CN103899321B - 顶拉结合法矩形顶管隧道施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种顶拉结合法矩形顶管隧道施工方法，包括以下步骤：a、确定故障顶管机的位置；b、将对接顶管机安装于原接收井内；c、使对接顶管机向故障顶管机顶进，并使对接顶管机顶进至与故障顶管机相距一第一设定距离后暂停顶进；d、将故障顶管机向原始发井倒拉一第二设定距离，并于倒拉同时回灌倒拉形成的隧道空隙；e、待回灌完成后，对接顶管机顶进；f、重复步骤c至e，直至两顶管机到达原始发井，吊装出井，隧道贯通。通过隧道轴线设计、倒拉回灌系统、故障顶管机改造和特殊施工参数设定及控制使顶拉结合式矩形顶管施工替代路面大开挖修复故障顶管机，减少了对周边环境的影响，节约了工程施工成本，缩短了建设工期。
Description
技术领域
本发明涉及一种工程建筑领域的矩形顶管法隧道建造方法，尤其是一种利用两台同尺寸的矩形顶管机在实测轴线上实现倒拉、回灌和顶进并存的顶拉结合法矩形顶管隧道施工方法。
背景技术
目前软土浅埋城市道路隧道、地道多采用明挖法、暗挖法、矩形顶管法施工。
明挖法施工方法将导致地面交通翻交改道、河道翻浇改道、管线搬迁等，影响较大，前期业主需协调单位较多，拖延工期，增加投入。同时，由于明挖施工对临近建筑物的影响也产生了较大施工风险。上述明挖基坑开挖深度大(一般10～15m)，工程量大，工程周期长，造价昂贵，施工风险大。
暗挖法施工方法具有工作面多、施工工序交叉、地质条件异常复杂、安全风险源复杂、机械化施工程度低、施工速度慢、施工过程易受施工人员技术水平的影响以及结构防水问题等特点。同时城市道路路面交通繁忙，采用暗挖法施工，不间断的路面振动大大提高了暗挖施工风险。上述暗挖法工程量较大，工程施工质量受技术人员制约，施工风险较大。同时，工程周期较长，工程造价较高。
传统的矩形顶管法隧道建造施工方法需要做两个工作井作为矩形顶管机始发井和接收井。矩形顶管机在工作井中始发和到达，其通道采用同顶管机尺寸的预制钢筋混凝土管节或钢管节。上述矩形顶管法施工具有机械化施工程度高、施工质量高、工期可控、施工风险大大降低等特点。
而在矩形顶管法进行始发和接收顶进时，往往会出现矩形顶管机故障，故障严重则导致矩形顶管无法继续顶进，且无法从已成形通道内修复。在采用常规处理矩形顶管机故障的方法中，多采用地面大开挖的施工方法，在暴露矩形顶管机的基础上，在开挖的基坑内对故障进行修复。地面大开挖影响地面交通、搬迁管线等一系列问题，而这些都与矩形顶管法不影响交通、不搬迁管线的出发点相违背。因此也在一定程度上限制了矩形顶管法技术的适用广度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种替代路面大开挖修复故障顶管机，减少了对周边环境的影响，节约了工程施工成本，缩短了建设工期的顶拉结合法矩形顶管隧道施工方法。
为实现上述技术效果，本发明公开了一种顶拉结合法矩形顶管隧道施工方法，包括以下步骤：
a、确定故障顶管机的位置；
b、提供一对接顶管机，并将所述对接顶管机安装于原接收井内；
c、使所述对接顶管机沿隧道轴线向所述故障顶管机顶进，并使所述对接顶管机顶进至与所述故障顶管机相距一第一设定距离后暂停顶进；
d、将所述故障顶管机向原始发井倒拉一第二设定距离，并于倒拉同时回灌倒拉形成的隧道空隙；
e、待回灌完成后，使所述对接顶管机继续顶进；
