CN113944468A - 一种微型顶管施工工艺 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种微型顶管施工工艺，包括：采用导向管贯通设计轨迹：在无缝钢管顶进之前，将导向管按照设计轨迹推进贯通；沿设计轨迹多次扩孔：在所述导向管末端通过多个扩孔头逐一连接多个扩孔管，将多个扩孔管沿导向管的路径依次顶进贯通；顶推无缝钢管：将扩孔管末端通过扩孔头与无缝钢管连接，顶进贯通无缝钢管；布设锚拉杆：基于所述无缝钢管安装锚拉杆。本公开通过微型顶管在锚拉杆位置先顶推DN300无缝钢管，再安装锚拉杆，提高顶管精度，确保拉杆安装质量。

Description

一种微型顶管施工工艺
技术领域
本公开涉及船坞改造领域，尤其涉及一种微型顶管施工工艺。
背景技术
近年来，随着军船、海工平台、散货轮、游轮等船舶的需求量扩大，造船行业快速发展，进而带动了一批修造船厂的适应性改造。船坞改造的特点是周边工况复杂，改造过程中需对已建结构进行保护。
当船坞改造项目距离配电站净距离仅为0.8m时，船坞改造的锚拉杆需要从配电站正下方穿过。由于配电站不能断电搬迁，配电站下方的锚拉杆只能采用非开挖方式施工。
目前常用的非开挖施工技术主要为定向钻工艺和顶管工艺，定向钻工艺的定向钻机由钻机系统、动力系统、导向系统、泥浆系统、钻具及附助机具组成。其中钻具钻头为楔形，并附带地下传感发射探头向地面传递信号源，钻头回转钻进即为水平直孔，钻头直钻即为斜孔。根据地面接收到的信号可判断钻杆路径，通过钻头的回转和直钻配合即可形成直钻孔或者一定曲率的曲线。此方案设备常见，操作简单，经济性高。但是锚拉杆位于配电站正下方，必须进入站房内接收地下传感发射探头的信号，配电站内存在10kV高压电及大量预埋铁件，地下传感发射探头的信号易被干扰，无法实现精确定位，拉杆最终的安装精度难以保证。顶管工艺是在工作井内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土体的摩擦力，将管道按照设计的坡度顶入土中。经分析，拉杆的中心间距约1.4m，埋深约3.6m，且配电站下方土体为经过二十年压载的吹填砂，土体密实，压缩量小。目前常规顶管的最小管径为600mm，采用常规顶管工艺势必会造成配电站下方土体隆起，产生配电站土体的不均匀沉降位移，后果难以估量。
虽然以上两种工艺运用广泛且成熟，但是在配电站下方的锚拉杆施工这种特殊工况下是不适用的，有鉴于此，有必要研究出一种微型顶管施工工艺，以解决配电站下方的锚拉杆非开挖施工问题。
发明内容
本发明的实施例提供一种微型顶管施工工艺，通过微型顶管在锚拉杆位置先顶推DN300无缝钢管，再安装锚拉杆，提高顶管精度，确保拉杆安装质量。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种微型顶管施工工艺，包括：
采用导向管贯通设计轨迹：在无缝钢管顶进之前，将导向管按照设计轨迹推进贯通；
沿设计轨迹多次扩孔：在所述导向管末端通过多个扩孔头逐一连接多个扩孔管，将多个扩孔管沿导向管的路径依次顶进贯通；
顶推无缝钢管：将扩孔管末端通过扩孔头与无缝钢管连接，顶进贯通无缝钢管；
布设锚拉杆：基于所述无缝钢管安装锚拉杆。
本公开的微型顶管施工工艺利用液压顶推装置将89mm导向管按照设计轨迹推进贯通。然后通过导向管作为导向体，在导向管末端通过扩孔头与200mm扩孔管连接，将扩孔管沿导向管路径顶进贯通。再将扩孔管末端通过扩孔头与DN300无缝钢管连接，顶进贯通后即完成目标管的非开挖布设。
在一种可能的实现方式中，所述采用导向管贯通设计轨迹，还包括精确定位液压顶推设备的安装位置；
精确定位液压顶推设备的安装位置，包括：
微调锚拉杆位置至钢板桩锁扣部位，
