CN107940099B - 环保分割长距离机械顶管施工方法 - Google Patents

环保分割长距离机械顶管施工方法 Download PDF

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    • F16L1/024—Laying or reclaiming pipes on land, e.g. above the ground
    • F16L1/028—Laying or reclaiming pipes on land, e.g. above the ground in the ground

Abstract

本发明涉及一种环保分割长距离机械顶管施工方法。本发明在顶管过程中准确控制轴线方向，在顶力计算时，充分考虑中间井位置，将井段间距指标纳入总顶力计算中综合考虑，在管道彻底贯通前，顶进的最后几节时，将中继间启动，使其处于伸长状态，通过测量定位中继间实际位置，并且微调中间井设计位置，让中继间与中间井位置完全重合，做好护壁井安全防护，改装中继间，使其具备自动收缩的功能，自动从主管道两端脱落，减少管道破除带来的诸多不便。本发明应用于市政地下排水管线，顶推式综合管线，带有中继间的长距离大型管道施工。

Description

环保分割长距离机械顶管施工方法
技术领域
本发明涉及一种环保分割长距离机械顶管施工方法。
背景技术
随着中国城镇化建设加快，建于城市地下的市政公用管线作为城市的重要基础设施之一，其在城市发展过程中具有十分重要的意义。所以需要努力提升市政管道的施工技术，确保与城市的发展能够相互匹配，加快市政管道工程的建设。市政管道作为城市居民正常生产和生活的基础性条件，对于城市的可持续发展具有极为重要的意义。
由于在市政工程施工过程中，无法提供足够的工作面，一般情况下都要进行长距离顶管，中间检查井采用反开挖小的护臂井来实现，在这个过程中不经会用到大量的中继间，还会在每个中间检查井的位置都需要破除连接管道，以破除中间检查井位置的管道实现管道分割，制作检查井，不仅会造成中继间的浪费，还会制造大量的建筑垃圾，施工工期较长，减轻由支护时间延长带来的安全隐患。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能够实现中继间的重复利用，降低了施工成本，并且高效、安全、环保的分割了长距离机械顶管的环保分割长距离机械顶管施工方法。
本发明环保分割长距离机械顶管施工方法，包括：
施工准备：探明地质情况，综合后背墙承载界限、管材机械、调整中继间数量及位置，使得管道贯通后中继间位置与检查井位置相重合；
测量放样：控制点采用中纬GPS静态测量，高程采用DSZ2型水准仪控制测量；
工作井制作：根据地质概况选择工作井的形式，计算工作井的尺寸、形状；
计算中继间位置并改装、安装：改装中继间内部，使中继间具备可收缩能力，达到自动与主管道脱节，中继间内部改装包括：在中继间固定节上呈十字状安装4台10T千斤顶，用于与管道脱落使用；在中继间外侧做吊装点，即在伸缩节与固定节的外端头部位；在中继间内部，伸缩节与国定节设置用于吊链的固定孔两对，用于水平固定；中继间安装，通过对井位间距的精确计算，与顶力相结合后，在井位间距处安放中继间；
中继间到达检查井位置：计算放样管道顶进长度和轴线位置，在计算位置加设中继间，使中继间达到检查井位，先使中继间处于伸长状态，然后中继间进行收缩，顺利与管道脱节，中继间另一端，加设千斤顶，千斤顶顶力方向与整体管道方向相反，启动千斤顶后，达到与管道脱节的效果；在中继间外设置吊装点，利用起吊设备将管道内中继间安全提升，并且在空隙位置制作检查井；
中继间回收：利用改装后的中继间在开挖后的中间井位置，自动脱落，让出检查井位置，用于制作检查井；
检查井浇筑：根据设计井位尺寸，进行检查井的垫层、井底、井壁进行施工。
进一步地，中继间的安装时间，是根据管道总顶力估算值的百分比计算的，总顶力估算采用如下公式：
