CN213018148U - 一种新型结构的预应力钢筒混凝土顶管 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型结构的预应力钢筒混凝土顶管，包括管芯内层混凝土（9）、管芯外层混凝土（6）、外层混凝土（3）、防渗钢筒（10）、环向预应力钢筋（5）、内层钢筋笼（11）、外层钢筋笼（4）组成的管体结构；以及内密封钢承口（2）、内密封钢插口（14）、外密封钢承口（1）、外密封砼插口（7）、密封胶圈（17）、楔形密封胶圈（15）形成管体接口的密封构件；满足进行注浆减阻施工工艺而设置的注浆管（12）和单向阀（8）；安装对接后的接头密封检验而设置的接头注浆孔（18）；缓冲施工时的顶力以及使顶力均匀分布而设置的垫板（16）。

Description

一种新型结构的预应力钢筒混凝土顶管

技术领域

本实用新型涉及预应力钢筒混凝土顶管预制构件领域，特别是一种新型结构的预应力钢筒混凝土顶管。

背景技术

随着社会经济发展水平的不断提高和国家对环保、节能、绿色经济的推动，在市政、交通、农田水利等管网的建设中广泛使用了各种类型的混凝土压力管。特别是在城际输水管网和交通穿越管线中需要用到适用于顶进施工工艺的混凝土压力顶管。现有类似产品的管体配筋中，受力钢筋只有环向预应力钢筋，在外层混凝土中仅配不参与结构受力的外层钢筋笼，作为构造钢筋使用，这种结构存在以下不足：

1)、结构的所有受拉荷载均由环向预应力钢筋承担。由于环向预应力钢筋直径小，约5～ 7mm，整个服役期均处于高应力状态，对外界腐蚀的敏感性较大，如果预应力钢筋出现腐蚀或其它损伤，可能导致管材结构的突然失效。

2)、结构的所有受拉荷载均由环向预应力钢筋承担，会造成大口径管材、高工作压力管材的环向预应力钢筋配筋量过大，需要双层缠绕环向预应力钢筋。这种情况在此种顶管管材上不便解决生产工艺问题，影响管材的应用范围。

3)、顶管施工完成后，会在管子接口间隙中作固结灌浆，灌浆以一定压力进行，在压力作用下，浆液可能会渗入防渗钢筒与管芯外层混凝土之间的界面缝隙中，这时将对管芯内层混凝土产生外压力。现有管材的管芯内层混凝土中不配钢筋，是素混凝土，脆性较大，虽然环向预应力钢筋会在混凝土中建立一定的预压应力，但仍然存在在外压力的作用下失稳破坏的风险，增加了管材的质量隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术管体结构性能不好、管体结构安全性不高以及施工隐患大的缺点，提供一种新型结构的预应力钢筒混凝土顶管。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种新型结构的预应力钢筒混凝土顶管，包括外层混凝土，所述外层混凝土一端设置外密封钢承口，另一端筒壁设置外密封砼插口，所述外层混凝土靠外侧设置外层钢筋笼，所述外层钢筋笼内侧设置环向预应力钢筋，所述环向预应力钢筋内侧设置管芯外层混凝土，所述管芯外层混凝土内侧设置管芯内层混凝土，所述外层混凝土和管芯内层混凝土之间设置防渗钢筒，所述防渗钢筒靠近外密封钢承口一端设置内密封钢承口，另一端设置内密封钢插口，所述内密封钢插口上设置接头注浆孔和接头水压试验孔，所述防渗钢筒内侧设置内层钢筋笼，靠近内密封钢插口一端设置多个注浆管，所述注浆管由管芯内层混凝土穿过内密封钢插口、管芯外层混凝土、外层钢筋笼和外层混凝土贯通整个管体，所述注浆管上设置单向阀。

所述注浆管上端折弯部与单向阀连接，所述外密封砼插口上侧设置楔形密封胶圈，所述外密封砼插口前端竖直面设置垫板，所述内密封钢插口上靠近注浆管部位设置接头注浆孔，所述内密封钢插口的两道凹槽中间凸台上设置接头水压试验孔，所述接头水压试验孔前后两侧的凹槽内设置密封胶圈。

