CN104976424B - 一种矩形顶管管节连接加固的锚索施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶管施工技术。本发明的矩形顶管管节连接加固的锚索施工方法，包括步骤：施工准备；测放孔位；安放锚索；锚具安装；钢绞线张拉；钢绞线锁定；一次注浆；二次注浆；本施工方法通过在矩形顶管端面沿顶管轴向打预应力通孔，并用锚索穿过预应力通孔将始发井到接收井的多个矩形顶管连接起来，通过对锚索的张拉和锁定，并注浆固定，从而实现预应力钢绞线把管节从纵向上连接形成整体，提高了整个顶管通道的纵向刚度，有效的提高了顶管通道自身的稳定性，施工工艺简单，降低了顶管通道周边建筑物或构筑物后期施工时对自身的影响，降低后期维护费用，综合造价低。

Description

一种矩形顶管管节连接加固的锚索施工方法

技术领域

本发明涉及一种顶管施工技术，特别涉及一种矩形顶管管节连接加固的锚索施工方法。

背景技术

顶管施工是一种非开挖施工方法，它是指一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。顶管法施工是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走。一节管道完成顶入土层之后，再下第二节管道继续顶进。其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起，管道紧随工具管或掘进机后，埋设在两坑之间。

普通顶管通道纵向连接稳定性较弱，在纵向外力、侧向推力和纵向位移条件下容易产生顶管管节接头处张开和漏水，同时存在后期周边建（构）筑物施工对已经施工完成的顶管通道产生侧向推力，在顶管过程中是没有考虑如何加强顶管通道的纵向连接强度的。因此，提高顶管通道自身稳定性就极为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中顶管管节连接处受纵向外力、侧向推力和纵向位移易张开和漏水所的问题，提供一种矩形顶管管节连接加固的锚索施工方法，该施工方法能提高矩形顶管通道自身的稳定性，从而解决顶管管节连接处受外力易张开和漏水的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种矩形顶管管节连接加固的锚索施工方法，包括以下步骤：

（1）施工准备：对矩形顶管所在地层的地质条件和水文条件进行了解，做好施工工具的准备和施工过程的规划；

（2）测放孔位：在待连接的矩形顶管管节端面上对应地开设多个预应力通孔，所述预应力通孔沿矩形顶管轴向贯穿其管壁，并在预应力通孔内预埋注浆管；

（3）安放锚索：钢绞线端部用锁具锁紧，采用人工配合卷扬机将整束钢绞线依次穿入相邻矩形顶管的预应力通孔内，从矩形顶管的始发井方向穿向接收井，使矩形顶管管节纵向上连接成整体，所述钢绞线采用多根钢绞线编制成钢绞线束，即为锚索；

（4）锚具安装：在组合后的矩形顶管两端的钢绞线端部安装预应力锚具及其夹片，并安装与预应力锚具配合使用的限位板，与锚具配套使用的千斤顶和压力表就位；

（5）预应力锚具及其夹片同钢绞线束打紧后，采用在组合后的矩形顶管两端对称、整体张拉钢绞线束，分两次逐级张拉钢绞线，按设计张力的50%及100%进行张拉，要达到其中不平衡的钢绞线束不超过一束；

（6）钢绞线锁定：钢绞线张拉完毕后，立即用夹片将锚索锁定于锚具上，切割去掉多余的钢绞线头；

（7）一次注浆：钢绞线张拉和锁定完毕后采用真空灌浆工艺注浆，用压浆泵将水泥浆从始发井预应力孔道预埋的注浆管注入注浆孔内，灌注压力为0.5-0.7MPa；随着水泥浆的灌入，从接收井预埋注浆观察孔流出水流，当接收井当出现浓浆时，关闭观察孔，从始发井继续注入2分钟时间的浆液；

