CN110030430A - 一种用于钢筒混凝土管的顶管施工方法 - Google Patents

一种用于钢筒混凝土管的顶管施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明的一种用于钢筒混凝土管的顶管施工方法通过在第二插口和第二承口处设置两道密封圈形成设置有试压孔和排气孔的密封环状空间，从而实现了通过单口打压检测管道接口密封性能。且该检测方法可以独立检测管节各个接口处的密封性能，能够精准确定密封性能未达到要求的接口，大幅改善了工作效率。

Description

一种用于钢筒混凝土管的顶管施工方法
技术领域
本发明涉及顶管施工领域，尤其涉及一种用于钢筒混凝土管的顶管施工方法。
背景技术
钢筒混凝土管(简称JCCP管)是在预应力钢筒混凝土管(简称PCCP管)的基础上发展起来的，在钢筒外侧设置钢筋骨架并一次浇筑成型的，适合于非开挖施工的管道。与国内传统钢筋混凝土顶管最大的不同点是JCCP管壁采用内置一体化钢制定型承插口钢环及钢筒体，逐一通过水压检验，理论上能达到零渗漏的效果；外壁光滑，适合长距离顶进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是钢筒混凝土管的顶管施工的密封性能的有效检测，为解决上述问题，本发明提供一种用于钢筒混凝土管的顶管施工方法，包括如下步骤：
步骤一，管道拼装准备：清理并润滑承插口，在管道的第二插口处开设试压孔和排气孔，并使其在管道环向平面上间隔180°，在试压孔和排气孔所在环向平面的两侧开设第一凹槽和第二凹槽；将第一O型密封胶圈和第二O型密封胶圈分别放置在第一凹槽和第二凹槽内，用一根表面光滑的木棍或铁棒衬入胶圈与第二插口表面之间，然后沿插口环的环向平移滑动两周，使密封胶圈均匀紧贴在插口环的凹槽内；在管道的第一插口处开设第三凹槽，并将楔形胶圈放置在第三凹槽内；
步骤二，管道拼接：将管道吊装在轨道上，卸掉排气孔螺栓，启动后座油缸对后管渐进推进，直至接口配合完成；
步骤三，接口密封试验：将试压泵接入插口环的试压孔并检测接口密封性能，使试压泵上的压力表逐步升高到1.5倍工作压力，保持恒压至少3min，无压力明显下降及无管接口出现渗漏水，则试压合格，试压完成后旋上试压孔的封堵螺栓。
如果试压不合格，将对接的管道分离拔出此节管节后，重新安装第一O型密封胶圈和第二O型密封胶圈，然后重复步骤一二至步骤三，直至试压合格。
步骤四，管道顶进：采用泥水平衡式顶管机顶管施工，并连接注浆设备通过减摩剂及机头扩径减少顶管阻力确保出泥量和顶进速度相匹配，控制停顿时间不超过12h。
步骤五，二次接口密封试验：管道完成顶进后，根据如步骤三的施工方法对接口进行第二次密封试验；
步骤六，接口处理：利用注浆孔将水泥浆注入管体外侧，置换出减阻泥浆，后续封堵注浆孔并检测密封性；对管接口采用嵌缝密封料填满缝隙，接口用螺栓对试压孔及排气孔进行封堵；对步骤五中不合格的接口，在接口嵌缝密封料外侧及试压孔、排气孔封堵螺栓的外侧再采用瞬凝水泥进行二次处理；最后采用型钢支撑的闷板对管道进行封堵，进行正式水压试验；
步骤七，工作井及接收井试压准备及布置：密封管道两端，试压准备时，将管道无压浸泡时间保证48h以上，再进行24h带压浸泡以使管内空气排净；
步骤八，整管水压试验：通过注水试压检测管道密封性能。
进一步地，在步骤二中，当第二承口碰到第一道O型橡胶圈的顶部，停止推进并停顿15s；继续推进，当第二承口碰到第二道O型橡胶圈，停止推进并停顿15s，此时第一承口也刚好碰到楔形橡胶圈；继续推进直至承插接口配合完成。
