一种矩形顶管施工自动止退系统及方法与流程

1.本发明涉及顶管施工技术领域，具体涉及一种矩形矩形顶管施工自动止退装置及方法。


背景技术：

2.顶管法施工已经成为城市地下管道施工的重要方法。顶管顶进施工过程中需要不定期安装新的管片，安装管片期间千斤顶油缸回缩，已顶进完成的管片和顶管机失去顶进力并在开挖面土压力的作用下向始发井回退。已顶进完成的管片和顶管机的回退将会导致开挖面土体产生较大变形甚至失稳破坏，进而导致地面沉降超限，影响地表建(构)筑物的正常工作。因此，需要设置止退装置防止顶进暂停期间已顶进管片和顶管机产生回退。
3.目前，现有的止退装置主要分为两种，第一种是在始发井壁以及管片处分别设置预埋钢板，采用焊接的方式将连接钢板与始发井壁和管片之上的预埋钢板连接起来，利用始发井来防止顶管机和已顶进管片的回退；第二种是在管片表面留有止退孔，当千斤顶回退时将剪力销插入止退孔，以此防止顶管机和已顶进管片的回退。但是，前述两种止退方法均需要人工操作，自动化程度较低，严重制约顶管施工效率。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种施工效率高的矩形顶管施工自动止退系统及方法。
5.本发明采用的技术方案为：一种矩形顶管施工自动止退系统，包括固定架和止退装置，所述固定架设于顶管外侧的始发井内；所述止退装置包括止退座体、自动弹出件和止退杆；所述止退座体安装在固定架上，止退座体开设有止退槽，止退槽内底部设置自动弹出件，自动弹出件的一端与止退槽相连，自动弹出件的活动端与止退杆的一端相连，止退杆的另一端为工作端，工作端的前侧为斜面；止退杆的工作端与开设于顶管外部的止退孔适配，顶管顶进时，止退杆的工作端可伸入顶管的止退孔内阻止顶管后退，或随顶管顶进逐渐从止退孔回缩。
6.按上述方案，所述自动弹出件包括弹簧和限位套筒，所述弹簧的一端与止退槽相连，弹簧的另一端与止退杆的端部相连；所述限位套筒套设于弹簧的外部。
7.按上述方案，所述顶管施工止退系统还设有后退力采集装置，后退力采集装置包括压力传感器和后退力采集仪；所述压力传感器安装于止退杆工作端的后侧；止退杆位于止退孔内时，压力传感器可与止退孔孔壁接触，用于测量顶管后退力；所述后退力采集仪通过导线与压力传感器连接。
8.按上述方案，所述顶管施工止退系统还包括设于止退槽内的止退提醒装置，止退提醒装置包括弹出报警开关和报警器；所述弹出报警开关设于止退槽底部；所述报警器通过导线与弹出报警开关相连并形成回路；当止退杆弹出止退槽，止退杆的后端与弹出报警开关脱离接触，开关闭合，回路接通，报警器启动并发出声音；当止退杆退回止退槽，止退杆
的后端与弹出报警开关接触，弹出报警开关打开，回路断开，报警器不启动。
9.按上述方案，所述止退杆上设有限位孔；所述止退槽设有限位插销和插销套筒，插销套筒用于存放限位插销；限位插销伸出后可插入止退杆的限位孔内。
10.按上述方案，所述止退杆的工作端头部设有导轮，导轮与顶管外壁接触。
11.按上述方案，所述固定架包括门型支架和升降装置；门型支架包括两根立柱和横梁，两根立柱对称分布于顶管两侧，立柱的底部与顶管机始发井地面相连，立柱的前侧部安装有斜撑；两立柱的上端分布与横梁连接，横梁位于顶管上方；立柱上安装升降装置，止退装置与升降装置相连。
12.按上述方案，所述升降装置包括竖向布置的螺杆和与螺杆配合的螺母，所述止退装置的止退座体侧部开设有与螺杆设配的升降卡槽，止退装置通过升降卡槽安装在螺杆上，升降卡槽上部和下部分别通过与螺杆连接的螺母卡紧。
13.本发明还提供了一种矩形顶管施工自动止退方法，该方法包括以下步骤：
14.步骤一、提供如上所述的矩形顶管施工自动止退系统，并安装各结构；
15.步骤二、顶管机千斤顶启动，开始顶进施工，顶管在千斤顶的作用下轴向移动，止退杆工作端斜面受力下压自动弹出件，止退杆工作端逐渐从止退孔退出；随着顶管继续顶进，止退杆完全退出前节顶管止退孔，并相对当前顶管表面移动；