所述接头水压试验孔、接头注浆孔是带螺纹孔洞。

所述管芯内层混凝土、管芯外层混凝土、外层混凝土、防渗钢筒、环向预应力钢筋、内层钢筋笼、外层钢筋笼组成本产品的管体结构，承受管材所有的荷载。其中，管体所受的拉力荷载由环向预应力钢筋、内层钢筋笼、外层钢筋笼、防渗钢筒各自按一定比例分担。按此种结构制造的管道产品可以承受不超过2.0MPa的管内流体工作压力，以及超过 20m的管顶覆土厚度的各种荷载。

所述顶管在管芯内层混凝土和管芯外层混凝土中配置的外层钢筋笼和内层钢筋笼，二者统称非预应力受力钢筋，使管体结构中的环向预应力钢筋和非预应力受力钢筋各自按一定比例共同承受管体的全部拉力荷载。这样的设计使管体拉力荷载由环向预应力钢筋和非预应力受力钢筋分担，使管体结构受力更加合理，即便环向预应力钢筋失效，结构还可由非预应力受力钢筋建立的第二道防线实现承载，使结构受力性能仅受一定降低而非完全失效，为维修和加固赢得时间。从总体上大大降低了环向预应力钢筋因对腐蚀的敏感性而造成的安全风险。这项设计也满足了混凝土结构安全性原则中的“在结构设计中应设置多道防线，防止一道防线受损即使结构完全丧失承载力”的原则。

所述内密封钢承口、内密封钢插口和密封胶圈组成本产品的内密封接口。内密封接口是本产品接口实现压力密封的关键设施，其中内密封钢承口、内密封钢插口是采用专用型钢通过高精度涨圆工艺制成，并焊接在防渗钢筒两端，在内密封钢插口的凹槽中放置专门设计的密封胶圈后，与内密封钢承口对接，通过对密封胶圈的挤压达到密封效果，最大密封压力可达2.5MPa以上。

所述外密封钢承口、外密封砼插口和楔形密封胶圈组成本产品的外密封接口。外密封接口的主要作用是作为一道低压力设防的密封屏障防止管体外壁因减阻注浆或地下水形成的外压流体夹杂泥砂进入接口间隙内，影响间隙的柔性活动；另外，所述顶管的设计使内、外密封接口之间形成了密封空间，经接头注浆孔注浆后，可以明显提高接口部位钢制部件的耐久性能。其中外密封钢承口可以采用高精度涨圆工艺制造，也可用其它工艺制造，在进行外层混凝土浇筑前预设在设计的位置；外密封砼插口是通过在专用模具的设计位置设置设计形状的轮廊，在外层混凝土浇筑时按模具轮廓形成设计的插口形状；施工时，楔形密封胶圈放置在外密封砼插口的设计位置，管子对接后通过外密封钢承口与外密封砼插口压缩楔形密封胶圈，形成外密封接口。此密封设施能够承受的密封压力一般不超过0.4MPa，也可以通过调整间隙和楔形密封胶圈尺寸得到更大的密封压力。

所述注浆管、单向阀组成管体注浆通道，该注浆通道用于顶管施工时管体外表面减阻润滑泥浆通道，该注浆管和单向阀组合成一体后，焊接在内密封钢插口的设计位置，并在外层混凝土浇筑时预埋在管体插口端设计位置。单向阀的作用是防止注入外壁的浆液在注浆间歇时回流到管内。该注浆通道在管体上的设置数量一般为2～6个，也可以是其它数量，在同一截面的圆周上均布设置。注浆管和单向阀不是所有产品都需要设置。

所述接头水压试验孔、接头注浆孔是内密封钢插口上预设的带螺纹孔洞，在管道施工完成后通过堵头螺丝封堵。其中接头水压试验孔设置2个，沿圆周呈180°分布，用于及时进行管道对接后的内密封接头密封性能试验。其中接头注浆孔设置2个，沿圆周呈180°分布，用于对对接接头的钢构件进行防腐蚀注浆，增加其耐久性。

所述垫板是本产品的附件，一般用胶合板、木板、橡胶板材料制作，在顶进施工前粘贴在管子受顶面上，作用是作为缓冲和使顶力更加均匀的分布在受顶面上，防止和减轻受顶面的局部受力发生。

