CN108916467B - 大口径s形曲线顶管施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大口径S形曲线顶管施工方法，包括如下步骤：施工准备；设置工作井基坑支护结构及防水施工结构；对工作井施工；后靠背施工；凿出盛放大口径S形曲线顶管设备机头的洞口、大口径S形曲线顶管设备安装；测量复核；管材进场；中继间设置；机头进洞、顶进；注浆；曲线测量控制；顶进纠偏；机头出洞；泥浆置换。本发明能够克服管壁摩阻力大、S形曲线测量导向困难、穿越路面交通障碍等技术难点，保证管道轴线、标高等符合设计要求及规范要求，且管道无渗漏，施工作业场地干净整洁，该工艺适用于淤泥质土层、黏土层及碎石层等地层直径1m以上的S形曲线顶管施工。

Description

大口径S形曲线顶管施工方法

技术领域

本发明属于管道施工技术领域，具体而言，涉及一种大口径S形曲线顶管施工方法。

背景技术

在顶管的设计与施工过程中，由于地质条件的差异性、地面建筑物的环境保护要求以及原有地下构筑物的拥挤等原因，往往迫使地下管道走向定为曲线。从国内外曲线顶管技术的发展现状来看，目前曲线顶管的管径以中、大口径为主，曲线类型有平面的、垂直向的,还有S形的，基本上能按工程的要求而变换。对于大口径S形曲线顶管，由于不能通视，线形、标高控制较难。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种大口径S形曲线顶管施工方法，旨在解决现有技术中由于大口径S形曲线顶管不能通视，线形、标高控制较难的问题。

大口径S形曲线顶管施工方法，其特征在于，大口径S型曲线顶管设备为大刀盘泥水平衡顶管机，顶管设备至少包括导轨、主机及千斤顶，至少包括以下步骤：步骤一、工作井施工、后靠背施工；步骤二、确定中继间的个数；步骤三、顶管设备的顶进与注浆同步进行；步骤四、通过对曲线测量的控制来纠偏机头的顶进方向。

进一步地，曲线测量控制的方法为：将测量平台置于井下顶管轴线上，靠近后靠背处，并在井中布设3个稳固的后视点，进行互相校核，可通视曲线段。

进一步地，当曲线段不通视时，在曲线段中间设置中转站，架设全站仪测出顶管机头靶心、顶管机尾的平面坐标及高程，顶管机每顶进一节管测量一次，将实测数据与设计值比较，计算出偏差值，所述顶管机的下节管顶进时，利用机头纠偏油缸的方式进行姿态纠偏。

进一步的，利用机头纠偏油缸的方式进行姿态纠偏的方法有：滚动纠偏、竖直方向纠偏、水平方向纠偏。

进一步地，进行工作井施工与后靠背施工之前，设置工作井基坑支护结构及防水施工结构，工作井四周设置双轴水泥搅拌桩，述双轴水泥搅拌桩的桩内插H型钢，用以作为工作井基坑支护结构及止水帷幕。

进一步地，工作井施工是按设计图纸要求，绑扎钢筋，支设模板，浇筑混凝土；后靠背是一个上端有开口的钢板箱，述钢板箱内浇筑C30砼，后靠背施工完成后对靠背的中心线、标高及垂直度进行复核，后靠背垂直度≤3㎜。

进一步地，在确定中继间个数之前，凿除洞口，对顶管设备进行安装调试，对洞口及导轨进行测量复核；导轨高程≤3mm，严格控制主机的线形并且设备联动调试合格；复核，是用全站仪对洞口、导轨的中心线进行复核，并用水准仪复核标高。

进一步地，按照F_后顶＜F_总阻作为是否设置中继间的判定条件，并按照 F_中阻＜F_中顶的原则布置中继间个数；F_后顶—设计后靠背容许顶力；F_总阻—施工计算总阻力；F_中阻—中继间承受的阻力；F_中顶—中继间的顶力。

进一步地，大口径S形曲线顶管机头正常顶进速度为每天不超15m，当顶管机在正前方凿出土体后，需立即开启刀盘切削系统进行土体切削，将机头往上抬高2cm，对顶管机姿态进行纠正。

进一步地，启动顶管机，打开注浆泵，一边掘进一边注浆，浆液用以填充顶管机及中继间向前推进时管材背后的空隙；根据注浆泵提供的压力的大小及注浆输送距离，将注浆管节与普通管节按隔一、隔二、隔三、隔四的方式布置，当地面压浆泵的动力无法满足压浆所输送的距离时，在中继间处设置中继压浆站，顶管掘进与注浆同步进行。

