一种内作用式整体非开挖管道施工用球墨铸铁顶管
技术领域
本发明涉及输水工程非开挖施工技术领域中的一种内作用式整体非开挖管道施工用球墨铸铁顶管。
背景技术
随着社会的发展，改善民生的要求越来越多，其中采用管道输水项目占有很大的比例。球墨铸铁管材以其高性价比的优势得到了广泛的应用。在相对开阔的空间，球墨铸铁管道一般都采用开挖直埋的方式施工，但在相对拥挤的城市，或者过河过路等特殊区域，无法实现开挖直埋，就得采用非开挖地下顶管方式进行施工。
目前，市场采用的球墨铸铁顶管由于工艺限制，都是在插口外圆铸造或者焊接一个顶推法兰，法兰后面布置必要的加强筋来保证顶推力要求，虽然能满足使用，但制造成本非常高。特别是在空间较小的施工区域，必须采用相对较短的微顶管。法兰的成本折算到短管上，会翻很多倍，业主很难承受这么高的费用。这就大大限制了微顶管的推广和应用。
专利号201821219184.0公开了一种负压砂箱的球墨铸铁T型接口地下顶管，该专利采用的是一种普通球墨铸铁整铸T型接口地下顶管，承插口内径较大，不能满足传递顶推力的要求，只能靠外加法兰和加强筋的方式传递顶推力，其属于是一种外加顶推法兰的外作用式顶管结构，重量较重，制作难度大，生产效率低，顶管的生产成本高。
因此，研制开发一种内作用式整体非开挖管道施工用球墨铸铁顶管一直是急待解决的新课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种内作用式整体非开挖管道施工用球墨铸铁顶管，该发明根据内作用式微顶管的使用要求和制作工艺，通过减小承插口一小段内径，增加这部分管体壁厚，达到满足传递顶推力的要求，采用整体铸造方式生产，与外加顶推法兰的外作用式顶管相比重量减少30%，制作难度减少50%，生产效率提高了50%。降低了顶管的生产成本。
本发明的目的是这样实现的：一种内作用式整体非开挖管道施工用球墨铸铁顶管，包括筒体段、插口段、承口段，所述的筒体段一端与插口段连接，筒体段另一端与承口段连接；承口段由承口密封段、承口顶推段组成，承口密封段与承口顶推段连接；
所述的一种内作用式整体非开挖管道施工用球墨铸铁顶管的工作原理是：根据内作用式微顶管的使用要求和制作工艺，通过减小插口段和承口段一小段内径，增加这部分管体壁厚，达到满足传递顶推力的要求；通过对DN600顶管实验数据，按T/CFA 020/0202.4-2017标准要求，顶管允许承受的顶推力为2720KN；原T型插口端管壁厚为10.2mm，按触面积为3.14×（600/2）2×10.2=2882.5mm2，达到最大顶推力时，插口压缩应力为2720KN/28825mm2×10-6=940Pa；通过加厚插口段和承口段壁厚，插口末端壁厚达到23.4mm，接触面积为3.14×（600/2）2×23.4=6612.8mm2达到最大顶推力时，插口压缩应力为2720KN/6612.8 mm2×10-6=411Pa；实验数据证明，通过插口段和承口段末端加厚，使得插口段压缩应力减少了大半；顶管采用整体铸造方式生产，模型插口段和承口段内径直接粘50-100mm长一段管体即可；无需再外加法兰和加强筋，减少了顶管的材料消耗和粘接工作量，降低其生产成本的同时，又提高了生产效率；
所述的一种内作用式整体非开挖管道施工用球墨铸铁顶管的插口段和承口段加厚量为一倍管体厚度，去除安装倒角，插口段和承口段接触厚度表一；插口段加厚的长度为100毫米；承口顶推段长度为100毫米；
插口段和承口段接触厚度表一
；
