CN104154326A - 一种沙漠、淤泥地质顶管用刚性套头及其顶管施工方法 - Google Patents

Abstract

一种沙漠、淤泥地质顶管用刚性套头及其顶管施工方法，属于软质泥土顶管施工技术领域。刚性套头的特征在于：包括外围筒（9）和与外围筒等长的多块分隔板，分隔板将外围筒（9）的内腔等分为上中下三层，并将上层左右等分将中下层等距分三部分。施工方法的特征在于：将刚性套头完全顶进沙土或淤泥后，上层不进行清理，让沙土或淤泥自然下流，中层挖至中间位置停止；下层全部挖空。本发明采用专用的套头置于首节套管顶端，改变传统先挖后顶工艺，采用新顶进后开挖技术。提高此类土质顶管过程中的操作性和安全性，简便有效。

Description

一种沙漠、淤泥地质顶管用刚性套头及其顶管施工方法

技术领域

一种沙漠、淤泥地质顶管用刚性套头及其顶管施工方法，属于软质泥土顶管施工技术领域。

背景技术

内蒙沙漠地带、福建沿海滩涂地段等地质条件下，由于土质松软或沙漠地带沙粒无粘性，此类地段顶管施工过程中容易发生危险。传统的顶管施工采用先进行挖掘后顶入顶管固定的施工工艺，在挖掘过程中极易因为淤泥、沙粒等受在重力影响不断下流，导致开挖腹地的上部造成塌方、形成空洞等危害，以至于引起穿越段道路、铁路路面沉陷问题。产生各种施工危险并增加施工难度和施工量。

传统的施工方法中，有一种顶拉结合施工方案，这种方式较适合大孔径的软土施工，施工过程较为复杂，工作量加大设备改动较大、对不同环境的适应能力差。还有一种在套管前端加设格栅排列的钢质刀片的方案，其目的在于减少顶管施工过程中的阻力，但这种方案无论如何减少阻力也无法实现一次性穿越，仍避免不了在挖掘至首节套管端口时，由于淤泥、沙粒流动而造成的首节套管前的塌方。实际上没有解决沙、土流动的问题，无法保证施工安全。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种可避免沙、土流动的沙漠、淤泥地质顶管用刚性套头及一种施工安全、工作量小的顶管施工方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该沙漠、淤泥地质顶管用刚性套头，其特征在于：包括外围筒和与外围筒等长的多块分隔板，外围筒为内径与套管外径相适应并套接于套管外的刚性圆筒，分隔板的一角设有卡接口并与套管卡接；分隔板水平焊接在外围筒内壁上，将外围筒的内腔等分为上、中、下三层；外围筒内腔的上层为保留区，保留区内沙土或淤泥不进行挖掘、自然下流，外围筒内腔的中层为半保留区，半保留区内沙土或淤泥挖掘处1/2~3/4后自然下流，外围筒内腔的下层为挖空区，挖空区内沙土或淤泥全部挖出。

本发明的刚性套头应用于顶管挖掘技术，实现将传统的先进行挖掘后顶入顶管固定的施工工艺改为先顶入顶管后进行挖掘的施工工艺，在顶管顶入沙漠、淤泥的过程中通过自身工作区的分区，将待挖掘的软质易塌方泥土分成不同区域，可以根据泥土的粘性或流动状态调整挖掘方案。

所述的保留区由上纵向分隔板左右等分为第一保留区和第二保留区，所述的半保留区由两块下纵向分隔板等距分为第一半保留区、第二半保留区和第三半保留区，所述的挖空区由两块下纵向分隔板等距分为第一挖空区、第二挖空区和第三挖空区。

