CN112610233A - 一种“金蝉脱壳”式矩形顶管接收施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种“金蝉脱壳”式矩形顶管接收施工方法，步骤如下：钻孔探测；地墙凿除及刀盘土仓清理；临时洞口封堵；顶管设备拆除；浇筑前准备；底板与矮边墙模板搭设与混凝土浇筑；侧墙与顶板分仓钢板焊接；钢筋绑扎、焊接与模板搭设；混凝土带压浇筑；引导式防排水施工缝设置；本发明利用机壳框架焊接纵向分仓钢板，提高刚壳体抗变形能力，采用微膨胀自密实混凝土进行带压灌注，保证混凝土浇筑质量与效率；现浇混凝土衬砌与预制管片之间设置引导性防排水施工缝，有效解决了现浇筑混凝土与既有结构接缝防水问题。

Description

一种“金蝉脱壳”式矩形顶管接收施工方法
技术领域
本发明涉及城市地铁车站出入口通道的顶管施工方法，具体为一种“金蝉脱壳”式矩形顶管接收施工方法。
背景技术
顶管施工技术主要起源于日本及欧美国家，由于其施工效率高，施工扰动小，占地空间少被广泛应用于城市地下通道以及下穿建构筑物施工。随着城市建设的进一步发展，导致城市地上及地下空间日趋拥挤，能够保证顶管施工中始发及接收空间也日趋减少。在特殊情况下已经无法布置顶管接收井，仅能在既有地下建筑物中进行顶管机的接收。由于地下建构筑物空间有限，通过渐次拆解顶管机，将顶管壳体留置土体内，现浇混凝土衬砌代替管节的顶管接收方法被提出，“金蝉脱壳”顶管接收施工技术营运而生。
“金蝉脱壳”指在顶管机推进弃壳段后(接收口5m范围)，将顶管顶进装置分解拆除，顶管壳体留置在土体中，用现浇混凝土衬砌代替顶管管节。由于通过主体结构侧墙开洞接收，顶力控制要求高，变形控制难度大；作业空间狭小，混凝土模板安装固定困难；现浇段顶板为平板结构，浇筑混凝土时易造成顶板局部混凝土不密实；现浇混凝土衬砌与顶管管节、地下连续墙和主体结构侧墙连接处隐藏接缝多，防水处理困难。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题而提出一种“金蝉脱壳”式矩形顶管接收施工方法，旨在采用端头砌砖快速封堵以及水泥浆液带压快速置换，以解决脱壳过程中主体结构的变形控制问题，在矩形的现浇混凝土衬砌内利用机壳框架焊接纵向分仓钢板，以提高钢壳体抗变形能力，通过在现浇混凝土衬砌与预制管片之间设置引导性防排水施工缝，以解决现浇混凝土衬砌与主体结构接缝的防水问题。
本发明的目的是这样实现的：
一种“金蝉脱壳”式矩形顶管接收施工方法，具体包括：
(1)钻孔探测
顶管顶至接收区域土体时，先对周边土体进行加固处理，且采用探孔的方式观察围护地墙墙体外围地层止水效果；如果发现大量水流涌出，从出口处沿顶管机周边一定范围内钻孔注浆加固；如果土体完整无渗水现象，则顶管机均匀前进，机头迅速贴靠到围护地墙上，等待地墙的破除；
(2)地墙凿除及刀盘土仓清理
地墙凿除完成后，顶管机缓缓顶进，待机头帽檐进入围护体外侧时即壳体进入主体地墙范围后，停止顶进，清除机头刀盘土仓内泥土，顶进中利用顶管机自带压浆孔向顶管机四周注双液浆，填充顶管机壳四周的空隙，固结顶管机壳位置；双液注浆即是将水玻璃与氯化钙溶液交替注入土壤中，两种溶液迅速反应生成硅胶和硅酸钙凝胶，起到胶结和填充孔隙的作用，使土壤的强度和承载能力提高。常用于粉土、砂土和填土的地基加固。
