一种大断面矩形斜交顶管施工方法与流程

1.本发明属于顶管施工技术领域，尤其是涉及一种大断面矩形斜交顶管施工方法。


背景技术：

2.顶管施工方法是一种非开挖的施工方法，通过该施工方法可以在少开挖或者不开挖的情况下进行管道埋设；目前，顶管施工技术被广泛运用于城市地下给排水管道、天然气输送管道的铺设。在城市地下工程建设中，采用矩形顶管施工十分广泛，例如，地铁车站出入口、地下通道等。此类工程施工需具备顶管始发的工作井(即称始发井)和顶管到达接收的工作井(称接收井)各一座。一般在工程设计中，始发井与接收井均与顶管掘进轴线垂直并且满足顶管正常始发与到达的尺寸要求。
3.但是，对于城市地下管线较多时，为了有效的避开管线、减少对管线的破坏，顶管施工就会出现斜交始发及接收施工，同时出现始发端顶管推进方向与顶管顶进方向及接收不能很好的保证在同一轴线上，就会出现斜交的情况；另外，地质条件不同也会带来各种影响，若接收端为下沉段需浇筑混凝土后等强接收，同时浇筑完后标高不好调整，故现有施工方法的施工效果较差、工作效率较低。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种大断面矩形斜交顶管施工方法，其步骤简单、设计合理，通过在所述始发工作井中浇筑后座墙并安装所述后靠连接结构，利用连接钢板将二者相互连接在一起，为所述顶管机提供了反力支撑，在所述顶管机顶进的过程中提供反力推力作用；利用双重防漏泥砂结构，在所述顶管机顶进的过程中，可防止出现涌泥涌砂现象；在接收工作井内搭设所述顶管机接收结构，使得所述顶管机可在所述顶管机接收结构上进行接收，为所述顶管机的停放提供了场所。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种大断面矩形斜交顶管施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
6.步骤一、后座墙的施工：在始发工作井中，设定顶管机的顶进轴线与始发工作井长度方向的轴线之间存在夹角α且α的取值范围为0
°
＜α＜90
°
，在所述顶管机的后侧浇筑后座墙，所述后座墙的纵截面为l形结构，所述后座墙与所述始发工作井的井壁紧贴；
7.步骤二、安装后靠连接结构：在所述后座墙的水平段上对称安装两个刚后靠板，所述刚后靠板的底面与所述后座墙的水平段紧贴，所述刚后靠板的侧面与所述后座墙内的连接钢板焊接固定；其中，两个所述刚后靠板沿所述后座墙的长度方向布设，所述刚后靠板竖向布设在所述后座墙的水平段上；
8.步骤三、安装双重防漏泥砂结构，过程如下：
9.步骤301、安装第一层防漏泥砂结构：在顶管通道的入口处的预埋钢环上挂设第一层的帘布，所述帘布覆盖在所述预埋钢环上；在所述帘布的外侧安装压板，所述压板紧贴在所述帘布上，且所述压板通过锚栓与所述预埋钢环连接；
10.步骤302、安装第二层防漏泥砂结构：在第一层的压板靠近所述顶管机的一侧安装第二层的帘布，第二层的帘布覆盖在安装好的第一层的所述防漏泥砂结构上；在第二层的所述帘布的外侧安装压板，所述压板紧贴在所述帘布上，且所述压板通过锚栓与所述预埋钢环连接；
11.步骤四、顶管机的安装和顶进：
12.步骤401、安装轨道：在始发工作井的底面上沿顶管机顶进方向铺设轨道；其中，所述轨道布设在所述预埋钢环和千斤顶钢架之间，所述轨道的延伸方向和所述顶管机的顶进轴线相平行；
13.步骤402、吊装并安装千斤顶和顶管机：将千斤顶吊装至所述始发工作井内，将所述千斤顶的后端固定在所述刚后靠板上；然后将顶管机吊装至所述始发工作井内，并使所述顶管机放置至轨道上；最后吊装顶铁和顶环并依次安装在所述千斤顶和所述顶管机之间；
14.步骤403、顶管机顶进：启动顶管机，顶管机推进至所述顶管通道内，所述千斤顶回缩，吊装管节并下放至所述顶管机和所述顶环之间的轨道上，所述千斤顶顶出并顶至顶环上，推动管节向所述顶管通道内顶进；
