CN107013221B - 微扰动顶管施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微扰动顶管施工方法，其包括以下步骤：将若干根超前小导管水平旋压进土体，旋压过程中利用高压水流将所述超前小导管内土体冲出；向所述超前小导管内设置钢绞线并灌入混凝土，待混凝土达到设计强度后再张拉钢绞线以形成预应力钢管混凝土；将各所述超前小导管的前端以及后端连接在一起形成位于所述超前小导管两端的钢筋混凝土管棚横梁，并在所述钢筋混凝土管棚横梁的两侧施工钢筋混凝土管棚横梁立柱。本发明的优点是，通过将超前小导管制成预应力钢管混凝土，可以最大限度地加大的小导管的刚度；最终通过将小导管连接成整体形成管棚结构，最大限度地减小了顶管施工对顶管上部土体的影响。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种微扰动顶管施工方法。
背景技术
地下空间开发利用过程中，顶管施工是一种经常被应用到的技术手段，然而在既有路基下部进行顶管施工时，顶管的顶进将会对其上部路基结构造成较大的影响，甚至造成顶管结构上部土体整体偏移，进而影响其上部的构筑物。当用于对路基稳定性要求高的工程施工时，通常采用预先打入超前小导管的方法。但在打入小导管的过程中，小导管的前部土体将会被挤向四周，导致路基表面发生隆起，从而影响路面（公路）或轨道（铁路）的平顺性。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种微扰动顶管施工方法，该施工方法通过将超前小导管旋压进土体的过程中采用分段注浆以及高压水冲土的技术手段，有效地减小了施工过程对周围土体的挤压和扰动，并通过将小导管连接成整体，做成可承受水平荷载与竖向荷载的管棚结构。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种微扰动顶管施工方法，所述施工方法包括以下步骤：将若干根超前小导管水平旋压进土体，旋压过程中利用高压水流将所述超前小导管内土体冲出；向所述超前小导管内设置钢绞线并灌入混凝土，待混凝土达到设计中强度后再张拉钢绞线以形成预应力钢管混凝土；将各所述超前小导管的前端与后端连接在一起形成位于所述超前小导管两端的钢筋混凝土管棚横梁，并在所述钢筋混凝土管棚横梁的两侧施工钢筋混凝土管棚横梁立柱，钢筋混凝土管棚横梁及所述钢筋混凝土管棚横梁立柱与其后面的土体密贴。
所述超前小导管的前端内部安装有冲土喷嘴；在旋压所述超前小导管的过程中，利用所述冲土喷嘴向进入所述超前小导管前端的土体喷射高压水流形成泥浆，所述泥浆从所述超前小导管的后端开口排出。
在旋压所述超前小导管的过程中，向已压入土体中的所述超前小导管外侧进行注浆。
向已压入土体中的所述超前小导管外侧进行注浆的方法为：所述超前小导管的侧壁开设有若干注浆孔，所述超前小导管沿其轴线方向划分为若干注浆区段；每个所述注浆区段内的所述注浆孔连接有一根注浆管，利用所述注浆管对已压入土体的所述注浆区段的外侧进行注浆。
所述注浆管上设置有调压阀，在注浆过程中使用所述调压阀调节各所述注浆区段的注浆压力，靠近土体表面的所述注浆区段的注浆压力小于位于所述土体深处的注浆区段的注浆压力。
所述冲土喷嘴通过经一前后可调支座固定于所述超前小导管内，且所述前后可调支座与所述超前小导管内壁之间设置有液压调节油缸，在将所述超前小导管在水平旋压进土体的过程中，根据所述超前小导管穿越的土体的土体力学性能、地表的隆沉监测结果等，动态地通过所述液压调节油缸控制前后可调支座的位置，以调节所述冲土喷嘴与所述超前小导管的前端之间的距离。
