CN104455725B - 一种顶管施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种顶管施工方法，其特征是施工步骤包括：(1)测量放线；(2)工作井施工；(3)装配式后背墙安装；(4)导轨安装；(5)主顶千斤顶安装；(6)顶管辅助设备安装；(7)管道顶进；(8)纠偏，在排水管前端堆放压铁增加管段重量；(9)出洞。本发明有效地控制顶管轴线的水平偏差和高层偏差，可有效保持挖掘面的稳定，对管体周围的土体扰动较小，避免管道上浮。
Description
技术领域
本发明涉及建设工程领域，特别涉及一种顶管施工方法。
背景技术
管道穿越软弱土层，土层承载力差时，压缩性高，土层受力时容易发生压缩变形，在顶管纠偏时不易形成纠偏反力，对顶管纠偏带来不利影响。低埋深情况下由于上覆土层压力较低容易造成顶管过程中管道上浮的问题，并且若发生管道上浮的现象，往下纠偏比较困难。当管道斜度超过0.5％时，顶管需要的工具管水平偏差与高程偏差将很难被控制，顶管后座、导轨的排布、动力系统的设置以及轴线控制测量方法必须比传统顶管方法有所改进。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种解决低埋深情况下管道上浮和工具管位置难以确定的问题。
本发明适用于粘土、粉质粘土、砂质粉土、中细砂、砂砾的地层中低埋深情况下排水管施工，本工法所指的低埋深指排水管上方土层在3m范围以内。
本发明施工步骤包括：
(1)测量放线
布设临时水准点和管道轴线控制桩，在检查井处设置中心桩。
(2)工作井施工
在工作井上口预留槽口内安装钢筋砼预制板，槽口内要座浆饱满。在预制板预留口处砌砖墙，所有砖要浸透水，砌筑时满铺、满挤，上下搭砌，水平灰缝厚度和竖向灰缝宽度均匀。
(3)装配式后背墙安装
装配式后背墙采用方木、型钢和钢板等组装，后背土体均匀密实，壁面平整，并与管道顶进方向垂直；后背土体壁面与后背墙紧贴，有孔隙时采用砂石料填塞密实。
(4)导轨安装
在排水管斜度较大的情况下，由于管道出洞初期纠偏困难，若水平出洞，在顶进初期轴线偏差已经相当大，无法保证管道按照预定轴线顶进。在考虑到以上因素后，按照预定轴线铺设活动导轨，即导轨铺设后其导轮平面与顶管预定轴线平行，导轮高度应保证顶管中心在穿墙管处与预定轴线重合。
(5)主顶千斤顶安装
后座千斤顶作用面与顶管设计轴线垂直，千斤顶轴线与设计轴线平行。
千斤顶固定在支架上，其合力的中心点在管道中心线上；千斤顶的油路并联，每台千斤顶有进油、退油的控制系统。
千斤顶安装除保证推力作用方向外，还必须考虑推力合力中心位置，由于工具管重量较大，为防止排水管出洞后发生“磕头”现象，千斤顶安装时使千斤顶合力中心位于排水管直径的下部0.35位置。
(6)顶管辅助设备安装
油泵设置在千斤顶附近，油管宜顺直、转角少；油泵应与千斤顶相匹配，并-有备用油泵；油泵安装完毕，进行试运转。顶进中若发现油压突然增高，立即停止顶进，检查原因并经处理后方可继续顶进；千斤顶活塞退回时，油压不得过大，速度不得过快。
纵向顶铁中心线与管道轴线一致，顶铁上有锁定装置，顶铁放置时能保持稳定，顶铁与管口之间采用缓冲材料衬垫，当顶力接近排水管的允许抗压强度时，管端增加环形顶铁。
顶进时，工作人员不得在顶铁上方及侧面停留，并随时观察顶铁有无异常迹象。
设备安装完毕后对全套顶进设备做一次系统调试，在确定顶进设备运转情况良好后，开始顶进工作。
(7)管道顶进
在拆除封门后，立即开始顶进机头。机头初入土时，因机头在轨道上没有足够抵抗力矩，使刀盘转动时机头易产生旋转，故在入土的初始2m时，顶进速度控制在5mm/min以下，以防止机头旋转，并不间断地观测机头倾角和旋转角，倾角发生变化用纠偏千斤顶调正。