15.步骤五、搭设顶管机接收结构，过程如下：
16.步骤501、在接收工作井的底面上安装接收平台，所述接收平台布设在所述顶管通道的出口位置，所述接收平台内水平预埋有多个安装钢板，多个所述安装钢板呈阵列式排布；
17.步骤502、在所述接收平台上安装多个支撑柱，多个所述支撑柱呈阵列式布设，通过固定螺栓将所述支撑柱的底部与所述接收接收平台内的安装钢板固定连接；其中，多个所述支撑柱的数量和所述安装钢板的数量相等且一一对应；
18.步骤503、在所述支撑柱的顶部水平焊接一个支撑钢板，所述支撑钢板的表面积大于所述支撑柱的横截面积；
19.步骤504、在所述支撑钢板的顶部焊接主支撑梁，所述主支撑梁沿顶管机的顶进方向布设，所述主支撑梁的数量和所述支撑柱的列数相等；
20.步骤505、在所述主支撑梁的顶部水平焊接接收钢板，所述接收钢板的面积大于所述支撑柱围成的区域；所述接收钢板的标高与所述顶管机的接收标高一致；
21.步骤六、顶管机顶出：多次重复步骤403，所述千斤顶推进所述管节和所述顶管机在所述顶管通道持续前进，直至所述顶管机推进至所述顶管通道的出口处，继续推进直至所述顶管机推进至所述接收钢板上。
22.上述的一种大断面矩形斜交顶管施工方法，其特征在于：步骤一中，所述后座墙的具体施工过程如下：
23.步骤a、预埋固定钢板：在所述始发工作井靠近所述顶管机后侧的井壁上预埋多个固定钢板，多个所述固定钢板在所述始发工作井的井壁上均匀布设；
24.步骤b、支设后座墙底部侧模板结构：在所述始发工作井的底部且沿所述始发工作井的宽度方向竖向支设第一侧模板，所述第一侧模板斜向布设在所述始发工作井内，且所述第一侧模板的倾斜方向和所述顶管机的倾斜方向一致，所述第一侧模板和所述始发工作井的井壁围成横截面为直角梯形的封闭区域；
25.然后在所述第一侧模板的顶部水平铺设第二侧模板，所述第二侧模板斜向设置在所述始发工作井内，所述第二侧模板的倾斜方向和所述顶管机的倾斜方向一致，所述第二侧模板的宽度小于所述第一侧模板和所述始发工作井的井壁之间的水平距离；
26.步骤c、支设第三侧模板：在所述第二侧模板远离所述第一侧模板的一侧竖向支设第三侧模板，所述第三侧模板斜向设置在所述始发工作井内，所述第三侧模板的倾斜方向和所述顶管机的倾斜方向一致，并利用连接钢板将所述第三侧模板与所述始发工作井的井壁固定连接；
27.所述第一侧模板、所述第二侧模板和所述第三侧模板一体成型，所述第一侧模板、所述第二侧模板、所述第三侧模板、所述始发工作井的井壁和所述始发工作井的井底围成纵截面为l形的成型腔；所述固定钢板布设在所述成型腔内；
28.步骤d、浇筑混凝土并拆除模板：在围成的所述成型腔内浇筑混凝土，待混凝土凝固后，拆除所述第一侧模板、所述第二侧模板和所述第三侧模板，得到纵截面为l形的后座墙。
29.上述的一种大断面矩形斜交顶管施工方法，其特征在于：步骤b中，所述第一侧模板与所述始发工作井的井壁夹角分别为90
°‑
α和90
°
α；所述第二侧模板的一端抵接在所述始发工作井的顶角处，且该端与所述始发工作井的后井壁之间的夹角为90
°‑
α；所述第二侧模板的另一端抵接在所述始发工作井的井壁上，且该端与所述始发工作井的井壁之间的夹角为90
°
α。
30.上述的一种大断面矩形斜交顶管施工方法，其特征在于：步骤c中，所述第三侧模板和与所述始发工作井的井壁夹角分别为90
°‑
α和α；其中，所述连接钢板的一端固定在所述第三侧模板的侧面上，所述连接钢板的另一端与所述固定钢板固定连接。
31.上述的一种大断面矩形斜交顶管施工方法，其特征在于：步骤502中，同排布设的相邻两个所述支撑柱之间和同列布设的相邻两个所述支撑柱之间均斜向设置有一个斜支撑杆；位于最外侧的同排布设的相邻两个所述支撑柱之间和同列布设的相邻两个所述支撑柱之间水平设置有两个水平支撑杆，所述斜支撑杆布设在上下相邻的两个所述水平支撑杆之间。
