CN112503248A - 长距离砼涵管曲线顶管安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及顶管工程技术领域，具体涉及一种长距离砼涵管曲线顶管安装方法，本发明进行长距离曲线顶管的测量施工，测量放样后进入施工准备；依次进行轨道安放、后座顶板、后座千斤顶及洞口止水装置的安装，之后进行顶进设备安装；上电运行顶管机，使其在顶管机井内就位，在隔开门板之后，后座千斤顶顶进；做出泥准备，顶管机出洞，带动砼涵管顶进，过程中进行偏差测量和顶进纠偏；进行管节拼接，完成后进行接口检验和管节现场验收，顶进结束，完成曲线顶管安装。本发明长距离曲线顶管技术能加快工程进度，节约人力成本，提高项目经济效益，减少了安全文明施工的成本。

Description

长距离砼涵管曲线顶管安装方法

技术领域

本发明涉及顶管工程技术领域，具体涉及一种长距离砼涵管曲线顶管安装方法。

背景技术

随着城市的发展，各种基础设施更新换代，原有的基础设施满足不了现代的进步，越来越多的城市在已经建设好的道路或者设施下要重新增加管道或线缆，由于各种因素影响不具备开挖条件，顶管能穿越公路、铁路、河流，甚至能在建筑物底下穿过的特点，当前管道施工用顶管施工最安全有效环境保护的施工方法。

曲线顶管是顶管工程的前沿技术，它适用于旧城改造中的管线埋设，在穿越河、海、己有地下管线时也常常使用。曲线顶管可以避免在不可开挖地段设置工作井，相比大开挖和架空减少工程投资。目前长距离曲线顶管，管道的一次顶拖长度和弯曲半径的大小与土质、管径、顶力有很大的关系。而管道能否按设计路线顶进测量是关键。所以对长距离砼涵管曲线顶管施工技术研究，是非常有必要的。

目前长距离曲线顶管的施工特点和易出现的问题

一、长距离、多曲线顶管施工特点：

(1)工作井至接收井距离较长,一般在500m以上,管线由两个以上不同曲率半径的曲线组成。

(2)曲率半径大小由管径、管节长度决定,即管径大的顶管只能采用大曲率半径,在一般情况下,直径2700以上顶管曲率半径不能小于500m。

(3)适用于闹市区,车流量大,交通繁忙,且道路不直的路下排水工程。

(4)施工周期较长,速度较慢,适用于工期相对宽余的地下管道铺设工程。

二、长距离、多曲线顶管施工易出现的问题：

一次顶进距离太长,顶进参数(土压力、顶进速度、出土量)较难控制,易于引起管内渗漏,造成地面异常沉降发生；曲线处,管节接触面间受力不均匀,易压碎管缝处混凝土,或管缝粘连不均匀,产生脱节；曲管轴心较难掌控,纠偏频繁,对地面沉降影响较大；管线长,管内潮湿,光线暗淡,测量容易产生较大误差；中继间设置相对较多,中继间增压油泵在潮湿不通风的环境下工作,电机易发热、油泵主塞头容易损坏。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种长距离砼涵管曲线顶管安装方法，用于解决上述背景技术存在的问题。

本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种长距离砼涵管曲线顶管安装方法，所述方法包括以下步骤：

S1进行长距离曲线顶管的测量施工，测量放样后进入施工准备；

S2依次进行轨道安放、后座顶板、后座千斤顶及洞口止水装置的安装，之后进行顶进设备安装；

S3上电运行顶管机，使其在顶管机井内就位，在隔开门板之后，后座千斤顶顶进；

S4做出泥准备，顶管机出洞，带动砼涵管顶进，过程中进行偏差测量和顶进纠偏；

S5进行管节拼接，完成后进行接口检验和管节现场验收，顶进结束，完成曲线顶管安装。

更进一步的，所述方法中，在由地面向井下两个水准点传递时,采用两次仪器高进行观测,由不同的仪器高所求得的井下水准点高程的不符值不超过5mm时取平均值，在井中悬挂一把50m钢尺,钢尺零段放入井中,并在该段挂一个15kg重槌，在地面和井下各安置一台水准仪和水准尺观测3次,每次在同一时刻在钢尺上读数,同时量取地面及井下的温度,则井下水准点高程按下式计算：

