专利名称：土中装配式塑料管道拼装形式及支护方法
技术领域：
本发明涉及一种土中装配式塑料管道拼装形式及支护方法，为新型隧(管)道掘进技术提供配套的掘进机前行后的支护技术，属于非开挖地下管道支护领域。
背景技术：
目前应用广泛的非开挖施工技术，诸如盾构法和顶管法，已经暴露出了一些局限和不足，例如推进长度的限制和转弯灵活性等问题，这些局限使得城市地下管网建设和地下空间开发越发困难。自行走式隧(管)道施工技术及相应的掘进设备的出现，便克服了这些困难，在非开挖技术的研究领域中探索出全新的施工理论与方法。而针对该新型隧(管)道掘进技术的后配套支护技术，目前国内外尚没有相应的理论研究和实践成果。
传统非开挖支护方法主要包括盾构隧道的拼装衬砌管片法和顶管隧道的顶进管道法。其中盾构隧道衬砌结构体是一个由若干管片、管片间的连接螺栓和充填材料组成的空心柱体，并且呈对缝或错缝方式拼接而成。此工法具有成本高，灵活性差，施工不便等缺点，无法满足自行走掘进技术对后配套支护的要求。顶管法是依靠千斤顶分节向前顶进管道的方法作支护，管道材料主要是水泥管、钢管等传统管材，以及目前应用越来越广泛的、具有质量轻，强度高、耐腐蚀性强等诸多优点的塑料管材。而针对自行走隧道掘进技术对大直径管线施工的要求，即使采用质量轻便的塑料管道，也存在大口径管材运输和施工不便的困难。更为重要的是，自行走掘进技术不是以在前方顶进管道作支护，而是类似盾构法在后部作衬砌支护，以配合其实现自行走和急转弯的功能，因此除了对管材的强度和施工便捷等有要求外，对支护方法也有其特殊的要求。
发明内容
本发明提供一种土中装配式塑料管道拼装形式及支护方法，该方法是将
大直径(800mm《D《3000mm)的整体式塑料管道切割成一定长度(以300mm至2000mm为宜)的管节，再将该管节沿与管道轴线平行的方向，在横截面周向分割成若干管片(数目以3至6片为宜，采用均匀或不均匀分割)，待新型隧(管)道掘进机在土中前行后，在其后配套筒中再将此若干数目的同环管片拼装成环作为支护。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。本方法是当自行走掘进机在土中前行后，将已分割完毕的同环塑料管片在掘进机后配套筒中拼装成环作为支护，其具体步骤如下
1)将塑料管沿其轴向切割成若干个管节1;管节1的长度取值范围为大于等于300mm且小于等于2000mm;
2) 将切割完成的每个管节沿周向切割成N片管片，所述N的范围为2《N《6;
3) 待自行走掘进机在前方掘进完成一个循环后，将切割完成的属于第一段管节的N片管片依次搬运到自行走掘进机尾部的套筒中；
4) 利用支撑器将N片管片在自行走掘进机尾部的套筒中重新支撑成管节;
5) 分别对各个管片之间的纵向拼接缝进行连接；
6) 重复步骤l)-步骤5)，利用支撑器ll完成第二段管节的各管片之间
的纵向拼接缝的连接；
7) 对第一段管节和第二段管节的环向拼接缝9进行连接；
8) 待所有的拼接缝冷却达到强度后，自行走掘进机继续下一循环的掘进，同时带动套筒前进一定距离后，完全脱离开套筒的两段管节与土层贴紧，收起支撑器ll，装配式塑料管道开始承压；
9) 随着自行走掘进机的向前掘进，重复步骤1)-步骤8)，依次进行后续管节的拼装，在自行走掘进机后部装配出一条支护通道。
步骤4)和步骤8)中所述的支撑器的具体结构为包括两个结构相同的第一环脚架装置14和第二环脚架装置18，第一环脚架装置14和第二环脚架装置18之间通过连接管或杆19固连；所述的第一环脚架装置14包括a脚架15、 b脚架16和c脚架17，三个脚架通过中心管架21相连；所述的中心管架21为一空心圆管，在空心圆管的外表面沿圆周方向均匀分布有三个连接件，三个脚架分别与三个连接件相连。所述的a脚架15包括连接块22、支管24和支托25，连接块22的一端与中心管架21外表面上的一个连接块相连，另一端通过接头螺栓23与支管24的上端相连，支管24的下端与支托25铰接。b脚架16的结构与a脚架15的结构相同，c脚架17的结构与a脚架15的结构基本相同，只是将支管4换成气缸26。连接管或杆19的两端分别与第一环脚架装置14和第二环脚架装置18中的中心管架21上的空心圆管固连。利用支撑器支撑管片时，其操作步骤如下