进一步地，在步骤一中，在承口端设置木衬垫，木衬垫采用松木衬垫，厚度15mm，其压缩回弹变形量能够达到30％；
进一步地，在步骤七中，在顶进完成的管道位于工作井和接收井的两端安装封头。
进一步地，在步骤八中，先进行预试验阶段，将管道内水压升至试验压力并稳压30min，期间如有压力下降可注水补压，但不得高于试验压力；检查管道接口及配件处有无漏水及损坏现象；有漏水或损坏现象时应及时停止试压；再进行主试验阶段：停止注水补压，稳定15min；当15min后压力下降不超过允许压力降数值时，将试验压力降至工作压力并保持恒压30min，进行外观检查若无漏水现象，则水压试验合格。
进一步地，在步骤六中，嵌缝密封料采用双组份聚硫密封膏。
本发明具有如下有益效果：
本发明的一种用于钢筒混凝土管的顶管施工方法通过在第二插口和第二承口处设置两道密封圈形成设置有试压孔和排气孔的密封环状空间，从而实现了通过单口打压检测管道接口密封性能。且该检测方法可以独立检测管节各个接口处的密封性能，能够精准确定密封性能未达到要求的接口，大幅改善了工作效率。
本发明的施工方法在顶管前后均进行接口密封性试验，第一次接口密封性检测能够快速找出密封性失效的接口，重新接口密封的施工效率较高；第二次接口密封性检测，用于检测管道顶进过程中由于管道受力或偏移导致的接口密封性失效的位置，并对失效的接口进行处理，以保障最终管道接口密封效果。
渐进推进的效果描述；由于本发明的施工方法通过检测由O型密封橡胶圈限定的密封空间的密封效果来反映接口的密封效果，因此O型密封胶圈和第二插口及第二承口的配合紧密性至关重要，本发明在管节拼接过程中采用渐进推进，即每次第二承口碰到胶圈顶部时停顿一端时间，一方面防止第二承口快速通过对O型橡胶圈产生冲击力从而使其变形失效，另一方面，O形橡胶圈在停顿时间内能够有变形回复时间，从而防止其在第二承口通过时扭曲变形。
附图说明
图1是本发明的一种用于钢筒混凝土管的顶管施工方法的步骤流程图；
图2是本发明的施工方法采用的钢筒混凝土管接口拼接前的结构示意图；
图3是钢筒混凝土管接口的第二承口碰到第一O型密封胶圈的顶部时的局部结构示意图；
图4是钢筒混凝土管接口的第二承口碰到第二O型密封胶圈的顶部时的局部结构示意图；
图5是钢筒混凝土管接口配合完成的局部结构示意图。
图中，插口端1，第一插口11，第二插口12，承口端2，第一承口21，第二承口22，木衬垫23，试压孔3，排气孔4，注浆管道5，第一O型密封胶圈6，第二O型密封胶圈7，楔形橡胶圈8。
具体实施方式
下面结合附图并参照数据进一步详细描述本发明。应理解，实施方式只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制发明的范围。
钢筒混凝土管是在预应力钢筒混凝土管的基础上发展起来的，在钢筒外侧设置钢筋骨架并一次浇筑成型的，适合于非开挖施工的管道，为了更好的解释本发明的施工方法，对本发明施工方法涉及的钢筒混凝土管具体说明如下：
如图2所示，本发明涉及的钢筒混凝土管通过承插口连接，管节接口通过后管的插口端和前管的承口端相配合来实现对接，其中后管的插口端包括设置于管道外侧的第一插口和设置于管道内侧的第二插口，且第二插口凸出后管插口端的端面；插口端设置有连通管道内外侧的注浆管道，并在管道内侧形成注浆口，在管道外侧形成出浆口。其中第二插口设置有位于同一平面的试压孔和排气孔，沿着管道轴向在试压孔两侧依次设置有第一凹槽和第二凹槽，在第一凹槽和第二凹槽上依次设置有第一O型密封胶圈和第二O型密封胶圈，当承插口完成配合后，第一O型密封胶圈和第二O型密封胶圈通过和第二插口及第二承口相连接从而形成密封环状空间，该密封环状空间通过封堵试压孔和排气孔实现密封。第一插口处设置有第三凹槽，第三凹槽处设置有楔形密封圈，其用于第一插口和第一承口的密封。