本发明将待挖掘软质泥土在纵向上等距分为三段，由于整体为筒状结构，位于下部的三个挖空区的容积最小，挖掘时自流能力最差同时受外界影响最小，在挖空后也不会造成刚性套头前方较大的软质泥土自发流动，而中部的三个半保留区可根据实际情况确定挖出泥土的量，以刚性套头前方不产生自发流动为准。上部的两个保留区，由于接近挖空区上部，非常容易自发流动形成空洞。本发明利用刚性套头分区增加流动阻力，避免自发流动过大，保证施工安全。

所述的外围筒在与套管固定的固定沿上开有等距分布多个固定孔。固定孔的作用是利用螺栓或其他可拆卸的装置将刚性套头与套管固定，既保证刚性套头安装牢固，又能在不同的工程中重复利用。

所述的外围筒的长度为0.8m~1.5m，外围筒和分隔板的壁厚为10 mm ~18mm。外围筒的长度决定顶管施工过程中每次的顶入深度。而决定外围筒长度的关键因素为泥土的粘性或流动状态，土质越松软、流动态越好则外围筒的长度越大。但当外围筒的长度为0.8m时泥土的粘性或流动状态已较稳固，可采用传统的先进行挖掘后顶入顶管固定的施工方式；当外围筒的长度大于1.5m时，由于顶入深度较大，在挖掘过程中在各挖掘区的实际挖掘过程较费力，会影想施工效率。所以，外围筒的长度确定在0.8m~1.5m最佳。本发明设计外围筒和分隔板的壁厚适应沙漠、淤泥状态的软质泥土的流动状态形成的外压环境，保证施工安全和顶入效率。

所述的外围筒与分隔板间和各分隔板之间的焊接方式为角焊，角焊的焊缝高度为6mm。

所述的外围筒的前沿和分隔板的前沿的厚度逐渐变薄。外围筒的前沿和分隔板的前沿的厚度逐渐变薄形成刀片结构，在顶入时更轻松。

一种利用上述沙漠、淤泥地质顶管用刚性套头进行顶管施工方法，其特征在于，具体实施步骤为：

1）将上述刚性套头套于套管前端并进行固定；在顶管设备及装置措施就绪后，将套管放置于设置好的导轨上；

2）启动顶管机顶进，将刚性套头完全顶进沙土或淤泥后，施工人员进入套管内，对刚性套头各分区内沙土或淤泥进行清理；

3）清理过程中，对保留区内沙土或淤泥不进行挖掘、自然下流，半保留区内沙土或淤泥挖掘处1/2~3/4后自然下流，挖空区内沙土或淤泥全部挖出；

4）将开挖出的沙土、淤泥运出套管后，放入后部的套管再次顶进，重复步骤2和步骤3，直至穿越完成。

步骤1中在套管前端绕圆周方向加设与上述刚性套头固定孔位置和数量相应的固定孔；将刚性套头和套管间用螺杆固定。方便拆卸组装，便于重复利用。顶管完成后取出首节套管，可继续用于下一处顶管施工。

步骤3中所述的清理过程中保留区由上纵向分隔板左右等分为第一保留区和第二保留区，第一保留区和第二保留区内不进行清理，让沙土或淤泥自然下流，半保留区由两块下纵向分隔板等距分为第一半保留区、第二半保留区和第三半保留区，第一半保留区、第二半保留区和第三半保留区内沿顶进方向挖至中间位置停止；挖空区由两块下纵向分隔板等距分为第一挖空区、第二挖空区和第三挖空区，第一挖空区、第二挖空区、第三挖空区全部挖空。

在本发明的施工法法中，第一保留区和第二保留区内不进行挖土，在顶进过程中让软质泥土自然下流，避免开挖后上部软质泥土继续下流形成空洞而塌方。挖掘过程主要开挖中下层区域，在沙漠或淤泥环境中，中部第一半保留区、第二半保留区和第三半保留区，沿顶进方向挖至中间位置停止，可保证刚性套头前方不会因为自发流动形成空洞；而底部第一挖空区、第二挖空区、第三挖空区；将开挖出的沙土、淤泥运出后，由于空间开口相对狭小，沙土、淤泥能够进行自动流入的量非常小，不会影响施工安全。