在钢板桩锁扣部位相应位置开顶管孔；
现场精确放样修改后锚拉杆位置的延长线，根据所述延长线确定液压顶推设备的安装位置。
在一种可能的实现方式中，所述将导向管按照设计轨迹推进贯通，包括：
在导向管的前端设置楔形钻头；
在楔形钻头内安装激光源；
在液压顶推设备上固定经纬仪；
观测经纬仪的十字丝与激光源的信号源中心是否重合，若重合则确定为楔形钻头不偏位；若不重合则根据不重合的差值判断偏位情况，根据偏位情况调整所述楔形钻头方向进行纠偏。
在一种可能的实现方式中，所述沿设计轨迹多次扩孔，包括：
导向管的一端与楔形钻头连接，导向管的另一端通过第一扩孔头与第一扩孔管连接；
第一扩孔管的端部通过第二扩孔头与第二扩孔管连接；
第二扩孔管的端部通过第三扩孔头与第三扩孔管连接；
……
第N-1扩孔管的端部通过第N扩孔头与第N扩孔管连接；
第N扩孔管的端头通过第N+1扩孔头与无缝钢管连接，N≥3。
在一种可能的实现方式中，第一扩孔头至第N扩孔头将89±2mm孔扩大至300±5mm。
本公开扩孔至300±5mm的原因，是锚拉杆埋设深度为地面下3.6m，锚拉杆直径85mm，紧张器及活动铰处直径较大，为尽可能减小无缝钢管管径，减小对配电站的挤土影响，在不影响钢拉杆性能的前提下对紧张器及活动铰尺寸进行优化，由于最终确定紧张器尺寸为158mm，活动铰尺寸为200mm，因此本公开扩孔至300mm就能满足锚拉杆施工要求。
在一种可能的实现方式中，所述采用导向管贯通设计轨迹之前，还包括工作井施工、接收井施工；
所述工作井施工包括：
确定工作井设置位置，所述工作井设置在配电站远离靠近船坞的钢板桩一侧，工作井的一侧利用钢板桩做支护，其余三侧放坡；
工作井支护：所述工作井开挖至标高0.3米，回填后压实浇筑C20混凝土至0.8m标高；利用钢板桩焊接钢筋反拉工字钢形成反力架，工字钢三层叠放焊接成整体后横放在垫层上，工字钢后方用砂袋回填密实，紧靠放坡坡面；
所述接收井施工包括：
确定接收井设置位置，所述接收井设置在配电站的另一侧；
接收井支护：所述接收井利用钢板桩焊接钢筋反拉工字钢形成反力架，工字钢三层叠放焊接成整体后横放在垫层上，工字钢后方用砂袋回填密实。
在本公开中，至少具有如下技术效果或优点：
本发明的实施例通过微型顶管在锚拉杆位置先顶推DN300无缝钢管，再安装锚拉杆，尽可能提高顶管精度，确保拉杆安装质量。
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，下面将对本发明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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种微型顶管施工工艺的流程图；
图2为工作井和锚拉杆的位置关系示意图；
图3为图1的微型顶管作业断面图；
图4为激光定位示意图。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本公开进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本公开的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本公开的保护范围之内。
在本公开实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
请参阅图1，本公开的实施例提供一种微型顶管施工工艺，包括：
采用导向管贯通设计轨迹：在无缝钢管顶进之前，将导向管按照设计轨迹推进贯通；
沿设计轨迹多次扩孔：在导向管末端通过多个扩孔头逐一连接多个扩孔管，将多个扩孔管沿导向管的路径依次顶进贯通；
