗给第一A密封式充气囊充气，观测A压力表气压达到 200kPa，关闭A充气加压栗和A阀门； j) 打开B阀门，启动B充气加压栗给第二B密封式充气囊充气，观测B压力表，B压力表气 压达到200kPa，关闭B充气加压栗和B阀门； k) 将千斤顶固定在千斤顶台座上，将千斤顶传力杆与千斤顶的活塞杆连起来，使千斤 顶传力杆与千斤顶的纵轴线重合，并将千斤顶传力杆前端面顶在千斤顶接受座后端面的圆 形凹槽内； 2) 顶进：启动中继间液压系统给千斤顶施加顶推力，使千斤顶向前顶进前顶管，顶进 0.5m-0.8m后，关闭中继间液压系统，并开启千斤顶回油阀，启动工作井顶进机，将后顶管向 前推进0.5-0.8m，重复该顶进步骤，直到达到施工顶进距离； 3) 拆卸中继间圆钢管固定部件:打开A阀门和B阀门，将第一 A密封式充气囊和第二B密 封式充气囊中的高压气体放掉;拆除千斤顶传力杆和千斤顶，拧下千斤顶台座固定螺栓和 千斤顶接受座螺栓，卸掉千斤顶台座和千斤顶接受座;拧下固定螺杆、中继间圆钢管固定螺 栓和台座固定螺栓，拆除固定台座； 4) 拉出中继间圆钢管:将牵引绳前端系在后顶管上的穿透性圆孔D上，将牵引绳后端与 工作井中的卷扬机相连接，启动卷扬机将中继间圆钢管连同重型万向脚轮从顶管中拉出。
【文档编号】F16L1/036GK105889625SQ201610228574
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月13日
【发明人】陈善雄, 程刘勇
【申请人】中国科学院武汉岩土力学研究所