CN113803520B - 一种市政顶管高效精准施工工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种市政顶管高效精准施工工艺，涉及市政工程施工的技术领域，其包括开挖工作井和接收井、布设管线、安装千斤顶、安装顶管机、顶进管道、取出顶管机六个步骤，将管线的布设位置由顶管机的后方改为顶管机的前方。本申请具有能够改善顶管施工过程中，每次管道对接都需要对管线进行断开和重新安装，降低顶管施工效率的缺陷，提高顶管施工的效率的效果。

Description

一种市政顶管高效精准施工工艺

技术领域

本申请涉及市政工程施工的技术领域，尤其是涉及一种市政顶管高效精准施工工艺。

背景技术

目前非开挖工程技术解决了管道埋设施工中对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题，在稳定土层和环境保护方面凸显其优势。这对交通繁忙、人口密集、地面建筑物众多、地下管线复杂的城市是非常重要的，它将为城市创造一个洁净、舒适和美好的环境。其中，顶管施工方法是一种非开挖工程技术，通过该施工方法可以在少开挖或者不开挖的情况下进行管道埋设。顶管施工方法在工作时，顶管机沿设计的管道的方向挖掘前进，并将土方运走，工作井中的千斤顶将管道紧随顶管机顶入到顶管机挖开的土层中，将管道按设计的坡度埋入土层中；顶管机从工作井穿过土层推进到接收井内吊起，千斤顶使得管道一直紧随顶管机的前进，由工作井铺设到接收井，完成工作井和接收井之间的管道的埋设。

在顶管机前进和管道埋设的过程中，需要使用电缆对顶管机供电，使用供水管对顶管机送水，使用通风管对顶管机送风，使用送浆管对管道进行注浆，使用排泥管将顶管机挖掘的泥土输送到工作井。在前面的管道进入到土层中，后面的管道被吊入工作井后，由于管线会阻挡后面吊入的管道与土层中的管道对接，需要先将这些管线设于工作井的一端断开，才能将后面吊入的管道与土层中的管道对接，后面吊入的管道与土层中的管道对接后再将断开的管线重新安装上，再进行管道的顶进作业，如此重复进行。每次管道对接前都需要先断开管线，管道对接后都需要将管线重新安装，操作繁琐，消耗大量的时间，降低了顶管施工的效率。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在有顶管施工过程中，每次管道对接都需要对管线进行断开和重新安装，降低顶管施工效率的缺陷。

发明内容

为了改善顶管施工过程中，每次管道对接都需要对管线进行断开和重新安装，降低顶管施工效率的缺陷，本申请提供一种市政顶管高效精准施工工艺。

本申请提供的一种市政顶管高效精准施工工艺采用如下的技术方案：

一种市政顶管高效精准施工工艺，包括以下步骤：

S1、开挖工作井和接收井：根据设计管道中心线和两端位置，在选定的施工位置向下挖掘工作井和接收井；

S2、布设管线：根据设计管道中心线位置，采用定向钻井系统在接收井和工作井之间沿设计管道中心线钻出一个布线井，并在布线井中布设需要通入顶管机和预埋管道内的管线，在接收井中安装有拉线装置，管线连接到拉线装置上；

S3、安装千斤顶：在工作井的底部沿设计管道中心线方向安装顶管导轨，并沿顶管导轨方向安装千斤顶；

S4、安装顶管机：将顶管机安装到顶管导轨上，并在顶管机的前端的中部开设线孔，将管线设于工作井中的一端穿过线孔，然后固定于顶管机内，最后将管线接到顶管机相应的接头上；

S5、顶进管道：启动拉线装置，将管线拉紧，启动千斤顶将顶管机顶入待埋设管道的泥土内，顶管机前进的距离大于或等于一节管道的长度时，驱动千斤顶的顶杆收缩，然后在顶管机与千斤顶之间放置管道，再次启动千斤顶继续顶进，往复循环进行；顶管机前进过程中，保持管线被拉线装置拉紧的状态；