16.步骤三、下节顶管在千斤顶的作用下顶进至接近设计位置、顶管上的止退孔与止退杆工作端接触时，止退杆工作端在自动弹出件的作用下弹出并推入止退孔内；顶管继续推进，直至报警器发声，表明止退杆到位；此时压力传感器与止退孔接触，监测后退力大小并采集；
17.步骤四、千斤顶回退并安装下节顶管，下节顶管在千斤顶的作用下顶进，并推动前节顶管逐渐向前，止退系统的止退杆退出当前止退孔，继续后续施工。
18.按上述方案，所述矩形顶管施工自动止退系统的安装方法为：
19.(1)、根据顶管位置安装固定架，调整固定架与顶管之间的间隙；固定架与顶管机始发井地面固定连接；
20.(2)、将限位插销插入止退杆的限位孔内，防止退杆从止退槽内脱落；
21.(3)、将止退装置安装在升降装置上，调整止退装置高度，以与顶管的止退孔适配；
22.(4)、拔出限位插销，保证各个止退杆均可正常插入止退孔；
23.(5)、将压力传感器连接至后退力采集仪，调试后退力采集仪开展采集；将弹出报警开关连接至报警器，调试仪器开始工作。
24.本发明的有益效果为：本发明在止退杆的下端设计自动弹出件，利用自动弹出件的弹力作用弹出止退杆，使止退杆的工作端伸入顶管的止退孔内，实现了自动止退；本发明将止退杆的工作端前侧(也即背离顶进方向的一侧)设计为斜面，这一设计可在顶管顶进时使止退杆受力后自动从止退孔退回，整个止退和回缩过程无需人工操作，简化了止退工序的流程，提高了施工效率，大大缩短了工期。本发明在止退杆的工作端后侧布置压力传感器，可对后退力进行实时监测并采集，为调整顶推力的大小提供了可靠依据。本发明设计了升降装置，调整止退杆的位置，使止退杆适应不同规格的顶管止退。本发明设计报警装置，安全可靠。
附图说明
25.图1为本发明一个具体实施例的横剖面图；
26.图2为本实施例的侧视图。
27.图3为本实施例中止退钢架的局部剖面图。
28.图4为本实施例中止退杆正视图。
29.图5是本发明一种自动弹出式矩形顶管止退装置止退状态的局部剖面图；
30.图6是本发明一种自动弹出式矩形顶管止退装置非止退状态的局部剖面图；
31.图7是本发明一种自动弹出式矩形顶管止退装置刚脱离止退状态的局部剖面图。
32.图中：1.止退座体；11.止退槽，111.插销套筒，112.限位插销，113.导线孔；12.止退杆，121.导轮，122.工作端斜面，123.限位孔，124.导线孔；13.自动弹出件，131.弹簧，132.限位套筒；14.止退孔；15.升降卡槽；16.后退力采集装置，161.压力传感器，162.后退力采集仪；17.止退提醒装置，171.弹出报警开关，172.报警器；2.固定架，21.门型支架，22.斜撑，23.升降螺杆，24.螺母；3.顶管；4.千斤顶；5.顶铁；6.始发井地面。
具体实施方式
33.为了更加清楚地说明本发明技术特点和优势，下面结合附图对具体实施例对本发明作进一步地描述。
34.现有顶管机采用千斤顶4顶进施工，千斤顶4通过顶铁5顶进前节顶管3施工到位后退回，安装新顶管后，再次推动新顶管顶进，前顶管3在新顶管的作用下继续顶进；此为现有技术，这里不再赘述。
35.如图1和图2所示的一种矩形顶管施工自动止退系统，包括固定架2和止退装置，所述固定架2设于顶管3外侧的始发井内，固定架2与始发井地面6固定相连；所述止退装置包括止退座体1、止退杆12和自动弹出件13；所述止退座体1安装在固定架2上，止退座体1开设有止退槽11，止退槽11内底部设置自动弹出件13，自动弹出件13的一端与止退槽11相连，自动弹出件13的活动端与止退杆12的一端相连，止退杆12的另一端为工作端，工作端的前侧(也即背离顶进方向一侧)为斜面122；止退杆12的工作端与开设于顶管3管片外部的止退孔14适配，顶管3顶进时，止退杆12的工作端可伸入顶管3的止退孔14内阻止顶管3后退，或随顶管3顶进逐渐从止退孔14回缩。
