一种隧道顶管的低噪降震免开槽式施工方法及装置

文档序号:64726 发布日期:2021-10-01 浏览:38次 >En<

阅读说明:本技术 一种隧道顶管的低噪降震免开槽式施工方法及装置 (Low-noise vibration-reduction slot-opening-free construction method and device for tunnel jacking pipe ) 是由 李伟 李志峰 苏平 杨东波 张明 崔晓青 赵江涛 张晗 宋伟 张学广 于 2021-09-01 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种隧道顶管的低噪降震免开槽式施工方法及装置,施工方法包括以下步骤:步骤一,施工准备;步骤二,工作井和接收井施工作业;步骤三,超前小导管注浆作业;步骤四,辅助作业设备安装;步骤五,管道检查与处理;步骤六,管道顶进与纠偏;步骤七,顶管到位后封口处理;实施上述步骤的施工装置,包括支撑座,支撑座一侧设有一个或多个直线驱动机构,直线驱动机构一端安装护口板,在护口板上设有激光发射器,激光发射器射出的光线与管道轴线重合。该实施方式在不破坏地面建筑的情况下实施地下管道铺设作业,具有作业效率高、低噪声、小震动成本低的优点,实用性强。(The invention discloses a low-noise vibration-reduction slot-opening-free construction method and a device for a tunnel jacking pipe, wherein the construction method comprises the following steps: firstly, construction preparation; secondly, construction operation of a working well and a receiving well; advancing small guide pipe grouting operation; step four, auxiliary operation equipment installation; fifthly, checking and processing the pipeline; sixthly, jacking and rectifying the deviation of the pipeline; seventhly, sealing the top pipe after the top pipe is in place; the construction device for implementing the steps comprises a supporting seat, one side of the supporting seat is provided with one or more linear driving mechanisms, one end of each linear driving mechanism is provided with a mouth protecting plate, a laser emitter is arranged on each mouth protecting plate, and light emitted by the laser emitter coincides with the axis of the pipeline. The underground pipeline laying operation is implemented under the condition that the ground building is not damaged by the implementation mode, and the underground pipeline laying operation system has the advantages of high operation efficiency, low noise, low vibration cost and strong practicability.)

一种隧道顶管的低噪降震免开槽式施工方法及装置

技术领域

本发明涉及建筑地下管道铺设施工

技术领域

,具体涉及一种隧道顶管的低噪降震免开槽式施工方法及装置。

背景技术

随着城市的不断扩张,各种地下燃气管道、雨污水管道、电力及通讯等市政管网工程在下穿城市建筑物及道路时都要在地下挖掘隧道,现阶段地下空间开发利用过程中,通常采用工程机械直接挖掘或者人工挖掘的方式,这种施工方式不仅低效、噪声大,而且会破坏地面建筑环境,成本也较高,顶管施工是一种经常被应用到解决该技术问题的的技术手段,然而在既有路基下部进行顶管施工时,顶管的顶进将会对其上部路基结构造成较大的影响,甚至造成顶管结构上部土体整体偏移,进而影响其上部的构筑物,而由于地下空间尺寸限时,大型盾构设备并不能应用到此类施工作业中。

发明内容

本发明目的是提供一种隧道顶管的低噪降震免开槽式施工方法及装置,该实施方式利用超前小导管对顶进的管道进行加固防护,减小施工过程对周围土壤的挤压与扰动,还可防止砂质土壤的塌陷,采用人工边挖掘,设备边将管道顶进的作业方式将挤压的土壤快速铲除,既保证管道有效顶进,又可以避免挤压周围土壤,降低了对地面建筑稳定性的影响。

为实现上述目的,本发明采取以下技术方案:

一种隧道顶管的低噪降震免开槽式施工方法,所述施工方法包括以下步骤:步骤一,施工准备;步骤二,工作井和接收井施工作业;步骤三,超前小导管注浆作业;步骤四,辅助作业设备安装;步骤五,管道检查与处理;步骤六,管道顶进与纠偏;步骤七,顶管到位后封口处理;