与现有技术相比，本发明的一种沙漠、淤泥地质顶管用刚性套头及其顶管施工方法所具有的有益效果是：本发明采用专用的套头置于首节套管顶端，改变传统先挖后顶工艺，采用新顶进后开挖技术。刚性套头除了具有破土的功能外，最主要的是将刚性套头内包围的软土分为不同的区域，用与在一定程度限制软土的自发流动新。提高此类土质顶管过程中的操作性和安全性，简便有效。

本发明将外围筒的内腔等分为上中下三层，并将上层隔为两部分、将中下层均分隔为三部分，而不是其它的分隔方式，目的在于控制各区的开口大小，从而根据流动性控制软质泥土在刚性套头内的自发流动阻力，提高此类土质顶管过程中的操作性和安全性。本发明的刚性套头应用于顶管挖掘技术，实现将传统的先进行挖掘后顶入顶管固定的施工工艺改为先顶入顶管后进行挖掘的施工工艺，在顶管顶入沙漠、淤泥的过程中通过自身工作区的分区，将待挖掘的软质易塌方泥土分成不同区域，可以根据泥土的粘性或流动状态调整挖掘方案。

在本发明的施工法法中，保留区内不进行挖土，避免开挖后上部软质泥土继续下流形成空洞而塌方。半保留区沿顶进方向挖至中间位置停止，可保证刚性套头前方不会因为自发流动形成空洞；而挖空区由于空间开口相对狭小，沙土、淤泥能够进行自动流入的量非常小，不会影响施工安全。

附图说明

图1是本发明的一种沙漠、淤泥地质顶管用刚性套头的结构示意图。

图2是钢筋混凝土套管装配沙漠、淤泥地质顶管用刚性套头后的示意图。

图3是钢筋混凝土套管的纵截面示意图。

图4是钢筋混凝土套管与沙漠、淤泥地质顶管用刚性套头间固定部件的示意图。

其中：1、第一保留区  2、第二保留区  3、第一半保留区  4、第二半保留区  5、第三半保留区  6、第一挖空区  7、第二挖空区  8、第三挖空区  9、外围筒  10、水平分隔板  11、上纵向分隔板  12、下纵向分隔板  13、套管  14、固定螺栓。

具体实施方式

图1是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~4对本发明做进一步说明。

参照附图1：本发明的一种沙漠、淤泥地质顶管用刚性套头，包括外围筒9和与外围筒等长的多块分隔板，外围筒9为与套管13外径相适应的刚性圆筒，参照附图2~4：外围筒9在与套管13固定的固定沿上开有等距分布多个固定孔，并通过螺栓将两者固定。参照附图1、2：分隔板包括水平分隔板10、上纵向分隔板11和下纵向分隔板12，上下两块分隔板10水平焊接在外围筒9内壁上，将外围筒9的内腔等分为上中下三层，上纵向分隔板11纵向焊接在上层，将上层左右等分为第一保留区1和第二保留区2，下纵向分隔板12纵向焊接在中下两层，将中层等分为第一半保留区3、第二半保留区4、第三半保留区5，将下层等分为第一挖空区6、第二挖空区7、第三挖空区8。参照附图3：各分隔板的一角设有卡接口与套管13卡接，外围筒9和各分隔板的长度为0.8m~1.5m，外围筒9的前沿和分隔板的前沿的厚度逐渐变薄，本套头在入土时更加容易。外围筒9和分隔板的壁厚为10 mm ~18mm。外围筒9与分隔板间和各分隔板之间的焊接方式为角焊，角焊的焊缝高度为6mm。可保证外围筒9与分隔板间或各分隔板之间的焊接牢固度。

