一种穿越临江铁路的取水顶管结构的制作方法

1.本实用新型涉及取水顶管工程技术领域，具体涉及一种穿越临江铁路的取水顶管结构。


背景技术：

2.临江取水工程通常由取水头部、引水管道和取水泵房组成。但由于受地形、地物和征地拆迁的影响，取水头部和取水泵房不能集中布置，需要通过较长的引水管道连接。当引水管道需要穿越铁路时，若采用明挖暗埋的方式，不仅会中断地面铁路交通、影响当地居民的生产生活，也会给周围的生态环境带来一定影响。因此，采用顶管法施工是一种合理高效的取水方式。
3.当顶管穿越铁路时，取水头部和取水泵房分别位于铁路两侧，由于顶管设备的尺寸和重量较大，为满足铁路处于正常运行状态的需求，铁路两侧顶管设备不具备互通运输的条件，尤其是临江侧顶管设备需要通过船舶水运至工作面，这样不仅施工工期长而且成本较高。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的上述问题，本实用新型提供一种穿越临江铁路的取水顶管结构，以保证在铁路正常运行的情况下，取水结构与取水泵房具备同时施工条件，能够提高施工效率、加快施工进度、有效缩短施工工期。此外，还避免了顶管设备在铁路两侧的转运费用。
5.为解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案实现：
6.本实用新型提供一种穿越临江铁路的取水顶管结构，包括设于铁路临江一侧与取水头部连通的临江工作井和设于铁路背江一侧的泵房基坑。所述泵房基坑内设有取水泵房和紧邻所述取水泵房临江一侧的用于始发和接收顶管设备的施工平台，所述施工平台与临江工作井之间通过从地底穿越铁路的取水结构连通。
7.施工平台和取水泵房均处于泵房基坑内，可在泵房基坑开挖的同时预留出顶管设备的施工平台，无需二次开挖，且顶管设备在顶进施工的过程中，不影响泵房基坑的后续施工，两者可同时进行，能够提高施工效率。
8.优选的是，所述施工平台包括两个相互连通的始发平台和接收平台，所述临江工作井包括两个相互独立的第一临江工作井和第二临江工作井；所述始发平台通过取水结构的第一取水顶管与所述第一临江工作井连通，所述接收平台通过取水结构的第二取水顶管与所述第二临江工作井连通。
9.设计两条取水顶管，使得顶管设备可以再次返回到原施工平台，无需从地面上跨越铁路或从水面上运输，节省了顶管设备在铁路两侧的转运费用。同时，两条取水顶管可以满足对取水用量的需求。
10.进一步优选的是，所述始发平台上布置有用于给所述顶管设备提供顶进作用力的
反力结构。反力架的设置有助于顶管设备在始发平台上向前顶进施工，可以减小始发平台的面积。
11.更进一步优选的是，所述反力结构包括反力架、形成于反力架基础上的齿墙以及用于固定齿墙的锚杆。齿墙和锚杆的设置可增加反力架的基础稳定性，使得顶管设备在顶进的过程中反力架稳定可靠。
12.优选的是，所述取水结构通过多节钢筋混凝土预制的管节拼接而成，管节间采用柔性接头连接。柔性接头可以避免管节的连接处由于地面沉降而发生断裂。
13.优选的是，所述施工平台的高程与所述取水结构的底部高程一致。这样可以使得顶管设备在始发平台上安装完成后可以直接进行第一取水顶管的施工，同时，在顶管设备对第二取水顶管施工完成后，可以直接在接收平台上进行拆卸，拆卸后可以顺利地经过始发平台运出施工支洞。
14.优选的是，所述施工平台通过施工支洞与外界连通。由于江水位变化较大，受水泵吸程的限制，泵房埋深较大，基坑开挖深度较深，施工平台距离地面的高差较大，因此采用施工支洞由地面斜向下通往至施工平台，作为顶管设备进出的运输通道，施工支洞同时还可作为泵房基坑开挖出渣和混凝土浇筑的运输通道。
15.优选的是，所述顶管设备采用泥水平衡式顶管机。所述顶管设备根据不同性质的地层进行选型。其中泥水平衡式顶管机可用于粉质土和渗透系数较小的砂性土层，顶管段临近江岸，且位于常水位以下，顶管穿越地层为泥岩、泥质粉砂岩，故选用泥水平衡式顶管机。
