CN107489816A - 采用顶管反拔系统处理顶管顶进遇阻的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用顶管反拔系统处理顶管顶进遇阻的施工方法，属于顶管施工技术领域。所述施工方法，主要步骤为，在接收井中反向顶入套管，使套管的一端套住顶管机机头，并在所述套管保护作用下，在所述顶管机的尾部进行切割，使所述顶管机机头与所述顶管分离；在所述套管中，反向顶入反拔钢管，所述反拔钢管一端位于所述接收井中，另一端与所述顶管机机头焊接；通过设置在接收井中的反拔系统将顶管机机头反拔至接收井中，并将所述套管与切割后留在套管中的顶管机外筒体在切割面处焊接。该施工方法需要较小的动力，对土体扰动小，能够保证施工安全与施工质量，很好地解决了顶管在接收井附近施工遇阻的问题。

Description

采用顶管反拔系统处理顶管顶进遇阻的施工方法

技术领域

本发明涉及一种采用顶管反拔系统处理顶管顶进遇阻的施工方法，属于顶管施工技术领域。

背景技术

顶管施工是继盾构施工之后发展起来的一种地下工程施工方法，主要用于地下进水管、排水管、煤气管、电讯电缆管的施工。顶管施工是通过设置工作井和接收井，利用主顶装置将顶管从工作井推至接收井。

接收井是井筒状的结构物，在施工中会对周围土体产生扰动，通常需要采用搅拌桩加固。在顶管施工至接收井附近时，再次使土体产生扰动，若进洞口位于砂土层，靠较薄的粉质粘土层阻隔承压水，在接收井影响区域内，可能导致微承压水与局部承压水贯通，出现大量流砂现象，为防止接收井失稳或突沉，需要暂停顶管施工，待流砂现象控制后，再次进行顶管施工。

然而，在地层起伏较大，流沙造成地面局部沉陷时，顶管顶进阻力过大，无法继续顶进。传统的解决方法为：在工作井中加固后靠背，更换动力更大的的主顶设备，这不但需要花费较长时间，而且增大了土体再次扰动产生安全风险。因此，亟待需求一种新的施工方法，应对顶管施工中遇到的突发事件导致顶管顶进受阻的施工难题。

发明内容

针对现有技术中，采用在工作井中加固后靠背、更换动力更大的的主顶设备的施工方法，解决顶管施工中遇到的突发事件导致顶管顶进受阻的问题，所存在的花费较长时间、增大了土体再次扰动产生安全风险的技术问题，本发明提供了一种采用顶管反拔系统处理顶管顶进遇阻的施工方法，通过反向顶入套管对顶管机机头进行保护并切割顶管机机头，然后通过反拔钢管与顶管机机头焊接，最后通过反拔系统将顶管机机头反拔至接收井中，并将所述套管与切割后留在套管中的顶管机外筒体在切割面处焊接，使顶管由工作井至接收井贯通。

为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：

一种采用顶管反拔系统处理顶管顶进遇阻的施工方法，所述顶管由工作井至接收井的推进过程中遇阻，所述施工方法包括如下步骤：

S1.在接收井中反向顶入套管，使套管的一端套住顶管机机头，并在所述套管保护作用下，在所述顶管机的尾部进行切割，使所述顶管机机头与所述顶管分离；

S2.在所述套管中，反向顶入反拔钢管，所述反拔钢管一端位于所述接收井中，另一端与所述顶管机机头焊接；

S3.在所述接收井的顶管进洞口两侧设置后靠背，并在所述反拔钢管的管壁上设置钢牛腿，在所述后靠背和所述钢牛腿之间设置千斤顶，驱动所述千斤顶推动所述钢牛腿，将所述顶管机机头通过所述反拔钢管反拔至接收井，并将所述套管与切割后留在套管中的顶管机外筒体在切割面处焊接。