所述混凝土顶管的生产工艺流程及各部件之间的关系：将内密封钢承口和内密封钢插口与防渗钢筒焊接成一体，并进行钢筒水压试验；将检验合格的防渗钢筒与内层钢筋笼组对完成，并接受工序检验；将上一道工序检验合格的半成品放入专用钢模中，合模浇筑管芯内层混凝土和管芯外层混凝土。浇筑完成后进行蒸汽养护。待混凝土达到拆模强度后拆模；待上一道工序产品的混凝土强度达到缠丝强度后，缠绕环向预应力钢筋，并接受工序检验；待上一道工序产品检验合格后，将合格的半成品放入专用模具后，再在模具内的设计位置放入外密封钢承口、外层钢筋笼、注浆管等部件。合模浇筑外层混凝土。浇筑完成后进行蒸汽养护。待混凝土达到拆模强度后拆模。最后将管材修饰清洁后，即形成了本创新所述的产品成品。

本实用新型具有以下优点：

1.管体拉力荷载由环向预应力钢筋和“非预应力受力钢筋”分担，形成了环向预应力钢筋和“非预应力受力钢筋”两道结构承载体系。实现了结构安全方面的“多道防线”原则；能够实现“即使环向预应力钢筋断裂后，管子也能继续承载”的效果。避免了“管材结构因环向预应力钢筋断裂，整个结构完全失效”的问题；

2.管体拉力荷载由环向预应力钢筋和“非预应力受力钢筋”分担，大幅度减少了环向预应力钢筋的配筋量，而且可以通过调整预应力钢筋和“非预应力受力钢筋”的配筋比例避免出现双层缠丝的设计结果。也避免了面临的工艺和成本难题；

3.本产品通过在管芯内层混凝土中设置“非预应力受力钢筋”，使管芯内层混凝土由素混凝土变成了钢筋混凝土，提升了其韧性和刚度，提高了管芯内层混凝土在外压力作用下抗失稳的能力。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的接口示意图；

图中：1-外密封钢承口，2-内密封钢承口，3-外层混凝土，4-外层钢筋笼，5-环向预应力钢筋，6-管芯外层混凝土，7-外密封砼插口，8-单向阀，9-管芯内层混凝土，10-防渗钢筒，11- 内层钢筋笼，12-注浆管，13-接头水压试验孔，14-内密封钢插口，15-楔形密封胶圈，16-垫板，17-密封胶圈，18-接头注浆孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1-图2所示，一种新型结构的预应力钢筒混凝土顶管，包括外层混凝土3，所述外层混凝土3一端设置外密封钢承口1，另一端设置外密封砼插口7，所述外层混凝土3靠外侧设置外层钢筋笼4，所述外层钢筋笼4内侧设置环向预应力钢筋5，所述环向预应力钢筋5内侧设置管芯外层混凝土6，所述管芯外层混凝土6内侧设置管芯内层混凝土9，所述管芯外层混凝土6和管芯内层混凝土9之间设置防渗钢筒10，所述防渗钢筒10靠近外密封钢承口1一端设置内密封钢承口2，另一端设置内密封钢插口14，所述内密封钢插口14上设置接头注浆孔18和接头水压试验孔13，所述防渗钢筒10内侧设置内层钢筋笼11，靠近内密封钢插口14一端设置多个注浆管12，所述注浆管12由管芯内层混凝土9穿过内密封钢插口14、管芯外层混凝土6、外层钢筋笼4和外层混凝土3贯通整个管体，并在所述注浆管12上设置单向阀8。

所述注浆管12上端折弯部与单向阀8连接，所述外密封砼插口7上侧设置楔形密封胶圈15，所述外密封砼插口7前端竖直面设置垫板16，所述内密封钢插口14靠近注浆管 12部位设置接头注浆孔18，所述内密封钢插口14的两道凹槽中间凸台上设置接头水压试验孔13，所述接头水压试验孔13前后两侧的凹槽内设置密封胶圈17。

所述接头水压试验孔13、接头注浆孔18是带螺纹孔洞。

所述注浆管12、单向阀8组成管体注浆通道，所述注浆管12在管道同一横截面上设置多个，沿管周均匀分布。

所述接头水压试验孔13设置2个，沿圆周呈180°分布。

所述接头注浆孔18设置2个，沿圆周呈180°分布

本实用新型的工作过程如下：

S1：顶管工作坑开挖

按国家相关规范要求进行顶管工作坑开挖。

S2：顶管导向轨道和顶进设备安装

按国家相关规范和工程技术要求进行顶管导向轨道和顶进设备安装，顶管导向轨道的高程、方向和安装精度应符合规范要求，顶进设备的最大顶力应根据设计和管材计算允许顶力确定。