在工作井内顶管轴线延长线上设置固定的经纬仪支架，支架高度保证经纬仪望远镜转轴处中心与该处顶管轴线位置重合。测量时在支架上架设经纬仪，对中整平经纬仪后转动望远镜，对准设置于工作井内壁上的后视点，将经纬仪水平度盘调至零，然后根据预先计算的水平角转动经纬仪镜头，使经纬仪望远镜轴线与顶管水平轴线方向一致，锁定经纬仪水平度盘。上下转动经纬仪镜头使镜头气泡居中，再将竖直角度盘调至零，向下转动望远镜到竖直角度盘读数与根据顶管设计轴线坡度计算出的竖直角一致，锁定竖直角度盘，此时望远镜视线方向与顶管设计轴线完全一致，最后根据望远镜十字丝的位置在安装于工具管中心处的标尺上读出工具管水平偏差与高程偏差。
当顶进中发现管位偏差达3mm时立即校正，纠偏缓慢进行，使管节逐渐复位。可采用工具头进行纠偏，每次调整幅度为3mm，根据激光经纬仪测得偏差仍未减小，则可加大纠偏力度，否则可保持原力度继续顶进。
顶管速度控制在30～50mm/min，前20m和纠偏时用低速，之后视出土搅拌等情况加快顶进速度。下管时，在机头停止顶进状态下，在停机时关闭螺旋输送机排泥液压门。
工具管工作过程中所挖掘的土，先经螺旋输送机输送到皮带运输机上，再经皮带运输机输送到电瓶车中，电瓶车运送至工作井，最后垂直吊运至地面存土场，定期外运。
(8)纠偏
低埋深情况下容易造成管道上浮，轻则造成顶管轴线偏差超过允许值，重则造成管道大幅度上浮，影响工程和施工人员的安全。在上下纠偏时，应按照“勤测勤纠，小角度纠偏”的原则进行，防止大角度纠偏给管道抗浮带来不利影响。在顶管前端堆放压铁增加管段重量，来增强管段抗浮能力。
工具管前后段连接处安装有四组按照45°角度布置的纠偏千斤顶，顶管纠偏通过调整纠偏千斤顶柱塞长度以使工具管前段与后段及顶管管段轴线出现夹角来实现。
根据测量的轴线偏差数据，及时调整工具管两段之间的角度，形成纠偏角，并通过外部土压力的变化来形成纠偏反力。
(9)出洞
检查洞口橡胶止水圈的安装是否牢固，尺寸是否准确，是否能完全封堵机头与洞口的空隙。机头出洞时，顶进操作应谨慎平稳、匀速推进，首节管出洞口后立即开始均匀压注触变泥浆。在管节出洞5m范围内，检查并督促施工人员将切土、出泥、顶速、土压、轴线、标高等施工参数逐渐调整至正常状态。
润滑泥浆材料主要采用钠基膨润土、纯碱、羧甲基纤维素钠。减阻泥浆物理性能指标：比重1.05～1.08g/cm3，粘度为30～40S，泥浆套厚度为2～3mm。
本发明施工过程质量控制有以下：
(1)顶进轴线的控制。排水管在正常顶进施工过程中，必须密切注意顶进轴线的控制，其偏差不得超过50mm的要求。
(2)管底高程控制。初顶进施工，严格控制前5m管道的顶进偏差，其高程以及轴线偏差不得大于3～5mm。在顶进过程中一旦顶管出现上抛现象，不宜采取降低地面土压力、增大出土量、过量向下纠偏等动作。在顶进时应将机头高程始终控制在负值，使在机头下沉较大时，以后每结束顶进一节排水管，必须复测管底高程，使管底高程偏差控制在+40～-50mm范围内。
(3)采用同种规格的千斤顶，使其顶力、行程、顶速相一致，保持顶力合力线与管道中心线相重合。
(4)顶进前应将千斤顶逐台调试好，采用同种规格的油缸，并使液压泵到各千斤顶之间的距离相等，管径一致。
(5)加强顶管后背施工质量的控制，确保后背不发生位移，并应使后背平整，以保证顶进设备的安装精度。
(6)当工具管停止作业时，一定要防止泥水从土层或洞口及其他地方流失。不然，挖掘面就会失稳，尤其在出洞这一段时间内更应防止洞口止水圈漏水。
本发明技术创新有四个：
(1)轴线控制工艺创新
