CN117988873A - 一种管幕下土方开挖支撑方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种管幕下土方开挖支撑方法及装置，施工时构建接收井和工作井并在工作井断面处规划设计好若干个工作区域，在单个工作区域分别顶入多节导向管贯穿至接收井，组装好钢管组并将钢管组与预设的导向管连接，在钢管组上设置好刀盘后配合顶管机进行推进工作，在上一组钢管组推入土壤后在其后端接入下一组钢管组，通过顶管机继续推进，重复多次上述操作，将多节钢管组推入工作区域中形成管幕支护结构，实现多管推进，减少钢管顶进的工作量，并实现大断面的分区开挖支撑，提高施工效率。

Description

一种管幕下土方开挖支撑方法及装置

技术领域

本发明涉及工程建设技术领域，具体涉及一种管幕下土方开挖支撑方法及装置。

背景技术

随着中国城市化进程的加速，在城区道路或重要建筑物下兴建大型地下结构越来越多。对于浅埋大断面、短距离的城市隧道而言，采用盾构法施工不经济，采用明挖法对城市生产生活干扰较大。当地质条件较差、埋置深度较浅、上部有敏感建筑时，如果采用浅埋暗挖法施工，地面沉降难以控制，一旦出现施工事故，将造成显著的社会影响。管幕结构法隧道由于其在沿隧道轮廓先施工、并连接成环的钢管内部浇筑钢筋混凝土结构，在隧道开挖之前完成隧道支护结构的施工，并在支护结构的保护下开挖隧道范围内土体，因此可较好的解决大跨、暗挖、小施工沉降等隧道建设难题。

管幕法一般采用小口径顶管设备施工管幕群，形成钢管幕支护，在地下水平管幕的保护下，可实现大断面的地下施工。但是，传统的管幕法每次只能掘进单个通道，并且在富水层施工，需要结合冷冻法做止水闭环，施工效率低、成本高。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种管幕下土方开挖支撑方法及装置，旨在解决上述问题。

本发明提供了一种管幕下土方开挖支撑方法步骤如下：

S1：构建工作井和接收井，在所述工作井的断面处测量并规划设计好若干个工作区域；

S2：在单个所述工作区域处预设好宽度距离，并在该设好的宽度距离两端处分别顶入多节导向管，多节所述导向管由所述工作井贯穿至所述接收井；

S3：根据步骤S2中预设的宽度距离将多个钢管拼接成钢管组，所述钢管组至少有一端设置有与所述导向管连接的对接管；

S4：在所述钢管组上设置好刀盘并通过顶管机将所述钢管组沿所述导向管向土壤推进；

S5：当S4步骤中的所述钢管组推入土壤后在该所述钢管组后端连接下一组所述钢管组，并通过顶管机推进，重复该步骤依次将多组所述钢管组推进直至所述导向管从接收井处完全顶出，多组所述钢管组在单个工作区域的土壤中形成支护结构；

S6：在其他工作区域处重复S2至S5的步骤，在工作井与接收井之间形成完整的管幕支护结构。

优选的，在所述步骤S4中，所述钢管组上的相邻两个所述刀盘呈前后交错布置。

优选的，在所述步骤S5中，所述顶管机搭配有泥浆环流系统，所述泥浆环流系统能够在钢管组顶进过程中将膨润土触变泥浆注入管道与周围土层间隙处，并将多余的触变泥浆抽出，形成泥浆环流，减少顶管过程的阻力。

优选的，在步骤S6管幕顶进工作完成后，通过泥浆环流系统由第一节顶进的所述钢管组向最后一节所述钢管组依次将顶进过程中的触变泥浆置换掉。

优选的，在顶管机和刀盘配合推进钢管组过程中根据地质条件，通过主控室操作界面实时监测并控制累计推进量、推进速度、开挖仓泥水压、刀盘驱动油压、主顶管力、泥浆环流系统的进浆量和排浆量参数。

优选的，在步骤S5或步骤S6完成后，在所述钢管组的管腔中填充混凝土。

本发明在上述一种管幕下土方开挖支撑方法的基础上提供一种管幕下土方开挖支撑装置，包括顶管机、刀盘、管节加工设备、膨润土润滑系统、主操作界面、泥浆环流系统和施工监测系统，所述管节加工设备由卷管机、埋弧焊机和切割机床组成，所述膨润土润滑系统用于在施工过程中补充触变泥浆，泥浆环流系统由进浆泵、排浆泵、多个阀门和管路组成。

