CN113294166B - 大断面矩形顶管斜向始发方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大断面矩形顶管斜向始发方法，包括如下步骤：S1.在顶管工作井外周施作围护结构；S2.顶管工作井开挖，并在顶进方向洞门处预埋斜向钢环；S3.凿除顶管始发洞门位置的围护结构；S4.按照顶进方向，在顶管工作井内施作导轨基座混凝土，并在其上安装导轨；S5.安装楔形延伸钢环，在楔形延伸钢环的外露端安装肋板，并向围护结构、斜向钢环、楔形延伸钢环和肋板组成的腔体内充填低强度可切削填充料；S6.吊装楔形后靠背、千斤顶支架、推进千斤顶及矩形顶管机；S7.将联动顶铁放入顶管工作井，并与推进千斤顶连接，在楔形后靠背斜向面侧的千斤顶支架两侧安装止退装置；S8.利用推进千斤顶顶推矩形顶管机前移施工，完成矩形顶管斜向始发。
Description
技术领域
本发明涉及顶管施工技术领域，具体涉及一种大断面矩形顶管斜向始发方法。
背景技术
随着城市化进程的加快，轨道交通成为解决城市交通拥堵的重要手段之一，各大城市正持续推进地铁建设，机械化施工逐渐成为地铁施工方法的主流，尤其是近几年地铁出入口采用矩形顶管法施工成为新的热点。但地铁往往修在城市繁华地区，由于城市用地紧张、地下管线布置情况复杂，导致顶管工作井必须根据实际情况进行调整，因此顶进轴线不可避免的存在左右或上下不规则倾斜，倾斜角度在0~90°之间，顶管机刀盘无法正面切削土体，受力不均，易造成轴线偏移、刀盘偏磨现象。且当顶管轴线垂直方向上斜向上时，顶管机及管节受到重力作用，易产生回退，压缩下一节管节的安装空间，进而造成下一节管节无法安装的问题。
申请号201920947129.1的专利公开了一种矩形顶管斜交施工结构，其技术方案为在侧墙上设置预埋斜向止水钢环，但该结构只是水平方向呈斜向，无法解决垂直方向倾斜问题，且顶管机刀盘斜向切削，易造成轴线偏移、刀盘偏磨的现象。
申请号201010574076.7的专利公开了一种在封闭空间内矩形顶管机斜出洞的施工方法，由下列步骤组成：封闭接收井，在通道出入口用刚性档土墙密闭，接收井回填黄砂,分层回填，并铺设钢板作为以后顶管机平移的平台，出洞洞门混凝土边凿除边回填土，调整各项参数，顶管机出洞，矩形顶管机出洞后停靠定位，洞门区域管节注浆，封堵洞门，清理土方，矩形顶管机平移，矩形顶管机摆正平移，吊装孔吊装。该施工方法通过凿除洞门混凝土回填黄砂，顶管机掘进进入接收井内，但该施工方法同样解决的是轴线水平方向上斜向接收的问题，并未解决垂直方向倾斜问题，且未考虑管节回填的问题。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大断面矩形顶管斜向始发方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种大断面矩形顶管斜向始发方法，包括如下步骤：
S1.在顶管工作井外周施作围护结构；
S2.顶管工作井开挖，并在顶进方向洞门处预埋斜向钢环；
S3.凿除顶管始发洞门位置的围护结构；
S4.按照顶进方向，在顶管工作井内施作导轨基座混凝土，并在其上安装导轨；
S5.安装楔形延伸钢环，在楔形延伸钢环的外露端安装肋板，并向围护结构、斜向钢环、楔形延伸钢环和肋板组成的腔体内充填低强度可切削填充料，与顶管机刀盘接触的可切削填充料的一面与顶进轴线相垂直；
