CN108104828A - 一种顶管机直接磨除洞门的进出洞方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种顶管机直接磨除洞门的进出洞方法，属于建筑工程技术领域，用于解决顶管机穿越河道、堤岸或其他特殊构筑物等，沉井到位时遇到承压水，流砂严重，致使沉井底板采用了水下封底，常规的旋喷桩加固法、SMW工法以及冷冻法均不能实施或者实施效果不佳的情况下，人工凿除封堵墙法给顶管安全出洞带来了较大的安全风险。本发明提供的顶管机直接磨除洞门的进出洞方法，采用不凿除封堵墙，用顶管机直接磨除洞门钢筋混凝土或素混凝土封堵墙，于顶管机大刀盘上焊接硬质钨钢刀，将钢筋混凝土封堵墙磨碎后出洞。前述方法成功磨除掉350mm厚C30钢筋混凝土封堵墙，成功完成了对工作井和接收井的进出洞穿墙，顺利完成了本段顶管施工。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，特别涉及一种顶管机直接磨除洞门的进出 洞方法。
背景技术
某原水工程顶管需穿越河道，顶管主要穿越灰色淤泥质黏土层，极少零星 的顶管穿越灰色粉砂层。其中灰色淤泥质黏土层呈流塑状态，含云母，有机质， 偶夹薄层粉土；灰色粉砂层主要分布于灰色淤泥质黏土层底部，含云母，夹少 量黏性土，呈稍密～中密状态，该层土易产生坍塌、流砂、管涌现象。在本工 程中顶管区间以小于45度的锐角斜穿河道，河道宽约100m水深约3.3m，淤 泥厚度0.5～0.7m，顶管穿越范围约为112m。由于在沉井下沉到位时底板遇到 承压水，流砂严重，致使沉井底板采用了水下封底。因此，采用常规的旋喷桩作为进、出洞口的地基加固，会因时间较短且受承压水及流砂层的影响，而无 法实现顶管的安全进、出洞。而且，若采用常规的人工凿除封堵墙的进出洞方 案，将会因为井外的流砂大量涌入井内，造成塌方存在严重的安全隐患。如采 用冷冻法施工，则成本高，施工工期长，无法满足顶管进度，同时冷冻法的工 后沉降不容忽视。
因此，如何提供一种工期短、成本低且能保证顶管正常进出洞的顶管机直 接磨除洞门的进出洞方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种顶管机直接磨除洞门的进出洞方法，以满足 混凝土曲线顶管顶进时，其弯曲弧度符合规范要求。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
顶管机直接磨除洞门的进出洞方法，选择泥水平衡式顶管机，并采用顶管 机直接磨除洞门钢筋混凝土封堵墙，包括如下步骤：
步骤一：顶管机出洞止水措施选择由密封圈和盘根止水组成的双道穿墙止 水结构；
步骤二：在顶管机刀盘面板上焊接硬质钨钢刀；
步骤三：磨除封堵墙洞门时，顶进速度控制在2cm/h，在磨除封堵墙时将 刀盘转速控制在1r/min，顶管进入土层中正常顶进时刀盘转速为2.146r/min， 泥水压力其中，Ea为主动土压力强度，Ep为被动土 压力强度；并通过出泥管及时清理磨除封堵墙产生的废渣；
步骤四：顶管轴线偏差控制在预留洞允许偏差范围内，再进行磨墙进洞施 工，进洞磨除钢筋混凝土封堵墙洞门时，将出泥管临时拆除，将渣土直接接入 土箱。
进一步地，所述步骤一中还包括挡土板。
进一步地，所述步骤二的钨钢刀为18把，呈3根条幅式、均匀对称分布。
进一步地，所述钨钢刀与刀盘采用气焊黄铜钎焊连接。
进一步地，所述主动土压力强度Ea计算公式为：
其中，h为管道中心埋深，灰色淤泥质 黏土层，重度γ＝17KN/m3,内摩擦角φ＝14°，粘聚力c＝12kpa。
进一步地，所述被动土压力强度Ep计算公式为： 其中，h为管道中心埋深，灰色淤泥质 黏土层，重度γ＝17KN/m3,内摩擦角φ＝14°，粘聚力c＝12kpa。
进一步地，顶管机进出洞口预留封门采用厚度为350mm现浇钢筋混凝土 结构。
进一步地，清理废渣时，磨碎的混凝土和钢筋渣通过出泥管排出，并由土 箱运至地面。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
本发明提供的顶管机直接磨除洞门的进出洞方法，采用不凿除封堵墙，而 是用顶管机直接磨除洞门钢筋混凝土封堵墙，并在平板式泥水平衡顶管机大刀 盘上焊接硬质钨钢刀，以提高其切削混凝土的能力，将钢筋混凝土封堵墙磨碎 后出洞的方法。该方法安全性高，成本合适，可以满足顶管工期。顶管进出洞 采用该方法成功磨除掉350mm厚C30钢筋混凝土封堵墙，完成了对工作井和 接收井的进出洞穿墙，顺利完成了本段顶管施工，大大降低了进出洞口的安全 风险。顶管机直接磨除洞门的进出洞方法对于遇到复杂的不利土层或特殊工况 条件下的穿墙亦具有参考价值。