首先使经纬仪望远镜轴线与钢管轴线方向一致，锁定经纬仪水平度盘，再将竖直角度盘调至零，向下转动望远镜到竖直角度盘读数与根据钢管设计轴线坡度计算出的竖直角一致，锁定竖直角度盘，此时望远镜视线与钢管设计轴线完全一致，最后根据望远镜十字丝的位置，在安装于工具管中心处的标尺上读出工具管水平偏差与高程偏差。
(2)纠偏控制工艺创新
工具管前后段连接处安装有四组按照45°角度布置的纠偏千斤顶，顶管纠偏通过调整纠偏千斤顶柱塞长度以使工具管前段与后段及顶管管段轴线出现夹角来实现。根据测量的轴线偏差数据，及时调整工具管两段之间的角度，形成纠偏角，并通过外部土压力的变化来形成纠偏反力，以达到纠偏的目的。
(3)抗浮控制工艺创新
1)钢管纠偏时尤其是在上下纠偏时按照“勤测勤纠，小角度纠偏”的原则进行，防止大角度纠偏给管道抗浮带来不利影响。
2)在钢管前端堆放压铁增加管段重量，来增强管段抗浮能力。
(4)减阻工艺创新
采用工具管尾部同步注浆和管段补浆两种方式进行减阻。同步注浆孔布置于工具管尾部，在后续管段上每隔20m布置一道补浆孔，每道补浆环有独立的阀门控制。
施工时首先在工具管尾部注浆孔注入触变泥浆减阻，在顶进过程中，应根据后座顶力的大小在后部补浆孔补浆。
本发明有三个特点：
1有效地控制顶管轴线的水平偏差和高层偏差，简化了操作程序，提高了工效。
2可有效保持挖掘面的稳定，对管体周围的土体扰动较小，避免管道上浮。
3工具管纠偏段长度较小，纠偏抵抗力较低，纠偏灵活。
具体实施方式
某污水管工程管道直径分别为1.4mm，长度为320m，最浅埋深为2.1m，坡度为0.8％，施工困难较大。地质资料反映管道上方土层为粉质粘土，管道下方土层为粘土或淤泥质土，管道顶进土层为粘土。
本工程施工步骤包括：
(1)测量放线
布设临时水准点和管道轴线控制桩，在检查井处设置中心桩。
(2)工作井施工
在工作井上口预留槽口内安装钢筋砼预制板，槽口内要座浆饱满。在预制板预留口处砌砖墙，所有砖要浸透水，砌筑时满铺、满挤，上下搭砌，水平灰缝厚度和竖向灰缝宽度均匀。
(3)装配式后背墙安装
装配式后背墙采用方木、型钢和钢板等组装，后背土体均匀密实，壁面平整，并与管道顶进方向垂直；后背土体壁面与后背墙紧贴，有孔隙时采用砂石料填塞密实。
(4)导轨安装
按照预定轴线铺设活动导轨，即导轨铺设后其导轮平面与顶管预定轴线平行，导轮高度应保证顶管中心在穿墙管处与预定轴线重合。
(5)主顶千斤顶安装
后座千斤顶作用面与顶管设计轴线垂直，千斤顶轴线与设计轴线平行。
千斤顶固定在支架上，其合力的中心点在管道中心线上；千斤顶的油路应并联，每台千斤顶应有进油、退油的控制系统。
千斤顶安装时使千斤顶合力中心位于排水管直径的下部0.35位置。
(6)顶管辅助设备安装
油泵设置在千斤顶附近，油管宜顺直、转角少；油泵应与千斤顶相匹配，并有备用油泵；油泵安装完毕，进行试运转。顶进中若发现油压突然增高，立即停止顶进，检查原因并经处理后方可继续顶进；千斤顶活塞退回时，油压不得过大，速度不得过快。
纵向顶铁中心线与管道轴线一致，顶铁上有锁定装置，顶铁放置时能保持稳定，顶铁与管口之间采用缓冲材料衬垫，当顶力接近排水管的允许抗压强度时，管端增加环形顶铁。
顶进时，工作人员不得在顶铁上方及侧面停留，并随时观察顶铁有无异常迹象。
设备安装完毕后对全套顶进设备做一次系统调试，在确定顶进设备运转情况良好后，开始顶进工作。
(7)管道顶进
在拆除封门后，立即开始顶进机头。在入土的初始2m时，顶进速度控制在5mm/min以下，以防止机头旋转，并不间断地观测机头倾角和旋转角，倾角发生变化用纠偏千斤顶调正。
