CN102777189B - 一种超长管幕无中继间顶进施工装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超长管幕无中继间顶进施工装置及方法，所述装置包括洞门保压装置和管幕钢管；所述洞门保压装置包括土体、设于土体外侧的旋喷桩和注浆管，旋喷桩作为密封止水墙，旋喷桩内设有钢护筒，钢护筒外端依次设有密封胶圈和钢板环，钢板环外侧设有与注浆管相连接的盲板；在管幕钢管设润滑注浆孔和注浆连接与控制装置，减少顶进阻力，同时在土孔与管外周35mm间隙中建立0.1至0.5mpa压力，以抵抗土洞形变，达到控制其上道面沉降的目的。本发明的有益效果为：在实行无中继间顶进方法的基础上，消除了使用中继间结构所带来的不利因素，解决了超长管幕顶进施工难的问题，并且在施工中所需要的顶力小、施工精度高、沉降程度小。

Description

一种超长管幕无中继间顶进施工装置及方法

技术领域

本发明涉及隧道施工及管幕支护领域，尤其涉及一种超长管幕无中继间顶进施工装置及方法。

背景技术

目前的在隧道施工中通用的管幕工法是非开挖工艺的一种，作为利用小口径顶管机建造大断面地下空间的施工方法，国外已有20年的发展历程，在日本、美国、新加坡和中国等应用于穿越道路．铁路、结构物、机场等下方之开挖工程，都取得了不错的效果，积累了一定的施工经验。该方法适用于回填土、砂土、粘土、岩层等多种地层。

管幕工法是以单管顶进为基础，各单管间依靠锁口在钢管侧面相接形成管排，并在锁口空隙注入止水剂以达到止水要求。管排顶进完成后，形成管幕。然后对管幕内土体进行加固处理，随后在内部边开挖边支撑，直至管幕段开挖贯通，再浇筑结构体。管幕可以为各种形状，包括半圆型，圆型、门字型、口字型等。管幕由刚性的钢管形成临时棚结构，减少开挖时对邻近土体的扰动并相应减少周围土体的变形，达到开挖时不影响地面活动，并维持上部建(构)筑物与管线正常使用功能的目的。同时应对超长管幕施工时，一般采用增加中继间接力顶进方式完成各单管长距离顶进施工，这种方式给长距离管幕施工带来一定的成功性，但风险较高，主要存在以下位问题和缺点：

1、中继间在频繁收缩顶进过程容易损坏，造成动力不足，管幕不能正常顶进，顶管失败。

2、因中继间的频繁收缩，中继间自身密闭系统容易破坏，造成管外壁减阻泥浆渗漏和失压，可能造成管幕阻力增大和抱管现象。

3、未能从根本上解决顶力问题，顶进方向控制难度大，顶进精度偏差大。

4、顶进偏差大和中继间漏浆失压均会造成土体沉降大，不能满足高标准沉降控制部位的施工。

5、中继间费用高，施工成本增加。

发明内容

本发明的一种目的是提供一种超长管幕无中继间顶进施工装置及方法，以克服现有方法存在的以上不足。

本发明的目的通过以下方法方案来实现：

一种超长管幕无中继间顶进施工装置，包括洞门和管幕钢管，所述洞门处设有密封机构，所述管幕钢管末端设有防回弹装置，所述防回弹装置包括顶镐和设于顶镐后端的分配梁，分配梁后端设有相互连接的后背梁与后背桩，所述顶镐与分配梁通过钢楔相连接；所述密封机构包括土体、设于土体外侧的旋喷桩和注浆管，旋喷桩作为密封止水墙，旋喷桩内设有钢护筒，钢护筒外端依次设有密封胶圈和钢板环，钢板环外侧设有与注浆管相连接的盲板，所述注浆管上设有压力表和控制阀，在管幕钢管设润滑注浆孔和注浆连接与控制装置，减少顶进阻力，提高控制精度。

一种超长管幕无中继间顶进施工方法，其包括以下步骤：

1）依据《给水排水管道工程施工及验收规范GB50268－2008》和施工具体条件计算管幕钢管在使用时所需承受的顶力，并根据顶力的数值以及顶镐的强度条件选取主顶油缸、后背梁和后背桩，并将生物泥浆和水混合，制成减阻泥浆；

2）在洞门的土体增加500mm厚度的 C30混凝土止浆墙，止浆墙在管幕钢管出口部位预留直径为1080mm的预留洞口，并在此预留洞口处安装钢护筒、密封保压胶圈和钢板环，在底部铺设20cm厚的混凝土垫层，以在混凝土垫层上安装轨道，并在轨道末端架设防回弹装置，所述防回弹装置包括顶镐和设于顶镐后端的分配梁，分配梁后端设有相互连接的后背梁与后背桩，所述顶镐与分配梁通过钢楔相支垫；

3）将管幕钢管的各管节吊下井，并将后一节管节头部与前一节尾部相连接，拼接时，错边不应大于2mm，前后管节间应有2～4mm 的空隙，利于焊接牢固，保证钢管焊缝密闭有效，不漏浆；以及

