一种顶管施工系统技术方案

本发明专利技术公开了一种顶管施工系统，包括安装在工作井内的顶管机、顶进装置和安装在所述顶进装置前端的工具管，所述工具管包括圆筒状的管体，所述管体的前端为用于切入土层的刃口端；其特征在于，还包括用于监测施工的监控系统，所述监控系统包括安装在地面上的主控模组、安装在工作井内的中控模组和安装在所述管体内的监控模组；所述监控模组包括用于监测顶进方向的三轴倾角传感器和用于检测温湿度、PM2.5和PM10的气象多要素百叶箱；所述中控模组包括用于发出声光警报信号的声光报警器和用于降尘降温的喷雾装置。本发明专利技术具有能够改善作业环境，能够有效预防管道顶进偏移，有利于提高施工质量和作业安全性等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种顶管施工系统
本专利技术涉及建筑施工
，特别的涉及一种顶管施工系统。
技术介绍
随着我国经济持续稳定的增长，城市化进程的进一步加快，我国地下管线的需求量也在逐年增加，传统的开挖施工方法在很多情况下已经不能适用。由于市政管道经常敷设在人口稠密、商业繁华的市区，管道周边存在着众多给排水、电力、通信、燃气、热力等各种市政管道及地下结、构筑物，传统的开挖方法会影响交通、污染环境，并存在较大的安全隐患，同时也给市民生活带来诸多不便。顶管施工作为一种非开挖施工技术在我国已经实施多年，经过多年的发展，顶管技术在我国已得到大量实际工程应用，且保持着高速的增长势头。但现阶段除东部沿海城市较多采用机械顶管方式外，其余地区仍处于比较原始的阶段，大量采用人工手掘式顶管施工技术。人工掘进顶管施工技术是管前工作面的岩土采用人工挖掘出土并配合液压千斤顶顶进的施工工艺，该工艺原始粗犷，作业环境恶劣，经常遇见各种突发情况，作业人员的安全无法得到有效保障；对管道顶进路线无法做到实时监控，容易造成管道顶进偏移，影响工程施工质量。根据目前市场发展现状，亟需针对人工掘进顶管施工技术进行进一步的优化和完善。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种能够改善作业环境，能够有效预防管道顶进偏移，有利于提高施工质量和作业安全性的顶管施工系统。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：一种顶管施工系统，包括安装在工作井内的顶管机、顶进装置和安装在所述顶进装置前端的工具管，所述工具管包括圆筒状的管体，所述管体的前端为用于切入土层的刃口端；其特征在于，还包括用于监测施工的监控系统，所述监控系统包括安装在地面上的主控模组、安装在工作井内的中控模组和安装在所述管体内的监控模组；所述监控模组包括用于监测所述管体的顶进方向的三轴倾角传感器，用于检测温湿度、噪声、光照、PM2.5和PM10的气象多要素百叶箱，用于采集检测数据的监控控制器，用于进行无线信号收发的第一无线收发模块，以及监控电源模块；所述三轴倾角传感器、气象多要素百叶箱、第一无线收发模块和监控电源模块均与所述监控控制器相连，并固定安装在所述管体内；所述中控模组包括用于发出声光警报信号的声光报警器、单片机、中控电源模块、喷雾装置和用于进行无线信号收发的第二无线收发模块；所述声光报警器和喷雾装置通过继电器可控地连接至所述单片机，所述中控电源模块和第二无线收发模块均连接至所述单片机；所述主控模组包括主控计算机和连接设置的第三无线收发模块；所述监控模组和中控模组通过所述第一无线收发模块和所述第二无线收发模块无线连接；所述中控模组和主控模组通过所述第二无线收发模块和第三无线收发模块无线连接。采用上述结构，通过设置在管体内的气象多要素百叶箱可以同时检测温湿度、PM2.5和PM10，同时配合喷雾系统，可以在管前操作面的温度过高或粉尘过大时，通过单片机控制喷雾系统进行喷雾，对管前操作面进行降尘降温，有利于改善管前操作面的工作环境。另外，通过安装在管体内的三轴倾角传感器，可以实施监测管体的轴线，一旦管体在顶进过程中，轴线倾角偏移过大，可以通过中控模组的声光报警器进行警报，同时传输到主控模组的主控计算机上，对施工过程进行监控，便于及时纠偏，有利于提高施工的质量。