CN208534486U - 一种大管径分仓开挖人工顶管 - Google Patents

Abstract

一种大管径分仓开挖人工顶管，顶管包括工具管和混凝土管，工具管包括刃脚段和纠偏段，刃脚段的内部空间由隔板进行分隔，隔板一道水平中隔板和一道竖向中隔板组成，隔板将刃脚段的钢管内部空间分为三部分，分别为上部第一空间、上部第二空间和下部第三空间，顶管内固定连接有纠偏器。本实用新型通过对工具管的改造，有效的解决了砂卵地层传统顶管顶进难、沉降大、易坍塌等难题，规避了常规工具管在开挖掌子面较大，人工挖土过程中，二次扰动较频繁，加固的土体呈大块坍塌，同时连带未注浆土体一同掉落等问题，可以大幅度提高人工顶管过程中持续工作的效率，节省了施工工期和成本。

Description

一种大管径分仓开挖人工顶管

技术领域

本实用新型属于顶管施工领域，特别是一种分仓人工顶管。

背景技术

随着社会经济的迅猛发展，城市地下管线工程等也逐渐增多，经过多年的发展，施工方法由原先的开挖施工发展到少开挖或不开挖。其中顶管施工就是一种少开挖或不开挖的施工方法，它为城市道路交通的通行提供了巨大便利条件。

传统的人工顶管大多数应用在土质良好条件下，而对于在土质不良情况下，管前应加工具管。传统顶管工具管通常由刃脚和调整部分两部分组成。工具管在土质不良情况下扮演着重要的角色，对于工程地质条件为砂卵石地层，且管径大，掌子面暴露时间长，出土量较多，按照常规工具管进行人工挖土顶进，二次扰动较频繁，土体坍塌较为严重。

在土质不良情况下，对于顶管施工来说是非常不稳定的因素，其原因是在顶进过程中，人工挖土会造成土体的扰动，每顶进一步出土量较多，极易引起管前塌方，加固的土体呈大块坍塌，同时连带未注浆土体一同掉落，同时在顶进过程中，无法保证施工质量，时不时的塌方严重影响施工进度和施工安全；还有在穿越无地下水的砂卵石地层时，管道外壁减阻措施尤为重要，如果触变泥浆套形成不充分，存在孔眼，触变泥浆中水分极易流失，泥浆套外部细沙进入泥浆套内，造成管道外壁与土层抱死，增加阻力，顶力持续增加可能造成管口破坏及竖井整体稳定。同时配合原有工具管，在原有施工过程中，超前加固注浆量较大，土体板结非常严重，开挖过程中需要更多的配合电镐进行破碎，不但增加工作量，还不利于施工进度。

针对以上情况的分析，管径人工顶管在砂卵石层中顶进，必须对工具管进行优化，并在施工过程中通过试验段逐步调整至最佳。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种大管径分仓开挖人工顶管，为解决现有人工顶管对砂卵石地层二次扰动频繁，土体坍塌较为严重的技术问题，同时还要解决现有人工顶管顶入困难，容易造成后续混凝土管的外壁形成具有缺陷的触变泥浆套的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种大管径分仓开挖人工顶管，包括由钢板制成的工具管以及与工具管连接的混凝土管，所述工具管包括刃脚段和纠偏段，所述刃脚段的内部空间由隔板进行分隔，所述隔板横断面为“丄”形，包括一道水平中隔板和一道竖向中隔板组成，所述水平中隔板位于刃脚段横截面水平直径位置处，水平中隔板的两侧端面固定连接在刃脚段的左右两侧内壁上，所述竖向中隔板立于水平中隔板的上侧中轴线位置处，竖向中隔板的底端面固定连接在水平中隔板的上侧，竖向中隔板的顶端面固定连接在刃脚段的顶部，所述隔板将刃脚段的钢管内部空间分为三部分，分别为上部第一空间、上部第二空间和下部第三空间，