f、重复步骤c至e，直至所述故障顶管机与所述对接顶管机到达原始发井，吊装出井，隧道贯通。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果是：利用将原接收井作为始发端，将一对接顶管机向故障顶管机顶进，利用倒拉系统将故障顶管机倒拉回原始发井，倒拉同时利用回灌系统回填倒拉段，平衡土体压力，回灌完成后，对接顶管机继续顶进，并重复上述施工，直至两顶管机到达原始发井，吊装出井，隧道贯通。替代路面大开挖修复故障顶管机，减少了对周边环境的影响，节约了工程施工成本，缩短了建设工期。
本发明进一步的改进在于，在确定所述故障顶管机的位置时，测量所述故障顶管机的标高、坡度和转角，作为所述对接顶管机实测顶进标高和方位控制的依据，并且在后续施工过程中持续跟踪测量，确保所述对接顶管机与所述故障顶管机准确对接。
通过实测坐标、标高复核，确定故障顶管机位置，作为对接顶管机实测顶进标高、平面和方位控制以及确定顶拉结合段施工范围的依据。同时，也作为保护顶拉结合段施工范围内周边构建筑、管线的依据。
本发明进一步的改进在于，将所述对接顶管机安装于原接收井内的步骤包括：
在原接收井内布置所述对接顶管机的始发基座和导轨；
将所述对接顶管机放置于所述导轨上进行安装调试。
本发明进一步的改进在于，所述隧道轴线为所述对接顶管机由原接收井进入原始发井的线形。该轴线包括对接顶管机顶进至距离故障顶管机10cm-20cm隧道段和顶拉结合隧道段。
本发明进一步的改进在于，所述对接顶管机顶进至与所述故障顶管机相距10～20cm的第一设定距离后暂停顶进，以满足所述对接顶管机与所述故障顶管机之间的压力传递要求。
本发明进一步的改进在于，倒拉施工按里程分解成多次完成，每次倒拉前将相应里程内的管片预先拆除，每次倒拉的第二设定距离为15cm，并且当每次倒拉回灌施工完成后，所述对接顶管机相应顶进15cm。对接顶管机顶进过程中，通过故障顶管机浆液控制阀适当泄压，始终保持两顶管机正面土压力为理论值静止土压力的130％-150％。
本发明进一步的改进在于，通过在所述故障顶管机与所述原始发井之间安装倒拉系统实现所述故障顶管机倒拉，所述倒拉系统包括安装于原始发井内的横向扁担、连接于所述横向扁担与所述故障顶管机之间的传力杆以及抵顶于所述横向扁担与所述原始发井前端内衬墙间的千斤顶，通过所述千斤顶反顶所述横向扁担，使所述传力杆带动所述故障顶管机向所述原始发井方向倒拉。
本发明进一步的改进在于，通过在所述故障顶管机的前端与所述原始发井之间安装回灌系统实现所述故障顶管机回灌，所述回灌系统包括相连接的注浆泵和注浆管路、控制连接所述注浆泵的注浆控制阀以及容置于所述注浆泵内的注浆浆液，所述故障顶管机的胸板上开设有注浆孔，所述注浆管路的出浆口插设于所述注浆孔内并延伸至所述故障顶管机的刀盘前方。倒拉的同时由故障顶管机胸板上安装的注浆管路向前方注浆，填充由于故障顶管机倒拉时所形成的隧道空隙。回灌系统所用注浆设备能力足够达到顶拉结合施工过程中预定土压力，同时满足浆液流量可调控能力。
附图说明
图1是本发明顶拉结合法矩形顶管隧道施工方法的故障顶管机顶进示意图。
图2是本发明顶拉结合法矩形顶管隧道施工方法的对接顶管机对接的安装示意图。
图3是本发明顶拉结合法矩形顶管隧道施工方法的对接顶管机顶进的示意图。
图4是本发明顶拉结合法矩形顶管隧道施工方法的故障顶管机倒拉示意图。
图5是本发明顶拉结合法矩形顶管隧道施工方法的倒拉系统示意图。
图6是图5的1-1剖面示意图。
