CN115822617A - 超大直径穿湖顶管退管装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超大直径穿湖顶管退管装置及其施工方法，环梁设置在顶管洞口，且与管节同轴，环梁两侧设有至少一个反顶千金顶，环梁一侧还设有反力架，两侧的反顶千金顶伸缩端与反力架连接，反力架上设有多根螺纹拉杆，螺纹拉杆一端与顶管机机头连接，另一端与反力架连接。退管的同时能够保持地层的稳定，防止了地层塌陷以及地表出现过大的沉降，能够解决超大直径顶管回退的诸多问题，同时也能够提高顶管复顶的掘进效率。

Description

超大直径穿湖顶管退管装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及土木工程领域，尤其是涉及一种超大直径穿湖顶管退管装置及其施工方法。

背景技术

顶管技术作为一种非开挖的隧道施工技术 ，能穿越道路、河川、地面及地下建筑物等，在我国得到较大发展。但在实际工程中顶管在顶进过程中碰到无法清除的障碍物或者顶进系统故障时，使得退管施工成为一个难题。目前比较常见的是采用组合钢架回拉加钢绞线的方法，但这种方法受场地制约、焊接处受力不均易折断，适合直径比较小的管道，不适合超大直径管道退管。

中国专利CN107504262A一种软土地层中越江顶管管道退管施工方法，该方法包括如下步骤，首先对退管管道内的原有设备装置进行拆除清理，然后将钢封门、反顶液压缸、反拉钢梁、钢绞线组等退管设备装置安装并检查其安全措施，调试后进行退管施工，该方案在施工时容易出现管节或顶管机在机头前方土压力作用下被推出洞口，施工复杂。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种超大直径穿湖顶管退管装置及其施工方法，能够解决超大直径顶管回退的诸多问题，同时也能够提高顶管复顶的掘进效率。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种超大直径穿湖顶管退管装置，包括环梁，环梁设置在顶管洞口，且与管节同轴，环梁两侧设有至少一个反顶千金顶，环梁一侧还设有反力架，两侧的反顶千金顶伸缩端与反力架连接，反力架上设有多根螺纹拉杆，螺纹拉杆一端与顶管机机头连接，另一端与反力架连接。

优选方案中，螺纹拉杆为多根螺纹钢对接组成，两根螺纹钢之间通过螺纹套管连接。

优选方案中，螺纹拉杆端部穿过反力架，且在螺纹拉杆端部设有限位螺母，限位螺母抵靠在反力架端面。

优选方案中，环梁两侧还设有安装机架，反顶千金顶设置在安装机架上。

优选方案中，安装机架下端设置在地面上，上端与环梁侧面连接，安装机架抵靠在沉井侧面上。

优选方案中，还设有输送泵，输送泵通过注浆管与顶管机内部的的排泥管连通，排泥管端部与机头端部连通。

优选方案中，还设有阻退支架，阻退支架支架设在管节与主顶油缸之间，且阻退支架设置在滑轨上。

优选方案中，滑轨上还设有止退反力三脚架，止退反力三脚架包括端部顶部和底板，端部顶部和底板呈直角结构，且端部顶部和底板之间设有多个加强柱。

该方法包括：

S1、在完成退管整体装置的安装准备后，退管施工前，在沉井内施作反顶后背墙，在墙体上安装环梁，环梁与管节同轴安装，安装反顶千金顶及反力架、螺纹拉杆；

多根螺纹钢在管道内部进行组装成螺纹拉杆，螺纹拉杆端部与机头内部的牛腿连接，另一端穿过反力架，并在螺纹拉杆上安装螺纹抵靠在反力架上；

顶推时，顶推一个管节后，拆卸一节螺纹钢，持续顶退；

S2、直接整体退管难度较大，计划先采用小型千斤顶对管道进行逐段顶管，将管道松开，降低摩擦阻力系数后，再整体退管；

通过在纠偏油缸仓埋设小型千斤顶，提供松管的反顶力；

S3、退管时，通过管节上注浆孔向管节外同步注浆减摩，管节降低摩擦阻力；

在沉井洞口防水橡胶圈上涂润滑油，防止管节回退破坏橡胶结构，影响再次顶进时密封效果；

根据试拉确定的反拉力控制反顶千金顶，顶推反力架，将管节及顶管机整体回拉；

S4、回填材料的配方为黄黏土：粉煤灰：水泥：水：膨润土=42:20:15:32:3,在制备中先搅拌黄黏土、粉煤灰、水及膨润土，然后通过挖机移到输送泵里后再加入水泥，保证回填料具有一定的强度、流动性和合适的凝结时间；