S6.吊装楔形后靠背、千斤顶支架、推进千斤顶及矩形顶管机；
S7.将联动顶铁放入顶管工作井，并与推进千斤顶连接，在楔形后靠背斜向面侧的千斤顶支架两侧安装止退装置；
S8.利用推进千斤顶顶推矩形顶管机前移施工，完成矩形顶管斜向始发。
在一优选实施方式中，步骤S1中，顶管工作井洞门范围内的围护结构的迎土面钢筋采用玻璃纤维筋，围护结构的背土面采用钢筋，步骤S3中，凿除顶管始发洞门位置的围护结构还包括：破除背土面钢筋混凝土，保留迎土面玻璃纤维筋混凝土。
在一优选实施方式中，步骤S6中，吊装楔形后靠背、千斤顶支架、推进千斤顶及矩形顶管机包括：利用吊车将楔形后靠背放置在顶管工作井内，呈斜向侧与推进千斤顶接触，将推进千斤顶及千斤顶支架吊入顶管工作井中，千斤顶支架的中心与顶进轴线重合，将矩形顶管机放入顶管工作井内，并进行组装固定。
在一优选实施方式中，步骤S7中，联动顶铁为由环形顶铁和U型顶铁连接成的一体结构，U型顶铁与推进千斤顶承插式连接，在U型顶铁与推进千斤顶接触侧焊接多个凹槽，凹槽的数量与推进千斤顶的数量相等，在凹槽的槽壁上设置对称的通孔，推进千斤顶活塞杆端设置有一个通孔，待推进千斤顶活塞杆插入凹槽内，用螺栓把凹槽和推进千斤顶活塞杆连接成一个整体，以带动环形顶铁和U型顶铁前后移动。
在一优选实施方式中，步骤S8中，利用推进千斤顶顶推矩形顶管机前移施工，完成矩形顶管斜向始发包括：利用推进千斤顶顶推矩形顶管机前移，顶管机刀盘切削低强度可切削填充料，直至空间可以放置一节管节为止，利用吊车将管节放置在矩形顶管机与环形顶铁之间，矩形顶管机继续掘进至空间可以再放置一节管节为止，此时管节吊装孔中心线与止退装置的插销通孔中心线重合，人工将插销插入插销通孔，进入管节吊装孔，以防止矩形顶管机与管节后退，推进千斤顶回缩，重复下一节管节施工。
在一优选实施方式中，止退装置包括止退钢板、工字钢肋条和插销，止退装置的止退钢板近矩形顶管机的一端与管节侧面吊装孔对应的位置设有相应数量的插销通孔，插销通孔尺寸比管节侧面吊装孔大2cm，止退装置的插销经插销通孔插入管节吊装孔，插销的尺寸比管节吊装孔的直径小2cm，止退钢板另一端与楔形后靠背焊接连接。
在一优选实施方式中，斜向钢环断面呈L型，整体呈斜向类矩形，斜向方向与顶管机轴线方向相同，内环直径率大于矩形顶管机的直径，斜向钢环与混凝土接触面一侧焊接有多根钢筋，斜向钢环牢固嵌入顶管工作井侧墙内，斜向钢环L型短端环向等间距布设多个螺栓孔，斜向钢环的螺栓孔埋设有双头螺柱。
在一优选实施方式中，楔形延伸钢环内侧空间呈类矩形，内侧空间直径率大于矩形顶管机的直径，在楔形延伸钢环外表面等间距布设纵横相间的肋板，在楔形延伸钢环的两端均设置侧向环板，环板等间距布设多个螺栓孔，楔形延伸钢环的一侧与顶管工作井侧墙内预埋的斜向钢环通过双头螺柱连接，另一侧通过螺栓与橡胶帘布及帘布压板连接。
在一优选实施方式中，楔形后靠背由五块后靠背钢板焊接而成，形成一个五面体的盒体结构，盒体结构内注入混凝土，盒体结构开口处垂直顶进轴线两侧焊接有吊耳，以用于楔形后靠背的吊装。