与现有技术相比，本发明的技术效果在于，通过对曲线测量的控制来纠偏机头的顶进方向,克服了管壁摩阻力大、S形曲线测量导向困难等技术难点；通过使顶管设备的顶进与注浆同步进行，保证了施工作业场地的干净整洁，提高了顶管机的作业效率；通过对洞口、导轨测量复核及标高，能保证管道轴线、标高等符合设计要求及规范要求，且避免了管道发生渗漏的问题；通过对工作井施工、后靠背施工，能解决穿越路面交通障碍等技术难点。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的大口径S形曲线顶管施工方法的工艺流程图；

图2为本发明实施例提供的大口径S形曲线顶管施工方法的工作井内顶管设备平面布置图；

图3为本发明实施例提供的大口径S形曲线顶管施工方法的S型曲线测站布置图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参阅图1所示，其为本发明实施例的第一流程示意图。本实施例提供了一种大口径S形曲线顶管的施工方法，包括以下所有步骤：

步骤S1、工作井施工、后靠背施工。

具体而言，施工前首先进行准备工作，准备工作主要是测量放线及复核，将施工机械设备送入场内，将洞口加固，进出洞口采用Φ800mm高压旋喷桩加固土体1，土体搭接300mm，水泥掺入比为25％。

准备工作完成以后，应该设置工作井基坑支护结构及防水施工结构，具体来说，参见图2，GYL-Y14是一个工作井，工作井四周设置φ700mm双轴水泥搅拌桩2，在上周水泥搅拌桩的桩内插H型钢3，用以作为工作井基坑支护结构及兼止水帷幕。

设置工作井基坑支护结构及兼止水帷幕完成以后，应该对工作井和后靠背进行施工。对工作井施工的时候，按设计图纸的要求，来绑扎钢筋5，支设模板4，浇筑混凝土；在后靠背施工以前，首先得理解后靠背是什么，后靠背是一个高2.5m，宽3m,厚35㎝的钢板箱，钢板厚为3㎝，且钢板箱的上端有开口，后靠背施工就是在钢板箱内浇筑C30硂，在后靠背施工完成后对靠背的中心线、标高及垂直度进行复核，后靠背垂直度≤3㎜。

步骤S2、确定中继间的个数。

具体而言，在确定中继间个数以前，应该对大口径S形曲线顶管进行安装，而且必须凿出盛放大口径S形曲线顶管设备机头的洞口。第一步对顶管设备进行选型，此设备采用大刀盘泥水平衡顶管机，此顶管机的型号是DN2000，此顶管机的主要技术设计参数如下：主机长度为3800mm，总重量是28t，最大外径是2500mm，刀盘转速是1.4r/mi n，顶管机的输出扭矩：600KN*m，驱动机及数量是22KW*4个，机头顶进时的速度是V＝6～7cm/mi n，压力范围是0.1～0.15MP，α系数是1.83，顶管机的开口率是4.38。设备确定以后，要对顶管设备进行安装，依次安装导轨、主机及千斤顶，其中导轨高程≤3㎜，必须严格控制主机线形，设备联动调试合格。设备安装完成以后，应凿出盛放大口径S形曲线顶管设备机头的洞口，首先准确定位顶管中心线，凿出比顶管机头直径大2㎝的洞口，洞口用钢法兰加盘根，且洞口密封止水。

凿除洞口以后，要用全站仪对洞口、导轨的中心线进行复核，并用水准仪复核标高；测量复核以后，将管材拉入场地，管材、橡胶止水圈进场且验收合格，期间须严格控制。

以上的准备完成以后，再来确定中继间的个数。中继间的设置原则是，按照设计后靠背容许顶力F_后顶小于F_总阻时，才可以设置中继间，F_后顶是设计后靠背容许顶力、F_总阻是施工计算的总阻力；中继间的个数设置原则是，F_中阻小于 F_中顶的原则布置中继间、F_中阻是中继间承受的阻力、F_中顶是中继间的顶力。

以本发明的一个具体实施例来说，中继间的顶力F中顶＝6600KN，经计算，中继间布置3套，第一套中继间距机头40m，F_中阻1＝1403KN；第二套中继间距第一套中继间190m，F_中阻2＝5054KN；第三套的中继间距第二套中继间200m， F_中阻3＝5320KN。最后计算后段157m的阻力，F_后阻＝F_总阻-F_中阻1-F_中阻2- F_中阻3＝17416-1403-5054-5320＝5639KN，后段157m无需设置中继环，后段的 157m,依靠后靠背顶力系统即可完成顶推任务。