采用混凝土输送泵作为泵送设备，设备布置在沉井地面操作室旁，为减少管节安拆，直接采用顶管机的排泥管作为泵管，在刀盘面上方开设注浆孔，与注浆管连接；

将注浆管与输送泵连接牢固，检查无误后，进行回填料泵送施工，管节回拉的同时，边退管、边注回填料，注浆压力控制在0.1-0.3MPa；

S5、随着管道后退，管节管外壁摩阻力随着管道在土体内的长度减少逐渐变小，为防止管节或顶管机在机头前方土压力作用下被推出洞口，退管过程中必须做好阻退措施；

退管前，阻退支架与管节端面密接，主顶千斤顶油缸处于顶升状态，千斤顶端头与阻退支架之间预留3cm的间隙；

退管时，随管节的外拉同步回缩主顶油缸，通过观察主顶油缸与阻退支架之间间隙，可初步判断管节是否向外滑移，反顶力设置是否合理，当出现异常情况，管节明显加速外移时，停止主顶油缸回缩，通过阻退支架抵住管道，限制管道移动，防止其冲出；

S6、待顶管机前回填料初凝后，开始吊管，先采用门机通过专用吊梁起吊管节，将管道吊出沉井后，移动至指定的管节存放区域，管道下放前，利用副钩进行翻身，使管道平放在地面上，并逐步运管；

S7、管道倒退过程中，对其自身的周围土体将产生扰动，使土体产生位移，从而导致地面沉降，因此不断加强周边地面土体的监测；

S8、退管过程中，为防止最后机头拉出过程时洞口坍塌，在机头未全部退至工作井内时，机头最后仍留1-2m在洞口内，暂停退管，做好阻退措施，对洞口进行封闭；

在井壁外侧0.75-1.3m处施作一圈止水帷幕桩，为方便钢板桩施工，拉森钢板桩位置设置在沉井壁与止水帷幕桩之间，采用拉森SP-IV型钢板；

拉森钢板桩施作宽度为6-8m，两侧与井壁合围封闭，为保证良好封闭效果，钢板桩桩底应插入管底以下1m以上。

本发明提供了一种超大直径穿湖顶管退管装置及其施工方法，包括松管、整体回退、回填料的制备、泵送、止退防护、洞门封堵等，退管的同时能够保持地层的稳定，防止了地层塌陷以及地表出现过大的沉降，能够解决超大直径顶管回退的诸多问题，同时也能够提高顶管复顶的掘进效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明管节布置示意图；

图2是本发明整体退管示意图；

图3是本发明回填混合回填料示意图；

图4是本发明阻退管节示意图；

图5是本发明洞口封堵示意图；

图6是本发明反力架步骤示意图。

图中：沉井1；小型千斤顶2；管节3；纠偏油缸仓4；机头5；输送泵6；注浆管7；排泥管8；混合回填料9；止水帷幕桩10；环梁11；滑轨12；反力架13；反顶千金顶14；安装机架15；螺纹拉杆16；主顶油缸17；待吊装管节18；止退反力三脚架19；阻退支架20；拉森钢板桩21。

具体实施方式

实施例1

如图1~6所示，一种超大直径穿湖顶管退管装置，包括环梁11，环梁11设置在顶管洞口，且与管节3同轴，环梁11两侧设有至少一个反顶千金顶14，环梁11一侧还设有反力架13，两侧的反顶千金顶14伸缩端与反力架13连接，反力架13上设有多根螺纹拉杆16，螺纹拉杆16一端与顶管机机头5连接，另一端与反力架13连接。环梁11为环形圆桶结构，方便管节3在环梁11内部滑动，管节3退管时能够保证管节3不会直接掉落在地面，而是通过环梁11滑动到滑轨12上，保护了管节3。