顶推无缝钢管：将扩孔管末端通过扩孔头与无缝钢管连接，顶进贯通无缝钢管；
布设锚拉杆：基于无缝钢管安装锚拉杆。
本公开的微型顶管施工工艺利用液压顶推装置将89mm导向管按照设计轨迹推进贯通。然后通过导向管作为导向体，在导向管末端通过扩孔头与200mm扩孔管连接，将扩孔管沿导向管路径顶进贯通。再将扩孔管末端通过扩孔头与DN300无缝钢管连接，顶进贯通后即完成目标管的非开挖布设。
请参阅图2和图3，本公开的微型顶管利用液压顶推装置将89mm导向管按照设计轨迹推进贯通。然后通过导向管作为导向体，在导向管末端通过扩孔头与200mm扩孔管连接，将扩孔管沿导向管路径顶进贯通。再将扩孔管末端通过扩孔头与DN300无缝钢管连接，顶进贯通后即完成目标管的非开挖布设。
在实际应用中，微型顶管施工工艺的流程如下：工作井、接收井开挖→定位测量→安装液压顶推设备→导向管顶进贯通→安装扩孔头、扩孔管→扩孔管顶进贯通→安装扩孔头、扩孔管→目标管顶进贯通→设备拆除。
请继续参阅图2和图3，上述的一种微型顶管施工工艺，采用导向管贯通设计轨迹，还包括精确定位液压顶推设备的安装位置；
精确定位液压顶推设备的安装位置，包括：
微调锚拉杆位置至钢板桩锁扣部位，
在钢板桩锁扣部位相应位置开顶管孔；
现场精确放样修改后锚拉杆位置的延长线，根据延长线确定液压顶推设备的安装位置。
请参阅图2和图3，上述的一种微型顶管施工工艺，将导向管按照设计轨迹推进贯通，包括：
在导向管的前端设置楔形钻头；
在楔形钻头内安装激光源；
在液压顶推设备上固定经纬仪；
观测经纬仪的十字丝与激光源的信号源中心是否重合，若重合则确定为楔形钻头不偏位；若不重合则根据不重合的差值判断偏位情况，根据偏位情况调整楔形钻头方向进行纠偏。
请参阅图4，本公开实施例的激光定位，钢板桩的迎坞面及背坞面钢板用于挡土抗弯，因此将拉杆位置微调至钢板桩锁扣部位，在锁扣相应位置开顶管孔。现场精确放样修改后拉杆位置的延长线，以确定液压顶推设备的安装位置。
在实际应用中，顶管过程的精确定位方面，在楔形钻头内安装激光源，通过固定在顶推设备上的经纬仪观测十字丝与信号源中心是否重合来判断偏位情况，根据观测到的偏位情况调整楔形钻头方向进行纠偏。
本公开实施例的微型顶管施工工艺，主要设备包括：液压顶推系统、导向楔形钻头、导向管、扩孔管、经纬仪。在实际应用中，液压顶推系统的外观尺寸：1950(W)×1200(L)×850(H)；重量：2250kg；油压缸最高推力：80t×2；推进速度：1800～5500mm/min；行程：630mm×2(两段式推进)；螺旋回转装置：扭力：850kg/m；转速：20-50RPM。本公开实施例的导向楔形钻头，导向钻头为楔形，顶进时调整楔形面位置即可进行纠偏。外径为89mm，长度550mm。本公开实施例的导向管和扩孔管，导向管与楔形钻头连接，直径89mm，单节长度750mm。导向管端部通过扩孔头与扩孔管连接，扩孔管直径根据管道目标直径进行定制。
上述的一种微型顶管施工工艺，沿设计轨迹多次扩孔，包括：
导向管的一端与楔形钻头连接，导向管的另一端通过第一扩孔头与第一扩孔管连接；
第一扩孔管的端部通过第二扩孔头与第二扩孔管连接；
第二扩孔管的端部通过第三扩孔头与第三扩孔管连接；
……
第N-1扩孔管的端部通过第N扩孔头与第N扩孔管连接；
第N扩孔管的端头通过第N+1扩孔头与无缝钢管连接，N≥3。
上述的一种微型顶管施工工艺，第一扩孔头至第N扩孔头将89±2mm孔扩大至300±5mm。
本公开扩孔至300±5mm的原因，是锚拉杆埋设深度为地面下3.6m，锚拉杆直径85mm，紧张器及活动铰处直径较大，为尽可能减小无缝钢管管径，减小对配电站的挤土影响，在不影响钢拉杆性能的前提下对紧张器及活动铰尺寸进行优化，由于最终确定紧张器尺寸为158mm，活动铰尺寸为200mm，因此本公开扩孔至300mm就能满足锚拉杆施工要求。