前管承口端包括设置在管道外侧的第一承口和设置在管道内侧的第二承口，且第一承口凸出前管的承口端的端面。
本发明的选用的钢筒混凝土管的标准如表1所示：
表1
如图1所示，本发明公开了一种用于钢筒混凝土管的顶管施工方法，包括如下步骤：
步骤一，管道拼装准备：清理并润滑承插口，用回丝或回纺布清理工作面，并在工作面上涂抹润滑脂，在管道的第二插口处开设试压孔和排气孔，并使其在管道环向平面上间隔180°，并通过螺栓分别密封试压孔和排气孔。
其中试压孔和排气孔间隔180°可以使得后续单口打压试验过程中，气流从试压孔流向排气孔的路径最长，从而使气流能够充分经过通过密封圈形成的密封环状空间，从而使试压试验的结果更为可靠。
在试压孔和排气孔所在环向平面的两侧开设第一凹槽和第二凹槽；将第一O型密封胶圈和第二O型密封胶圈分别放置在第一凹槽和第二凹槽内，用一根表面光滑的木棍或铁棒衬入胶圈与第二插口表面之间，然后沿插口环的环向平移滑动两周，使密封胶圈均匀紧贴在插口环的凹槽内，其作用是释放O型密封胶圈在安装过程中产生的局部拉伸。
在管道的第一插口处开设第三凹槽，并将楔形胶圈放置在第三凹槽内，用于密封第一插口和第一承口。
润滑所有胶圈，防止后续对接过程中挤伤胶圈，O型密封胶圈安装时间应控制在管道下井拼装前，严禁胶圈在阳光下长时间暴晒。
步骤二，管道拼接：将管道吊装在轨道上，卸掉排气孔螺栓用于试压之前排出拼管过程中混入接口的空气。启动后座油缸对后管渐进推进；在一个实施例中，如图3所示，当第二承口碰到第一道O型密封胶圈的顶部，停止推进并停顿15s；继续推进，如图4所示，当第二承口碰到第二道O型密封胶圈，停止推进并停顿15s，此时第一承口也刚好碰到楔形橡胶圈；如图5所示，继续推进直至承插接口配合完成。在一个实施例中，在承口端设置木衬垫，用于限定承口和插口的配合完成的位置，木衬垫采用松木衬垫，厚度15mm，其压缩回弹变形量能够达到约30％；在拼接过程中起到缓冲的作用。
步骤三，接口密封试验：
用螺栓封堵排气孔，卸下试压孔螺栓，将试压泵接入插口环的试压孔并检测接口密封性能，使试压泵上的压力表逐步升高到1.5倍工作压力，其中工作压力为0.15Mpa，保持恒压至少3min，压力表无明显下降及无管接口出现渗漏水，则试压合格，试压完成后旋上试压孔的封堵螺栓。
如果试压不合格，将对接的管道分离拔出此节管节后，重新安装第一O型密封胶圈和第二O型密封胶圈，然后重复步骤一二至步骤三，直至试压合格；
试压合格后旋上排气孔螺栓；
步骤四，管道顶进：采用泥水平衡式顶管机顶管施工，并连接注浆设备通过减摩剂及机头扩径减少顶管阻力确保出泥量和顶进速度相匹配，控制停顿时间。
在一个实施例中，顶管井的开挖深度为5.6m-11m，顶管绝大部分在第③层淤泥质粉质粘土中穿越，该层土质均匀，夹薄层粉土，流塑状态，高等压缩性。85w接收井在顶管井深度范围分布有③t层粘质粉土，该层土以粉土为主，夹粘性土，局部区域含较多淤泥质粉质粘土，该层以透镜体形式存在，在动水压作用下可能发生流砂现象。
减阻即减小管外壁摩阻力，顶管外径为1540mm，顶程为481m，覆土厚度为5.185m，计算理论顶力值如下：
管道的总顶力按照下式估算：
F0＝π×D1×L×fk+NF