优选为，所述步骤S1中，在反向顶入套管前，通过降压井将地下水降至需要标高。

优选为，所述步骤S1中，所述套管反向顶入包括如下步骤：

S1-1.在所述接收井内与进洞口相反的一侧的井壁上设置后座，并在所述接收井内安装导轨基座，架设千斤顶一；

S1-2.吊装并安放所述套管至所述导轨基座上；

S1-3.驱动所述千斤顶一，使所述套管沿所述接收井至所述工作井方向顶进，并保证所述套管与述顶管同轴心。

优选为，所述步骤S1中，切割所述顶管机机头时，采用堵漏材料封堵切口。

优选为，所述步骤S2中，在所述反拔钢管与所述顶管机机头外筒体之间内侧设置加强筋板。

优选为，所述步骤S3中，为保证所述千斤顶与所述后靠背、钢牛腿处于同一水平面上，在所述千斤顶下方设置千斤顶支撑架。

优选为，所述步骤S3中，在反拔过程中，所述千斤顶行程不足时，在所述千斤顶与所述钢牛腿之间再次焊接所述钢牛腿，进行多轮反拔操作。

优选为，所述步骤S3中，在所述套管与切割后留在套管中的顶管机外筒体之间的焊接处进行防水处理。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：在接收井中反向顶入套管，使套管的一端套住顶管机机头，并在所述套管保护作用下，在所述顶管机的尾部进行切割，使所述顶管机机头与所述顶管分离；在所述套管中，反向顶入反拔钢管，所述反拔钢管一端位于所述接收井中，另一端与所述顶管机机头焊接；通过设置在接收井中的反拔系统将顶管机机头反拔至接收井中，并将所述套管与切割后留在套管中的顶管机外筒体在切割面处焊接；该施工方法需要较小的动力，对土体扰动小，能够保证施工安全与施工质量，很好地解决了顶管在接收井附近施工遇阻的问题。

附图说明

图1为现有技术中顶管由工作井向接收井推进示意图；

图2为本发明一实施例提供的采用顶管反拔系统处理顶管顶进遇阻的施工方法的流程框图；

图3为本发明一实施例中反向顶入套管、反拔钢管示意图；

图4为本发明一实施例中的反拔系统的结构示意图；

图5为本发明一实施例中的反拔系统的俯视图；

图6为图5中沿A-A断面的剖视图；

图7为图5中沿B-B断面的剖视图。

图中标号如下：

工作井101；接收井102；进洞口102a；顶管110；顶管机120；顶管机机头121；切割缝122；主顶系统130；

套管210；反拔钢管220；焊接缝221；后靠背230；钢牛腿240；千斤顶250；千斤顶支撑架251；导轨260。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的采用顶管反拔系统处理顶管顶进遇阻的施工方法作进一步详细说明。结合下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

如图1所示，工作井101中一侧设置有主顶系统130，另一侧为出洞口，顶管110前端设置有顶管机120，顶管机120前端设置有顶管机机头121。顶管110通常包括多个管节，分别通过主顶系统130沿设计路线由工作井101的出洞口向接收井102的进洞口102a推进。接收井102在施工时，对周围土体已产生扰动，在顶管施工至接收井102的进洞口102a附近时，接收井102周围土体再次发生扰动。在承压水阻隔层较薄时，容易导致承压水涌出，为了安全起见，需先暂停顶管110施工，采取降水、堵漏、土体加固等措施。然而，在条件具备，再次进行顶管110施工时，往往出现顶管110阻力过大、无法推进的情形，若采取在工作井101中加固后靠背、更换大推力主顶系统130，不但费时费力，而且增大了土体再次扰动的风险。

请参阅图2，图2为本实施例提供的采用顶管反拔系统处理顶管顶进遇阻的施工方法的流程框图，下面结合图2至图7，对本发明的要点做进一步说明。

本实施例提供一种采用顶管110反拔系统处理顶管110顶进遇阻的施工方法，具体包括如下步骤：

S1.如图3所示，在接收井102中反向顶入套管210，使套管210的一端套住顶管机机头121，并在套管210保护作用下，在顶管机120的尾部进行切割，使顶管机机头121与顶管110分离。

所谓反向是指由接收井102向工作井101方向，这与顶管110由工作井101向接收井102的推进方向相反。

顶管机机头121包含刀盘、电力系统等重要设备，价格昂贵，需要完整移出。在条件允许时，可将顶管机120整体移出，即在顶管机120与顶管110的第一节管节的结合处切割；当反向顶进套管210较为困难时，可仅顶进至套管210包覆顶管机机头121即可，在顶管机机头121临近处切割，形成切割缝122。

由于土体扰动导致承压水涌出，优选为，在反向顶入套管210前，通过降压井将地下水降至需要标高，作为举例，可以将地下水位降至进洞口102a底部以下1m处。另外，套管210的内径稍大于顶管110的外径，使套管210可以套住顶管机机头121，在切割顶管机机头121时，采用堵漏材料封堵切割缝122，如采用棉絮封堵。

其中，套管210反向顶入包括如下步骤：(1)在接收井102内与进洞口102a相反的一侧的井壁上设置后座，并在接收井102内安装导轨260基座，架设千斤顶一；(2)吊装并安放套管210至导轨260基座上；(3)驱动千斤顶一，使套管210沿接收井102至工作井101方向顶进，并保证套管210与顶管机120同轴心。

