一种顶管用倒置油缸结构微型主顶

一种顶管用倒置油缸结构微型主顶

李坤徐鹏

三一重型装备有限公司辽宁沈阳1100031

摘要：文章叙述了一种微型顶管用倒置油缸主顶的工作原理，并对其结构及主要参数详细介绍。

关键词：主顶；倒置油缸；微型顶管

微型顶管是指口径在D600以下的管道非开挖顶进施工技术，主要用来施工重力流的排水管道，也可施工其他管道。国外小口径非开挖技术比较成熟，考虑到国内的实际情况，使用浙江东方豪博公司生产D400-D600离心浇注玻璃钢夹砂管（Hobas管）的微型顶管方案，可以解决PE管施工的单价高、两端弯曲段割舍的浪费、水平轴线保证难、较大口径施工难等问题。

在顶管工程中使用下沉工法建立工作井和接收井，是一种非常成熟的应用技术。而与目前主要常用的钢筋混凝土沉井相比，利用现成的钢筋混凝土排水管垂直下沉作为工作井和接收井的沉管技术，更是简单可靠、节约快捷的建井工法。例举在D600微型顶管项目中使用现成的D2600钢筋混凝土排水管垂直下沉作为工作井和接收井，分别节约成本20万和14万，并可缩短施工周期30天，其优点是显而易见的。

为完成这种微型顶管项目，除微型顶管机的使用外，一种尺寸小、结构巧、推力大的微型主顶设备更是实现工法的关键核心所在。为满足先进工法的设备使用要求，我们设计了一种倒置油缸微型主顶。

倒置油缸微型主顶的结构特点

在D600顶管项目中，使用了D2600钢筋混凝管作沉井，其内部空间极其有限，而且要同时布置下液压、电气、泥水、控制等系统。能在如此紧凑的工作空间施工得益于结构紧凑的顶进设备。设计精巧的倒置油缸微型主顶，有效的解决了这一问题。其主导设计理念是：是将传统顶管中位于管道后方的液压顶进设备布置在管道的两侧，以充分利用横向空间从而减少设备的长度；通过顶环与主顶油缸支撑点的变位，替代了传统的叠加顶铁，避免了管后作业不灵活、空间要求大的弊端。

倒置油缸微型主顶的结构组成

倒置油缸微型主顶的结构主要包括：1油缸托辊、2.顶环托辊、3顶铁、4顶环、5主顶油缸、6底架、7球座组件、8主顶泵站

微型主顶选用2.2kw变频电动机作为动力源，配合60Hz变频器使用，驱动2.5MCY14-1B型轴向柱塞泵及相关阀组组成的主顶泵站，系统压力31.5Mpa，推动两条主顶油缸（活塞直径160mm、活塞杆直径100mm）。顶进速度和推力可以通过调整电机转速和溢流阀压力来控制，操作简单易行。

2.5MCY14-1B型轴向柱塞泵的额定排量为：V=2.5ml/r

系统最大流量为：

油缸无杆腔面积为：

两条主顶油缸同步顶进，则主顶的最大顶进进速度为：

=4.2/1000&pide;（0.02×2）=0.105m/min=6.3m/h

最大退回速度为：

=4.2/1000&pide;（0.012×2）=0.175m/min=10.5m/h

最大顶进推力为：

=2×0.02×106×31.5=126t

最大退回拉力为：

=2×0.012×106×31.5=75.6t

经计算，最大顶进速度为6.3m/h，最大顶进推力为126t，最大退回速度为每小时10.5米，最大退回拉力为75.6t，完全满足D400-D600微型顶管项目各种土质顶进速度要求。

底架部件作为机架用于支撑和安装上层部件，同时用于架放微型顶管机和顶进用管。两根28a热轧工字钢作为主导轨，四根28a热轧工字钢作为横梁，井字形焊接，组成坚固耐用的结构件主体。主导轨上平面用于支撑油缸托辊，翼缘用于对油缸托辊进行导向。由于使用工装进行焊接，并且焊前对原材料、焊后对结构件进行了校正，保证两条导轨平行度控制在2mm误差内。于此同时保证了横梁底面的平面度，十分有益于现场的安装的精度控制，降低了安装找正难度。因为微型顶管的机头重量、管材重量以及主顶推力相对较小，所以固定要求较为简单。因此放弃相对复杂的找平固定结构，只对导轨结构件底面平面度进行要求，不开固定地脚孔。可以简单使用可调垫铁找平，预埋铁焊接固定。两条主导轨之间布置两条80热轧槽钢作为副导轨，用于支撑顶环托辊，并进行导向。与此同时副导轨也要对顶进管材进行支撑与导向。顶进不同规格的管材时，只需更换相应规格的垫铁，便可顺利完成对中与顶进。使用弧形板焊接结构作为一体式钢靠背，大大提高有效作用面积。由于弧板厚度达到16mm，不易产生变形，因此有效分散了主顶油缸对混凝土管沉井井壁的压力。正是圆弧形钢靠背的使用，省去了浇筑后座墙，实现了使用现成的钢筋混凝土排水管垂直下沉作为工作井和接收井的技术工法。球座安装板与弧形板和主导轨焊接在一起，并有横、纵、斜加强筋的焊接加强，结构坚固可靠。在两侧球座安装板之间焊接开有槽口和圆孔的横板，使穿引和固定油管、线缆等附件更为方便。

