CN112922623B - 一种用于山脉隧道顶管施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明创造公开了一种用于山脉隧道顶管施工工艺，包括有如下步骤，步骤S1，方案设计与建立；步骤S2，设备安装与调试；步骤S3，顶管机始发；步骤S4，管道正常顶进及测量；步骤S5，管道接收，所述管道铺设完成后，根据全程所述管道的距离，计算出顶管机的坐标，确定位置并做标记；本发明创造通过上述的顶管施工方式，不仅具有占用场地面积小，施工成本低等优点，而且还能提高了施工效率，减少施工期限，该顶管施工方式还能有效地降低施工声音分贝和地面震动程度，从而防止出现扰民和地面下陷的现象；该顶管施工方式应用于山体隧道挖掘成为了我国的开创先例。

Description

一种用于山脉隧道顶管施工工艺

【技术领域】

本发明创造涉及顶管施工工艺技术领域，特别是一种用于山脉隧道顶管施工工艺。

【背景技术】

针对于现在山脉挖掘，传统挖掘方式一般采用爆破或盾构或TBM（岩石掘进机），施工爆破是一种采用炸药对山体炸松开挖的施工方法，但是爆破的存在工期长，进度慢和地面地陷等缺陷；盾构是用于软土隧道暗挖施工，而TBM则是用于岩石地层隧道暗挖施工，无论是以盾构方式挖掘还是以TBM方式挖掘，它们都存在了占用场地大、费用成本高等缺陷；以此同时，上述的传统挖掘方式还会在施工过程中会产生噪音、地面震动等不良影响，若在居民区施工，则会严重影响居民们的生活作息，必要时还需要建立隔音墙，这将会大大增加了施工成本；为此，上述的缺陷成为了现阶段丞待解决的问题。

【发明内容】

为解决上述问题，本发明创造提供一种用于山脉隧道顶管施工工艺。

为实现上述目的，本发明创造提供如下技术方案。

一种用于山脉隧道顶管施工工艺，其特征在于：包括有如下步骤；

步骤S1，方案设计与建立：管道施工前编制详细的施工组织设计，确定管道类型和管道长度，计算顶力、配筋设计、后背墙设计，选择运输方式；

步骤S2，设备安装与调试：在山脉隧道进口外搭设操控平台和安装吊装设备，在所述山脉隧道进口处设置后背墙，在所述后背墙上设置有推进装置，在所述山脉隧道内安装两条相互平行的导轨，安装完后进行设备调试，各项设备调试正常运作后进入管道施工；

步骤S3，顶管机始发：首先，通过吊装设备将顶管机放置所述导轨上，由推进装置将所述顶管机沿着所述导轨延伸方向推进山脉隧道内，所述推进装置缩回，然后，将第一节所述管道放置所述导轨上，由所述推进装置继续顶进，所述推进装置再次缩回，之后，将第二节所述管道放置所述导轨上，由所述推进装置再次继续顶进，继续放置下一节所述管道，由所述推进装置顶进，直至将顶管机推进预定位置；

步骤S4，管道正常顶进及测量：启动顶管机开始工作，顶进过程中根据顶力变化和偏差情况随时调整顶进速度，将顶进速度控制在5cm/min至7cm/min范围内，所述管道的中心偏差≤3mm，高低偏差在0至3mm范围内，若产生偏差，及时纠正，纠偏角度在-1°至1°范围内；当所述管道顶进至山脉30至50cm范围时，停止顶进，回缩推进装置，安装下一节所述管道，继续顶进，直至完成全部顶程。

步骤S5，管道接收：所述管道铺设完成后，根据全程所述管道的距离，计算出顶管机的坐标，确定位置并做标记。

作为优选实施方式，进一步限定为：两条所述导轨的各自外侧与所述山脉隧道之间设置有若干沿所述导轨延伸方向分布的顶持杆，所述顶持杆的一端与所述导轨的外侧固定连接，所述顶持杆的另一端与所述山脉隧道的侧壁固定连接。