进一步的，所述监控模组还包括用于对管前操作面进行扫描测距的激光测距仪，所述激光测距仪连接至所述监控控制器，并安装在所述管体的前端。通过激光测距仪，对管前操作面的挖掘深度和顶进进尺进行有效监督控制，及时制止一次挖掘过深或顶进过长的情况发生。使顶管施工能够遵循短进尺的原则，有效避免工作面土体因失稳造成的垮塌，提高施工安全性。进一步的，所述监控模组还包括照明灯和用于视频监控的摄像头，所述照明灯和摄像头均连接至所述监控控制器，并安装在所述管体的前端。通过照明灯可以改善管前操作面的亮度，便于施工，同时也便于摄像头对管前操作面进行实时监控，便于进行规范化管理。进一步的，所述监控模组还包括用于检测气体成分及含量的气体成分检测仪，所述气体成分检测仪连接至所述监控控制器；所述中控模组还包括用于空气置换的送排风装置，所述送排风装置可控地连接至所述单片机，并安装在所述管体和工作井之间的管道内。这样，顶管顶进过程中，可以采用送排风装置将管道内空气按照一定时间间隔（如10s）送至管前操作面内，在管前操作面内搭载气体成分检测仪对管道内空气质量进行检测，当检测值超出预警范围时，在工作井内的声光报警器可以及时反馈报警。气体成分检测仪主要检测内容包括：氧气含量、一氧化碳含量、硫化氢含量以及甲烷含量等。进一步的，所述监控模组还包括用于对安全帽上的射频标签进行识别的RFID读写器，所述RFID读写器连接至所述监控控制器；所述RFID读写器间隔安装在所述管体和工作井之间的管道内。这样，可以通过RFID读写器实施检测施工现场工作人员头戴安全帽的射频标签，可以对进入施工现场的人员进行实施跟踪，便于规范化管理，有利于提高施工现场的安全性。进一步的，所述管体的内侧顶部还安装有沿轴向设置的液压顶伸机构和呈板状的顶盖，所述顶盖位于所述刃口端，且通过沿管体轴向设置的导轨机构可滑动地安装在所述管体的内壁上；所述液压顶伸机构的伸缩端朝向所述刃口端，并连接在所述顶盖上，使所述顶盖能够随所述伸缩端伸出或缩入所述管体；所述顶盖朝外的一侧为能够切入土层的刃口。采用上述结构，在施工时，可以先将工具管整体向前顶进到管前工作面，然后利用管体内的液压顶伸机构将顶盖朝向管前工作面顶进，使顶盖朝外的刃口尽可能深入地切入到管前工作面的土层中，然后组织工人对管前工作面的岩土进行挖掘施工。由于工人施工前，顶盖已经插入土层中，形成保护盖，使得顶盖下方的土层挖凿后，顶盖上方的土层也不宜塌方，既可以保障施工人员的安全，又可以避免塌方引起的沉降，节省后期的打孔灌砼和道路返修费用，降低施工成本，又能提高施工效率。进一步的，所述顶盖整体呈圆弧形，且外径与所述管体的内径相匹配，所述顶盖同轴设置在所述管体内。这样，使得顶盖能够尽量贴合管体的内壁，从而减少对管体内部空间的占用，为工人提供更大的操作空间，方便施工。另外，将顶盖设置成圆弧形，能够增加伸出后的顶盖在竖向上的抗弯强度，防止变形，有利于提高使用寿命。进一步的，所述导轨机构设置有两个，分别位于所述顶盖周向上的两侧。这样，导轨机构可以从顶盖的两侧对顶盖提供支撑力，使得顶盖的受力更加均匀，有可以避免导轨机构偏载而损坏，有利于提高导轨机构的使用寿命。进一步的，所述管体的内壁上还焊接有两个支撑块，两个所述支撑块分别位于所述顶盖周向上的两侧，且靠近所述刃口端的位置；所述支撑块朝向所述顶盖的一侧具有供所述顶盖穿过的支撑槽；所述顶盖的长度大于所述液压顶伸机构的最大伸出长度。由于顶盖的长度大于液压顶伸机构的最大伸出长度，即使液压顶伸机构的伸缩端完全伸出，顶盖仍然有一部分位于管体内；又由于顶盖两侧的支撑块位于靠近刃口端的位置，在顶盖的伸出部分受到向下的压力时，两个支撑块以及顶盖的另一端形成杠杆结构，从而可以保证顶盖的平衡。而且利用支撑块对顶盖进行支撑，可以减少施加在导轨机构上的作用力，从而提高导轨机构的使用寿命。