F0＝πD1Lfk+NF
式中：F0——总顶力标准值(KN)；
D1——管道的外径(m)；
L——管道设计顶进长度(m)；
fk——管道外壁与土的平均摩阻力(kN/m2)；
NF——顶管机的迎面阻力(kN)；
当估算总顶力大于管节允许顶力设计值或者工作井允许顶力设计值时，应设置中继间。
进一步地，所述的测量放样包括：
对控制点进行复测校核，校核采用中纬Zen ith10GPS；
依据控制点作为首级及控制点，进行控制点加密，控制点之间距离不大于500m，距管道线轴线两侧50～200m以内，点之间至少有两个点通视；对所有GPS控制点的埋设选好位置后，先挖30CM深的桩孔，然后将带20CM长十字丝的铜质标芯固定在桩孔内，用长30CM直径为10CM的钢护筒加以保护，浇筑混凝土，保证标芯高于混凝土面5-10MM，养护保护；
制定详细的GPS静态布控方案，加密点外业观测时间不小于120min，测量完成后采用专业的GPS数据处理软件进行处理，在加密网中最弱相对误差控制在1/100 000，基线边方向中误差不大于1.7＂，空间三维无约束平差后，全网最弱边边长相对中误差为小于5ppm，平面二维约束平差后，全网最弱边边长相对误差小于10ppm；高程采用苏式DSZ2型水准仪进行测设闭合差不大于
进一步地，在顶管工作井第一板混凝土浇筑完成后，在护臂四周埋置控制点。
进一步地，顶管坑四周应设置防护措施，设立护栏，护栏高度不小于1.2m
借由上述方案，本发明环保分割长距离机械顶管施工方法至少具有以下优点：
1、中继间做为防止组合千斤顶合力大于管材极限承载力的设备，在整个使用过程中只有主动伸长，被动压缩，实现顶管工程中的继续发力装置，在长距离顶管中是不可避免的，通过对中继间的改装使其自身除了具备主动伸长功能，还具备主动收缩的功能。有效回收部分中继间，实现了中继间的重复利用，降低了施工成本，并且高效、安全、环保的分割了长距离机械顶管，大幅度缩短施工工期。改装中继间使其自身除了具备主动伸长功能，还具备主动收缩的功能。
2、在管道彻底贯通前，在管道彻底贯通前，通过精确计算中间井长度，在顶进的最后几节管道时，将中继间启动，使其处于伸长状态，通过测量定位中继间实际位置，在地面上准确放样，开挖护臂井在开挖到中继间后，通过改装后的中继间自动收缩功能实现管道自动脱落，避免破除管节。
3、护臂井施工完成后，中继间充分暴露后，在中继间外壁上预留用吊装点，同时在中继间内侧采用手动吊链将中继间固定为一个整体，让伸缩节与固定节紧密连接，不能出现晃动。
4、适用范围广，为复杂地质环境下的顶管工程施工，为顶管工程开辟了新的施工领域。施工过程中对周围施工工作面要求较小，保护周围环境，并且真正的达到了短、平、快的施工理念。符合市政行业向标准化、工具化、节能化的发展趋势。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明环保分割长距离机械顶管施工方法流程图；
图2是本发明环保分割长距离机械顶管施工方法的测量放样示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明中继间做为防止组合千斤顶合力大于管材极限承载力的设备，在整个使用过程中只有主动伸长，被动压缩，实现顶管工程中的继续发力装置，在长距离顶管中是不可避免的，通过对中继间的改装使其自身除了具备主动伸长功能，还具备主动收缩的功能。
在管道彻底贯通前，在管道彻底贯通前，通过精确计算中间井长度，在顶进的最后几节管道时，将中继间启动，使其处于伸长状态，通过测量定位中继间实际位置，在地面上准确放样，开挖护臂井在开挖到中继间后，通过改装后的中继间自动收缩功能实现管道自动脱落，避免破除管节。
实施例1
本发明环保分割长距离机械顶管施工方法的一较佳实施例，包括：
施工准备：充分收集施工现场地质特征，水文资料，工程地质概括，依据设计文件，综合制定施工计划施工顺序，编制施工进度计划，制定施工方法，设计施工平面布置图，编制相关的技术措施，其中包括进出洞措施，顶管机的定向和水平测量方法，测量数据的分析，减阻措施，通风、供电、通讯、中继间的计算，防止地面隆起、沉降和对周边挤压的控制，选择顶管设备的型号、规格、性能和数量。
