CN114542799B - 一种地下有限空间垂直顶升施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下有限空间垂直顶升施工方法，有效解决了现有施工方法工序繁琐、设备运输不便的问题，加快了施工进度，减少了与外界的干扰，也大大的节省了工程成本；通过在母管内壁设置加劲肋，有效增强了施工中顶升设备和止退设备的固定效果，且设置的止退装置可以有效避免管节发生滑落；装置还设置了用于管节运输的运输系统，通过可拆卸的滑轮轨道，可以快速便捷地将管节进行运输且精准对接，大幅降低了管节在运输以及对接过程中的人力耗费以及时间耗费；此外，用此法建成的进排水管道比传统的要长的多，可以深入海域较远处，也利于工程实现目标。

Description

一种地下有限空间垂直顶升施工方法

技术领域

本发明属于市政工程技术领域，特别涉及到一种地下有限空间垂直顶升施工方法。

背景技术

在20世纪70年代中后期，工程实践中创造了取、排水口垂直顶升的施工技术，通常在已施工好的管道内部由管道预留位置向上顶出立管，穿破土层，随后主管道灌满水后，在水下将顶盖揭去安装好鸭嘴阀形成排水口，垂直顶升工艺在国内外沿海沿江地区得到了广泛的应用，已经逐步应用于建造火力发电厂、核发电厂、石油化工、城市取水口、污水处理厂排水口。该工艺已经逐步代替了筑岛围堰法、浮运沉井法、预制沉放法、海上沉管法等工艺，不仅加快了施工进度，减少了与外界的干扰，也大大的节省了工程成本。此外，用此法建成的进排水管道比传统的要长的多，可以深入海域较远处，也利于工程实现目标。

在余姚市尾水排海延伸工程的施工中，针对本工程分析，作为小曹娥污水处理厂的排海管道，排水口处于潮位变化很大的钱塘江，排海口更加深入海域深处明显更为有利；因此选用垂直顶升施工方法；在实际施工中，发现现有的垂直顶升施工方法存在着施工工序复杂繁琐，设备运输不便的问题，因此总结施工经验，设计出一种地下有限空间垂直顶升施工方法来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种地下有限空间垂直顶升施工方法，该技术加快了施工进度，减少了与外界的干扰，也大大的节省了工程成本；此外，用此法建成的进排水管道比传统的要长的多，可以深入海域较远处，也利于工程实现目标。

为实现上述设计，本发明所采用的技术方案是：一种地下有限空间垂直顶升施工方法，包括以下步骤：

S1，对母管管节进行预加固；

S2，内壁沿轴向设置多道环形的环肋板；

S201，母管内壁沿径向设置多道纵向的纵肋板；

S202，预留洞口部位设置多道环向翼板；

S203，安装穿墙工具短管；

S3，进行垂直顶升母管的水平顶管施工；

在母管顶部开预留孔洞，将加工好的穿墙工具短管，包括闷板、止水组件和上升管顶部预埋管节等安装在母管管节上；在预留孔洞中安装二级止水，止水安装完成后进行气密性试验；最后对上升管顶部预埋管节即1#管进行垂直度复测；

进一步地，闷板顶部设置有单向阀，单向阀可打开，开启压力为1.0Mpa，通过高压射水辅助顶进；

S4，顶升区地基加固：

顶升前对母管管外土体进行注浆加固，管中心以下和管中心以上分时进行注浆，管中心以上在顶升结束后进行注浆；

S5，安装垂直顶升架：

在水平母管内预留洞口对应位置的母管内壁安装顶升用的垂直顶升架，垂直顶升架中心与预留洞口中心对正，垂直顶升架底端与母管内侧的加劲肋连接，顶端与顶升设备连接；垂直顶升架包括圆弧底座，圆弧底座与母管内侧的加劲肋连接；垂直顶升架包括等高垫块、油缸圈板三部分组成；

S6，垂直顶升设备安装：

垂直顶升设备包括千斤顶、轨道滑轮、高压油泵站、油管和焊机；从井区将垂直顶升设备水平运送到垂直顶升1#管下方；主顶油缸采用多只千斤顶，千斤顶水平安置在垂直顶升架上，主顶油缸安装轴线与顶管轴线一致，使垂直顶升反力架中心及位置与1#管中心位置一致；然后调整垂直顶升反力架水平度，最后对调整好后的反力架进行固定；