优选方案中，螺纹拉杆16为多根螺纹钢对接组成，两根螺纹钢之间通过螺纹套管连接。退管的过程中，随着管道越来越短，螺纹拉杆16也会通过拆卸螺纹套管来适应越来越短的管道。

优选方案中，螺纹拉杆16端部穿过反力架13，且在螺纹拉杆16端部设有限位螺母，限位螺母抵靠在反力架13端面。限位螺母起到限位作用。

优选方案中，环梁11两侧还设有安装机架15，反顶千金顶14设置在安装机架15上。安装机架15用于加工反顶千金顶14。

优选方案中，安装机架15下端设置在地面上，上端与环梁11侧面连接，安装机架15抵靠在沉井1侧面上。加固看反顶千金顶14的位置。

优选方案中，还设有输送泵6，输送泵6通过注浆管7与顶管机内部的的排泥管8连通，排泥管8端部与机头5端部连通。用混凝土输送泵6作为泵送设备，设备布置在沉井1地面操作室旁，为减少管节3安拆，直接采用顶管机的排泥管8作为泵管，在刀盘面上方开设注浆孔，与注浆管7连接。

优选方案中，还设有阻退支架20，阻退支架20支架设在管节3与主顶油缸17之间，且阻退支架20设置在滑轨12上。滑轨12上还设有止退反力三脚架19，止退反力三脚架19包括端部顶部和底板，端部顶部和底板呈直角结构，且端部顶部和底板之间设有多个加强柱。退管前，阻退支架与管节端面密接，主顶千斤顶油缸处于顶升状态，千斤顶端头与阻退支架20之间预留3cm的间隙。阻退支架20起到限制管节后退的作用。

退管时，随管节3的外拉同步回缩主顶油缸17，通过观察主顶油缸17与阻退支架20之间间隙，可初步判断管节3是否向外滑移，反顶力设置是否合理，当出现异常情况，管节明显加速外移时，停止主顶油缸17回缩，通过阻退支架20抵住管道，限制管道移动，防止其冲出。

实施例2

结合实施例1进一步说明，如图1-6所示结构，在完成退管整体装置的安装准备后，退管施工前，在沉井内施作反顶后背墙，在墙体上安装环梁11，环梁11与管节3同轴安装，安装反顶千金顶14及反力架13、螺纹拉杆16。

多根螺纹钢在管道内部进行组装成螺纹拉杆16，螺纹拉杆16端部与机头5内部的牛腿连接，另一端穿过反力架13，并在螺纹拉杆16上安装螺纹抵靠在反力架13上。

顶推时，顶推一个管节3后，拆卸一节螺纹钢，持续顶退。

直接整体退管难度较大，计划先采用小型千斤顶2对管道进行逐段顶管，将管道松开，降低摩擦阻力系数后，再整体退管。

通过在纠偏油缸仓4埋设小型千斤顶2，提供松管的反顶力。

退管时，通过管节3上注浆孔向管节3外同步注浆减摩，管节3降低摩擦阻力。

在沉井1洞口防水橡胶圈上涂润滑油，防止管节3回退破坏橡胶结构，影响再次顶进时密封效果。

根据试拉确定的反拉力控制反顶千金顶14，顶推反力架13，将管节3及顶管机整体回拉。

回填材料的配方为黄黏土：粉煤灰：水泥：水：膨润土=42:20:15:32:3,在制备中先搅拌黄黏土、粉煤灰、水及膨润土，然后通过挖机移到输送泵6里后再加入水泥，保证回填料具有一定的强度、流动性和合适的凝结时间。

