CN110388215B - 城市地下综合管廊隧道垂直顶管施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市地下综合管廊隧道垂直顶管施工方法，属于管廊隧道施工技术领域。该方法包括：在城市地下综合管廊隧道内确定目标顶进区域；在目标顶进区域的土层周缘安装密封装置，对目标顶进区域的土层进行注浆改良；在目标顶进区域的正下方由上至下顺次设置顶管机和驱动支撑组件；控制驱动支撑组件驱动顶管机向上顶进，在此过程中，在顶管机和驱动支撑组件之间依次下入多个管节，直至顶管机顶出地表；对多个管节进行固定，形成顶进井；拆卸顶管机和驱动支撑组件，完成城市地下综合管廊隧道垂直顶管施工。该方法通过暗挖的垂直顶管施工提高了施工效率，减小施工占地面积，避免发生坍塌等安全隐患。

Description

城市地下综合管廊隧道垂直顶管施工方法

技术领域

本发明涉及管廊隧道施工技术领域，特别涉及一种城市地下综合管廊隧道垂直顶管施工方法。

背景技术

城市地下综合管廊隧道指的是：城市地下用于设置电力、通信、燃气、供热、排水等管线的综合隧道空间。在城市地下综合管廊盾构施工过程中，需要设置逃生口和通风口。然而，受城市环境的限制，一些盾构管廊位于人员密集的闹市区或者车流量集中的街道下方，这影响逃生口和通风口的设置。通过采用垂直顶管的方法，设置竖直的逃生口和通风口，可减少对城市的影响，因此，提供一种城市地下综合管廊隧道垂直顶管施工方法是十分必要的。

相关技术中采用先盾后井的方法来设置逃生口或者通风口。其具体为：在地表确定需要挖井的目标区域，将机器设备安装于目标区域，通过施工使目标区域的地层露出，对该土层进行改良加固，然后采用明挖的方式进行挖井，直至井与城市地下综合管廊隧道连通。在挖井过程中，下入多个管节，最后对管节进行固定，形成逃生口或者通风口。

发明人发现相关技术至少存在以下问题：

相关技术提供的方法中，需要在地表设置许多相关的机器设备，占地面积大，并且施工效率低，存在安全隐患。

发明内容

本发明实施例提供了一种城市地下综合管廊隧道垂直顶管施工方法，可解决上述技术问题。具体技术方案如下：

本发明实施例提供了一种城市地下综合管廊隧道垂直顶管施工方法，所述方法包括：

在城市地下综合管廊隧道内确定目标顶进区域；

在所述目标顶进区域的土层周缘安装密封装置，对所述目标顶进区域的土层进行注浆改良；

在所述目标顶进区域的正下方由上至下顺次设置顶管机和驱动支撑组件；

控制所述驱动支撑组件驱动所述顶管机向上顶进，在此过程中，在所述顶管机和所述驱动支撑组件之间依次下入多个管节，直至所述顶管机顶出地表；

对所述多个管节进行固定，形成顶进井；

拆卸所述顶管机和所述驱动支撑组件，完成所述城市地下综合管廊隧道垂直顶管施工。

在一种可能的设计中，所述在所述目标顶进区域的土层周缘安装密封装置，对所述目标顶进区域的土层进行注浆改良，包括：

将所述目标顶进区域对应的活动钢管片拆卸；

在所述目标顶进区域的土层周缘安装所述密封装置，利用支撑板支撑所述目标顶进区域的土层，同时对所述土层进行注浆改良。

在一种可能的设计中，所述注浆为向所述目标顶进区域的土层中注入水泥浆、砂浆、或者聚氨酯材料。

在一种可能的设计中，所述驱动支撑组件包括：由上至下顺次设置的推力垫圈、多个液压缸、钢板、水泥底座。

在一种可能的设计中，所述控制所述驱动支撑组件驱动所述顶管机向上顶进，在此过程中，在所述顶管机和所述驱动支撑组件之间依次下入多个管节，直至所述顶管机顶出地表，包括：