下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，其中实施例1为最佳实施例。

实施例1

刚性套头的基本机构和与套管的连接关系同上述附图1~4所示，其中，外围筒9和各分隔板的长度为1.0m，外围筒9和分隔板的壁厚为12mm。

1）将上述刚性套头套于套管13前端套接并利用固定螺栓14在固定孔处进行固定；在顶管设备及装置措施就绪后，将首节套管放置于设置好的导轨上；

2）启动顶管机顶进，将刚性套头完全顶进沙土或淤泥后，施工人员进入套管内，对刚套头各分区内沙土或淤泥进行清理；

3）清理过程中，对第一保留区1和第二保留区2内不进行清理，让沙土或淤泥自然下流，中部第一半保留区3、第二半保留区4和第三半保留区5内沿顶进方向挖至中间位置停止；而底部第一挖空区6、第二挖空区7、第三挖空区8全部挖空；

4）将开挖出的沙土、淤泥运出套管13后，放入后部套管13再次顶进，重复步骤2和步骤3，直至穿越完成。

本实施方案适用于大多数沙漠、淤泥地质，为本发明的最佳实施形式，适用范围广，实施效率高，施工安全。

实施例2

刚性套头的基本机构和与套管的连接关系同上述附图1~4所示，其中，外围筒9和各分隔板的长度为0.8m，外围筒9和分隔板的壁厚为10mm。

1）将刚性套头套于套管13前端套接并利用固定螺栓14在固定孔处进行固定；在顶管设备及装置措施就绪后，将首节套管放置于设置好的导轨上；

2）启动顶管机顶进，将刚性套头完全顶进沙土或淤泥后，施工人员进入套管13内，对刚套头各分区内沙土或淤泥进行清理；

3）清理过程中，对第一保留区1和第二保留区2内不进行清理，让沙土或淤泥自然下流，中部第一半保留区3、第二半保留区4和第三半保留区5内沿顶进方向挖至四分之三位置停止；而底部第一挖空区6、第二挖空区7、第三挖空区8全部挖空；

4）将开挖出的沙土、淤泥运出套管13后，放入后部套管13再次顶进，重复步骤2和步骤3，直至穿越完成。

本实施方案适用于沙漠、淤泥地质中流动能力较差的工作环境，刚性套头破土更加困难，沙土或淤泥清理更加费力。缩短长度、降低壁厚利于破土，增加半保留区5挖掘深度，同样便于刚性套头的下次破土顶进。

实施例3

刚性套头的基本机构和与套管的连接关系同上述附图1~4所示，其中，外围筒9和各分隔板的长度为1.5m，外围筒9和分隔板的壁厚为18mm。

1）将刚性套头套于套管13前端套接并利用固定螺栓14在固定孔处进行固定；在顶管设备及装置措施就绪后，将首节套管放置于设置好的导轨上；

2）启动顶管机顶进，将刚性套头完全顶进沙土或淤泥后，施工人员进入套管13内，对刚套头各分区内沙土或淤泥进行清理；

3）清理过程中，对第一保留区1和第二保留区2内不进行清理，让沙土或淤泥自然下流，中部第一半保留区3、第二半保留区4和第三半保留区5内沿顶进方向挖至中间位置停止；而底部第一挖空区6、第二挖空区7、第三挖空区8全部挖空；

4）将开挖出的沙土、淤泥运出套管13后，放入后部套管13再次顶进，重复步骤2和步骤3，直至穿越完成。

本实施方案适用于沙漠、淤泥地质中流动能力较强的工作环境，刚性套头破土更加容易，外部所受压力更大，沙土或淤泥清理方便。增加长度和壁厚，能增强刚性套头的抗压能力，能加单次施工量，效率更高。