作为优选实施方式，进一步限定为：所述山脉隧道的侧壁固定设置有沿所述导轨延伸方向分布的浇筑墙，所述浇筑墙均开设有能与所述管道相适配的开孔，两条所述导轨均穿设于所述开孔中，所述浇筑墙通过钢筋混泥土浇筑而成。

作为优选实施方式，进一步限定为：所述开孔主要由供所述管道穿过的弧形口和供所述导轨穿过的凹口组成，两条所述导轨的外侧分别与所述凹口的侧面紧密贴合。

作为优选实施方式，进一步限定为：所述顶持杆包括有顶持杆本体、与所述顶持杆本体一端连接的焊接部以及与所述顶持杆本体另一端连接的承压部，所述导轨的外侧设置有与所述焊接部的形状相适配的凹槽，所述焊接部装配至所述凹槽后通过焊接方式紧固连接，所述承压部通过膨胀螺钉与所述山脉隧道的侧壁紧固连接。

作为优选实施方式，进一步限定为：所述顶持杆本体为中空状。

作为优选实施方式，进一步限定为：所述后背墙包括设置在地面上的承台和若干条固定设置在所述承台下端并深入至地下的立柱，所述承台的上端固定设置有后背墙主体，所述承台上端固定设置有与所述后背墙主体的一侧相连或一体成型的承重墙，所述承台上端固定设置有与所述后背墙主体的另一侧相连接或一体成型的安装台，所述安装台的上端面低于所述后背墙主体的上端面使得所述安装台和后背墙主体之间形成有安装推进装置的台阶，所述承台、立柱、后背墙主体、承重墙和安装台均通过钢筋混泥土浇筑而成。

作为优选实施方式，进一步限定为：所述后背墙主体靠近所述承重墙一侧的下端设置有向下凸起并深入至地下的第一伸入桩，所述安装台远离所述后背墙主体一侧的下端设置有向下凸起并深入至地下的第二伸入桩，所述承重墙远离所述后背墙主体一侧的下端设置有向下凸起并深入至地下的第三伸入桩。

作为优选实施方式，进一步限定为：所述承重墙上端面为朝着远离所述后背墙主体方向由高至低倾斜的倾斜面。

作为优选实施方式，进一步限定为：所述推进装置为液压千斤顶。

本发明创造的有益效果是：

1、相比于现有技术，本发明创造通过上述的顶管施工方式，不仅具有占用场地面积小，施工成本低等优点，而且还能提高了施工效率，减少施工期限。不仅如此，本发明创造的顶管施工方式还能有效地降低施工声音分贝和地面震动程度，从而防止出现扰民和地面下陷的现象；同时本发明创造还对传统的顶管施工技术作了进一步地改进，在既有的山脉隧道口处建立后背墙,在后背墙上安装有推进装置等设备，其无需在另行开挖工作井，在能节省大量的人力物力的同时也能进一步地提高了施工效率；该顶管施工方式应用于山体隧道挖掘成为了我国的开创先例。

2、两条所述导轨的各自外侧与所述山脉隧道之间设置有若干沿所述导轨延伸方向分布的顶持杆，所述顶持杆的一端与所述导轨的外侧固定连接，所述顶持杆的另一端与所述山脉隧道的侧壁固定连接。通过在所述隧道和导轨之间安置顶持杆从而加固了导轨横向的稳固性，以确保导轨能起到顶管精准的顶进和顶管限位作用，进一步地防止了导轨因会受到顶管施加向外的张力而发现偏移的现象。

3、后背墙包括设置在地面上的承台和若干条固定设置在承台下端并深入至地下的立柱，承台的上端固定设置有后背墙主体，承台上端固定设置有与后背墙主体的一侧相连或一体成型的承重墙，承台上端固定设置有与后背墙主体的另一侧相连接或一体成型的安装台，安装台的上端面低于后背墙主体的上端面使得安装台和后背墙主体之间形成有安装推进装置的台阶，承台、立柱、后背墙主体、承重墙和安装台均通过钢筋混泥土浇筑而成，为了省略工作井的开挖，本发明创造直接在地表上设置了有钢筋混泥土浇筑而成的后背墙，该后背墙主要对推进装置起承压作用。