图7是本发明顶拉结合法矩形顶管隧道施工方法的故障顶管机回灌示意图。
图8是本发明顶拉结合法矩形顶管隧道施工方法的顶拉结合段地面沉降监测点的布设示意图。
图9是本发明顶拉结合法矩形顶管隧道施工方法的对接顶管机继续顶进的示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参阅图1～3所示，本发明顶拉结合法矩形顶管隧道施工方法具体包括如下施工步骤：
S001、确定故障顶管机11的位置，如图1所示。
在确定故障顶管机11的位置时，测量故障顶管机11的标高、坡度和转角，作为后续施工的数据依据，并且在后续施工过程中持续跟踪测量。
S002、提供一对接顶管机12，如图2所示，在原接收井14内布置对接顶管机12的始发基座和导轨。确定对接顶管机12的顶进轴线，该轴线为对接顶管机12由原接收井(始发端)进入原始发井(接收端)的线形，该轴线包括对接顶管机12顶进至距离故障顶管机11约10cm-20cm隧道段和顶拉结合隧道段。
S003、将对接顶管机12放置于原接收井14内布置的对接顶管机12的始发基座和导轨上进行安装调试。
以故障顶管机11停靠位置测量到的故障顶管机11的标高、坡度和转角，作为对接顶管机12实测顶进标高和方位控制的依据，确保对接顶管机12与故障顶管机11准确对接。通过实测坐标、标高复核，确定故障顶管机11位置，作为对接顶管机12实测顶进标高、平面和方位控制以及确定顶拉结合段施工范围的依据。同时，也作为保护顶拉结合段施工范围内周边构建筑、管线的依据。以故障顶管机11停靠位置为终点来确定对接顶管机12的始发基座坡度和方位。在原接收井内安装顶管始发的基座、后靠板、止退架，对接顶管机进行设备调试，需要特别注意的是增加后靠板的受力面积，通过最大后顶力比拟已成型结构墙体，选择适合顶管始发的后靠板尺寸，降低对结构墙体的压强。对接顶管机12的坡度和转角与故障顶管11机保持一致。对接顶管机12以故障顶管机11实测中心标高、平面和方位顶进，顶进过程中加密测量频率，每天分多次对故障顶管机中心标高、平面、方位、转角和坡度等进行实测。及时判断故障顶管机位置变化趋势，成果作为对接顶管机12顶进轴线修定的依据。
S004、使对接顶管机12沿轴线向故障顶管机11顶进，并使对接顶管机12顶进至与故障顶管机11相距10cm-20cm的设定距离后暂停顶进，如图3所示。
对接顶管机12沿隧道线路轴线顶进至距离故障顶管机11约10cm-20cm，暂且停止顶进，以满足对接顶管机12与故障顶管机11之间的压力传递要求。对接顶管机12顶进中加强后顶顶力观察，实时监测后靠结构墙水平位移；结合对接顶管机12、故障顶管机11土压力变化。尤其在距离故障顶管机1m范围内，对接顶管机12顶进速度为5mm/min-15mm/min，适当欠挖，保证正面土压力控制在理论静止土压力的110％-118％，当两机净距达到10-20cm时，对接顶管机12暂停顶进；顶进总顶力控制在接收井结构墙体设计强度的80％以内，要求减摩泥浆体积配比钠基膨润土：水为1:8-1:9，并达到24小时发酵后投入生产，同时增加压浆量，控制压浆压力为理论土压力的100％-120％。通过对对接顶管机12顶进过程中后顶顶力、土压力变化、减摩泥浆的注入等环节密切关注、修正，确保对接顶管机12能以精确的姿态靠近故障顶管机11。
S005、将故障顶管机11向原始发井13倒拉15cm，并于倒拉同时回灌倒拉形成的隧道空隙16，如图4～8所示。
(1)倒拉系统