1) 将I管片3和II管片4放置在套筒的底部，将第一环脚架装置14上的a脚架15的支托25靠近并对准第一段管节上的I管片3的内壁中央，同时将脚架16的支托25靠近并对准II管片4的内壁中央，同时旋转a脚架15和b脚架16上的接头螺栓23，接头螺栓23带动支管24和支托25与I管片3和II管片4的内壁紧贴并撑紧，同时I管片3和II管片4的外壁与套筒内壁也达到贴紧状态；
2) 将III管片5放置在I管片3和II管片4的上部，使三个管片组成一段管节形状，然后将第一环脚架装置14的c脚架的支托25靠近并对准III管片5的内壁中央，启动气缸26使其带动c脚架上的支管24和支托25与III管片的内壁紧贴并撑紧，同时III管片5的外壁与套筒内壁也达到贴紧状态；
3) 对三管片之间的三条纵向拼接缝进行连接，连接完毕后重复步骤l)、步骤2)，利用第二环脚架装置18将另一段管节上的三个管片撑起后进行纵向拼接缝的连接；
4) 对两段管节之间的环向拼接缝进行连接，完毕后待所有纵向及环向拼接缝达到强度后，反向旋转所有脚架上的接头螺栓23，以及关闭气缸26，收起撑起器ll。
管节和管节之间的纵向缝的装配形式为通缝拼装或错缝拼装。所述的管片和管片之间的纵向拼接缝的连接，以及管节和管节之间的环
向拼接缝的连接，为聚乙烯条焊接或电热熔带热熔连接。
本发明所提供的装配式塑料管道拼装形式及支护方法，为新型隧(管)
道掘进技术提供一种后配套支护技术，它具有如下优点-1) 目前在各种管线的非开挖施工中，对能够长距离、急转弯施工装备，及后配套支护设备的需求越来越急迫。自行走式隧(管)道掘进技术配套的装配式塑料管道支护技术，不但可以满足自行走掘进机对掘进后的支护要求，还可配合其实现现在需求旺盛的非开挖技术中所没有的曲线转弯功能。此技术将大大縮短地下管线施工周期，施工成本和其他相关费用将会随之降低，最大限度上减小施工带来的对交通、环境和人们生活的不良影响，为隧(管)
道建设带来显著的经济和社会效益；
2) 相对于传统管材的缺陷，塑料管道具有强度高，质量好、耐腐蚀性强、运输及施工便捷等诸多优点。塑料管道取代传统管材应用于市政管网建设将是一种不可逆转的趋势，特别将大口径塑料管道应用和推广到城市地下隧管网的建设中来，也是大势所趋。将塑料管道采用分片拼装形式，并装配支护用于自行走隧道施工中，则将更加为施工带来安全、便捷，高效，为新型自行走式隧(管)道掘进技术的推广应用提供强有力的支撑和保障。
图1是装配式塑料管道横截面结构图；图2是装配式塑料管道纵截面结构图；图3是支撑器装置的正面结构图；图4是支撑器装置的纵面结构图。
图中1、第一段管节；2、第二段管节；3、 I管片；4、 II管片；5、 III管片；6、第一纵向拼接缝；7、第二纵向拼接缝；8、第三纵向拼接缝；9、环向拼接缝；10、掘进机后部的套筒；11、支撑器；12、 土层；13、已形成的支护通道；14、第一环脚架装置；15、 a脚架；16、 b脚架；17、 c脚架；18、第二环脚架装置；19、连接管或杆；20、端部接头螺栓；21、中心管架；22、连接±央；23、接头螺栓；24、支管；25、支托(带橡胶板)；26、气缸；27、销轴；Z向为掘进机的前进方向，同时也是管片装配的前进方向。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明
本实施例以将管道分割成3片管片，通缝拼装为例，对其拼装形式及其支护方法进行说明
1)首先在地面上将大直径整体式塑料管沿管道纵向切割成长度为L的管
节；然后将其在横断面按图示形式均匀切割成3片，即i管片，n管片和m
管片。每段管节的长度L的取值范围为300mm《L《2000mm;
2) 待土中自行走掘进机在前方掘进完成一个循环后，将切割完成的属于第一段管节1的三片管片依次搬运到掘进机尾部的套筒中；
3) 利用支撑器将N片管片在自行走掘进机尾部的套筒中重新支撑成管节;
4) 分别对各个管片之间的纵向拼接缝进行连接；