所述的一种内作用式整体非开挖管道施工用球墨铸铁顶管的工作原理及使用操作方法是，利用消失模成型机分段制做模片，根据成型机工作台面及管体长度规格，设计分段长度为1米；利用消失模易成型，便于粘接的特点，将各个分段叠加到用户对顶管需求长度，在3米长度内任意选择；利用消失模成型机，实现大口径长顶管整铸，节约设备投资和模具工装投资费用；“积木式”的模具设计，满足不同长度规格，不同压力等级，不同插口段和承口段大小的需求；消失模组型，垂直阶梯负压浇注，提高了成型合格率和一次水压合格率，成型合格率可达98％，一次水压合格率可达92％，是其他成型手段所不能比拟的，生产效率极高，实现大批量生产，满足市场需求；负压浇注不仅使合金组织更致密，更有利于保护环境，浇注中产生的废气，粉尘全部回收，真正实现绿色环保铸造；在安装使用时，一种内作用式整体非开挖管道施工用球墨铸铁顶管的第一个插口段安装进入第二个承口段，以下依次类推；
所述的一种内作用式整体非开挖管道施工用球墨铸铁顶管的铸造方法是：
（1）先根据要求,切割并粘接好管身的长度，然后按照顺序粘接插口和承口；
（2）将粘接好的铸件外部均匀刷涂上耐火涂料，并送入烘干室烘干；
（3）将烘干好的消失模与浇道粘接好并一起置于负压砂箱中；负压砂箱设有抽真空管，在真空泵工作时调节控制阀门，控制负压大小；
（4）填充干砂并振实，覆膜后抽真空；填充干砂的过程是边填砂边振实，砂箱填满后在上表面覆盖塑料薄膜密封，抽真空紧实型砂；
（5）将制备好的铁水在负压下注入模型中；在-0.5bar压力下浇注，不仅使球铁组织更致密，而且更环保；
（6）浇注后10分钟关闭负压，自然冷却2小时后，将铸件从砂箱中取出；
（7）对铸件进行抛丸清砂，修磨毛刺，检测外观及尺寸合格。
本发明的要点在于它的结构、工作原理、使用操作方法及铸造方法。
一种内作用式整体非开挖管道施工用球墨铸铁顶管与现有技术相比，具有根据内作用式微顶管的使用要求和制作工艺，通过减小插口段和承口段一小段内径，增加这部分管体壁厚，达到满足传递顶推力的要求，采用整体铸造方式生产，重量减少，制作难度减少，生产效率提高了50%，降低了顶管的生产成本等优点，将广泛地应用于输水工程非开挖施工技术领域中。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明二套互相连接的结构示意图。
图3是图2的I部放大图。
具体实施方式
参照附图，一种内作用式整体非开挖管道施工用球墨铸铁顶管，包括筒体段1、插口段2、承口段3，所述的筒体段1一端与插口段2连接，筒体段1另一端与承口段3连接；承口段3由承口密封段3-1、承口顶推段3-2组成，承口密封段3-1与承口顶推段3-2连接。
所述的一种内作用式整体非开挖管道施工用球墨铸铁顶管的工作原理是：根据内作用式微顶管的使用要求和制作工艺，通过减小插口段2和承口段3一小段内径，增加这部分管体壁厚，达到满足传递顶推力的要求；通过对DN600顶管实验数据，按T/CFA 020/0202.4-2017标准要求，顶管允许承受的顶推力为2720KN；原T型插口端管壁厚为10.2mm，按触面积为3.14×（600/2）2×10.2=2882.5mm2，达到最大顶推力时，插口压缩应力为2720KN/28825mm2×10-6=940Pa；通过加厚插口段2和承口段3壁厚，插口末端壁厚达到23.4mm，接触面积为3.14×（600/2）2×23.4=6612.8mm2达到最大顶推力时，插口压缩应力为2720KN/6612.8 mm2×10-6=411Pa；实验数据证明，通过插口段2和承口段3末端加厚，使得插口段2压缩应力减少了大半；顶管采用整体铸造方式生产，模型插口段2和承口段3内径直接粘50-100mm长一段管体即可；无需再外加法兰和加强筋，减少了顶管的材料消耗和粘接工作量，降低其生产成本的同时，又提高了生产效率。
所述的一种内作用式整体非开挖管道施工用球墨铸铁顶管的插口段2和承口段3加厚量为一倍管体厚度，去除安装倒角，插口段2和承口段3接触厚度表一；插口段2加厚的长度为100毫米；承口顶推段3-2长度为100毫米；