所述顶管内固定连接有纠偏器。

所述刃脚段呈锥形，水平中隔板的上侧钢管为完整钢管，水平中隔板的下侧钢管为削切钢管，削切面为弧面，削切的深度小于刃脚段的管长。

所述水平中隔板和竖向中隔板的厚度相同。

所述完整钢管的管长最小值为2.0m，削切钢管的管长最小值为0.4m，纠偏段的管长为0.82m。

所述纠偏器设置在纠偏段和混凝土管连接位置处，沿该位置内侧环向间隔均匀设置一周。

所述纠偏器包括伸缩节和纠偏千斤顶，所述伸缩节套在纠偏千斤顶的外侧，所述伸缩节固定连接在纠偏段和混凝土管连接位置处的管壁内侧。

与现有技术相比本实用新型具有以下特点和有益效果：

本发明通过对传统工具管内部构造进行改进，工具管刃脚段内部为一道水平中隔板和一道竖向中隔板，将掌子面分隔成三部分，水平中隔板位于圆的直径，竖向中隔板与水平中隔板垂直，竖向中隔板的长度为穿越直径的一半，这是特别针对砂卵石层易坍塌特性，形成分仓掘进的工作原理，是为了减少前进阻力，减少土体二次扰动，降低坍塌连锁反应而特别设计的分隔方式。工具管的刃脚段本身设计成弧形切割，将工具管前端刃脚段的尺寸增长。通常情况下，工具管的刃脚段的上部完整钢管的长度为1.5m，下部削切钢管的长度为0.25m，纠偏段的长度为0.82m，法兰盘的厚度为0.02m，钢板的厚度为0.14m，工具管总长2.5m。本发明将上部完整钢管的长度增加至2m，工人开挖掌子面时，安全庇护距离为2m，因此上部安全性提高到安全庇护距离，施工安全性提高，下部削切钢管的长度增加至0.4m，增大工具管下方操作空间，削切钢管的底部与地面支撑的部分增长后，工具管稳定性增强。工具管尺寸增长能够减少掘进阻力省时省力，同时能够保证顺利施工的前提下提高施工效率。

本实用新型将掌子面分割成三部分，主要实现的功能为提供作业空间，实现分仓开挖；以及提供前方土体开挖面的支撑作用；还能够防止坍塌。实际上，分割三部分是取决于实际施工能力和防止坍塌的能力相适应的最佳选择。本实用新型中将容易坍塌的上部分为两个部分，因此水平中隔板上部分为两部分，下面一部分。同时架设水平、竖直中隔板是沿着直径设置，一是能够对称布置，二是方便焊接，利于人工操作；特别是当操作空间有限时，焊接节点较多，也不能保证工具管的韧度，因此综合考虑方便开挖提供空间，把空间分成三部分。

本实用新型的人工顶管还在纠偏段与混凝土管之间设置纠偏器，纠偏器环向靠近工具管放置，易于调整工具管的方向，及时纠正偏差，纠偏器环形设置，均匀对称，更易于纠偏。

本实用新型通过对工具管的改造，有效的解决了砂卵地层传统顶管顶进难、沉降大、易坍塌等难题，规避了常规工具管在开挖掌子面较大，人工挖土过程中，二次扰动较频繁，加固的土体呈大块坍塌，同时连带未注浆土体一同掉落等问题，可以大幅度提高人工顶管过程中持续工作的效率，节省了施工工期和成本。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

图1是本实用新型顶管的侧视结构示意图。

图2是本实用新型顶管中工具管的立体结构示意图。

图3是本实用新型顶管中纠偏器安装位置的横截面示意图。

图4是本实用新型顶管中超前固化注浆口注浆加固范围和角度的示意图。

附图标记： 1－工具管、11－刃脚段、111－完整钢管、112－削切钢管、113－削切面、12－纠偏段、2－混凝土管、3－水平中隔板、4－竖向中隔板、5－上部第一空间、6－上部第二空间、7－下部第三空间、8－纠偏器、81－伸缩节、82－纠偏千斤顶、9－超前固化注浆口、10－超前固化范围、13－注浆范围角度。

具体实施方式

实施例参见图1-4所示，一种大管径分仓开挖人工顶管，包括由钢板制成的工具管1以及与工具管连接的混凝土管2，所述工具管包括刃脚段11和纠偏段12，所述刃脚段的内部空间由隔板进行分隔，所述隔板横断面为“丄”形，包括一道水平中隔板3和一道竖向中隔板4组成，所述水平中隔板3位于刃脚段11横截面水平直径位置处，水平中隔板3的两侧端面固定连接在刃脚段11的左右两侧内壁上，所述竖向中隔板4立于水平中隔板3的上侧中轴线位置处，竖向中隔板4的底端面固定连接在水平中隔板3的上侧，竖向中隔板4的顶端面固定连接在刃脚段的顶部，所述隔板将刃脚段11的钢管内部空间分为三部分，分别为上部第一空间5、上部第二空间6和下部第三空间7，所述顶管内固定连接有纠偏器8。

