CN111750173A - 一种地下管道用微型顶管二次工法施工工艺 - Google Patents

一种地下管道用微型顶管二次工法施工工艺 Download PDF

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Abstract

一种地下管道用微型顶管二次工法施工工艺，1)进行现场勘测，进行工作坑开挖包括工作井和接收井，在井内安装钢桶或预制钢筋混凝土井后靠背，安装顶管机及激光经纬仪；2）通过激光经纬仪定向，由顶管机顶进前导管，通过前导管将两座井贯通；3）通过前导管与黑管连接，将黑管顶进，更换前导管并对前导管进行回收；在黑管内安装出土螺旋管；4）安装切削机头，并在接收井拆卸黑管及螺旋管，通过顶管机进行混凝土单节管推进；5）待机头达到接收坑完成整个操作。本申请工艺顶进速度快，管道铺设精度高，顶管施工占地面积小，不存在沉降隐患，特别适合于路面宽度较窄，两侧房屋为结构稳定性较差老房子情况铺设精度要求高的污水管道使用。

Description

一种地下管道用微型顶管二次工法施工工艺
技术领域
本发明涉及地下管道施工方法领域，尤其涉及一种地下管道用微型顶管二次工法施工工艺。
背景技术
传统的地下管道施工是将管道顶部挖开，进行施工，这种情况如果遇到路面宽度较窄的情况，两侧房屋为结构稳定性较差老房子情况，直接开挖施工极易产生地坪沉降、开裂及房屋沉降、裂缝等一系列问题，为此有人考虑采用拉管施工的方式解决以上问题，但是拉管施工虽然施工过程中对周边环境以及周边土质影响较小，但是容易产生较大偏差，控制难度较高，污水管道等施工往往对精度要求极高，采用拉管施工影响往往较大，为此申请人提供一种地下管道用微型顶管二次工法施工工艺。
发明内容
针对以上问题，本申请提供一种地下管道用微型顶管二次工法施工工艺，该工艺顶进速度快，管道铺设精度高，顶管施工占地面积小，不存在沉降隐患，特别适合于路面宽度较窄，两侧房屋为结构稳定性较差老房子情况铺设精度要求高的污水管道使用。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:一种地下管道用微型顶管二次工法施工工艺，具体步骤如下：
1)进行现场勘测，进行工作坑开挖包括工作井和接收井，在井内安装钢桶或预制钢筋混凝土井后靠背，安装顶管机及激光经纬仪；
2)通过激光经纬仪定向，由顶管机顶进前导管，通过前导管将两座井贯通；
3)通过前导管与黑管连接，将黑管顶进，更换前导管并对前导管进行回收；在黑管内安装出土螺旋管；
4)安装切削机头，并在接收井拆卸黑管及螺旋管，通过顶管机进行混凝土单节管推进；
5)待机头达到接收坑完成整个操作。
作为本发明进一步改进，所述步骤一工作井施工过程需要进行相应抗浮计算，具体如下：
工作井自重计算如下；
封底后，工作井抗浮验算时，工作井重除井壁重量外，井底底板及垫层重；
钢筋混凝土底板容重按25KN/m3，垫层填料按容重按18KN/m3，素砼容重按24KN/m3；
井壁重:G1
底板重:G2
垫层重:G3
总重:G＝G1+G2+G3
浮力计算；
浮力为:Fwk
抗浮安全系数，在不考虑井壁反摩阻力情况下；
Kw＝G/Fwk当K＞1.0，则抗浮能力满足要求，施工中工作井需要根据实际情况保证相应的抗浮能力。
作为本发明进一步改进，所述步骤一接收井施工过程需要进行相应抗浮计算，具体如下：
所述步骤一接收井的抗浮计算如下：
接收井自重计算如下；
封底后，接收井抗浮验算时，接收井重除井壁重量外，井底底板及垫层重；
钢筋混凝土底板容重按25KN/m3计，垫层填料按容重按18KN/m3，素砼容重按24KN/m3；
井壁重:G1
底板重:G2
垫层重:G3
总重:G＝G1+G2+G3
浮力计算；
浮力为:Fwk
抗浮安全系数，在不考虑井壁反摩阻力情况下；
Kw＝G/Fwk当K＞1.0，则抗浮能力满足要求，施工中接收井需要根据实际情况保证相应的抗浮能力。