需要说明的是，本公开实施例还对锚拉杆进行适应性优化。锚拉杆埋设深度为地面下3.6m，锚拉杆直径85mm，紧张器及活动铰处直径较大，为尽可能减小钢套管的管径，减小对配电站站体的挤土影响，在不影响锚拉杆性能的前提下对紧张器及活动铰尺寸进行优化，最终确定紧张器尺寸为158mm，活动铰尺寸为200mm。钢套管选用DN300无缝钢管。
上述的一种微型顶管施工工艺，采用导向管贯通设计轨迹之前，还包括工作井施工、接收井施工；
工作井施工包括：
确定工作井设置位置，工作井设置在配电站远离靠近船坞的钢板桩一侧，工作井的一侧利用钢板桩做支护，其余三侧放坡；
工作井支护：工作井开挖至标高0.3米，回填后压实浇筑C20混凝土至0.8m标高；利用钢板桩焊接钢筋反拉工字钢形成反力架，工字钢三层叠放焊接成整体后横放在垫层上，工字钢后方用砂袋回填密实，紧靠放坡坡面；
接收井施工包括：
确定接收井设置位置，接收井设置在配电站的另一侧；
接收井支护：接收井利用钢板桩焊接钢筋反拉工字钢形成反力架，工字钢三层叠放焊接成整体后横放在垫层上，工字钢后方用砂袋回填密实。
本公开实施例的组合钢板桩打设完成后，两侧开挖出工作井和接收井。工作井设置在配电站北侧，一侧利用CAZ钢板桩做支护，其余3侧放坡，坡比1:2。工作井开挖至标高0.3米，回填40cm三渣后压实浇筑C20混凝土至0.8m标高。工作井宽度2.5m。反力架利用CAZ钢板桩焊接
Figure BDA0003286862980000091
钢筋反拉H700X300工字钢。工字钢三层叠放焊接成整体后横放在垫层上，工字钢后方用砂袋回填密实，紧靠放坡坡面。
HRB400钢筋抗拉强度设计值fy＝360N/mm2，抗拉力F＝360*3.14*10*10＝113KN。微型顶管最大顶推力为1600KN，布置20根对拉钢筋113*20＝2260KN能满足要求。
焊接前确认H型钢平行于钢板桩轴线。对拉钢筋与H型钢双面满焊。在钢板桩上焊接腹板防止钢筋拉伤钢板桩，腹板与钢筋双面满焊。
本公开实施例的接收井设置在配电站南面，由于接收井下方已进行搅拌桩地基处理，此处放坡挖出基坑后可不浇筑垫层。
本公开实施例微型顶管施工工艺的流程如下：工作井、接收井开挖→定位测量→安装液压顶推设备→导向管顶进贯通→安装扩孔头、扩孔管→扩孔管顶进贯通→安装扩孔头、扩孔管→目标管顶进贯通→设备拆除。在实际应用中，现场实施流程如下：(1)现场工作井、接收井开挖，设备定位安装等准备工作完成后，将钻头与导向管用螺栓进行连接，安装至顶推行程上，顶入一节后，再用螺栓连接下一节，依次顶入直至贯通。(2)在导向管末端连接扩孔套头，过渡至200mm扩孔管，扩孔管采用螺纹连接，每顶入一段扩孔管，即在接收井位置回收一段导向管，直至扩孔管贯通。(3)扩孔管贯通后，在扩孔管末端连接定制的永久管的扩孔套头。为防止永久钢套管工后脱开，采用承插加满焊的双保险连接方式。(4)DN300无缝钢套管顶推到位后，先用土工布临时封堵端部，防止土石进入堵塞钢管。最终安装锚拉杆时，在钢管内穿入钢丝绳，锚拉杆分段拼装成整体后，用卷扬机牵引钢丝绳将锚拉杆安装到位。
本公开实施例采取微型顶管工艺后，配电站下方拉杆套管施工完成后水平、垂直位置偏差均在1cm以内。经检测，套管顺直畅通不变形，所有拉杆最终顺利穿过套管。