S7，运输轨道安装：

在垂直顶升架上表面的油缸间隙安装平行的滑轮轨道；滑轮轨道通过螺栓或销轴与垂直顶升架上表面进行可拆卸固定；滑轮轨道包括槽钢结构的滑轨，滑轨内壁转动连接多组滑轮；

S8，管节井下运输和对接：

井下运输分为下井垂直运输、人力水平运输、轨道水平运输。

将待顶升的管节通过母管运输至待顶升的施工位置下方；管节对接时采用螺栓连接，首先将连接螺栓安装好后拧紧，然后进行快硬防水砂浆填充螺栓预留孔，涂刷防腐涂料，涂刷润滑脂，等待5~10min后检验合格后进行顶进；

S9，顶升施工：利用垂直顶升设备顶升管节；施工中时刻进行垂直度检测；施工后对管节标高进行测量；然后向竖顶管和水平管的交接处中压注水泥浆，并通过穿墙工具短管内的预留压浆孔向竖顶管与穿墙管止水框间隙内压注水泥浆，以达到止水密封固结作用；达到强度后，通过焊接将上升管的末端与穿墙管以及水平管焊接，将水平管与竖顶管连成一体形成永久性止水；

S10，止退装置安装：

上节管顶升完成后，千斤顶回缩时，为防止新管拼接时发生上节管道下落，此时设置止退装置：止退装置包括多根方管，方管一端开设有凹槽，凹槽与管节底端边缘卡合固定；方管另一端与管道内壁的加劲肋抵触配合形成支撑；然后重复上述过程进行下一节顶管施工。

优选地，上述一种地下有限空间垂直顶升施工方法，步骤S8中，管节井下运输方法如下：

S801，管节一次运输：将管节放置在专用运输车上，在管道内自调压井井底运输至垂直顶升作业区附近；

S802，管节提升：管节一次运输至轨道滑轮附近后，采用手拉葫芦提升至管节底部高度超过轨道滑轮顶面一定距离；当管节提升时，将可拆卸的滑轨轨道暂时拆除，当管节提升至指定高度后，再将滑轨安装到位；滑轨到位后，下放短节，下放短节时旋转短节使得提前做好的标记正对螺栓孔；

S803，管节二次运输：通过轨道滑轮，推动管节进行短距离运输，将管节由轨道滑轮外侧滑移至管节安放位置的正下方。

本发明的有益效果如下：

本发明设计的地下有限空间垂直顶升施工方法，有效解决了现有施工方法工序繁琐、设备运输不便的问题，更优解决了狭窄空间内进行垂直顶升，加快了施工进度，减少了与外界的干扰，也大大的节省了工程成本；通过在母管内壁设置加劲肋，不仅有效增强了施工中顶升设备和止退设备的固定效果，而且更加增加了母管的环向刚度，且设置的止退装置可以有效避免管节发生滑落；装置还设置了用于管节运输的运输系统，通过可拆卸的轨道滑轮，可以快速便捷地将管节进行运输且精准对接，大幅降低了管节在运输以及对接过程中的人力耗费以及时间耗费；此外，此施工方法预留了射水辅助顶进的备用方案，能够更好的适应大埋深、硬土质的工况，因此用此法建成的进排水管道比传统的要长的多，可以深入海域较远处，也利于工程实现目标。

附图说明

图1为本发明的施工流程示意图；

图2为本发明中母管管节加固的断面示意图；

图3为本发明中母管管节加固的剖面示意图；

图4为本发明中母管管外土体加固示意图；

图5为本发明中垂直顶升架的结构示意图；

图6为本发明中垂直顶升架中油缸圈板的俯视结构示意图；

图7为本发明中轨道滑轮的主视示意图；

图8为本发明中轨道滑轮的俯视示意图；

图9为本发明中止退装置的安装示意图；

图10为本发明中止退装置的结构示意图；

图11为本发明中管节一次运输的示意图；

图12为本发明中管节提升的示意图；

图13为本发明中管节二次运输的示意图；

图14为本发明中止水结构的示意图；

图15为本发明中止水结构的放大示意图；

图16为本发明中管节O型橡胶布置的示意图；

图17为本发明中管节对接的示意图；

图中：母管1，环向肋板2，环向翼板3，纵向肋板4，油缸圈板5，等高垫块6，圆弧底座7，滑轮8，轨道9，千斤顶10，止退顶杆11，止水固定组件12，上升管闷板13，上升管顶部预埋管件14，O型圈15，止水件16，临时固定板17，内螺纹接头6-1，底板6-2，外筒体6-3，短管6-4，内筒体6-5，第二止水6-6，第二止水6-7。