【附图说明】

图1是本发明创造的结构示图。

图2是山脉隧道的剖视图。

图3是图2的A-A方向的剖视图。

图4是图3的B-B方向的剖视图。

图5是图3的C-C方向的剖视图。

图6是顶持杆的结构示图。

图7是后背墙的立体图。

图8是后背墙的剖视图。

图9是后背墙的俯视图。

【具体实施方式】

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如附图1至附图9所示，一种用于山脉隧道顶管施工工艺，包括有如下步骤：

步骤S1，通过管道施工前期准备来确定方案设计与建立，管道施工前编制详细的施工组织设计，确定管道类型和管道长度，计算顶力、配筋设计、后背墙设计，选择运输方式。

步骤S2，设备安装与调试：在山脉隧道1进口外搭设操控平台和安装吊装设备，在所述山脉隧道1进口处设置后背墙2，在所述后背墙2上设置有推进装置3，所述推进装置3为液压千斤顶,在所述山脉隧道1内安装两条相互平行的导轨4，安装完后进行设备调试，各项设备调试正常运作后进入管道6施工；无需开挖工作井可直接所述山脉隧道1进口处设置后背墙2、推进装置3等设施，同时沿着山脉隧道1铺设导轨4。

步骤S3，顶管机始发：首先，通过吊装设备将顶管机5放置所述导轨4上，由推进装置3将所述顶管机5沿着所述导轨4延伸方向推进山脉隧道1内，所述推进装置3缩回，然后，将第一节所述管道6放置所述导轨4上，由所述推进装置3继续顶进，所述推进装置3再次缩回，之后，将第二节所述管道6放置所述导轨4上，由所述推进装置3再次继续顶进，继续放置下一节所述管道6，由所述推进装置3顶进，直至将顶管机5推进预定位置，管道6之间可设置有中继间以方便管道的前进。

步骤S4，管道6正常顶进及测量：启动顶管机5开始工作，顶进过程中根据顶力变化和偏差情况随时调整顶进速度，将顶进速度控制在5cm/min至7cm/min范围内，所述管道6的中心偏差≤3mm，高低偏差在0至3mm范围内，若产生偏差，及时纠正，纠偏角度在-1°至1°范围内；当所述管道6顶进至山脉30至50cm范围时，停止顶进，回缩推进装置3，安装下一节所述管道6，继续顶进，直至完成全部顶程。其中，管道6的测量包括有中心线测量和高程测量，中心线测量：根据山脉隧道1口中设置的中心点，使用经纬仪对准中线，然后读管内目标靶的中心尺刻度，若中心线与中心尺的中心刻度相重合，其差值即为允许偏差值；高程测量：在山脉隧道1口中引设水准点，将激光水准仪支设在三脚架上，测量前端管底高程。

而管道6偏差的校正，在顶进过程中若发现与管位偏差10mm左右，即应进行校正；具体要求每顶进10cm～30cm左右测量一次。顶管机5纠偏应顶进过程中进行，可通过绘制顶管机5测点行进轨迹曲线图来指导纠偏，纠偏由推进装置3控制进行，根据推进装置3的上下左右四个方位纠偏，一般情况下每次纠偏角度不大于0.5度，以适当的曲率半径逐步回到轴线上来，做到精心施工。另外，纠偏由激光经纬仪发出的激光束照射在位于钻掘系统的光靶上，纠偏系统可根据激光经纬仪反馈的偏斜数据控制掘进的顶管机5头产生偏摆，从而实现管道6前进方向的调节。