所述超前小导管水平旋压到位后，在所述超前小导管内设置至少一根所述钢绞线，所述钢绞线的两端分别从所述超前小导管的前端开口以及后端开口伸出；对所述钢绞线的两端进行张拉，并向所述超前小导管内灌注混凝土；待混凝土硬化后，分别在所述钢绞线的两端安装锚具，所述锚具的侧面抵靠在所述超前小导管内的混凝土的表面。
在施工所述钢筋混凝土管棚横梁的过程中，使用钢筋混凝土将各所述超前小导管的前端连接在一起形成所述钢筋混凝土管棚横梁，同时使用钢筋混凝土将各所述超前小导管的后端连接在一起形成所述钢筋混凝土管棚横梁；所述钢筋混凝土管棚横梁立柱由钢筋混凝土制成。
在注浆过程中使用的浆液为惰性浆液。
本发明的优点是，本施工方法可方便地打入大直径的超前小导管，减小对超前小导管对周围土体的扰动；并通过形成预应力钢管混凝土，最大限度地加大了小导管的刚度；最终通过将小导管连接成整体，并做成可承受水平荷载与竖向荷载的管棚结构，最大限度地减小了顶管施工对顶管上部土体的影响。
附图说明
图1为本发明中的超前小导管的纵截面示意图；
图2为本发明中图1中a处的局部放大图；
图3为本发明中图1中b处的局部放大图；
图4为本发明中图1中A-A处的横截面示意图；
图5为本发明中的超前小导管旋转压入土体过程中的示意图；
图6为本发明中的超前小导管施工完成后的纵截面示意图；
图7为本发明中的超前小导管连接成管棚后的侧视图；
图8为本发明中的旋转喷头的正面视图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-8，图中标记1-22分别为：超前小导管1、注浆孔2、注浆管3、冲土喷嘴4、高压供水管5、注浆区段6a、注浆区段6b、注浆区段6c、注浆区段6d、调压阀8、前后可调支座9、液压调节油缸10、齿状结构11、固定卡座12、土体13、适配管14、旋转喷头15、喷口16、钢绞线19、锚具20、钢筋混凝土管棚横梁21、钢筋混凝土管棚横梁立柱22。
实施例1：如图1-8所示，本实施例具体涉及一种微扰动顶管施工方法，其包括以下步骤：
1）在施工前，在施工区域的地表布设沉降监测点，以便在施工过程中根据地表沉降监测点的隆起情况对小导管的施工进行控制。
2）如图1、5所示，依次将若干根两端开口的超前小导管1水平旋压进土体；在施工过程中，分别在顶管的始发井与接收井进行交错地旋压施工，以最大限度地减小超前小导管1上部土体的扰动。
如图1-4所示，超前小导管1的侧壁开设有若干注浆孔2；超前小导管1的两端开口，沿其轴线方向划分为若干注浆区段6；每个注浆区段6内的注浆孔2连接有一根注浆管3；超前小导管1的前端内部设置有冲土喷嘴4，冲土喷嘴4连接一高压供水管5。
如图1、2所示，本实施例中，每个注浆区段6设置有一根注浆管3，注浆管3由超前小导管1的后端接入超前小导管1内部；注浆管3的前端依次连接其对应的注浆区段6内的各注浆孔2；各注浆区段6的注浆管3相互独立，每根注浆管3的尾端设置有一个调压阀8；通过调节调压阀8的压力可以调节各注浆区段6的注浆压力。
如图1、5所示，超前小导管1依据其管长以及土层情况划分注浆区段6；在本实施例中超前小导管1划分为四个注浆区段6a、6b、6c、6d；注浆区段6a靠近超前小导管1的后端的区域不开设注浆孔。
如图1、3、4所示，冲土喷嘴4经一前后可调支座9固定于超前小导管1的内表面，前后可调支座9与超前小导管内壁面呈可滑动式配合，在前后可调支座9与超前小导管1的内壁之间设置有液压调节油缸10，通过控制各液压调节油缸10地伸缩，可沿轴箱调节前后可调支座9的位置，进而调节前后可调支座9与超前小导管1的前端之间的距离；冲土喷嘴4用于向进入超前小导管1前端的土体喷射高压水流，土体在高压水流地冲击下变成泥浆，泥浆由超前小导管1的后端排出；通过冲土喷嘴4清除超前小导管1内部的土体，可以避免超前小导管1压入土层的过程中对超前小导管1周围的土体进行挤压，减小了超前小导管1对土层造成地扰动。