（8）二次注浆：第一次注浆初凝后，再次注浆进行补充灌浆，二次注浆压力为0.5-0.7Mpa；以便能同第一次注浆所形成的具有一定强度的锚固体混合均匀。

作为优选，步骤（2）中的预应力通孔设置在矩形顶管的顶板和底板上。

作为优选，步骤（3）中钢绞线束采用7根公称直径为15.2mm的标准型钢绞线编制而成，所述钢绞线的标准强度为1860Mpa。

作为优选，步骤（5）中钢绞线束张拉操作时，张拉千斤顶的轴线必须与锚索轴线一致,预应力锚具环面、夹片和锚索体张拉部分不得有泥沙、锈蚀层或其他污物。

作为优选，步骤（5）中按设计要求的钢绞线束张拉顺序进行张拉，张拉力加载速率要平缓,锚索实际伸长值与理论伸长值之比要在90%~100%范围内。

作为优选，步骤（5）中钢绞线束张拉完毕后，留出长30-50mm的钢绞线束端头。

作为优选，步骤（6）中钢绞线锁定必须在压力表稳定后进行，末次张拉完成并锁定后，切除锚索外露段，并用砼封盖锚具顶部；以防止锚头风化侵蚀。

作为优选，步骤（7）中的注浆材料为普硅42.5R纯水泥浆，水灰质量比为0.40-0.50：1。

作为优选，步骤（8）的第二次注浆的实际注浆量要大于理论的注浆量，采用孔底注浆工艺，以孔口浆液溢出浓浆作为注浆结束的标准；如一次注不满或注浆凝固后产生收缩，孔口要补充注浆，直至注满为止。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本施工方法提供了一种将矩形顶管管节连接加固的方法，通过在矩形顶管端面沿顶管轴向打预应力孔通孔，并用锚索穿过预应力通孔将始发井到接收井的多个矩形顶管连接起来，通过对锚索的张拉和锁定，并注浆固定，从而实现预应力钢绞线把管节从纵向上连接形成整体，提高了整个顶管通道的纵向刚度，有效的提高了顶管通道自身的稳定性，施工工艺简单，降低了顶管通道周边建筑物或构筑物后期施工时对自身的影响，降低后期维护费用，综合造价低。

附图说明：

图1为本发明的矩形顶管管节连接加固的锚索施工方法的施工流程图。

图2为矩形顶管管节上预应力通孔的开孔位置示意图。

图3为图2的侧向视图。

图4为矩形顶管管节的底板上布置预应力通孔的示意图。

图5为矩形顶管管节端部锚具安装示意图。

图6为图5的左视图。

图中标记：1-矩形顶管，2-预应力通孔，3-预应力锚具，4-钢绞线束，5-顶管端部钢板，6-注浆孔，7-夹片，11-顶板，12-底板。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例

本实施例某地区的地下大型商场过街通道为例进行说明，该过街地下通道采用矩形顶管法施工，由于该地下通道在规划上存在交叉，所以每条顶管通道施工时对已经施工完毕的顶管可能产生侧向不平衡推力，故需要对每条顶管通道进行纵向刚度加强，如图1至图6所示，本实施例采用矩形顶管管节连接加固的锚索施工方法，包括以下步骤：

（1）施工准备：对矩形顶管所在地层的地质条件和水文条件进行了解，做好施工工具的准备和施工过程的规划；

（2）测放孔位：在待连接的矩形顶管管节端面上对应地开设多个预应力通孔，所述预应力通孔沿矩形顶管轴向贯穿其管壁，并在预应力通孔内预埋注浆管；如图2所示，在待连接的矩形顶管1上开有预应力通孔2；

（3）安放锚索：钢绞线端部用锁具锁紧，采用人工配合卷扬机将整束钢绞线依次穿入相邻矩形顶管的预应力通孔内，从矩形顶管的始发井方向穿向接收井，使矩形顶管管节纵向上连接成整体，所述钢绞线采用多根钢绞线编制成钢绞线束，即为锚索；

（4）锚具安装：在组合后的矩形顶管两端的钢绞线端部安装预应力锚具及其夹片，并安装与预应力锚具配合使用的限位板，与锚具配套使用的千斤顶和压力表就位；如图5和图6所示，在矩形顶管1的顶管端部钢板5上安装有预应力锚具3，本实施例选用锚具的孔数为5孔，每孔内穿过一组钢索线束4，在穿过预应力锚具3的钢索线束上安装有夹片7用于锁定钢索线束4的位置；在钢绞线束4安放之前，将预应力通道孔2端部的顶管端部钢板5上面用氧焊割一个圆形的小孔，将注浆管6埋入；