在工作井内顶管轴线延长线上设置固定的经纬仪支架，支架高度保证经纬仪望远镜转轴处中心与该处顶管轴线位置重合。测量时在支架上架设经纬仪，对中整平经纬仪后转动望远镜，对准设置于工作井内壁上的后视点，将经纬仪水平度盘调至零，然后根据预先计算的水平角转动经纬仪镜头，使经纬仪望远镜轴线与顶管水平轴线方向一致，锁定经纬仪水平度盘。上下转动经纬仪镜头使镜头气泡居中，再将竖直角度盘调至零，向下转动望远镜到竖直角度盘读数与根据顶管设计轴线坡度计算出的竖直角一致，锁定竖直角度盘，此时望远镜视线方向与顶管设计轴线完全一致，最后根据望远镜十字丝的位置在安装于工具管中心处的标尺上读出工具管水平偏差与高程偏差。
当顶进中发现管位偏差达3mm时立即校正，纠偏缓慢进行，使管节逐渐复位。可采用工具头进行纠偏，每次调整幅度为3mm，根据激光经纬仪测得偏差仍未减小，则可加大纠偏力度，否则可保持原力度继续顶进。
顶管速度控制在30～50mm/min，前20m和纠偏时用低速，之后视出土搅拌等情况加快顶进速度。下管时，在机头停止顶进状态下，在停机时关闭螺旋输送机排泥液压门。
工具管工作过程中所挖掘的土，先经螺旋输送机输送到皮带运输机上，再经皮带运输机输送到电瓶车中，电瓶车运送至工作井，最后垂直吊运至地面存土场，定期外运。
(8)纠偏
在上下纠偏时，应按照“勤测勤纠，小角度纠偏”的原则进行，防止大角度纠偏给管道抗浮带来不利影响。在顶管前端堆放压铁增加管段重量，来增强管段抗浮能力。
工具管前后段连接处安装有四组按照45°角度布置的纠偏千斤顶，顶管纠偏通过调整纠偏千斤顶柱塞长度以使工具管前段与后段及顶管管段轴线出现夹角来实现。
根据测量的轴线偏差数据，及时调整工具管两段之间的角度，形成纠偏角，并通过外部土压力的变化来形成纠偏反力。
(9)出洞
检查洞口橡胶止水圈的安装是否牢固，尺寸是否准确，是否能完全封堵机头与洞口的空隙。机头出洞时，顶进操作应谨慎平稳、匀速推进，首节管出洞口后立即开始均匀压注触变泥浆。在管节出洞5m范围内，检查并督促施工人员将切土、出泥、顶速、土压、轴线、标高等施工参数逐渐调整至正常状态。
润滑泥浆材料主要采用钠基膨润土、纯碱、羧甲基纤维素钠。减阻泥浆物理性能指标：比重1.05～1.08g/cm3，粘度为30～40S，泥浆套厚度为2～3mm。
本工程全套设备包括：工具管、纠偏装置、液压千斤顶、油泵、导轨、顶铁、控制系统、皮带运输机、螺旋输送机、加泥系统、激光经纬仪。配套设备有：电瓶运输车辆、泥土卸载系统、拌浆注浆系统。工具管采用无铰型网格式工具管，头部增加气闸段稳定开挖面，增加排水管施工安全系数。
采用本发明施工，有效保持挖掘面的稳定，对管体周围的土体扰动较小，管道标高达到了预定要求。施工引起的地面沉降也较小，顺利完成了排水管施工。
Claims (5)
1.一种顶管施工方法，其特征是施工步骤包括：
(1)测量放线
布设临时水准点和管道轴线控制桩，在检查井处设置中心桩；
(2)工作井施工
在工作井上口预留槽口内安装钢筋砼预制板，槽口内要座浆饱满；在预制板预留口处砌砖墙，所有砖要浸透水，砌筑时满铺、满挤，上下搭砌，水平灰缝厚度和竖向灰缝宽度均匀；
(3)装配式后背墙安装
装配式后背墙采用方木、型钢和钢板组装，后背土体均匀密实，壁面平整，并与管道顶进方向垂直；后背土体壁面与后背墙紧贴，有孔隙时采用砂石料填塞密实；
(4)导轨安装
按照预定轴线铺设活动导轨，即导轨铺设后其导轮平面与顶管预定轴线平行，导轮高度应保证顶管中心在穿墙管处与预定轴线重合；
(5)主顶千斤顶安装
后座千斤顶作用面与顶管预定轴线垂直，千斤顶轴线与设计轴线平行；
千斤顶固定在支架上，其合力的中心点在管道中心线上；千斤顶的油路应并联，每台千斤顶应有进油、退油的控制系统；