5) 重复步骤1)-步骤4)，利用支撑器11完成第二段管节的各管片之间的纵向拼接缝的连接；
6) 对第一段管节和第二段管节的环向拼接缝9进行连接，其纵向拼接缝位置与第一段管节1的纵向拼接缝位置相一致，达成通缝效果；
7) 待所有的拼接缝冷却达到强度后，自行走掘进机继续下一循环的掘进，同时带动套筒前进一定距离后，完全脱离开套筒的两段管节与土层贴紧，收起支撑器ll，装配式塑料管道开始承压；
8) 随着自行走掘进机的向前掘进，重复步骤l)-步骤7)，依次进行后续管节的拼装，在自行走掘进机后部装配出一条支护通道。
支撑器11的结构如图1-图4所示，包括两个结构相同的第一环脚架装置14和第二环脚架装置18，第一环脚架装置14和第二环脚架装置18之间通过连接管或杆19固连。第一环脚架装置14包括a脚架15、 b脚架16和c脚架17，三个脚架通过中心管架21相连。中心管架21为一空心圆管，在空心圆管的外表面沿圆周方向均匀分布有三个连接件，三个脚架分别与三个连接件相连，如图3所示。a脚架15包括连接块22、支管24和支托25，连接块22的一端与中心管架21外表面上的一个连接块相连，另一端通过接头螺栓23与支管24的上端相连，支管24的下端与支托25铰接。b脚架16的结构与a脚架15的结构相同，c脚架17的结构与a脚架15的结构基本相同，只是将支管4换成气缸26;连接管或杆19的两端分别与第一环脚架装置14和第二环脚架装置18中的中心管架21上的空心圆管固连，如图4所示。支撑器11是由两环可伸縮式的相同脚架装置14和18，依靠中间的连接管或杆19和两头的端部接头螺栓20组装而成的一整体支撑装置，其中每环脚架装置由a脚架15、 b脚架16和c脚架17构成，位于底部的两个脚架a脚架15和b脚架16的构成如下中心管架21通过销轴27与连接块22相连，连接块22通过接头螺栓23与支管24连接，支管24通过销轴27与支托(带橡胶板)25连接，如此构成的架部件组。位于顶部的c脚架17的构成同上述两个脚架，只是将支管4换成气缸26，其目的是为顶部位置撑起管片提供较大的支撑力。支撑器的工作步骤如下-
1) 将第一环脚架装置14的a脚架和b脚架的各自支托25的橡胶板靠近并对准第一管节1的I管片3和II管片4的内壁中央，同时旋转各自的接头螺栓23，分别带动二者的支管24和支托25的橡胶板与I管片3和II管片4的内壁紧贴并撑紧，同时两管片的外壁与套筒内壁也达到贴紧状态。
2) 把m管片5放置在套筒9的对应位置，将c脚架的支托25靠近并对准III管片5的内壁中央，启动气缸26使其带动其上支管24和支托25的橡胶板与m管片的内壁紧贴并撑紧，同时管片的外壁与套筒内壁也达到贴紧状态；
3) 对三管片之间的三条纵向拼接缝进行连接，完毕后重复步骤1-2利用第二环脚架装置18将第二节管片2的管片撑起后进行纵向拼接缝的连接；
4) 对两管节之间的环向拼接缝进行连接，完毕后待所有纵向及环向拼接缝达到强度后，反向旋转所有脚架上的接头螺栓23，以及关闭气缸26，收起撑起器ll。
权利要求
1、一种土中装配式塑料管道拼装形式及支护方法，其特征在于该方法是当自行走掘进机在土中前行后，将已分割完毕的环形塑料管片在掘进机后配套筒中拼装成环作为支护，其具体步骤如下1)将塑料管沿其轴向切割成若干个管节(1)；2)将切割完成的每个管节沿周向切割成N片管片，所述N的范围为2≤N≤6；3)待自行走掘进机在前方掘进完成一个循环后，将切割完成的属于第一段管节的N片管片依次搬运到自行走掘进机尾部的套筒中；4)利用支撑器将N片管片在自行走掘进机尾部的套筒中重新支撑成管节形状；5)分别对各个管片之间的纵向拼接缝进行连接；6)重复步骤1)-步骤5)，利用支撑器(11)完成第二段管节的各管片之间的纵向拼接缝的连接；7)对第一段管节和第二段管节的环向拼接缝(9)进行连接；8)待所有的拼接缝冷却达到强度后，自行走掘进机继续下一循环的掘进，同时带动套筒前进一定距离后，完全脱离开套筒的两段管节与土层贴紧，收起支撑器(11)，装配式塑料管道开始承压；9)随着自行走掘进机的向前掘进，重复步骤1)-步骤8)，依次进行后续管节的拼装，在自行走掘进机后部装配出一条支护通道。