S3：产品安装前的准备工作

S31:应先顶进顶管机或工具管，使其进洞，并工作正常；

S32:将本产品吊入工作坑，使其插口端向前正对顶进方向，在产品受顶面上粘贴垫板16，起缓冲和均匀受力的作用；在主顶千斤顶和待顶进管道之间放置分压环，保证管材受顶面受力均匀。

S33:将管材接口用润滑脂润滑后，将两条密封胶圈17套入内密封钢插口14凹槽内，并用铁丝勾起后沿顺时针和逆时针绕圆周各滑动两圈，以保证密封胶圈17各部位均受到均匀拉伸；将一条楔形密封胶圈15套在外密封砼插口7第一台阶上，并用铁丝勾起后沿顺时针和逆时针绕圆周各滑动两圈，以保证楔形密封胶圈15各部位均受到均匀拉伸。

S4:顶进

S41:启动主顶千斤顶，向前顶进，将管材插口缓慢顶入钢承口工作面，此时暂停顶进，按工程要求进行接头水压试验，以检验接头密封是否完好，试验合格后，继续按顶管施工方案的程序进行顶进。

S42:在顶进过程中，应按规范要求做好测量、纠偏、注浆润滑等工作。

S5:完成全段顶进后，按相关规范做好管材清理、接头注浆、外壁固结灌浆、注浆管12封堵和后续其它工作。

Claims (6)

1.一种新型结构的预应力钢筒混凝土顶管，其特征在于：包括外层混凝土（3），所述外层混凝土（3）一端筒壁设置外密封钢承口（1），另一端筒壁设置外密封砼插口（7），所述外层混凝土（3）靠外侧设置外层钢筋笼（4），所述外层钢筋笼（4）内侧设置环向预应力钢筋（5），所述环向预应力钢筋（5）内侧设置管芯外层混凝土（6），所述管芯外层混凝土（6）内侧设置管芯内层混凝土（9），所述外层混凝土（3）和管芯内层混凝土（9）之间设置防渗钢筒（10），所述防渗钢筒（10）靠近外密封钢承口（1）一端设置内密封钢承口（2），另一端设置内密封钢插口（14），内密封钢插口（14）上设置接头注浆孔（18）和接头水压试验孔（13），所述防渗钢筒（10）内侧设置内层钢筋笼（11），靠近内密封钢插口（14）一端设置多个注浆管（12），所述注浆管（12）由管芯内层混凝土（9）穿过内密封钢插口（14）、管芯外层混凝土（6）、外层钢筋笼（4）和外层混凝土（3）贯通整个管体，并在所述注浆管（12）上设置单向阀（8）。

2.根据权利要求1所述的一种新型结构的预应力钢筒混凝土顶管，其特征在于：所述注浆管（12）上端折弯部与单向阀（8）连接，所述外密封砼插口（7）上侧设置楔形密封胶圈（15），所述外密封砼插口（7）前端竖直面设置垫板（16），所述内密封钢插口（14）靠近注浆管（12）部位设置接头注浆孔（18），所述内密封钢插口（14）的两道凹槽中间凸台上设置接头水压试验孔（13），所述接头水压试验孔（13）前后两侧的凹槽内设置密封胶圈（17）。

3.根据权利要求1所述的一种新型结构的预应力钢筒混凝土顶管，其特征在于：所述接头水压试验孔（13）、接头注浆孔（18）是带螺纹的孔洞。

4.根据权利要求1所述的一种新型结构的预应力钢筒混凝土顶管，其特征在于：所述注浆管（12）、单向阀（8）组成管体注浆通道，所述注浆管（12）在管道同一横截面上设置多个，沿管周均匀分布。

5.根据权利要求1所述的一种新型结构的预应力钢筒混凝土顶管，其特征在于：所述接头水压试验孔（13）设置2个，沿圆周呈180°分布。

6.根据权利要求1所述的一种新型结构的预应力钢筒混凝土顶管，其特征在于：所述接头注浆孔（18）设置2个，沿圆周呈180°分布。

Images