如图1、3、8所示，冲土喷嘴4包括适配管14以及旋转喷头15，适配管14固定安装在前后可调支座9的中部，高压供水管5连接在适配管14的后端，旋转喷头15的后端可旋地安装在适配管14的前端；旋转喷头15的前端为锥形且指向超前小导管1的前端；所述旋转喷头15的侧面设置有两个喷口16，喷口16朝向旋转喷头15的斜后方。
如图2、3所示，超前小导管1的前端的边缘处设置有若干齿状结构11，齿状结构11用于在超前小导管1压入土体的过程中切割土体；注浆管3以及高压供水管5由超前小导管1的后端接入超前小导管内部；超前小导管1内壁面上设置有若干沿轴向分布的固定卡座12，注浆管3以及高压供水管5经固定卡座12固定于超前小导管1的内壁上；在本实施例中，超前小导管1的外直径10cm-100cm，壁厚0.3cm-1.5cm；高压供水管5的外直径1cm-3cm，壁厚0.15cm-0.2cm；注浆管3的外直径3cm-4cm，壁厚0.2cm-0.3cm。
如图1、3所示，在超前小导管1在旋压进入土体的过程中，位于其前端的齿状结构11持续切削土体13；切削掉的土体13通过超前小导管1的前端进入超前小导管内部；位于超前小导管1前端内部的冲土喷嘴4向进入超前小导管1的土体喷水，使之形成泥浆；泥浆流过超前小导管1内部的空腔，从超前小导管1后端排出。
如图3、6所示，在冲土喷嘴4喷水过程中，其前端的旋转喷头15在水流的反作用力的作用下进行旋转，旋转喷头15的旋转会导致其喷射的水流一同旋转，旋转的水流可以使得土体与水形成更加均匀的泥浆，从而便于泥浆从超前小导管1的后端排出，同时可以避免混合不均匀的泥浆堵塞超前小导管1。
如图2、5所示，在超前小导管1旋转压入土体13的过程中，同时对超前小导管1压入土体13的注浆区段6的外侧进行注浆，注浆采用的浆液为不会硬化的惰性浆液；通过注浆可以减小超前小导管对周围土体13的挤压，从而有效减小超前小导管1对周围土体的扰动；在注浆的过程中可以通过调节各注浆管3的调压阀8，进而调节各注浆区段6的注浆压力。
如图1、3所示，在超前小导管1旋转压入土体13的过程中，根据超前小导管1穿越土体的土体力学性能、地表的隆沉监测结果等，通过液压调节油缸10动态地控制前后可调支座9的位置，以调节冲土喷嘴4与超前小导管1的前端之间的距离；通过动态调节前后可调支座9的位置，可以使得冲土喷嘴4在保持微小扰动的情况下适应各种地质条件的土体。
3）如图1、5、6所示，向超前小导管1内设置钢绞线19并灌入混凝土，待混凝土达到设计中强度后再张拉钢绞线19以形成预应力钢管混凝土；待混凝土硬化后，分别在钢绞线19的两端安装锚具20，锚具20的侧面抵靠在超前小导管1内的混凝土的表面；将超前小导管1制成预应力钢管混凝土，可以极大地提高超前小导管1的刚度。
4）如图1、7所示，将各超前小导管1的前端与后端连接在一起形成位于超前小导管1两端的钢筋混凝土管棚横梁21；具体的，使用钢筋混凝土将各超前小导管1的前端连接在一起形成钢筋混凝土管棚横梁21，同时使用钢筋混凝土将各超前小导管1的后端连接在一起形成所述钢筋混凝土管棚横梁21；位于超前小导管1两端的钢筋混凝土管棚横梁21将所有的超前小导管1连接成管棚可承受水平荷载与竖向荷载的管棚结构，最大限度地减小了顶管施工对顶管上部土体的影响；在钢筋混凝土管棚横梁21施工完成后，分别在各钢筋混凝土管棚横梁21的两端施工钢筋混凝土管棚横梁立柱22；钢筋混凝土管棚横梁立柱22由钢筋混凝土制成，其顶端连接钢筋混凝土管棚横梁21。钢筋混凝土管棚横梁21及钢筋混凝土管棚横梁立柱22与其后面的土体密贴。
