[发明专利]一种适用于长距离作业的推进系统

说明书

本发明公开了一种适用于长距离作业的推进系统，包括顶管掘进机和主顶油缸，所述顶管掘进机和主顶油缸之间作用有若干个管节，所述顶管掘进机的后端耦合有用于管节推进的推进机构,本发明中的推进机构由两个定位装置和一个推进器组成，推进器内部设置有若干推进油缸，推进油缸两端分别连接推进器的前筒和后筒，推进器的前筒和后筒分别与前后两端的定位装置连接，在定位装置内部设置有若干定位机构，定位机构伸出后可以实现定位装置在地层中的定位，即推进机构的定位机构缩回后，可以取消定位，灵活性高。

技术领域

本发明涉及顶管掘进机施工技术领域，具体涉及一种适用于长距离作业的推进系统。

背景技术

现有顶管掘进机顶进施工的主要方式是依靠放置于始发工作井中的主顶油缸提供顶进推力(简称“顶力”)。在一般情况下，主顶油缸的顶力作用于最后一节管道，并依次由后部管节传导顶力推动前部管节顶进，直至推动最前端的顶管掘进机顶进。随着管线的深入，管节与地层土体的摩擦力逐渐增大，使得主顶油缸提供的顶力被削弱，顶管掘进机无法对被切削土体形成一定持续稳定的压力，导致切削效率下降，施工进度进展缓慢。

对整个顶管掘进施工过程进行受力分析，如图1所示，维持顶管掘进机掘进工作的力f₁与主顶油缸提供的顶力F及摩擦力f之间存在以下关系：

f₁＝F-f (式1)

有相关研究表明，顶管掘进机在工作时，需要与掌子面(即土层被切削断面)保持一定贯入度，以便高效率的切削作业。保持贯入度的一个重要条件是要使顶管掘进机受到持续稳定的顶力，即f₁。由式1可知，理论上在f不断增大的时候，要想f₁保持不变，就需要使F同步增大，或者想办法减小f。

在实际工程应用中，增大F即增大主顶油缸的推力，受制于油缸产品性能和工作井井壁承压能力，增大主顶油缸推力的效果比较有限。尽管在中长距离的工程中可以考虑使用中继间，但是会使施工成本成倍增长。另外，在长距离顶管施工作业时，顶管掘进机后部的管节组成的长距离管线则视为柔性线体，较大的顶力极其容易引起管节的弯曲、脱节、变形等。所以现有实现长距离顶管的施工工法基本是以减小摩擦力f作为出发点的，例如注浆减阻法。

注浆减阻法是在施工过程中，将一定配比的泥浆液注入管节与土体的缝隙中，以起到润滑的作用，减小管节与土体的摩擦力f。该方法在中短距离的施工作业中效果显著，但是单单依靠注浆减阻法期望实现长距离顶管作业的想法并不现实。泥浆液的配制比例、泥浆液的长距离输送等都是实际施工中的难题。

此外，还有一种长距离顶管施工工法，中继接力法。通过每隔一定距离在管节中加上一个中继间装置，将管线分为若干份，待到顶力超过一定预定值后，启动中继间装置，让管线交替顶进。理论上，因为长距离管线所受的摩擦力f实为一个摩擦力系，所以将管线分为若干份后，随着每份管线的长度减短，每份管线所受的摩擦力f′也随之减小。该方法在长距离施工中的实际应用效果良好，但是仍存在操作复杂，施工效率低，中继间装置前后的管道同轴度无法保证等现实难题。

如专利号：CN107339504A的内拼式顶管施工工艺，该方法是在顶管掘进机后部加上连接管和中继环，中继环内设有双向千斤顶，双向千斤顶的顶压杆反向伸出作用于第一根管节，获得的支撑力推动中继环、连接管和顶管掘进机向前顶进。随后，双向千斤顶的顶压杆缩回，在双向千斤顶与后方管节之间形成拼装空间。再将预制的管片从工作井运输至中继环处，并进行拼接，完成管节铺设。