首先，参阅图4～6，倒拉施工按里程分解成多次完成，每次倒拉前将相应里程内的管片预先拆除，每次倒拉的设定距离为15cm。在对接顶管机12暂停顶进后，通过在故障顶管机11与原始发井13之间安装倒拉系统15实现故障顶管机11倒拉，如图5和图6所示，倒拉系统15包括安装于原始发井13内的横向扁担151、连接于横向扁担151与故障顶管机11之间的传力杆152以及抵顶于横向扁担151与原始发井13前端内衬墙间的千斤顶153，通过千斤顶153反顶横向扁担151，使传力杆152带动故障顶管机11向原始发井13方向倒拉。倒拉系统15的传力杆152、横向扁担151采用40#工字钢。传力杆152利用2cm厚筋板焊接连接；同时，在故障顶管机11端头设置倒钩，在接收端内最后一节管节外设置横向扁担151；接收端内管节外左右两侧设置托架154，千斤顶加载受力均匀装置，利用原始发井13围护和内衬结构产生均匀反顶力，用以将故障顶管机11和已形成局部通道的管片逐步拉回。倒拉系统15足够满足故障顶管机11倒拉力，保证倒拉力所形成反顶压力不大于原始发井13结构强度。同时，倒拉速度控制在3mm/min-5mm/min，满足倒拉速度具备低速连续可调能力。
(2)回灌系统
然后，参阅图7和图8所示，在倒拉施工的同时通过在故障顶管机11的前端与原始发井13之间安装回灌系统来回灌故障顶管机11的前方，填充由于故障顶管机11倒拉时所形成的隧道空隙16。回灌系统包括注浆泵、注浆管路、注浆控制阀和注浆浆液(II级粉煤灰：钠基膨润土：水配比1108：74：458，单位kg/m3)。注浆泵与注浆管路相连接、注浆控制阀控制连接注浆泵，注浆浆液容置于注浆泵内，在故障顶管机11的胸板上均匀地开设有四个注浆孔，插入2寸硬管伸出至大刀盘前方，焊接固定2寸硬管，硬管与故障顶管机11内注浆管路软管采用手动式三通连接，加载隔膜式压力表，量程0.5Mpa。两台SWINGKSP-12注浆泵，注浆泵出口管径3寸，井上井下连接采用硬管，泵出口以及故障顶管机内管路采用软管，管路上共设置4个气动球阀便于检修，能够满足故障顶管机以14mm/min速度后退的建筑空隙填充需要。为配合倒拉节奏，控制上采取轮流间断关闭一台泵和通过注浆控制阀调节泵出口流量的方式来实现。倒拉的同时由故障顶管机11胸板上安装的注浆管路向前方注浆源源不断的压注回灌浆液，填充由于故障顶管机11倒拉时所形成的建筑空隙。具体压入量，结合理论建筑空隙，并参照图8所示地面深层沉降点、分层沉降点和测斜监测数据，及两顶管机土仓内土压力设定值165Kpa≦土压力≦190Kpa。相比原状土顶进断面最大静止土压力126Kpa略有提高，提高系数为1.3-1.5倍。同时，实时监测地面沉降变化。回灌浆液量匹配倒拉速度，适当提高回灌浆液压力。回灌系统所用注浆设备能力足够达到顶拉结合施工过程中预定土压力，同时满足浆液流量可调控能力。
S006、待回灌完成后，使对接顶管机12顶进15cm。
结合图9所示，倒拉施工按里程分解成15cm/次，当一回合倒拉回灌施工结束，对接顶管机12相应顶进相同距离。对接顶管机12顶进过程中，通过故障顶管机11浆液控制阀适当泄压，始终保持两顶管机正面土压力为理论值静止土压力的130％-150％。同时，实时监测地面沉降变化，密切注意顶管机姿态变化，及时纠偏，顶进。
S007、重复先故障顶管机11倒拉、回灌，再对接顶管机12顶进的步骤，使两顶管机均向始发井运动，过程中注意各项参数变化，及时修正；经过数回合的倒拉回灌顶进流程，最终故障顶管机11和对接顶管机12先后进入原始发井13，在井内完成顶管机分解吊装，隧道贯通。