4）顶进时在管幕钢管外形成35mm间隙，通过保压减阻系统装置在间隙内充填减阻润滑浆，实现减阻效果。保压减阻系统注浆主管用可调压力稳压注浆，压力范围值为0.1至0.5mpa，控制值为0.1mpa。浆液由减阻浆孔注入管幕管外周，注浆孔安装单向阀，提高注浆保压效率达到设计压力时停注。

进一步的，顶进过程中对管幕钢管外的减阻泥浆压力进行实时监测，并针对压力改变实时进行补浆处理，始终保持管外环状间隙减阻泥浆压力达到设计预控值。

进一步的，在各注浆孔上设置单向阀和节门，以提高安全系数，防止外侧水土进入管内。

进一步的，在顶进过程中突遇松散软弱土层时，通过顶进仓向软弱土层压注混合浆对土体进行加固与封闭，并在浆液初凝前0.5～1小时开始缓慢顶进。

本发明的有益效果为：消除了使用中继间结构所带来的不利因素，解决了超长管幕顶进施工难的问题，提高效率、质量、精度，降低减阻材料使用，操作和控制便捷，并且在施工中所需要的顶力小、施工精度高、沉降程度小。

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的实施例的一种超长管幕无中继间顶进施工装置的结构示意图；

图2为本发明的实施例的一种超长管幕无中继间顶进施工装置的洞门保压装置的结构示意图；

图3为本发明的实施例的一种超长管幕无中继间顶进施工装置的防回弹装置的结构示意图；

图4为本发明的另一个实施例的一种超长管幕无中继间顶进施工装置的结构示意图；

图5为本发明的另一个实施例的一种超长管幕无中继间顶进施工装置的洞门保压装置的结构示意剖视图；

图6为图5的一种超长管幕无中继间顶进施工装置的洞门保压装置的保压密封装置的结构示意剖视图；

图7为本发明的实施例的一种超长管幕无中继间顶进施工装置的钢管注浆装置的结构示意图。

图中：

1、洞门；11、土体；12、旋喷桩；13、止水墙；14、钢护筒；15、密封胶圈；16、钢板环；17、盲板；18、注浆管；2、混凝土垫层；3、管幕钢管；31、钢管焊缝；32、支撑钢管；33、支撑三角钢；4、防回弹装置；41、顶镐；42、分配梁；43、后背梁；44、后背桩；45、钢楔；46、进排泥水管。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明的实施例的一种超长管幕无中继间顶进施工装置，包括洞门1和管幕钢管3，所述洞门1处设有密封机构，所述管幕钢管3末端设有防回弹装置4，所述防回弹装置4包括顶镐41和设于顶镐41后端的分配梁42，分配梁42后端设有相互连接的后背梁43与后背桩44，所述顶镐41与分配梁42通过钢楔45相连接，后背桩44上设有通至管幕钢管3外侧的进排泥水管；所述密封机构包括土体11、设于土体外侧的旋喷桩12和注浆管18，旋喷桩12上方设有止水墙13，旋喷桩12内设有钢护筒14，钢护筒14外端依次设有密封胶圈15和钢板环16，钢板环16外侧设有与注浆管18相连接的盲板17，所述注浆管18上设有压力表和控制阀，在管幕钢管设润滑注浆孔和注浆连接与控制装置，减少顶进阻力，提高控制精度。

本发明的实施例的一种超长管幕无中继间顶进施工方法，其包括以下步骤：

1）依据《给水排水管道工程施工及验收规范GB50268－2008》和施工具体条件计算管幕钢管在使用时所需承受的顶力，并根据顶力的数值以及顶镐的强度条件选取主顶油缸、后背梁和后背桩，并将生物泥浆和水混合，制成减阻泥浆；

2）在洞门的土体增加500mm厚度的 C30混凝土止浆墙，止浆墙在管幕钢管出口部位预留直径为1080mm的预留洞口，并在此预留洞口处安装钢护筒、密封保压胶圈和钢板环，在底部铺设20cm厚的混凝土垫层，以在混凝土垫层上安装轨道，并在轨道末端架设防回弹装置，所述防回弹装置包括顶镐和设于顶镐后端的分配梁，分配梁后端设有相互连接的后背梁与后背桩，所述顶镐与分配梁通过钢楔相支垫；

3）将管幕钢管的各管节吊下井，并将后一节管节头部与前一节尾部相连接，拼接时，错边不应大于2mm，前后管节间应有2～4mm 的空隙，利于焊接牢固，保证钢管焊缝密闭有效，不漏浆；以及

4）顶进时在管幕钢管外形成35mm间隙，通过保压减阻系统装置在间隙内充填减阻润滑浆，实现减阻效果。保压减阻系统注浆主管用可调压力稳压注浆，压力范围值为0.1至0.5mpa，控制值为0.1mpa。浆液由减阻浆孔注入管幕管外周，注浆孔安装单向阀，提高注浆保压效率达到设计压力时停注。顶进过程中对管幕钢管外的减阻泥浆压力进行实时监测，并针对压力改变实时进行补浆处理，始终保持管外环状间隙减阻泥浆压力达到设计值。

