高水压条件下顶管机接收装置及接收方法

摘要

本发明涉及一种高水压条件下顶管机接收装置及接收方法,装置包括顺序连接的孔口管、法兰管、钢套管接收舱和稳压舱，在钢套管接收舱上安装有排气阀，在稳压舱舱体上安装的稳压管，压力表、排水阀和溢流阀。本装置在法兰管两端安装有Y型密封橡胶圈具有良好的密封效果，用于接收顶管机时消除因地层高水压条件引起的漏水漏浆问题。本发明的方法基于泥水平衡的原理，通过调节稳压舱内的气体压力，使钢套管接收舱里的泥水压力与地层水土压力保持平衡，实现安全可靠地接收顶管机。应用本发明的装置和方法可免除对接收端土体的加固和降水施工，且本装置可循环使用，降低施工成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高水压条件下顶管机接收装置及接收方法,具体地说是一种在高水 压条件下顶管机到达接收端，采用钢套管式顶管机接收装置安全接收顶管机的施工方 法，属于非开挖工程领域。

背景技术

顶管技术是一项非开挖掘进式管道铺设施工技术。顶管施工具有速度快，对周围环 境不影响或者影响较小，施工场地小，噪音小，而且能够深入地下作业等优点。但在一 些复杂情况下，特别是高水压条件下，现有的顶管机到达工作井时的接收技术存在技术 难度高，安全风险大，容易出现坍塌、漏水等现象，严重时会造成整个顶管工程的失败。

现有顶管接收方式的改进主要包括三部分内容：

1、针对一些复杂地层大直径顶管或者管幕施工，需要在接收井段采取地层加固措 施；但采用接收井段地层加固措施占地面积大，而且可能涉及到管线改迁。

2、如果地下水位较高，需对顶管接收端地层进行降水；

3、在接收井端安装橡胶门帘止水装置。但橡胶门帘止水装置仅限于常压、土层， 而且顶管接收时，橡胶门帘翻转方向与泥沙和水涌出的方向一致，止水效果不是太好。

因此需要开发一种施工成本较低，适用性广，且能在高水压条件下安全接收顶管机 的接收装置及接收方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有顶管接收方式存在的缺点，而提供一种适用性广、节 约成本和接收安全性高的高水压条件下顶管机接收装置及接收方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术措施是：提供一种高水压条件下顶管机接收 装置，包括孔口管、法兰管、钢套管接收舱和稳压舱，及在钢套管接收舱上安装的排气 阀，稳压舱舱体上安装的稳压管，压力表、排水阀和溢流阀；孔口管埋置在接收井洞口 墙中，法兰管为上下两个半圆环通过螺栓和密封橡胶条密封连接而成，孔口管、法兰管、 钢套管接收舱和稳压舱顺序连接，所述的钢套管接收舱为一个或多个钢套管连接而成， 钢套管与钢套管之间、钢套管尾端与稳压舱之间的连接处均通过密封橡胶环和螺栓固定 连接；所述法兰管的两个半圆环采用螺栓和密封橡胶条连接后，还在连接处使用高强度 环氧树脂胶密封；法兰管一端通过螺栓和Y型橡胶密封圈A固定在孔口管上，法兰管另 一端通过螺栓和Y型橡胶密封圈B连接钢套管接收舱；所述的Y型橡胶密封圈A和Y型 橡胶密封圈B结构相同，均为在中部分成左、右两页橡胶密封圈，左页橡胶密封圈与右 页橡胶密封圈叉开角度成Y型，Y型橡胶密封圈安装在法兰管两端时，右页橡胶密封圈 内径小于顶管机直径，右页橡胶密封圈与水平面垂直；所述稳压舱在与钢套管连接端开 有一个连通口，连通口用于保持稳压舱与钢套管接收舱中水的流动和压力的传递。

