[0001] 本发明涉及一种适用于淤泥地层的顶管快速连接防水接头，属于顶管工程领域。

[0002] 目前顶管技术作为非开挖技术的一种，其基本原理在于借助主顶油缸的顶力，将顶管机从始发井穿过地层直至接收井内吊起。在顶进过程中，顶管机不断对前方土层进行切削，并通过出土装置将土体排出，后方的管节不断向前推进，直至顶管区间贯通，目前正被广泛应用于供排水、油气、电力等管网铺设。

[0003] 随着国家社会经济发展，国内顶管技术与研究愈发成熟，采用顶管技术穿越江、河、湖、海等高水压地层的项目也日益增多。在建设水下顶管隧道时，若所穿地层埋深较浅，易遇到淤泥层或淤泥质土层等不良软弱地层；因淤泥地层含水量较高、承载力低、遇水液化强度低，及顶管机与管节自重大等特点，穿淤泥地层顶管易在施工过程中及完工后陷入淤泥层中而发生严重沉降，若管节接头缝隙处不密封可能导致渗水及淤泥倒灌等事故，因此穿淤泥地层顶管对管节接头防水性能和管道整体连接强度有着较高要求。

[0004] 顶管工程中接头处易出现的问题为管节连接失效和渗水，传统的连接方式为承插口式、螺栓连接、焊接、预应力锚索连接等，其中承插口式应用最为广泛。后管节插口钢套环插入前管节承口钢套环，配合使用防水橡胶圈及其他防水材料达到防水效果，其中防水作用主要依靠于承插处的弹性密封圈。在面对淤泥地层时，由于管道易发生不均匀沉降导致接头密封受限，水及淤泥仍可能渗入接头缝隙进入管内；同时前后管节拼接时一般停机，若在管节拼接时花费过多时间可能导致已顶管道陷入淤泥地层而不均匀沉降，密封装置效果减弱甚至失效。

[0027] 下面结合附图和具体实施例对本发明作详细具体的说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0028] 在本发明所提供的技术方案中的一种适用于淤泥地层的顶管快速连接防水接头，如图1所示，至少包括前管节1和后管节2，前管节1后端的外壁上设有插口钢套孔5，后管节2前端的外壁上设有用于承口钢套环3，前管节1与后管节2通过插口钢套孔5与承口钢套环3组成的承插结构连接，插口钢套孔5上设有分别用于安装鹰嘴密封圈6和充气胶囊8的环向槽，如图4所示，用于安装充气胶囊8的环向槽上设有贯通管壁的注气管9，注气管9通过预埋于后管节2内壁的固定钢筋7进行轴向固定，充气胶囊8的内环设有与注气管9相匹配的连接孔洞，如图7所示，后管节2内壁上还设有与注气管9连通的气管阀门10，气管阀门10用于控制充气胶囊8的充气和放气。所述的气管阀门10上设有气压表18，气管阀门10设置在后管节2内壁上，通过弯接头与注气管9相联通。在本实施例中，充气胶囊8为若干个独立气囊并联组成，环向槽上沿周向间隔的设有若干个贯通管壁且与独立气囊相匹配的注气管9，单个独立气囊通过连接孔洞与环向槽上单独设置的注气管9连接，通过若干个独立气囊保证充气防漏的容错性。

[0029] 前管节1和后管节2的管节内壁上均设有左右水平对称，用于在水平方向保持平齐的吊装孔14，其中固定锁扣13与吊装孔14水平方向保持平齐，以方便前管节1和后管节2快速对位安装。

[0030] 前管节1与后管节2通过相互连接的固定锁扣13保持整体轴向刚度，前管节1头部与后管节2尾部的端面相对位置上分别设有用于安装固定锁扣13的锁扣基座12，如图2所示，锁扣基座12通过分别预埋在前管节1尾部与后管节2头部的基座固定钢筋11进行固定，提高锁扣接头与前管节1与后管节2的整体刚度；所述锁扣基座12至少包括同轴线固定的大圆筒121与小圆筒122，和安装在大圆筒121和小圆筒122之间的固定板123组成，小圆筒122上设有螺纹通孔124，固定板123中部设有与小圆筒122外壁相匹配的孔洞，固定板123的四角开设有与基座固定钢筋11相匹配的定位孔125；