所述步骤一的具体实施过程为:建立地面水准点,把管道的相对标高引测到水准基座上,然后将地面高程控制点标高通过两台水准仪传递引测至管底,确定管线控制标高;准备100KW静音柴油发电机组作为施工作业的动力源;

所述步骤二的具体实施过程为:根据预设的作业位置,挖掘工作井和接收井,对挖掘的所述工作井和接收井表面喷射水泥砂浆加固防护,在工作井和接收井外边缘处安装防护网,在所述防护网外侧设置排水沟,在工作井和接收井挖掘施工至马头门拱顶标高后,预留马头门洞口,在预留马头门洞口处做环向封闭处理,封闭处理后再继续向下施工;

所述步骤三的具体实施过程为:制作超前小导管,将钢管截成2000mm~5000mm的长度,在钢管的一端做成300mm长的圆锥状,在距另一端100mm处焊接φ6钢筋箍,距钢筋箍一端1000mm不开孔,剩余部分每隔200mm梅花型布设6 mm的溢浆孔,多根所述超前小导管沿着马头门洞外沿环向均布设置;注浆原料准备,采用普通硅酸盐水泥与缓凝剂混合使用,水灰重量比为(1~1.5):1,缓凝剂掺量1~3%;超前小导管注浆作业,使用YT-28风钻钻引孔,或用吹管将砂石吹出形成大致直径为50mm的孔,插入超前小导管,掏和/或吹出管道内砂石,导管周围缝用塑料胶泥封堵,并用棉纱将孔口堵塞,开始注浆,每一循环注浆搭接长度为1000mm,在超前小导管注浆过程中,压力逐渐上升,流量逐渐下降,当压力达到注浆终压,注浆量达到标准注浆量的80%以上,可结束该孔注浆,或者注浆压力未能达到设计终压,注浆量已达到设计注浆量,并无漏浆现象,亦可结束该孔注浆;

所述步骤四的具体实施过程为:安装支撑板,在后座墙上竖直安装支撑板,支撑板的材料为钢,其尺寸高×宽×厚为2m×2.5m×80mm;轨道安装,工作井与接收井封底时,在混凝土中埋设轨道,轨道顶面高度高于混凝土上表面约10mm;导轨安装,两根导轨直顺、平行、等高,导轨安装牢固,其纵坡与管道设计坡度一致;

所述步骤五的具体实施过程为:检查管道外观,要求无破损及纵向裂缝,端面平顺垂直,符合要求的在坑外先进行打改性石蜡处理,然后用吊车吊到工作井的导轨上就位;就位后测量管道中心及前后端的管底高程,安装合格后实施顶进;

所述步骤六的具体实施过程为:人工在管道内部前端进行挖土,人工一边挖土,设备同时将管道向前顶进,挖出后由小爬车运输至尾端工作井处,由吊车吊至地面存放,在顶进过程中,每顶进300~500mmmm对管道两端的管底高程测量一次,当管道两端的高程超差时,需要对顶进的角度进行纠偏,在纠偏过程中,管道每顶进100~200mm需对管道两端的管底高程测量一次,纠偏完成后继续对管道进行顶进作业;

所述步骤七的具体实施过程为:顶管顶进到位后进行封口清管,将所有管口连接处采用石棉水泥进行打口,打口完成后将管道内清扫干净,然后进行管外壁注浆填充,注浆材料采用素水泥浆,将管外壁空间注满后封闭注浆口,最后清理报验交工。

优选的,所述步骤二中马头门洞口处环向封闭处理时需将洞口两侧竖向联结钢筋各增设四根,砼喷射厚度减小到10~15cm,在马头门处拱沟格栅需密排两榀,并加钢筋与被割断的竖井水平钢格栅焊接成整体。