作为本发明进一步改进，步骤一工作井和接收井施工中顶背板和井壁之间填充C30混凝土，在顶背板和井壁之间填充C30混凝土，让井壁充分达到反力墙作用。
作为本发明进一步改进，步骤二前导管操作如下；
首先进行洞门凿除，洞门凿除即凿除洞门位置的钢筋砼，清除洞口内杂物，经检查没有杂物后，在洞口安装防水橡胶板，然后将先导管穿过洞口，向预设路线进行顶进，如上操作可以方便先导管穿过洞口。
作为本发明进一步改进，步骤二前导管是直径φ110mm中空钢管，端头谓扁锥形状，采用顶管机重复旋转方式消除钻孔偏置，先导管每节长1米，先导管是直径φ110mm中空钢管，端头有导向设备，可准确的反应先导管到达的深度和位置，可精准地按预设的坡度和路线进行顶进。先导管每节长1米，每顶完一节，顶管机油缸后退，再安放一节顶进的接力方法向接收井顶进，前进过程通过重复旋转方式消除钻孔偏置。
作为本发明进一步改进，步骤四中管件总顶按下式估算；
F＝πD1Lfk+Nf
式中F——总顶力标准值KN；
D1——管道外径m；
L——管道设计顶进长度50m；
fk——管道外壁与土的平均摩阻力KN/㎡经触变泥浆减阻后取对应数值；
Nf——顶管机的迎面阻力kN，
其中
Figure BDA0002563740810000041
其中γ3为土的重度KN/m，H3为覆盖层厚度m,Dg为顶管机外径0.68m；
其中工作井最大承受顶力计算如下；
R＝α×B×(r×H2×Kp+2c×H×√(Kp)+r×h×H×Kp)
式中α-取1.5～2.5；
B–为后座墙宽度；
r-土的重度KN/m3
H–后座墙高度；
Kp–取3.0；
c–土的内聚力；
h–地面到后座墙顶部的高度；
当F＜工作井允许最大顶力，所以顶管正常进行，在施工前需要保证F小于工作井允许最大顶力，从而使得顶管正常进行。
作为本发明进一步改进，所述步骤四中管件每节长1m，管件首端和尾端接触部分有橡胶缓冲垫且外壁通过钢圈相连，管件尾端外壁的槽内有遇水膨胀胶圈，管件首端外有橡胶密封圈且被钢圈压住，管件使用橡胶缓冲垫可以进行形变，通过钢圈进行固定并且设置遇水膨胀胶圈以及橡胶密封圈。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1)本申请可以直接使用顶管机台，顶进速度快，每个台班15-20米，工作效率极高；
2)本申请管道采用段连接方式铺设精度高，精度控制在±2cm，特别适合对精度要求很高的污水管道使用；
3)本申请顶管施工占地面积小，工作坑与接收坑直径为2.2与1.6米，施工围挡分别为3.5米*9米和3米*6米，不需要占用太大的施工面积；
4)本申请不存在沉降隐患，管道铺设后管壁与土层之间空隙为1cm，可以适用于各种石头较少的地形适用范围广；
5)本申请为了方便可以使用管材强度高的管材；
6)本申请操作方便对环境影响较小，特别适合于路面宽度较窄，两侧房屋为结构稳定性较差老房子的情况使用。
附图说明
图1是本申请施工工艺示意图；
图2是本申请导向头示意图；
图3是本申请管道连接部分示意图；
图中：1：钢圈；2：遇水膨胀胶圈；3：橡胶缓冲垫；4：橡胶密封圈。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本申请提供一种地下管道用微型顶管二次工法施工工艺，该工艺顶进速度快，管道铺设精度高，顶管施工占地面积小，不存在沉降隐患，特别适合于路面宽度较窄的情况，两侧房屋为结构稳定性较差老房子情况铺设精度要求高的污水管道使用。
作为本发明一种实施例具体下，其中本申请施工工艺如图1所示，具体如下：
进行先导管顶进；
工作井底板浇筑好以后，开始进行顶管机安装。安装时须用仪器反复测量、计算，保证顶管机安装的误差在允许范围内，这是管道顶进后管道的轴线及高程准确性的前提条件。
顶管机安装调整完毕后，在顶背板和井壁之间填充C30混凝土，让井壁充分达到反力墙作用。之后进行激光经纬仪安装调试.