在控制所述液压缸驱动所述顶管机向上顶进第一预设距离后，对所述顶管机限位，向所述顶管机与所述推力垫圈之间下入第一个管节，然后控制所述液压缸驱动所述顶管机向上顶进；

在所述顶管机向上顶进第二预设距离后，对所述第一个管节限位，向所述第一个管节与所述推力垫圈之间下入第二个管节，然后控制所述液压缸驱动所述顶管机向上顶进；

……；

在所述顶管机向上顶进第N-1预设距离后，对所述第N-1个管节限位，向所述第N-1个管节与所述推力垫圈之间下入第N个管节，然后控制所述液压缸驱动所述顶管机向上顶进，直至所述顶管机顶出地表。

在一种可能的设计中，所述控制所述驱动支撑组件驱动所述顶管机向上顶进，在此过程中，在所述顶管机和所述驱动支撑组件之间依次下入多个管节，直至所述顶管机顶出地表，还包括：

向所述第一个管节与所述推力垫圈之间下入所述第二个管节之后，采用多个螺栓将所述第一个管节的下端与所述第二个管节的上端连接，然后控制所述液压缸驱动所述顶管机向上顶进；

……；

向所述第N-1个管节与所述推力垫圈之间下入所述第N个管节之后，采用多个螺栓将所述第N-1个管节的下端与所述第N个管节的上端连接，然后控制所述液压缸驱动所述顶管机向上顶进。

在一种可能的设计中，采用限位杆对所述多个管节、以及所述顶管机进行限位。

在一种可能的设计中，所述多个管节的材料均为钢筋混凝土。

在一种可能的设计中，所述推力垫圈的材料为钢铁材料。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的城市地下综合管廊隧道垂直顶管施工方法，在城市地下综合管廊隧道内确定目标顶进区域；在目标顶进区域的土层周缘安装密封装置，对目标顶进区域的土层进行注浆改良；在目标顶进区域的正下方由上至下顺次设置顶管机和驱动支撑组件；控制驱动支撑组件驱动顶管机向上顶进，在此过程中，在顶管机和驱动支撑组件之间依次下入多个管节，直至顶管机顶出地表；对多个管节进行固定，形成顶进井；拆卸顶管机和驱动支撑组件，完成城市地下综合管廊隧道垂直顶管施工。本发明提供的方法通过暗挖的垂直顶管施工，避免了在城市表面大面积开挖、改良大面积的土层、以及设置机器设备等问题，提高了施工效率，减小施工占地面积。并且，通过在目标顶进区域的土层周缘安装密封装置，对目标顶进区域的土层进行注浆改良，即可稳定目标顶进区域的土层，避免发生坍塌等安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的城市地下综合管廊隧道垂直顶管施工方法流程图；

图2-1是本发明实施例提供的密封装置的剖面图；

图2-2是本发明实施例提供的支撑板支撑土层时，密封装置的剖面图；

图3是本发明实施例提供的顶管机、驱动支撑组件在施工时的位置关系图；

图4是本发明实施例提供的管节与管节之间的连接关系图。

附图标记分别表示：

1-密封装置，

101-支架，101a-圆柱腔体，101b-缝隙，

102-驱动组件，

103-支撑板，

104-注浆组件，

105-环形密封件，

2-顶管机，

3-推力垫圈，

4-液压缸，

5-钢板，

6-水泥底座，

7-限位杆，

8-管节，

M-固定钢管片，

Q-活动钢管片，

N-安装腔体，

P-锁紧螺栓。

具体实施方式

除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。在对本发明实施方式作进一步地详细描述之前，对理解本发明实施例一些术语给出定义。

在垂直顶管施工中，隧道包括：多个固定钢管片M和多个活动钢管片Q。即，通过多个固定钢管片M和多个活动钢管片Q构成一个完整的隧道。其中，设置通风口或者逃生口处对应活动钢管片Q，活动钢管片Q的周围为固定钢管片M。固定钢管片M和活动钢管片Q之间可通过螺栓实现固定连接。

在设置通风口和逃生口时，需要将活动钢管片Q拆卸，并采用顶管机2由活动钢管片Q所在位置向上顶，以将土体顶出，形成井或者洞，进而方便设置为通风口或者逃生口。

然而，在城市地下综合管廊盾构施工过程中，受城市环境的限制，不易设置通风口或者逃生口。为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种城市地下综合管廊隧道垂直顶管施工方法。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种城市地下综合管廊隧道垂直顶管施工方法，如附图1所示，该方法包括：