优选的,所述步骤三中钢管外径为40mm,壁厚为4mm,钢管长度为3500mm,环向间距为300mm,多根超前小导管环向拱部张角为120°~180°。

优选的,所述步骤三中的缓凝剂为磷酸氢二钠,硅酸盐水泥的强度等级不低于32.5。

优选的,所述步骤六中顶进的前三节管道内设置内涨圈,内涨圈与管道内壁之间用木楔子备紧,内涨圈的材料为钢,内涨圈的宽度不小于200mm。

优选的,所述步骤六中的纠偏方法为超挖纠偏法或顶木纠偏法,当管道两端高程差位于10mm~20mm之间时采用超挖纠偏法,当管道两端高程差大于20mm之间时采用顶木纠偏法;超挖纠偏法是指在管道偏向的反侧适当超挖,而在偏向侧不超挖甚至留坎,形成阻力,使管顶进中向阻力小的超挖侧偏向,逐渐回到设计位置,顶木纠偏法是指用圆木或方木的一端顶在管道偏向的内管壁上,另一端斜撑在有钢板或模板的管前土壤上,支顶牢固后,即可顶进,在顶进中配合超挖纠偏法边顶边支,利用顶进时斜支撑分力产生的阻力,使顶管向阻力小的一侧校正。

优选的,所述步骤六中,在顶进过程中,在管壁与土壁的缝隙间注入触变泥浆,形成泥浆套,减少管壁与土壁之间的摩擦阻力。

一种隧道顶管的低噪降震免开槽式施工装置,包括支撑座,所述支撑座一侧设有一个或多个直线驱动机构,所述直线驱动机构一端安装护口板,在护口板上设有激光发射器,所述激光发射器射出的光线与管道轴线重合。

优选的,所述直线驱动机构为液压缸,所述液压缸的数量为三个,三个液压缸安装点位于正三角形的三个顶点。

优选的,所述护口板的材料为橡胶。

本发明中,在挖掘工作井和接收井过程中,对工作井和接收井的侧壁进行喷浆保护,可有效防止后续作业过程中工作井和接收井的侧壁掉落泥土或砂石对施工作业人员产生危险的现象发生,使用的100KW静音柴油发电机可方便的为施工作业的照明电源以及作业设备的动力源,产生的噪声较小。顶进作业前先进行超前小导管作业,对需要顶进的管道位置外侧进行加固防护,采用的超前小导管加固作业既可以防止在管道顶进施工作业时挤压的土壤鼓起,影响地面路基或建筑,也可以防止人工挖掘过程中砂质土壤的塌陷。在管道顶进过程中采用人工边挖掘,设备边顶进的作业方式,该作业方式可减少进入到管道内部土壤对顶进过程的产生的阻力,降低对顶进力的需求,挖掘出管道内部的土壤还可以利于管道前端外部土壤进入到管道内部,减少土壤的挤压程度,进而避免对周围土壤的扰动。在顶进过程还进行测量与纠偏,通过测量管道两端高程差来对管道顶进施工作业进行调整,保证作业的精准度。使用三个液压缸作为顶进动力源,且三个液压缸的安装点位于正三角形的顶点位置处,施加的推力较为均匀,在液压缸与管道之间安有护口板,护口板为橡胶材料,具有一定的弹性,可以缓冲液压缸与管道之间的接触力,保护管道端部的完整性。在护口板上安装的激光发射器可以发射激光射线,该激光射线可便捷地用于检测管道两端的高程差,提高测量作业效率。

附图说明

图1为本发明施工方法流程图;

图2为本发明顶进施工过程剖面示意图;

图3为本发明超前小导管注浆布置示意图;

图4为本发明顶进施工过程示意图;

图中:1、超前小导管;2、马头门;3、工作井;4、接收井;5、支撑板;6、导轨;7、内涨圈;8、支撑座;9、直线驱动机构;10、护口板;11、激光发射器。

具体实施方式

下面结合附图,对本发明做进一步说明:

如图1、图2、图3和图4所示的一种隧道顶管的低噪降震免开槽式施工方法,包括以下步骤:

步骤一:施工准备,在地面上建立永久性水准点,该水准点作为整个施工的基准点,通过垂直吊钢尺把管道的相对标高引测到水准点上,然后将地面高程控制点标高通过两台水准仪传递引测至管底,确定管线控制标高。准备100KW静音柴油发电机组作为施工作业的动力源以及照明灯的电源,并准备多个照明灯,便于施工的夜间作业或者管道内部作业。