实施例1~3为本发明的三种基本形式，在实际工作中可根据沙土或淤泥的实际流动能力结合本发明的调节规律来调整设备和施工方案。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种沙漠、淤泥地质顶管用刚性套头，其特征在于：包括外围筒（9）和与外围筒等长的多块分隔板，外围筒（9）为内径与套管（13）外径相适应并套接于套管（13）外的刚性圆筒，分隔板的一角设有卡接口并与套管（13）卡接；分隔板水平焊接在外围筒（9）内壁上，将外围筒（9）的内腔等分为上、中、下三层；外围筒（9）内腔的上层为保留区，保留区内沙土或淤泥不进行挖掘、自然下流，外围筒（9）内腔的中层为半保留区，半保留区内沙土或淤泥挖掘处1/2~3/4后自然下流，外围筒（9）内腔的下层为挖空区，挖空区内沙土或淤泥全部挖出。

2.根据权利要求1所述的一种沙漠、淤泥地质顶管用刚性套头，其特征在于：所述的保留区由上纵向分隔板（11）左右等分为第一保留区（1）和第二保留区（2），所述的半保留区由两块下纵向分隔板（12）等距分为第一半保留区（3）、第二半保留区（4）和第三半保留区（5），所述的挖空区由两块下纵向分隔板（12）等距分为第一挖空区（6）、第二挖空区（7）和第三挖空区（8）。

3.根据权利要求1所述的一种沙漠、淤泥地质顶管用刚性套头，其特征在于：所述的外围筒（9）在与套管（13）固定的固定沿上开有等距分布多个固定孔。

4.根据权利要求1所述的一种沙漠、淤泥地质顶管用刚性套头，其特征在于：所述的外围筒（9）的长度为0.8m~1.5m，外围筒（9）和分隔板的壁厚为10 mm ~18mm。

5.根据权利要求1所述的一种沙漠、淤泥地质顶管用刚性套头，其特征在于：所述的外围筒（9）与分隔板间和各分隔板之间的焊接方式为角焊，角焊的焊缝高度为6mm。

6.根据权利要求1所述的一种沙漠、淤泥地质顶管用刚性套头，其特征在于：所述的外围筒（9）的前沿和分隔板的前沿的厚度逐渐变薄。

7.一种利用权利要求1~6任一项所述的沙漠、淤泥地质顶管用刚性套头进行顶管施工方法，其特征在于，具体实施步骤为：

1）将上述刚性套头套于套管（13）前端并进行固定；在顶管设备及装置措施就绪后，将套管（13）放置于设置好的导轨上；

2）启动顶管机顶进，将刚性套头完全顶进沙土或淤泥后，施工人员进入套管（13）内，对刚性套头各分区内沙土或淤泥进行清理；

3）清理过程中，对保留区内沙土或淤泥不进行挖掘、自然下流，半保留区内沙土或淤泥挖掘处1/2~3/4后自然下流，挖空区内沙土或淤泥全部挖出；

4）将开挖出的沙土、淤泥运出套管（13）后，放入后部的套管（13）再次顶进，重复步骤2和步骤3，直至穿越完成。

8.根据权利要求7所述的一种利用沙漠、淤泥地质顶管用刚性套头进行顶管施工方法，其特征在于：步骤1中在套管（13）前端绕圆周方向加设与上述刚性套头固定孔位置和数量相应的固定孔；将刚性套头和套管（13）间用螺杆固定。

9.根据权利要求7所述的一种利用沙漠、淤泥地质顶管用刚性套头进行顶管施工方法，其特征在于： 步骤3中所述的清理过程中保留区由上纵向分隔板（11）左右等分为第一保留区（1）和第二保留区（2），第一保留区（1）和第二保留区（2）内不进行清理，让沙土或淤泥自然下流，半保留区由两块下纵向分隔板（12）等距分为第一半保留区（3）、第二半保留区（4）和第三半保留区（5），第一半保留区（3）、第二半保留区（4）和第三半保留区（5）内沿顶进方向挖至中间位置停止；挖空区由两块下纵向分隔板（12）等距分为第一挖空区（6）、第二挖空区（7）和第三挖空区（8），第一挖空区（6）、第二挖空区（7）、第三挖空区（8）全部挖空。