CN112727489B - 一种顶管注浆施工方法及顶管组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种顶管注浆施工方法及顶管组件。顶管组件，以顶管机的顶进方向为前后方向，包括：顶管，其由多个顶管段沿前后方向密封拼接形成；注浆管，沿前后方向延伸且固定在顶管的外壁面上，注浆管的管壁上设有注浆孔。本发明通过将注浆管设置在顶管的外壁面上，避免了在顶管侧壁上开孔，不仅保证了顶管的整体强度，而且保证了顶管的密封性能，使得土体内的水不会进入到顶管内，有利于后续工作。此外，在顶管上设置注浆管，也能够对顶管起到加强作用，进一步保证顶管的整体强度。

Description

一种顶管注浆施工方法及顶管组件

技术领域

本发明涉及一种顶管注浆施工方法及顶管组件。

背景技术

对于穿越建筑物及地上河流的地下管道，传统的明挖式施工方法已经不能满足要求，而采用顶管施工的方法，可以有效避免房屋、河流等的影响，从而达成管网布设的目的。然而，顶管施工段的地层结构较为复杂，周围土壤大多以粉砂夹粉土、粉质黏土及黏土层为主，地下水丰富，从而导致该富水软土层的承载力不足，极易引起沉降塌陷等险情。同时在顶管顶进过程中，由于端部钻进刀头的直径大于顶管的直径，导致顶管与周围土体存在一定缝隙，更容易诱发沉陷。

因此，为防止顶管在富水软土层顶进过程中发生沉降等不利影响，需采用注浆技术对其进行注浆加固，以填充顶管周围缝隙并提高顶管附近土层的承载能力，保证施工正常进行以及后期管道正常使用。

现有技术中，一般在顶管内设置注浆管，且在顶管的管壁上加工注浆孔，注浆管的一端与注浆泵连接，另一端与注浆孔连接，浆液通过注浆管、注浆孔注入到顶管与土体之间的缝隙中。在顶管侧壁开孔后，不仅导致顶管的整体强度降低，而且顶管施工完成后，土体内的水容易经注浆孔进入到顶管内，影响后续工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种顶管组件，以解决现有技术中在顶管侧壁开孔后导致土体内的水容易经注浆孔进入到顶管内的技术问题；本发明的目的还在于提供一种顶管注浆施工方法。

为实现上述目的，本发明顶管组件的技术方案是：

顶管组件，以顶管机的顶进方向为前后方向，包括：

顶管，其由多个顶管段沿前后方向密封拼接形成；

注浆管，沿前后方向延伸且固定在顶管的外壁面上，注浆管的管壁上设有注浆孔。

有益效果是：本发明通过将注浆管设置在顶管的外壁面上，避免了在顶管侧壁上开孔，不仅保证了顶管的整体强度，而且保证了顶管的密封性能，使得土体内的水不会进入到顶管内，有利于后续工作。此外，在顶管上设置注浆管，也能够对顶管起到加强作用，进一步保证顶管的整体强度。

进一步的，所述注浆管沿顶管的周向间隔布置有至少两个，各注浆管由顶管的前端延伸至顶管的后端，注浆管的前后两端均为注浆入口，且注浆管的管腔具有封闭结构，以将注浆管的管腔分隔成两个独立的注浆腔。

有益效果是：样设计，在向顶管和土体之间的缝隙内注浆时，可以由注浆管的前端和后端分别注浆，降低注浆管较长造成的压力损失，提高加固质量。

进一步的，所述封闭结构处于注浆管的中间位置。

有益效果是：这样通过两个注浆入口注浆时，不仅避免注浆时有较大的压力损失，而且能够保证整个缝隙填充的均匀性。

进一步的，至少两个注浆管形成一组注浆管组，注浆管组沿顶管的周向间隔布置有至少两组；

同一注浆管组中的各注浆管沿顶管的周向间隔布置，各注浆管均由顶管的后端向前延伸，各注浆管的后端为注浆入口、前端为封闭结构，各注浆管的长度依次减小，最长的注浆管由顶管的前端延伸至顶管的后端；

同一注浆管组中，相邻两个注浆管中较长的注浆管与较短的注浆管的重合部分未设置所述的注浆孔，相邻两个注浆管中较长的注浆管与较短的注浆管的未重合部分设置有所述的注浆孔，且最短的注浆管上由前到后均设有所述的注浆孔。

