CN105570534B

CN105570534B - 浅埋深顶管控制地面结构变形的设备及施工方法

Info

Publication number: CN105570534B
Application number: CN201610096760.6A
Authority: CN
Inventors: 齐敬雅; 朱家峰; 孙东阳; 陈磊; 崔仕晓
Original assignee: Sinohydro Bureau 11 Co Ltd
Current assignee: Sinohydro Bureau 11 Co Ltd
Priority date: 2016-02-22
Filing date: 2016-02-22
Publication date: 2019-07-12
Anticipated expiration: 2036-02-22
Also published as: CN105570534A

Abstract

本发明涉及管线铺设施工技术领域，具体涉及浅埋深顶管控制地面结构变形的设备及施工方法。本发明提供的浅埋深顶管控制地面结构变形的设备及施工方法中，浅埋深顶管控制地面结构变形的设备，包括设置在沉井背景墙前侧的枕木，所述枕木上设有与若干组顶镐一端连接的枕铁，所述顶镐的另一端固接有顶铁，所述顶铁顶置在混凝土管的侧壁上，所述混凝土管上设有注浆孔。本发明中的设备和方法，能在浅埋深顶管施工中减少开挖量和回填量，获得可观的经济效益，在不影响正常交通的情况下，完成施工任务，获得一定的社会效益。

Description

浅埋深顶管控制地面结构变形的设备及施工方法

技术领域

本发明涉及管线铺设施工技术领域，具体涉及浅埋深顶管控制地面结构变形的设备及施工方法。

背景技术

现有技术中，中国专利CN103938703A公开了一种顶管施工方法，包括以下步骤：步骤一、根据设计管道中心线，在选定的施工位置放出开挖线位置，依据开挖线位置向下挖掘工作井和接收井；其中，所述工作井采用方形沉井结构，方形沉井结构净空尺寸为长L×宽B，净深度为3m～9m，且所述工作井四周侧墙浇注钢筋混凝土，工作井井底铺设混凝土封底并浇注钢筋混凝土底板；步骤二、工作井上设活动式工作平台，活动式工作平台上设起重架，起重架装电动卷扬机，所述活动式工作平台和起重架上架设工作棚；步骤三、在工作井底部铺设碎石，碎石内埋设枋木，枋木上水平安装顶管导轨，并沿顶管导轨方向安装顶管顶进设备，顶管顶进设备设置有千斤顶，所述工作井侧墙上设置用于支撑千斤顶的后背墙；步骤四、将首节混凝土管道放置在顶管导轨上，并通过顶管顶进设备顶进，在位于首节混凝土管道前端的工作井侧墙上挖掘一个深30～50厘米、断面形状与首节混凝土管道相同的坑道，通过顶管顶进设备将首节混凝土管道顶进坑道，如此重复挖掘和顶进，将首节混凝土管道完全顶进坑道；步骤五、首节混凝土管道顶进后再在顶管导轨上放置下一节混凝土管道，并重复边挖掘坑道边顶进管道，将所有混凝土管道顶进；步骤六、将所有混凝土管道通过混凝土承插管结构连接并顶紧，混凝土承插管结构的插口和承口之间设置O型橡胶圈，顶紧后任意相邻两个混凝土管道的管口内侧留10～20mm的空隙且两管间的孔隙为10～15mm；步骤七、混凝土管道顶紧后通过混凝土管道预留的压浆孔进行管道注浆。该专利不能解决在施工时地面结构变形进行控制，导致地面结构变形量大的问题。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供浅埋深顶管控制地面结构变形的设备及施工方法，在浅埋深顶管施工基本没有纵向土体变形及深层土体水平位移的计算公式，在顶管工程现场主要集中在对地面变形的监测，对于在顶管施工过程中深层土体移动、土压力、孔隙水压力、地下水位变化的现场监测以及判断扰动区土体性质变化的标准贯入度试验和静力触探。

本发明是通过如下技术方案实现的：浅埋深顶管控制地面结构变形的设备，包括设置在沉井背景墙前侧的枕木，所述枕木上设有与若干组顶镐一端连接的枕铁，所述顶镐的另一端固接有顶铁，所述顶铁顶置在混凝土管的侧壁上，所述混凝土管上设有注浆孔。

进一步地，所述背景墙的厚度为50cm，外径尺寸为5m，深度为3.5m。

进一步地，所述顶镐为3套，规格为200T。

进一步地，所述混凝土管设置的位置为距地面1.5～3m。

进一步地，所述混凝土管直径为1.4～3.6m。

本发明还提供了一种使用浅埋深顶管控制地面结构变形的设备施工方法，包括以下步骤：

步骤1，按照设计在原始地貌布设开挖线，按照所述开挖线设定位置和设定深度向下挖掘沉井和接收坑；

步骤2，利用总顶力计算公式(1)进行设备选择，

P＝n×G×L……(1)；

步骤3，对沉井背景墙的截面积公式(2)计算，

F≥P/[σ]……(2)，

根据截面积公式(2)确定和选取钢筋混凝土沉井背墙尺寸；

步骤4，使用枕木上设有的顶镐将工作管顶进坑道，将所述工作管完全顶进坑道后，将第一混凝土管与工作管连接，通过顶镐将所述第一混凝土管完全顶进坑道，再将第二混凝土管和第一混凝土管连接，顶进坑道，重复上述工序若干次，将所有混凝土管道顶进坑道，直到到达接收坑位置；

