CN112576812B - 一种大直径长距离直线顶管顶进方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种大直径长距离直线顶管顶进方法,包括步骤:勘察顶进区域的深度和土层性质;进行始发井和接收井洞口的土体加固;在地面设置抽水井;安装顶管设备;设置激光经纬仪;出洞前,采用所述激光经纬仪测量顶管机的轴线位置,确保顶进方向沿着顶进设计轴线进行;打开封门和所述顶管设备,使顶管机开始切削土体出洞;在顶管机进洞前,再次测量顶管机的轴线位置,确保偏移在允许范围内,确保顶管机顺利进洞;本技术方案所采用的装置操作简单,费用低,各个装置和总控制系统的紧密连接使整个顶管顶进过程协调进行,提高了工作效率,具有良好的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及顶管施工技术领域,具体涉及一种大直径长距离直线顶管顶进方法。
背景技术
顶管施工技术是继盾构技术之后而发展起来的一种铺设地下管道的非开挖技术,与传统的铺设地下管道相比具有很大的优点。它不需要开挖地层,不需要拆除周边建筑物和设施,即使在城市中施工也能有效的保护地面交通和地表建筑物、不会产生过大的噪声,不影响周围环境,而且施工安全、效率高,造价低,近些年来发展迅速,被越来越广泛的应用于市政交通、水利和道路、电力和通信线路铺设和等方面的建设。随着顶管施工技术越来越成熟,正朝着向顶进的距离和顶管直径越来越大的方向发展的趋势。
相比曲线顶管施工,直线顶管在顶进过程中需要严格控制其顶进方向,这对顶管施工的技术要求更高,尤其是在大直径长距离直线顶管的顶进控制技术方面,更需要进行更多的研究和发展。查阅现有相关技术文献,目前对大直径长距离直线顶管的顶进控制技术研究非常的少,大部分都是一些关于曲线顶管或顶进距离比较短的顶管技术的研究,而且有些技术控制不仅工期长,费用昂贵,而且操作起来复杂,不利于整个工程的施工进程。
鉴于上述缺陷,本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
为解决上述技术缺陷,本发明采用的技术方案在于,提供一种大直径长距离直线顶管顶进方法,包括步骤:
S1,勘察顶进区域的深度和土层性质;
S2,进行始发井和接收井洞口的土体加固;
S3,在地面设置抽水井;
S4,安装顶管设备;
S5,设置激光经纬仪;
S6,出洞前,采用所述激光经纬仪测量顶管机的轴线位置,确保顶进方向沿着顶进设计轴线进行;
S7,打开封门和所述顶管设备,使顶管机开始切削土体出洞;
S8,在顶管机进洞前,再次测量顶管机的轴线位置,确保偏移在允许范围内,确保顶管机顺利进洞。
较佳的,采用边顶进边进行注浆的减阻方式,在工具管管壁处设置环形设置若干注浆口,通过设置注浆管经所述注浆口向所述工具管外侧注射减阻泥浆。
较佳的,所述激光经纬仪设置在所述始发井地面,在工具管管道中,间隔布置若干激光测量点,光板位于机头处,所述激光经纬仪发射的激光线穿过各个所述激光测量点和所述光板中心从而和顶进轴线相一致。
较佳的,所述机头设有纠偏千斤顶;所述顶管机顶进时,实时监测所述激光经纬仪的轴线轨迹,当所述激光经纬仪的轴线曲线和所述顶管机的实际顶进曲线偏移超过5mm时,通过所述纠偏千斤顶进行纠偏。
较佳的,所述注浆管和所述顶管机周围设有压力传感器,所述顶管机顶进时,实时监测所述压力传感器的压力数值,通过所述压力传感器的压力数值预测所述顶管机偏移的方向,提前做好纠偏准备。
较佳的,地面设有总控制系统,所述总控制系统和所述纠偏千斤顶、所述激光经纬仪、所述压力传感器、所述顶管机连接。
较佳的,地面设有注浆中心站,所述注浆中心站通过所述注浆管与所述注浆口连接向所述工具管外侧注射减阻泥浆。