有益效果是：这样设计，使得各注浆管具有注浆孔的管段较短，避免了压力损失，提高了加固质量。

进一步的，同一注浆管组包括至少三个注浆管，任意相邻两个注浆管的长度差值相同。

有益效果是：这样设计，有利于浆液在整个缝隙内的均匀性，从而提高加固质量。

进一步的，所述注浆孔处设有单向阀。

有益效果是：防止注浆管在随顶管顶进时，土体堵塞注浆管。

进一步的，两个注浆管形成一组注浆管组，注浆管组沿顶管的周向间隔布置有至少两组；

同一注浆管组中的两个注浆管沿前后方向间隔布置，分别为前注浆管和后注浆管；

前注浆管由顶管的前端向后延伸，且前注浆管的前端为注浆入口，其后端为封闭结构；

后注浆管由顶管的后端向前延伸，且后注浆管的后端为注浆入口，其前端为封闭结构。

有益效果是：这样设计，在向顶管和土体之间的缝隙内注浆时，可以由注浆管的前端和后端分别注浆，降低注浆管较长造成的压力损失，提高加固质量。

为实现上述目的，本发明顶管注浆施工方法的技术方案是：

顶管注浆施工方法，包括以下步骤：

（1）在顶管向前顶进的过程中，将各注浆管固定在顶管的外壁面上；

（2）通过各注浆管向顶管与土体之间的缝隙注浆。

有益效果是：这样设计，有利于提高注浆管连接在顶管上稳定性。

进一步的，在步骤（2）中，先由各注浆管的一端注浆施工，再由各注浆管的另一端注浆施工。

有益效果是：这样设计，在向顶管和土体之间的缝隙内注浆时，可以由注浆管的前端和后端分别注浆，降低注浆管较长造成的压力损失，提高加固质量。

进一步的，在步骤（2）中，将顶管与土体之间的缝隙分成若干加固区域，通过各注浆管由前向后依次向加固区域注浆施工。

有益效果是：通过分区域注浆施工，提高了加固质量。

附图说明

图1为本发明的顶管组件成型前的实施例1的结构示意图；

图2为图1中于第一沉井处的左视图；

图3为图1中的顶管组件成型后对后半段顶管注浆的结构示意图；

图4为图1中的顶管组件成型后对前半段顶管注浆的结构示意图；

图5为本发明的顶管组件成型后的实施例2的结构示意图；

图6为图5中于第一沉井处的左视图；

图1至图4中：11-第一沉井；12-顶管段；13-注浆管段；14-刀头；15-土体；16-第二沉井；17-注浆设备；18-输浆管；19-三通接头；20-缝隙；21-顶管；22-注浆管；

图5和图6中：23-注浆管；24-第一沉井；25-第二沉井；26-缝隙；27-注浆设备；28-输浆管；29-三通接头；30-土体；31-顶管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。此外，术语“上”、“下”是基于附图所示的方位和位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示所指的装置或部件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明顶管组件的实施例1：

以顶管机的顶进方向为前后方向，如图1至图4所示，顶管组件包括顶管21和注浆管22，顶管21的后端和前端分别连通第一沉井11和第二沉井16，注浆管22沿前后方向延伸且固定在顶管21的外壁面上，注浆管22沿顶管21的周向间隔布置有六个，各注浆管22由顶管21的前端延伸至顶管21的后端。其中，相邻两个注浆管22在顶管21周向上的间距为0.4-0.6m，优选的，为0.52m。

本实施例中，顶管21由多个顶管段12沿前后方向密封焊接形成，顶管21的管腔与缝隙20不连通，以保证土体15中的水不会进入到顶管21内。其中，该缝隙20由顶管21与土体15围成。

本实施例中，注浆管22包括多个注浆管段13，各注浆管段13焊接固定在相应顶管段12的外侧壁上，且相邻两个注浆管段13通过螺纹连接，以实现密封连接，避免注浆时浆液泄露。其中，注浆管22的直径为2.5cm。在其他实施例中，各注浆管段通过抱箍固定在顶管段上。

本实施例中，注浆管22由前到后的管壁上均设有注浆孔，浆液通过注浆管22上的注浆孔注入缝隙20内。本实施例中，各注浆孔处设有单向阀，该单向阀可以采用申请公布号为CN112096965A中的单向闸门。其中，在前后方向上的相邻两个注浆孔的距离为0.3-0.6m，优选的，为0.5m。