步骤S5，管道接收：所述管道铺设完成后，根据全程所述管道的距离，计算出顶管机的坐标，确定位置并做标记。

相比于现有技术，本发明创造通过上述的顶管施工方式，不仅具有占用场地面积小，施工成本低等优点，而且还能提高了施工效率，减少施工期限。不仅如此，本发明创造的顶管施工方式还能有效地降低施工声音分贝和地面震动程度，从而防止出现扰民和地面下陷的现象；同时本发明创造还对传统的顶管施工技术作了进一步地改进，在既有的山脉隧道1口处建立后背墙2,在后背墙2上安装有推进装置等设备，其无需在另行开挖工作井，在能节省大量的人力物力的同时也能进一步地提高了施工效率；该顶管施工方式应用于山体隧道挖掘成为了我国的开创先例。

在本实施例中，两条所述导轨4的各自外侧与所述山脉隧道1之间设置有若干沿所述导轨4延伸方向分布的顶持杆7，所述顶持杆7的一端与所述导轨4的外侧固定连接，所述顶持杆7的另一端与所述山脉隧道1的侧壁固定连接。通过在所述山脉隧道1和导轨之间安置顶持杆从而加固了导轨横向的稳固性，以确保导轨能起到顶管精准的顶进和顶管限位作用，进一步地防止了导轨因会受到顶管施加向外的张力而发现偏移的现象。

在本实施例中，所述山脉隧道1的侧壁固定设置有沿所述导轨4延伸方向分布的浇筑墙8，所述浇筑墙8均开设有能与所述管道6相适配的开孔81，两条所述导轨4均穿设于所述开孔81中，所述浇筑墙8通过钢筋混泥土浇筑而成。所述开孔81主要由供所述管道6穿过的弧形口811和供所述导轨4穿过的凹口812组成，两条所述导轨4的外侧分别与所述凹口812的侧面紧密贴合。该浇筑墙4进一步地对顶管起到地定位作用，提高顶管的施工精度。

在本实施例中，所述顶持杆7包括有顶持杆本体71、与所述顶持杆本体71一端连接的焊接部72以及与所述顶持杆本体71另一端连接的承压部73，所述导轨4的外侧设置有与所述焊接部72的形状相适配的凹槽，所述焊接部72装配至所述凹槽后通过焊接方式紧固连接，所述承压部73通过膨胀螺钉与所述山脉隧道1的侧壁紧固连接,所述顶持杆本体71为中空状；具体地，焊接部72与凹槽适配，方便工人的快速装配以及焊接固定，从而提高了工人们的工作效率，加快工程的进度；另外，配焊接部72和承压部73的横截面积均大于顶持杆本体的横截面积，从而降低当管道施加向外的张力时导轨对顶持杆本体71、山脉隧道1的内壁施加的压强，进一步地保证施工的安全性。

在本实施例中，所述后背墙2包括设置在地面上的承台21和若干条固定设置在所述承台21下端并深入至地下的立柱22，所述承台21的上端固定设置有后背墙主体23，所述承台21上端固定设置有与所述后背墙主体23的一侧相连或一体成型的承重墙24，所述承台21上端固定设置有与所述后背墙主体23的另一侧相连接或一体成型的安装台25，所述安装台25的上端面低于所述后背墙主体23的上端面使得所述安装台25和后背墙主体23之间形成有安装推进装置3的台阶26，所述承台21、立柱22、后背墙主体23、承重墙24和安装台25均通过钢筋混泥土浇筑而成，为了省略工作井的开挖，本发明创造直接在地表上设置了有钢筋混泥土浇筑而成的后背墙2，该后背墙2主要对推进装置3起承压作用；后背墙内均设置有钢筋且一体浇筑成型，制造容易，整体强度大，安全可靠，在没有工作井的情况下，为顶推装置提供了稳定的支撑保障，保证顶管施工的顺利进行。

在本实施例中，所述后背墙主体23靠近所述承重墙24一侧的下端设置有向下凸起并深入至地下的第一伸入桩231，所述安装台25远离所述后背墙主体23一侧的下端设置有向下凸起并深入至地下的第二伸入桩251，所述承重墙24远离所述后背墙主体23一侧的下端设置有向下凸起并深入至地下的第三伸入桩241。所述承重墙24上端面为朝着远离所述后背墙主体23方向由高至低倾斜的倾斜面242，将第一伸入桩231、第二伸入桩251和第三伸入桩241同时深埋进地表下作为地基以加强后背墙2的稳固性，从而提高后背墙2的承压能力。

