CN112983454A - 一种顶管逆向回收施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种顶管逆向回收施工方法，涉及顶管掘进机顶管回收领域，包括以下步骤：在工作井内横置受力扁担，通过焊接使其与工字钢相连接，形成反力架；在所述反力架设置千斤顶，通过千斤顶对顶管进行逆向后拉回收；顶管逆向回收的初始阶段，同步启动顶管掘进机的纠偏油缸，辅助逆向回收；顶管逆向回收过程中，通过顶管掘进机内环水道与立轴式岩心地质勘探钻机进行注浆加固，确保轨道上方土层的沉降可控；顶管逆向回收过程中，顶管掘进机向管节外壁同步向外压注触变泥浆，减少回收过程中土体的摩阻力；顶管的每节管节一一吊出，直至机头退出，对洞口进行封堵，本发明解决传统顶管改造施工法效果差、风险大、工期长等多种弊端。
Description
技术领域
本发明涉及顶管掘进机顶管回收领域，具体涉及一种顶管逆向回收施工方法。
背景技术
在市政工程施工中，顶管法施工技术的运用越来越广泛，这是由于其能够解决管道埋设施工中对城市建筑物破坏和道路交通堵塞的难题，在稳定土层和环境保护方面具有明显的优势。
顶管施工过程中，顶管掘进机类型、掘进机头主刀具的配置、副刀具的数量都是基于设计图纸而做出的选择，尤其是地质勘查报告中对于管道轨迹土层的描述。但是，往往因为各方面的原因，地质勘查报告无法非常准确地描述出实际的地质情况，有的甚至与实际地质情况差异较大。因此，前述基于地质勘查报告而做出关于顶管掘进机的各种选择，就无法真正的适合实际情况，也就导致了顶管施工中无法顶进的问题时有发生。
针对无法顶进的问题，最经济、彻底的方法是沿管道轨迹进行预处理，即在具备施工条件的前提下，探明地下地质的状况，对探明的地质障碍有针对性的清除。但是，若不具备预处理条件，且顶管已正常施工一段距离后才出现无法顶进的问题，预处理的方式则不使用该情况，导致施工进程缓慢、甚至导致机头损坏的技术缺陷。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的顶管掘进机在施工过程中发生无法顶进的情况，预处理方法不适用、容易导致导致施工进程缓慢、甚至导致机头损坏的技术缺陷
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种顶管逆向回收施工方法，用于在复杂地质条件下的顶管掘进机的大直径顶管逆向回收，包括以下步骤：
S1：在工作井内横置受力扁担，通过焊接使其与工字钢相连接，形成反力架；
S2：在所述反力架设置千斤顶，通过千斤顶对顶管进行逆向后拉回收；
S3：顶管逆向回收的初始阶段，同步启动顶管掘进机的纠偏油缸，辅助逆向回收；
S4：顶管逆向回收过程中，通过顶管掘进机内环水道与立轴式岩心地质勘探钻机进行注浆加固，确保轨道上方土层的沉降可控；
S5：顶管逆向回收过程中，顶管掘进机向管节外壁同步向外压注触变泥浆，减少回收过程中土体的摩阻力；
S6：顶管的每节管节一一吊出，直至机头退出，对洞口进行封堵。
进一步的，在步骤S1和S2中，包括以下步骤：
S11：安置千斤顶于顶管管节两侧偏下位置，左右对称安装；
S12：在顶管掘进机机头壳体位置两边各安置两条工字钢，连接部位假装厚筋板，焊接牢固；
S13：在工作井内横置受力扁担，并与工字钢相连接，形成反力架；
S14：调整千斤顶位置，使推力位置对称均匀置于扁担。
S15：用油管连接千斤顶及泵站。
进一步的，在步骤S3中，所述纠偏油缸的数量为四个，在逆向回收初始阶段，同步启动四个纠偏油缸，将其状态整体调整为伸出，逼使机壳刀盘直接受力于岩面，故而反作用于顶管掘进机机身及后续管节上，起辅到助反推作用。
进一步的，在步骤S4中，顶管逆向回收时在机头前方采用高压注浆泵通过机内循环水道向机内冲注水泥，砂浆，膨润土混合液维持机头前方压力，保持沉降可控。