较佳的,所述管道内间隔500m设置中继间和注浆补充站,所述注浆补充站和所述注浆总站通过所述注浆管相连接。
较佳的,在步骤S2中,在所述始发井四周打入高压旋喷桩,并在周围衬入0.8m厚内衬墙;所述接收井加固采用高压旋喷桩加固,所述接收井的洞口土体加固强度比所述始发井的洞口土体加固强度高。
较佳的,在步骤S2中,在进洞和出洞方向的所述高压旋喷桩处预设注浆孔,在所述注浆孔处安装用于加固土体的注浆管,对洞口土体采用注浆加固,封门采用钢板,采用水泥浆作为注浆材料,注浆强度小于2MPa,用密封胶材料填充注浆管和注浆孔的空隙。
与现有技术比较本发明的有益效果在于:对洞口土体的加固,可以防止进出洞时的顶进偏差,保护工程的安全进行,防止管壁破裂。采用组合密封中继间保证装置的密封性,同时密封装置可调节、可组合、破损的密封圈可进行调换。设置多个注浆站,解决了长距离顶管注浆不足的缺点。在工具管壁周围设置压力传感器,通过监测管壁压力来预测顶管可能要偏移的方向,以便机头向反方向及时做出调整来预防可能出现的偏差。本技术方案所采用的装置操作简单,费用低,各个装置和总控制系统的紧密连接使整个顶管顶进过程协调进行,提高了工作效率,具有良好的经济效益。
附图说明
图1为所述大直径长距离直线顶管顶进方法的流程图;
图2为所述顶管机主体结构的连接示意图;
图3为所述工作井的加固示意图;
图4为所述顶管机头光板中心的示意图。
图中数字表示:
1-始发井;2-接收井;3-顶管机;4-激光经纬仪;5-激光测量点;6-光板;7-三脚架;8-导轨系统;9-后背墙;10-底板;11-注浆总站;12-注浆管;13-注浆补充站;14-注浆口;15-纠偏千斤顶;16-压力传感器;17-中继间;18-总控制系统;19-降水井;20-高压旋喷桩;21-主千斤顶;61-光板中心。
具体实施方式
以下结合附图,对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
实施例一
如图1所示,图1为所述大直径长距离直线顶管顶进方法的流程图;本发明所述大直径长距离直线顶管顶进方法,包括步骤:
S1,做好施工准备,勘察顶进区域的深度和土层性质;
S2,进行始发井1和接收井2的洞口土体加固;
S3,在地面设置抽水井,所述抽水井沿着地面周围均匀布置,用抽水泵将地下水位降到工作井以下2.5m;
S4,安装顶管设备;
S5,设置激光经纬仪4,所述激光经纬仪4采用钢管固定在所述始发井1地面,在工具管管道中,间隔布置激光测量点5,固定在顶管机3上部,光板6位于机头处,所述光板6的光板中心61位于所述机头中心的正上方,使所述激光经纬仪4发射的激光线穿过各个激光测量点5和所述光板6的光板中心61并和顶进轴线相一致;
S6,出洞前,用所述激光经纬仪4测量所述顶管机3的轴线位置,确保顶进方向沿着顶进设计轴线进行;
在所述工作井的后座位置设置测量机座,所述测量基座由地面引入地下,避免工作井的变形引起的误差,将所述激光经纬仪4放置在其上调平后,使所述激光经纬仪4发射的激光沿着顶进方向水平射出,打在所述机头的所述光板6上,通过望远镜读出所述机头的偏差。每隔0.5m记录一次。
顶管推进前300m范围内全程以所述激光经纬仪4进行跟踪测量。顶进300m后采用激光导向和管内设站所述激光测量点5法来跟踪测量管道顶进方向,此方法测量时间在管节顶进停止后进行。测量内容包括管道横向偏差值、高程偏差值、水平直径、竖向直径、椭圆度。
S7,打开封门和所述顶管设备,使所述顶管机3开始切削土体出洞;
S8,在所述顶管机3进洞前,再次测量所述顶管机3的轴线位置,确保偏移在允许范围内,在所述顶管机3实现直线顶进的前提下,安装好接收导轨,确保所述顶管机3顺利进洞。