32.上述的一种大断面矩形斜交顶管施工方法，其特征在于：所述支撑柱的顶部水平设置有多个顶撑单元，多个顶撑单元沿所述主支撑梁的长度方向布设；所述顶撑单元包括多个水平设置的顶撑件，所述顶撑件布设在相邻两列所述支撑柱之间，多个所述顶撑件沿所述主支撑梁的长度方向均匀布设，所述顶撑件包括两个交错布设的顶撑杆。
33.本发明与现有技术相比具有以下优点：
34.1、本发明通过在所述始发工作井中浇筑后座墙并安装所述后靠连接结构，利用连接钢板将二者相互连接在一起，为所述顶管机提供了反力支撑，在所述顶管机顶进的过程中提供反力推力作用。
35.2、本发明在预埋钢环上安装双重防漏泥砂结构，在所述顶管机顶进的过程中，可防止出现涌泥涌砂现象。
36.3、本发明在所述接收工作井内搭设所述顶管机接收结构，使得所述顶管机在所述顶管通道完成管节推进工作后，可在所述顶管机接收结构上进行接收，为所述顶管机的停放提供了场所；同时所述支撑柱的底部通过固定螺栓与所述接收接收平台内的安装钢板固
定连接，可在完工后将所述支撑柱、主支撑梁和接收钢板进行整体吊装并移至下一个接收工作井内，实现重复利用，节约成本、缩短工期、更能提高施工效率。
37.4、本发明方法步骤简单、设计合理、投入成本低且实现方便，施工方法操作性强，便于推广应用。
38.综上所述，本发明步骤简单、设计合理，通过在所述始发工作井中浇筑后座墙并安装所述后靠连接结构，利用连接钢板将二者相互连接在一起，为所述顶管机提供了反力支撑，在所述顶管机顶进的过程中提供反力推力作用；利用双重防漏泥砂结构，在所述顶管机顶进的过程中，可防止出现涌泥涌砂现象；在接收工作井内搭设所述顶管机接收结构，使得所述顶管机可在所述顶管机接收结构上进行接收，为所述顶管机的停放提供了场所。
39.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
40.图1为本发明围成成型腔模板在始发工作井内的位置关系示意图。
41.图2为本发明浇筑后座墙的施工状态示意图。
42.图3为本发明安装后靠连接结构的施工状态示意图。
43.图4为本发明后座墙、后靠连接结构、顶管机、顶环和顶铁的连接关系示意图。
44.图5为本发明顶管机在始发工作井内的位置关系示意图。
45.图6为本发明压板和帘布的连接关系示意图。
46.图7为本发明顶管机接收结构在接收工作井内的位置关系示意图。
47.图8为本发明支撑柱、水平支撑杆和顶撑杆的连接关系示意图。
48.图9为本发明的流程图。
49.附图标记说明:
50.1—顶管机；
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2—始发工作井；
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3—连接钢板；
51.4—第一侧模板；
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5—第二侧模板；
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6—第三侧模板；
52.7—固定钢板；
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8—刚后靠板；
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9—顶管通道；
53.10—预埋钢环；
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11—压板；
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12—帘布；