进一步的，在步骤S4中，机头退出至洞门时停止后退，在顶管轴线每隔5m，采用地质钻孔，注入M7.5标号水泥砂浆。
进一步的，在步骤S4中，顶管掘进机退至洞口，在洞口位置采用双液注浆机从地面钻孔至机头地面位置，然后开始双液注浆，固化机头前方土体，待凝结强度上来，再退机头出来，同时砌筑砖墙封堵洞门，防止水沙漏出，所述双液为水泥和水玻璃混合液。
进一步的，在步骤S5中，每一管节外壁上设置有一组注浆孔，每组的数量为六个且呈60°均分设置，每一注浆孔设置有独立阀门，顶管逆向回收时，每一注浆孔同步向外压注触变泥浆，使管外壁形成泥浆套，减少回收过程中的摩阻力。
进一步的，在步骤S5中，所述触变泥浆由钠基膨润土、纯碱、 CMC、浆液配比混合而成。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明涉及一种复杂地质条件下大直径顶管逆向回收成套技术，包括后拉顶管逆向退出技术、井内反力架受力传递技术、纠偏油缸反顶辅助技术、地面注浆固化技术和触变泥浆配制及压浆减阻技术。本发明提供的复杂地质条件下大直径顶管逆向回收技术，不仅节约成本，且施工便捷、安全，能有效提高下一阶段施工速度，解决传统顶管改造施工法效果差、风险大、工期长等多种弊端。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的顶管逆向回收施工流程图；
图2为本发明顶管逆向回收平面示意图；
图3为本发明反力架结构示意图；
图4为本发明注浆固化示意图；
图5为本发明管节注浆孔分布图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
针对顶管施工中无法正常顶进的问题，尤其是大直径的混凝土管道，在无法进行预处理的情况下，顶管的逆向回收技术是较为科学的一种处理工艺。该种处理方法的优势在于安全性较高，在顶管掘进机及管节后退的过程中，结合高压注浆泵的机内循环水道向机内冲注水泥、砂浆、膨润土混合液，以此维持机头前方压力平衡，确保顶管逆向回收的过程中，轨道上方土层的沉降可控，而且不会产生遗留管节占据地下施工空间，保留既定的管道轨迹，还能根据地质情况改造回收的顶管掘进机，保证后续施工能够顺利进行。
本发明包括管道后退、控制管道上方土层沉降、顶管掘进机回收改造的整个过程，结合传统解决顶管无法正常顶进的方法，形成成套大直径顶管逆向回收技术，其主要内容包括：后拉顶管逆向退出技术；井内反力架受力传递技术；纠偏油缸反顶辅助技术；地面注浆固化技术；触变泥浆配制及压浆减阻技术。其中，后拉顶管逆向退出技术包括顶管管节退出、顶管管节吊装、顶管掘进机回收等施工的全过程
如图1-5所示，其中，在顶管管节退出的过程中，由于千斤顶无法直接作用在管节及顶管掘进机上，故需要借助反力架，转移千斤顶的推力，使得管节及顶管掘进机获得后退的动力，通过在工作井内横置受力扁担，通过焊接使其与工字钢相连接，形成反力架；在所述反力架设置千斤顶，通过千斤顶对顶管进行逆向后拉回收；安置千斤顶于顶管管节两侧偏下位置，左右对称安装；在顶管掘进机机头壳体位置两边各安置两条工字钢，连接部位假装厚筋板，焊接牢固；在工作井内横置受力扁担，并与工字钢相连接，形成反力架；调整千斤顶位置，使推力位置对称均匀置于扁担。用油管连接千斤顶及泵站，启动泵站，压力徐徐上升，不超过10Mpa。
反力架设置的意义在于解决管节、顶管掘进机后退过程中所需的动力问题，推力主要通过反力架与工字钢钢同时提供，实际使工作中，为了保证管节受力均匀，减轻顶管掘进机的总体受力，故每节工字钢均会与管节中的预埋钢构件焊接为整体，更好地传递推力。
顶管的逆向回收过程必须缓慢进行，管节后退一节即吊起一节，同时连接反力架的工字钢截短，并重新连接。同时密切观察地面沉降，及时回填。