同时，在各注浆孔上设置单向阀和节门，以提高安全系数，防止外侧水土进入管内。

在顶进过程中突遇松散软弱土层时，通过顶进仓向软弱土层压注混合浆对土体进行加固与封闭，并在浆液初凝前0.5～1小时开始缓慢顶进。

图4为本发明的另一个实施例的一种超长管幕无中继间顶进施工装置，其防回弹装置使用千斤顶，管幕钢管与机头之间通过过渡管相连接。

图5为本发明的另一个实施例的一种超长管幕无中继间顶进施工装置的简化的洞门保护装置。

图6为图5中的一种超长管幕无中继间顶进施工装置的洞门保护装置的保压密封装置，其牛角形的结构进一步优化了保压密封的效果，使得整体的密封结构更为严密且效果更为优秀。

如图4-6所示的超长管幕无中继间顶进施工装置，其结构更为简单，使用更为方便，且效果也能保证基本的要求。

图7为本发明的实施例的一种超长管幕无中继间顶进施工装置的钢管注浆装置的结构示意图。

本发明通过对顶进装置结构以及施工工艺的改进，在实行无中继间顶进方法的基础上，消除了使用中继间结构所带来的不利因素，解决了超长管幕顶进施工难的问题，提高效率、质量、精度，降低减阻材料使用，操作和控制便捷，并且在施工中所需要的顶力小、施工精度高、沉降程度小。

虽然以上仅描述了本发明的具体实施方式范例，但是本领域的方法人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的方法人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更或修改均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种超长管幕无中继间顶进施工装置，包括洞门保压装置（1）和管幕钢管（3），其特征在于，所述洞门保压装置（1）包括密封机构，所述密封机构包括土体（11）、设于土体（11）外侧的旋喷桩（12）和注浆管（18），旋喷桩（12）上方设有止水墙（13），旋喷桩（12）内设有钢护筒（14），钢护筒（14）外端依次设有密封胶圈（15）和钢板环（16），钢板环（16）外侧设有与注浆管（18）相连接的盲板（17）；所述管幕钢管（3）末端设有防回弹装置（4）。

2.根据权利要求1所述的一种超长管幕无中继间顶进施工装置，其特征在于：所述管幕钢管（3）上设有润滑注浆孔和注浆连接与控制装置。

3.根据权利要求1或2所述的一种超长管幕无中继间顶进施工装置，其特征在于，所述防回弹装置（4）包括顶镐（41）和设于顶镐（41）后端的分配梁（42），分配梁（42）后端设有相互连接的后背梁（43）与后背桩（44），所述顶镐（41）与分配梁（42）通过钢楔（45）相连接。

4.一种超长管幕无中继间顶进施工方法，其特征在于，其包括以下步骤：

1）依据《给水排水管道工程施工及验收规范GB50268－2008》和施工具体条件计算管幕钢管在使用时所需承受的顶力，并根据顶力的数值以及顶镐的强度条件选取主顶油缸、后背梁和后背桩，并将生物泥浆和水混合，制成减阻泥浆；

2）在洞门的土体增加500mm厚度的 C30混凝土止浆墙，止浆墙在管幕钢管出口部位预留直径为1080mm的预留洞口，并在此预留洞口处安装钢护筒、密封胶圈和钢板环，在底部铺设20cm厚的混凝土垫层，以在混凝土垫层上安装轨道，并在轨道末端架设防回弹装置，所述防回弹装置包括顶镐和设于顶镐后端的分配梁，分配梁后端设有相互连接的后背梁与后背桩，所述顶镐与分配梁通过钢楔相连接；

3）将管幕钢管的各管节吊下井，并将后一节管节头部与前一节尾部相连接，拼接时，错边不应大于2mm，前后管节间应有2～4mm 的空隙，利于焊接牢固，保证钢管焊缝密闭有效，不漏浆；以及

4）顶进时在管幕钢管外形成35mm间隙，通过保压减阻系统装置在间隙内充填减阻润滑浆，实现减阻效果；保压减阻系统注浆主管用可调压力稳压注浆，压力范围值为0.1至0.5mpa，控制值为0.1mpa；浆液由减阻浆孔注入管幕管外周，注浆孔安装单向阀，提高注浆保压效率达到设计压力时停注。

5.根据权利要求4所述的一种超长管幕无中继间顶进施工方法，其特征在于，还包括：顶进过程中对管幕钢管外的减阻泥浆压力进行实时监测，并针对压力改变实时进行补浆处理，始终保持管外环状间隙减阻泥浆压力达到设计预控值。

6.根据权利要求4所述的一种超长管幕无中继间顶进施工方法，其特征在于，还包括：在各注浆孔上设置单向阀和节门，以提高安全系数，防止外侧水土进入管内。

7.根据权利要求4所述的一种超长管幕无中继间顶进施工方法，其特征在于，还包括：在顶进过程中突遇松散软弱土层时，通过顶进仓向软弱土层压注混合浆对土体进行加固与封闭，并在浆液初凝前0.5～1小时开始缓慢顶进。