具体实施方式

实施例1：

如图1~图13中，一种地下有限空间垂直顶升施工方法，包括以下步骤：

S1，进行垂直顶升母管的水平顶管施工；垂直顶升母管为D2020×26螺旋焊接钢管，长度6m；

S2，对母管管节进行加固：采用Q235B环肋板、纵肋板加固；

S201，母管内壁沿轴向设置多道环形的环肋板；环肋板厚24mm，板高200mm，间距400mm，加固区长度为5.6m；

S202，母管内壁沿径向设置多道纵向的纵肋板；纵肋板沿主管道环向共布置7道，加固区长度为5.6m；

S203，预留洞口部位设置3道环向翼板，翼板宽度200mm，板厚20mm；

S3，安装穿墙工具短管：

在母管顶部开预留孔洞，将加工好的穿墙工具短管，包括闷板、止水组件和上升管顶部预埋管节等安装在母管管节上；在预留孔洞中安装二级止水，止水安装完成后用预留的注浆孔对止水部位进行气密性试验；最后对上升管顶部预埋管节即1#管进行垂直度复测；

进一步地，闷板顶部设置有单向阀，单向阀可打开，开启压力为1.0Mpa，通过高压射水辅助顶进；穿越粉细砂层顶不动时，现场采取高压射水辅助顶进，射水压力0.55~0.7Mpa，启用8个千斤顶，总顶力控制在290t。

S4，顶升区地基加固：

顶升前对母管管外土体进行注浆加固，管中心以下和管中心以上分时进行注浆，管中心以下在顶升结束后进行注浆；顶升前对母管管外土体进行注浆加固，管中心以下注浆深度2m，管中心以上注浆深度1.5m（顶升结束以后注浆），注浆量4.5m3/m，共60m；注浆浆液采用P.O.42.5水泥，水泥浆水胶比0.55，外加2%水玻璃。注浆量为注浆区域土体体积的20%；

S5，安装垂直顶升架：

在水平母管内预留洞口对应位置的母管内壁安装顶升用的垂直顶升架，垂直顶升架中心与预留洞口中心对正，垂直顶升架底端与母管内侧的加劲肋连接，顶端与顶升设备连接；垂直顶升架包括圆弧底座，圆弧底座与母管内侧的加劲肋连接；垂直顶升架包括等高垫块、油缸圈板三部分组成；

圆弧底座起到扩散顶升力反力的作用，采用D1620*16螺旋焊接钢管、20mm厚钢板焊接而成，底座四角点焊接吊耳可直接吊运，圆弧底座重量约0.4t；

油缸圈板起到固定千斤顶的作用，采用20厚Q235钢板制作而成，油缸圈板与圆弧底座采用等高垫块连接，等高垫块采用φ89×10无缝钢管（或14a槽钢）制作而成；

S6，垂直顶升设备安装：

将垂直顶升设备包括千斤顶、轨道滑轮、高压油泵站、油管、焊机等，从井区将设备水平运送到垂直顶升1#管下方，顶升反力架底座釆用 50mm厚钢板作为扩散面。钢板安装于主管道加强肋板上，底部用沙子填充密实。主顶油缸釆用8只500kN千斤顶；千斤顶水平安置在钢板后座上，千斤顶与钢板连接处采用角钢进行固定；安装千斤顶必须使安装轴线与顶管轴线一致，使垂直顶升反力架中心及位置与1#管中心位置一致，然后调整垂直顶升反力架水平度，调整好后的反力架应适当固定，防止顶升过程中产生顶力偏差，导致顶管轴线垂直度偏移。

S7，运输轨道安装：

在垂直顶升架上表面的油缸间隙安装平行的轨道滑轮；轨道滑轮通过螺栓或销轴与垂直顶升架上表面进行可拆卸固定；

轨道滑轮：包括轨道、滚轮轴、滑轮3部分，其中轨道采用6.3#槽钢制作，槽钢提前开14@100螺栓孔，孔径φ17。滑轮直径4cm，滑轮及滑轮轴均自机械加工件厂家购置；

S8，管节井下运输和对接：

将待顶升的管节通过母管运输至待顶升的施工位置下方；管节安装密封橡胶圈，检查凹槽是否有杂物，清理凹槽后，安装“O”型橡胶圈；

管节对接时采用螺栓连接，首先将连接螺栓安装好后拧紧，然后进行快硬防水砂浆填充螺栓预留孔，涂刷防腐涂料，涂刷润滑脂，等待5~10min后检验合格后进行顶进；

S9，顶升施工：利用垂直顶升设备顶升管节；施工中时刻进行垂直度检测；施工后对管节标高进行测量；然后向竖顶管和水平管的交接处中压注水泥浆，并通过穿墙工具短管内的预留压浆孔向竖顶管与穿墙管止水框间隙内压注水泥浆，以达到止水密封固结作用；达到强度后，通过焊接将上升管的末端与穿墙管以及水平管焊接，将水平管与竖顶管连成一体形成永久性止水；