测量放样：对控制点进行复测校核，校核采用中纬Zenith10GPS；工作井制作：根据地质概况选择工作井的形式，计算工作井的尺寸、形状，因中继间工作长度为1m-1.5m，工作井顶进方向尺寸应大于1.5m。除做好安全支护外，除做好安全支护外，还应当根据顶管机遭遇岩层的强度计算好后座的强度、厚度，后座面的角度等工作，靠背平面应当与管道设计轴线相互垂直，确保在顶进过程中，后座提供给动力系统的反作用力，传输至管节截面受力均匀，防止出现传力面一侧应力为零，另一侧压应力为最大受力模式，从而导致的管道偏移。
计算中继间位置并改装、安装：中继间改装，安装主动收缩千斤顶，在中继间固定节上呈十字状安装4台10T千斤顶，用于与管道脱落使用。在中继间外侧做吊装点，即在伸缩节与固定节的外端头部位。在中继间内部，伸缩节与国定节设置用于吊链的固定孔两对，用于水平固定。中继间安装，通过对井位间距的精确计算，与顶力相结合后，在井位间距处安放中继间。
中继间到达检查井位置：准确计算放样管道顶进长度和轴线位置，在计算位置加设中继间，使中继间准确达到检查井位。先使中继间处于伸长状态，然后中继间进行收缩，顺利与管道脱节，中继间另一端，加设千斤顶，千斤顶顶力方向与整体管道方向相反，启动千斤顶后，达到与管道脱节的效果，并回收中继间；中继间外设置吊装点，利用起吊设备将管道内中继间安全提升，并且在空隙位置制作检查井。利用改装后的中继间在开挖后的中间井位置，自动脱落，让出检查井位置，用于制作检查井，中继间可以重复使用，达到了节约材料，环保要求。
检查井浇筑：检查井浇筑：根据设计井位尺寸，进行检查井的垫层、井底、井壁进行施工。
本实施例实现了在中继间有效回收再利用，打破了中继间零回收的现象，并且通过改装中继间，环保、高效的将长距离管线快速分割，不仅降低了施工难度，缩短了施工工期，经济效益显著。准确计算总顶力，调整中继间位置，使中继间与检查井位置重合。根据设计图纸准确计算检查井尺寸，利用中继间自伸缩功能，使得中继间两端管道间距满足检查井尺寸。简单改装中继间内部，使其具备可收缩能力，达到自动与主管道脱节。在顶管过程中时刻掌握顶管机机头迎面地质情况，计算中继间前所有管道受到的共同阻力。控制顶管顶进过程中的轴线位置，实时掌握其顶进过程中的管道真实走向。在中继间外设置吊装点，利用起吊设备将管道内中继间安全提升，并且在空隙位置制作检查井。
本实施例将利用改装后的中继间在市政管网中，真正的实现了中继间的反复利用，中间井管道零破除，减少了管道破除这个工序，缩短了工期，大幅度缩短了护臂井的支护时间，提高了安全性，减少了建筑垃圾的产生，实现了环保施工。
分别计算不同地质影响范围，计算同一种地质顶进长度，根据地质情况判断组合千斤顶各阶段的受力状态，综合考虑顶管过程中各种突发情况和不利因素，并且计算中继间的加入时间，修订原来规范中提出的第一节中继间加入时间为40％的富裕顶力，以后每节中继间加入时间为主顶力的30％的经验规定，通过力学建模准确计算，将中继间的位置与中间井的位置相结合，即使零破除，又实现中继间的有效回收重复利用。
实施例2
本实施例环保分割长距离机械顶管施工方法，在实施例1的基础上，关键点在测量控制系统和顶力系统，测量系统直接影响管道走向，是否偏离管道轴线，以及管道贯通之后中继间的准确位置，顶力系统的顶力估算直接影响着顶管的成败。
中继间的安装时间，是依靠管道总顶力估算值的百分比计算的，总顶力估算采用
F0＝πD1Lfk+NF
式中：F0——总顶力标准值(KN)；
D1——管道的外径(m)；
L——管道设计顶进长度(m)；
fk——管道外壁与土的平均摩阻力(kN/m2)；
NF——顶管机的迎面阻力(kN)。
不同端口的顶管机头的迎面阻力计算可按下表选用
注：1、Dg——顶管机外径(m)
2、R——挤压阻力(kN/㎡)，可取R＝300～500kN/㎡.