进一步的，所述膨润土润滑系统包括膨润土搅拌基站、膨润土分配器和喷润土喷嘴，膨润土搅拌基站、所述膨润土分配器和所述膨润土喷嘴之间通过管路连通。

进一步的，所述施工监测系统包括用于测量钢管地表竖向位移的水准仪、用于测量钢管深层竖向位移的位移计、用于测量钢管地下水位的钢尺、用于钢管处土体分层沉降状况的分层沉降仪、用于测量钢管处深层土体位移的测斜仪、用于测量钢管处孔隙水压力计和由于检测钢管处土壤压力的土压力盒。

进一步的，所述泥浆环流系统由进浆泵、排浆泵、多个阀门和管路组成，在所述钢管组顶进过程中通过进浆泵将膨润土触变泥浆注入管道与周围土层间隙处，并通过排浆泵将多余的触变泥浆抽出，减少顶管过程的阻力。

相对现有技术，本发明具有以下有益效果：

施工时构建接收井和工作井并在工作井断面处规划设计好若干个工作区域，在单个工作区域分别顶入多节导向管贯穿至接收井，组装好钢管组并将钢管组与预设的导向管连接，在钢管组上设置好刀盘后配合顶管机进行推进工作，在上一组钢管组推入土壤后在其后端接入下一组钢管组，通过顶管机继续推进，重复多次，将多节钢管组推入工作区域中形成管幕支护结构，实现多管推进，并实现大断面的分区开挖支撑，提高施工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明某一实施例的施工工艺流程示意图；

图2为本发明某一实施例中工作井处的断面结构示意图；

图3为本发明某一实施例中钢管组和导向管处的结构示意图。

图中，1-导向管；2-钢管组；21-对接管；3-刀盘。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1：

参照图1至图3，本发明提供了一种管幕下土方开挖支撑方法及装置，包括以下步骤：

S1：构建工作井和接收井，在所述工作井的断面处测量并规划设计好若干个工作区域；

S2：在单个所述工作区域处预设好宽度距离，并在该设好的宽度距离两端处分别顶入多节导向管，多节所述导向管由所述工作井贯穿至所述接收井；

S3：根据步骤S2中预设的宽度距离将多个钢管拼接成钢管组，所述钢管组至少有一端设置有与所述导向管连接的对接管；

S4：在所述钢管组上设置好刀盘并通过顶管机将所述钢管组沿所述导向管向土壤推进；

S5：当S4步骤中的所述钢管组推入土壤后在该所述钢管组后端连接下一组所述钢管组，并通过顶管机推进，重复该步骤依次将多组所述钢管组推进直至所述导向管从接收井处完全顶出，多组所述钢管组在单个工作区域的土壤中形成支护结构；

S6：在其他工作区域处重复S2至S5的步骤，在工作井与接收井之间形成完整的管幕支护结构。

施工时构建接收井和工作井并在工作井断面处规划设计好若干个工作区域，在单个工作区域分别顶入多节导向管贯穿至接收井，组装好钢管组并将钢管组与预设的导向管连接，在钢管组上设置好刀盘后配合顶管机进行推进工作，在上一组钢管组推入土壤后在其后端接入下一组钢管组，通过顶管机继续推进，重复多次，将多节钢管组推入工作区域中形成管幕支护结构，导向管被逐节推出，实现多管推进，并实现大断面的分区开挖支撑，无需多次进行单管道推进工作，提高施工效率。

具体的，在所述步骤S4中，所述钢管组上的相邻两个所述刀盘呈前后交错布置。

通过将相邻的刀盘前后错开布置，使得两刀盘之间存在重叠区域，减少开挖盲区，可满足岩地层顶进施工要求。

实施例2：

参照图1至图3，结合实施例1的技术方案，本实施例中，在所述步骤S5中，所述顶管机搭配有泥浆环流系统，所述泥浆环流系统能够在钢管组顶进过程中将膨润土触变泥浆注入管道与周围土层间隙处，并将多余的触变泥浆抽出，形成泥浆环流，减少顶管过程的阻力。