H地下＝H地面+a-[(r1-r2)+Δt+ΔL]-b

式中:H地面为地面水准点高程；

a,b分别为地面水准尺和井下水准尺的读数；

r1,r2为地面和井下钢尺的读数；

Δt,ΔL为钢尺的温度改正数和尺长改正数。

更进一步的，所述方法中，如果顶管路径较长，采用中继间接力顶推原理，将顶进管道划分成若干个顶推区间，相邻顶推区间之间设置中继间，形成一个移动式顶推站，中继间按先后顺序依次逐个启动，使管道分段顶进。

更进一步的，所述方法中，所述中继间由多个顶推油缸、前后两个特殊的顶进管节和均压环、特殊钢制外壳、密封件等组成，在长距离顶管施工过程中，若所需顶推力超过主顶油缸的顶推能力、管道材料或者主顶油缸后座装置所允许承受的最大荷载时，只需增加中继间的数量便可满足长距离顶管施工的需要。

更进一步的，所述方法中，若曲线顶管只有一种曲率半径，则将套环按设计的管节张口要求加工成楔形套环，或在管节接头处使用楔形垫块使接缝张开成V形，用于补偿管子端面的不平度，使之反复承载时有变形能力，进而适应管道端面在曲线顶进时形成倾斜角度，并能保持管节之间的开口度。

更进一步的，所述方法中，若曲线顶管多于一种曲率半径，则在每节管道的接头部位设置特制的耐压充气胶囊，当充气胶囊膨胀时，可依靠气压来推进一节管道顶进；然后胶囊排气收缩，接着再让另一胶囊充气、排气，如此循环往复，即可推进后续管节。

更进一步的，所述方法中，后续两管节的摩擦力为顶进管道的推进提供反力，利用这种工法可进行长距离顶进，对于曲线顶管，当气囊排气后依次在管节之间的间隙内放入硬质木楔，然后再充气顶进，促使气囊前的管段改变方向，以实现曲线顶进。

更进一步的，所述方法中，曲线顶进时,应分别计算其直线段和曲线段的顶进力,然后累加即得总的顶进力，其曲线段的顶进力按照下式进行计算：

式中，式中:F_n为顶进力；K为曲线顶管的摩擦因数；n为曲线段顶进施工所采用的管节数量；F_o为开始曲线段顶进时的初始推力；F^t为作用于单根管节上的摩阻力。

更进一步的，所述方法中，掘进机后面的几节成品管设计成纠偏特殊管，在普通管的尾部预留油缸槽,放置起曲油缸,以便顶管进入曲线段时,可以同时启用机头纠偏油缸和起曲油缸,并把木垫逐步垫到设计厚度,形成整体弯曲弧度开始起曲。

更进一步的，所述方法中，纠偏特殊管的数量根据曲率半径确定,为3～4节，纠偏特殊管适用于大中口径的管子,用于节约设备成本,而对小口径,因结构的限制,把掘进机设计成具有多节纠偏的钢壳,来满足曲线顶进要求。

本发明的有益效果为：

本发明长距离曲线顶管技术能加快工程进度，节约人力成本，提高项目经济效益，其优越性在后续工程中会越来越明显。

本发明减少了安全文明施工的成本、避免开挖道路和深基坑或者架空管廊的投入费用，及其他一次性投入的费用，避免破坏已完成的道路、高压电网基础等设施。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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是一种长距离砼涵管曲线顶管安装方法的原理步骤图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明公开如图1所示的一种长距离砼涵管曲线顶管安装方法，包括以下步骤：