菱形结构的顶环，主体厚度120mm，两侧选用20mm厚度钢板作为接触面板，中间用6组钢板条、3个圆环焊接加固。整体结构中间的410直径圆孔用于穿引泥浆管道、动力及控制电缆。两侧带有豁口的直径115mm圆孔，用于穿过两个主顶油缸，豁口用于穿过油缸缸筒外侧的导向铁。顶环的前面两个环形腔里各装有1各环形带有同样豁口的顶铁，可以通过控制在外边的手柄带动其转动90度。转动的两个极限位置分别为滑动位和顶进位。当豁口对准主顶油缸导向铁时，顶环可以在主顶油缸上自由滑动。主顶油缸导向铁上每隔220mm距离有一个锁死位。一共5个锁死位，合计调整距离880mm。当顶铁滑动到锁死位时，将手柄转动90度，带动顶铁滑入导向铁上的凹槽里，完成锁死动作。这时主顶油缸就可以通过顶铁带动顶环向前顶进或者向后归位了。这样的调整结构，是通过顶环与主顶油缸支撑点的变位，完全替代了传统的叠加顶铁方法，避免了管后作业不灵活、空间要求大的弊端。

顶环托辊组件固定在顶环的下方，由两对滚轮支撑在底架的副导轨上进行滚动。这样既避免了主顶油缸的受力变形，也使得调整锁死位时转动手柄不必克服摩擦力，转动自如顺畅。

主顶油缸缸筒置于顶进方向，活塞缸头安装固定在主顶底架、钢靠背上；油缸内部结构为：在油缸缸杆上使用深孔钻加工两个深孔，分别将缸杆外露部分的两个接油口接通油缸的有杆腔和无杆腔，这是一种倒置主顶油缸的结构。是将传统顶管中位于管道后方的液压顶进设备布置在管道的两侧，以充分利用横向空间，使每根管的初始顶进位置都靠近井壁。通过顶环与主顶油缸支撑点的变位，来替代传统的叠加顶铁。将850mm的油缸有效行程扩展为1730mm的有效顶进行程。再配合相应的环形垫铁，可以在直径2600mm的顶管主井内，使用850mm行程的主顶油缸，实现2000mm长度管材的顶进。完全满足微型顶管项目中，使用现成的D2600钢筋混凝土排水管垂直下沉作为工作井和接收井的需要，大大降低建井成本、缩短工期，是微型顶管的理想主顶设备。

油缸托辊由实心辊、安装架、轴承等组成，安装在主顶油缸缸筒上的导向铁两端，负责支撑油缸在底架主导轨上滑动，并起到导向作用。

球座安装组件由球座、球座盖、球座螺栓、橡胶柱组成，用于将主顶油缸活塞杆头安装在底架的球座安装板上。橡胶柱的使用使主顶油缸可以在轴向上向前小距离缓冲位移，降低了活塞杆球头的非工作行程磨损。整个球座部分的结构是主顶油缸安装的一种新的设计，虽然放弃传统的刚性定位安装而使用柔性铰接安装，但是这种结构不但没有降低主顶顶进的稳定性与精度，反而可以避免油缸非轴线方向受力，大大提高主顶油缸使用寿命。

结语

经过实践证明，倒置油缸微型主顶尺寸小、结构巧、推力大，而且使用方便、性能稳定，是实现D2600钢筋混凝土排水管沉井微型顶管工法的关键核心设备，完全满足先进工法的相关要求。可以为工程节省大量时间和资金。

参考文献：

[1]顶管施工技术（余彬泉）

[2]顶管和微型隧道技术（马保松）

[3]微型顶管隧道施工关键技术（杨转运龚尚龙刘会）