式中：F0–总顶力标准值(KN)
D1–管道外径(m)
L–管道设计顶进长度(m)
fk–管道外壁与土的单位面积平均摩阻力(KN/m2)，由于本工程所设计土层主要为第③层淤泥质粉质粘土，根据经验暂取为4.0。
NF–顶管机的迎面阻力(KN)，由于选用泥水加压平衡，所以
NF＝π×D2×γs×Hs/4
式中：D–顶管机外径(m)
γs–土的重度(KN/m3)，取18.0KN/m3
Hs–覆盖土层厚度(m)
该段顶管外径为1540mm，顶程为481m，覆土厚度为5.185m。
F0＝π×D1×L×fk+π×D2×γs×Hs/4
＝3.14×1.54×420×4+3.14×1.542×18×5.185/4＝8298kN＝829.8T
根据地质情况分析，淤泥质黏土层的自封性较好，减摩剂不易流失。因此合理选用减阻材料，保持顶进过程中的减阻材料注入量是减少管壁摩擦阻力的最有效办法。本发明选用了聚合钠基膨润土作减阻材料，其各项性能指标如下：细度≥98％，水份≤10％，漏头粘度≥18s，悬浮性≥98。该种材料具有固结发酵时间短，膨胀率较大，触动时易液化等特点。
同时，对机头适当扩径，即由1540mm增加到1560mm来保证膨润土的均匀分布。
通过以上措施，施工中该顶段实际顶力最大为300T左右，将平均摩阻力降为了1.3KN/m2，从而有效解决了长距离顶进摩阻力较大的问题，因此该段顶程能够不设置中继间。
在一个实施例中，顶管长度超过300米后，管壁摩阻力及方向控制都会变得困难。如果机头停顿，则恢复顶进时的阻力大幅增加，停顿时间超过12h，则阻力会增加一半以上，所以要严格控制停顿时间。
步骤五，二次接口密封试验：管道完成顶进后，根据如步骤三的施工方法对接口进行第二次密封试验；
步骤六，接口处理：利用注浆孔将水泥浆注入管体外侧，置换出减阻泥浆，后续封堵注浆孔并检测密封性；对管接口采用嵌缝密封料填满缝隙，接口用螺栓对试压孔及排气孔进行封堵；对步骤五中不合格的接口，在接口嵌缝密封料外侧及试压孔、排气孔封堵螺栓的外侧再采用瞬凝水泥进行二次处理；最后采用型钢支撑的闷板对管道进行封堵，进行正式水压试验；在一个实施例中，填缝用嵌缝密封料采用双组份聚硫密封膏。
步骤七，工作井及接收井试压准备及布置，密封管道两端；在一个实施例中，在顶进完成的管道位于工作井和接收井的两端安装封头。由于混凝土管具有吸水性，需做充分试压前准备工作，将无压浸泡时间保证48h以上，再进行24h带压浸泡以使管内空气排净。
步骤八，整管水压试验；通过注水试压检测管道密封性能。
先进行预试验阶段，将管道内水压缓缓地升至试验压力并稳压30min，期间如有压力下降可注水补压，但不得高于试验压力；检查管道接口、配件等处有无漏水、损坏现象；有漏水、损坏现象时应及时停止试压，查明原因并采取相应措施后重新试压。
再进行主试验阶段：停止注水补压，稳定15min；当15min后压力下降不超过允许压力降数值时，将试验压力降至工作压力并保持恒压30min，进行外观检查若无漏水现象，则水压试验合格。压力管道水压试验的允许压力降(MPa)如表2所示：
表2
管道升压时，管道的气体应排除；升压过程中，发现弹簧压力计表针摆动、不稳，且升压较慢时，应重新排气后再升压。
应分级升压，每升一级应检查后背、支墩、管身及接口，无异常现象时再继续升压。
水压试验过程中，后背顶撑、管道两端严禁站人。