步骤101、在城市地下综合管廊隧道内确定目标顶进区域。

步骤102、在目标顶进区域的土层周缘安装密封装置1，对目标顶进区域的土层进行注浆改良。

步骤103、在目标顶进区域的正下方由上至下顺次设置顶管机2和驱动支撑组件。

步骤104、控制驱动支撑组件驱动顶管机2向上顶进，在此过程中，在顶管机2和驱动支撑组件之间依次下入多个管节8，直至顶管机2顶出地表。

步骤105、对多个管节8进行固定，形成顶进井。

步骤106拆卸顶管机2和驱动支撑组件，完成城市地下综合管廊隧道垂直顶管施工。

本发明实施例提供的城市地下综合管廊隧道垂直顶管施工方法，在城市地下综合管廊隧道内确定目标顶进区域；在目标顶进区域的土层周缘安装密封装置1，对目标顶进区域的土层进行注浆改良；在目标顶进区域的正下方由上至下顺次设置顶管机2和驱动支撑组件；控制驱动支撑组件驱动顶管机2向上顶进，在此过程中，在顶管机2和驱动支撑组件之间依次下入多个管节8，直至顶管机2顶出地表；对多个管节8进行固定，形成顶进井；拆卸顶管机2和驱动支撑组件，完成城市地下综合管廊隧道垂直顶管施工。本发明提供的方法通过暗挖的垂直顶管施工，避免了在城市表面大面积开挖、改良大面积的土层、以及设置机器设备等问题，提高了施工效率，减小施工占地面积。并且，通过在目标顶进区域的土层周缘安装密封装置1，对目标顶进区域的土层进行注浆改良，即可稳定目标顶进区域的土层，避免发生坍塌等安全隐患。

以下对本发明实施例提供的城市地下综合管廊隧道垂直顶管施工方法进行详细描述：

步骤101中所涉及的“确定目标顶进区域”的方法可以为隧道内联系测量方法，以确定需要拆卸的活动钢片的位置，确保目标顶进区域与设计坐标吻合。

其中，隧道内联系测量方法为本领域所熟知的测量方法，在此不再详述。

步骤102、在目标顶进区域的土层周缘安装密封装置1，对目标顶进区域的土层进行注浆改良，包括：

步骤1021、将目标顶进区域对应的活动钢管片Q拆卸。

在将活动钢管片Q拆卸后，使目标顶进区域的土层露出，方便后期顶管机2进行顶管作业。

步骤1022、在目标顶进区域的土层周缘安装密封装置1，利用支撑板103支撑目标顶进区域的土层，同时对土层进行注浆改良。

通过在土层周缘安装密封装置1，可避免土层涌水、涌砂，甚至坍塌。其中，密封装置1可以用来动密封顶管机2和其他多个管节8。可以通过独立的注浆装置对土层进行注浆改良。在土层还未稳定前，可以通过设置一个支撑板103，对目标顶进区域的土层进行支撑，避免发生坍塌。

或者，可以将具有密封效果、注浆功能、支撑土层功能结合于一个装置，如附图2-1所示，该装置包括：支架101、多个驱动组件102、多个支撑板103、注浆组件104、环形密封件105、控制器(未示出)；支架101的中部竖直设置有用于使顶管机2穿过的圆柱腔体101a，支架101与固定钢管片M的内壁可拆卸连接，且支架101与固定钢管片M的内壁之间形成安装腔体N；支架101的侧壁上设置有多个缝隙101b；多个驱动组件102和多个支撑板103一一对应，且均设置于安装腔体N内，驱动组件102用于驱动支撑板103的第一端穿出或者穿入缝隙101b；控制器用于控制多个驱动组件102是否工作；注浆组件104用于向支撑板103上方的圆柱腔体101a内注浆。环形密封件105设置于支架101的侧壁上，用于密封支架101与顶管机2之间的间隙。

通过控制器控制驱动组件102工作，以驱动支撑板103的第一端由缝隙101b穿出至圆柱腔体101a内，参见附图2-2。此时，多个支撑板103配合对坍塌的土体进行支撑，以避免进一步坍塌。

