CN209924991U - 用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及地下空间施工技术领域，公开了一种用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排。本实用新型为至少3根钢管并列排布组成的管排施工单元，管排施工单元包括出土钢管和非出土钢管，出土钢管和非出土钢管相间排布，相邻出土钢管与非出土钢管之间通过连接构件连接；出土钢管内部设置有螺旋钻杆，前端侧壁上设置有吃土口；非出土钢管前端管口处密封设置有斜向分土构件。本实用新型可有效减小钻进对地层的扰动，避免地层沉降，施工周期短、效率高。

Description

用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排

技术领域

本实用新型涉及地下空间施工技术领域，特别是涉及一种用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排。

背景技术

管棚和管幕是当前我国隧道地下空间建设常用的两种超前支护方式，随着技术的进步与行业需求，两种超前支护的施工方法逐步从单管施工向双管至多管施工趋势发展。

无论是单管还是多管顶进，两种方法均涉及到钢管顶进、螺旋出土、回拔钻杆等工序，即均会使用钻杆。但是钻杆在使用过程中，会造成一定程度的地层扰动，大大增加土层的沉降风险。同时由于工程设计需求和现场施工条件不同，施工单位往往需要配备各种型号的钻杆以满足不同施工需求。据施工统计，施工过程回拔钻杆所需时间较长，施工周期较长，而且经常由于地层或施工人员操作不当等原因，发生钻杆丢在孔内无法撤回的现象，以上各种因素在一定程度上增加了施工成本和施工工期。

另外，在管排同时顶进的过程中，多钻杆的同时使用，会大大提高管排的顶进力，同时也提高了对设备的使用要求。

实用新型内容

本实用新型提供一种可有效减小钻进对地层的扰动，避免土层沉降，施工周期短、效率高的用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排。

解决的技术问题是：敏感软弱地层沉降控制严格，且现有的管排顶进方法中钻具回拔费时费力，施工周期长。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排，为至少3根钢管并列排布组成的管排结构，管排包括出土钢管和非出土钢管，出土钢管和非出土钢管相间排布，相邻出土钢管与非出土钢管之间通过连接构件连接；出土钢管内部设置有螺旋钻杆，前端侧壁上设置有吃土口；非出土钢管前端管口处密封设置有斜向分土构件。

本实用新型用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排，进一步的，所述出土钢管的前端管口为斜形管口，斜形管口的轴向长度为出土钢管外径的1-1.5倍。

本实用新型用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排，进一步的，所述斜形管口的尖端内部设置有纠偏构件，纠偏构件包括转向选择面和持续纠偏面，转向选择面位于斜形管口的一侧，且朝向出土钢管中心轴线方向设置，转向选择面沿出土钢管的顶进方向、向远离出土钢管的中心轴线方向倾斜设置；转向选择面的外侧面为持续纠偏面。

本实用新型用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排，进一步的，所述吃土口为方形通孔，设置在出土钢管斜形管口一侧或两侧的侧壁上，吃土口的边长为出土钢管外径的0.4-0.6倍，吃土口的几何中心与斜形管口边沿的最小轴向距离不超过出土钢管外径的0.15倍。

本实用新型用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排，进一步的，所述吃土口一侧的出土钢管侧壁上还设置有挡土板，挡土板与吃土口沿出土钢管的轴向间隔并列排布，且挡土板位于吃土口远离斜形管口一侧，挡土板后端与出土钢管的外侧壁焊接固定，前端倾斜向前延伸，延伸距离不超过相邻钢管管壁最小间距的1/3。

本实用新型用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排，进一步的，所述吃土口的几何中心与挡土板后端的距离为出土钢管外径的0.25-0.3倍。

本实用新型用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排，进一步的，所述斜向分土构件为底面周长与非出土钢管外径一致的圆锥体，圆锥体的底部边沿与非出土钢管的管口端面密封焊接固定。

本实用新型用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排，进一步的，所述圆锥体的高度为非出土钢管外径的1-1.5倍。

本实用新型用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排与现有技术相比，具有如下有益效果：

本实用新型用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排结构简单，制作简便，使用灵活，施工效率高；以管排为施工单元同时顶进，采用了提供动力的出土钢管与被动拖进的非出土钢管相间排布，在相同的顶进范围内，大大减少了钻杆的设置数量，降低了施工成本，避免了密集的钻头同时钻进对地层造成强烈的扰动，同时钢管相间出土，减少了出土量，大大降低了地层发生沉降的风险；而钻杆数量的减少，也大大缩短了接尺连接和回拔钻杆的时间，提高了施工效率，缩短了施工周期；本实用新型适应于软土地层多管顶进的管幕施工，尤其适用于沉降控制要求严格的管幕施工。

本实用新型顶进方法进入出土钢管内的土体经过螺旋直接排出钢管，而非出土钢管前端的土体被分流至两侧，由相邻出土钢管侧壁上设置的吃土口进入出土钢管，再螺旋排出，最大限度的减小了非钻进钢管前方收到的土体压力，降低了管排的顶进力，降低了对顶进设备的要求。