采用混凝土输送泵6作为泵送设备，设备布置在沉井1地面操作室旁，为减少管节3安拆，直接采用顶管机的排泥管8作为泵管，在刀盘面上方开设注浆孔，与注浆管7连接。

将注浆管7与输送泵6连接牢固，检查无误后，进行回填料泵送施工，管节3回拉的同时，边退管、边注回填料，注浆压力控制在0.1-0.3MPa。

随着管道后退，管节3管外壁摩阻力随着管道在土体内的长度减少逐渐变小，为防止管节3或顶管机在机头5前方土压力作用下被推出洞口，退管过程中必须做好阻退措施。

退管前，阻退支架与管节端面密接，主顶千斤顶油缸处于顶升状态，千斤顶端头与阻退支架20之间预留3cm的间隙。

退管时，随管节3的外拉同步回缩主顶油缸17，通过观察主顶油缸17与阻退支架20之间间隙，可初步判断管节3是否向外滑移，反顶力设置是否合理，当出现异常情况，管节明显加速外移时，停止主顶油缸17回缩，通过阻退支架20抵住管道，限制管道移动，防止其冲出。

待顶管机前回填料初凝后，开始吊管，先采用门机通过专用吊梁起吊管节，将管道吊出沉井后，移动至指定的管节存放区域，管道下放前，利用副钩进行翻身，使管道平放在地面上，并逐步运管。

管道倒退过程中，对其自身的周围土体将产生扰动，使土体产生位移，从而导致地面沉降，因此不断加强周边地面土体的监测。

退管过程中，为防止最后机头拉出过程时洞口坍塌，在机头未全部退至工作井内时，机头最后仍留1-2m在洞口内，暂停退管，做好阻退措施，对洞口进行封闭。

在井壁外侧0.75-1.3m处施作一圈止水帷幕桩10，为方便钢板桩施工，拉森钢板桩21位置设置在沉井壁与止水帷幕桩10之间，采用拉森SP-IV型钢板。

拉森钢板桩21施作宽度为6-8m，两侧与井壁合围封闭，为保证良好封闭效果，钢板桩桩底应插入管底以下1m以上。

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 (9)

1.一种超大直径穿湖顶管退管装置，其特征是：包括环梁（11），环梁（11）设置在顶管洞口，且与管节（3）同轴，环梁（11）两侧设有至少一个反顶千金顶（14），环梁（11）一侧还设有反力架（13），两侧的反顶千金顶（14）伸缩端与反力架（13）连接，反力架（13）上设有多根螺纹拉杆（16），螺纹拉杆（16）一端与顶管机机头（5）连接，另一端与反力架（13）连接。

2.根据权利要求1所述一种超大直径穿湖顶管退管装置，其特征是：螺纹拉杆（16）为多根螺纹钢对接组成，两根螺纹钢之间通过螺纹套管连接。

3.根据权利要求1所述一种超大直径穿湖顶管退管装置，其特征是：螺纹拉杆（16）端部穿过反力架（13），且在螺纹拉杆（16）端部设有限位螺母，限位螺母抵靠在反力架（13）端面。

4.根据权利要求1所述一种超大直径穿湖顶管退管装置，其特征是：环梁（11）两侧还设有安装机架（15），反顶千金顶（14）设置在安装机架（15）上。

5.根据权利要求4所述一种超大直径穿湖顶管退管装置，其特征是：安装机架（15）下端设置在地面上，上端与环梁（11）侧面连接，安装机架（15）抵靠在沉井（1）侧面上。

6.根据权利要求1所述一种超大直径穿湖顶管退管装置，其特征是：还设有输送泵（6），输送泵（6）通过注浆管（7）与顶管机内部的的排泥管（8）连通，排泥管（8）端部与机头（5）端部连通。

7.根据权利要求1所述一种超大直径穿湖顶管退管装置，其特征是：还设有阻退支架（20），阻退支架（20）支架设在管节（3）与主顶油缸（17）之间，且阻退支架（20）设置在滑轨（12）上。

8.根据权利要求1所述一种超大直径穿湖顶管退管装置，其特征是：滑轨（12）上还设有止退反力三脚架（19），止退反力三脚架（19）包括端部顶部和底板，端部顶部和底板呈直角结构，且端部顶部和底板之间设有多个加强柱。