与现有技术相比，本发明的大断面矩形顶管斜向始发方法的有益效果是：本发明通过在顶进方向洞口增设延长结构，内部充填低强度可切削填充料，保证可切削填充料端面与顶进轴线垂直，顶管机刀盘可正面垂直切削，无需端头加固，通过在楔形后靠背上安装防止管节后退止退装置，防止管节后退，最终完成顶进始发。本发明的方法解决了顶管轴线与顶管工作井不垂直时的不规则斜向始发问题，避免了顶管机刀盘受力不均，防止顶进轴线偏差超限、刀盘偏磨，且无需端头加固，节约了施工成本。
附图说明
图1为本发明的一优选实施方式的大断面矩形顶管斜向始发方法流程图。
图2为本发明的另一优选实施方式的矩形顶管斜向始发延伸结构平剖图。
图3为本发明的矩形顶管斜向始发延伸机构纵剖图。
图4为本发明的止退装置的主视示意图。
图5为本发明的止退装置的侧视示意图。
图6为本发明的楔形后靠背的结构示意图。
图7为本发明的斜向钢环的平剖图。
图8为本发明的斜向钢环的纵剖图。
图9为本发明的斜向钢环的正视图。
图10为本发明的楔形延伸钢环的平剖图。
图11为本发明的楔形延伸钢环的纵剖图。
附图标记说明：
1-围护结构，2-斜向钢环，21-顶管工作井侧墙，22-双头螺柱，23-螺栓，24-钢筋，25-斜向钢环的螺栓孔，26-螺母，3-导轨基座混凝土，4-导轨，5-楔形延伸钢环，51-楔形延伸钢环的螺栓孔，6-肋板，7-可切削填充料，8-楔形后靠背，81-后靠背钢板，82-混凝土，9-千斤顶支架，10-推进千斤顶，11-矩形顶管机，12-止退装置，121-止退钢板，122-工字钢肋条，123-插销，124-插销通孔，13-环形顶铁，14-U型顶铁，15-顶铁连接块，16-帘布橡胶，17-帘布压板，18-推进油缸，19-油缸支架。
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。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-11所示，本发明一优选实施方式提供了一种大断面矩形顶管斜向始发方法，包括如下步骤：
步骤S1.在顶管工作井外周施作围护结构1。具体的，顶管工作井洞门范围内的围护结构1迎土面钢筋采用玻璃纤维筋，顶管机刀盘可直接切削。围护结构1背土面（顶管工作井一侧）采用钢筋。
步骤S2.顶管工作井开挖，并在顶进方向洞门处预埋斜向钢环2。
步骤S3.凿除顶管始发洞门位置的围护结构1，破除背土面钢筋混凝土，保留迎土面玻璃纤维筋混凝土（厚度约为围护结构厚度的五分之一）。
步骤S4.按照顶进方向，在顶管工作井内施作导轨基座混凝土3，并在其上安装导轨4，导轨4方向与顶进轴线方向平行。
步骤S5.安装楔形延伸钢环5，在楔形延伸钢环5的外露端安装肋板6，并向围护结构1、斜向钢环2、楔形延伸钢环5和肋板6组成的腔体内充填低强度可切削填充料7，顶管机刀盘可直接切削，并且与顶管机刀盘接触的可切削填充料7的一面与顶进轴线相垂直。具体的，可切削填充料7为低强度泡沫混凝土、低强度水泥砂浆填充料、低强度混凝土锚喷料中的一种。
步骤S6.吊装楔形后靠背8、千斤顶支架9、推进千斤顶10及矩形顶管机11。
步骤S7.将联动顶铁放入顶管工作井，并与推进千斤顶10连接，在楔形后靠背斜向面侧的千斤顶支架9两侧安装止退装置12。
步骤S8.利用推进千斤顶10顶推矩形顶管机11前移施工，完成矩形顶管斜向始发。