S1进行长距离曲线顶管的测量施工，测量放样后进入施工准备；

S2依次进行轨道安放、后座顶板、后座千斤顶及洞口止水装置的安装，之后进行顶进设备安装；

S3上电运行顶管机，使其在顶管机井内就位，在隔开门板之后，后座千斤顶顶进；

S4做出泥准备，顶管机出洞，带动砼涵管顶进，过程中进行偏差测量和顶进纠偏；

S5进行管节拼接，完成后进行接口检验和管节现场验收，顶进结束，完成曲线顶管安装。

本实施例中，如果顶管路径较长，采用中继间接力顶推原理，将顶进管道划分成若干个顶推区间，相邻顶推区间之间设置中继间，形成一个移动式顶推站，中继间按先后顺序依次逐个启动，使管道分段顶进。中继间由多个顶推油缸、前后两个特殊的顶进管节和均压环、特殊钢制外壳、密封件等组成，在长距离顶管施工过程中，若所需顶推力超过主顶油缸的顶推能力、管道材料或者主顶油缸后座装置所允许承受的最大荷载时，只需增加中继间的数量便可满足长距离顶管施工的需要。

本实施例中，若曲线顶管只有一种曲率半径，则将套环按设计的管节张口要求加工成楔形套环，或在管节接头处使用楔形垫块使接缝张开成V形，用于补偿管子端面的不平度，使之反复承载时有变形能力，进而适应管道端面在曲线顶进时形成倾斜角度，并能保持管节之间的开口度。

若曲线顶管多于一种曲率半径，则在每节管道的接头部位设置特制的耐压充气胶囊，当充气胶囊膨胀时，可依靠气压来推进一节管道顶进；然后胶囊排气收缩，接着再让另一胶囊充气、排气，如此循环往复，即可推进后续管节。后续两管节的摩擦力为顶进管道的推进提供反力，利用这种工法可进行长距离顶进，对于曲线顶管，当气囊排气后依次在管节之间的间隙内放入硬质木楔，然后再充气顶进，促使气囊前的管段改变方向，以实现曲线顶进。

本实施例中，曲线顶进时,应分别计算其直线段和曲线段的顶进力,然后累加即得总的顶进力，其曲线段的顶进力按照下式进行计算：

式中，式中:F_n为顶进力；K为曲线顶管的摩擦因数；n为曲线段顶进施工所采用的管节数量；F_o为开始曲线段顶进时的初始推力；F^t为作用于单根管节上的摩阻力。

本实施例中，掘进机后面的几节成品管设计成纠偏特殊管，在普通管的尾部预留油缸槽,放置起曲油缸,以便顶管进入曲线段时,可以同时启用机头纠偏油缸和起曲油缸,并把木垫逐步垫到设计厚度,形成整体弯曲弧度开始起曲。

纠偏特殊管的数量根据曲率半径确定,为3～4节，纠偏特殊管适用于大中口径的管子,用于节约设备成本,而对小口径,因结构的限制,把掘进机设计成具有多节纠偏的钢壳,来满足曲线顶进要求。

实施例2

本实施例通过长距离砼涵管曲线顶管施工技术研究，使跨越瓷都大道(211省道)长距离曲线顶管施工安全顺利到位。

本实施例公开长距离曲线顶管的测量施工，曲线顶管工程的施工是用可靠的平面和高程控制系统作保证,在施工阶段测量工作其主要任务是为工作井构造物现场定位、放样、安装，以及为施工顶进指向服务，故施工时要求测量工作应遵守从整体到局部的原则。曲线顶管施工测量是一项细致的工作它需要有足够的精度,否则就会给整个工程质量带来隐患，要特别注意对管底、检查井底标高复测,并定期复测施工用水准点以防由于控制点的变化而使施工发生返工现象。

为检核和提高高程传递精度,在由地面向井下两个水准点传递时,采用两次仪器高进行观测,由不同的仪器高所求得的井下水准点高程的不符值不超过5mm时取平均值。高程传递采用悬挂钢尺法,即在井中悬挂一把50m钢尺,钢尺零段放入井中,并在该段挂一个15kg重槌。在地面和井下各安置一台水准仪和水准尺观测3次,每次在同一时刻在钢尺上读数,同时量取地面及井下的温度,则井下水准点高程按下式计算.