54.13—接收工作井；
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14—接收平台；
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15—支撑柱；
55.16—斜支撑杆；
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17—支撑钢板；
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18—主支撑梁；
56.19—接收钢板；
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20—轨道；
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21—千斤顶；
57.22—水平支撑杆；
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23—顶撑杆；
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24—顶铁；
58.25—顶环；
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26—辅助支撑梁；
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27—地面；
59.28—围护结构；
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29—后座墙；
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30—锚栓。
具体实施方式
60.如图1至图9所示的一种大断面矩形斜交顶管施工方法，包括以下步骤：
61.步骤一、后座墙的施工：在始发工作井2中，设定顶管机1的顶进轴线与始发工作井2长度方向的轴线之间存在夹角α且α的取值范围为0
°
＜α＜90
°
，在所述顶管机1的后侧浇筑后座墙29，所述后座墙29的纵截面为l形结构，所述后座墙29与所述始发工作井2的井壁紧贴；
62.如图3所示，步骤二、安装后靠连接结构：在所述后座墙29的水平段上对称安装两个刚后靠板8，所述刚后靠板8的底面与所述后座墙29的水平段紧贴，所述刚后靠板8的侧面与所述后座墙29内的连接钢板3焊接固定；其中，两个所述刚后靠板8沿所述后座墙29的长度方向布设，所述刚后靠板8竖向布设在所述后座墙29的水平段上；
63.步骤三、安装双重防漏泥砂结构，过程如下：
64.如图6所示，步骤301、安装第一层防漏泥砂结构：在顶管通道9的入口处的预埋钢环10上挂设第一层的帘布12，所述帘布12覆盖在所述预埋钢环10上；在所述帘布12的外侧安装压板11，所述压板11紧贴在所述帘布12上，且所述压板11通过锚栓30与所述预埋钢环10连接；
65.步骤302、安装第二层防漏泥砂结构：在第一层的压板11靠近所述顶管机1的一侧安装第二层的帘布12，第二层的帘布12覆盖在安装好的第一层的所述防漏泥砂结构上；在第二层的所述帘布12的外侧安装压板11，所述压板11紧贴在所述帘布12上，且所述压板11通过锚栓30与所述预埋钢环10连接；
66.如图4所示，步骤四、顶管机的安装和顶进：
67.步骤401、安装轨道：在始发工作井2的底面上沿顶管机1顶进方向铺设轨道20；其中，所述轨道20布设在所述预埋钢环10和千斤顶钢架之间，所述轨道20的延伸方向和所述顶管机1的顶进轴线相平行；