所述的钢套管为两端开口的圆筒结构，每一节钢套管上均设有限制钢套管径向变形 的环板。

本发明还提供一种使用上述高水压条件下顶管机接收装置接收顶管机的方法，先准 备一套顶管机接收装置，将装置的孔口管埋置在接收井洞口墙中，孔口管安装的过程中， 需对孔口管的位置进行测量，在顶管机靠近接收井时，对顶管机的轴线进行测量和调整， 确保顶管机能够在指定范围内破墙；再按如下步骤操作：

步骤⑴、施工时将法兰管一端与Y型橡胶密封圈A、孔口管和洞口墙通过螺栓密封 连接，为保证孔口管安装的精度，孔口管与洞口墙墙体之间用锚杆定位，且在孔口管与 洞口墙墙体之间空隙填充注浆；

步骤⑵、在接收井施工平台的轨道上组装钢套管接收舱和稳压舱，在法兰管与钢套 管之间安装Y型橡胶圈B，并用螺栓连接；所述钢套管接收舱安装钢套管的节数视顶管 机长度调节，将钢套管与钢套管连接，尾节钢套管连接稳压舱，钢套管与钢套管之间以 及尾节钢套管与稳压舱之间均由螺栓和密封橡胶环密封连接；组装时注意稳压舱的连通 口在稳压舱舱体的下部；

步骤⑶、组装后在尾节钢套管上安装好排气阀，在稳压舱舱体下部安装好溢流阀， 在稳压舱舱体上部安装好稳压管、压力表，在稳压舱舱体后侧边中上部安装排水阀；

步骤⑷、打开钢套管上的排气阀，通过稳压管向稳压舱体内注水，待整个钢套管接 收舱和稳压舱都注满水，关闭排气阀，打开排水阀排水，直至排水阀排不出水时，关闭 排水阀并通过稳压管向舱体内注入高压气体，给稳压舱加压，使稳压舱内的气压等于地 层压力，保持该压力一个小时，以检测接收舱的密封性，若压力表读数基本不变，则接 收舱密封性良好，若压力表读数减小，则说明接收舱密封性不良，找到泄漏处，则上紧 螺栓及用环氧树脂进行加固密封；

步骤⑸、顶管机破墙，缓慢将顶管机推入接收舱体内；打开溢流阀，接收舱体通过 溢流阀排除泥水，并通过调节稳压舱气体压力，保证接收舱内的水压力与地层压力始终 保持平衡，保证接收端地层的稳定；顶管机破墙后Y型橡胶密封圈A和Y型橡胶密封圈 B组成两道密封体，每一个Y型橡胶密封圈被顶管机顶着分成两片，将泥沙挡在洞口处；

步骤⑹、待顶管机完全进入接收舱体后，停止顶进；通过顶管机后部的一管道注浆 孔，向管道与接收井洞口墙体之间的空隙注密封浆液，止水；

步骤⑺、压力测试，待密封浆液凝固后，关闭稳压管阀门；打开溢流阀阀门，徐徐 排出接收舱内部分泥水，关闭溢流阀阀门，观察压力表的读数是否稳定，若压力表读数 稳定，则密封浆液止水效果好；若压力表读数增大，则密封浆液止水效果不好，需补浆 或者更换浆液配方，直到密封浆液起到止水效果；

步骤⑻、待管道与接收井墙体之间的空隙密封之后，打开溢流阀，排除接收舱舱体 内剩余的泥水；

步骤⑼、拆除稳压舱的稳压管、压力表，拆除稳压舱，拆除钢套管、法兰管，将钢 套管一节一节拖出并吊出至地面；拆除顶管机，把顶管机吊出至地面，顶管机接收完成。

本发明的方法是基于泥水平衡的原理，使接收舱里面的泥水压力与地层水土压力保 持平衡，实现安全可靠地接收顶管机。本方法可有效防止接收端漏水漏泥现象，从而降 低顶管接收的风险，并有效的节约顶管机接收的成本。

本发明的高水压条件下顶管机接收装置及接收顶管机的方法与现有技术相比具有 的有益效果是：

1、本发明的高水压条件下顶管机接收装置及接收顶管机的方法适用性广。本方法 可以适用于各种地层，尤其是接收端水土压力大、地质条件差，又无法进行端头加固的 地层。且接收舱体可以按照现场吊装条件进行拆分与组装，满足场地及运输要求。

