專利名稱：活塞式盾構及其管道施工方法
技術領域：
本發(fā)明屬于管道施工設施，一種活塞式盾構及其管道施工方法。
在各種地下管道的不開槽施工中，經(jīng)常會遇到高地下水頭的弱土層，穿越水下的飽和土層，流砂層，有地下暗流的流砂層等復雜的地質(zhì)情況，在這些情況下，用現(xiàn)有各種施工技術施工，很容易出現(xiàn)流砂和淤泥的涌流，造成施工困難和塌方事件?，F(xiàn)有施工中有支撐板支護法、注漿法、凍結法、噴漿法、熱加固法、密閉式盾構法，水力掘進頂管法和水力盾構法等。
本發(fā)明的目的是提供一種活塞式盾構及其管道施工方法使其具有安全性好，造價低、進度快等優(yōu)越性。
采用如下技術方案實現(xiàn)上述發(fā)明目的。
所述活塞式盾構掘進管道的施工方法，其盾構殼體內(nèi)分為上、下幾個矩形，在每個矩形里分別設置左右兩個斜活塞和中間一個大活塞。斜活塞掘進在前，為中間活塞拆裝支撐帶提供空間，斜活塞活動板在固定樁上前后移動，使斜活塞呈開通和封閉狀，中間活塞的支撐帶的拆裝使活塞呈開通和封閉狀，支撐帶在牽引下可在由窄長鋼板組成的支撐腔里移動，把支撐腔以至整個支撐面填滿，使支撐面封閉，活塞后部裝有后蓋板，活塞呈開通狀時，活塞可以頂進，活塞呈封閉狀時，可以取下后蓋板，取下蓋板和支撐面(斜活塞板)間的砂土，為外殼頂進提供空間。外殼頂進，正面砂土壓力作用在活塞上，活塞頂進時，砂土壓力作用在后蓋板上傳至外殼上。用外殼和活塞分別頂進的方法，完成一個活塞式盾構的頂進過程。
所述活塞式盾構其具有起支護作用的鋼板殼體1，殼體可制作成為幾個矩形體，兩個矩形體之間具有鋼板分隔板，殼體內(nèi)側有千斤頂座8，千斤頂后部頂在墊木10上，墊木置于砌塊33上，每一矩形殼體中有兩個活塞2，中間為一大活塞3，活塞由分隔架4分隔開，斜活塞置于前部。
所述活塞式盾構的分隔架設在兩活塞之間，前后兩端為豎鋼板，中部為平行放置的橫鋼板，后蓋板架6和分隔架4都通過豎桿固定在上、下鋼板上。
所述活塞式盾構的活塞，其活塞的兩側是鋼板7，中部稍靠前為支撐面板的窄長鋼板17，把左右鋼板固定連接起來，在左右鋼板支撐面板處要間隔地開設支撐帶進口16，和鋼繩通口18，支撐帶由多片支撐片通過連接器21連接而成。
所述活塞式盾構的斜活塞的前部是柵格23，柵格后部是斜活塞板24，活動板25，斜活塞頂桿26，活動板頂桿27，斜活塞后蓋板架15。
所述活塞式盾構斜活塞的斜活塞板24上有通洞28，活動板固定樁29，斜活塞板固定缺口30，柵格23，斜活塞板24都固定在斜活塞頂桿26上，并安裝在固定銷14上。
由于采用了如上所述技術方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性活塞式盾構由活塞推進掘進土層，推進外殼體向前推移，當前方砂土壓力作用在活塞上，活塞前移時，砂土的壓力施加在后蓋板上，又傳至外殼體上，這樣外殼體和活塞都容易推進，其相對于密閉式盾構，水力盾構更容易頂進，能源消耗小。
活塞式盾構由支撐帶封閉的支撐面，結構牢固，封閉嚴密，也可把支撐片上部和下部的窄長鋼板做成前小后大的T形使封閉更嚴密，斜活塞板通洞上蓋下活動板，在內(nèi)部砂土壓力下，封閉也嚴密，安全性高，可靠性好，不會出現(xiàn)涌砂、涌泥現(xiàn)象，活塞式盾構適用范圍更廣。