68.步骤402、吊装并安装千斤顶和顶管机：将千斤顶21吊装至所述始发工作井2内，将所述千斤顶21的后端固定在所述刚后靠板8上；然后将顶管机1吊装至所述始发工作井2内，并使所述顶管机1放置至轨道20上；最后吊装顶铁24和顶环25并依次安装在所述千斤顶21和所述顶管机1之间；
69.步骤403、顶管机顶进：启动顶管机1，顶管机1推进至所述顶管通道9内，所述千斤顶21回缩，吊装管节并下放至所述顶管机1和所述顶环25之间的轨道20上，所述千斤顶21顶出并顶至顶环25上，推动管节向所述顶管通道9内顶进；
70.步骤五、搭设顶管机接收结构，过程如下：
71.步骤501、在接收工作井13的底面上安装接收平台14，所述接收平台14布设在所述顶管通道9的出口位置，所述接收平台14内水平预埋有多个安装钢板，多个所述安装钢板呈阵列式排布；
72.步骤502、在所述接收平台14上安装多个支撑柱15，多个所述支撑柱15呈阵列式布设，通过固定螺栓将所述支撑柱15的底部与所述接收接收平台14内的安装钢板固定连接；其中，多个所述支撑柱15的数量和所述安装钢板的数量相等且一一对应；
73.步骤503、在所述支撑柱15的顶部水平焊接一个支撑钢板17，所述支撑钢板17的表面积大于所述支撑柱15的横截面积；
74.步骤504、在所述支撑钢板17的顶部焊接主支撑梁18，所述主支撑梁18沿顶管机1的顶进方向布设，所述主支撑梁18的数量和所述支撑柱15的列数相等；
75.步骤505、在所述主支撑梁18的顶部水平焊接接收钢板19，所述接收钢板19的面积大于所述支撑柱15围成的区域；所述接收钢板19的标高与所述顶管机1的接收标高一致；
76.步骤六、顶管机顶出：多次重复步骤403，所述千斤顶21推进所述管节和所述顶管机1在所述顶管通道9持续前进，直至所述顶管机1推进至所述顶管通道9的出口处，继续推
进直至所述顶管机1推进至所述接收钢板19上。
77.实际使用时，通过在所述始发工作井2中浇筑后座墙29并安装所述后靠连接结构，利用连接钢板3将二者相互连接在一起，为所述顶管机1提供了反力支撑，在所述顶管机1顶进的过程中提供反力推力作用。
78.本发明中在预埋钢环10上安装双重防漏泥砂结构，在所述顶管机1顶进的过程中，可防止出现涌泥涌砂现象。
79.本发明中在所述接收工作井13内搭设所述顶管机接收结构，使得所述顶管机1在所述顶管通道9完成管节推进工作后，可在所述顶管机接收结构上进行接收，为所述顶管机1的停放提供了场所；同时所述支撑柱15的底部通过固定螺栓与所述接收接收平台14内的安装钢板固定连接，可在完工后将所述支撑柱15、主支撑梁18和接收钢板19进行整体吊装并移至下一个接收工作井13内，实现重复利用，节约成本、缩短工期、更能提高施工效率。
80.需要说明的是，先按照设计要求浇筑所述始发工作井2和接收工作井13，然后再在所述始发工作井2和接收工作井13内进行顶管施工工作，本发明中因顶管机1的顶进轴线与始发工作井2的中心轴线之间存在偏差，为了解决这个偏差，需要浇筑后座墙29，方便后续顶管机1的顶进。所述刚后靠板8选用的是400mm厚钢制成，通过将所述刚后靠板8与连接钢板3进行焊接，使所述后靠连接结构的中心线和所述顶管机1的顶进轴线相重合。所述后靠连接结构与所述后座墙29通过连接钢板3进行焊接，使得结构和墙体之间相互连接，为顶管机1的顶进起到反力推力作用。
81.特别的，实际使用时，所述顶管通道9内均布有粉砂、粉土、粉质黏土，粉砂层，地质较差，为了防止出现涌泥涌砂现象，在传统施工方案的基础上，改为双重防漏水泥砂结构，能更好的防止出现涌泥涌砂现象。如图7所示，在所述主支撑梁18的顶部设置辅助支撑梁26，所述主支撑梁18和所述辅助支撑梁26呈垂直布设，通过所述主支撑梁18和所述辅助支撑梁26对所述接收钢板19的支撑，更好的发挥所述接收钢板19的作用，双重支撑起到加强的作用。