H地下＝H地面+a-[(r1-r2)+Δt+ΔL]-b

式中:H地面为地面水准点高程；

a,b分别为地面水准尺和井下水准尺的读数；

r1,r2为地面和井下钢尺的读数；

Δt,ΔL为钢尺的温度改正数和尺长改正数。

在施工过程中应特别注意从以下几个方面进行控制复核或旁站式观察：

①曲线顶管轴线测定、建立工作井中心定位的平面控制；

②施工水准测量,建立曲线顶管的高程控制；

③顶进设备的安装和架设测量。

并特别注意基坑工程中的定位和放样,严格进行基坑模板尺寸的检查、对于桩位的放样有条件尽可能采用坐标法放样,以保证顶进设备建立在正确位置,从而使基坑建造符合工程质量检测要求.

曲线顶管的测量是曲线顶管的关键技术问题。长距离、多曲线顶进时因管内外无法通视,因此必须改变常规的施工测量方法,经纬仪需要进管,但管道在施工过程中是不断向前移动的,因此测站的坐标也是在不断变化的。要在测站坐标不断改变的情况下,随时随地指出管道前进方向,解决的办法有：

1)管道内布置多台全站仪,依靠全站仪的优势,在短时间内通过计算机确定每站经纬仪的方向,指出管道顶进方向；

2)管道内设置一台普通经纬仪,一个觇标,二者均布置在工具管的后部。工具管上的标尺、经纬仪、后视觇标三者间保持一定的距离,并与管道固定,随管顶进而跟进。经纬仪、后视觇标的中心坐标是根据事先测定的实际管轴线计算所得,工具管上的测点座标查设计轴线可得。依靠这三者的关系就可算出管道的顶进方向,并由经纬仪指向。管轴线的测定需要一台全站仪,管道每顶进数10m,测定一次工具管后的管轴线,并输入计算机。施工中可以根据顶进距离,推算出三者的即时坐标,通过计算机的运算就能指出工具管顶进方向；

3)测量对曲线顶管的轨迹控制是至关重要的。由于在曲线顶管的管内，测量仪器不能与机头通视，而且在顶进过程中，整体管道都是处在无规则动态，还会发生旋转现象。所以如采用人工地下导线测量方法，不仅测量时顶管必须停止，而且工作量大，影响顶管进度。在二次测量之间，只能盲目顶进，顶管质量难以得到可靠保证。

为此，我们开发了国内第一套顶管自动引导测量系统。该系统由顶管工作井下一台固定于仪器墩上的自动全站仪[T1)及固定于井壁上的二个后视点(PI和PR)组成顶管贯通测量地下导线的起始基准点，按连续导线形式随顶管顶进的长度和线形，在管道内固定安置若干台自动全站仪(T2、T3，，)及棱镜。由离机头最近的全站仪最后测量固定安置于机头内的棱镜P1、P2的坐标，然后归算求得当前机头位置中心P0的坐标(X、Y、Z)。

所有全站仪均与安装于机头内的工业计算机(1PC)通过专用双向通讯电缆连接。每一台全站仪的测量均按照由IPC机，然后由IPC机进行数据处理，并与设计图的管道中心轴线比较，在计算机屏幕上显示机头中心当前的位置，左右偏差、上下偏差、机头旋转角、10m内的机头中心轨迹线，当前机头位置的里程及测量的时间。每测得一次机头的坐标，图形就刷新一次，“机头当前位置图”字体颜色改变一次，显示新值。以三台全站仪，每刷新一次测量约4分钟。系统周而复始进行测量，实现了机头的跟踪测量，做到“随测随纠”，有效地保证了顶管的质量并大大提高整体施工进度，效果特别明显。