（5）预应力锚具及其夹片同钢绞线束打紧后，采用在组合后的矩形顶管两端对称、整体张拉钢绞线束，分两次逐级张拉，按设计张力的50%及100%进行张拉，要达到其中不平衡的钢绞线束不超过一束；如图1所示，张拉同束钢绞线由矩形顶管两端对称同步进行，本实施例锚索张拉顺序遵循纵、横、竖，对称的原则跳孔张拉，按1、10→3、8→11、16→13、14→5、6→2、9→4、7→12、15预应力通道孔内的锚索进行张拉；

（6）钢绞线锁定：钢绞线张拉完毕后，立即用夹片将锚索锁定于锚具上，切割去掉多余的钢绞线头；

（7）一次注浆：钢绞线张拉和锁定完毕后采用真空灌浆工艺注浆，用压浆泵将水泥浆从始发井预应力孔道预埋的注浆管注入注浆孔内，灌注压力为0.5-0.7MPa；随着水泥浆的灌入，从接收井预埋注浆观察孔流出水流，当接收井当出现浓浆时，关闭观察孔，从始发井继续注入2分钟时间的浆液；

（8）二次注浆：第一次注浆初凝后，再次注浆进行补充灌浆，二次注浆压力为0.5-0.7Mpa；以便能同第一次注浆所形成的具有一定强度的锚固体混合均匀。

如图2至图4所示，矩形顶管1的预应力通孔2设置在矩形顶管的顶板11和底板12上。具体地，本实施例中在矩形顶管的顶板11上设有6个预应力通孔，底板12上设有10个预应力通孔，共16个预应力通孔，并对预应力通孔编号为1-16。

本实施例中，钢绞线束采用7根公称直径为15.2mm的标准型钢绞线编制而成，所述钢绞线的标准强度为1860Mpa，张拉控制应力为1395MPa。

本实施例中，步骤（5）中钢绞线束张拉操作时，张拉千斤顶的轴线必须与锚索轴线一致,预应力锚具环面、夹片和锚索体张拉部分不得有泥沙、锈蚀层或其他污物。

本实施例中，步骤（5）中按设计要求的钢绞线束张拉顺序进行张拉，张拉力加载速率要平缓,锚索实际伸长值与理论伸长值之比要在90%-100%范围内。本实施例中，设计张力的计算为：本实施例使用张拉千斤顶及油表必须经过标定，按照进场的千斤顶标定的插值计算公式，计算出张拉力和压力表的读数值。

本工程公称直径15.2mm的1*7标准型钢绞线，其标准强度为1860MPa，张拉控制应力：1395MPa，那么每一束钢绞线的张拉力为：1395*140mm2=195.160KN。

在进行整体张拉前，取10%-20%的设计张拉荷载进行预张拉，使其各部位接触紧密，钢绞线完全平直，张拉时按照40KN/min的速度进行。

张拉前对张拉设备进行检查标定；取设计值的50%及100%进行逐级加荷张拉2次，第一次油顶回油后进行第二次到顶张拉，第二次为3分钟，卸荷时按轴向拉力的1/2逐级卸荷；张拉至设计拉力100%时，保持3分钟，观察其变化趋于稳定时卸荷至锁定荷载进行锁定。张拉长度的计算：

采用公式 ：△L=PL/EsAp，其中式中△L为伸长量，单位mm，P为张拉力，第一道锚索为195.16KN，L为锚索长度，第一道锚索为60500mm，Es为弹性模量，取1.95×105N/mm²，Ap为面积 ，取140mm²，则△L=PL/EsAp=195.16KN×61000m/（1.95×105n/mm2×140mm2）=43.2cm，张拉过程中误差允许值为±60%，因此伸长量控制范围为40.6cm~45.7cm。

本实施例中，步骤（5）中钢绞线束张拉完毕后，留出长30-50mm的钢绞线束端头。

本实施例中，步骤（6）中钢绞线锁定必须在压力表稳定后进行，末次张拉完成并锁定后，切除钢绞线束外露段，并用砼封盖锚具顶部；以防止锚头风化侵蚀。本实施例采用手持型砂轮切割机对钢绞线束外露端进行切除。

