[发明专利]一种顶管机头均压舱及其应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及建设工程领域，具体是指一种顶管机头均压舱及其应用方法。

背景技术

顶管是一项用于市政施工的非开挖掘进式管道铺设施工技术，可以安全的穿越公路、铁路、河流，甚至能在建筑物底下穿过，有效进行环境保护。顶管技术施工无需隔断施工，避免开挖施工的影响交通、破坏路面、破坏地表植被、影响正常的活动和居民的日常生活，以及存在大量的土方工程，极大的缩短了施工工期。而顶管过程中会遇到不同的土质，而涉及石油、天然气管道敷设中的砂土、流砂地质情况下的顶管穿越施工，在这种地质条件下施工，顶进阻力及纠偏难度大。

顶管施工中，传统的防透水、防渗水措施是井点降水，即利用井点进行重力集水，排除井内集水以达到降水或降低承压水压力的目的。但在施工过程中，特别是遇到高透水地质，易出现地面水和地下水通过裂隙、断层、塌陷区等各种通道涌入降水井，当降水井涌水超过正常排水能力时，就造成井内水灾，给顶管施工带来很大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种顶管机头均压舱及其应用方法，利用空气压力疏干机头前方一定范围内土壤空隙中的自由水，避免土体受地下水渗流作用造成的不稳定，同时利用压缩空气的压力支撑开挖面土体，使之达到稳定平衡。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种顶管机头均压舱，包括均压舱本体，在所述均压舱本体内设置有工作舱和物料舱，物料舱的侧面设有第一舱门，工作舱上侧面设有与第一舱门朝向相同的第二舱门，顶管机头设置在工作舱内，在物料舱的顶部连接有通气管道，且该通气管道分别将物料舱和工作舱与外界的空压机连通。本发明采用气压平衡地下水，利用外部的空压机通过通气管道分别向工作舱和物料舱内充入一定压力的压缩空气，利用空气压力疏干顶管机头前方一定范围内土壤空隙中的自由水，一方面避免了土体受地下水渗流作用造成的不稳定，同时利用压缩空气的压力支撑开挖面土体，使之达到稳定平衡，同时工作人员通过第一舱门和第二舱门进入工作舱内进行顶进工序；在整个掘进工作面的高度范围内，作用的气体压力是相等的，但地下水的压力是有梯度的，因此在切削头的顶部就形成一个超过平衡压力的气体压力区，在这一压力作用下，地层空隙中的水被挤出，地层也从原来的饱和状态过度到半饱和状态，从而起到平衡挖掘面的作用。

还包括设置在工作舱前端的切削头，在所述的切削头内壁圆周上铰接连接有4组双向工作液压油缸。纠偏装置为双向工作液压油缸，与切削头内壁铰接连接，沿切削头内壁圆周共设置4组液压油缸，通过外部液压系统可以控制这4组液压油缸的伸缩动作和伸缩量，调整切削头沿轴线方向上的角度，从而达到控制顶管前进方向的目的。与现有技术相比，纠偏动作更加准确、更加受控制，且更易实现。

一种顶管机头均压舱的应用方法，包括权利要求1或2所述的顶管机头均压舱，其应用方法包括以下步骤：

（a）关闭第一舱门，使工作舱与大气隔绝，在工作舱完全密封的情况下，向工作舱输入压缩空气，使得地下水不能涌出并流入物料舱内，形成无水安全的作业环境；

（b）作业人员进入物料舱，关闭第二舱门，同时向物料舱输入与工作舱同等压力的压缩空气；

（c）然后打开第一舱门，作业人员进入工作舱后，关闭第一舱门，即开始掘进作业；

（d）当物料舱装满后，关闭第一舱门，开始对物料舱进行减压，当物料舱内气压与外界大气压平衡时打开第二舱门，工作人员将顶进挖掘处出的土方进行装车，将其运输出物料舱，直至物料舱内土方被完全清空；

（e）重复上述步骤（a）~（d）。

所述步骤（a）的供气量Q持续供应，使得工作舱中的压力保持恒定，且供气量Q满足                                                ；

    其中Q为常压下所需的空气量（m³/min），D为工具管直径 m；α为经验值，粉质粘土的α为0.5。

所述步骤（a）中地下水压力满足；

    其中hw为地下水位距工具管底部高度，为水的容重。

所述步骤（b）通入的压缩空气的压力值，且0﹤P≤0.36Mpa。

所述步骤（d）中工作舱内的机头顶进工序与物料舱内的取土工序同时进行。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：