如图2、图4所示,图2为所述顶管机主体结构的连接示意图;图4为所述顶管机头光板中心的示意图;在步骤S5中,所述激光经纬仪4放在支撑板上,所述支撑板通过三脚架7焊接在工作井内,所述三脚架7即为所述测量基座,所述激光经纬仪4可以在所述支撑板上移动改变位置,其发出的轴线通过各所述测量点中心和顶管顶进方向重合。
所述地面设有总控制系统18和注浆中心站;所述管道内间隔500m设置中继间17和注浆补充站13,所述注浆补充站13和所述注浆总站11通过注浆管12相连接;所述注浆管12和所述顶管机3周围设有压力传感器16,所述机头设有纠偏千斤顶15,所述压力传感器16、所述纠偏千斤顶15和所述总控制系统18相连。
本发明采用边顶进边进行注浆减阻的方式,在所述工具管管壁处设置上下左右四个注浆口14,设置所述注浆管12来向所述注浆口14注射减阻泥浆,所述减阻泥浆采用膨润土,纯碱等混合液。
所述顶管机3顶进时,通过所述总控制系统18获取压力传感器16的数值和所述激光经纬仪4的轴线轨迹,当所述激光经纬仪4的轴线曲线和所述顶管机3的实际顶进曲线偏移超过5mm时,立刻启动所述纠偏千斤顶15进行缓慢纠偏,全程控制所述顶管机3轴线为直线,纠偏时采用小角度纠偏,每次纠偏角度小于0.4°,纠偏过程应保持平稳。同时也可以通过所述压力传感器16监测的所述顶管机3周围的压力数值预测所述顶管机3可能偏移的方向,提前做好纠偏准备。
所述纠偏千斤顶15所形成的顶管机纠偏系统位于所述机头部位,一般设置有四个纠偏油缸,纠偏时,通过控制各个所述纠偏油缸的伸缩,使纠偏油缸活塞杆的合力推动纠偏段朝机身段偏斜的相反方向转过一定的角度,这时纠偏段和机身段之间的环形超挖间隙发生变化,机头的顶进阻力便失去原有平衡,在后方顶推力和土压力的共同作用下,迫使机身段和后续管道向纠偏段偏转的方向前进。
顶进中发现管位偏差5mm左右,即应进行校正。纠偏校正应缓缓进行,使管节逐渐复位,不得猛纠硬调。校正方法采用机头自身纠偏法:控制机头的状态(向下、向上、向左、向右),这种方法纠偏方法良好,每次纠偏的幅度以5mm为一个单元,再顶进1m时,如果根据机头的测斜仪及所述激光经纬仪4测量偏位趋势没有减少时,增大纠偏力度(以8mm为一个单元),如果根据机头的测斜仪及激光经纬仪测量偏位趋势稳定或减少时,保持该纠偏力度,继续顶进,当偏位趋势相反时,则需要将纠偏力度逐渐减小。
通过获取千斤顶的顶力变化大小,以便及时根据顶力大小做出调整,启动所述中继间17,防止长距离顶进的顶力不足。
如图3所示,图3为所述工作井的加固示意图;在步骤S2中,所述始发井1和所述接收井2的洞口土体加固包括:
S21,在所述始发井1四周打入高压旋喷桩20,并在周围衬入0.8m厚内衬墙;
进出洞口加固采用双排Φ0.6m所述高压旋喷桩20加固,桩间距为0.5m,桩长15m。洞门破除时应进行水平探孔施工,如发现流砂流水应及时注浆(双玻璃∶水泥=1∶1)
所述高压旋喷桩20在沉井下沉之后进行施工,所述高压旋喷桩20的固化剂选用42.5R水泥。
放线前对各控制点进行复核后,按设计图纸放线,准确定出工艺性试桩的位置;测量施工平台的高程,桩位放样;所述高压旋喷桩20的桩位应采用竹片或板条进行现场定位,并撒白灰点作标记,移动钻机要准确对孔,对孔误差不得大于50mm。
喷射注浆使对需要扩大加固范围或提高强度的部分采取复喷的措施,并使实际桩顶标高高于设计标高0.3m~0.5m。
S22,在进洞和出洞方向的高压旋喷桩20处预设注浆孔,在所述注浆孔处安装用于加固土体的注浆管,对洞口土体采用注浆加固,封门采用钢板,采用水泥浆作为注浆材料,注浆强度小于2MPa,以减少机头通过加固区的阻力,使所述顶管机3顺利进出洞,用密封胶材料填充所述注浆管和所述注浆孔的空隙.