2、本发明的方法安全性高。接收舱体采用泥水平衡原理，通过调节稳压舱内的气 压保证舱内的泥水压力大于地层水土压力，在顶管机出洞过程中，稳压舱内的气体还可 以防止钢套管接收舱舱内压力的骤升，从而降低了对钢套管接收舱强度和密封的要求， 大大提高了施工的安全性；同时，Y型密封橡胶圈具有良好的密封效果，消除了顶管施 工因地层条件引起的漏水漏浆问题，使顶管机接收过程始终在一个钢套管接收装置密闭 的空间内，不对外界产生危险，能够很好地解决顶管接收的安全隐患，使顶管机安全、 快速进入接收井。

3、本发明的方法节约施工成本。采用本装置进行顶管机接收，可以免除对接收端 土体的加固和降水施工，而且本方法中使用的装置可以回收循环使用，减少了施工成本。

附图说明

图1为本发明的高水压条件下顶管机接收装置结构示意图。

图2为图1中A-A向视图，为法兰管的横截面结构示意图。

图3为图1中B-B向视图，为稳压舱内端面结构示意图。

图4为本发明中顶管机未进洞时两Y型橡胶密封圈状态示意图。

图5为本发明中顶管机出洞时Y型橡胶密封圈状态示意图。

图6为本发明中接收舱接收顶管机出洞过程纵截面结构示意图。

上述图中：1-Y型橡胶密封圈A，2-法兰管，3-Y型橡胶密封圈B，4-螺栓，5-钢套 管，6-橡胶密封环，7-排气阀，8-稳压舱，9-稳压管，10-压力表，11-排水阀，12-溢 流阀，13-环板，14-密封橡胶条，15-洞口墙，16-连通口，17-顶管机，18-气体，19- 水，20-孔口管，21-右页橡胶密封圈，22-左页橡胶密封圈。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详述。

实施例1：本发明提供的一种高水压条件下顶管机接收装置，其结构如图1所示。 包括孔口管20、法兰管2、钢套管接收舱和稳压舱8，及在钢套管接收舱上安装的排气 阀7、稳压舱8舱体上安装的稳压管9，压力表10、排水阀11和溢流阀12；参见图2， 法兰管2为上下两个半圆环通过螺栓4和密封橡胶条14密封连接而成，并在连接处使 用高强度环氧树脂胶加强密封性；孔口管20、法兰管2、钢套管接收舱和稳压舱8顺序 连接，通过螺栓4将法兰管2一端和Y型橡胶密封圈A1固定在孔口管2上，及通过螺 栓4将法兰管2另一端和Y型橡胶密封圈B3连接钢套管接收舱，Y型橡胶密封圈A1 与Y型橡胶密封圈B3安装在孔口管2后的状态如图4，Y型橡胶密封圈A1、Y型橡 胶密封圈B3结构相同，均为在中部分成左、右两页橡胶密封圈，左页橡胶密封圈22与 右页橡胶密封圈21叉开角度成Y型，右页橡胶密封圈21内径小于顶管机17的直径， 右页橡胶密封圈21与水平面垂直，左页橡胶密封圈22斜向翘起。

本实施例所述的钢套管接收舱为两节钢套管5连接而成，所述的钢套管5为两端开 口的圆筒结构，每一个钢套管5上均设有一个限制钢套管径向变形的环板13。两个钢 套管5之间、钢套管5尾端与稳压舱8之间的连接处均通过密封橡胶环6和螺栓4固定 连接。所述稳压舱8在与钢套管5连接端开有一个连通口16，参见图3，连通口16用 于保持稳压舱8与钢套管接收舱中水的流动和压力的传递。

在地层高水压条件下使用本发明的顶管机接收装置接收顶管机的方法，是先准备好 本实施例上述的顶管机接收装置，将装置的孔口管20埋置在接收井洞口墙15中，孔口 管20安装的过程中，需对孔口管的位置进行测量，在顶管机17靠近接收井时，对顶管 机17的轴线进行测量和调整，确保顶管机能够在指定范围内破墙；再按如下步骤操作：