下面结合附图对本实用新型的用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排的结构示意图；

图2为本实用新型用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排的主视图；

图3为管排管头部分的细节结构示意图；

图4为出土钢管管头纠偏构件的结构示意图。

附图标记：

1-出土钢管；11-斜形管口；2-非出土钢管；3-螺旋钻杆；4-吃土口；5-挡土板；61-转向选择面；62-持续纠偏面；63-斜面板；64-伸出部；7-斜向分土构件。

具体实施方式

如图1至图4所示，本实用新型用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排为至少3根钢管并列排布组成的管排结构，管排包括出土钢管1和非出土钢管2，出土钢管1和非出土钢管2相间排布，相邻出土钢管1与非出土钢管2之间通过连接构件连接；管排结构的两侧为出土钢管1。

出土钢管1与非出土钢管2的排布，也可以根据施工设备的动力设备灵活调整。

连接构件设置在管排钢管的前端，或者沿钢管轴向通长或间隔设置；本实施例中选用现有的相互配合使用的公锁扣和母锁扣连接构件，实现两根钢管的扣接。

出土钢管1内部设置有螺旋钻杆3，螺旋钻杆3的尾部与顶进设备的旋转动力头连接，出土钢管1的管径与螺旋钻杆3的尺寸相适应；出土钢管1的前端管口为斜形管口11，斜形管口11的轴向长度为出土钢管1外径的1-1.5倍，斜形管口11的尖端内部设置有纠偏构件，纠偏构件包括转向选择面61和持续纠偏面62，转向选择面61位于斜形管口11的一侧，且朝向出土钢管1中心轴线方向设置，转向选择面61沿出土钢管1的顶进方向、向远离出土钢管1的中心轴线方向倾斜设置，与顶进方向斜内侧的土体直接接触；转向选择面61的外侧面为持续纠偏面62。

在本实施例中，具体的纠偏构件为斜面板63，斜面板63与斜形管口11尖端内侧壁焊接固定，且沿顶进方向、向远离出土钢管1的中心轴线方向倾斜设置，斜面板63与顶进方向斜内侧的土体直接接触的一侧即为转向选择面61；斜面板63的前端向前伸出斜形管口11尖端边沿形成伸出部64，伸出部64的长度不小于出土钢管1外径的0.05-0.15倍；伸出部64的前端外侧为斜切设置，外侧的斜切面即为持续纠偏面62。

出土钢管1上开设有吃土口4，吃土口4为方形通孔，设置在出土钢管1斜形管口11一侧或两侧的侧壁上，吃土口4的边长为出土钢管1外径的0.4-0.6倍，吃土口4的几何中心与斜形管口11边沿的最小轴向距离不超过出土钢管1外径的0.15倍吃土口4斜形管口11；吃土口4一侧的出土钢管1侧壁上还设置有挡土板5，挡土板5与吃土口4沿出土钢管1的轴向间隔并列排布，且挡土板5位于吃土口4远离斜形管口11一侧，挡土板5后端与出土钢管1的外侧壁焊接固定，前端倾斜向前延伸，延伸距离不超过相邻钢管管壁最小间距的1/3；吃土口4的几何中心与挡土板5后端的距离为出土钢管1外径的0.25-0.3倍。

相似的，挡土板5还可以与出土钢管1的外侧壁贴合设置，挡土板5的厚度不小于10mm，也可同样起到拦截分流土层的作用。

非出土钢管2与出土钢管1的管径一致，前端管口处密封设置有斜向分土构件7，斜向分土构件7为底面周长与非出土钢管2外径一致的圆锥体，圆锥体的底部边沿与非出土钢管2的管口端面密封焊接固定，圆锥体的高度为非出土钢管2外径的1-1.5倍；圆锥体状的斜向分土构件7，可以最大限度的减小前方土体对非出土钢管2的阻力，可以有效的将被钻头松动的土体较好的分流到两侧，并由相邻出土钢管1的吃土口4进入到相邻的出土钢管1内部，经螺旋直接排出。

本实用新型用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排的顶进方法，包括以下步骤：

步骤一、施工准备：清理场地，搭建施工平台，然后将设备进行安装和调试；

步骤二、管排加工及组装：根据施工设计需求，确定钢管的尺寸和所需出土钢管1与非出土钢管2的数量，进行管排管头的制作，管间连接件的焊接等；根据施工方案，调整管头的方向进行管排拼装，在出土钢管1内置入螺旋钻杆3，并进行吊件焊接；