插口段2和承口段3接触厚度表一
所述的一种内作用式整体非开挖管道施工用球墨铸铁顶管的工作原理及使用操作方法是，利用消失模成型机分段制做模片，根据成型机工作台面及管体长度规格，设计分段长度为1米；利用消失模易成型，便于粘接的特点，将各个分段叠加到用户对顶管需求长度，在3米长度内任意选择；利用消失模成型机，实现大口径长顶管整铸，节约设备投资和模具工装投资费用；“积木式”的模具设计，满足不同长度规格，不同压力等级，不同插口段2和承口段3大小的需求；消失模组型，垂直阶梯负压浇注，提高了成型合格率和一次水压合格率，成型合格率可达98％，一次水压合格率可达92％，是其他成型手段所不能比拟的，生产效率极高，实现大批量生产，满足市场需求；负压浇注不仅使合金组织更致密，更有利于保护环境，浇注中产生的废气，粉尘全部回收，真正实现绿色环保铸造；在安装使用时，一种内作用式整体非开挖管道施工用球墨铸铁顶管的第一个插口段2安装进入第二个承口段3，以下依次类推。
5.根据权利要求1所述的一种内作用式整体非开挖管道施工用球墨铸铁顶管，其特征在于：所述的一种内作用式整体非开挖管道施工用球墨铸铁顶管的铸造方法是：
（1）先根据要求,切割并粘接好管身的长度，然后按照顺序粘接插口和承口；
（2）将粘接好的铸件外部均匀刷涂上耐火涂料，并送入烘干室烘干；
（3）将烘干好的消失模与浇道粘接好并一起置于负压砂箱中；负压砂箱设有抽真空管，在真空泵工作时调节控制阀门，控制负压大小；
（4）填充干砂并振实，覆膜后抽真空；填充干砂的过程是边填砂边振实，砂箱填满后在上表面覆盖塑料薄膜密封，抽真空紧实型砂；
（5）将制备好的铁水在负压下注入模型中；在-0.5bar压力下浇注，不仅使球铁组织更致密，而且更环保；
（6）浇注后10分钟关闭负压，自然冷却2小时后，将铸件从砂箱中取出；
（7）对铸件进行抛丸清砂，修磨毛刺，检测外观及尺寸合格。
实施例一
铸造DN1200,长度3米，内作用式整体非开挖管道施工用球墨铸铁顶管方法是：
（1）先根据要求切割并粘接好管身的长度3米，然后按照顺序粘接DN1200插口和DN1200承口；
（2）将粘接好的铸件外部均匀刷涂上耐火涂料，并送入烘干室烘干；
（3）将烘干好的消失模与浇道粘接好并一起置于负压砂箱中；负压砂箱设有抽真空管，在真空泵工作时调节控制阀门，控制负压大小；
（4）填充干砂并振实，覆膜后抽真空；填充干砂的过程是边填砂边振实，砂箱填满后在上表面覆盖塑料薄膜密封，抽真空紧实型砂；
（5）将制备好的铁水在负压下注入模型中；在-0.5bar压力下浇注，不仅使球铁组织更致密，而且更环保；
（6）浇注后10分钟关闭负压，自然冷却2小时后，将铸件从砂箱中取出；
（7）对铸件进行抛丸清砂，修磨毛刺，检测外观及尺寸合格。
实施例二
铸造DN1400,长度3米，内作用式整体非开挖管道施工用球墨铸铁顶管方法是：
（1）先根据要求切割并粘接好管身的长度3米，然后按照顺序粘接DN1400插口和DN1400承口；
（2）将粘接好的铸件外部均匀刷涂上耐火涂料，并送入烘干室烘干；
（3）将烘干好的消失模与浇道粘接好并一起置于负压砂箱中；负压砂箱设有抽真空管，在真空泵工作时调节控制阀门，控制负压大小；
（4）填充干砂并振实，覆膜后抽真空；填充干砂的过程是边填砂边振实，砂箱填满后在上表面覆盖塑料薄膜密封，抽真空紧实型砂；
（5）将制备好的铁水在负压下注入模型中；在-0.5bar压力下浇注，不仅使球铁组织更致密，而且更环保；
（6）浇注后10分钟关闭负压，自然冷却2小时后，将铸件从砂箱中取出；
（7）对铸件进行抛丸清砂，修磨毛刺，检测外观及尺寸合格。
附图3中H表示插口段2和承口段3接触厚度。