在本实施例中，所述第一伸入桩231和第三伸入桩241穿过所述承台21并深入至地下，所述立柱22、第一伸入桩231、第二伸入桩251和第三伸入桩241的设计，能够帮助立柱22分散顶推装置的反向作用力，改善了应力分布，倾斜设计的支撑主体进一步地加强了所述承重墙24的支撑性能，从而保证了后背墙2具有足够的抗折和抗压性能，增加了整体的结构强度和水平抗力，提高后背墙的稳定性和承载力，使得后背墙能够很好地分布顶推装置的反向作用力，为顶推装置提供了稳定的支撑保障。

在本实施例中，所述立柱22包括对称设置在所述后背墙主体23两侧的第一立柱221、对称设置在所述承重墙24两侧的第二立柱222和若干条设置在所述承重墙24的下端的第三立柱223，所述第一立柱221设置在靠近所述安装台25的一侧，所述第二立柱222设置在靠近所述后背墙主体23的一侧，所述第二立柱222和第三立柱223设置在同一横向平面上，所述立柱的高度与所述后背墙主体23的高度之比为2:1，立柱深入地下，排列设计巧妙，减少了打桩的数量，大大降低布置立柱的工程量，更进一步来说，施工者可以根据实际的地形和计算过所需顶力后，在充分保证后靠背的足够顶力和安全性的前提下，自由选择立柱的数量和排列方式，在本实施例中，所述第三立柱223和第二立柱222设置在同一横向平面上，同时所述第三立柱223可以设置在位于所述第二立柱222横向平面的后侧或者在位于所述第二立柱222横向平面的后侧增设多排第二立柱222和第三立柱223。

在本实施例中，所述后背墙主体23的两端还设置有凸起的伸出部，所述伸出部内设置有钢筋且与所述后背墙主体23一体浇筑成型，所述伸出部远离所述后背墙主体23一端的端面呈倾斜设置，使得所述后背墙主体23靠近所述安装台25一侧的横截面积小于靠近所述承重墙24一侧的横截面积；所述伸出部的设计进一步加强了后背墙的支撑性能，改善了应力分布，能够分散顶推装置的反向作用力，增加了整体的结构强度和水平抗力，提高后背墙的稳定性和承载力，保证后背墙具有足够的抗折和抗压性能，使得后背墙能够很好地分布顶推装置的反向作用力，为顶推装置提供了稳定的支撑保障。

Claims (8)

1.一种用于山脉隧道顶管施工工艺，其特征在于：包括有如下步骤，

步骤S1，方案设计与建立：管道施工前编制详细的施工组织设计，确定管道类型和管道长度，计算顶力、配筋设计、后背墙设计，选择运输方式；

步骤S2，设备安装与调试：在山脉隧道（1）进口外搭设操控平台和安装吊装设备，在所述山脉隧道（1）进口处设置后背墙（2），在所述后背墙（2）上设置有推进装置（3），在所述山脉隧道（1）内安装两条相互平行的导轨（4），安装完后进行设备调试，各项设备调试正常运作后进入管道（6）施工；两条所述导轨（4）的各自外侧与所述山脉隧道（1）之间设置有若干沿所述导轨（4）延伸方向分布的顶持杆（7），所述顶持杆（7）的一端与所述导轨（4）的外侧固定连接，所述顶持杆（7）的另一端与所述山脉隧道（1）的侧壁固定连接，所述山脉隧道（1）的侧壁固定设置有沿所述导轨（4）延伸方向分布的浇筑墙（8），所述浇筑墙（8）均开设有能与所述管道（6）相适配的开孔（81），两条所述导轨（4）均穿设于所述开孔（81）中，所述浇筑墙（8）通过钢筋混泥土浇筑而成；