具体的，步骤S6中，吊装楔形后靠背8、千斤顶支架9、推进千斤顶10及矩形顶管机11包括：利用吊车将带吊耳的楔形后靠背8放置在顶管工作井内，呈斜向侧与推进千斤顶10接触，将推进千斤顶10及千斤顶支架9吊入顶管工作井中，千斤顶支架9的中心与顶进轴线重合，将矩形顶管机11放入顶管工作井内，并进行组装固定好，防止其因重力向楔形后靠背方向滑移。
具体的，步骤S7中，联动顶铁为由环形顶铁13和U型顶铁14连接成的一体结构，环形顶铁13和U型顶铁14通过顶铁连接块15连接。U型顶铁14与推进千斤顶10承插式连接，在U型顶铁14与推进千斤顶10接触侧焊接多个凹槽，凹槽的数量与推进千斤顶的数量相等，在凹槽的槽壁上设置对称的通孔，推进千斤顶活塞杆端设置有一个通孔，待推进千斤顶活塞杆插入凹槽内，用螺栓把凹槽和推进千斤顶活塞杆连接成一个整体，以带动环形顶铁13和U型顶铁14前后移动。
具体的，步骤S8中，利用推进千斤顶10顶推矩形顶管机11前移施工，完成矩形顶管斜向始发包括：利用推进千斤顶10顶推矩形顶管机11前移，顶管机刀盘切削低强度可切削填充料7，直至空间可以放置一节管节15为止，利用吊车将管节15放置在矩形顶管机11与环形顶铁13之间，矩形顶管机11继续掘进至空间可以再放置一节管节15为止，此时管节吊装孔中心线与止退装置的插销通孔中心线重合，人工将插销123插入止退装置的插销通孔124，进入管节吊装孔，以防止矩形顶管机11与管节15后退，推进千斤顶10回缩，重复下一节管节施工。
具体的，如图4-5所示，止退装置包括止退钢板121、工字钢肋条122和插销123，止退钢板121近矩形顶管机11的一端与管节侧面吊装孔对应的位置设有相应数量的插销通孔124，插销通孔124尺寸比管节侧面吊装孔大2cm，止退装置的插销123经插销通孔124插入管节吊装孔，插销123的尺寸比管节吊装孔的直径小2cm，止退钢板121另一端与楔形后靠背焊接连接。
进一步的，如图3和图7-9所示，斜向钢环断面呈L型，整体呈斜向类矩形，斜向方向与顶管机轴线方向（如图7和图8中箭头所示的方向）相同，内环直径率大于矩形顶管机的直径，斜向钢环2与混凝土接触面一侧焊接有多根钢筋24，该钢筋为使斜向钢环2与顶管工作井侧墙21刚性连接，钢筋24另一端必须插入到混凝土中，从而使斜向钢环2牢固嵌入顶管工作井侧墙21内。斜向钢环L型短端环向等间距布设多个螺栓孔，斜向钢环的螺栓孔25埋设有双头螺柱22。
进一步的，如图3和图10-11所示，楔形延伸钢环5内侧空间呈类矩形，内侧空间直径率大于矩形顶管机11的直径，在楔形延伸钢环5外表面等间距布设纵横相间的肋板6，楔形延伸钢环外表面与顶进方向（如图10和11中箭头所示的方向）相平行，在楔形延伸钢环5的两端均设置侧向环板，环板等间距布设多个螺栓孔，楔形延伸钢环5的一侧与顶管工作井侧墙内预埋的斜向钢环2通过双头螺柱22连接，另一侧通过螺栓23与帘布橡胶16及帘布压板17连接。
具体的，斜向钢环2和楔形延伸钢环5的安装过程为：先在斜向钢环2的一侧设置螺母26，斜向钢环2安装好，向螺母26内拧入双头螺柱22，双头螺柱22的一端外露，外露的一端穿过楔形延伸钢环的螺栓孔51，最后再拧上螺母，从而将楔形延伸钢环5与斜向钢环2固定连接。
实施例2
在一另优选实施方式中，本发明提供了一种矩形顶管斜向始发延伸结构，包括围护结构1、斜向钢环2、导轨4、楔形延伸钢环5、低强度可切削填充料7、楔形后靠背8、止退装置12以及联动顶铁。