2、 根据权利要求1所述的一种土中装配式塑料管道拼装形式及支护方法，其 特征在于步骤4)和步骤8)中所述的支撑器的具体结构为包括两个结构 相同的第一环脚架装置(14)和第二环脚架装置(18)，第一环脚架装置(14) 和第二环脚架装置(18)之间通过连接管或杆(19)固连；所述的第一环脚架装 置(14)包括a脚架(15) 、b脚架(16)和c脚架(17)，三个脚架通过中心管架(21) 相连；所述的中心管架(21)为一空心圆管，在空心圆管的外表面沿圆周方 向均匀分布有三个连接件，三个脚架分别与三个连接件相连；所述的a脚架 (15)包括连接块(22)、支管(24)和支托(25)，连接块(22)的一端与中心管架 (21)外表面上的一个连接块相连，另一端通过接头螺栓(23)与支管(24)的上端相连，支管(24)的下端与支托(25)铰接；b脚架(16)的结构与a脚架(15) 的结构相同，c脚架(17)的结构与a脚架(15)的结构基本相同，只是将支管 (4)换成气缸(26);连接管(19)的两端分别与第一环脚架装置(14)和第二环 脚架装置(18)中的中心管架(21)上的空心圆管固连。
3、 根据权利要求2所述的一种土中装配式塑料管道拼装形式及支护方法，其 特征在于利用支撑器支撑管片时，其操作步骤如下-1) 将I管片(3)和II管片(4)放置在套筒的底部，将第一环脚架装置(14) 上的a脚架(15)的支托(25)靠近并对准第一段管节上的I管片(3)的内壁中 央，同时将脚架(16)的支托(25)靠近并对准II管片(4)的内壁中央，同时 旋转a脚架(15)和b脚架16上的接头螺栓(23)，接头螺栓(23)带动支管(24) 和支托(25)与I管片(3)和II管片(4)的内壁紧贴并撑紧，同时I管片(3)和II 管片(4)的外壁与套筒内壁也达到贴紧状态；2) 将III管片(5)放置在I管片(3)和II管片(4)的上部，使三个管片组成 一段管节形状，然后将第一环脚架装置(14)的c脚架的支托(25)靠近并对准 III管片(5)的内壁中央，启动气缸(26)使其带动c脚架上的支管(24)和支托(25) 与III管片的内壁紧贴并撑紧，同时III管片(5)的外壁与套筒内壁也达到贴紧状 态；3) 对三管片之间的三条纵向拼接缝进行连接，连接完毕后重复步骤l)、 步骤2)，利用第二环脚架装置(18)将另一段管节上的三个管片撑起后进行纵 向拼接缝的连接；4) 对两段管节之间的环向拼接缝进行连接，完毕后待所有纵向及环向拼 接缝达到强度后，反向旋转所有脚架上的接头螺栓(23)，以及关闭气缸(26)， 收起撑起器(ll)。
4、 根据权利要求1所述的一种土中装配式塑料管道拼装形式及支护方法，其 特征在于步骤1)中所述的管节1的长度取值范围为大于等于300mm且小于 等于2000mm。
5、 根据权利要求1所述的一种土中装配式塑料管道拼装形式及支护方法，其 特征在于管节和管节之间的纵向缝的装配形式为通缝拼装或错缝拼装。
6、根据权利要求1所述的一种土中装配式塑料管道拼装形式及支护方法，其 特征在于所述的管片和管片之间的纵向拼接缝的连接，以及管节和管节之 间的环向拼接缝的连接，为焊条焊接或电热熔带热熔连接。
全文摘要
本发明涉及一种土中装配式塑料管道拼装形式及支护方法，为新型隧道或管道掘进技术提供配套的掘进机前行后的支护技术，属于非开挖地下管道支护领域。该拼装形式及支护方法是将整体式塑料管在横断面切割成若干管片，依次搬运到土中自行走掘进机尾部的套筒中，依靠脚架支撑器进行拼装连接。重复上述步骤，采用通缝或错缝的拼装方式完成下一管节的管片拼装，然后将上一管节和此管节的环向拼接缝进行连接。待自行走掘进机带动套筒前进一定距离后，依次进行后续管节的装配，配合自行走掘进机及后配套筒的前进，在其后部形成一条支护通道。该方法可配合自行走掘进技术实现目前需求旺盛的急转弯功能，具有安全、便利、高效等优势。
文档编号E21D11/04GK101592033SQ20091008853
公开日2009年12月2日 申请日期2009年7月3日 优先权日2009年7月3日
发明者卢清国 申请人:北京工业大学