S6、取出顶管机：顶管机被沿设计管道方向顶至接收井，此时工作井和接收井之间的管道被埋设好，将管线从顶管机中拆卸，然后将顶管机从接收井中取出。

通过采用上述技术方案，将管线进入顶管机和管道的起始点由工作井改为接收井，解决管线在工作井中阻挡后面吊入的管道与土层中的管道对接的问题。采用定向钻井系统在工作井和接收井之间钻出布线井，将管线布设在顶管机的前方，管线通过顶管机前端的线孔固定到顶管机内，顶管机前进的过程中，拉线装置能够保持管线处于被拉紧的状态，解决管线布设在顶管机前方而造成的管线阻碍顶管机前进的问题和管线容易被顶管机的刀具破损的问题；后面的管道被吊入到工作井的轨道后，无需进行管线的拆装，节约了时间，提高了顶管施工的效率。

优选的，步骤S2中，拉线装置包括两个相邻设置的驱动轮，两个驱动轮的转动方向相反，两个驱动轮分别连接有驱动电机，管线从两个驱动轮之间穿过，两个驱动轮夹紧管线，两个驱动轮通过摩擦力驱动管线前进并拉紧。

通过采用上述技术方案，通过两个转动方向相反的驱动轮夹紧管线，并驱动管线前进，能够保持布线井中的管线的位置平稳，有利于保持管线的拉紧状态。

优选的，步骤S2中，管线均采用软管，并采用金属软管将管线套住，避免泥土将管线压变形，同时避免顶管机的刀具破损管线。

通过采用上述技术方案，软管容易布设，并且软管容易收紧，金属软管能够加强管线的防护，避免管线被顶管机的刀具破损，同时能够避免管线被泥土磨损。

优选的，安排操作工人对被拉线装置驱动前进的管线进行整理，避免管线杂乱堆积在接收井内而造成施工事故。

通过采用上述技术方案，随着顶管机的前进，被拉线装置驱动前进的管线会越来越多，若不整理堆积在接收井，不仅占用接收井的空间，而且杂乱放置容易造成管线的破损以及安全事故。

优选的，步骤S2中，定向钻井系统从接收井往工作井钻布线井，定向钻井系统的钻头从工作井钻出后，从定向钻井系统的钻柱上拆卸定向钻井系统的钻头，然后将管线固定到定向钻井系统的钻柱上，再将钻柱往回拉，将管线带到接收井中，完成管线在布线井中的布设。

通过采用上述技术方案，直接通过钻井系统的钻柱将管线从工作井带回接收井，方便快捷，提高管线穿过布线井的效率和成功率。

优选的，步骤S2中，对于需要连接到管道上的管线，在工作井中预长不小于布线井长度的管线，步骤S4中，管线固定在顶管机之后，预长的管线穿过顶管机，步骤S5中，管道放置在顶管机与千斤顶之间后，将预长的管线的前面部分连接到管道的接头上并将剩余的预长管线穿过管道，剩余的预长管线依次连接到后续放置的管道的接头上。

通过采用上述技术方案，每次后面的管道被吊入后，需要连接到管道上的管线都需要连接到吊入的管道上，如果没预留足够长度的管线，则后面吊入的管道无法与管线连接；预长不小于布线井长度的管线，能够确保所有的管道都能够连接到管线。

优选的，步骤S5中，在管道顶进过程中，需要对顶进施工进行监测，以保证顶进施工的质量。

通过采用上述技术方案，监测顶进施工，确保埋设的管道与设计的管道保持一致。

优选的，顶进施工监测包括利用激光测量仪检测顶管机的机头的顶进位置以及角度，然后将测量的结果与设计的管道进行比对，若顶进施工的方向和位置出现偏差，则通过控制顶管机的机头的前进方向及时进行调正。

通过采用上述技术方案，检测顶管机的机头的顶进位置以及角度，能够及时发现顶进施工出现的偏差，及时纠正，确保施工质量。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.将管线的布设位置由顶管机的后方改为顶管机的前方，改善管线布设在顶管机后方阻挡后面吊入的管道与土层中的管道对接的缺陷，提高顶管施工的效率；顶管机前进的过程中，拉线装置能够保持管线处于被拉紧的状态，解决管线布设在顶管机前方而造成的管线阻碍顶管机前进的问题和管线容易被顶管机的刀具破损的问题；改善顶管施工过程中，每次管道对接都需要对管线进行断开和重新安装，降低顶管施工效率的缺陷；