活塞式盾構每次可頂進40-50Cm，如地質(zhì)情況許可沒有砂石、卵石，每幾個小時就可頂進一次，每天可頂進1-2m，進度較快。
由于活塞式盾構頂進阻力小，用相同的后座和頂力，可頂進密閉式盾構和水力盾構頂不進的土層中。只要活塞盾構刃腳能切入的土層，支撐帶也可切入，就可施工。
盾構刃腳不能切入的土層，主要為砂石堅土，巖石類土層砂石等，對工作面可直立的，可取下活塞進行施工，對工作面不能直立的，刃腳又切不入的砂土與巖石交錯層，淤泥與巖石交錯層，砂石層等，就要考慮結合凍結和注漿法施工用注漿法改用活塞式盾構法的方法是，先凍結，到?jīng)]有水泥或其它凝膠物質(zhì)時，加熱熔化凍結的土層，改用全部活塞式盾構施工方法。
由上可見，活塞式盾構應用范圍廣，造價低，施工安全可靠，頂進容易，進度較快。
下面結合


其具體施實例圖1是活塞式盾構總體結構示意圖。
圖2是活塞式盾構殼體結構示意圖。
圖3是活塞式盾構活塞結構示意圖。
圖4是活塞式盾構支撐面主視圖。
圖5是活塞式盾構支撐面左視圖。
圖6是活塞式盾構支撐帶結構示意圖。
圖7是活塞式盾構斜活塞總體結構示意圖。
圖8是活塞式盾構斜活塞板結構示意圖。
如圖中所示外殼體由鋼板焊接或其它方法固定連接。在外側砂土壓力下，只允許少量變形，保證活塞結構移動自如為了施工方便，活塞部分以矩形為佳，所以根據(jù)遂道形狀，盾構外殼斷面可做成矩形或中間高，兩邊低的階梯形等形狀在下上、下兩個矩形中間也要有鋼板分隔開在外殼內(nèi)壁上，要固接一些千斤頂座8，用來支撐千頂座1，在后蓋板架6后，繞外殼一周分布，在上、下矩形分隔鋼板上不設。
后蓋板架6在活塞支撐面后部，后蓋板架和分隔架4間的距離為活塞左右兩塊鋼板7的厚度而略大，保證鋼板即能移動又不向外大量流砂土，后獸板架材料也為鋼材，在上面可安裝蓋板，安裝蓋板后，不留大的縫隙，擋信砂土涌流。
分隔架在兩個活塞之間也為鋼材前后兩端為豎鋼，中間訓上、下平行分布的橫鋼，前后兩端距離為活塞每次移動距離的1.5-2倍。橫鋼不能影響支撐帶的拆裝，即要拆裝支撐帶的地方不安裝橫鋼。因為活塞安裝支撐帶時間隔左右安裝，因此，分隔架左右兩個橫鋼位置不一樣。后蓋板架和分隔架都通過豎桿固定在上、下鋼板上，左右分隔架前部分別向左右內(nèi)壁上固定一些橫鋼，做為斜活塞后蓋板架15，作用和后蓋板架一樣。
在矩形外殼上、下兩層鋼板靠近左右兩端處要有兩條前后走向的突出，位置靠近前，用來固定斜活塞，叫斜活塞固定14，斜活塞缺口30套在上邊，保證斜活塞按軌道前進，不發(fā)生左右移動。
外殼前部的切削土層的鋼板都要做成刀刃狀，減少推進阻力。
每個矩形里安裝3個活塞，左右兩邊兩個斜活塞，斜活塞寬60-70cm，中間一個大一點的活塞，三個活塞由分隔架分隔開，斜活塞在前，為大活塞拆裝支撐帶提供空間。左右兩邊是鋼板7，其作用是堵住流砂和淤泥，中間稍靠前部為支撐面5，后邊有固定桿9，通過固定桿和支撐面的窄長鋼板17把左右鋼板固定起來，在左右鋼板支撐面處要間隔地開設支撐帶進口16和鋼繩通口18，并且是左右鋼板上分別開設支撐帶進口和鋼繩通口，要和分隔架的橫鋼配合起來，即有支撐帶進口的地方不能設有橫鋼。在鋼板外側支撐面后設千斤頂座8，活塞前后長度為每次移動距離3倍支撐面5由窄長鋼板組成，上、下各一根，前后各兩根窄長鋼板17，后部鋼板比前部的稍寬一點，用來承擔砂土壓力組成一個狹長的支撐腔，支撐帶進口即為支撐腔斷面形狀，支撐帶進口16，支撐帶可以在支撐腔里移動。