顶管逆向回收的初始阶段，同步启动顶管掘进机的纠偏油缸，辅助逆向回收；所述纠偏油缸的数量为四个，在逆向回收初始阶段，同步启动四个纠偏油缸，将其状态整体调整为伸出，逼使机壳刀盘直接受力于岩面，故而反作用于顶管掘进机机身及后续管节上，起辅到助反推作用。纠偏油缸反顶辅助法发挥作用的时间是顶管逆向回收的初始阶段。在这一个阶段中，无论是顶管掘进机亦或是管节，均因为长时间的停留，周边的泥浆已固化，并与原有土层结合为一体，对顶管主体结构形成粘聚力与摩擦力，故顶管逆向回收的初始阶段，尤其是启动的一瞬间，是整段顶管逆向回收受力最大的瞬间。除了工作井内千斤顶以外，纠偏油缸反顶辅助法在这一瞬间提供了额外的动力，为顶管逆向回收的顺利启动，后续灌浆减摩、平衡前方土压力均提供非常大的有利支持。
顶管逆向回收过程中，通过顶管掘进机内环水道与立轴式岩心地质勘探钻机进行注浆加固，确保轨道上方土层的沉降可控；顶管逆向回收时在机头前方采用高压注浆泵通过机内循环水道向机内冲注水泥，砂浆，膨润土混合液维持机头前方压力，保持沉降可控。机头退出至洞门时停止后退，在顶管轴线每隔5m，采用地质钻孔，注入M7.5 标号水泥砂浆。顶管掘进机退至洞口，在洞口位置采用双液注浆机从地面钻孔至机头地面位置，然后开始双液注浆，固化机头前方土体，待凝结强度上来，再退机头出来，同时砌筑砖墙封堵洞门，防止水沙漏出，所述双液为水泥和水玻璃混合液。
顶管逆向回收时在机头前方采用高压注浆泵通过机内循环水道向机内冲注水泥，砂浆，膨润土混合液维持机头前方压力，保持沉降可控，同时场内准备一定的应急物资，防止前方沉降，以便及时回填，本次地层由于施工周边场地较好和地层本身的自稳定性较好，沉降应较缓慢，因此边后退边观察，辅以及时回填措施处理，机头退出至洞门时应停止后退，此时在顶管轴线每隔5m，采用地质钻孔，注入M7.5 标号水泥砂浆。最后在洞口位置采用双液注浆机从地面钻孔至机头地面位置，然后开始双液注浆，固化机头前方土体，加固区域为机头前方3米区域，待凝结强度上来，再退机头出来，同时砌筑砖墙封堵洞门，防止水沙漏出。
顶管掘进机退至洞口，及时注浆加固，注入水泥+水玻璃混合液，压力0.5Mpa。水泥采用425水泥，浆液浓度水灰比1：1，与水玻璃混合初凝时间以30秒为宜，用以置换前期退机头填充之膨润土浆液。达到固结土体及止水作用，注浆示意如所示。注浆通过BW150卧式双缸往复单作用活塞泵配合XY-6立轴式岩心地质勘探钻机HGY-2000 配套使用，并加强对顶管退出段地面加密监测点和提高监测频率，检验注浆的效果。
顶管逆向回收过程中，顶管掘进机向管节外壁同步向外压注触变泥浆，减少回收过程中土体的摩阻力；每一管节外壁上设置有一组注浆孔，每组的数量为六个且呈60°均分设置，每一注浆孔设置有独立阀门，顶管逆向回收时，每一注浆孔同步向外压注触变泥浆，使管外壁形成泥浆套，减少回收过程中的摩阻力。所述触变泥浆由钠基膨润土、纯碱、CMC、浆液配比混合而成。
顶管逆向回收过程中，设置触变泥浆系统的目的与顶管正常顶进时相类似，在逆向回收正式启动前，由顶管掘进机向管外壁、管节注浆孔同步向外压注触变泥浆，使管外壁形成泥浆套，减少回收过程中顶管掘进机、管节与土体的摩阻力，起润滑作用。用泥浆减阻是顶管逆向回收减少阻力的重要环节之一，在施工过程中，如果注入润滑泥浆能在管子的外围形成一个比较完整的浆套，则其减摩效果是十分明显，大大降低逆向回收所需的拉力，确保回收的顺利进行。
注浆原则是注浆时必须保持“先压后拉、随拉随压、及时补浆”，根据拉力情况及时补浆，使摩阻力控制在最佳值。当实际减磨的效果大于f＝2.5kN/m2时，必须改变触变泥浆的成分，在润滑剂材料中掺入聚丙烯胺高分子材料，改善润滑效果，使管道外侧磨阻系数低于 f＝2.5kN/m2。
触变泥浆注浆量，按管道与周围土层之间环形间隙的1～2倍估算，注浆压力可按不大于0.1MPa开始加压，在注浆过程中，注浆量、压力等应按减阻及控制地面变形的量测资料调整。
注浆质量的控制