步骤5，将所有混凝土管通过混凝土承插管结构连接顶紧，对注浆孔进行对注浆。

进一步地，所述根据顶力的作用点与沉井背景墙被动土压力的合力作用点的相对位置重合时，沉井背景墙的允许抗力按照公式(3)计算：

Ep＝B/K(0.5yH²Kp+yHhKp+2CHKp)……(3)。

进一步地，所述顶管过程中进行勤顶、勤挖和及时灌浆，控制顶管高程里程轴线并及时纠偏。

进一步地，所述在顶进施工期间，进行连续匀速顶进，顶进过程中顶进速度与出土速度保持平衡。

与现有技术相比，优越效果在于：本发明能浅埋深顶管施工中减少开挖量和回填量，获得很大的经济效益，在不影响交通的情况下，完成施工任务，同时获得社会效益。

附图说明

图1为本发明所述浅埋深顶管控制地面结构变形的设备剖视图；

图2为图1的平面结构图；

图3为本发明根据附表1在地面高程结构变形效果对比示意图。

附图标记如下：

1-沉井背景墙，2-枕木，3-枕铁，4-顶镐，5-顶铁，6-混凝土管，7-注浆孔，8-路面，9-接受坑，10-工作管，11-原始地貌。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。

实施例1

如图1-2所示，具体说明本发明提供的浅埋深顶管控制地面结构变形的设备，包括设置在沉井内的沉井背景墙1前侧的枕木2，所述枕木2上设有与若干组顶镐4一端连接的枕铁3，所述顶镐4的另一端固接有顶铁5，所述顶铁5顶置在混凝土管6的侧壁上，所述混凝土管6上设有注浆孔7，所述混凝土管6设置的位置为距地面1.5～3m。所述背景墙1的厚度为50cm，外径尺寸为5m，高度为3.5m。本实施例中，所述顶镐4优选为3套，规格为200T。其中的所述混凝土管6直径为1.4～3.6m范围，优选3.5m。在混凝土管6就位后，施工人员对混凝土管6中心及前端和后端的管底高程进行测量，确认合格后方可顶进；顶进过程中必须勤顶、勤挖及时注浆，禁止欠挖、超挖和不及时注浆等现象出现；顶进开始时，要缓慢进行，等到各接触部件连接密合后，再按正常顶进速度顶进；施工过程中要经常测量与校正，发现偏差后及时进行纠偏，且要逐步和分步骤进行纠偏。如图1所示，混凝土的沉井背景墙1与枕木2、枕铁3主要提供支持力，顶镐4提供顶力，顶铁5增加混凝土管6的受力面积，通过注浆孔7及时进行注浆，以免土体变形，导致路面8沉降由于机械掘进震动过大，可能造成路面以下结构变形，所以优选采用人工进行挖掘。

实施例2

本实施例中，本发明提供的一种使用浅埋深顶管控制地面结构变形的设备施工方法，包括以下步骤：

步骤1，按照设计在原始地貌11布设开挖线，按照所述开挖线设定位置和设定深度向下挖掘沉井和接收坑9；

步骤2、利用总顶力计算公式(1)进行设备选择，

P＝n×G×L……(1)；

式中P-总顶力(KN)，G一单位长度管体自重(KN/m)，L-顶进总长度(m)，n-土质系数，本实施例中n选取2，选取范围:1.5～2，进过计算总顶力P＝25KN/m×55m×2＝2750KN。

根据顶力计算公式，顶进设备为3套200T顶镐，其中一套备用，当顶进到后期，顶力达到2000KN以上时，采用三套顶镐同时顶进。

步骤3，对沉井背景墙1的截面积公式(2)计算，

F≥P/[σ]……(2)，式中P-计算总顶力(KN)；[σ]-土的允许承载力(KN/m²)；因顶管区域地下水位高，粘土长时间浸泡，土质松散，估选亚粘土[σ]＝120KN/m²；

F≥P/[σ]＝2750KN/120KN/m²＝34.1m²，

根据截面积公式(2)确定和选取钢筋混凝土沉井背墙尺寸，符合施工要求；

步骤4，使用枕木2上设有的顶镐4将工作管10顶进坑道，将所述工作管10完全顶进坑道后，将第一节混凝土管6与工作管10连接，通过顶镐4将所述第一混凝土管6完全顶进坑道，，再将第二节混凝土管6和第一节混凝土管6连接，顶进坑道，重复上述工序若干次，将所有混凝土管6顶进坑道，直到到达接收坑9位置；