(3)临时洞口封堵
地墙凿除完成后，顶管机顶进地墙中心40cm处，立即对管壳四周进行砌砖，将洞门与管节、机壳之间的空隙封堵，利用水泥浆液带压注浆置换泥浆，以减少脱壳过程中土体及既有结构变形，防止地下水渗入；
(4)顶管设备拆除
顶管机拆除流程具体为：顶管机周围注浆→拆除螺旋出土机1支→拆除后壳体纠偏液压站1座→拆除后壳体脱节油缸4支→拆除顶管机变频器控制柜1座→拆除中壳体纠偏油缸16支→拆除前壳体减速机14个→拆除前壳体马达8个→拆除前壳体齿轮箱5个；当具备接收条件后从接收端拆除刀盘，最后切除前壳体6cm厚度胸板；
(5)浇筑前准备
由于场地限制，物资须从始发井调运至现浇段，无法与顶管设备的拆卸同时进行。待顶管壳内所有设备拆卸、吊装完毕，吊装钢筋模板至接收井底部，再由人工倒运至现浇段，将现浇段分为2部分浇筑，第一部分为底板与左、右矮边墙，第二部分为左、右侧墙与顶板，底板，左右矮边墙，左、右侧墙以及顶板组成矩形的现浇混凝土衬砌；
(6)底板与矮边墙模板搭设与混凝土浇筑
绑扎底板与左、右矮边墙处钢筋并搭设模板，使用地泵浇筑混凝土，泵管从始发井接装至浇筑位置，采用微膨胀自密实混凝土浇筑，待混凝土终凝后，将矮边墙顶部凿毛并将虚渣清理干净；
(7)侧墙与顶板分仓钢板焊接与钢筋绑扎
在上述现浇混凝土衬砌内，利用机壳框架焊接纵向分仓钢板，每50cm设置一道分仓钢板，钢板厚度为2mm，在分仓钢板处安装套入式橡胶止水带，橡胶止水带主要作用为：①密封止水；②使模板能够与分仓钢板密贴，防止浇筑过程中串浆；③增加钢板耐久性，起防护作用；左、右侧墙与顶板钢筋分仓绑扎，环向钢筋与左、右矮边墙环向钢筋搭接，纵向钢筋两头与分仓钢板焊接；在钢筋绑扎前，需要在机壳上焊接竖向的框架定位筋，顶板的双层钢筋与框架定位筋通过绝缘卡和绝缘扎丝有效连接成一个整体；
(8)侧墙与顶板模板安装
左、右侧墙与顶板钢筋绑扎完成后，搭设支架安装模板；采用拼装式模板进行铺设，采用满堂脚手架支撑模板，满堂脚手架中间设置宽度为1.2m，高度为1.8m通道，以方便浇注泵管架设和人员进出；
现浇混凝土衬砌与预制管片接缝处需预留约5cm空间，以设置引导式防排水施工缝；
(9)侧墙与顶板混凝土浇筑
后浇段使用地泵浇筑混凝土，泵管从始发井接装至浇筑位置。每仓在模板上部设置注浆孔，孔内设置可伸缩注浆软管。泵管通过布料器从中间一分为二，分层分仓对称带压浇筑混凝土；浇筑顶板时，泵管沿顶板边缘伸入至洞口内部，浇筑时混凝土由内而外挤压密实，模板内注浆管随混凝土注浆逐渐向注浆口拔出；
(10)与既有结构衔接缝处防水设置
混凝土浇筑时，现浇段与地下连续墙、主体结构侧墙之间的衔接缝预埋全断面注浆管以及遇水膨胀止水条，防止施工缝处渗漏水，现浇混凝土衬砌与预制管片间留有5cm间隙，以设置引导式防排水施工缝；引导式防排水施工缝主要作用为：其一，通过人为设置渗漏水通道，有效引导渗水排出，大大降低现浇混凝土衬砌与其他既有结构间缝隙防水要求，避免其他施工缝运营期间出现渗漏水；其二，填充堵水材料可拆除替换，方便运营期间检修。