进一步的，所述导轨机构为沿所述管体的轴向焊接在所述管体的内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种顶管施工系统，包括安装在工作井内的顶管机、顶进装置和安装在所述顶进装置前端的工具管，所述工具管包括圆筒状的管体（1），所述管体（1）的前端为用于切入土层的刃口端；其特征在于，还包括用于监测施工的监控系统，所述监控系统包括安装在地面上的主控模组（6）、安装在工作井内的中控模组（7）和安装在所述管体（1）内的监控模组（8）；所述监控模组（8）包括用于监测所述管体（1）的顶进方向的三轴倾角传感器（81），用于检测温湿度、噪声、光照、PM2.5和PM10的气象多要素百叶箱（82），用于采集检测数据的监控控制器（84），用于进行无线信号收发的第一无线收发模块（85），以及监控电源模块（86）；所述三轴倾角传感器（81）、气象多要素百叶箱（82）、第一无线收发模块（85）和监控电源模块（86）均与所述监控控制器（84）相连，并固定安装在所述管体（1）内；所述中控模组（7）包括用于发出声光警报信号的声光报警器（71）、单片机（72）、中控电源模块（73）、喷雾装置（75）和用于进行无线信号收发的第二无线收发模块（74）；所述声光报警器（71）和喷雾装置（75）通过继电器可控地连接至所述单片机（72），所述中控电源模块（73）和第二无线收发模块（74）均连接至所述单片机（72）；所述主控模组（6）包括主控计算机（61）和连接设置的第三无线收发模块（62）；所述监控模组（8）和中控模组（7）通过所述第一无线收发模块（85）和所述第二无线收发模块（74）无线连接；所述中控模组（7）和主控模组（6）通过所述第二无线收发模块（74）和第三无线收发模块（62）无线连接。...

【技术特征摘要】
1.一种顶管施工系统，包括安装在工作井内的顶管机、顶进装置和安装在所述顶进装置前端的工具管，所述工具管包括圆筒状的管体（1），所述管体（1）的前端为用于切入土层的刃口端；其特征在于，还包括用于监测施工的监控系统，所述监控系统包括安装在地面上的主控模组（6）、安装在工作井内的中控模组（7）和安装在所述管体（1）内的监控模组（8）；所述监控模组（8）包括用于监测所述管体（1）的顶进方向的三轴倾角传感器（81），用于检测温湿度、噪声、光照、PM2.5和PM10的气象多要素百叶箱（82），用于采集检测数据的监控控制器（84），用于进行无线信号收发的第一无线收发模块（85），以及监控电源模块（86）；所述三轴倾角传感器（81）、气象多要素百叶箱（82）、第一无线收发模块（85）和监控电源模块（86）均与所述监控控制器（84）相连，并固定安装在所述管体（1）内；所述中控模组（7）包括用于发出声光警报信号的声光报警器（71）、单片机（72）、中控电源模块（73）、喷雾装置（75）和用于进行无线信号收发的第二无线收发模块（74）；所述声光报警器（71）和喷雾装置（75）通过继电器可控地连接至所述单片机（72），所述中控电源模块（73）和第二无线收发模块（74）均连接至所述单片机（72）；所述主控模组（6）包括主控计算机（61）和连接设置的第三无线收发模块（62）；所述监控模组（8）和中控模组（7）通过所述第一无线收发模块（85）和所述第二无线收发模块（74）无线连接；所述中控模组（7）和主控模组（6）通过所述第二无线收发模块（74）和第三无线收发模块（62）无线连接。2.如权利要求1所述的顶管施工系统，其特征在于，所述监控模组（8）还包括用于对管前操作面进行扫描测距的激光测距仪（87），所述激光测距仪（87）连接至所述监控控制器（84），并安装在所述管体（1）的前端。3.如权利要求1所述的顶管施工系统，其特征在于，所述监控模组（8）还包括照明灯和用于视频监控的摄像头（88），所述照明灯和摄像头（88）均连接至所述监控控制器（84），并安装在所述管体（1）的前端。4.如权利要求1所述的顶管施工系统，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟晟，韩学池，蒋欢，罗兴斌，叶洪兵，王勇，李红伟，赵彪，杨松，彭政，高贺，
申请(专利权)人：中冶建工集团有限公司，重庆捷文工业自动化设备有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50