本发明的顶拉结合法矩形顶管隧道施工方法通过隧道轴线设计、倒拉回灌系统、故障顶管机改造和特殊施工参数设定及控制，使顶拉结合式矩形顶管施工替代地面大开挖，减少了对周边环境的影响，节约了工程施工成本，缩短了建设工期。其可广泛应用于城市地铁过街通道、下穿城市道路通道等领域。本发明将节能、环保、低碳的建筑特色植入到地下空间开发领域，使矩形顶管施工技术迈上了一个新的台阶。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种顶拉结合法矩形顶管隧道施工方法，其特征在于，所述顶拉结合法矩形顶管隧道施工方法包括以下步骤：
a、确定故障顶管机的位置；
b、提供一对接顶管机，并将所述对接顶管机安装于原接收井内；
c、使所述对接顶管机沿隧道轴线向所述故障顶管机顶进，并使所述对接顶管机顶进至与所述故障顶管机相距一第一设定距离后暂停顶进；
d、将所述故障顶管机向原始发井倒拉一第二设定距离，并于倒拉同时回灌倒拉形成的隧道空隙；
e、待回灌完成后，使所述对接顶管机继续顶进；
f、重复步骤c至e，直至所述故障顶管机与所述对接顶管机到达原始发井，吊装出井，隧道贯通。
2.如权利要求1所述的顶拉结合法矩形顶管隧道施工方法，其特征在于：在确定所述故障顶管机的位置时，测量所述故障顶管机的标高、坡度和转角，作为所述对接顶管机实测顶进标高和方位控制的依据，并且在后续施工过程中持续跟踪测量，确保所述对接顶管机与所述故障顶管机准确对接。
3.如权利要求1所述的顶拉结合法矩形顶管隧道施工方法，其特征在于将所述对接顶管机安装于原接收井内的步骤包括：
在原接收井内布置所述对接顶管机的始发基座和导轨；
将所述对接顶管机放置于所述导轨上进行安装调试。
4.如权利要求1所述的顶拉结合法矩形顶管隧道施工方法，其特征在于：所述隧道轴线为所述对接顶管机由原接收井进入原始发井的线形。
5.如权利要求1所述的顶拉结合法矩形顶管隧道施工方法，其特征在于：所述对接顶管机顶进至与所述故障顶管机相距10～20cm的第一设定距离后暂停顶进，以满足所述对接顶管机与所述故障顶管机之间的压力传递要求。
6.如权利要求1所述的顶拉结合法矩形顶管隧道施工方法，其特征在于：倒拉施工按里程分解成多次完成，每次倒拉前将相应里程内的管片预先拆除，每次倒拉的第二设定距离为15cm，并且当每次倒拉回灌施工完成后，所述对接顶管机相应顶进15cm。
7.如权利要求1所述的顶拉结合法矩形顶管隧道施工方法，其特征在于：通过在所述故障顶管机与所述原始发井之间安装倒拉系统实现所述故障顶管机倒拉，所述倒拉系统包括安装于原始发井内的横向扁担、连接于所述横向扁担与所述故障顶管机之间的传力杆以及抵顶于所述横向扁担与所述原始发井前端内衬墙间的千斤顶，通过所述千斤顶反顶所述横向扁担，使所述传力杆带动所述故障顶管机向所述原始发井方向倒拉。
8.如权利要求1所述的顶拉结合法矩形顶管隧道施工方法，其特征在于：通过在所述故障顶管机的前端与所述原始发井之间安装回灌系统实现所述故障顶管机回灌，所述回灌系统包括相连接的注浆泵和注浆管路、控制连接所述注浆泵的注浆控制阀以及容置于所述注浆泵内的注浆浆液，所述故障顶管机的胸板上开设有注浆孔，所述注浆管路的出浆口插设于所述注浆孔内并延伸至所述故障顶管机的刀盘前方。
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