2.采用金属软管将管线套住，避免泥土将管线压变形，同时避免顶管机的刀具破损管线；

3.预长不小于布线井长度的管线，确保需要连接到管道上的管线能够与需要埋设的所有管道连接。

附图说明

图1是本申请实施例中的一种市政顶管高效精准施工工艺的结构示意图。

图2是本申请实施例中的顶管机的结构示意图。

附图标记说明：1、工作井；2、接收井；3、布线井；4、千斤顶；5、顶管机；51、线孔；6、管线；7、拉线装置；8、管道。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种市政顶管高效精准施工工艺。参照图1和图2，一种市政顶管高效精准施工工艺，包括以下步骤：

S1、开挖工作井1和接收井2：根据设计管道中心线和两端位置，在选定的施工位置向下挖掘工作井1和接收井2；

S2、布设管线6：根据设计管道中心线位置，采用定向钻井系统在接收井2和工作井1之间沿设计管道中心线钻出一个布线井3，并在布线井3中布设需要通入顶管机5和预埋管道8内的管线6，在接收井2中安装有拉线装置7，管线6连接到拉线装置7上；

S3、安装千斤顶4：在工作井1的底部沿设计管道中心线方向安装顶管导轨，并沿顶管导轨方向安装千斤顶4；

S4、安装顶管机5：将顶管机5安装到顶管导轨上，并在顶管机5的前端的中部开设线孔51，在顶管机5内的前部设置一块密封板，密封板固定于顶管机5前部不转动的部位上，密封板将从线孔51流入顶管机5内的泥浆阻挡，将管线6设于工作井1中的一端穿过线孔51，然后固定于密封板上，并穿过密封板接到顶管机5相应的接头上，管线6与密封板的连接处采用密封塞进行密封；

S5、顶进管道8：启动拉线装置7，将管线6拉紧，启动千斤顶4将顶管机5顶入待埋设管道8的泥土内，顶管机5前进的距离大于或等于一节管道8的长度时，驱动千斤顶4的顶杆收缩，然后在顶管机5与千斤顶4之间放置管道8，再次启动千斤顶4继续顶进，往复循环进行；顶管机5前进过程中，保持管线6被拉线装置7拉紧的状态；

S6、取出顶管机5：顶管机5被沿设计管道方向顶至接收井2，此时工作井1和接收井2之间的管道8被埋设好，将管线6从顶管机5中拆卸，然后将顶管机5从接收井2中取出。

步骤S1中，工作井1和接收井2同时开挖，采用挖机进行挖掘，开挖1m的深度即在开挖的坑洞周壁浇筑混凝土围护，然后继续再挖1m深的泥土，再浇筑混凝土围护，循环往复，直至挖掘到设计的深度。在设计管道的深度，工作井1靠近接收井2的一侧设有一个顶进洞口，接收井2靠近工作井1的一侧设有一个接收洞口，顶进洞口和接收洞口分别位于设计管道中心线的两端，顶进洞口的中心和接收洞口的中心的连线与设计管道的中心线重合。工作井1和接收井2的底部分别打入地桩，并分别浇筑钢筋混凝土，浇筑钢筋混凝土时预埋螺栓。工作井1和接收井2挖掘完成后，分别在工作井1和接收井2的井口处安装吊机。