[0031] 如图3所示，所述固定锁扣13的尾部为与小圆筒122螺纹通孔124相匹配的螺纹杆131，固定锁扣13的中部设有直径大于螺纹通孔124直径的固位环132，固定锁扣13的头部上分别设有相互配合的雌锁扣接头133和雄锁扣接头134，其中雌锁扣接头133为沿圆周方向均匀开设若干道等距分布开口槽的固定圆筒，固定圆筒顶部设有内凹的扣爪，雄锁扣接头
134的头部为具有一定锥度的圆台型接头，圆台型接头的直径略大于固定圆筒，且与固定圆筒的扣爪相匹配；锁扣基座12的大圆筒121端面与雄锁扣接头134头部均不超过前管节1和后管节2的端面，雌锁扣接头133的头部伸出管节端面且长度与雌雄锁扣接头134的固定圆筒相匹配。雄锁扣接头134挤压进入雌锁扣接头133同时咬合而不能拔出，达到快速连接的效果。

[0032] 如图5和图6所示，后管节2上预埋有承口固定钢筋4，承口钢套环3通过焊接或螺栓的方式与承口固定钢筋4连接，使承口钢套环3安装在后管节2管壁外侧且突出于后管节2端面。后管节2靠外侧的端面上开槽设置有弹性防水密封圈15，前管节1与后管节2端面之间设置有用于缓冲的的弹性木垫板16。插口钢套孔5上用于安装充气胶囊8的环向槽两侧，分别为用于安装鹰嘴密封圈6的两道环向槽，鹰嘴密封圈6与承口钢套环3紧密贴合。充气胶囊8的连接孔洞与注气管9之间直接连接，前管节1内壁与注气管9之间通过双组份聚硫密封膏17保持密封，如图7。前管节1和后管节2的内壁缺口位置填充有双组份聚硫密封膏17进行密封。

[0033] 管节快速连接后，承口钢套环3与插口钢套孔5通过鹰嘴密封圈6与充气胶囊8紧密接触，构成第一层防水措施；压缩的弹性防水密封圈15与弹性木垫板16紧密接触，前后管节2内壁缺口位置填充双组份聚硫密封膏17密封，构成第二层防水措施；雌锁扣接头133与雄锁扣接头134卡固连接，在提高管节整体轴向刚度的同时，也形成了第三层防水措施；在面临渗水风险时，通过气管阀门10与注气管9向充气胶囊8充气时，由于胶囊膨胀与承口钢套环3接触更为紧密，构成第四层止水补救措施。

[0034] 本发明提出的适用于淤泥地层的顶管快速连接防水接头，按如下步骤进行安装：

[0035] 1)预制管节时在相应位置布置好固定钢筋7、基座固定钢筋11、承口固定钢筋4和锁扣基座12等构件，保证管节外壁承插结构稳定，固定锁扣13咬合准确、快速；

[0036] 2)吊装并放置管节于顶进轨道时，时刻注意前管节1与后管节2相应构件是否对齐，同时前管节1尾端插口位置，嵌入鹰嘴密封圈6和充气胶囊8；管端面安装弹性防水密封圈15与弹性木垫板16，并在锁扣基座12的位置安装固定锁扣13；

[0037] 3)顶进后管节2与前管节1快速连接，待固定锁扣13连接与弹性木垫板16压紧后，在前管节1和后管节2的内壁缺口位置填充双组份聚硫密封膏17密封，此时管节已达到初步较好连接强度与防水性能；

[0038] 4)若施工过程中或完工后发现管节连接缝处仍有渗水现象，可启动充气胶囊8，充气胶囊8膨胀后可与承口钢套环3紧密接触，起到较好的止水防水效果。