步骤二:工作井3和接收井4施工作业,根据预设的作业位置,通过人体挖掘工作井3和接收井4,在一个优选实施例也可以使用工程机械(挖掘机)挖掘工作井3和接收井4,对挖掘的工作井3和接收井4表面喷射水泥砂浆加固防护,在工作井3和接收井4外边缘处安装防护网,在一个实施例中防护网的高度为1m~3m,在一个具体实施例中防护网的高度为2m,防护网为环状封闭结构,在防护网外侧设置排水沟,排水沟用于工作井3和接收井4挖掘过程排放地下水,在工作井3和接收井4挖掘施工至马头门2拱顶标高后,预留马头门2洞口,在预留马头门2洞口处做环向封闭处理,具体地,马头门2洞口处环向封闭处理时需将洞口两侧竖向联结钢筋各增设四根,砼喷射厚度减小到10~15cm,在马头门处拱沟格栅需密排两榀,并加钢筋与被割断的竖井水平钢格栅焊接成整体,封闭处理后再继续向下施工直至结束。

步骤三:超前小导管1注浆作业,首先需制作超前小导管1,将钢管截成2000mm~5000mm的长度,在一个具体实施例中钢管外径为40mm,壁厚为4mm,钢管长度为3500mm,在钢管的一端做成300mm长的圆锥状,在距另一端100mm处焊接φ6钢筋箍,距钢筋箍一端1000mm不开孔,剩余部分每隔200mm梅花型布设6mm的溢浆孔,多根超前小导管1沿着马头门2洞外沿环向均布设置,在一个具体实施例中环向间距为300mm,多根超前小导管1环向拱部张角为120°~180°,在一个优选实施例中,多根超前小导管1环向拱部张角具体为150°,在一个更优选实施例中,马头门施工前采用超前小导管1拱部张角不超过150°,穿越填土段时,超前小导管1拱部张角不超过180°。在另一个实施例中,还可以选用现有的超前小导管,如申请号为201811501612.3的发明专利公开使用的超前小导管。再注浆原料准备,采用普通硅酸盐水泥与缓凝剂混合使用,其中水灰重量比为1~1.5:1,缓凝剂掺量1~3%,在一个具体实施例中根据凝胶时间来确定缓凝剂的使用量,在一个优选实施例中,缓凝剂为磷酸氢二钠,硅酸盐水泥的强度等级不低于32.5。最后进行超前小导管注浆作业,作业时使用YT-28风钻钻引孔,在一个实施例中,也可以使用冲击锤的风钻顶入,或用吹管将砂石吹出形成大致直径为50mm的孔,插入超前小导管1,掏和/或吹出管道内砂石,导管周围缝用塑料胶泥封堵,并用棉纱将孔口堵塞,使用双液注浆泵进行注浆,注浆量的估算公式Q=Anα(1+β)进行,式中:Q--总注浆量,m3;A--注浆范围体积,m3;n--孔隙率,%;α--浆液填充系数(0.7~0.9)β--注浆材料损耗系数,在一个具体实施例中,nα(1+β)统称为注浆填充率,其按20%考虑。每一循环注浆搭接长度为1000mm,在超前小导管1注浆过程中,压力逐渐上升,流量逐渐下降,当压力达到注浆终压,注浆量达到标准注浆量的80%以上,可结束该孔注浆,或者注浆压力未能达到设计终压,注浆量已达到设计注浆量,并无漏浆现象,亦可结束该孔注浆。

步骤四:辅助作业设备安装,使用吊装机械设备在后座墙上竖直安装支撑板5,支撑板5的材料为钢,其尺寸高×宽×厚为2m×2.5m×80mm,安装后的支撑板5与马头门2洞轴线相垂直。轨道安装,工作井3与接收井4封底时,在混凝土中埋设轨道,轨道顶面高度高于混凝土上表面约10mm,在连续作业过程中,第一段作业的接收井4也可作为下一段作业的工作井3。导轨6安装,选用的两根导轨6直顺、平行、等高,导轨6一端固定安装在工作井3、接收井4的侧壁上,其沿着管道顶进方向的纵坡与管道设计坡度一致,在一个具体实施例中可采用激光设备对两根导轨6的安装位置进行角度调整。