步骤S3、顶管设备的顶进与注浆同步进行。

具体而言，顶管设备顶进之前，应让顶管设备进洞，顶管设备的顶进过程是，在顶管机机头的前方，正面凿出土体后，需立即开启刀盘切削系统进行土体切削，将机头往上抬高2㎝，防止机头下沉，对顶管机姿态要勤测勤纠，为后阶段顶管施工形成一个良好的导向，顶管机正的常顶进速度为每天不超15m。

以本发明的一个具体实施例来说明，注浆的过程是，本工程前100m注浆管节与普通管节每隔一布置一次，其后100m注浆管节与普通管节每隔二布置一次，其后200m注浆管节与普通管节每隔三布置一次，其后157m注浆管节与普通管节每隔四布置一次，同时在中继间处布置注浆点，每个注浆断面布置4 个注浆孔，注浆孔在管材厂预留，管道的底部不布置注浆孔。利用中继间接力顶进时，因为顶进的距离长，地面压浆泵的动力无法满足压送距离，需要在第二节中继间内设置中继压浆站，中继压浆泵和储存箱组成，压浆时先由地面压浆泵把浆液压到储浆箱。

以上文字所提到的浆液，每盘(656kg)浆液配比见下表：

在本发明的具体实施例中，注浆顺序为：地面拌浆→储浆池浸泡水发→启动压浆泵→打开送浆阀→送浆(顶进开始)→完成一个顶进行程→关闭管节阀门(顶进停止)→总管阀门关闭→井内快速接头拆开→下管节→接长总管→循环复始。

在顶管掘进时同步注浆，启动顶管机，打开注浆泵，边掘进边注浆，填充顶管机及中继间向前推进时管材背后的空隙。

步骤S4、通过对曲线测量的控制来纠偏机头的顶进方向。

具体而言，参见图3，在机头顶进的过程中，由于不清楚曲线的形状，所以第一步确定曲线是不是能够完全通视，首先将测量平台置于井下顶管轴线上，靠近后靠背处，并在井中布设3个稳固的后视点a、b、c，进行互相校核，箭头方向为机头的顶进方向。当曲线段可以通视时，顶管方向与3个高程控制点f可直接用置于井下测量平台起始点上的激光经纬仪发射红外线对准顶管机机头中心的靶心即可。当曲线段不通视时，在曲线段中间设置中转站，架设全站仪测出顶管机头靶心、顶管机尾的平面坐标及高程，每顶进一节管测量一次。将实测数据输入AutoCAD软件与设计值比较，计算出偏差值，在顶管机的下节管顶进时，利用机头纠偏油缸的方式进行姿态纠偏，确保线形与设计图纸一致。

当掌握曲线是否通视的情况之后，要对机头的顶进的方向进行纠偏，纠偏频次是，每一节管测量一次，纠偏一次。机头顶进时的纠偏方式为，滚动纠偏、竖直方向纠偏、水平方向纠偏。滚动纠偏的方法是：由于刀盘正反两个方向均可以出土，因此通过反转顶管机的刀盘，就可以纠正滚动偏差，允许滚动偏差小于等于1.5°，当超过1.5°时顶管机自动控制系统会报警，提示操作者切换刀盘旋转方向，进行反转滚动纠偏；竖直方向的纠偏方法是：通过改变单侧千斤顶的顶力实现，当顶管机出现下俯时，可加大下侧千斤顶的顶力，当顶管机出现上仰时，可加大千斤顶的顶力，来进行纠偏；水平方向纠偏方法是：根据现场每节管节实测数据，当水平方向偏差大于等于5㎝时，对其进行纠偏，与竖直方向纠偏的原理一样，左偏时加大左侧千斤顶的顶力，右偏时则加大右侧千斤顶的顶力。

顶管机在顶进的过程中，要对顶管机姿态复核测量，当顶管机距接收井6m 范围时，复核顶管机所处的方位、高程，确认顶管机状态，确保顶管机按预定的方案出洞；在顶管到达距接收井6m时，调整施工参数，停止第一节管节的压浆，并将压浆位置逐浙后移，保证顶管机在进洞前有6m左右的完好土塞效应；同时适当减慢顶进速度，加大出土量，逐渐减小正面土压力，以保证洞口处的结构稳定。当顶管机顶进到位后，并用水泥浆液和设计要求材料填充管节和洞圈的间隙，以减少水土流失。