步骤S3，顶管机始发：首先，通过吊装设备将顶管机（5）放置所述导轨（4）上，由推进装置（3）将所述顶管机（5）沿着所述导轨（4）延伸方向推进山脉隧道（1）内，所述推进装置（3）缩回，然后，将第一节所述管道（6）放置所述导轨（4）上，由所述推进装置（3）继续顶进，所述推进装置（3）再次缩回，之后，将第二节所述管道（6）放置所述导轨（4）上，由所述推进装置（3）再次继续顶进，继续放置下一节所述管道（6），由所述推进装置（3）顶进，直至将顶管机（5）推进预定位置；

步骤S4，管道正常顶进及测量：启动顶管机（5）开始工作，顶进过程中根据顶力变化和偏差情况随时调整顶进速度，将顶进速度控制在5cm/min至7cm/min范围内，所述管道（6）的中心偏差≤3mm，高低偏差在0至3mm范围内，若产生偏差，及时纠正，纠偏角度在-1°至1°范围内；当所述管道（6）顶进至山脉30至50cm范围内时，停止顶进，回缩推进装置（3），安装下一节所述管道（6），继续顶进，直至完成全部顶程；

步骤S5，管道接收：所述管道（6）铺设完成后，根据全程所述管道（6）的距离，计算出顶管机（5）的坐标，确定位置并做标记。

2.根据权利要求1所述的用于山脉隧道顶管施工工艺，其特征在于：所述开孔（81）主要由供所述管道（6）穿过的弧形口（811）和供所述导轨（4）穿过的凹口（812）组成，两条所述导轨（4）的外侧分别与所述凹口（812）的侧面紧密贴合。

3.根据权利要求1所述的用于山脉隧道顶管施工工艺，其特征在于：所述顶持杆（7）包括有顶持杆本体（71）、与所述顶持杆本体（71）一端连接的焊接部（72）以及与所述顶持杆本体（71）另一端连接的承压部（73），所述导轨（4）的外侧设置有与所述焊接部（72）的形状相适配的凹槽，所述焊接部（72）装配至所述凹槽后通过焊接方式紧固连接，所述承压部（73）通过膨胀螺钉与所述山脉隧道（1）的侧壁紧固连接。

4.根据权利要求3所述的用于山脉隧道顶管施工工艺，其特征在于：所述顶持杆本体（71）为中空状。

5.根据权利要求1至4任一所述的用于山脉隧道顶管施工工艺，其特征在于：所述后背墙（2）包括设置在地面上的承台（21）和若干条固定设置在所述承台（21）下端并深入至地下的立柱（22），所述承台（21）的上端固定设置有后背墙主体（23），所述承台（21）上端固定设置有与所述后背墙主体（23）的一侧相连或一体成型的承重墙（24），所述承台（21）上端固定设置有与所述后背墙主体（23）的另一侧相连接或一体成型的安装台（25），所述安装台（25）的上端面低于所述后背墙主体（23）的上端面使得所述安装台（25）和后背墙主体（23）之间形成有安装推进装置（3）的台阶（26），所述承台（21）、立柱（22）、后背墙主体（23）、承重墙（24）和安装台（25）均通过钢筋混泥土浇筑而成。

6.根据权利要求5所述的用于山脉隧道顶管施工工艺，其特征在于：所述后背墙主体（23）靠近所述承重墙（24）一侧的下端设置有向下凸起并深入至地下的第一伸入桩（231），所述安装台（25）远离所述后背墙主体（23）一侧的下端设置有向下凸起并深入至地下的第二伸入桩（251），所述承重墙（24）远离所述后背墙主体（23）一侧的下端设置有向下凸起并深入至地下的第三伸入桩（241）。

7.根据权利要求6所述的用于山脉隧道顶管施工工艺，其特征在于：所述承重墙（24）上端面为朝着远离所述后背墙主体（23）方向由高至低倾斜的倾斜面（242）。

8.根据权利要求6所述的用于山脉隧道顶管施工工艺，其特征在于：所述推进装置（3）为液压千斤顶。

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