在顶管机机头121未进洞时，套管210反向顶入过程中，需要同步开挖土体至与顶管机机头121贯通。

S2.如图3所示，在套管210中，反向顶入反拔钢管220，反拔钢管220一端位于接收井102中，另一端与所述顶管机机头121焊接，形成环状焊接缝221。

反拔钢管220反向顶入方法与套管210相同，在套管210的保护下，反拔钢管220反向顶入需要较小动力、操作更容易。

反拔钢管220的外径小于套管210的内径，反拔钢管220可采用与顶管机机头121的外筒体相同截面尺寸，方便反拔钢管220与顶管机机头121焊接。优选为，在反拔钢管220与顶管机机头121外筒体之间设置加强筋板，以强化反拔钢管220与顶管机机头121的外筒体之间的连接。

S3.结合图4至图7所示，在接收井102的进洞口102a两侧设置后靠背230，并在反拔钢管220的管壁上设置钢牛腿240，在后靠背230和钢牛腿240之间设置千斤顶250，千斤顶250设置在千斤顶支撑架251上。驱动千斤顶250可推动钢牛腿240，通过反拔钢板220将顶管机机头121反拔至接收井102，并将套管210与切割后的顶管机120的外筒体在切割缝122处焊接。

所谓反拔，是指在接收井102中，将顶管机机头121拔出，这与正常情况下，通过工作井101中的主顶系统130顶出相区别。

其中，反拔系统主要包括反拔钢管220、设置在反拔钢管220两侧的钢牛腿240、设置在进洞口102a两侧的后靠背230、设置在后靠背230与钢牛腿240之间的千斤顶250，以及导轨260。进一步还可以千斤顶250下方的千斤顶支撑架251，位于导轨260下方的发射架等。

为防止外筒体与套管210之间出现渗水情况，优选为，在套管210与剩余的外筒体之间焊接处进行防水处理。

在反拔过程中，千斤顶250行程不足时，在千斤顶250与钢牛腿240之间设置顶铁，通过多轮反拔，拔出顶管机机头121。

实施例二

结合图4至图7，对上海黄浦江上游某工程顶管施工中遇到的突发情况及解决方案作进一步说明。

该工程的JD04#工作井101→JD06#接收井102施工段，顶管110采用DN3600×9000钢管，壁厚为34mm，外径为3668mm，且顶管机120长度为4500mm，顶管110沿工作井101至接收井102有0.91％的上坡。此时顶管机120刀盘顶出接收井102的进洞口102a达到30cm左右，原本需要继续顶进一节管节，将长4500mm的顶管机120全部顶进接收井102后，将顶管机120割除起吊。

然而，进洞口102a处于粉砂层中，原粉砂层与砂质粉土层之间有一层2m的粉质粘土层，可以压住承压水水头，但因土体扰动，导致微承压水与局部承压水贯通，出现大量流砂现象，并通过顶管机120与进洞口102a之间的缝隙源源不断流入井内。此时若按原计划，还有最后一根9m钢管拼管、焊接及检测时间最快需5小时左右，此时地面已经有裂缝出现。为避免流砂造成地面大规模沉降，为安全起见，需要停止顶进，对顶管机120与穿墙套管之间进行初步封堵，待流砂可控后，准备继续顶进。

但由于地层起伏较大，流沙时间较长，造成地面产生局部沉陷，最后一节管节开始顶进时发现顶力过大，无法继续顶进，需增强后座配置及配套设备，将花费更长时间，增大了施工的安全凤险，因此需要通过采取措施处理留置的顶管机120，以满足后续管道的贯通。

由于顶管机120费用昂贵，需要将顶管机120安全拔出，同时为降低土体扰动，又能保证顶管110由工作井101至接收井102贯通，采取如下方案：

第一步，反向顶入DN3700套管210。由于顶管110外径为3668mm，且本顶管110段顶管机120长度为4500mm，故套管210可以选用规格为DN3700×6000的钢管。

在顶入套管210之前，需将地下水位降至设计标高。然后，在JD06#接收井102内，沿JD06#→JD04#方向设置后座、架设千斤顶一、安装导轨260基座，并吊装安放DN3700管节，待凿除顶管机机头121与进洞口102a之间的封堵后开始顶进。此处的后座、千斤顶一、导轨，可称为反顶系统，其中的导轨可与反拔系统共用。