附图说明
图1是本发明一实施例的顶管机直接磨除洞门的进出洞方法中穿墙止水 结构的示意图；
图2是本发明一实施例的顶管机直接磨除洞门的进出洞方法中刀盘的结 构示意图。
图中：
1-密封圈，2-止水环板，3-刀盘，4-钨钢刀。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的顶管机直接磨除洞门的进出 洞方法作进一步详细说明。根据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。为叙述方便，下文中所述 的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的 限制。
实施例一
本实施例中泥水平衡面板式顶管机直径DN3600mm，长度380.42m，覆 土厚度约为16.62～15.81m。前述顶管机以约35°角斜穿河道，穿越范围约为 112m。根据工程探测得知，顶管机管顶与定位桩之间距离为0.9m。
由于在沉井下沉到位时底板遇到承压水，流砂严重，致使沉井底板采用了 水下封底。本段顶管进出洞采用常规的旋喷桩加固，出洞口的地基加固因时间 较短且受承压水及流砂层的影响，达不到原有效果。这种情况下采用常规的人 工凿除封堵墙，井外的流砂大量涌入井内，造成塌方存在严重的安全隐患。如 采用冷冻法施工，成本高，施工工期长，无法满足顶管进度。发明人发现不凿 除封堵墙，而是用顶管机直接磨除洞门钢筋混凝土封堵墙，并在平板式泥水平 衡顶管机大刀盘上焊接硬质钨钢刀，以提高其切削混凝土的能力，将C30钢 筋混凝土封堵墙磨碎后出洞。采顶管机直接磨除洞门钢筋混凝土封堵墙的进出洞方法技术安全性高，成本合适，可以满足顶管工期。
下面结合图1和图2详细说明本发明的顶管机直接磨除洞门的进出洞方 法。该方法包括如下步骤：
步骤S1顶管机出洞止水措施选择由密封圈1和盘根止水、止水环板2组 成的双道穿墙止水结构；
步骤S2在顶管机刀盘3面板上焊接硬质钨钢刀4；
步骤S3磨除封堵墙洞门时，顶进速度控制在2cm/h，在磨除封堵墙时将 刀盘转速控制在1r/min，顶管进入土层中正常顶进时刀盘转速为2.146r/min， 泥水压力其中，Ea为主动土压力强度，Ep为被动 土压力强度；并通过出泥管及时清理磨除封堵墙产生的废渣；
步骤S4顶管轴线偏差必须控制在预留洞允许偏差范围内，方可进行磨墙 进洞施工，进洞磨除钢筋混凝土封堵墙洞门时，将出泥管临时拆除，将渣土直 接接入土箱。
具体来说，泥水平衡式顶管机完成河道的穿越需要选择合适的出洞止水措 施，顶管机的进出洞是顶管施工的关键工序，一旦出洞发生问题，则极易造成 洞门渗漏水，造成水土流失，引起周围地面沉降、还会导致触变泥浆渗漏。进、 出洞止水装置一直作为顶管进出洞的重要止水措施。在本实施例中顶管机采用 止水效果良好的改进型穿墙止水法兰结构，该结构设计有橡胶圈和牛油盘根双 道止水，并增设了挡土板，而且盘根止水长距离顶进磨损后可进行更换。
特别地，为了保证顺利进行磨除钢筋混凝土封堵墙的施工，在磨钢筋混凝 土封堵墙前需要对顶管机刀盘进行改造。具体包括：将泥水平衡式顶管机刀盘 3拆除，放置在平整地面上，在原刀盘3面板上加焊18把硬质钨钢刀4(由2 把小型硬质钨钢刀组合而成。小型硬质钨钢刀4呈3根条幅式、均匀对称分布。 通过采用硬质钨钢刀4耐磨刀具，以利于更好地切削钢筋混凝土封堵墙。在焊 接时，硬质钨钢刀4与刀盘3采用气焊黄铜钎焊。
顶管机磨封堵墙施工，最大的风险在于地表沉降的控制，做好地表沉降控 制主要是做好泥水压力和顶管机姿态的控制工作，且应加强顶进施工参数的控 制。顶管机进出洞口预留封门采用厚度为350mm现浇钢筋混凝土结构。顶管 机磨除封堵墙施工时，控制泥水压力为理论计算泥水压力+0.01～0.02Mpa。
较佳地，顶进速度控制上，在顶进至封堵墙时放慢顶进速度，顶进速度控 制在2cm/h左右，减少对顶管机内部设备的损坏。正常顶进时刀盘转速为 2.146r/min，在磨封堵墙时将刀盘转速控制在1r/min,减小顶管机电机和主轴的 发热。