步骤S2中，定向钻井系统从接收井2往工作井1钻布线井3，定向钻井系统的钻头从工作井1钻出后，从定向钻井系统的钻柱上拆卸定向钻井系统的钻头，然后将管线6固定到定向钻井系统的钻柱上，再将钻柱往回拉，将管线6带到接收井2中，完成管线6在布线井3中的布设。顶管机5采用泥水平衡掘进机，管线6包括对顶管机5供电的电缆、对顶管机5送水的供水管、对顶管机5送风的通风管、对管道8进行注浆的送浆管和用于排出顶管机5挖掘的泥土的排泥管，供水管、通风管、送浆管和排泥管均采用软管，并将电缆、供水管、通风管、送浆管和排泥管均套入同一根金属软管中，对管线6进行防护，能够避免管线6被泥土和顶管机5的刀具破损。拉线装置7通过支架固定于预埋螺栓上，拉线装置7包括两个上下相邻设置的驱动轮，驱动轮外包裹有一层耐摩的具有弹性的橡胶层，两个驱动轮之间的间隙比金属软管的直径小2mm，两个驱动轮分别转动安装于支架上，两个驱动轮的转动方向相反，管线6的前进方向与驱动轮的中心线垂直。两个驱动轮分别连接有驱动电机，驱动电机驱动驱动轮转动，管线6从两个驱动轮之间穿过，两个驱动轮夹紧管线6，通过摩擦力拉紧管线6并使得管线6前进。电缆设于接收井2的一端连接电源，供水管设于接收井2的一端连接水泵，通风管设于接收井2的一端连接气泵，送浆管设于接收井2的一端连接连接供浆泵，电缆、供水管、通风管、送浆管设于接收井2的一端均被固定且位置不同，所以电缆、供水管、通风管、送浆管在顶管施工过程中无法被卷收起来，不能使用卷收器和绞盘对管线6进行拉紧。管线6被两个驱动轮驱动前进后，会在接收井2中堆积，需要安排操作工人对堆积的管线6进行整理，将长出来的那部分管线6卷起或者沿接收井2的侧壁放置，避免管线6杂乱堆积在接收井2内而造成施工事故。在接收井2中安装一个泥槽，排泥管排出的泥浆暂时存入泥槽中，排泥管设于接收井2的一端为排泥端并设有排泥口，在驱动轮驱动管线6前进的过程中，操作工人需要用手或者工具保持排泥口始终处于泥槽的上方，避免排泥管排出的泥浆洒落在接收井2的底部。

步骤S3中，导轨的方向与设计管道的中心线平行，导轨采用焊接的方式牢固在工作井1的底部。安装千斤顶4前，先安装千斤顶4支架，千斤顶4支架采用螺母安装于工作井1底部的预埋螺栓上，千斤顶4支架安装完成后，再用吊机将千斤顶4吊入工作井1并安装在千斤顶4支架上，千斤顶4的伸缩杆与导轨平行，千斤顶4连接液压泵。

步骤S2中，送浆管在工作井1中需要预留出不小于布线井3长度的管线6，在步骤S4中，送浆管固定在顶管机5之后，预留的送浆管穿过顶管机5，在步骤S5中，管道8放置在导轨上后，将穿过顶管机5的送浆管连接到管道8的接头上并将剩余的预长管线6穿过管道8，然后再使用千斤顶4将管道8往接收井2方向顶入，在下一节管道8吊入到导轨上后，再将送浆管连接到管道8的接头，依次往复，直至顶管机5从接收井2中钻出。

步骤S5中，在管道8顶进过程中，需要对顶进施工进行监测，以保证顶进施工的质量。顶进施工监测包括利用激光测量仪检测顶管机5的机头的顶进位置以及角度，然后将测量的结果与设计的管道8进行比对，若顶进施工的方向和位置出现偏差，则通过控制顶管机5的机头的前进方向及时进行调正。

本申请实施例一种市政顶管高效精准施工工艺的实施原理为：将管线6进入顶管机5和管道8的起始点由工作井1改为接收井2，并将管线6的布设位置由顶管机5的后方改为顶管机5的前方，解决管线6在工作井1中阻挡后面吊入的管道8与土层中的管道8对接的问题。顶管机5前进的过程中，拉线装置7能够保持管线6处于被拉紧的状态，解决将管线6布设在顶管机5的前方而造成的管线6阻碍顶管机5前进的问题和管线6容易被顶管机5的刀具破损的问题；后面的管道8被吊入到工作井1的轨道后，无需进行管线6的拆装，节约了时间，提高了顶管施工的效率。将排泥管的排泥口由工作井1改到接收井2，使得工作井1中的工作量减少，减少施工过程中的等待时间和较差施工，提高施工的效率和安全性。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种市政顶管高效精准施工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、开挖工作井(1)和接收井(2)：根据设计管道中心线和两端位置，在选定的施工位置向下挖掘工作井(1)和接收井(2)；