9.根据权利要求1-8任一项所述一种超大直径穿湖顶管退管装置的施工方法，其特征是：该方法包括：

S1、在完成退管整体装置的安装准备后，退管施工前，在沉井内施作反顶后背墙，在墙体上安装环梁（11），环梁（11）与管节（3）同轴安装，安装反顶千金顶（14）及反力架（13）、螺纹拉杆（16）；

多根螺纹钢在管道内部进行组装成螺纹拉杆（16），螺纹拉杆（16）端部与机头（5）内部的牛腿连接，另一端穿过反力架（13），并在螺纹拉杆（16）上安装螺纹抵靠在反力架（13）上；

顶推时，顶推一个管节（3）后，拆卸一节螺纹钢，持续顶退；

S2、直接整体退管难度较大，计划先采用小型千斤顶（2）对管道进行逐段顶管，将管道松开，降低摩擦阻力系数后，再整体退管；

通过在纠偏油缸仓（4）埋设小型千斤顶（2），提供松管的反顶力；

S3、退管时，通过管节（3）上注浆孔向管节（3）外同步注浆减摩，管节（3）降低摩擦阻力；

在沉井（1）洞口防水橡胶圈上涂润滑油，防止管节（3）回退破坏橡胶结构，影响再次顶进时密封效果；

根据试拉确定的反拉力控制反顶千金顶（14），顶推反力架（13），将管节（3）及顶管机整体回拉；

S4、回填材料的配方为黄黏土：粉煤灰：水泥：水：膨润土=42:20:15:32:3,在制备中先搅拌黄黏土、粉煤灰、水及膨润土，然后通过挖机移到输送泵（6）里后再加入水泥，保证回填料具有一定的强度、流动性和合适的凝结时间；

采用混凝土输送泵（6）作为泵送设备，设备布置在沉井（1）地面操作室旁，为减少管节（3）安拆，直接采用顶管机的排泥管（8）作为泵管，在刀盘面上方开设注浆孔，与注浆管（7）连接；

将注浆管（7）与输送泵（6）连接牢固，检查无误后，进行回填料泵送施工，管节（3）回拉的同时，边退管、边注回填料，注浆压力控制在0.1-0.3MPa；

S5、随着管道后退，管节（3）管外壁摩阻力随着管道在土体内的长度减少逐渐变小，为防止管节（3）或顶管机在机头（5）前方土压力作用下被推出洞口，退管过程中必须做好阻退措施；

退管前，阻退支架与管节端面密接，主顶千斤顶油缸处于顶升状态，千斤顶端头与阻退支架（20）之间预留3cm的间隙；

退管时，随管节（3）的外拉同步回缩主顶油缸（17），通过观察主顶油缸（17）与阻退支架（20）之间间隙，可初步判断管节（3）是否向外滑移，反顶力设置是否合理，当出现异常情况，管节明显加速外移时，停止主顶油缸（17）回缩，通过阻退支架（20）抵住管道，限制管道移动，防止其冲出；

S6、待顶管机前回填料初凝后，开始吊管，先采用门机通过专用吊梁起吊管节，将管道吊出沉井后，移动至指定的管节存放区域，管道下放前，利用副钩进行翻身，使管道平放在地面上，并逐步运管；

S7、管道倒退过程中，对其自身的周围土体将产生扰动，使土体产生位移，从而导致地面沉降，因此不断加强周边地面土体的监测；

S8、退管过程中，为防止最后机头拉出过程时洞口坍塌，在机头未全部退至工作井内时，机头最后仍留1-2m在洞口内，暂停退管，做好阻退措施，对洞口进行封闭；

在井壁外侧0.75-1.3m处施作一圈止水帷幕桩（10），为方便钢板桩施工，拉森钢板桩（21）位置设置在沉井壁与止水帷幕桩（10）之间，采用拉森SP-IV型钢板；

拉森钢板桩（21）施作宽度为6-8m，两侧与井壁合围封闭，为保证良好封闭效果，钢板桩桩底应插入管底以下1m以上。

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