36.本发明中，所述顶管3为矩形顶管；千斤顶4推动顶管3顶进时，止退杆12的工作端与顶管3外表面接触，二者相对移动，当顶管3管片外部的止退孔14移动至止退杆12的工作端位置时，止退杆12在自动弹出件13的作用下沿垂直于顶管3轴向逐渐弹出并伸入止退孔14内，止退杆12与止退孔14相互作用限制顶管3后退并将后退力传递至止固定架2，实现顶管3止退；千斤顶4退回并推动新顶管顶进时，新顶管推动前顶管顶进，止退杆12工作端的斜面122与止退孔14相对移动，止退杆12在止退孔14的作用下回缩，直至止退杆12的工作端与止退孔14完全脱离，前顶管3继续顶进。
37.优选地，所述自动弹出件13包括弹簧131和限位套筒132，所述弹簧131的一端与止退槽11相连，弹簧131的另一端与止退杆12的端部相连；所述限位套筒132套设于弹簧131的外部。弹簧131用于将止退杆12弹推至止退孔14，止退时止退杆12受弹簧131的弹力作用自动弹出并插入止退孔14；顶进时止退杆12受顶管3作用向止退槽11内回缩，弹簧131被压缩。
本实施例中，所述自动弹出件13有两组，对称布置在止退杆12的端部；自动弹出件13的限位套筒132为钢套筒，用于防止弹簧131过度压缩。
38.本实施例中，如图4所示，所述止退杆12的主体部分为圆杆；止退杆12的工作端前侧设斜面122(工作端的头部截面小，尾部截面大)工作端的尾部与止退杆12的主体部分连接为整体。止退杆12的设计可使得顶管3前进时止退杆12在顶管3作用下可以正常退出止退孔14。
39.优选地，如图4所示，所述止退杆12上设有限位孔123；所述止退槽11设有限位插销112和插销套筒111，插销套筒111用于存放限位插销112；限位插销112伸出后可插入止退杆12的限位孔123内，防止止退杆12脱离止退槽11。本实施例中，所述止退槽11断面为圆形，圆形直径略大于止退杆12，以便于止退杆12正常弹出和回缩。
40.优选地，所述止退杆12的工作端头部设有导轮121，导轮121与顶管3外壁接触。本实施例中，所述导轮121为圆柱体状，用于减小止退杆12与顶管3之间的摩擦力。
41.优选地，所述顶管施工止退系统还设有后退力采集装置16，后退力采集装置包括压力传感器161和后退力采集仪162；所述压力传感器161安装于止退杆12工作端的后侧(与顶管3顶进方向相同的一侧)；止退杆12位于止退孔14内时，压力传感器161可与止退孔14孔壁接触，用于测量顶管3后退力；所述后退力采集仪162通过导线与压力传感器161连接，用于实时采集后退力数据。本实施例中，止退杆12的工作端设有第二导线孔124，用于穿出后退力采集仪162与压力传感器161的连接导线。
42.优选地，所述顶管施工止退系统还包括设于止退槽11内的止退提醒装置17，止退提醒装置17包括弹出报警开关171和报警器172；所述弹出报警开关171设于止退杆12后端(具体位于止退槽11底部)，用于监测止退杆12的工作状态；所述报警器172通过导线与弹出报警开关171相连并形成回路，报警器172用于提醒工作人员弹出报警开关171的工作状态；当止退杆12处于止退状态时，止退杆12弹出止退槽11(止退杆12的工作端伸入止退孔14内)，止退杆12的后端与弹出报警开关171脱离接触，开关闭合，回路接通，报警器172启动并发出声音，提醒工作人员止退杆12退回到位；止退杆12处于非止退状态(非工作状态)时，止退杆12退回止退槽11(止退杆12的工作端从止退孔14脱离)，止退杆12的后端与弹出报警开关171接触，弹出报警开关171打开，回路断开，报警器172不启动、无声音。本实施例中，所述报警器172为蜂鸣报警器；所述止退槽11留有第一导线孔113，用于通过弹出报警开关171的连接导线。
43.优选地，如图1～3所示，所述固定架2包括门型支架21和升降装置，门型支架21包括两根立柱和横梁，两根立柱对称分布于顶管3两侧，立柱的底部与顶管3机始发井地面6相连，立柱的前侧部安装有斜撑22；两立柱的上端分布与横梁连接，横梁位于顶管3上方；立柱上安装升降装置，止退装置与升降装置相连。