支撐帶由眾多支撐片20連接而成，每個支撐片長度都一樣，就是支撐帶的寬度，支撐片邊緣處凹陷和缺口，可在這些凹陷和缺口處，用連接器連接，連接后其各處厚度一樣，使之從支撐帶進口通過時沒有大的空隙，支撐片上、下兩頭做成刀刃狀，用來減小支撐帶移動時摩擦力，第一塊支撐片上連接鋼絲繩，從鋼絲繩通口18牽拉鋼絲繩，可以使支撐帶移動而封閉這個支撐腔。當一頭牽拉支撐帶時，在另一頭要用連接器連接和安裝支撐片。用這種辦法可把整個支撐面填滿支撐片，把砂土分成兩部分。
當然，支撐片也可以不在邊緣沒設凹陷而只設缺口，但要保證支撐帶斷面和支撐帶進口形狀一直保持一致。
由于支撐片上有缺口，通過缺口向外牽拉可以拆下整個支撐帶。
斜活塞24最前部是柵格，擋住砂石不進入后部，因為是斜的，當斜活塞推進時，砂石可進入中部大的活塞間里。只有砂土進入柵格后，柵格要做得寬一點，保證中部活塞3移動時沒有砂石夾在左右鋼板和斜活塞之間，使封閉不嚴。因此柵格要深入中部活塞間10-20Cm，柵格后是斜活塞板24斜活塞板上有通洞28，用來通過砂土，在每個通洞的四周有4根圓形活動板固定樁29，這些固定樁不是垂直于斜活塞板。而是朝向正前方。活動板25上有圓孔31，可以套在這些固定樁上，然后在固定樁最前部焊大一點，使活動板可以在樁上前后移動又不脫離固定樁。在斜活塞板上、下邊緣處開幾個缺口30，這些缺口套在外殼的斜活塞固定14上，固定斜活塞前移軌道，使其前移時不發(fā)生左偏移。柵格23，斜活塞板24都固定在斜活塞頂桿子26上，安裝在斜活塞固定14上，通過斜活塞頂桿的推動而前進，活動板頂桿27前部固接在活動板上，頂桿前推，活動板向前移，順著活動板固定樁，通洞打開，頂桿后拉，活動板又可以把通洞蓋嚴，因為前部裝有柵格，里邊沒有礫石。當活動板前壓力大，而后部砂土少，壓力小時，活動板也可以自動把通洞蓋嚴。通洞打開時，斜活塞板可以在頂力作用下前移，而通洞蓋嚴時，可堵住里邊砂土不向外涌流。為減少推進阻力活動板可以做得窄一點。只要能堵住通洞就可以。
柵格，斜活塞板一樣，都向中間活塞間伸出一部分，中間活塞間不發(fā)生相互涌流砂土事件?？稍谛被钊迳爝M中間活塞間和左右鋼板接觸處固定一條橡膠帶，達到密封目的。斜活塞靠近內(nèi)壁一側前部鋼板觸壁，后部不觸壁。即斜活塞一邊做成刀刃狀，可以減輕斜活塞推進阻力和變向的防止。
在后蓋板上要用合頁焊一些小門，合頁在門上部，這樣小門可開可關。當從外向里頂小門板下部時，可把小門頂開如不頂，小門在重力和內(nèi)部砂土壓力作用下自動堵上，可以有控制地放出后蓋板架前的砂土。
在后蓋板上也要開一些小洞，平時堵上，如遇特殊情況如支撐帶在移動時頂在卵石時，可用探桿通過小洞把卵石頂開。探桿為一些鐵棒。斜活塞后蓋板架上附帶一些蓋板，斜活塞頂桿26和活動板頂桿27從蓋板洞中通過，使頂桿可以前后移動。其它蓋板和后蓋板架上蓋板一樣。
以下介紹的各種設備的要求是剛性好，不變形，強度大，能支撐足夠的壓力。。
一個推進過程為蓋上活塞和斜活塞后蓋板，并把活塞和斜活塞都支撐在砌塊上，頂進外殼1前進，安裝砌塊33，用千斤頂9頂活動板頂桿27然后一齊頂斜活塞頂桿26，斜活塞2推進后，放出斜活塞和斜活塞后蓋板架15間的一些砂土，使斜活塞呈封閉狀，再從工作間兩邊取下支撐帶，使活塞3呈開通狀頂進活塞前進，使活塞左右鋼板7頂在斜活塞板伸進中間活塞間一邊的橡膠帶上，再從左右兩邊工作間里分別安裝支撐片和用千斤頂頂拉鋼絲繩，牽引支撐帶，讓支撐帶填滿整個中間活塞間的支撐面5，取下活塞和斜活塞的后蓋板，取出支撐面和斜活塞板后面的砂土，再蓋上后蓋板，完成下一個推進過程。