步骤五:管道检查与处理,检查管道外观,要求无破损及纵向裂缝,端面平顺垂直,不合格的杜绝使用,符合要求的在坑外先进行打蜡(改性石蜡)处理,然后用吊车吊到工作井的导轨上就位,就位后测量管道中心及前后端的管底高程,测量的基准为步骤一中的水准点,安装合格后再实施顶进作业。

步骤六:管道顶进与纠偏,人工在管道内部前端进行挖土,人工一边挖土,设备同时将管道向前顶进,挖出后由小爬车运输至尾端工作井3处,由吊车吊至地面存放,在顶进过程中,每顶进300~500mmmm对管道两端的管底高程测量一次,在一个实施例中测量的方法为使用水准仪测量管道两端管底高程,当管道两端的高程超差时,需要对顶进的角度进行纠偏,在纠偏过程中,管道每顶进100~200mm需对管道两端的管底高程测量一次,使用的纠偏方法为超挖纠偏法或顶木纠偏法,当管道两端高程差位于10mm~20mm之间时采用超挖纠偏法,当管道两端高程差大于20mm之间时采用顶木纠偏法;超挖纠偏法是指在管道偏向的反侧适当超挖,而在偏向侧不超挖甚至留坎,形成阻力,使管顶进中向阻力小的超挖侧偏向,逐渐回到设计位置,顶木纠偏法是指用圆木或方木的一端顶在管道偏向的内管壁上,另一端斜撑在有钢板或模板的管前土壤上,支顶牢固后,即可顶进,在顶进中配合超挖纠偏法边顶边支,利用顶进时斜支撑分力产生的阻力,使顶管向阻力小的一侧校正,纠偏完成后继续对管道进行顶进作业。在一个实施例中,顶进的前三节管道内设置内涨圈7,内涨圈7与管道内壁之间用木楔子备紧,内涨圈的材料为钢,内涨圈7的宽度不小于200mm,在一个具体实施例中内涨圈7的宽度为160mm,其厚度为5mm。在一个优选实施例中,在顶进过程中,在管壁与土壁的缝隙间注入触变泥浆,形成泥浆套,减少管壁与土壁之间的摩擦阻力,在一个具体实施例中,为确保浆液不外流,在井壁顶进入口处做后封闭,注浆后使土体与管节间形成20mm~30mm厚的泥浆环,既可以减少管道顶进过程与土壤间的摩擦,也可以加强管道外围的连接强度。在人工挖掘作业时,还需对管道内进行通风,保证挖掘作业人员的安全。

实施此步骤顶进作业的低噪降震免开槽式施工装置,包括支撑座8,支撑座8紧靠在支撑板5的表面上,支撑座8一侧通过紧固件固定连接一个或多个直线驱动机构9,在一个优选实施例中,直线驱动机构9为液压缸,在一个更优选实施例中液压缸的数量为三个,三个液压缸安装点基本上位于正三角形的三个顶点,三个顶点均位于管道内孔的内侧,在直线驱动机构9伸出端固定安装护口板10,在一个实施例中护口板10的材料为橡胶,橡胶具有一定的弹性,可以缓冲两刚性器件支架的碰撞,在护口板10上安装激光发射器11,激光发射器11射出的光线与管道轴线重合,在顶进作业开始时,将激光发射器11发射出的光线调节至与顶进方向一致,在顶进作业时可以利用该光线对顶进的管道轴线进行测量,更有效的保证管道顶进精度。

步骤七:顶管到位后封口处理,顶管顶进到位后进行封口清管,将所有管口连接处采用石棉水泥进行打口,打口完成后将管道内清扫干净,然后进行管外壁注浆填充,注浆材料采用素水泥浆,将管外壁空间注满后封闭注浆口,最后清理报验交工。

上述实施例只是对本发明构思和实现的若干说明,并非对其进行限制,在本发明构思下,未经实质变换的技术方案仍然在保护范围内。

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