S23,所述接收井2加固也采用高压旋喷桩20加固,洞口土体加固强度要比所述始发井1强度高一些,因为所述顶管机3进洞时易发生磕头现象,导致土体塌陷。
本发明进、出洞口均采用胶圈、压板止水措施,并在工作井预埋钢环、洞口加固及洞口连接构造。
为使顶管进出洞口不发生泥水流失,导致工程受损,在进出洞口安装止水装置。采用的洞口止水装置一般为橡胶结构,具体的,为使进出洞口止水装置发挥良好的水密性,必须在安装该装置时满足与设计轴线同轴的要求。橡胶结构的密封法兰便会被四周均匀压缩,达到止水效果。
在顶管结束48小时后,管道线形基本稳定,此时即可开始从洞口向外注水泥浆,起到加固管周土体与止水的作用。随后再用砖、水泥砂浆封闭洞口与管道周边间隙及连接管道与井壁。
为了使预埋钢环能牢固地预埋在洞口井壁上,在它与混凝土接触的一面焊接数根开叉的锚杆,主要是方便顶管机出洞时凿除地连墙洞门,稳固地连墙上部结构,不使其他部位受到洞门凿除的影响;在安装钢环上焊数根螺栓用来安装橡胶圈和压板,压板用来固定橡胶止水圈的位置,防止其发生变形移位。外侧橡胶止水圈和内侧环形钢筋混凝土圈咬合,形成柔性和刚性搭接,橡胶止水圈置于洞门口处,由其弹性膨胀特性,可以更好的密封管节与上部结构,防止渗水。
所述工作井加固采用半径为10cm的高压旋喷桩20加固,水泥的占比不小于30%;所述工作井周围设有4口所述降水井19,所述顶管机3工作前应将地下水位降到所述工作井以下2m。
在步骤S4中,具体包括:
S41,在顶进方向的后方高压旋喷桩20上设置H型钢作为顶管机3的后背墙9,所述后背墙9应垂直于工作井底部,为了防止所述后背墙9偏移对顶管顶力方向的影响,在地面吊一根重锤线来测量所述后背墙9的角度,使所述后背墙9偏移在一定范围,并用所述激光经纬仪4和线坠配合,使所述后背墙9平面与顶进轴线垂直,所述后背墙9与工作井井壁密贴。所述后背墙9安装好后,所述后背墙9与工作井井壁之间的小空隙,使用砂浆灌注密实;
S42,所述始发井1和所述接收井2内设置有导轨系统8,所述导轨系统8包括位于所述始发井1的始发导轨和位于所述接收井2的接收导轨,所述导轨系统8的底部钢横梁置于工作井底板10上,并与所述工作井底板10上的预埋件焊接,使所述导轨系统8整体成为在使用中不会产生位移的、牢固的整体,所述导轨系统8的导轨下部采用型钢材质的方形钢管,所述方形钢管和所述导轨、所述钢横梁均固定连接,所述导轨系统8安装时距离洞门口30cm安装;在本实施例中,所述工作井为所述始发井1或所述接收井2;
S43,所述始发井1内设置有主顶设备,所述主顶设备包括千斤顶架、主千斤顶21、油压泵站顶铁。所述油压泵站顶铁为所述主千斤顶21提供动力,所述主千斤顶21一般包括多个千斤顶,所述千斤顶架用于固定多个所述千斤顶。
较佳的,所述顶管机3每台配备18个所述千斤顶,每个所述千斤顶顶力200T,所述千斤顶行程为3.5m,管节长度为2.5m,所述千斤顶伸出的最大行程应小于油缸行程的10cm左右。