全部设备安装好以后开始进行先导管的顶进，首先进行洞门凿除，洞口经测量定位后，打开到大于管道外径，洞门凿除即凿除洞门位置的钢筋砼，清除洞口内的混凝土等杂物，经检查没有剩余砼等杂物后，在洞口安装防水橡胶板。然后将先导管穿过洞口，向预设路线进行顶进。
先导管如图2所示是直径φ110mm中空钢管，端头有导向设备，可准确的反应先导管到达的深度和位置，可精准地按预设的坡度和路线进行顶进。先导管每节长1米，每顶完一节，顶管机油缸后退，再安放一节顶进的接力方法向接收井顶进。
更换送土螺旋管及先导管回收；
先导管到达接收井后，在先导管尾部加装转接头，连接出泥钢管(每节管长1m)，然后顶进操作，先导管在接收井拆卸回收。即出泥钢管顶进一节，先导管拆卸一节，如此反复操作直到出泥钢管更换完毕。
进行水泥管顶进；
出泥钢管到达接收井后，在尾端加装转接头，连接顶管机头，机头后面连接水泥管(水泥管每节长1m)然后顶进。水泥管用门架式电动葫芦吊车吊下井，水泥管在工作井顶进一节，出泥管在接收井拆卸回收一节。如此反复操作直到机头到达接收井，顶管施工完成。由于先导管和出泥管有导向作用，水泥管顶进时无需再调整机头就可准确地达到管道预设的轴线及高程。
水泥管管件如图3所示每节长1m，管件首端和尾端接触部分有橡胶缓冲垫3且外壁通过钢圈1相连，管件尾端外壁的槽内有遇水膨胀胶圈2，管件首端外有橡胶密封圈4且被钢圈1压住，管件使用橡胶缓冲垫3可以进行形变，通过钢圈进行固定并且设置遇水膨胀胶圈以及橡胶密封圈。
具体实施中工作井接收井施工过程需要进行相应抗浮计算，具体如下：
定义沉井内径D＝2.20米，沉井结构高度H＝4.5米。抗浮计算时，考虑施工时降水，地下水位于起沉标高下1000mm；降水可能中止时出现的最高地下水位，即地下水位于地面下1000mm。施工采用排水法，考虑地面堆载qm＝10kPa。
沉井材料：混凝土强度等级C30；抗渗等级S6；钢筋采用热轧钢筋HRB335，抗拉强度设计值fy＝300MPa.
计算参数
井总深H＝4.5m
壁厚t＝0.22m
底板厚度h＝0.5m
钢筋混凝土容重γ1＝25KN/M3
π＝3.1415926
沉井下沉深度H＝4.5m
地下水位离起沉面高度h＝1m
水容重γs＝10KN/M3
淤泥质粉质黏土重度γt＝17.5KN/M3
工作井抗浮验算：
(1)工作井自重
封底后，工作井抗浮验算时，工作井重除井壁重量外，井底底板及垫层重。
钢筋混凝土底板容重按25KN/m3计，垫层填料按容重按18KN/m3，素砼容重按24KN/m3；
井壁重:G1＝3.14*(1.74-1.21)*4.5*25＝187.22KN
底板重:G2＝3.14*1.74*0.5*25＝68.30KN
垫层重:G3＝3.14*1.74*0.1*24+3.14*1.74*0.2*18＝32.78KN
总重:G＝G1+G2+G3＝288.30KN
(2)浮力
浮力为:Fwk＝3.14*1.74*4.0*10＝218.54KN
(3)抗浮安全系数(不考虑井壁反摩阻力)
Kw＝G/Fwk＝288.30/218.54＝1.32＞1.0，抗浮能力满足要求
接收井抗浮验算：
(1)接收井自重
封底后，接收井抗浮验算时，接收井重除井壁重量外，井底底板及垫层重。
钢筋混凝土底板容重按25KN/m3计，垫层填料按容重按18KN/m3，素砼容重按24KN/m3；
井壁重:G1＝3.14*(1.74-1.21)*4.5*25＝187.22KN
底板重:G2＝3.14*1.74*0.5*25＝68.30KN
垫层重:G3＝3.14*1.74*0.1*24+3.14*1.74*0.2*18＝32.78KN
总重:G＝G1+G2+G3＝288.30KN
(2)浮力
浮力为:Fwk＝3.14*1.74*4.0*10＝218.54KN
(3)抗浮安全系数(不考虑井壁反摩阻力)
Kw＝G/Fwk＝288.30/218.54＝1.32＞1.0，抗浮能力满足要求
具体实施中顶管施工具体如下；
顶管施工段单个顶管作业段最大施工长度50m，管道总顶力可按下式估算:
F＝πD1Lfk+Nf
式中F——总顶力标准值KN；
D1——管道外径m，取0.68m；
L——管道设计顶进长度50m；
fk——管道外壁与土的平均摩阻力KN/㎡经触变泥浆减阻后可取4.5KN/㎡；；
Nf——顶管机的迎面阻力kN，
其中
Figure BDA0002563740810000101
其中γ3为土的重度KN/m，取18.8KN/m3，H3为覆盖层厚度m,取最大值4.0m,Dg为顶管机外径0.68m；