实施例3

本实施例通过长距离砼涵管曲线顶管施工技术研究，使跨越瓷都大道(211省道)长距离曲线顶管施工安全顺利到位。

本实施例公开长距离曲线顶管纠偏，管道偏离轴线主要是由于作用于工具管的外力不平衡造成的，外力不平衡的主要原因是：

(1)推进的管线不可能绝对在一直线上；

(2)管道曲面不可能绝对垂直于管道轴线；

(3)管节之间垫板的压缩性不完全一致；

(4)顶管迎面阻力的合力不一定与顶管后端推进顶力的合理重合一致；

(5)推进的管道在发生挠曲时，沿管道纵向的一些地方会产生约束管道挠曲的附加抗力。

上述原因造成的直接结果就是顶管的顶力产生偏心。顶进施工中应随时监测顶进中管节接缝上的不均匀压缩情况，从而推算接头端面上的应力分布状况及顶推合力的偏心度，并据此调整纠储幅度，防止因偏心度过大面使管节接头压损或管节中部出现环向裂缝。

直线顶管的纠偏,一般是通过掘进机的一组纠偏液压系统来完成的。但是对曲线顶管,仅仅依靠掘进机的一组纠偏装置难以满足要求,尤其是S形曲线和曲率半径较小的情况更难满足纠偏要求。所以采取了以下措施；

1)纠偏特殊管

在掘进机后面的几节成品管设计成纠偏特殊管。即在普通管的尾部预留油缸槽,放置起曲油缸,以便顶管进入曲线段时,可以同时启用机头纠偏油缸和起曲油缸,并把木垫逐步垫到设计厚度,形成整体弯曲弧度开始起曲。纠偏特殊管的数量根据曲率半径确定,一般为3～4节。纠偏特殊管适用于大中口径的管子,可以节约设备成本,而对小口径,因结构的限制,应把掘进机设计成具有多节纠偏的钢壳,来满足曲线顶进要求。

顶进中的方向控制可采用以下几种措施；

(1)严格控制挖土，两侧均匀挖土，左右侧切土钢刃角要保持吃土lo cm，正常情况下不允许超挖；

(2)发生偏差，可采用调整纠偏千斤顶的编组操作进行纠正，要逐渐纠正，不可急于求成，否则会造成忽左忽右；

(3)利用挖土纠偏，多挖土一侧阻力小，少挖土一侧阻力大，利用土本身的阻力纠偏，

(4)利用承压壁顶铁调整，加换承压壁顶铁时，可根据偏差的大小和方向，将一例顶铁楔紧，另一例顶铁楔松或留1—3cm的间隙，顶进开始后，则楔紧一例先走，楔松一侧不动，这种方法很有效，但要严格算担顶进时楔的松紧程度，算握不好客易使管道由于受力不均而出现裂缝。

综上，本发明长距离曲线顶管技术能加快工程进度，节约人力成本，提高项目经济效益，其优越性在后续工程中会越来越明显。

本发明减少了安全文明施工的成本、避免开挖道路和深基坑或者架空管廊的投入费用，及其他一次性投入的费用，避免破坏已完成的道路、高压电网基础等设施。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种长距离砼涵管曲线顶管安装方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1进行长距离曲线顶管的测量施工，测量放样后进入施工准备；

S2依次进行轨道安放、后座顶板、后座千斤顶及洞口止水装置的安装，之后进行顶进设备安装；

S3上电运行顶管机，使其在顶管机井内就位，在隔开门板之后，后座千斤顶顶进；

S4做出泥准备，顶管机出洞，带动砼涵管顶进，过程中进行偏差测量和顶进纠偏；

S5进行管节拼接，完成后进行接口检验和管节现场验收，顶进结束，完成曲线顶管安装。

2.根据权利要求1所述的长距离砼涵管曲线顶管安装方法，其特征在于，所述方法中，在由地面向井下两个水准点传递时,采用两次仪器高进行观测,由不同的仪器高所求得的井下水准点高程的不符值不超过5mm时取平均值，在井中悬挂一把50m钢尺,钢尺零段放入井中,并在该段挂一个15kg重槌，在地面和井下各安置一台水准仪和水准尺观测3次,每次在同一时刻在钢尺上读数,同时量取地面及井下的温度,则井下水准点高程按下式计算：