在顶管机3顶进过程中,难免会遇到一些突发状况和不可控因素,为了保证顶管管道内高压供电安全性问题,因此在机头和中继间17处安装应急照明系统,以便突然停电时,保证工作人员的安全撤离和进场检修;由于管道内空气流通性差,氧气含量会逐渐降低,一些有毒有害气体也会相继产生,从而影响作业人员安全健康,导致工程施工受到影响。因此,在管道施工过程中,加大管道内空气流通量,安装换气管和空气检测仪,使送风风速应大于0.2m/s,保证管道内空气质量达到安全指标;顶管工程对地质土层勘察资料的真实性要求特别高,但地质勘察资料毕竟是地层土质的代表性资料,并不能和实际存在的地质情况绝对相同,总会有一些误差,因此要制定特殊地质、复杂情况下的处理措施,根据不同的土质选用顶管设备型号。
顶管机3进出洞发生渗漏时,采用以下紧急措施:
工作井内紧急抽水;
在洞口外面放置竹胶板,后面用编织袋装土、装水泥封堵。后再用吊车吊入钢板封堵;
工作井内用方木对车架与管节空隙支顶(无法控制时撤出作业人员)。工作井内再用袋装水泥筑挡墙,在堆砌过程中还有局部渗漏。对始发洞口进行封堵;
地表向下进行注浆加固。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,对本发明而言仅仅是说明性的,而非限制性的。本专业技术人员理解,在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变,修改,甚至等效,但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种大直径长距离直线顶管顶进方法,其特征在于,包括步骤:
S1,勘察顶进区域的深度和土层性质;
S2,进行始发井和接收井洞口的土体加固;
S21,在所述始发井四周打入高压旋喷桩,并在周围衬入0.8m厚内衬墙;
进出洞口加固采用Φ0.6m所述高压旋喷桩加固,桩长15m;
所述高压旋喷桩在沉井下沉之后进行施工;
放线前对各控制点进行复核后,按设计图纸放线,准确定出工艺性试桩的位置;测量施工平台的高程,桩位放样;所述高压旋喷桩的桩位采用竹片或板条进行现场定位,并撒白灰点作标记,移动钻机要准确对孔,对孔误差不得大于50mm;
喷射注浆使对需要扩大加固范围或提高强度的部分采取复喷的措施,并使实际桩顶标高高于设计标高0.3m~0.5m;
S22,在进洞和出洞方向的高压旋喷桩处预设注浆孔,在所述注浆孔处安装用于加固土体的注浆管,对洞口土体采用注浆加固,封门采用钢板,采用水泥浆作为注浆材料,注浆强度小于2MPa,用密封胶材料填充所述注浆管和所述注浆孔的空隙;
S23,所述接收井加固也采用高压旋喷桩加固,洞口土体加固强度要比所述始发井强度高;
S3,在地面设置抽水井;
S4,安装顶管设备;
S5,设置激光经纬仪;
设置激光经纬仪,所述激光经纬仪采用钢管固定在所述始发井地面,在工具管管道中,间隔布置激光测量点,固定在顶管机上部,光板位于机头处,所述光板的光板中心位于所述机头中心的正上方,使所述激光经纬仪发射的激光线穿过各个激光测量点和所述光板的光板中心并和顶进轴线相一致;
S6,出洞前,用所述激光经纬仪测量所述顶管机的轴线位置,确保顶进方向沿着顶进设计轴线进行;