本实施例中，注浆管22的前端和后端均为注浆入口，注浆管22的管腔具有封闭结构，该封闭结构将注浆管22的管腔分隔成两个独立的注浆腔，两个注浆腔分别与两个注浆入口连通。其中，封闭结构由其中一个注浆管段13的一端通过盲堵封堵形成。在其他实施例中，也可以将其中一个注浆管段的其中一端设计成实心结构，该实心结构形成封闭结构。

本实施例中，封闭结构处于注浆管22的中间位置，这样通过两个注浆入口注浆时，不仅避免注浆时有较大的压力损失，而且能够保证整个缝隙20填充的均匀性。在其他实施例中，封闭结构可以设置在注浆管的四分之三、五分之二等位置处。

具体施工过程如下：

（1）先在第一个顶管段12的外壁面上焊接多个间隔布置的注浆管段13，如图1所示，焊接完成后，第一个顶管段12随刀头14向前顶进；

（2）当第一个顶管段12到达预定位置后，先将第二个顶管段12与第一个顶管段12焊接连接，之后再在第二个顶管段12上焊接多个间隔布置的注浆管段13，其中，第一、第二顶管段12上的相应注浆管段13通过螺纹连接；

（3）重复步骤（2），直至完成所有顶管段12和注浆管段13的连接，以形成顶管组件。其中，在顶进施工到达一半行程时，使用后端封闭的注浆管段13与上一注浆管段13、下一注浆管段13螺纹连接；

（4）如图3所示，在第一沉井11处，使用注浆设备17对缝隙后半段进行注浆。具体的，注浆设备17内的浆液经输浆管18、三通接头19、各注浆管22后端的注浆入口进入到各注浆管22内，优选的注浆顺序为先顶部，后底部，然后是中间位置，以完成对缝隙20后半段的注浆。其中，三通接头19剩下的一端连接有压力表，以监测注浆过程中的压力变化；

（5）如图4所示，拆下刀头14，并将注浆设备17移动到第二沉井16处，使用注浆设备17对缝隙前半段进行注浆，具体的过程与步骤（4）中的注浆过程相同。

由于注浆压力过高将导致原有地层结构破坏，产生劈裂注浆效果，压力过低不能保证浆液有效注入，因此终压控制在2Mpa（可根据实际工况调整）。当注浆压力达到2Mpa时，停止注浆，形成保压，使浆液慢慢渗入地层空隙中，2min后继续注浆，直至完全无法注入为止，记录注浆量。

本发明顶管组件的实施例2：

以顶管机的顶进方向为前后方向，如图5和图6所示，顶管组件包括顶管31和注浆管23，顶管31的后端和前端分别连通第一沉井24和第二沉井25，注浆管23沿前后方向延伸且固定在顶管31的外壁面上。

本实施例中，五个注浆管23形成一组注浆管组，注浆管组沿顶管31的周向间隔布置有六组；同一注浆管组中的各注浆管23沿顶管31的周向间隔布置，各注浆管23均由顶管31的后端向前延伸且长度依次减小，注浆管23的后端为注浆入口，注浆管23的前端为封闭结构。其中，最长的注浆管23由顶管31的前端延伸至顶管31的后端。

本实施例中，同一注浆管组中，相邻两个注浆管23中较长的注浆管23与较短的注浆管23的重合部分未设置注浆孔，相邻两个注浆管23中较长的注浆管23与较短的注浆管23的未重合部分设置有注浆孔，而且，最短的注浆管23上由前到后均设有注浆孔。优选的，同一注浆管组中任意相邻两个注浆管23的长度差值相同，以保证注浆的均匀性。

本实施例中，各注浆孔处设有单向阀，该单向阀可以采用申请公布号为CN112096965A中的单向闸门。其中，在前后方向上的相邻两个注浆孔的距离为0.3-0.6m，优选的，为0.5m。

本实施例中，顶管31由多个顶管段沿前后方向密封焊接形成，顶管31的管腔与缝隙26不连通，以保证土体30中的水不会进入到顶管31内。其中，该缝隙26由顶管31与土体30围成。

本实施例中，注浆管23包括多个注浆管段，各注浆管段焊接固定在相应顶管段的外侧壁上，且相邻两个注浆管段通过螺纹连接，以实现密封连接，避免注浆时浆液泄露。其中，注浆管23的直径为2.5cm。