具体的，围护结构1打设在顶管工作井侧墙21外，工作井洞门范围内的围护结构迎土面钢筋采用玻璃纤维筋，顶管机刀盘可直接切削。
具体的，斜向钢环断面呈L型，整体呈斜向类矩形，斜向方向与顶管机轴线方向相同，内环直径率大于矩形顶管机直径，与凝土接触面一侧焊接有多根钢筋，该钢筋为使斜向钢环2与顶管工作井侧墙21刚性连接，斜向钢环2牢固嵌入顶管工作井侧墙21结构内。斜向钢环2的L型短端环向等间距布设通孔，该通孔内埋设有双头螺柱22。
具体的，顶管工作井内按照顶管顶进方向设置有导轨基座混凝土3，导轨基座混凝土3上安装有导轨4，导轨4方向与顶进轴线方向平行。导轨4的端部与千斤顶支架9的端部抵接，导轨4的上方设置有联动顶铁和矩形顶管机11。
具体的，楔形延伸钢环5内侧空间呈类矩形，内侧空间直径率大于矩形顶管机11直径，楔形延伸钢环5外表面等间距布设纵横相间的肋板6，楔形延伸钢环5两端均有侧向环板，环板等间距布设螺栓孔，楔形延伸钢环5一侧与顶管工作井侧墙预埋的斜向钢环2通过双头螺柱22连接，楔形延伸钢环5另一侧通过螺栓23与帘布橡胶16及帘布压板17连接，以额外增强防涌水涌砂能力。
具体的，在围护结构1、斜向钢环2、楔形延伸钢环5和肋板6组成的腔体内充填低强度可切削填充料7，顶管机刀盘可直接切削，并且与顶管机刀盘接触的可切削填充料7的一面与顶进轴线相垂直。
具体的，止退装置包括止退钢板121、工字钢肋条122和插销123，止退钢板121为长方形结构，止退钢板121上平行且间隔的设置有多条工字钢肋条122。止退钢板121近矩形顶管机11的一端与管节侧面吊装孔对应的位置设有相应数量的插销通孔124，插销通孔124尺寸比管节侧面吊装孔大2cm，止退装置的插销123经插销通孔124插入管节吊装孔，插销123的尺寸比管节吊装孔的直径小2cm，止退钢板121另一端与楔形后靠背焊接连接。
具体的，如图6所示，楔形后靠背由五块后靠背钢板81焊接而成，形成一个五面体的盒体结构，盒体结构内注入混凝土82，盒体结构开口处垂直顶进轴线两侧焊接有吊耳，以用于楔形后靠背的吊装。
具体的，联动顶铁为由环形顶铁13和U型顶铁14在腰线处连接成的一体结构，环形顶铁13和U型顶铁14通过顶铁连接块15连接。U型顶铁14与推进千斤顶10承插式连接，在U型顶铁14与推进千斤顶10接触侧焊接多个凹槽，凹槽的数量与推进千斤顶的数量相等，在凹槽的槽壁上设置对称的通孔，推进千斤顶活塞杆端设置有一个通孔，待推进千斤顶活塞杆插入凹槽内，用螺栓把凹槽和推进千斤顶活塞杆连接成一个整体，以带动环形顶铁13和U型顶铁14前后移动。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种大断面矩形顶管斜向始发方法，其特征在于：所述大断面矩形顶管斜向始发方法包括如下步骤：
S1.在顶管工作井外周施作围护结构；
S2.顶管工作井开挖，并在顶进方向洞门处预埋斜向钢环；
S3.凿除顶管始发洞门位置的围护结构；
S4.按照顶进方向，在顶管工作井内施作导轨基座混凝土，并在其上安装导轨；
S5.安装楔形延伸钢环，在所述楔形延伸钢环的外露端安装肋板，并向所述围护结构、斜向钢环、楔形延伸钢环和肋板组成的腔体内充填低强度可切削填充料，与顶管机刀盘接触的所述可切削填充料的一面与顶进轴线相垂直；
S6.吊装楔形后靠背、千斤顶支架、推进千斤顶及矩形顶管机；