当估算总顶力大于管节允许顶力设计值或者工作井允许顶力设计值时，应设置中继间。
实施例3
本实施例本实施例环保分割长距离机械顶管施工方法，在实施例2的基础上，如图2所示，图中标芯1、地面2、现浇砼3。对控制点进行复测校核，校核采用中纬Zenith10GPS，动态校核确保甲方提供的控制点精度满足规范要求，在满足规范要求。
依据控制点作为首级及控制点，进行控制点加密，控制点之间距离不宜大于500m，距管道线轴线两侧50～200m以内，点之间至少有两个点通视。对所有GPS控制点的埋设选好位置后，先挖30CM深的桩孔D，然后将带20CM长十字丝的铜质标芯固定在桩孔内，用长30CM直径为10CM的钢护筒加以保护，浇筑混凝土，保证标芯高于混凝土面5-10MM，养护保护。
制定详细的GPS静态布控方案，加密点外业观测时间不小于120min，测量完成后采用专业的GPS数据处理软件进行处理，在加密网中最弱相对误差控制在1/100 000，基线边方向中误差不大于1.7＂，空间三维无约束平差后，全网最弱边边长相对中误差为小于5ppm，平面二维约束1)对甲方提供的控制点进行复测校核，校核采用中纬Zenith10GPS，动态校核确保甲方提供的控制点精度满足规范要求，在满足规范要求。
依据甲方提供控制点作为首级及控制点，进行控制点加密，控制点之间距离不宜大于500m，距管道线轴线两侧50～200m以内，点之间至少有两个点通视。对所有GPS控制点的埋设选好位置后，先挖30CM深的桩孔，然后将带20CM长十字丝的铜质标芯固定在桩孔内，用长30CM直径为10CM的钢护筒加以保护，浇筑混凝土，保证标芯高于混凝土面5-10MM，养护保护。
制定详细的GPS静态布控方案，加密点外业观测时间不小于120min，测量完成后采用专业的GPS数据处理软件进行处理，在加密网中最弱相对误差控制在1/100 000，基线边方向中误差不大于1.7＂，空间三维无约束平差后，全网最弱边边长相对中误差为小于5ppm，平面二维约束平差后，全网最弱边边长相对误差小于10ppm。高程采用苏式DSZ2型水准仪进行测设闭合差不大于
平差后，全网最弱边边长相对误差小于10ppm。高程采用苏式DSZ2型水准仪进行测设闭合差不大于
上述各实施例中，在护臂四周埋置控制点时间，应控制在顶管工作井第一板混凝土浇筑完成，此时坑内底距离控制点不高，便于操作。顶管坑四周应设置防护措施，设立护栏，护栏高度不小于1.2m。
本发明采用本方法在一定程度上修订原来规范中提出的第一节中继间加入时间为40％的富裕顶力，以后每节中继间加入时间为主顶力的30％的经验规定，通过力学建模准确计算，将中继间的位置与中间井的位置相结合，即使零破除，又实现中继间的有效回收重复利用。该方法的推广可以为顶管中继间使用时提供一种思路，以往在井位处只能对管道进行破除，存在一定的安全风险，破除管道口质量差，施工工期长，为了直观反映环保分割长距离机械顶管施工带来的经济效益，将通过人员投入、设备投入、材料投入与破除管道进行分析对比。
每延米破除管道与环保分割造价分析对比表
环保分割 破除管道
人员费用 400元 800元
设备费用 400元 800元
材料费用 700元 1500元
该方法经济效益显著，环保节能、与检查井处破除管道有着绝对的优势。
环保分割长距离机械顶管施工不仅仅有着显著的经济效益，而且社会与环境效益方面同样有着喜人的表现，有效回收部分中继间，实现了中继间的重复利用，降低了施工成本，并且高效、安全、环保的分割了长距离机械顶管，大幅度缩短施工工期。对周围环境可以接近零破坏，环境效益显著。
本发明的测量仪器：
水准仪
1、水准测量采用苏州一光生产的DSZ2水准仪，其标称精度：每公里往返测量偏差为±1.5mm。
2、一对5m塔尺
3、两个尺垫
全站仪ZTS602S性能特点
型号 全站仪ZTS602S技术指标
角度测量(Hz、V)
测角原理 绝对编码
最小读数 1"
测角标准 2"
望远镜
放大倍数 30x
视场角 1°30(26m/1km)
最短视距 1.7m
十字丝 照明
补偿器
系统 电子双轴液体补偿器
工作范围 ±4
补偿精度 1"
距离测量(IR)
测程使用单棱镜大气一般/好 3000m/3500m
使用反射片(60mm×60mm) 250m
测距精度(精测/粗测/跟踪) 2mm+2ppm/5mm+2ppm/5mm+2ppm
测距时间(精测/粗测/跟踪) 2mm+2ppm/5mm+2ppm/5mm+2ppm
中纬Zenith10 GPS