水压试验时，严禁修补缺陷；遇有缺陷时，应做出标记，卸压后修补。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于钢筒混凝土管的顶管施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，管道拼装准备：清理并润滑承插口，在管道的第二插口处开设试压孔和排气孔，并使其在管道环向平面上间隔180°，在试压孔和排气孔所在环向平面的两侧开设第一凹槽和第二凹槽；将第一O型密封胶圈和第二O型密封胶圈分别放置在第一凹槽和第二凹槽内，用一根表面光滑的木棍或铁棒衬入胶圈与第二插口表面之间，然后沿插口环的环向平移滑动两周，使密封胶圈均匀紧贴在插口环的凹槽内；在管道的第一插口处开设第三凹槽，并将楔形胶圈放置在第三凹槽内；
步骤二，管道拼接：将管道吊装在轨道上，卸掉排气孔螺栓，启动后座油缸对后管渐进推进，直至接口配合完成；
步骤三，接口密封试验：将试压泵接入插口环的试压孔并检测接口密封性能，使试压泵上的压力表逐步升高到1.5倍工作压力，保持恒压至少3min，无压力明显下降及无管接口出现渗漏水，则试压合格，试压完成后旋上试压孔的封堵螺栓；
如果试压不合格，拔出此节管节后，重新安装第一O型密封胶圈和第二O型密封胶圈，然后重复步骤二至步骤三，直至试压合格；
步骤四，管道顶进：采用泥水平衡式顶管机顶管施工，并连接注浆设备通过减摩剂及机头扩径减少顶管阻力确保出泥量和顶进速度相匹配，控制停顿时间不超过12h；
步骤五，二次接口密封试验：管道完成顶进后，根据如步骤三的施工方法对接口进行第二次密封试验；
步骤六，接口处理：利用注浆孔将水泥浆注入管体外侧，置换出减阻泥浆，后续封堵注浆孔并检测密封性；对管接口采用嵌缝密封料填满缝隙，接口用螺栓对试压孔及排气孔进行封堵；对步骤五中不合格的接口，在接口嵌缝密封料外侧及试压孔、排气孔封堵螺栓的外侧再采用瞬凝水泥进行二次处理；最后采用型钢支撑的闷板对管道进行封堵，进行正式水压试验；
步骤七，工作井及接收井试压准备及布置：密封管道两端，试压准备时，将管道无压浸泡时间保证48h以上，再进行24h带压浸泡以使管内空气排净；
步骤八，整管水压试验：通过注水试压检测管道密封性能。
2.如权利要求1所述的一种用于钢筒混凝土管的顶管施工方法，其特征在于，在步骤二中，当第二承口碰到第一道O型橡胶圈的顶部，停止推进并停顿15s；继续推进，当第二承口碰到第二道O型橡胶圈，停止推进并停顿15s，此时第一承口也刚好碰到楔形橡胶圈；继续推进直至承插接口配合完成。
3.如权利要求1所述的一种用于钢筒混凝土管的顶管施工方法，其特征在于，在步骤一中，在承口端设置木衬垫，木衬垫采用松木衬垫，厚度15mm，其压缩回弹变形量能够达到30％。
4.如权利要求1所述的一种用于钢筒混凝土管的顶管施工方法，其特征在于，在步骤七中，在顶进完成的管道位于工作井和接收井的两端安装封头。
5.如权利要求1所述的一种用于钢筒混凝土管的顶管施工方法，其特征在于，在步骤八中，先进行预试验阶段，将管道内水压升至试验压力并稳压30min，期间如有压力下降可注水补压，但不得高于试验压力；检查管道接口及配件处有无漏水及损坏现象；有漏水或损坏现象时应及时停止试压；再进行主试验阶段：停止注水补压，稳定15min；当15min后压力下降不超过允许压力降数值时，将试验压力降至工作压力并保持恒压30min，进行外观检查若无漏水现象，则水压试验合格。
6.如权利要求1所述的一种用于钢筒混凝土管的顶管施工方法，其特征在于，在步骤六中，嵌缝密封料采用双组份聚硫密封膏。
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