以第一沉井24和第二沉井25间距100m为例，每20m为一处加固区域，由6个注浆管组中相同长度的注浆管23对同一处加固区域进行注浆。如各注浆管组中最长的注浆管23的长度为100m，该注浆管23的注浆孔所在的位置为80-100m，则加固区域为80-100m，各注浆管组中次长的注浆管23的长度为80m，该注浆管23的注浆孔所在的位置为60-80m，则加固区域为60-80m；依次类推，各注浆管组中最短的注浆管23的长度为20m，该注浆管23的注浆孔所在的位置为0-20m，则加固区域为0-20m。

以最长的注浆管23为一序注浆管，次长的注浆管23为二序注浆管，以此类推。

具体施工过程如下：

（1）在第一个顶管段的外壁面上焊接多个间隔布置的一序注浆管段，该一序注浆管段上均具有注浆孔，焊接完成后，第一个顶管段随刀头向前顶进；

（2）当第一个顶管段到达预定位置时，先将第二个顶管段与第一个顶管段焊接连接，再在第二个顶管段上焊接多个间隔布置的一序注浆管段，第一、第二顶管段上的相应一序注浆管段通过螺纹连接。其中，当顶进施工到20m位置时，使用无孔的一序注浆管段进行后续连接；

（3）当顶进施工至20m时，在无孔的一序注浆管旁侧焊接有孔的二序注浆管段，直至顶进施工到40m时，在无孔的一序注浆管旁侧焊接无孔的二序注浆管段，并在无孔的二序注浆管段旁侧焊接有孔的三序注浆管段。依次类推，直至形成顶管组件；

（4）实施注浆，首先通过一序注浆管对80-100m处加固区域的注浆。具体的，注浆设备27内的浆液经输浆管28、三通接头29、各一序注浆管的注浆入口进入到各一序注浆管内，优选的注浆顺序为先顶部，后底部，然后是中间位置，以完成对80-100m处加固区域的注浆。其中，三通接头29剩下的一端连接有压力表，以监测注浆过程中的压力变化；

（5）80-100m处加固区域的注浆完成后，按照上述步骤实施60-80m、40-60m、20-40m以及0-20m处加固区域的注浆施工。

由于注浆压力过高将导致原有地层结构破坏，产生劈裂注浆效果，压力过低不能保证浆液有效注入，因此终压控制在2Mpa（可根据实际工况调整）。当注浆压力达到2Mpa时，停止注浆，形成保压，使浆液慢慢渗入地层空隙中，2min后继续注浆，直至完全无法注入为止，记录注浆量。

本发明顶管组件的实施例3：

本实施例与实施例1的区别之处在于，实施例1中，各注浆管22的中间位置设有封堵结构，封堵结构使得各注浆管22的管腔形成两个注浆腔。本实施例中，两个注浆管形成一组注浆管组，同一注浆管组中的两个注浆管沿前后方向间隔布置，分别为前注浆管和后注浆管，前注浆管由顶管的前端向后延伸，且前注浆管的前端为注浆入口，其后端为封闭结构，后注浆管由顶管的后端向前延伸，且后注浆管的后端为注浆入口，其前端为封闭结构。

本发明顶管注浆施工方法的实施例，本实施例中的顶管注浆施工方法与上述顶管组件的实施例1至3中任一个所述的顶管注浆施工方法相同，在此不再赘述。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.顶管组件，其特征在于，以顶管机的顶进方向为前后方向，包括：

顶管，其由多个顶管段沿前后方向密封拼接形成；

注浆管，沿前后方向延伸且固定在顶管的外壁面上，注浆管的管壁上设有注浆孔；

所述注浆管沿顶管的周向间隔布置有至少两个，各注浆管由顶管的前端延伸至顶管的后端，注浆管的前后两端均为注浆入口，且注浆管的管腔具有封闭结构，以将注浆管的管腔分隔成两个独立的注浆腔，使得施工时能够先从各注浆管后端的注浆入口进浆以完成对缝隙后半段的注浆，再从各注浆管前端的注浆入口进浆以完成对缝隙前半段的注浆。

2.根据权利要求1所述的顶管组件，其特征在于，所述封闭结构处于注浆管的中间位置。

3.根据权利要求1或2所述的顶管组件，其特征在于，所述注浆孔处设有单向阀。