特别地，泥水压力计算如下：管道中心埋深ht(即下述公式中的h)取最 大埋深16m，水压力比管道中心埋深ht小0.5米。因管道上覆土层主要为灰色 淤泥质粘土层，在土压力计算时考虑以此层土作为计算依据；灰色淤泥质黏土 层，重度γ＝17KN/m3,内摩擦角φ＝14°，粘聚力c＝12kpa。实际计算中，采用 朗肯土压力计算理论计算正常顶进时顶管机刀盘正面平衡土压力，采用水土合 算方法计算，主要包括主、被动土压力的计算。
主动土压力强度计算：
被动土压力强度计算：
其中h为管道中心埋深，在此取16m。
顶管正常顶进中，应将泥水压力控制在主动与被动土压力之间，且控制泥 水压力为理论计算泥水压力+0.01～0.02Mpa，所以控制泥水压力,采用E表示， 按下式计算。
取平均值，
磨除洞门钢筋混凝土封堵墙施工时，宜将泥水压力控制在325Kpa，且最 小泥水压力应保持在267Kpa以上，最大泥水压力应控制在387Kpa以下，以 防止压力过大损坏止水橡胶即密封圈1，影响止水效果。
当然，顶管机磨封堵墙施工时存在软硬不均，为防止顶管机旋转可以在顶 管机壳与导轨两侧处焊接牛腿，也可以通过改变刀盘旋转方向调节。磨封堵墙 施工时，废渣清理工作频率比较高。磨碎的混凝土和钢筋等废渣进入出泥管， 小部分碎石和碎钢筋排出，大量的碎石和碎钢筋渣聚集在出泥管内容易将出泥 管堵塞。因此，操作工需要将出泥管拆除，用特制清障杆和高压水枪，在出泥 管内进行冲刷和疏通。将碎石和碎钢筋清除后，由土箱运至地面外运。
特别地，平板式泥水平衡顶管机直接磨除钢筋混凝土封堵墙的进洞施工 时，顶管机轴线偏差必须控制在预留洞允许偏差范围内，方可进行磨墙进洞施 工。顶管机进洞磨除钢筋混凝土洞门时，可以将出泥管临时拆除，将渣土直接 接入土箱。
综上所述，在本发明提供的顶管机直接磨除洞门的进出洞方法中，采用不 凿除封堵墙，而是用顶管机直接磨除洞门钢筋混凝土或素混凝土封堵墙，并在 平板式泥水平衡顶管机大刀盘上焊接硬质钨钢刀，以提高其切削混凝土的能 力，将钢筋混凝土封堵墙磨碎后出洞的方法。该方法安全性高，成本合适，可 以满足顶管工期。顶管进出洞采用该方法成功磨除掉350mm厚C30钢筋混凝 土封堵墙，完成了对工作井和接收井的进出洞穿墙，顺利完成了本段顶管施工， 大大降低了进出洞口的安全风险。顶管机直接磨除洞门的进出洞方法对于遇到 复杂的不利土层或特殊工况条件下的穿墙亦具有参考价值。
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.顶管机直接磨除洞门的进出洞方法，其特征在于，选择泥水平衡式顶管机，并采用顶管机直接磨除洞门钢筋混凝土封堵墙，具体包括如下步骤：
步骤一：顶管机出洞止水措施选择由密封圈和盘根止水组成的双道穿墙止水结构；
步骤二：在顶管机刀盘面板上焊接硬质钨钢刀；
步骤三：磨除封堵墙洞门时，顶进速度控制在2cm/h，在磨除封堵墙时将刀盘转速控制在1r/min，顶管进入土层中正常顶进时刀盘转速为2.146r/min，泥水压力其中，Ea为主动土压力强度，Ep为被动土压力强度；并通过出泥管及时清理磨除封堵墙产生的废渣；
步骤四：顶管轴线偏差控制在预留洞允许偏差范围内，再进行磨墙进洞施工，进洞磨除钢筋混凝土封堵墙洞门时，将出泥管临时拆除，将渣土直接接入土箱。
2.根据权利要求1所述的顶管机直接磨除洞门的进出洞方法，其特征在于，所述步骤一中还包括挡土板。
3.根据权利要求1所述的顶管机直接磨除洞门的进出洞方法，其特征在于，所述步骤二的钨钢刀为18把，呈3根条幅式、均匀对称分布。
4.根据权利要求3所述的顶管机直接磨除洞门的进出洞方法，其特征在于，所述钨钢刀与刀盘采用气焊黄铜钎焊连接。
5.根据权利要求3所述的顶管机直接磨除洞门的进出洞方法，其特征在于，所述主动土压力强度Ea计算公式为：
其中，h为管道中心埋深，灰色淤泥质黏土层，重度γ＝17KN/m3,内摩擦角φ＝14°，粘聚力c＝12kpa。
6.根据权利要求3所述的顶管机直接磨除洞门的进出洞方法，其特征在于，所述被动土压力强度Ep计算公式为：其中，h为管道中心埋深，灰色淤泥质黏土层，重度γ＝17KN/m3,内摩擦角φ＝14°，粘聚力c＝12kpa。
7.根据权利要求1所述的顶管机直接磨除洞门的进出洞方法，其特征在于，顶管机进出洞口预留封门采用厚度为350mm现浇钢筋混凝土结构。
8.根据权利要求3所述的顶管机直接磨除洞门的进出洞方法，其特征在于，清理废渣时，磨碎的混凝土和钢筋渣通过出泥管排出，并由土箱运至地面。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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