由于之前的流砂作用，造成阻力较大，顶进较为困难。DN3700套管2106米管节经实际操作顶进约4.5米后便再难顶进，根据测量基本能满足覆盖顶管机机头121，为保留一部分两管相互搭接长度，可割除安全位置选为离机头尾端550mm处，此处无顶管机机头121内部核心构件，可以满足机头割除要求，因此采用在顶管机机头121尾端保留约550mm的方式进行切割。

第二步，设置反拔钢管220，并将反拔钢管220与顶管机机头121的外筒体焊接。顶管机机头121被切割后，顶管机120位于接收井102中的部分只有30cm左右，因此需要布置一节反拔钢管220作为传力管，现场采用DN3600×6000钢管作为反拔钢管220，反拔钢管220与顶管机120外筒体具有相同外径和内径。

因套管210位于接收井102中的部分为1.5m，而顶管机机头121位于接收井102中的部分约为30cm，故反拔钢管220与顶管机机头121的外筒体之间焊接工作，在套管210内完成，因此只能在反拔钢管220内壁上进行焊接，为了加强焊缝强度，在顶管机120的外筒体内侧与DN3600反拔钢管220的内壁上焊接多块加强筋板，并保证焊缝满足反拔要求。

第三步，利用反拔系统拔出顶管机机头121，并将套管210与切割后留在套管中的顶管机120外筒体焊接。在进洞口102a左右两侧设置后靠背230，在DN3600传力管左右两侧焊接钢牛腿240，并保证钢牛腿240与后靠背230在同一水平面上，随后安装200T千斤顶250左右各1只，2只千斤顶250的油路一同接到地面油泵站，协同操作，为保证千斤顶250与钢牛腿240、后靠背230在同一水平面上，设置千斤顶支撑架251。由于千斤顶250工作距离有限，而顶管机120割除后的长度为4500mm，需要多个行程，在操作中可通过多次焊接钢牛腿240传力，进行多轮反拔。

为保证顶管110由工作井101至接收井102贯通，需将套管210留在土体中。同时为防止渗水，需将套管210与切割后剩余顶管机120外筒体焊接，并在焊接处进行防水处理。

本实施例中，在顶管110顶进中出现突发状况时，首先保证施工安全。并以减少施工对周围环境的影响为目标，降低二次损失。本施工案例采用顶管110反拔系统处理顶管110顶进遇阻的施工方法，对周围环境影响小，安全性高，为以后同类工程碰到类似情况，提供一种可行的解决方法。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (8)

1.一种采用顶管反拔系统处理顶管顶进遇阻的施工方法，所述顶管由工作井至接收井的推进过程中遇阻，其特征在于，所述施工方法包括如下步骤：

S1.在接收井中反向顶入套管，使套管的一端套住顶管机机头，并在所述套管保护作用下，在所述顶管机的尾部进行切割，使所述顶管机机头与所述顶管分离；

S2.在所述套管中，反向顶入反拔钢管，所述反拔钢管一端位于所述接收井中，另一端与所述顶管机机头焊接；

S3.在所述接收井的顶管进洞口两侧设置后靠背，并在所述反拔钢管的管壁上设置钢牛腿，在所述后靠背和所述钢牛腿之间设置千斤顶，驱动所述千斤顶推动所述钢牛腿，将所述顶管机机头通过所述反拔钢管反拔至接收井，并将所述套管与切割后留在套管中的顶管机外筒体在切割面处焊接。

2.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述步骤S1中，在反向顶入套管前，通过降压井将地下水降至需要标高。

3.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述套管反向顶入包括如下步骤：

S1-1.在所述接收井内与进洞口相反的一侧的井壁上设置后座，并在所述接收井内安装导轨基座，架设千斤顶一；

S1-2.吊装并安放所述套管至所述导轨基座上；

S1-3.驱动所述千斤顶一，使所述套管沿所述接收井至所述工作井方向顶进，并保证所述套管与述顶管同轴心。

4.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述步骤S1中，切割所述顶管机机头时，采用堵漏材料封堵切口。

5.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述步骤S2中，在所述反拔钢管与所述顶管机机头外筒体之间内侧设置加强筋板。

6.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述步骤S3中，为保证所述千斤顶与所述后靠背、钢牛腿处于同一水平面上，在所述千斤顶下方设置千斤顶支撑架。

7.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述步骤S3中，在反拔过程中，所述千斤顶行程不足时，在所述千斤顶与所述钢牛腿之间再次焊接所述钢牛腿，进行多轮反拔操作。

8.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述步骤S3中，在所述套管与切割后留在套管中的顶管机外筒体之间的焊接处进行防水处理。