始顶升时由于闷头与外套管之间有一定的粘附力，1#管节与止水措施间粘附力也比较大，顶力会比较大，高压液压站调整好溢流阀将顶力控制在最大顶力的1.2~1.5倍左右，观察没有其他变化后，逐步调高顶力，顶进过程中，时刻注意上升管的垂直度，如果发生偏差及时调整千斤顶合力作用点，确保垂直度；顶升前几节时，顶升速度控制在20mm/min~30mm/min，正常顶升阶段顶升速度控制在50mm/min~100mm/min。当管节顶升到指定高度，需注意垂直顶升反力，静止5min，观察反力是否回落，当反力回落至理论顶力且稳定后，安装止退顶杆，慢慢收回千斤顶；

共6根上升管，1根顶完后进行以下步骤：

（1）将1#上升管末端与水平母管焊接形成整体；

（2）将顶升设备拆除并转移至2#上升管位置进行安装；

S10，止退装置安装：

上节管顶升完成后，千斤顶回缩时，为防止新管拼接时发生上节管道下落，此时设置止退装置：止退装置包括多根B=108mm壁厚10mm方管，方管一端开设有凹槽，凹槽与管节底端边缘卡合固定；方管另一端与管道内壁的加劲肋抵触配合形成支撑；然后重复上述过程进行下一节顶管施工。

进一步地，管节外壁涂刷减阻剂。

优选地，上述一种地下有限空间垂直顶升施工方法，步骤S8中，管节井下运输方法如下：单根管节重量300kg，特殊管节内工作面净高度1.2m，管节卸车采用1t手拉葫芦吊装，管节安装采用轨道滑轮直接滑运至待安装部位正下方，千斤顶顶推至安装部位采用螺栓连接安装：

S801，管节一次运输：将管节放置在专用运输车上，在管道内自调压井井底运输至垂直顶升作业区附近；

S802，管节提升：管节一次运输至轨道滑轮附近后，采用手拉葫芦提升至管节底部高度超过轨道滑轮顶面1~2cm；当管节提升时，将可拆卸的滑轨轨道暂时拆除，当管节提升至指定高度后，再将滑轨安装到位；滑轨到位后，下放短节，下放短节时旋转短节使得提前做好的标记正对螺栓孔；

S803，管节二次运输：通过轨道滑轮，推动管节进行短距离运输，将管节由轨道滑轮外侧滑移至管节安放位置的正下方。

实施例2：止水设置：

本工程管节连接方式采用16M20螺栓链接，在顶升过程中漏水时，对施工带来一定的风险。针对以上问题采取以下措施：

1，优化出洞口部位止水：

在焊接无法避免的情况下，我部针对原设计图纸中的一级止水，优化为两级止水措施；如说明书附图14~15所示；

地下水沿着管壁3mm的缝隙进入母管内，依次突破一级防水、二级防水。一级防水是由楔形止水圈和一条圆形止水圈组成。二级防水由两条圆形止水圈、两个注浆孔、止水轧兰组成。

（1）由于混凝土包管在顶升过程中，对橡胶止水圈的磨损比较大，所以在上升管的外壁多涂刷油脂，可以起到润滑、防水的作用。

（2）之所以采用橡胶止水圈而未采用油浸盘根是因为橡胶在磨损后，会自动回弹向空隙中膨胀，填充空隙，起到更好的防水效果。

（3）由于一级防水措施一旦出现严重的磨损后，补救或者更换的难度很大，所以增加了更换和补救较为容易的二级防水措施，在一级防水措施失效时且在第2、3到圆形橡胶止水圈出现较为严重的磨损时，可以通过旋紧安装在止水栅栏上的16颗M20螺栓，使得止水轧兰继续挤压圆形橡胶止水圈，就可以不断的填充缝隙。

（4）当通过以上旋紧螺栓失效时，可以通过在止水框两侧预留的注浆孔，直接注入盾尾油脂、聚氨酯、混合液进行补救。

参考地质资料，垂直顶升首先穿过的是2-5土层粉土夹粉砂，渗透系数：水平Kh=8.6×10-5～8.6×10-5cm/s，垂直Kv=5.6×10-6～7.8×10-5cm/s，属于弱透水性。并且通过水平顶进的施工，我们对该土层也有了充分的认识，粉土为主，含砂率很低，摩阻系数很低。