进一步地，控制注浆组件104向支撑板103上方的圆柱腔体101a内注浆，以使土体硬化，避免其涌水、涌砂、坍塌，起到了密封土层的效果。

待土体稳定后，可控制驱动组件102使支撑板103的第一端穿入缝隙101b，即，使支撑板103离开圆柱腔体101a而进入安装腔体N内，然后进行垂直顶管作业。

其中，注浆为向目标顶进区域的土层中注入水泥浆、砂浆、或者聚氨酯材料。泵注上述材料，能够使土体硬化，避免其涌水、涌砂、坍塌，起到了密封土层的效果。

如附图3所示，步骤103中所涉及的“驱动支撑组件”包括：由上至下顺次设置的推力垫圈3、多个液压缸4、钢板5、水泥底座6。

设置钢板5和水泥底座6，对多个液压缸4具有良好的支撑力和反推力作用。设置推力垫圈3，使顶管机2或者管节8的下端受力平衡，避免顶管机2和管节8发生偏斜。

当顶管机2或者管节8在向上顶进过程中，如果发生偏斜，可以控制位于推力垫圈3下方的不同液压缸4的伸出长度不同，来对顶管机2和管节8进行矫正。

步骤104，控制驱动支撑组件驱动顶管机2向上顶进，在此过程中，在顶管机2和驱动支撑组件之间依次下入多个管节8，直至顶管机2顶出地表，包括：

在控制液压缸4驱动顶管机2向上顶进第一预设距离后，对顶管机2限位，向顶管机2与推力垫圈3之间下入第一个管节8，然后控制液压缸4驱动顶管机2向上顶进；

在顶管机2向上顶进第二预设距离后，对第一个管节8限位，向第一个管节8与推力垫圈3之间下入第二个管节8，然后控制液压缸4驱动顶管机2向上顶进；

……；

在顶管机2向上顶进第N-1预设距离后，对第N-1个管节8限位，向第N-1个管节8与推力垫圈3之间下入第N个管节8，然后控制液压缸4驱动顶管机2向上顶进，直至顶管机2顶出地表。

需要说明的是，多个管节8的长短可以不同，满足实际施工需求即可。第一预设距离与第一个管节8、第二预设距离与第二个管节8、……、第N-1预设距离与第N-1个管节8的长度对应相等，或者相差1～5cm。

通过步骤104，可实现在顶管机2和驱动支撑组件之间依次下入多个管节8，并且，多个相连的管节8形成了顶进井的内壁。

为了便于使多个管节8之间稳固地形成顶进井的井壁，在执行步骤104时，还包括：

向第一个管节8与推力垫圈3之间下入第二个管节8之后，采用多个锁紧螺栓P将第一个管节8的下端与第二个管节8的上端连接，然后控制液压缸4驱动顶管机2向上顶进；

……；

向第N-1个管节8与推力垫圈3之间下入第N个管节8之后，采用多个锁紧螺栓P将第N-1个管节8的下端与第N个管节8的上端连接，然后控制液压缸4驱动顶管机2向上顶进。

其中，每个管节8的上端均设置有内环形台阶，下端均设置有外环形台阶，且均设置有预制螺纹孔。如附图4所示，通过使第一个管节8下端的内环形台阶与第二个管节8上端的外环形台阶相抵，并使锁紧螺栓P螺纹穿入两个相对的螺纹孔内，实现两个管节8之间的固定连接。该方法简单，且连接力好，能够稳定地实现固定连接。

在上述步骤中，如附图3所示，采用限位杆7对多个管节8、以及顶管机2进行限位。即，使限位杆7的上端与顶管机2或者管节8的下端相抵，使限位杆7的下端与钢板5相抵。

步骤105，对多个管节8进行固定，形成顶进井，包括：

每个管节8上均设置有多个注浆孔，注浆孔可连通至管节8的外壁，也可连通至管节8的内壁，以及连通至下一个管节8的注浆孔。通过向多个注浆孔内注浆，可使水泥浆灌注至管节8的外壁与土层之间、管节8与管节8之间，待水泥浆固结后，可使多个管节8固定，进而形成完整的顶进井。

作为一种示例，多个管节8的材料均为钢筋混凝土。该材料管节8的价格低廉，容易获取，能够承受较大的载荷。

推力垫圈3的材料为钢铁材料。该材料的推力垫圈3能够承受较大的压应力，且受力均衡。

作为一种示例，顶管机2的外径为900～1100mm，例如可以为900mm、950mm、1000mm、1010mm、1100mm等。顶管机2的长度为1000mm～1500mm，例如可以为1000mm、1100mm、1200mm、1300mm、1400mm、1500mm等。顶管机2采用螺旋出土方式进行顶管作业。