本实施例中，步骤（7）中的注浆材料为普硅42.5R纯水泥浆，水灰质量比为0.40-0.50：1。

本实施例中，步骤（8）的第二次注浆的实际注浆量要大于理论的注浆量，采用孔底注浆工艺，以孔口浆液溢出浓浆作为注浆结束的标准；如一次注不满或注浆凝固后产生收缩，孔口要补充注浆，直至注满为止。

张拉作业是锚索施工的关键工序,张拉前应着重检查张拉系统、浆体、锚墩和结构混凝土强度,张拉力、压力表读数关系曲线与计算公式,各项都符合规范和设计要求时才能进行张拉。其施工过程中常见问题及处理：

1、张拉过程中锚具环突然抖动或移动，张拉力下降；有时会发生锚具环与锚垫板不紧贴的现象；

原因分析：锚垫板安装时没有仔细对中，垫板面与预应力钢绞线轴线不垂直，造成钢绞线内力不一，当张拉力增加到一定程度时，轴线调整，会使锚环突然发生滑移或抖动，拉力下降；

预防措施：锚垫板安装应仔细对中，垫板面应与钢绞线的轴线垂直；锚垫板要可靠固定，确保在混凝土浇筑过程中不会移动；

治理方法：另外加工一块楔形钢垫板，楔形垫板的坡度应能使其板面与钢绞线的轴线垂直。

2、预应力张拉后，锚垫板下混凝土变形开裂；

原因分析：

管节内钢筋布置不够、混凝土保护层厚度不够，受压区面积不够、锚垫板设计厚度不够，锚垫板受力后变形过大；

预防措施：

锚垫板必须有足够的厚度以保证其刚度，锚垫板受力面积足够，以使钢筋混凝土足以承受因张拉钢绞线而产生的压应力和主拉应力；

治理方法：将锚具取下，凿除锚具下损坏部分，然后加筋并用高强度混凝土修补，将锚垫板加大加厚，使承压面扩大。

3、锚具在预应力张拉后，夹片“咬不住”钢绞线，钢绞线滑动，达不到设计张拉值；张拉钢绞线时，夹片将其“咬断”，即齿痕较深，在夹片处断丝；

原因分析：

锚具夹片硬度指标不合格，硬度过低，夹不住钢绞线；硬度过高则夹伤钢绞线，有时因锚具夹片齿形和夹角不合理也可引起滑丝或断丝；钢绞线的质量不稳定，硬度指标起伏较大，或外径公差超限，与夹片规格不相匹配；

防治措施：

夹片的硬度除了检查出厂合格证外，在现场应进行复验，有条件的最好进行逐片复检；钢绞线的直径偏差、椭圆度、硬度指标应纳入检查内容。如偏差超限，质量不稳定，应考虑更换钢绞线的产品供应单位；滑丝断丝若不超过规范允许数量，可不予处理，若整束或大量滑丝和断丝，应将锚头取下，经检查并更换钢绞线重新张拉。

4、张拉力达到了设计要求，但钢绞线延伸量与理论计算相差较大；

原因分析：

钢绞线的实际弹性模量与设计采用值相差较大；预应力通道孔实际线形与设计线形相差较大，以致实际的预应力摩阻损失与设计计算值有较大差异；或实际预应力通道孔摩阻参数与设计取值有较大出入也会产生延伸率偏差过大；初应力采用值不合适或超张拉过多；张拉过程中锚具滑丝或钢绞线内有断丝；张拉设备未作标定或表具读数离散性过大；

防治措施：

每批钢绞线均应复验，并按实际弹性修正计算延伸值；校正预应力孔道的线形；按照钢绞线的长度和管道摩阻力确定合格的初应力值和超张拉值；检查锚具和钢绞线有无滑丝或断丝；校核测力系统和表具。

5、预应力施加完毕后钢绞线松驰，应力值达不到设计值；

原因分析：

锚具滑丝或钢绞线内有断丝；钢绞线的松驰率超限；量测表具数值有误，实际张拉值偏小；锚具下混凝土局部破坏变形过大；钢绞线与预应力通道孔间摩阻力过大；

防治措施：

检查钢绞线的实际松驰率，张拉时应采取张拉力和伸长值双控制。事先校正测力系统，包括表具；锚具滑丝失效，应予更换；钢绞线断丝率超限，应将其锚具、钢绞线更换；锚具下混凝土破坏，应将预应力释放后，用环氧混凝土或高强度混凝土补强后重新张拉；改进预应力通道孔施工工艺，使预应力通道孔线形符合设计要求，必要时可使用减摩剂。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (9)