其中工作井最大承受顶力计算如下；
R＝α×B×(r×H2×Kp+2c×H×√(Kp)+r×h×H×Kp)
＝2.0*0.22*(18.8*4.52*3.0+2*36*4.5*√3.0+18.8*3.5*4.5*3.0)
＝2591.57KN
式中α-取1.5～2.5；
B–为后座墙宽度；
r-土的重度KN/m3
H–后座墙高度；
Kp–取3.0；
c–土的内聚力；
h–地面到后座墙顶部的高度；
由于F＝507.72KN＜工作井允许最大顶力2591.57KN，所以顶管可以正常进行。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种地下管道用微型顶管二次工法施工工艺，具体步骤如下，其特征在于：
1)进行现场勘测，进行工作坑开挖包括工作井和接收井，在井内安装钢桶或预制钢筋混凝土井后靠背，安装顶管机及激光经纬仪；
2)通过激光经纬仪定向，由顶管机顶进前导管，通过前导管将两座井贯通；
3)通过前导管与黑管连接，将黑管顶进，更换前导管并对前导管进行回收；在黑管内安装出土螺旋管；
4)安装切削机头，并在接收井拆卸黑管及螺旋管，通过顶管机进行混凝土单节管推进；
5)待机头达到接收坑完成整个操作。
2.根据权利要求1所述的一种地下管道用微型顶管二次工法施工工艺，其特征在于：所述步骤一工作井施工过程需要进行相应抗浮计算，具体如下：
工作井自重计算如下；
封底后，工作井抗浮验算时，工作井重除井壁重量外，井底底板及垫层重；
钢筋混凝土底板容重按25KN/m3，垫层填料按容重按18KN/m3，素砼容重按24KN/m3；
井壁重:G1
底板重:G2
垫层重:G3
总重:G＝G1+G2+G3
浮力计算；
浮力为:Fwk
抗浮安全系数，在不考虑井壁反摩阻力情况下；
Kw＝G/Fwk当K＞1.0，则抗浮能力满足要求。
3.根据权利要求1所述的一种地下管道用微型顶管二次工法施工工艺，其特征在于：所述步骤一接收井施工过程需要进行相应抗浮计算，具体如下：
所述步骤一接收井的抗浮计算如下：
接收井自重计算如下；
封底后，接收井抗浮验算时，接收井重除井壁重量外，井底底板及垫层重；
钢筋混凝土底板容重按25KN/m3计，垫层填料按容重按18KN/m3，素砼容重按24KN/m3；
井壁重:G1
底板重:G2
垫层重:G3
总重:G＝G1+G2+G3
浮力计算；
浮力为:Fwk
抗浮安全系数，在不考虑井壁反摩阻力情况下；
Kw＝G/Fwk当K＞1.0，则抗浮能力满足要求。
4.根据权利要求1所述的一种地下管道用微型顶管二次工法施工工艺，其特征在于：步骤一工作井和接收井施工中顶背板和井壁之间填充C30混凝土。
5.根据权利要求1所述的一种地下管道用微型顶管二次工法施工工艺，其特征在于：步骤二前导管操作如下；
首先进行洞门凿除，洞门凿除即凿除洞门位置的钢筋砼，清除洞口内杂物，经检查没有杂物后，在洞口安装防水橡胶板，然后将先导管穿过洞口，向预设路线进行顶进。
6.根据权利要求1所述的一种地下管道用微型顶管二次工法施工工艺，其特征在于：步骤二前导管是直径φ110mm中空钢管，端头谓扁锥形状，采用顶管机重复旋转方式消除钻孔偏置，先导管每节长1米。
7.根据权利要求1所述的一种地下管道用微型顶管二次工法施工工艺，其特征在于：
步骤四中管件总顶按下式估算；
F＝πD1Lfk+Nf
式中F——总顶力标准值KN；
D1——管道外径m；
L——管道设计顶进长度50m；
fk——管道外壁与土的平均摩阻力KN/㎡经触变泥浆减阻后取对应数值；
Nf——顶管机的迎面阻力kN，
其中
Figure FDA0002563740800000031
其中γ3为土的重度KN/m3，H3为覆盖层厚度m,Dg为顶管机外径0.68m；
其中工作井最大承受顶力计算如下；
R＝α×B×(r×H2×Kp+2c×H×√(Kp)+r×h×H×Kp)
式中α-取1.5～2.5；
B–为后座墙宽度；
r-土的重度KN/m3
H–后座墙高度；
Kp–取3.0；
c–土的内聚力；
h–地面到后座墙顶部的高度；
当F＜工作井允许最大顶力，所以顶管正常进行。
8.根据权利要求1所述的一种地下管道用微型顶管二次工法施工工艺，其特征在于：所述步骤四中管件每节长1m，管件首端和尾端接触部分有F型钢接口，内有橡胶缓冲垫和遇水膨胀胶圈，管件首端外有橡胶密封圈且被钢圈压住。
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