液压缸4的动力范围为200T～400T，例如可以为200T、250T、300T、350T、400T等，单次顶进的长度为1200mm～1500mm，例如可以为1200mm、1300mm、1400mm、1500mm等。

底座为C30强度以上的混凝土底座，钢板5的厚度为18～22mm，例如可以为18mm、19mm、20mm、21mm、22mm等。

管节8采用C30混凝土材料生产，抗渗等级为P8。

环形密封件105采用螺栓固定于支架101上，且其材料为橡胶材料。

通过上述设置，可使顶管机2、驱动支撑组件、密封装置1满足1bar水压条件下施工要求，适合在4m以上内径盾构隧道内施工。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种城市地下综合管廊隧道垂直顶管施工方法，其特征在于，所述方法包括：

在城市地下综合管廊隧道内确定目标顶进区域；

将所述目标顶进区域对应的活动钢管片拆卸；

在所述目标顶进区域的土层周缘安装密封装置，所述密封装置包括：支架、多个驱动组件、多个支撑板、注浆组件、环形密封件和控制器，所述支架的中部竖直设置有用于使顶管机穿过的圆柱腔体，所述支架与固定钢管片的内壁可拆卸连接，且所述支架与固定钢管片的内壁之间形成安装腔体；所述支架的侧壁上设置有多个缝隙；所述多个驱动组件和所述多个支撑板一一对应，且均设置于安装腔体内，所述驱动组件用于驱动所述支撑板的第一端穿出或者穿入所述缝隙，利用所述支撑板支撑所述目标顶进区域的土层，同时对所述土层进行注浆改良；

在所述目标顶进区域的正下方由上至下顺次设置顶管机和驱动支撑组件；

控制所述驱动支撑组件驱动所述顶管机向上顶进，在此过程中，在所述顶管机和所述驱动支撑组件之间依次下入多个管节，直至所述顶管机顶出地表；

对所述多个管节进行固定，形成顶进井；

拆卸所述顶管机和所述驱动支撑组件，完成所述城市地下综合管廊隧道垂直顶管施工。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述目标顶进区域的土层周缘安装密封装置，对所述目标顶进区域的土层进行注浆改良，包括：

将所述目标顶进区域对应的活动钢管片拆卸；

在所述目标顶进区域的土层周缘安装所述密封装置，利用支撑板支撑所述目标顶进区域的土层，同时对所述土层进行注浆改良。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述注浆为向所述目标顶进区域的土层中注入水泥浆、砂浆、或者聚氨酯材料。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述驱动支撑组件包括：由上至下顺次设置的推力垫圈、多个液压缸、钢板、水泥底座。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述控制所述驱动支撑组件驱动所述顶管机向上顶进，在此过程中，在所述顶管机和所述驱动支撑组件之间依次下入多个管节，直至所述顶管机顶出地表，包括：

在控制所述液压缸驱动所述顶管机向上顶进第一预设距离后，对所述顶管机限位，向所述顶管机与所述推力垫圈之间下入第一个管节，然后控制所述液压缸驱动所述顶管机向上顶进；

在所述顶管机向上顶进第二预设距离后，对所述第一个管节限位，向所述第一个管节与所述推力垫圈之间下入第二个管节，然后控制所述液压缸驱动所述顶管机向上顶进；

在所述顶管机向上顶进第N-1预设距离后，对所述第N-1个管节限位，向所述第N-1个管节与所述推力垫圈之间下入第N个管节，然后控制所述液压缸驱动所述顶管机向上顶进，直至所述顶管机顶出地表。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制所述驱动支撑组件驱动所述顶管机向上顶进，在此过程中，在所述顶管机和所述驱动支撑组件之间依次下入多个管节，直至所述顶管机顶出地表，还包括：

向所述第一个管节与所述推力垫圈之间下入所述第二个管节之后，采用多个锁紧螺栓将所述第一个管节的下端与所述第二个管节的上端连接，然后控制所述液压缸驱动所述顶管机向上顶进；

向所述第N-1个管节与所述推力垫圈之间下入所述第N个管节之后，采用多个锁紧螺栓将所述第N-1个管节的下端与所述第N个管节的上端连接，然后控制所述液压缸驱动所述顶管机向上顶进。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，采用限位杆对所述多个管节、以及所述顶管机进行限位。

8.根据权利要求1～7任一项所述的方法，其特征在于，所述多个管节的材料均为钢筋混凝土。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述推力垫圈的材料为钢铁材料。

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