H地下＝H地面+a-[(r1-r2)+Δt+ΔL]-b

式中:H地面为地面水准点高程；

a,b分别为地面水准尺和井下水准尺的读数；

r1,r2为地面和井下钢尺的读数；

Δt,ΔL为钢尺的温度改正数和尺长改正数。

3.根据权利要求1所述的长距离砼涵管曲线顶管安装方法，其特征在于，所述方法中，如果顶管路径较长，采用中继间接力顶推原理，将顶进管道划分成若干个顶推区间，相邻顶推区间之间设置中继间，形成一个移动式顶推站，中继间按先后顺序依次逐个启动，使管道分段顶进。

4.根据权利要求3所述的长距离砼涵管曲线顶管安装方法，其特征在于，所述方法中，所述中继间由多个顶推油缸、前后两个特殊的顶进管节和均压环、特殊钢制外壳、密封件等组成，在长距离顶管施工过程中，若所需顶推力超过主顶油缸的顶推能力、管道材料或者主顶油缸后座装置所允许承受的最大荷载时，只需增加中继间的数量便可满足长距离顶管施工的需要。

5.根据权利要求1所述的长距离砼涵管曲线顶管安装方法，其特征在于，所述方法中，若曲线顶管只有一种曲率半径，则将套环按设计的管节张口要求加工成楔形套环，或在管节接头处使用楔形垫块使接缝张开成V形，用于补偿管子端面的不平度，使之反复承载时有变形能力，进而适应管道端面在曲线顶进时形成倾斜角度，并能保持管节之间的开口度。

6.根据权利要求5所述的长距离砼涵管曲线顶管安装方法，其特征在于，所述方法中，若曲线顶管多于一种曲率半径，则在每节管道的接头部位设置特制的耐压充气胶囊，当充气胶囊膨胀时，可依靠气压来推进一节管道顶进；然后胶囊排气收缩，接着再让另一胶囊充气、排气，如此循环往复，即可推进后续管节。

7.根据权利要求6所述的长距离砼涵管曲线顶管安装方法，其特征在于，所述方法中，后续两管节的摩擦力为顶进管道的推进提供反力，利用这种工法可进行长距离顶进，对于曲线顶管，当气囊排气后依次在管节之间的间隙内放入硬质木楔，然后再充气顶进，促使气囊前的管段改变方向，以实现曲线顶进。

8.根据权利要求1所述的长距离砼涵管曲线顶管安装方法，其特征在于，所述方法中，曲线顶进时,应分别计算其直线段和曲线段的顶进力,然后累加即得总的顶进力，其曲线段的顶进力按照下式进行计算：

式中，式中:F_n为顶进力；K为曲线顶管的摩擦因数；n为曲线段顶进施工所采用的管节数量；F_o为开始曲线段顶进时的初始推力；F^t为作用于单根管节上的摩阻力。

9.根据权利要求1所述的长距离砼涵管曲线顶管安装方法，其特征在于，所述方法中，掘进机后面的几节成品管设计成纠偏特殊管，在普通管的尾部预留油缸槽,放置起曲油缸,以便顶管进入曲线段时,可以同时启用机头纠偏油缸和起曲油缸,并把木垫逐步垫到设计厚度,形成整体弯曲弧度开始起曲。

10.根据权利要求1所述的长距离砼涵管曲线顶管安装方法，其特征在于，所述方法中，纠偏特殊管的数量根据曲率半径确定,为3～4节，纠偏特殊管适用于大中口径的管子,用于节约设备成本,而对小口径,因结构的限制,把掘进机设计成具有多节纠偏的钢壳,来满足曲线顶进要求。

Images