一种“金蝉脱壳”式矩形顶管接收施工方法，引导式防排水缝内从外向里依次设置有U形钢带、封墙胶和人工压入的弹性橡胶带以及将渗水引导流向外部围岩的排水通道。
与现有技术相比，本发明有以下特征和优点：
(1)采用端头砌砖快速封堵以及水泥浆液带压快速置换顶管外侧泥浆，预防地下水渗入同时减少脱壳后围岩变形，保证既有结构安全和防水要求；
(2)利用机壳框架焊接纵向分仓钢板，提高刚壳体抗变形能力，采用微膨胀自密实混凝土进行带压灌注，保证混凝土浇筑质量与效率；
(3)现浇混凝土衬砌与预制管片之间设置引导性防排水施工缝，如有地下水渗出，可引导地下水有序排出，有效解决了现浇筑混凝土与既有结构接缝防水问题。
附图说明
图1本发明施工工艺流程图。
图2钻孔探测示意图。
图3为地墙凿除及土仓清理示意图、
图4为外壳与洞门缝隙封墙示意图。
图4a为顶管机外壳与洞门缝隙封堵墙位置示意图。
图5a管顶进至接收区(脱壳前)示意用。
图5b顶管脱壳后示意图。
图6为现浇混凝土衬砌尺寸与分部浇筑示意图。
图7a为图6的现浇混凝土衬砌内部结构示意图。
图7b为图7a的左视方向在车站主体结构内的示意图。
图8为套入式止水胶带在分仓钢板是的安装示意图
图9为泵管埋设示意图。
图10为混凝土浇筑示意图。
图11为顶管现浇段与车站主体结构连接处防水示意图。、
图12为引导式防排水施工缝设置位置示意图。
图13为引导式防排水施工缝示意图。
具体实施方式
附图中，车站中板1，车站侧墙2，(围护)地墙3，接收加固段4，探测孔5，临时洞口封堵6，预埋钢环边/地墙凿除范围7，顶管机外壳8，洞门缝隙封堵墙层9(顶管机外壳8与地下连续墙之间的空隙先砌砖封堵，再在砖墙外侧封一层快速水泥)，(钢制)顶管壳体10，(快速)水泥浆11，现浇混凝土衬砌12(后续施工)，预制管片13，分仓钢板14，套入式橡胶止水带15，底板12a，左、右矮边墙12b，左、右侧墙12c，顶板12d；
主体地下连续墙16，车站顶板17(即主体结构顶板面)，泵管18，(顶管施工完成后)C20素砼填充19，顶管现浇段20，预埋全断面注浆管21，涂刷防水粘接剂22，遇水膨胀橡胶止水条23，弹性橡胶带24a(人工压入)，封堵胶24b，U形钢带24c，排水通道24d，围岩25，顶管侧26，车站主体侧27。
施工工艺流程
以下盐路站3号出入口为例，该工法施工工艺流程如图1。
施工要点
(1)钻孔探测
顶管顶至接收区域土体时，先对周边土体进行加固处理，且采用探孔的方式观察墙体外围地层止水效果。如果发现大量水流涌出，从出口处沿顶管机周边一定范围内钻孔注浆加固，钻孔探测如图2所示；如果土体完整无渗水现象，则顶管机均匀前进，机头迅速贴靠到地墙上，等待地墙的破除。
(2)地墙凿除及刀盘土仓清理
地墙凿除完成后，顶管机缓缓顶进，待机头帽檐进入围护体外侧时(即壳体进入主体地墙范围后)停止顶进，清除机头刀盘土仓内泥土，地连墙凿除及土仓清理见图3。顶进中利用顶管机自带压浆孔向顶管机四周注双液浆，填充顶管机壳四周的空隙，固结顶管机壳位置。
(3)临时洞口封堵