在所述工作井的后座位置设置测量机座,所述测量基座由地面引入地下,避免工作井的变形引起的误差,将所述激光经纬仪放置在其上调平后,使所述激光经纬仪发射的激光沿着顶进方向水平射出,打在所述机头的所述光板上,通过望远镜读出所述机头的偏差,每隔0.5m记录一次;
顶管推进前300m范围内全程以所述激光经纬仪进行跟踪测量;顶进300m后采用激光导向和管内设站所述激光测量点法来跟踪测量管道顶进方向,此方法测量时间在管节顶进停止后进行;
S7,打开封门和所述顶管设备,使顶管机开始切削土体出洞;
S8,在顶管机进洞前,再次测量顶管机的轴线位置,确保偏移在允许范围内,确保顶管机顺利进洞;
所述地面设有总控制系统和注浆中心站;所述管道内间隔500m设置中继间和注浆补充站,所述注浆补充站和所述注浆总站通过注浆管相连接;所述注浆管和所述顶管机周围设有压力传感器,所述机头设有纠偏千斤顶,所述压力传感器、所述纠偏千斤顶和所述总控制系统相连;
所述顶管机顶进时,通过总控制系统获取压力传感器的数值和所述激光经纬仪的轴线轨迹,当所述激光经纬仪的轴线曲线和所述顶管机的实际顶进曲线偏移超过5mm时,立刻启动所述纠偏千斤顶进行缓慢纠偏,全程控制所述顶管机轴线为直线,纠偏时采用小角度纠偏,每次纠偏角度小于0.4°,纠偏过程应保持平稳;
所述纠偏千斤顶所形成的顶管机纠偏系统位于所述机头部位,设置有四个纠偏油缸,纠偏时,通过控制各个所述纠偏油缸的伸缩,使纠偏油缸活塞杆的合力推动纠偏段朝机身段偏斜的相反方向转过一定的角度,这时纠偏段和机身段之间的环形超挖间隙发生变化,机头的顶进阻力便失去原有平衡,在后方顶推力和土压力的共同作用下,迫使机身段和后续管道向纠偏段偏转的方向前进;
顶进中发现管位偏差5mm左右,即应进行校正;纠偏校正应缓缓进行,使管节逐渐复位,校正方法采用机头自身纠偏法:控制机头的状态,向下、向上、向左、向右,每次纠偏的幅度以5mm为一个单元,再顶进1m时,如果根据机头的测斜仪及所述激光经纬仪测量偏位趋势没有减少时,增大纠偏力度,以8mm为一个单元,如果根据机头的测斜仪及激光经纬仪测量偏位趋势稳定或减少时,保持该纠偏力度,继续顶进,当偏位趋势相反时,则需要将纠偏力度逐渐减小。
2.如权利要求1所述的大直径长距离直线顶管顶进方法,其特征在于,采用边顶进边进行注浆的减阻方式,在工具管管壁处设置环形设置若干注浆口,通过设置注浆管经所述注浆口向所述工具管外侧注射减阻泥浆。
3.如权利要求1所述的大直径长距离直线顶管顶进方法,其特征在于,所述激光经纬仪设置在所述始发井地面,在工具管管道中,间隔布置若干激光测量点,光板位于机头处,所述激光经纬仪发射的激光线穿过各个所述激光测量点和所述光板中心从而和顶进轴线相一致。
4.如权利要求2所述的大直径长距离直线顶管顶进方法,其特征在于,地面设有注浆中心站,所述注浆中心站通过所述注浆管与所述注浆口连接向所述工具管外侧注射减阻泥浆。
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