1.一种矩形顶管管节连接加固的锚索施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）施工准备：对矩形顶管所在地层的地质条件和水文条件进行了解，做好施工工具的准备和施工过程的规划；

（2）测放孔位：在待连接的矩形顶管管节端面上对应地开设多个预应力通孔，所述预应力通孔沿矩形顶管轴向贯穿其管壁，并在预应力通孔内预埋注浆管；

（3）安放锚索：钢绞线端部用锁具锁紧，采用人工配合卷扬机将整束钢绞线依次穿入相邻矩形顶管的预应力通孔内，从矩形顶管的始发井方向穿向接收井，使矩形顶管管节纵向上连接成整体，所述钢绞线采用多根钢绞线编制成钢绞线束，即为锚索；

（4）锚具安装：在钢绞线束端部安装预应力锚具及其夹片，并安装与预应力锚具配合使用的限位板，与锚具配套使用的千斤顶和压力表就位；

（5）钢绞线张拉：预应力锚具及其夹片同钢绞线束打紧后，采用在组合后的矩形顶管两端对称、整体张拉钢绞线束，分两次逐级张拉钢绞线，按设计张力的50%及100%进行张拉，要达到其中不平衡的钢绞线束不超过一束；

（6）钢绞线锁定：钢绞线张拉完毕后，立即用夹片将钢绞线端部锁定于锚具上，切割去掉多余的钢绞线头；

（7）一次注浆：钢绞线张拉和锁定完毕后采用真空灌浆工艺注浆，用压浆泵将水泥浆从始发井预应力孔道预埋的注浆管注入注浆孔内，灌注压力为0.5-0.7MPa；随着水泥浆的灌入，从接收井预埋注浆观察孔流出水流，当接收井当出现浓浆时，关闭观察孔，从始发井继续注入2分钟时间的浆液；

（8）二次注浆：第一次注浆初凝后，再次注浆进行补充灌浆，二次注浆压力为0.5-0.7Mpa；以便能同第一次注浆所形成的具有一定强度的锚固体混合均匀。

2.根据权利要求1所述的矩形顶管管节连接加固的锚索施工方法，其特征在于，步骤（2）中的预应力通孔设置在矩形顶管的顶板和底板上。

3.根据权利要求1所述的矩形顶管管节连接加固的锚索施工方法，其特征在于，步骤（3）中钢绞线束采用7根公称直径为15.2mm的标准型钢绞线编制而成，所述钢绞线的标准强度为1860Mpa。

4.根据权利要求1所述的矩形顶管管节连接加固的锚索施工方法，其特征在于，步骤（5）中钢绞线束张拉操作时，张拉千斤顶的轴线必须与锚索轴线一致,预应力锚具环面、夹片和锚索体张拉部分不得有泥沙、锈蚀层或其他污物。

5.根据权利要求4所述的矩形顶管管节连接加固的锚索施工方法，其特征在于，按设计要求的钢绞线束张拉顺序进行张拉，张拉力加载速率要平缓,锚索实际伸长值与理论伸长值之比要在90%-100%范围内。

6.根据权利要求4或5所述的矩形顶管管节连接加固的锚索施工方法，其特征在于，步骤（5）中钢绞线束张拉完毕后，留出长30-50mm的钢绞线束端头。

7.根据权利要求1所述的矩形顶管管节连接加固的锚索施工方法，其特征在于，步骤（6）中钢绞线锁定必须在压力表稳定后进行，末次张拉完成并锁定后，切除锚索外露段，并用砼封盖锚具顶部。

8.根据权利要求1所述的矩形顶管管节连接加固的锚索施工方法，其特征在于，步骤（7）中的注浆材料为普硅42.5R纯水泥浆，水灰质量比0.40-0.50:1。

9.根据权利要求1所述的矩形顶管管节连接加固的锚索施工方法，其特征在于，步骤（8）的第二次注浆的实际注浆量要大于理论的注浆量，采用孔底注浆工艺，以孔口浆液溢出浓浆作为注浆结束的标准；如一次注不满或注浆凝固后产生收缩，孔口要补充注浆，直至注满为止。