地墙凿除完成后，顶管机顶进地墙中心40cm处。立即对管壳四周进行砌砖，将洞门与管节、机壳之间的空隙封堵，见图4。利用水泥浆液带压注浆置换泥浆，以减少脱壳过程中土体及既有结构变形，防止地下水渗入。
(4)顶管设备拆除
顶管机拆除流程具体为：顶管机周围注浆→拆除螺旋出土机1支→拆除后壳体纠偏液压站1座→拆除后壳体脱节油缸4支→拆除顶管机变频器控制柜1座→拆除中壳体纠偏油缸16支→拆除前壳体减速机14个→拆除前壳体马达8个→拆除前壳体齿轮箱5个。当具备接收条件后从接收端拆除刀盘，最后切除前壳体6cm厚度胸板。
(5)浇筑前准备
由于场地限制，物资须从始发井调运至现浇段，无法与顶管设备的拆卸同时进行。待顶管壳内所有设备拆卸、吊装完毕，吊装钢筋模板至接收井底部，再由人工倒运至现浇段，如图5所示。
将现浇段分为2部分浇筑，第一部分为底板与矮边墙，第二部分为侧墙与顶板，具体见图6。
(6)底板与矮边墙模板搭设与混凝土浇筑
绑扎底板与矮边墙处钢筋并搭设模板。使用地泵浇筑混凝土，泵管从始发井接装至浇筑位置。采用微膨胀自密实混凝土浇筑，待混凝土终凝后，将矮边墙顶部凿毛并将虚渣清理干净。
(7)侧墙与顶板分仓钢板焊接与钢筋绑扎
利用机壳框架焊接纵向分仓钢板，每50cm设置一道分仓钢板，钢板厚度为2mm，如图7所示。在分仓钢板处安装套入式橡胶止水带，如图8所示。橡胶止水带主要作用为：①密封止水；②使模板能够与分仓钢板密贴，防止浇筑过程中串浆；③增加钢板耐久性，起防护作用。
侧墙与顶板钢筋分仓绑扎。环向钢筋与矮边墙环向钢筋搭接，纵向钢筋两头与分仓钢板焊接。在钢筋绑扎前，需要在机壳上焊接竖向的框架定位筋，顶板的双层钢筋与框架定位筋通过绝缘卡和绝缘扎丝有效连接成一个整体。
(8)侧墙与顶板模板安装
侧墙与顶板钢筋绑扎完成后，搭设支架安装模板。采用拼装式模板进行铺设，采用满堂脚手架支撑模板。满堂脚手架中间设置宽度为1.2m，高度为1.8m通道，以方便浇注泵管架设和人员进出。
现浇混凝土与预制管片接缝处需预留约5cm空间，以设置引导式防排水施工缝。
(9)侧墙与顶板混凝土浇筑
后浇段使用地泵浇筑混凝土，泵管从始发井接装至浇筑位置。每仓在模板上部设置注浆孔，孔内设置可伸缩注浆软管。泵管通过布料器从中间一分为二，分层分仓对称带压浇筑混凝土。浇筑顶板时，泵管沿顶板边缘伸入至洞口内部，如图9所示。浇筑时混凝土由内而外挤压密实，模板内注浆管随混凝土注浆逐渐向注浆口拔出，混凝土浇筑如图10所示。
(10)与既有结构衔接缝处防水设置
混凝土浇筑时，现浇段与地下连续墙、主体结构侧墙之间的衔接缝预埋全断面注浆管以及遇水膨胀止水条，防止施工缝处渗漏水，如图11所示。
现浇结构与预制管节间留有5cm间隙，以设置引导式防排水施工缝。引导式防排水施工缝设置位置如图12所示，具体构造如图13所示。
引导式防排水施工缝主要作用为：(1)通过人为设置渗漏水通道，有效引导渗水排出，大大降低现浇混凝土衬砌与其他既有结构间缝隙防水要求，避免其他施工缝运营期间出现渗漏水；(2)填充堵水材料可拆除替换，方便运营期间检修。
本发明技术方案概括如下：
(1)顶管机在顶管顶进之前，采用探孔的方式观察墙体外围地层止水效果，如果有水流涌出，则应从出口处沿顶管机周边一定范围内钻孔注浆加固，以保证脱壳过程中无水渗出；