44.优选地，所述升降装置包括竖向布置的螺杆23和与螺杆23配合的螺母24，所述止退装置的止退座体1侧部开设有与螺杆23设配的升降卡槽15，止退装置通过升降卡槽15安装在螺杆23上，升降卡槽15上部和下部分别通过与螺杆23连接的螺母24卡紧，从而实现止退装置与升降装置的连接。
45.本实施例中，门型支架21和斜撑22为钢构件；所述门型支架21用于承担止退杆12传递而来的后退力；所述斜撑22用于增强门型支架21的稳定性；所述升降装置有两组，分别
设于门型支架21的两根立柱内；每个升降装置设两根竖向的螺杆23，通过调整螺母24来调整止退装置在螺杆23上的安装位置，以适应不同的顶管3管片。
46.本实施例中止退槽11的深度为500mm，截面半径为100mm；止退杆12的长度为715mm，截面最大半径为99mm；导轮121的半径为10mm；弹簧131的套筒长85mm；固定架2内边缘与顶管3预留缝隙为200mm；所述顶管3为矩形顶管。
47.一种顶管3施工自动止退方法，该方法包括以下步骤：
48.步骤一、提供如上所述顶管3施工自动止退系统，并安装各结构。具体安装方法为：
49.(1)、根据顶管3位置安装固定架2，调整固定架2与顶管3之间的间隙；固定架2与顶管3机始发井地面6固定连接；
50.(2)、将限位插销112插入止退杆12的限位孔123内(如图5所示)，防止退杆12从止退槽11内脱落；
51.(3)、将止退装置安装在升降装置上，调整止退装置高度，以与顶管3的止退孔14适配；
52.(4)、拔出限位插销112，保证各个止退杆12均可正常插入止退孔14；
53.(5)、将压力传感器连接至后退力采集仪，调试后退力采集仪开展采集；将弹出报警开关连接至报警器，调试仪器开始工作；
54.步骤二、顶管3机千斤顶4启动，开始顶进施工，顶管3在千斤顶4的作用下轴向移动，止退杆12工作端斜面122受力下压自动弹出件13，止退杆12工作端逐渐从止退孔14退出(如图6所示)，随着顶管3继续顶进，止退杆12完全退出前节顶管3止退孔14(如图7所示)，并相对当前顶管3表面移动；
55.步骤三、下节顶管在千斤顶4的作用下顶进至接近设计位置、顶管上的止退孔14与止退杆12工作端接触时，止退杆12工作端在自动弹出件13的作用下弹出并推入止退孔14内(如图5所示))；顶管继续推进，直至报警器发声，表明止退杆12到位；此时压力传感器161与止退孔14接触，可以监测后退力大小；
56.步骤四、千斤顶4回退并安装下节顶管，下节顶管在千斤顶4的作用下顶进，并推动前节顶管逐渐向前，止退系统的止退杆12退出当前止退孔14，继续后续施工。
57.本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
58.最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种矩形顶管施工自动止退系统，其特征在于，包括固定架和止退装置，所述固定架设于顶管外侧的始发井内；所述止退装置包括止退座体、自动弹出件和止退杆；所述止退座体安装在固定架上，止退座体开设有止退槽，止退槽内底部设置自动弹出件，自动弹出件的一端与止退槽相连，自动弹出件的活动端与止退杆的一端相连，止退杆的另一端为工作端，工作端的前侧为斜面；止退杆的工作端与开设于顶管外部的止退孔适配，顶管顶进时，止退杆的工作端可伸入顶管的止退孔内阻止顶管后退，或随顶管顶进逐渐从止退孔回缩。2.如权利要求1所述的矩形顶管施工自动止退系统，其特征在于，所述自动弹出件包括弹簧和限位套筒，所述弹簧的一端与止退槽相连，弹簧的另一端与止退杆的端部相连；所述限位套筒套设于弹簧的外部。3.如权利要求1所述的矩形顶管施工自动止退系统，其特征在于，所述顶管施工止退系统还设有后退力采集装置，后退力采集装置包括压力传感器和后退力采集仪；所述压力传感器安装于止退杆工作端的后侧；止退杆位于止退孔内时，压力传感器可与止退孔孔壁接触，用于测量顶管后退力；所述后退力采集仪通过导线与压力传感器连接。4.