顶管机在管道的顶进过程结束以后，要用泥浆进行置换，用压注触变泥浆的系统将管路压入的水泥浆在机头顶进的过程中将触变泥浆置换掉。压注顺序是从第一节管依次向后。压注前一节管水泥浆时，应将后续管节的压浆孔开启，使原有管路中的触变泥浆在前段水泥浆的压力下从后续管节压浆孔内溢出，直至后续注浆孔内冒出水泥浆，并达到一定的压注压力时，方可停止前段管水泥浆的压注，以确保管道的触变泥浆会全部置换。本发明实施例提供的工艺适用于淤泥质土层、黏土层及碎石层等地层直径1m以上的S形曲线顶管施工。

与现有技术相比，本发明的技术效果在于，通过对曲线测量的控制来纠偏机头的顶进方向,克服了管壁摩阻力大、S形曲线测量导向困难等技术难点；通过使顶管设备的顶进与注浆同步进行，保证了施工作业场地的干净整洁，提高了顶管机的作业效率；通过对洞口、导轨测量复核及标高，能保证管道轴线、标高等符合设计要求及规范要求，且避免了管道发生渗漏的问题；通过对工作井施工、后靠背施工，能解决穿越路面交通障碍等技术难点。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.大口径S形曲线顶管施工方法，其特征在于，至少包括以下步骤:

步骤一、工作井施工、后靠背施工；

步骤二、确定中继间的个数；

步骤三、顶管设备的顶进与注浆同步进行；

步骤四、通过对曲线测量的控制来纠偏机头的顶进方向；

所述步骤四中，先确定曲线是否能够通视，其曲线测量控制的方法为:将测量平台置于井下顶管轴线上，靠近后靠背处，并在井中布设3个稳固的后视点，进行互相校核；当曲线段可通视时，顶管方向与三个高程控制点可直接利用置于井下测量平台起始点上的激光经纬仪发射红外线对准顶管机头中心的靶心；

所述步骤四中，当曲线段不通视时，在曲线段中间设置中转站，架设全站仪测出顶管机头靶心、顶管机尾的平面坐标及高程，顶管机每顶进一节管测量一次，将实测数据与设计值比较，计算出偏差值，在顶管机的下节管顶进时，利用机头纠偏油缸的方式进行姿态纠偏；

所述步骤二中:按照F_后顶<F_总阻作为是否设置中继间的判定条件，并按照F_中阻<F_中顶的原则布置中继间个数；F_后顶—设计后靠背容许顶力；F_总阻—施工计算总阻力；F_中阻—中继间承受的阻力；F_中顶—中继间的顶力。

2.根据权利要求1的大口径S形曲线顶管施工方法，其特征在于，所述步骤四中，利用机头纠偏油缸的方式进行姿态纠偏的方法有:滚动纠偏、竖直方向纠偏、水平方向纠偏。

3.根据权利要求1的大口径S形曲线顶管施工方法，其特征在于，在执行所述步骤一之前，首先设置工作井基坑支护结构及防水施工结构，所述工作井四周设置双轴水泥搅拌桩，在所述双轴水泥搅拌桩的桩内插H型钢，用以作为工作井基坑支护结构及止水帷幕。

4.根据权利要求3的大口径S形曲线顶管施工方法，其特征在于，所述工作井的施工过程包括:绑扎钢筋、支设模板以及浇筑混凝土；所述后靠背施工过程包括，在一个上端有开口钢板箱内浇筑预设标号硂；在所述后靠背施工完成以后对所述后靠背的中心线、标高及垂直度进行复核。

5.根据权利要求1的大口径S形曲线顶管施工方法，其特征在于，在确定中继间个数之前，凿除洞口，对所述顶管设备进行安装调试，对所述洞口及导轨进行测量复核；导轨高程≤3mm，严格控制主机的线形并且设备联动调试合格；复核，是用全站仪对洞口、导轨的中心线进行复核，并用水准仪复核标高。

6.根据权利要求1的大口径S形曲线顶管施工方法，其特征在于，所述步骤三中:大口径S形曲线顶管机头正常顶进速度为每天小于等于预设高度，当顶管机在正前方凿出土体后，需立即开启刀盘切削系统进行土体切削，将机头往上抬高预设高度，对顶管机姿态进行纠正。

7.根据权利要求1的大口径S形曲线顶管施工方法，其特征在于，所述步骤三包括:启动顶管机，打开注浆泵，边掘进边注浆，浆液用以填充顶管机及中继间向前推进时管材背后的空隙；根据注浆泵提供的压力的大小及注浆输送距离，将注浆管节与普通管节按隔一、隔二、隔三、隔四的方式布置，当地面压浆泵的动力无法满足压浆所输送的距离时，在中继间处设置中继压浆站；顶管掘进与注浆同步进行。

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