(2)顶至接收加固段时，利用顶管机自带压浆孔向顶管机四周注双液浆，填充顶管机壳①四周空隙；
(3)地墙凿除后，利用砌砖快速封堵洞门与管节、机壳之间的空隙，并利用水泥浆液带压注浆置换泥浆，预防地下水渗入，减少脱壳过程中土体及既有结构变形，保证施工安全和防水要求；
(4)采用先浇筑底板与矮边墙，再浇筑侧墙与顶板的混凝土分次浇注方式，提高浇筑效率及质量；
(5)利用机壳框架焊接纵向分仓钢板，采用微膨胀自密实混凝土进行带压灌注，保证混凝土浇筑效率与质量；
(6)在分仓钢板处安装套入式橡胶止水带，主要作用为保证密封止水、模板能够与分仓钢板密贴，防止浇筑过程中串浆、增加钢板耐久性，起防护作用；
(7)通过在现浇混凝土衬砌与预制管节之间设置引导性防排水施工缝，有效引导渗出地下水排出，大大降低现浇混凝土衬砌与其他既有结构间缝隙防水要求，避免其他施工缝运营期间出现渗漏水；
(8)引导性防排水施工缝填充堵水材料可拆除替换，方便运营期间检修。
本发明综合考虑顶管脱壳工艺流程，针对施工难点，提出了一种“金蝉脱壳”式矩形顶管接收施工方法。该工法为解决脱壳过程中变形控制问题，减少对既有结构扰动，采用端头砌砖快速封堵以及水泥浆液带压快速置换；为解决混凝土模板安装固定问题，保证混凝土浇筑质量，采用先浇筑底板与矮边墙，再浇筑侧墙与顶板的方式；利用机壳框架焊接纵向分仓钢板，采用微膨胀自密实混凝土进行带压灌注，保证混凝土浇筑质量与效率；通过在现浇混凝土衬砌与预制管片之间设置引导性防排水施工缝，如有地下水渗出，可引导地下水有序排出，有效解决了现浇筑混凝土与既有结构接缝防水问题。

Claims (2)

1.一种“金蝉脱壳”式矩形顶管接收施工方法,其特征在于,包括以下步骤：
(1)、钻孔探测
顶管顶至接收区域土体时，先对周边土体进行加固处理，且采用探孔的方式观察围护地墙(3)墙体外围地层止水效果；如果发现大量水流涌出，从出口处沿顶管机周边一定范围内钻孔注浆加固；如果土体完整无渗水现象，则顶管机均匀前进，机头迅速贴靠到围护地墙上，等待地墙的破除；
(2)、地墙凿除及刀盘土仓清理
地墙凿除完成后，顶管机缓缓顶进，待机头帽檐进入围护体外侧时即壳体进入主体地墙(3)范围后，停止顶进，清除机头刀盘土仓内泥土，顶进中利用顶管机自带压浆孔向顶管机四周注双液浆，填充顶管机壳四周的空隙，固结顶管机壳位置；双液注浆即是将水玻璃与氯化钙溶液交替注入土壤中，两种溶液迅速反应生成硅胶和硅酸钙凝胶，起到胶结和填充孔隙的作用，使土壤的强度和承载能力提高；常用于粉土、砂土和填土的地基加固；
(3)、临时洞口封堵
地墙(3)凿除完成后，顶管机顶进地墙中心40cm处，立即对管壳四周进行砌砖，将洞门与管节、机壳之间的空隙封堵，利用水泥浆液带压注浆置换泥浆，以减少脱壳过程中土体及既有结构变形，防止地下水渗入；
(4)、顶管设备拆除
顶管机拆除流程具体为：顶管机周围注浆→拆除螺旋出土机1支→拆除后壳体纠偏液压站1座→拆除后壳体脱节油缸4支→拆除顶管机变频器控制柜1座→拆除中壳体纠偏油缸16支→拆除前壳体减速机14个→拆除前壳体马达8个→拆除前壳体齿轮箱5个；当具备接收条件后从接收端拆除刀盘，最后切除前壳体6cm厚度胸板；