所述刃脚段11呈锥形，水平中隔板3的上侧钢管为完整钢管111，水平中隔板3的下侧钢管为削切钢管112，削切面113为弧面，削切的深度小于刃脚段11的管长。

所述水平中隔板3和竖向中隔板4的厚度相同。

所述完整钢管111的管长最小值为2.0m，削切钢管112的管长最小值为0.4m，纠偏段12的管长为0.82m。

所述纠偏器8设置在纠偏段12和混凝土管2连接位置处，沿该位置内侧环向间隔均匀设置一周。

所述纠偏器8包括伸缩节81和纠偏千斤顶82，所述伸缩节81套在纠偏千斤顶82的外侧，所述伸缩节81固定连接在纠偏段12和混凝土管2连接位置处的管壁内侧。

一种大管径分仓开挖人工顶管的开挖施工方法，施工步骤如下：

步骤一，测量放线：通过利用激光铅直仪和具有双轴补偿的全站仪对待开挖的竖井进行定向，并确定竖井边角投点坐标与地面控制点的边角关系；根据高程传递原理，在井下精确校准投点位置和投点间的距离。

步骤二，竖井开挖及支护：采用人工挖土的方式对井口进行开挖，井口施工圈梁。

开挖采用倒挂井壁法安装格栅和喷射混凝土，格栅采用一榀一循环进行安装；开挖的土通过吊车进行外运。

井口处设置钢筋混凝土的圈梁，沿圈梁四周预埋螺纹纵向连接筋，螺纹纵向连接筋梅花型布置，螺纹纵向连接筋与圈梁顶层钢筋绑扎牢固，向上锚入圈梁的长度不小于400mm，向下延至竖井底部与锁脚钢格栅焊接。

圈梁是宽为800mm，高为500mm的钢筋混凝土梁，混凝土梁采用10根直径为22mm和4根直径为20mm的钢筋为主筋，箍筋直径为10mm，间隔200mm设置一道，混凝土强度等级C25。

步骤三，安装角撑：在井口处、竖井的四角各设置一道角撑，角撑采用两块钢板对焊，焊接成型后与格栅上的预埋件焊接牢固，竖井开挖完毕。角撑为两块。使用140mm×10mm×300mm的钢板对焊，间隔600mm设置一道。

步骤四，后背靠墙施工：计算顶管顶进推力，考虑触变泥浆减阻措施的效果和工程地质状态及设备备用的情况选择液压千斤顶，然后在竖井的井内施工后背靠墙。

根据公式P=nGLn取3，G为每米重量为54.88KN/m，L为最长顶进中心距离计算顶管顶进推力，D2600mm，P＝n·G·L=3×54.88×71＝11689KN≈1170t，考虑到触变泥浆减阻措施的效果，D2600mm，P'＝11689×60％＝7014KN，考虑工程地质状态及设备备用的情况，拟用QYS双作用液压千斤顶4台，每台推力为320t，总推力为12544KN，按80%使用负荷情况考虑，顶管顶力为10035KN，能够满足实际工程施工顶管顶进推力的需要。

步骤五，导轨安装，并调整高程和坡率：施工竖井的井底底板，施工完毕后垂直于顶管方向埋设安装枕木，枕木选用200mm×200mm枕木，垂直于管道方向埋设，铺设长度不少于3000mm，在枕木上铺设两根钢板导轨，钢板导轨选用24号钢轨，宽度为40mm，使两根钢板导轨平行、等高，坡度及中心线符合设计要求，钢板导轨的标高与设计管道一致。

步骤六，顶进设备安装：通过顶力计算采用顶管机头进行顶进施工，每个竖井内设置顶镐，顶镐选用活塞式千斤顶。且通过顶力计算，顶镐选用320t行程为1.1m单级双作用活塞式千斤顶，每个工作井内设置5台顶镐其中1台备用，考虑顶进长度较大，混凝土管的护铁均选择圆形钢护铁，以确保管体安全，保护管体端面，使端面传力均匀，顶铁选用U形顶铁；

步骤七，人工顶管的制备和安装：根据管道的尺寸采用钢板进行工具管1的制作，并在工具管1的内部焊接分隔板将掌子面分割成3个部分；然后将工具管的纠偏段12与混凝土管2的头部前端固定连接，并设置纠偏器8。

步骤八，工具管顶进并开挖：启动液压千斤顶对工具管1顶进，顶进一段距离后需要对中心高程进行测量，发生偏差及时采用纠偏器8进行纠正，待稳定后按照正常顶进速度顶进；工具管顶进后按顺序先开挖水平中隔板以上的上部第一空间、上部第二空间，然后开挖下部第三空间，这样能最大限度减少对相邻部分的扰动；开挖时工具管前端的刃脚段11贯入土中将土挤密实，自动形成防止工具管前土体塌方的阻力。

步骤九，超前固化注浆设置地表沉降、隆起观测点：

工具管顶进后，对工具管上方的土体进行注浆加固。

因砂卵石层孔隙率较大、渗透性较高的特点，砂卵石层含水率较低，水玻璃溶液中水份流失很大，掌子面较大，开挖过程中相互扰动较大，管顶上方土体呈大块坍塌，对于土体加固效果很不理想，局部土体成块，相互之间粘聚力较小，基本上是随开挖随坍塌，且超挖较为严重，出土量很大，且存在较大安全隐患，即使在注浆端头部位，坍塌仍较为严重。