S7.将联动顶铁放入所述顶管工作井，并与所述推进千斤顶连接，在楔形后靠背斜向面侧的千斤顶支架两侧安装止退装置，其中所述联动顶铁为由环形顶铁和U型顶铁连接成的一体结构，且所述U型顶铁与所述推进千斤顶承插式连接；
S8.利用所述推进千斤顶顶推所述矩形顶管机前移施工，完成矩形顶管斜向始发：利用所述推进千斤顶顶推所述矩形顶管机前移，顶管机刀盘切削所述可切削填充料，直至空间可以放置一节管节为止，利用吊车将管节放置在所述矩形顶管机与环形顶铁之间，所述矩形顶管机继续掘进至空间可以再放置一节管节为止，此时管节吊装孔中心线与止退装置的插销通孔中心线重合，人工将插销插入插销通孔中，进入管节吊装孔，以防止所述矩形顶管机与管节后退，所述推进千斤顶回缩，重复下一节管节施工；
其中，斜向钢环断面呈L型，整体呈斜向类矩形，斜向方向与顶管机轴线方向相同，内环直径大于矩形顶管机的直径，所述斜向钢环与混凝土接触面一侧焊接有多根钢筋，斜向钢环牢固嵌入顶管工作井侧墙内，以使斜向钢环与顶管工作井侧墙刚性连接，斜向钢环L型短端环向等间距布设多个螺栓孔，斜向钢环的螺栓孔埋设有双头螺柱；所述楔形延伸钢环内侧空间呈类矩形，内侧空间直径大于矩形顶管机的直径，在所述楔形延伸钢环外表面等间距布设纵横相间的肋板，在所述楔形延伸钢环的两端均设置侧向环板，环板等间距布设多个螺栓孔，所述楔形延伸钢环的一侧与顶管工作井侧墙内预埋的所述斜向钢环通过双头螺柱连接，另一侧通过螺栓与橡胶帘布及帘布压板连接；所述楔形后靠背由五块后靠背钢板焊接而成，形成一个五面体的盒体结构，盒体结构内注入混凝土，盒体结构开口处垂直顶进轴线两侧焊接有吊耳，以用于所述楔形后靠背的吊装。
2.根据权利要求1所述的大断面矩形顶管斜向始发方法，其特征在于：步骤S1中，顶管工作井洞门范围内的所述围护结构的迎土面钢筋采用玻璃纤维筋，所述围护结构的背土面采用钢筋，步骤S3中，凿除顶管始发洞门位置的围护结构还包括：破除背土面钢筋混凝土，保留迎土面玻璃纤维筋混凝土。
3.根据权利要求1所述的大断面矩形顶管斜向始发方法，其特征在于：步骤S6中，吊装楔形后靠背、千斤顶支架、推进千斤顶及矩形顶管机包括：利用吊车将楔形后靠背放置在所述顶管工作井内，呈斜向侧与所述推进千斤顶接触，将所述推进千斤顶及千斤顶支架吊入所述顶管工作井中，千斤顶支架的中心与顶进轴线重合，将所述矩形顶管机放入所述顶管工作井内，并进行组装固定。
4.根据权利要求3所述的大断面矩形顶管斜向始发方法，其特征在于：步骤S7中，在所述U型顶铁与所述推进千斤顶接触侧焊接多个凹槽，所述凹槽的数量与推进千斤顶的数量相等，在所述凹槽的槽壁上设置对称的通孔，推进千斤顶活塞杆端设置有一个通孔，待推进千斤顶活塞杆插入所述凹槽内，用螺栓把所述凹槽和推进千斤顶活塞杆连接成一个整体，以带动所述环形顶铁和U型顶铁前后移动。
5.根据权利要求4所述的大断面矩形顶管斜向始发方法，其特征在于：所述止退装置包括止退钢板、工字钢肋条和插销，所述止退装置的止退钢板近矩形顶管机的一端与管节侧面吊装孔对应的位置设有相应数量的插销通孔，止退装置的插销通孔尺寸比管节侧面吊装孔大2cm，所述止退装置的插销经插销通孔插入管节吊装孔，插销的尺寸比管节吊装孔的直径小2cm，止退钢板另一端与所述楔形后靠背焊接连接。
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