(5)、浇筑前准备
由于场地限制，物资须从始发井调运至现浇段，无法与顶管设备的拆卸同时进行；待顶管壳内所有设备拆卸、吊装完毕，吊装钢筋模板至接收井底部，再由人工倒运至现浇段，将现浇段分为2部分浇筑，第一部分为底板(12a)与左、右矮边墙(12b)，第二部分为左、右侧墙(12c)与顶板(12d)，底板(12a)，左右矮边墙(12b)，左、右侧墙(12c)以及顶板(12d)组成矩形的现浇混凝土衬砌(12)；
(6)、底板与矮边墙模板搭设与混凝土浇筑
绑扎底板(12a)与左、右矮边墙(12b)处钢筋并搭设模板，使用地泵浇筑混凝土，泵管(18)从始发井接装至浇筑位置，采用微膨胀自密实混凝土浇筑，待混凝土终凝后，将矮边墙顶部凿毛并将虚渣清理干净；
(7)、侧墙与顶板分仓钢板焊接与钢筋绑扎
在上述现浇混凝土衬砌(12)内，利用机壳框架焊接纵向分仓钢板(14)，每50cm设置一道分仓钢板，钢板厚度为2mm，在分仓钢板处安装套入式橡胶止水带(15)，橡胶止水带主要作用为：①密封止水；②使模板能够与分仓钢板密贴，防止浇筑过程中串浆；③增加钢板耐久性，起防护作用；左、右侧墙(12c)与顶板(12d)钢筋分仓绑扎，环向钢筋与左、右矮边墙(12b)环向钢筋搭接，纵向钢筋两头与分仓钢板(14)焊接；在钢筋绑扎前，需要在机壳上焊接竖向的框架定位筋，顶板的双层钢筋与框架定位筋通过绝缘卡和绝缘扎丝有效连接成一个整体；
(8)、侧墙与顶板模板安装
左、右侧墙与顶板(12d)钢筋绑扎完成后，搭设支架安装模板；采用拼装式模板进行铺设，采用满堂脚手架支撑模板，满堂脚手架中间设置宽度为1.2m，高度为1.8m通道，以方便浇注泵管(18)架设和人员进出；
现浇混凝土衬砌(12)与预制管片(13)接缝处需预留约5cm空间，以设置引导式防排水施工缝；
(9)、侧墙与顶板混凝土浇筑
后浇段使用地泵浇筑混凝土，泵管(18)从始发井接装至浇筑位置；每仓在模板上部设置注浆孔，孔内设置可伸缩注浆软管，泵管通过布料器从中间一分为二，分层分仓对称带压浇筑混凝土；浇筑顶板(12d)时，泵管(18)沿顶板边缘伸入至洞口内部，浇筑时混凝土由内而外挤压密实，模板内注浆管随混凝土注浆逐渐向注浆口拔出；
(10)、与既有结构衔接缝处防水设置
混凝土浇筑时，现浇段与地下连续墙(16)、主体结构侧墙(2)之间的衔接缝预埋全断面注浆管以及遇水膨胀止水条，防止施工缝处渗漏水，现浇混凝土衬砌(12)与预制管片(13)间留有5cm间隙，以设置引导式防排水施工缝(24)；引导式防排水施工缝主要作用为：其一，通过人为设置渗漏水通道，有效引导渗水排出，大大降低现浇混凝土衬砌(12)与其他既有结构间缝隙防水要求，避免其他施工缝运营期间出现渗漏水；其二，填充堵水材料可拆除替换，方便运营期间检修。
2.根据权利要求1所述一种“金蝉脱壳”式矩形顶管接收施工方法，其特征在于，引导式防排水缝内从外向里依次设置有U形钢带(24c)、封墙胶(24b)和人工压入的弹性橡胶带(24a)以及将渗水引导流向外部围岩(25)的排水通道(24d)。
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