因此从上部第一空间和上部第二空间，注浆范围角度13设置在水平中隔板两侧30°范围以上位置，向前在竖井内向工具管上方的土体内沿管壁环向间隔打入长孔钻，钻杆长度为5.0m，孔距为600mm，共钻5孔形成超前固化注浆口9，钻孔到位后进行清孔和注浆，超前固化范围10为工具管的管道外壁向外50cm的土体宽度。

注浆液采用双液浆，即水泥-水玻璃浆液，经试验水灰比确定为：1.2：1，水玻璃浓度：36Be'，水泥浆与水玻璃浆体积比为1：0.8，注浆压力调整至0.5Mpa，注浆顺序为自上而下，每根导管内注入400L浆液后即结束注浆，如压力逐渐上升，流量逐渐减少，虽然未注入400L浆液，但孔口压力已达到0.5MPa时也应结束注浆。

步骤十，加注触变泥浆：在混凝土管上预制的注浆孔内插入注浆管，注浆管的前端即混凝土管的管壁与土体的土壁的缝隙间注入触变泥浆，形成管道顶进减阻泥浆套。

为减少前进阻力，增大顶进长度，在注浆管的前端即管壁与土壁的缝隙间注入触变泥浆，形成较好的减阻泥浆套，使得顶进更为顺畅，在配制触变泥浆时，要选择水量较大配比，这样能够及时填补因水分渗漏造成的损失，能够完全形成泥浆套，且注入触变泥浆的同时，还需检查注入泥浆的效果，并做好触变泥浆注入记录。

步骤十一，混凝土管道的顶进：逐节对混凝土管道进行顶进，顶进过程中需缓慢进行，顶进一段距离要对中心高程进行测量，发生偏差及时采用纠偏器进行纠正，待稳定后按照正常顶进速度顶进。

步骤十三，水泥浆置换：混凝土管道全部顶进完成后，全线实施置换管外触变泥浆措施，通过在混凝土管上预制的注浆孔向管外压注水泥固化浆，最大限度减少际面沉降。补浆时由后向前交错压入水泥和粉煤灰浆液。

步骤十四，顶管施工完毕，检查竖井砌筑然后回填。

Claims (6)

1.一种大管径分仓开挖人工顶管，包括由钢板制成的工具管（1）以及与工具管连接的混凝土管（2），其特征在于：所述工具管包括刃脚段（11）和纠偏段（12），所述刃脚段的内部空间由隔板进行分隔，所述隔板横断面为“丄”形，包括一道水平中隔板（3）和一道竖向中隔板（4）组成，所述水平中隔板（3）位于刃脚段（11）横截面水平直径位置处，水平中隔板（3）的两侧端面固定连接在刃脚段（11）的左右两侧内壁上，所述竖向中隔板（4）立于水平中隔板（3）的上侧中轴线位置处，竖向中隔板（4）的底端面固定连接在水平中隔板（3）的上侧，竖向中隔板（4）的顶端面固定连接在刃脚段的顶部，所述隔板将刃脚段（11）的钢管内部空间分为三部分，分别为上部第一空间（5）、上部第二空间（6）和下部第三空间（7），所述顶管内固定连接有纠偏器（8）。

2.根据权利要求1所述的大管径分仓开挖人工顶管，其特征在于：所述刃脚段（11）呈锥形，水平中隔板（3）的上侧钢管为完整钢管（111），水平中隔板（3）的下侧钢管为削切钢管（112），削切面（113）为弧面，削切的深度小于刃脚段（11）的管长。

3.根据权利要求1所述的大管径分仓开挖人工顶管，其特征在于：所述水平中隔板（3）和竖向中隔板（4）的厚度相同。

4.根据权利要求2所述的大管径分仓开挖人工顶管，其特征在于：所述完整钢管（111）的管长最小值为2.0m，削切钢管（112）的管长最小值为0.4m，纠偏段（12）的管长为0.82m。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的大管径分仓开挖人工顶管，其特征在于：所述纠偏器（8）设置在纠偏段（12）和混凝土管（2）连接位置处，沿该位置内侧环向间隔均匀设置一周。

6.根据权利要5所述的大管径分仓开挖人工顶管，其特征在于：所述纠偏器（8）包括伸缩节（81）和纠偏千斤顶（82），所述伸缩节（81）套在纠偏千斤顶（82）的外侧，所述伸缩节（81）固定连接在纠偏段（12）和混凝土管（2）连接位置处的管壁内侧。