步骤5，将所有混凝土管6通过混凝土承插管结构连接顶紧，对注浆孔7进行对注浆。在所述根据顶力的作用点与沉井背景墙1被动土压力的合力作用点的相对位置重合时，沉井背景墙的允许抗力按照公式(3)计算：

Ep＝B/K(0.5yH²Kp+yHhKp+2CHKp)……(3)，

式中Ep-后背墙的允许抗力(KN)，y-后背土的重力密度(KN/m³)，取y＝27；H-后背墙的高度(m)，h-后背墙顶端至地面高度(m)，B-后背墙宽度(m)，C-后背土的粘聚力(Kpa)，K-安全系数，取K＝1.5；Kp-被动土压力系数，本实施例中，根据湿陷性土质选取Kp＝4.5，带入公式(3)中，Ep＝4/1.5(0.5×27×3.5×3.5×4.5+15×3.5×0.5×4.5+2×3.5×18×4.5)＝3811KN≥2750KN，根据以上列计算背墙符合本次施工要求。其中，所述顶管过程中进行勤顶、勤挖且及时灌浆、控制顶管高程里程轴线并及时纠偏，所述在顶进施工期间，进行连续匀速顶进且不中断，顶进过程中顶进速度与出土速度保持平衡。

本发明在进行施工，进行施工前后公路高程进行检测，具体数值参见表1

施工前后公路高程对照表1

控制点	施工前高	施工后高	沉降高	公路开裂
					1	907.371	907.365	6	未开裂
2	907.372	907.366	6	未开裂
					3	907.373	907.368	5	未开裂
4	907.375	907.370	5	未开裂
					5	907.377	907.372	5	未开裂
6	907.378	907.374	4	未开裂
					7	907.376	907.373	3	未开裂
8	907.374	907.372	2	未开裂
					9	907.373	907.371	2	未开裂
10	907.371	907.369	2	未开裂

本发明能浅埋深顶管施工中减少开挖量和回填量，如图3所示，获得很大的经济效益，在不影响交通的情况下，完成施工任务，同时获得社会效益。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的保护范围。

Claims

1.浅埋深顶管控制地面结构变形的设备，包括设置在沉井背景墙(1)前侧的枕木(2)，所述枕木(2)上设有与若干组顶镐(4)一端连接的枕铁(3)，其特征在于，所述顶镐(4)的另一端固接有顶铁(5)，所述顶铁(5)顶置在混凝土管(6)的侧壁上，所述混凝土管(6)上设有注浆孔(7)；

所述混凝土管(6)直径为1.4～3.6m；

所述背景墙(1)的厚度为50cm，外径尺寸为5m，高度为3.5m；

所述顶镐(4)为3套，规格为200T；

所述混凝土管(6)设置的位置为距地面1.5～3m。

2.根据权利要求1所述浅埋深顶管控制地面结构变形的设备施工方法，其特征在于，所述施工方法包括以下步骤：

步骤1，按照设计在原始地貌上布设开挖线，按照所述开挖线的设定位置和设定深度向下挖掘沉井和接收坑；

步骤2，利用总顶力计算公式(1)进行设备选择，

P＝n×G×L……(1)

公式(1)中：P-总顶力(KN)，G-单位长度管体自重(KN/m)，n-土质系数，L-顶进总长度(m)；

步骤3，使用沉井背景墙的截面积公式(2)进行沉井背景墙计算，

F≥P/[σ]……(2)

公式(2)中：P-总顶力(KN)，[σ]-土的允许承载力(KN/m²)，

根据截面积公式(2)确定和选取钢筋混凝土沉井背墙尺寸；

3.根据权利要求2所述浅埋深顶管控制地面结构变形的设备施工方法，其特征在于，根据所述总顶力的作用点与沉井背景墙被动土压力的合力作用点的相对位置重合时，沉井背景墙的允许抗力按照公式(3)计算：

Ep＝B/K(0.5yH²Kp+yHhKp+2CHKp)……(3)

式中，Ep-后背墙的允许抗力(KN)，y-后背土的重力密度(KN/m3)，H-后背墙的高度(m)，h-后背墙顶端至地面高度(m)，B-后背墙宽度(m)，C-后背土的粘聚力(Kpa)，K-安全系数，Kp-被动土压力系数。

4.根据权利要求2所述浅埋深顶管控制地面结构变形的设备施工方法，其特征在于，所述顶管过程中进行勤顶、勤挖且及时灌浆、控制顶管高程里程轴线和及时进行纠偏。

5.根据权利要求2所述浅埋深顶管控制地面结构变形的设备施工方法，其特征在于，在所述顶进施工期间，进行连续和匀速顶进，顶进过程中顶进速度与出土速度保持平衡。