本实施例的有益技术效果为：本实施例的施工方法可方便地打入大直径的超前小导管，减小对超前小导管对周围土体的扰动；并通过形成预应力钢管混凝土，最大限度地加大的小导管的刚度；最终通过将小导管连接成整体，并做成可承受水平荷载与竖向荷载的管棚结构，最大限度地减小了顶管施工对顶管上部土体的影响。
Claims (5)
1.一种微扰动顶管施工方法，其特征在于所述施工方法包括以下步骤：将若干根超前小导管水平旋压进土体，旋压过程中利用高压水流将所述超前小导管内土体冲出；向所述超前小导管内设置钢绞线并灌入混凝土，待混凝土达到设计强度后再张拉钢绞线以形成预应力钢管混凝土；将各所述超前小导管的前端以及后端连接在一起形成位于所述超前小导管两端的钢筋混凝土管棚横梁，并在所述钢筋混凝土管棚横梁的两侧施工钢筋混凝土管棚横梁立柱，钢筋混凝土管棚横梁及所述钢筋混凝土管棚横梁立柱与其后面的土体密贴；在旋压所述超前小导管的过程中，向已压入土体中的所述超前小导管的外侧进行注浆；向已压入土体中的所述超前小导管的外侧进行注浆的方法为：所述超前小导管的侧壁开设有若干注浆孔，所述超前小导管沿其轴线方向划分为若干注浆区段；每个所述注浆区段内的所述注浆孔连接有一根注浆管，利用所述注浆管对已压入土体的所述注浆区段的外侧进行注浆；所述超前小导管的前端内部安装有冲土喷嘴；在旋压所述超前小导管的过程中，利用所述冲土喷嘴向进入所述超前小导管前端的土体喷射高压水流形成泥浆，所述泥浆从所述超前小导管的后端开口排出；所述冲土喷嘴通过经一前后可调支座固定于所述超前小导管内，且所述前后可调支座与所述超前小导管内壁之间设置有液压调节油缸，在将所述超前小导管在水平旋压进土体的过程中，根据所述超前小导管穿越的土体的土体力学性能、地表的隆沉监测结果，通过所述液压调节油缸动态地控制前后可调支座的位置，以调节所述冲土喷嘴与所述超前小导管的前端之间的距离；所述冲土喷嘴包括适配管以及旋转喷头。
2.根据权利要求1所述的一种微扰动顶管施工方法，其特征在于所述注浆管上设置有调压阀，在注浆过程中使用所述调压阀调节各所述注浆区段的注浆压力，靠近土体表面的所述注浆区段的注浆压力小于位于所述土体深处的注浆区段的注浆压力。
3.根据权利要求1所述的一种微扰动顶管施工方法，其特征在于所述超前小导管水平旋压到位后，在所述超前小导管内设置至少一根所述钢绞线，所述钢绞线的两端分别从所述超前小导管的前端开口以及后端开口伸出；对所述钢绞线的两端进行张拉，并向所述超前小导管内灌注混凝土；待混凝土硬化后，分别在所述钢绞线的两端安装锚具，所述锚具的侧面抵靠在所述超前小导管内的混凝土的表面。
4.根据权利要求1所述的一种微扰动顶管施工方法，其特征在于在施工所述钢筋混凝土管棚横梁的过程中，使用钢筋混凝土将各所述超前小导管的前端连接在一起形成所述钢筋混凝土管棚横梁，同时使用钢筋混凝土将各所述超前小导管的后端连接在一起形成所述钢筋混凝土管棚横梁；所述钢筋混凝土管棚横梁立柱由钢筋混凝土制成。
5.根据权利要求1所述的一种微扰动顶管施工方法，其特征在于在注浆过程中使用的浆液为惰性浆液。
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| 道路下穿通道箱涵顶进施工技术应用;徐少荣;《建筑知识》;20170228(第4期);第160-162页 |
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