82.实际使用时，所述始发工作井2和接收工作井13均设置在地面27下，先对所述始发工作井2和接收工作井13的四周进行围护，形成围护结构28，然后在进行矩形斜交顶管的施工。
83.如图1和图2所示，本实施例中，步骤一中，所述后座墙29的具体施工过程如下：
84.步骤a、预埋固定钢板：在所述始发工作井2靠近所述顶管机1后侧的井壁上预埋多个固定钢板7，多个所述固定钢板7在所述始发工作井2的井壁上均匀布设；
85.步骤b、支设后座墙29底部侧模板结构：在所述始发工作井2的底部且沿所述始发工作井2的宽度方向竖向支设第一侧模板4，所述第一侧模板4斜向布设在所述始发工作井2内，且所述第一侧模板4的倾斜方向和所述顶管机1的倾斜方向一致，所述第一侧模板4和所述始发工作井2的井壁围成横截面为直角梯形的封闭区域；
86.然后在所述第一侧模板4的顶部水平铺设第二侧模板5，所述第二侧模板5斜向设置在所述始发工作井2内，所述第二侧模板5的倾斜方向和所述顶管机1的倾斜方向一致，所述第二侧模板5的宽度小于所述第一侧模板4和所述始发工作井2的井壁之间的水平距离；
87.步骤c、支设第三侧模板：在所述第二侧模板5远离所述第一侧模板4的一侧竖向支设第三侧模板6，所述第三侧模板6斜向设置在所述始发工作井2内，所述第三侧模板6的倾
斜方向和所述顶管机1的倾斜方向一致，并利用连接钢板3将所述第三侧模板6与所述始发工作井2的井壁固定连接；
88.所述第一侧模板4、所述第二侧模板5和所述第三侧模板6一体成型，所述第一侧模板4、所述第二侧模板5、所述第三侧模板6、所述始发工作井2的井壁和所述始发工作井2的井底围成纵截面为l形的成型腔；所述固定钢板7布设在所述成型腔内；
89.步骤d、浇筑混凝土并拆除模板：在围成的所述成型腔内浇筑混凝土，待混凝土凝固后，拆除所述第一侧模板4、所述第二侧模板5和所述第三侧模板6，得到纵截面为l形的后座墙29。
90.如图5所示，本实施例中，步骤b中，所述第一侧模板4与所述始发工作井2的井壁夹角分别为90
°‑
α和90
°
α；所述第二侧模板5的一端抵接在所述始发工作井2的顶角处，且该端与所述始发工作井2的后井壁之间的夹角为90
°‑
α；所述第二侧模板5的另一端抵接在所述始发工作井2的井壁上，且该端与所述始发工作井2的井壁之间的夹角为90
°
α。
91.如图5所示，本实施例中，步骤c中，所述第三侧模板6和与所述始发工作井2的井壁夹角分别为90
°‑
α和α；其中，所述连接钢板3的一端固定在所述第三侧模板6的侧面上，所述连接钢板3的另一端与所述固定钢板7固定连接。
92.如图7所示，本实施例中，步骤502中，同排布设的相邻两个所述支撑柱15之间和同列布设的相邻两个所述支撑柱15之间均斜向设置有一个斜支撑杆16；位于最外侧的同排布设的相邻两个所述支撑柱15之间和同列布设的相邻两个所述支撑柱15之间水平设置有两个水平支撑杆22，所述斜支撑杆16布设在上下相邻的两个所述水平支撑杆22之间。
93.实际使用时，设置所述斜支撑杆16和所述水平支撑杆22是为了加强相邻两个所述支撑柱15之间的稳定性，防止所述顶管机1进入所述接收钢板19上时，造成所述顶管机接收结构的不稳定，避免安全隐患的产生。
94.如图8所示，本实施例中，所述支撑柱15的顶部水平设置有多个顶撑单元，多个顶撑单元沿所述主支撑梁18的长度方向布设；所述顶撑单元包括多个水平设置的顶撑件，所述顶撑件布设在相邻两列所述支撑柱15之间，多个所述顶撑件沿所述主支撑梁18的长度方向均匀布设，所述顶撑件包括两个交错布设的顶撑杆23。
95.实际使用时，所述顶撑杆23的主要作用是为了对所述接收钢板19进行支撑，能更好的发挥所述接收钢板19的作用，防止因所述顶管机1的作用造成所述接收钢板19和所述支撑柱15的连接不稳定。
96.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。