S2、布设管线(6)：根据设计管道中心线位置，采用定向钻井系统在接收井(2)和工作井(1)之间沿设计管道中心线钻出一个布线井(3)，并在布线井(3)中布设需要通入顶管机(5)和预埋管道（8）内的管线(6)，在接收井(2)中安装有拉线装置(7)，管线(6)连接到拉线装置(7)上；

S3、安装千斤顶(4)：在工作井(1)的底部沿设计管道中心线方向安装顶管导轨，并沿顶管导轨方向安装千斤顶(4)；

S4、安装顶管机(5)：将顶管机(5)安装到顶管导轨上，并在顶管机(5)的前端的中部开设线孔(51)，将管线(6)设于工作井(1)中的一端穿过线孔(51)，然后固定于顶管机(5)内，最后将管线(6)接到顶管机(5)相应的接头上；

S5、顶进管道（8）：启动拉线装置(7)，将管线(6)拉紧，启动千斤顶(4)将顶管机(5)顶入待埋设管道（8）的泥土内，顶管机(5)前进的距离大于或等于一节管道（8）的长度时，驱动千斤顶(4)的顶杆收缩，然后在顶管机(5)与千斤顶(4)之间放置管道（8），再次启动千斤顶(4)继续顶进，往复循环进行；顶管机(5)前进过程中，保持管线(6)被拉线装置(7)拉紧的状态；

S6、取出顶管机(5)：顶管机(5)被沿设计管道方向顶至接收井(2)，此时工作井(1)和接收井(2)之间的管道（8）被埋设好，将管线(6)从顶管机(5)中拆卸，然后将顶管机(5)从接收井(2)中取出。

2.根据权利要求1所述的一种市政顶管高效精准施工工艺，其特征在于：步骤S2中，拉线装置(7)包括两个相邻设置的驱动轮，两个驱动轮的转动方向相反，两个驱动轮分别连接有驱动电机，管线(6)从两个驱动轮之间穿过，两个驱动轮夹紧管线(6)，两个驱动轮通过摩擦力驱动管线(6)前进并拉紧。

3.根据权利要求1所述的一种市政顶管高效精准施工工艺，其特征在于：步骤S2中，管线(6)均采用软管，并采用金属软管将管线(6)套住，避免泥土将管线(6)压变形，同时避免顶管机(5)的刀具破损管线(6)。

4.根据权利要求3所述的一种市政顶管高效精准施工工艺，其特征在于：安排操作工人对被拉线装置(7)驱动前进的管线(6)进行整理，避免管线(6)杂乱堆积在接收井(2)而造成施工事故。

5.根据权利要求1所述的一种市政顶管高效精准施工工艺，其特征在于：步骤S2中，定向钻井系统从接收井(2)往工作井(1)钻布线井(3)，定向钻井系统的钻头从工作井(1)钻出后，从定向钻井系统的钻柱上拆卸定向钻井系统的钻头，然后将管线(6)固定到定向钻井系统的钻柱上，再将钻柱往回拉，将管线(6)带到接收井(2)中，完成管线(6)在布线井(3)中的布设。

6.根据权利要求1所述的一种市政顶管高效精准施工工艺，其特征在于：步骤S2中，对于需要连接到管道（8）上的管线(6)，在工作井(1)中预长不小于布线井(3)长度的管线(6)，步骤S4中，管线(6)固定在顶管机(5)之后，预长的管线(6)穿过顶管机(5)，步骤S5中，管道（8）放置在顶管机(5)与千斤顶(4)之间后，将预长的管线(6)的前面部分连接到管道（8）的接头上并将剩余的预长管线(6)穿过管道（8），剩余的预长管线(6)依次连接到后续放置的管道（8）的接头上。

7.根据权利要求1所述的一种市政顶管高效精准施工工艺，其特征在于：步骤S5中，在管道（8）顶进过程中，需要对顶进施工进行监测，以保证顶进施工的质量。

8.根据权利要求7所述的一种市政顶管高效精准施工工艺，其特征在于：顶进施工监测包括利用激光测量仪检测顶管机(5)的机头的顶进位置以及角度，然后将测量的结果与设计管道进行比对，若顶进施工的方向和位置出现偏差，则通过控制顶管机(5)的机头的前进方向及时进行调正。

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