千斤顶安装时使千斤顶合力中心位于排水管直径的下部0.35位置；
(6)顶管辅助设备安装
油泵设置在千斤顶附近，油管宜顺直、转角少；油泵应与千斤顶相匹配，并有备用油泵；油泵安装完毕，进行试运转；顶进中若发现油压突然增高，立即停止顶进，检查原因并经处理后方可继续顶进；千斤顶活塞退回时，油压不得过大，速度不得过快；
纵向顶铁中心线与管道轴线一致，顶铁上有锁定装置，顶铁放置时能保持稳定，顶铁与管口之间采用缓冲材料衬垫，当顶力接近排水管的允许抗压强度时，管端增加环形顶铁；
顶进时，工作人员不得在顶铁上方及侧面停留，并随时观察顶铁有无异常迹象；
设备安装完毕后对全套顶进设备做一次系统调试，在确定顶进设备运转情况良好后，开始顶进工作；
(7)管道顶进
在拆除封门后，立即开始顶进机头；在入土的初始2m时，顶进速度控制在5mm/min以下，以防止机头旋转，并不间断地观测机头倾角和旋转角，倾角发生变化用纠偏千斤顶调正；
在工作井内顶管轴线延长线上设置固定的经纬仪支架，支架高度保证经纬仪望远 镜转轴处中心与该处顶管轴线位置重合；测量时在支架上架设经纬仪，对中整平经纬仪后转动望远镜，对准设置于工作井内壁上的后视点，将经纬仪水平度盘调至零，然后根据预先计算的水平角转动经纬仪镜头，使经纬仪望远镜轴线与顶管水平轴线方向一致，锁定经纬仪水平度盘；上下转动经纬仪镜头使镜头气泡居中，再将竖直角度盘调至零，向下转动望远镜到竖直角度盘读数与根据顶管设计轴线坡度计算出的竖直角一致，锁定竖直角度盘，此时望远镜视线方向与顶管设计轴线完全一致，最后根据望远镜十字丝的位置在安装于工具管中心处的标尺上读出工具管水平偏差与高程偏差；
当顶进中发现管位偏差达3mm时立即校正，纠偏缓慢进行，使管节逐渐复位；可采用工具头进行纠偏，每次调整幅度为3mm，根据激光经纬仪测得偏差仍未减小，则可加大纠偏力度，否则可保持原力度继续顶进；
顶管速度控制在30～50mm/min，前20m和纠偏时用低速，之后视出土搅拌情况加快顶进速度；下管时，在机头停止顶进状态下，在停机时关闭螺旋输送机排泥液压门；
工具管工作过程中所挖掘的土，先经螺旋输送机输送到皮带运输机上，再经皮带运输机输送到电瓶车中，电瓶车运送至工作井，最后垂直吊运至地面存土场，定期外运；
(8)纠偏
工具管前后段连接处安装有四组按照45°角度布置的纠偏千斤顶，顶管纠偏通过调整纠偏千斤顶柱塞长度以使工具管前段与后段及顶管管段轴线出现夹角来实现；
根据测量的轴线偏差数据，及时调整工具管两段之间的角度，形成纠偏角，并通过外部土压力的变化来形成纠偏反力；
(9)出洞
检查洞口橡胶止水圈的安装是否牢固，尺寸是否准确，是否能完全封堵机头与洞口的空隙；机头出洞时，顶进操作应谨慎平稳、匀速推进，首节管出洞口后立即开始均匀压注触变泥浆；在管节出洞5m范围内，检查并督促施工人员将切土、出泥、顶速、土压、轴线、标高施工参数逐渐调整至正常状态。
2.按照权利要求1所述的顶管施工方法，其特征是工具管头部增加气闸段，增加排水管施工安全系数。
3.按照权利要求1所述的顶管施工方法，其特征是在上下纠偏时，应按照“勤测勤纠，小角度纠偏”的原则进行，防止大角度纠偏给管道抗浮带来不利影响。
4.按照权利要求1所述的顶管施工方法，其特征是在顶管前端堆放压铁增加管段重量，来增强管段抗浮能力。
5.按照权利要求1所述的顶管施工方法，其特征是润滑泥浆材料主要采用钠基膨润土、纯碱、羧甲基纤维素钠；减阻泥浆物理性能指标：比重1.05～1.08g/cm3，粘 度为30～40S，泥浆套厚度为2～3mm。
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