吊件主要用于维持吊装过程中管排的整体性，便于施工平台上管排的就位及安装，待管排正常顶进时，吊装件拆掉即可；

管排结构包含出土钢管1和非出土钢管2，管排两侧均为出土钢管1，非出土钢管2与出土钢管1相间排列；

步骤三、管排的吊装及定位：将拼装好的管排顶进装置吊装至施工平台，将管排和钻杆与顶进设备连接，严格根据孔位标高和设计入孔角度调整施工设备和管排钢管的入孔姿态；

步骤四、管排顶进：启动设备进行管排顶进；

在管排顶进的过程中，出土钢管1内钻具切削掌子面前方地层，被切削土体经钻杆直接螺旋排出；非出土钢管2前端的土体在斜向分土构件7作用下，被分流到斜向分土构件7的两侧，避免非出土钢管2前端的土体无法有效转移，阻挡管排的顺利顶进，有效降低管排受到的顶进压力；部分被分流的土体在斜向分土构件7的两侧位置被相邻出土钢管1侧壁上的挡土板5拦截，从吃土口4进入相邻的出土钢管1内，由出土钢管1螺旋排出，部分填充在管间的连接构件缝隙内；

步骤五、顶进监测和纠偏：在管排顶进的过程中，对管排的顶进轨迹和顶进压力进行实时的监测，当顶进方向偏离预定轨迹时，改变钻头与纠偏构件的相对位置关系，利用纠偏构件与土体直接接触面积的改变，来调整土体对转向选择面61的作用力，实现纠偏；

详细的纠偏方法可以参照相关专利申请“基于套管跟进的钻孔纠偏方法及其纠偏装置”（ 申请号2018108333025）中记载的纠偏方法进行，但不限于记载的纠偏方法；

步骤六、管排循环接尺：单组管排顶进完成后，将出土钢管内钻杆与顶进设备拆开，将顶进设备回退到初始顶进位置，将下一组管排内置钻杆后吊装至施工平台，将内部的钻杆与已顶进管排出土钢管内的钻杆连接，并将各钢管的前端分别与已顶进完成的管排对应连接固定，将管排和钻杆的末端与顶进设备连接；

步骤七、重复步骤四-步骤六，直至管排顶进至设计深度，停止顶进，完成该孔位的钻进施工；

步骤八、回拔钻杆：将出土钢管内钻杆与顶进设备拆开，逐步回退顶进设备并逐根将出土钢管1内的钻杆拆卸并吊返，直至顶进设备回退到初始顶进位置，并将顶进设备移动至下一施工位置；

步骤九、重复三-步骤八，进行后续孔位管排的施工，直至所有孔位施工结束。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排，其特征在于：为至少3根钢管并列排布组成的管排结构，管排包括出土钢管（1）和非出土钢管（2），出土钢管（1）和非出土钢管（2）相间排布，相邻出土钢管（1）与非出土钢管（2）之间通过连接构件连接；出土钢管（1）内部设置有螺旋钻杆（3），前端侧壁上设置有吃土口（4）；非出土钢管（2）前端管口处密封设置有斜向分土构件（7）。

2.根据权利要求1所述的用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排，其特征在于：所述出土钢管（1）的前端管口为斜形管口（11），斜形管口（11）的轴向长度为出土钢管（1）外径的1-1.5倍。

3.根据权利要求2所述的用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排，其特征在于：所述斜形管口（11）的尖端内部设置有纠偏构件，纠偏构件包括转向选择面（61）和持续纠偏面（62），转向选择面（61）位于斜形管口（11）的一侧，且朝向出土钢管（1）中心轴线方向设置，转向选择面（61）沿出土钢管（1）的顶进方向、向远离出土钢管（1）的中心轴线方向倾斜设置；转向选择面（61）的外侧面为持续纠偏面（62）。

4.根据权利要求1所述的用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排，其特征在于：所述吃土口（4）为方形通孔，设置在出土钢管（1）斜形管口（11）一侧或两侧的侧壁上，吃土口（4）的边长为出土钢管（1）外径的0.4-0.6倍，吃土口（4）的几何中心与斜形管口（11）边沿的最小轴向距离不超过出土钢管（1）外径的0.15倍。

5.根据权利要求1所述的用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排，其特征在于：所述吃土口（4）一侧的出土钢管（1）侧壁上还设置有挡土板（5），挡土板（5）与吃土口（4）沿出土钢管（1）的轴向间隔并列排布，且挡土板（5）位于吃土口（4）远离斜形管口（11）一侧，挡土板（5）后端与出土钢管（1）的外侧壁焊接固定，前端倾斜向前延伸，延伸距离不超过相邻钢管管壁最小间距的1/3。

6.根据权利要求5所述的用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排，其特征在于：所述吃土口（4）的几何中心与挡土板（5）后端的距离为出土钢管（1）外径的0.25-0.3倍。

7.根据权利要求1所述的用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排，其特征在于：所述斜向分土构件（7）为底面周长与非出土钢管（2）外径一致的圆锥体，圆锥体的底部边沿与非出土钢管（2）的管口端面密封焊接固定。

8.根据权利要求7所述的用于管排管幕施工的控制出土量的顶进管排，其特征在于：所述圆锥体的高度为非出土钢管（2）外径的1-1.5倍。

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