如权利要求1所述的矩形顶管施工自动止退系统，其特征在于，所述顶管施工止退系统还包括设于止退槽内的止退提醒装置，止退提醒装置包括弹出报警开关和报警器；所述弹出报警开关设于止退槽底部；所述报警器通过导线与弹出报警开关相连并形成回路；当止退杆弹出止退槽，止退杆的后端与弹出报警开关脱离接触，开关闭合，回路接通，报警器启动并发出声音；当止退杆退回止退槽，止退杆的后端与弹出报警开关接触，弹出报警开关打开，回路断开，报警器不启动。5.如权利要求1所述的矩形顶管施工自动止退系统，其特征在于，所述止退杆上设有限位孔；所述止退槽设有限位插销和插销套筒，插销套筒用于存放限位插销；限位插销伸出后可插入止退杆的限位孔内。6.如权利要求1所述的矩形顶管施工自动止退系统，其特征在于，所述止退杆的工作端头部设有导轮，导轮与顶管外壁接触。7.如权利要求1所述的矩形顶管施工自动止退系统，其特征在于，所述固定架包括门型支架和升降装置；门型支架包括两根立柱和横梁，两根立柱对称分布于顶管两侧，立柱的底部与顶管机始发井地面相连，立柱的前侧部安装有斜撑；两立柱的上端分布与横梁连接，横梁位于顶管上方；立柱上安装升降装置，止退装置与升降装置相连。8.如权利要求7所述的矩形顶管施工自动止退系统，其特征在于，所述升降装置包括竖向布置的螺杆和与螺杆配合的螺母，所述止退装置的止退座体侧部开设有与螺杆设配的升降卡槽，止退装置通过升降卡槽安装在螺杆上，升降卡槽上部和下部分别通过与螺杆连接的螺母卡紧。9.一种矩形顶管施工自动止退方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、提供权利要求1～8中任意一项所述的矩形顶管施工自动止退系统，并安装各结构；步骤二、顶管机千斤顶启动，开始顶进施工，顶管在千斤顶的作用下轴向移动，止退杆工作端斜面受力下压自动弹出件，止退杆工作端逐渐从止退孔退出；随着顶管继续顶进，止退杆完全退出前节顶管止退孔，并相对当前顶管表面移动；步骤三、下节顶管在千斤顶的作用下顶进至接近设计位置、顶管上的止退孔与止退杆
工作端接触时，止退杆工作端在自动弹出件的作用下弹出并推入止退孔内；顶管继续推进，直至报警器发声，表明止退杆到位；此时压力传感器与止退孔接触，监测后退力大小并采集；步骤四、千斤顶回退并安装下节顶管，下节顶管在千斤顶的作用下顶进，并推动前节顶管逐渐向前，止退系统的止退杆退出当前止退孔，继续后续施工。10.如权利要求9所述的矩形顶管施工自动止退方法，其特征在于，所述矩形顶管施工自动止退系统的安装方法为：(1)、根据顶管位置安装固定架，调整固定架与顶管之间的间隙；固定架与顶管机始发井地面固定连接；(2)、将限位插销插入止退杆的限位孔内，防止退杆从止退槽内脱落；(3)、将止退装置安装在升降装置上，调整止退装置高度，以与顶管的止退孔适配；(4)、拔出限位插销，保证各个止退杆均可正常插入止退孔；(5)、将压力传感器连接至后退力采集仪，调试后退力采集仪开展采集；将弹出报警开关连接至报警器，调试仪器开始工作。

技术总结
本发明公开了一种矩形顶管施工自动止退系统，包括固定架和止退装置，所述固定架设于顶管外侧的始发井内；所述止退装置包括止退座体、自动弹出件和止退杆；所述止退座体安装在固定架上，止退座体开设有止退槽，止退槽内底部设置自动弹出件，自动弹出件的一端与止退槽相连，自动弹出件的活动端与止退杆的一端相连，止退杆的另一端为工作端，工作端的前侧为斜面；止退杆的工作端与开设于顶管外部的止退孔适配。本发明还提供了一种矩形顶管施工自动止退方法。本发明的有益效果为：利用自动弹出件的弹力作用弹出止退杆，使止退杆的工作端伸入顶管的止退孔内，实现了自动止退；止退杆的工作端前侧设计为斜面，止退杆受力后自动从止退孔退回，无需人工操作，提高了施工效率。提高了施工效率。提高了施工效率。


技术研发人员：霍超 蔡兵华 梁荣柱 李忠超 谭冲 黄文霞 李徐德 吴凯 王理想 李海 宋秦淼 黄栋 彭静
受保护的技术使用者：武汉市市政建设集团有限公司
技术研发日：2023.03.10
技术公布日：2023/7/11