具体的，在步骤S6管幕顶进工作完成后，通过泥浆环流系统由第一节顶进的所述钢管组向最后一节所述钢管组依次将顶进过程中的触变泥浆置换掉。在管幕顶进工作完成后，启动泥浆环流系统，由第一节钢管组向后依次将顶管工作过程中受振动的触变泥浆排出并填入新的触变泥浆，防止管幕出现滞后沉降。

具体的，在顶管机和刀盘3配合推进钢管组过程中根据地质条件，通过主控室操作界面实时监测并控制累计推进量、推进速度、开挖仓泥水压、刀盘3驱动油压、主顶力、泥浆环流系统的进浆量和排浆量，其参数控制如下：

在不同的地质条件下需要控制泥水平衡和顶进速度，，其控制要点如下表：

具体的，在步骤S5或步骤S6完成后，在所述钢管组的管腔中填充混凝土。在管幕顶进完成后，采用微膨胀混凝土进行填充，形成钢管组和混凝土组成的管幕结构。

具体的，在顶管机和刀盘配合推进钢管组过程中通过主控室操作界面实时监测刀盘转速、刀盘扭矩、土仓压力、油缸推力、油缸行程、推进速度和泥浆流量的参数。

实施例3

参照图1至图3，本发明在上述一种管幕下土方开挖支撑方法的基础上提供一种管幕下土方开挖支撑装置，包括顶管机、刀盘3、管节加工设备、膨润土润滑系统、主操作界面、泥浆环流系统和施工监测系统，管节加工设备由卷管机、埋弧焊机和切割机床组成，膨润土润滑系统用于在施工过程中补充触变泥浆，泥浆环流系统由进浆泵、排浆泵、多个阀门和管路组成。

具体的，膨润土润滑系统包括膨润土搅拌基站、膨润土分配器和喷润土喷嘴，膨润土搅拌基站、膨润土分配器和膨润土喷嘴之间通过管路连通。其中，膨润土分配器从第一节管开始，每4节钢管安装1组，膨润土搅拌基站箱膨润土分配器提供膨润土，膨润土分配器通过膨润土喷嘴向管道与土层间隙提供膨润土。

具体的，施工监测系统包括用于测量钢管地表竖向位移的水准仪、用于测量钢管深层竖向位移的位移计、用于测量钢管地下水位的钢尺、用于钢管处土体分层沉降状况的分层沉降仪、用于测量钢管处深层土体位移的测斜仪、用于测量钢管处孔隙水压力计和由于检测钢管处土壤压力的土压力盒。通过多个测量仪器对钢管掘进过程进行测量监控，可根据测量数据对钢管掘进过程进行调整，便于维持钢管掘进工作的正常进行。

具体的，所述泥浆环流系统由进浆泵、排浆泵、多个阀门和管路组成，在所述钢管组顶进过程中通过进浆泵将膨润土触变泥浆注入管道与周围土层间隙处，并通过排浆泵将多余的触变泥浆抽出，减少顶管过程的阻力。

触变泥浆由膨润土和水组成，可根据使用需求在不同的土体中掺入不同聚合物调节泥浆的性能。通过进浆泵将膨润土触变泥浆注入管道与土层的间隙处并通过排浆泵及时排出，在管道间隙处形成触变泥浆循环流动，起到一定的润滑效果，从而减小钢管组顶进过程的阻力。

在不同地质条件下，需要调整顶进参数，如：

1.由砂层进入黏土层时，在砂层中正常推进过程中，发现刀盘3工作压力、开挖仓推进压力持续升高，泥浆流量降低，大幅度的降低推进速度也不能解决，可以判断地层中出现了粘土，通过泥浆环流系统的阀门增大泥浆环流量，冲刷刀盘3，调节推进速度和泥浆泵转速维持工作压力稳定即可。

2.黏土层进入砂层时，在泥土中推进发现刀盘3工作压力一直下降，增加了推进速度，还是下降，说明地层中粘土成分减少，过度冲刷掌子面，应通过泥浆环流系统的阀门减少泥浆环流量，调节推进速度和泥浆泵转速维持工作压力稳定。