全球定位系统，产品参数：，中纬Zenith10GPS全球定位系统实时动态(RTK)高程精度±(20+1×10-6×D)mm，再捕获L1<0.5s；L2<1s，中纬Zenith10GPS全球定位系统输入电压：7.4V/2.2AH可充电锂电池两节，工作时可自动切换，且在工作时外可接12V直流电源，通道传输速率：19200bps，GLONASS：L1C/A,L1P,L2C/A,L2P，GPS定位输出：1Hz、2Hz、5Hz、10Hz、20Hz和50Hz定位输出(默认10Hz)，中纬Zenith10 GPS全球定位系统I/O接口蓝牙，USB，RS232数据链电台功率1-25W可调节，信道可设置CDMA/GPRS内置通讯模块，220通道GPS：L1C/A,L2E,L2C,L5，中纬Zenith10 GPS全球定位系统L-band:OmniSTAR,QZSS(日本准天顶卫星系统)北斗Compass。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种环保分割长距离机械顶管施工方法，其特征在于，包括：
施工准备：探明地质情况，综合后背墙承载界限、管材机械、调整中继间数量及位置，使得管道贯通后中继间位置与检查井位置相重合；
测量放样：控制点采用中纬GPS静态测量，高程采用DSZ2型水准仪控制测量；
工作井制作：根据地质概况选择工作井的形式，计算工作井的尺寸、形状；
计算中继间位置并改装、安装：改装中继间内部，使中继间具备可收缩能力，达到自动与主管道脱节，中继间内部改装包括：在中继间固定节上呈十字状安装4台10T千斤顶，用于与管道脱落使用；在中继间外侧做吊装点，即在伸缩节与固定节的外端头部位；在中继间内部，伸缩节与固定节设置用于吊链的固定孔两对，用于水平固定；中继间安装，通过对井位间距的精确计算，与顶力相结合后，在井位间距处安放中继间；
中继间到达检查井位置：计算放样管道顶进长度和轴线位置，在计算位置加设中继间，使中继间达到检查井位，先使中继间处于伸长状态，然后中继间进行收缩，顺利与管道脱节，中继间另一端，加设千斤顶，千斤顶顶力方向与整体管道方向相反，启动千斤顶后，达到与管道脱节的效果；在中继间外设置吊装点，利用起吊设备将管道内中继间安全提升，并且在空隙位置制作检查井；
中继间回收：利用改装后的中继间在开挖后的中间井位置，自动脱落，让出检查井位置，用于制作检查井；
检查井浇筑：根据设计井位尺寸，进行检查井的垫层、井底、井壁进行施工。
2.根据权利要求1所述的环保分割长距离机械顶管施工方法，其特征在于，中继间的安装时间，是根据管道总顶力估算值的百分比计算的，总顶力估算采用如下公式：
F0＝πD1Lfk+NF
式中：F0——总顶力标准值(KN)；
D1——管道的外径(m)；
L——管道设计顶进长度(m)；
fk——管道外壁与土的平均摩阻力(kN/m2)；
NF——顶管机的迎面阻力(kN)；
当估算总顶力大于管节允许顶力设计值或者工作井允许顶力设计值时，应设置中继间。
3.根据权利要求1所述的环保分割长距离机械顶管施工方法，其特征在于，所述的测量放样包括：
对控制点进行复测校核，校核采用中纬Zenith10GPS；
将复测校核后的控制点做为首级及控制点，进行控制点加密，控制点之间距离不大于500m，距管道线轴线两侧50～200m以内，点之间至少有两个点通视；对所有GPS控制点的埋设选好位置后，先挖30CM深的桩孔，然后将带20CM长十字丝的铜质标芯固定在桩孔内，用长30CM直径为10CM的钢护筒加以保护，浇筑混凝土，保证标芯高于混凝土面5-10MM，养护保护；
制定详细的GPS静态布控方案，加密点外业观测时间不小于20min，测量完成后采用专业的GPS数据处理软件进行处理，在加密网中最弱相对误差控制在1/100000，基线边方向中误差不大于1.7＂，空间三维无约束平差后，全网最弱边边长相对中误差小于5ppm，平面二维约束平差后，全网最弱边边长相对误差小于10ppm；高程采用苏式DSZ2型水准仪进行测设闭合差不大于其中L为管道设计顶进长度(m)。
4.根据权利要求1所述的环保分割长距离机械顶管施工方法，其特征在于，在顶管工作井第一板混凝土浇筑完成后，在护臂四周埋置控制点。
5.根据权利要求1所述的环保分割长距离机械顶管施工方法，其特征在于，顶管坑四周应设置防护措施，设立护栏，护栏高度不小于1.2m。
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