①保证润滑泥浆的稳定，在施工期间不失水。不沉淀、不固结。
②制定合理的压浆工艺，严格按压浆操作规程进行。
③保持管节在土中的动态平衡。一旦逆向回收中断时间较长，管节和周围土体固结，在重新启动时就会出现“楔紧”现象，顶力要比正常情况高出1.4倍，因此尽可能缩短中断逆向回收中断时间，保持施工的连续性，如中断时间过长必须补压浆。
④压浆管与压浆孔连接处设有单向阀，防止在压浆停止时管外的泥砂会顺着注浆管流到浆管内，沉淀后会把注浆管堵住。
退出结束对已形成的泥浆套的浆液进行置换，置换浆液为水泥浆并掺入少量粉煤灰，在管内用单螺杆泵压住，压浆体凝结后拆除管路封闷注浆孔。
顶管的每节管节一一吊出，直至机头退出，对洞口进行封堵。
机头吊出并封堵洞口后，可继续观察工后沉降，直至稳定，重新制作方案重新顶进；或者可将机头吊出并运送到厂家改造，再重新顶进。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种顶管逆向回收施工方法，用于在复杂地质条件下的顶管掘进机的大直径顶管逆向回收，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在工作井内横置受力扁担，通过焊接使其与工字钢相连接，形成反力架；
S2：在所述反力架设置千斤顶，通过千斤顶对顶管进行逆向后拉回收；
S3：顶管逆向回收的初始阶段，同步启动顶管掘进机的纠偏油缸，辅助逆向回收；
S4：顶管逆向回收过程中，通过顶管掘进机内环水道与立轴式岩心地质勘探钻机进行注浆加固，确保轨道上方土层的沉降可控；
S5：顶管逆向回收过程中，顶管掘进机向管节外壁同步向外压注触变泥浆，减少回收过程中土体的摩阻力；
S6：顶管的每节管节一一吊出，直至机头退出，对洞口进行封堵。
2.根据权利要求1所述的顶管逆向回收施工方法，其特征在于，在步骤S1和S2中，包括以下步骤：
S11：安置千斤顶于顶管管节两侧偏下位置，左右对称安装；
S12：在顶管掘进机机头壳体位置两边各安置两条工字钢，连接部位假装厚筋板，焊接牢固；
S13：在工作井内横置受力扁担，并与工字钢相连接，形成反力架；
S14：调整千斤顶位置，使推力位置对称均匀置于扁担。
S15：用油管连接千斤顶及泵站。
3.根据权利要求2所述的顶管逆向回收施工方法，其特征在于，在步骤S3中，所述纠偏油缸的数量为四个，在逆向回收初始阶段，同步启动四个纠偏油缸，将其状态整体调整为伸出，逼使机壳刀盘直接受力于岩面，故而反作用于顶管掘进机机身及后续管节上，起辅到助反推作用。
4.根据权利要求3所述的顶管逆向回收施工方法，其特征在于，在步骤S4中，顶管逆向回收时在机头前方采用高压注浆泵通过机内循环水道向机内冲注水泥，砂浆，膨润土混合液维持机头前方压力，保持沉降可控。
5.根据权利要求4所述的顶管逆向回收施工方法，其特征在于，在步骤S4中，机头退出至洞门时停止后退，在顶管轴线每隔5m，采用地质钻孔，注入M7.5标号水泥砂浆。
6.根据权利要求5所述的顶管逆向回收施工方法，其特征在于，在步骤S4中，顶管掘进机退至洞口，在洞口位置采用双液注浆机从地面钻孔至机头地面位置，然后开始双液注浆，固化机头前方土体，待凝结强度上来，再退机头出来，同时砌筑砖墙封堵洞门，防止水沙漏出，所述双液为水泥和水玻璃混合液。
7.根据权利要求5所述的顶管逆向回收施工方法，其特征在于，在步骤S5中，每一管节外壁上设置有一组注浆孔，每组的数量为六个且呈60°均分设置，每一注浆孔设置有独立阀门，顶管逆向回收时，每一注浆孔同步向外压注触变泥浆，使管外壁形成泥浆套，减少回收过程中的摩阻力。
8.根据权利要求6所述的顶管逆向回收施工方法，其特征在于，在步骤S5中，所述触变泥浆由钠基膨润土、纯碱、CMC、浆液配比混合而成。
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