權利要求
1.一種用活塞式盾構掘進管道的施工方法，其特征在于所述活塞式盾構掘進管道的施工方法，其盾構殼體內(nèi)分為上、下幾個矩形，在每個矩形里分別設置左右兩個斜活塞和中間一個大活塞。斜活塞掘進在前，為中間活塞拆裝支撐帶提供空間，斜活塞活動板在固定樁上前后移動，使斜活塞呈開通和封閉狀，中間活塞的支撐帶的拆裝使活塞呈開通和封閉狀，支撐帶在牽引下可在由窄長鋼板組成的支撐腔里移動，把支撐腔以至整個支撐面填滿，使支撐面封閉，活塞后部裝有后蓋板，活塞呈開通狀時，活塞可以頂進，活塞呈封閉狀時，可以取下后蓋板，取出后蓋板和支撐面(斜活塞板)間的砂土，為外殼頂進提供空間。外殼頂進，正面砂土壓力作用在活塞上，活塞頂進時，砂土壓力作用在后蓋板上傳至外殼上。用外殼和活塞分別頂進的方法，完成一個活塞式盾構的頂進過程。
2.實施如權利要求1所述的活塞式盾構，特征在于所述活塞式盾構，具有起支護作用的鋼板殼體(1)，支護殼體可制作成為幾個矩形體，兩矩形體之間具有鋼板分隔板殼體內(nèi)側有千斤頂座(8)，千斤頂(9)，千斤頂后部頂在墊木(10)上，墊木置于砌塊(33)上；每一矩形殼體中有兩個斜活塞(2)，中間為一大活塞(3)，活塞由分隔架(4)分隔開，斜活塞置于前部。
3.如權利要求2所述的活塞式盾構，其特征在于所述活塞式盾構的分隔架(4)設在兩個活塞之間，前后兩端為豎鋼板，中部為平行放置的橫鋼板，后蓋板架(6)和分隔架，都通過豎桿固定在上、下鋼板上。
4.如權利要求2所述的活塞式盾構，其特征在于所述活塞式盾構的活塞，活塞的兩側是鋼板(7)，中部稍靠前為支撐面板(5)，后邊有固定桿(19)，通過固定桿和支撐面板的窄長鋼板(17)把左右鋼板固定連接起來，在左右鋼板支撐面板處要間隔地開設支撐帶進口(16)和鋼繩通口(18)。支撐帶由多片支撐片通過連接器(21)連接而成。
5.如權利要求2所述的活塞式盾構，其特征在于所述活塞式盾構的斜活塞，其前部是柵格(23)，柵格后部是斜活塞板(24)，活動板(25)，斜活塞頂桿(26)活動板頂桿(27)，斜活塞后蓋板架(15)。
6.如權利要求1、3、4所述的活塞式盾構，其特征在于所述活塞式盾構的斜活塞的斜活塞板(24)上有通洞(28)，活動板固定樁(29)，斜活塞板固定缺口(30)，柵格(23)，斜活塞頂桿(26)上，并安裝在斜活塞固定銷(14)上。
全文摘要
一種活塞式盾構及掘進地下管道的方法,屬管道施工設施,活塞式盾構支護殼體斷面可分為上、下幾個矩形,每個矩形里設有左右兩個斜活塞2,中部一個大活塞3,每兩活塞間有分隔架隔開,斜活塞和大活塞分別用活動板25在固定樁29上移動和支撐帶的拆裝,配合活塞后面蓋板,開通時,活塞可推進,封閉時,可挖掘出砂土,然后頂進外殼體前進適用于掘進流動性強,工作面不能直立,易塌方的細砂層,淤泥層,進行管道、隧道施工。
文檔編號E21D9/00GK1187576SQ98104630
公開日1998年7月15日 申請日期1998年1月9日 優(yōu)先權日1998年1月9日
發(fā)明者葛衛(wèi)京 申請人:葛衛(wèi)京