在施工结束后，配电站水平位移不超过4cm，沉降隆起位移不超过3cm，站内电气设备运行稳定，未发生断电事故，未出现危险征兆。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本公开的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本公开的保护范围，凡未脱离本公开技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本公开的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本公开不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本公开的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本公开。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本公开的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本公开内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
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 (6)

1.一种微型顶管施工工艺，其特征在于，包括：
采用导向管贯通设计轨迹：在无缝钢管顶进之前，将导向管按照设计轨迹推进贯通；
沿设计轨迹多次扩孔：在所述导向管末端通过多个扩孔头逐一连接多个扩孔管，将多个扩孔管沿导向管的路径依次顶进贯通；
顶推无缝钢管：将扩孔管末端通过扩孔头与无缝钢管连接，顶进贯通无缝钢管；
布设锚拉杆：基于所述无缝钢管安装锚拉杆。
2.根据权利要求1所述的微型顶管施工工艺，其特征在于，所述采用导向管贯通设计轨迹，还包括精确定位液压顶推设备的安装位置；
精确定位液压顶推设备的安装位置，包括：
微调锚拉杆位置至钢板桩锁扣部位，
在钢板桩锁扣部位相应位置开顶管孔；
现场精确放样修改后锚拉杆位置的延长线，根据所述延长线确定液压顶推设备的安装位置。
3.根据权利要求1所述的微型顶管施工工艺，其特征在于，所述将导向管按照设计轨迹推进贯通，包括：
在导向管的前端设置楔形钻头；
在楔形钻头内安装激光源；
在液压顶推设备上固定经纬仪；
观测经纬仪的十字丝与激光源的信号源中心是否重合，若重合则确定为楔形钻头不偏位；若不重合则根据不重合的差值判断偏位情况，根据偏位情况调整所述楔形钻头方向进行纠偏。
4.根据权利要求1所述的微型顶管施工工艺，其特征在于，所述沿设计轨迹多次扩孔，包括：
导向管的一端与楔形钻头连接，导向管的另一端通过第一扩孔头与第一扩孔管连接；
第一扩孔管的端部通过第二扩孔头与第二扩孔管连接；
第二扩孔管的端部通过第三扩孔头与第三扩孔管连接；
……
第N-1扩孔管的端部通过第N扩孔头与第N扩孔管连接；
第N扩孔管的端头通过第N+1扩孔头与无缝钢管连接，N≥3。
5.根据权利要求4所述的微型顶管施工工艺，其特征在于，第一扩孔头至第N扩孔头将89±2mm孔扩大至300±5mm。
6.根据权利要求1所述的微型顶管施工工艺，其特征在于，所述采用导向管贯通设计轨迹之前，还包括工作井施工、接收井施工；
所述工作井施工包括：
确定工作井设置位置，所述工作井设置在配电站远离靠近船坞的钢板桩一侧，工作井的一侧利用钢板桩做支护，其余三侧放坡；
工作井支护：所述工作井开挖至标高0.3米，回填后压实浇筑C20混凝土至0.8m标高；利用钢板桩焊接钢筋反拉工字钢形成反力架，工字钢三层叠放焊接成整体后横放在垫层上，工字钢后方用砂袋回填密实，紧靠放坡坡面；
所述接收井施工包括：
确定接收井设置位置，所述接收井设置在配电站的另一侧；
接收井支护：所述接收井利用钢板桩焊接钢筋反拉工字钢形成反力架，工字钢三层叠放焊接成整体后横放在垫层上，工字钢后方用砂袋回填密实。
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