步骤⑴、施工时将法兰管2一端与孔口管20和洞口墙15通过螺栓4密封连接，为 保证孔口管2安装的精度，孔口管20与洞口墙15墙体之间用锚杆定位，且在孔口管20 与洞口墙15墙体之间空隙填充注浆。

步骤⑵、在接收井施工平台的轨道上组装钢套管接收舱和稳压舱8，在法兰管2与 钢套管5之间安装Y型橡胶密封圈B3，并用螺栓4连接，参见图4，由于Y型橡胶密封 圈A1和Y型橡胶密封圈B3结构相同，均为在中部分成左、右两页橡胶密封圈，左页 橡胶密封圈22与右页橡胶密封圈21叉开角度成Y型，右页橡胶密封圈21内径小于顶 管机17的直径，右页橡胶密封圈21与水平面垂直。将两节钢套管5连接及将钢套管的 接收舱尾端连接稳压舱8，在两节钢套管5之间，以及钢套管接收舱与稳压舱8之间均 由螺栓4和密封橡胶环6密封连接；所述钢套管5安装的节数视顶管机长度调节；组装 时注意稳压舱的连通口16在稳压舱8舱体的下部。

步骤⑶、组装后在尾节钢套管5上安装好排气阀7，在稳压舱8舱体下部安装好溢 流阀12，在稳压舱舱体上部安装好稳压管9、压力表10，在稳压舱舱体后侧边中上部安 装排水阀11；如图1所示。

步骤⑷、打开钢套管接收舱上的排气阀7，通过稳压管9向稳压舱体内注水19，待 整个钢套管接收舱和稳压舱8都注满水19，关闭排气阀7，打开排水阀11排水，直至 排水阀11排不出水时，参见图6，关闭排水阀11并通过稳压管9向舱体内注入高压 气体18，给稳压舱8加压，使稳压舱内的气压等于地层压力，保持该压力一个小时， 以检测接收舱的密封性，若压力表10显示读数基本不变，则密封性良好，若压力表显 示读数减小，则说明接收舱密封性不良，找到泄漏处，则上紧螺栓及用环氧树脂进行 密封加固。

步骤⑸、顶管机17破墙，缓慢将顶管机17推入接收舱体内；打开溢流阀12，接收 舱体通过溢流阀12排除泥水，并通过调节稳压舱8内气体18的压力，保证钢套管接收 舱内的水压力与地层压力始终保持平衡，保证接收端地层的稳定；顶管机17破墙后参 见图5，Y型橡胶密封圈A1和Y型橡胶密封圈B3组成两道密封体，每一个Y型橡胶密 封圈被顶管机17分成前后两片，将泥水密封在接收舱体内；

步骤⑹、待顶管机17完全进入接收舱体后，停止顶进；通过顶管机后部的管道注 浆孔，向管道与接收井墙体之间的空隙注密封浆液，止水。

步骤⑺、压力测试，待密封浆液凝固后，关闭稳压管9阀门；打开溢流阀12阀门， 徐徐排出接收舱内部分泥水，关闭溢流阀12阀门，观察压力表10的读数是否稳定，若 压力表读数稳定，则密封浆液止水效果好；压力表10读数增大，则密封浆液止水效果 不好，需补浆或者更换浆液配方，直到密封浆液起到止水效果。

步骤⑻、待管道与接收井墙体之间的空隙密封之后，打开溢流阀12，排除接收舱舱 体内剩余的泥水。

步骤⑼、拆除稳压舱上的稳压管9、压力表10、排水阀11、溢流阀12，拆除稳压 舱8，拆除钢套管5、法兰管2，将钢套管5一节一节吊出至地面；拆除顶管机17，把 顶管机17吊出至地面，顶管机接收完成。

本发明基于泥水平衡的原理，调节使接收舱里面的泥水压力与地层水土压力保持平 衡，实现安全可靠地接收顶管机。应用本发明的装置和方法可免除对接收端土体的加固 和降水施工，且装置可循环使用，降低施工成本。