以上，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种管幕下土方开挖支撑方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：构建工作井和接收井，在所述工作井的断面处测量并规划设计好若干个工作区域；

S2：在单个所述工作区域处预设好宽度距离，并在该设好的宽度距离两端处分别顶入多节导向管，多节所述导向管由所述工作井贯穿至所述接收井；

S3：根据步骤S2中预设的宽度距离将多个钢管拼接成钢管组，所述钢管组至少有一端设置有与所述导向管连接的对接管；

S4：在所述钢管组上设置好刀盘并通过顶管机将所述钢管组沿所述导向管向土壤推进；

S5：当S4步骤中的所述钢管组推入土壤后在该所述钢管组后端连接下一组所述钢管组，并通过顶管机推进，重复该步骤依次将多组所述钢管组推进直至所述导向管从接收井处完全顶出，多组所述钢管组在单个工作区域的土壤中形成支护结构；

S6：在其他工作区域处重复S2至S5的步骤，在工作井与接收井之间形成完整的管幕支护结构。

2.根据权利要求1所述的一种管幕下土方开挖支撑方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述钢管组上的相邻两个所述刀盘呈前后交错布置。

3.根据权利要求1所述的一种管幕下土方开挖支撑方法，其特征在于，在所述步骤S5中，所述顶管机搭配有泥浆环流系统，所述泥浆环流系统能够在钢管组顶进过程中将膨润土触变泥浆注入管道与周围土层间隙处，并将多余的触变泥浆抽出，形成泥浆环流，减少顶管过程的阻力。

4.根据权利要求3所述的一种管幕下土方开挖支撑方法，其特征在于，在步骤S6管幕顶进工作完成后，通过泥浆环流系统由第一节顶进的所述钢管组向最后一节所述钢管组依次将顶进过程中的触变泥浆置换掉。

5.根据权利要求3所述的一种管幕下土方开挖支撑方法，其特征在于，在顶管机和刀盘配合推进钢管组过程中根据地质条件，通过主控室操作界面实时监测并控制累计推进量、推进速度、开挖仓泥水压、刀盘驱动油压、主顶管力、泥浆环流系统的进浆量和排浆量。

6.根据权利要求1所述的一种管幕下土方开挖支撑方法，其特征在于，在步骤S5或步骤S6完成后，在所述钢管组的管腔中填充混凝土。

7.一种管幕下土方开挖支撑装置，用于实施如权利要求1-6任一项所述的管幕下土方开挖支撑方法，其特征在于，包括顶管机、刀盘、管节加工设备、膨润土润滑系统、主操作界面、泥浆环流系统和施工监测系统，所述管节加工设备由卷管机、埋弧焊机和切割机床组成，所述膨润土润滑系统用于在施工过程中补充触变泥浆，泥浆环流系统由进浆泵、排浆泵、多个阀门和管路组成，所述施工检测系统用于检测钢管在顶进过程中的环境参数，所述主操作界面能够根据所述施工检测系统检测到的信息控制所述顶管机、所述刀盘和所述泥浆环流系统的工作状态。

8.根据权利要求7所述的一种管幕下土方开挖支撑装置，其特征在于：

所述膨润土润滑系统包括膨润土搅拌基站、膨润土分配器和喷润土喷嘴，所述膨润土搅拌基站、所述膨润土分配器和所述膨润土喷嘴之间通过管路连通。

9.根据权利要求7所述的一种管幕下土方开挖支撑装置，其特征在于：

所述施工监测系统包括用于测量钢管地表竖向位移的水准仪、用于测量钢管深层竖向位移的位移计、用于测量钢管地下水位的钢尺、用于钢管处土体分层沉降状况的分层沉降仪、用于测量钢管处深层土体位移的测斜仪、用于测量钢管处孔隙水压力计和由于检测钢管处土壤压力的土压力盒。

10.根据权利要求7所述的一种管幕下土方开挖支撑装置，其特征在于：

所述泥浆环流系统由进浆泵、排浆泵、多个阀门和管路组成，在所述钢管组顶进过程中通过进浆泵将膨润土触变泥浆注入管道与周围土层间隙处，并通过排浆泵将多余的触变泥浆抽出，减少顶管过程的阻力。