2，优化管节拼缝处止水：

如说明书附图16~17所示，管节采用16M20螺栓进行连接，管节法兰最外侧焊接。为进一步提高接缝处止水性能，在管节接缝处法兰盘上单边刻槽并安装6mm“O”型氯丁橡胶圈。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种地下有限空间垂直顶升施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1，对母管管节进行预加固；

S2，内壁沿轴向设置多道环形的环肋板；

S201，母管内壁沿径向设置多道纵向的纵肋板；

S202，预留洞口部位设置多道环向翼板；

S203，安装穿墙工具短管；

S3，进行垂直顶升母管的水平顶管施工；

在母管顶部开预留孔洞，将加工好的穿墙工具短管，包括闷板、止水组件和上升管顶部预埋管节安装在母管管节上；在预留孔洞中安装二级止水，止水安装完成后进行气密性试验；最后对上升管顶部预埋管节即1#管进行垂直度复测；

闷板顶部设置有单向阀，单向阀可向外打开，通过一定的开启压力，利用高压射水辅助顶进；

S4，顶升区地基加固：

水平顶进完成后垂直顶升前对母管管外土体进行注浆加固，管中心以下和管中心以上分时进行注浆，管中心以上在垂直顶升结束后进行注浆；

S5，安装垂直顶升架：

在水平母管内预留洞口对应位置的母管内壁安装顶升用的垂直顶升架，垂直顶升架中心与预留洞口中心对正，垂直顶升架底端与母管内侧的加劲肋连接，顶端与顶升设备连接；

S6，垂直顶升设备安装：

从井区将垂直顶升设备水平运送到垂直顶升1#管下方；各千斤顶顶盖中心作用在管壁上且千斤顶合力与顶管中心一致，使垂直顶升反力架中心及位置与1#管中心位置一致；然后调整垂直顶升反力架水平度，最后对调整好后的反力架进行固定；

S7，运输轨道安装：

在垂直顶升架上表面的油缸间隙安装平行的滑轮轨道；滑轮轨道通过螺栓或销轴与垂直顶升架上表面进行可拆卸固定；轨道滑轮包括槽钢结构的滑轨，滑轨内壁转动连接多组滑轮；

S8，管节井下运输和对接：

井下运输分为下井垂直运输、人力水平运输、轨道水平运输；

将待顶升的管节通过母管运输至待顶升的施工位置下方；管节对接时采用螺栓连接，首先将连接螺栓安装好后拧紧，然后进行快硬防水砂浆填充螺栓预留孔，涂刷防腐涂料，涂刷润滑脂，等待5~10min后检验合格后进行顶进；

S9，顶升施工：利用垂直顶升设备顶升管节；施工中时刻进行垂直度检测；施工后对管节标高进行测量；然后向竖顶管和水平管的交接处中压注水泥浆，并通过穿墙工具短管内的预留压浆孔向竖顶管与穿墙管止水框间隙内压注水泥浆，以达到止水密封固结作用；达到强度后，通过焊接将上升管的末端与穿墙管以及水平管焊接，将水平管与竖顶管连成一体形成永久性止水；

S10，止退装置安装：

上节管顶升完成后，千斤顶回缩时，为防止新管拼接时发生上节管道下落，此时设置止退装置：止退装置包括多根方管，方管一端开设有凹槽，凹槽与管节底端边缘卡合固定；方管另一端与管道内壁的加劲肋抵触配合形成支撑；然后重复上述过程进行下一节顶管施工。

2.根据权利要求1所述的一种地下有限空间垂直顶升施工方法，其特征在于：步骤S8中，管节井下运输方法如下：

S801，管节一次运输：将管节放置在专用运输车上，在管道内自调压井井底运输至垂直顶升作业区附近；

S802，管节提升：管节一次运输至轨道滑轮附近后，采用手拉葫芦提升至管节底部高度超过轨道滑轮顶面一定距离；当管节提升时，将可拆卸的滑轨轨道暂时拆除，当管节提升至指定高度后，再将滑轨安装到位；滑轨到位后，下放短节，下放短节时旋转短节使得提前做好的标记正对螺栓孔；

S803，管节二次运输：通过轨道滑轮，推动管节进行短距离运输，将管节由轨道滑轮外侧滑移至管节安放位置的正下方。

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