16.采用本实用新型对某穿越临江铁路的取水顶管方案进行了技术研究，该工程位于长江岸边，取水头部和泵房位于铁路两侧，泵房最大开挖深度达到80m，顶管始发平台距泵房基坑底部13m，取水结构单根管道长583米，跨越铁路部位的埋深为32m。顶管穿越段地表层多为ⅰ、ⅱ级阶地冲积层砂卵石层、砂壤土、粉砂，卵石夹粉土，厚约8～32m；下覆基岩岩性为泥岩、泥质粉砂岩，多为微新岩体。通过研究分析，本实用新型技术方案具有以下优点及有益效果：
17.(1)本实用新型一种穿越临江铁路的取水顶管结构，能够适应复杂的临江地质环境，避免了大面积的明挖，减少侵占农田、房屋征地面积约81亩，同时还可以保证铁路交通的正常运行。
18.(2)在不影响泵站基坑开挖施工的前提下，预留顶管设备的始发平台和接收平台，仅采用单台顶管设备就能完成两条穿越临江铁路的取水顶管施工，顶管施工不影响泵站基坑开挖及泵站进水井及其它建筑物的直线施工工期，缩短施工工期约12个月。
19.(3)避免了顶管机械设备和管材在铁路两侧的转运，以及江岸码头的修建和长距离的水路运输，可节约工程投资约25万元。
20.(4)顶管始发平台基础采用齿墙和锚杆加固，可以减小始发平台的面积，使得顶管顶进的过程中反力架稳定可靠。
附图说明
21.图1是本实用新型的平面布置结构示意图；
22.图2是本实用新型的始发平台和接收平台平面大样结构示意图；
23.图3是本实用新型的始发平台剖面图。
24.附图标记：1-泵房基坑；2-取水泵房；21-进水井；3-施工平台；31-始发平台；32-接收平台；4-反力结构；41-反力架；42-齿墙；43-锚杆；5-临江工作井；51-第一临江工作井；52-第二临江工作井；6-取水结构；61-第一取水顶管；62-第二取水顶管；7-取水头部；8-铁路；9-施工支洞。
具体实施方式
25.为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例对本实用新型的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
26.下面结合附图1～3和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。
27.如图1至3所示，本实施例提供一种穿越临江铁路的取水顶管结构，包括泵房基坑1、取水泵房2、施工平台3、取水结构6、临江工作井5和取水头部7。其中，临江工作井5设于铁路8临江一侧且与取水头部7连通；泵房基坑1设于铁路8背江一侧，所述泵房基坑1内设有取水泵房2和紧邻所述取水泵房2临江一侧的用于始发和接收顶管设备的施工平台3，所述施工平台3与临江工作井5之间通过从地底穿越铁路8的取水结构6连通。施工平台3和取水泵房2均处于泵房基坑1内，可在泵房基坑1开挖的同时预留出顶管设备的施工平台3，无需二次开挖，且顶管设备在顶进施工的过程中，不影响泵房基坑1的后续施工，两者可同时进行，能够提高施工效率。
28.本实施例中，所述施工平台3包括两个相互连通的始发平台31和接收平台32，所述临江工作井5包括两个相互独立的第一临江工作井51和第二临江工作井52；所述始发平台31通过取水结构6的第一取水顶管61与所述第一临江工作井51连通，所述接收平台32通过取水结构6的第二取水顶管62与所述第二临江工作井52连通。设计两条取水顶管，便于顶管设备可以再次返回到原施工平台3，无需从地面上跨越铁路8或从水面上运输，节省了顶管设备在铁路8两侧的转运费用。同时，两条取水顶管可以满足对取水用量的需求。
29.进一步的，所述第一临江工作井51和第二临江工作井52均位于临江侧，均采用钢筋混凝土内衬结构，第一临江工作井51和第二临江工作井52的净空尺寸需满足顶管机接收和始发施工要求。
30.所述始发平台31上布置有用于给所述顶管设备提供顶进作用力的反力结构4，所述反力结构4包括反力架41、形成于反力架41基础上的齿墙42以及用于固定齿墙42的锚杆43，所述锚杆4310直径为25～28mm，长度9～12m，斜向下布置，间距120～150cm。齿墙42和锚杆43的设置可增加反力架41的基础稳定性，使得顶管设备在顶进的过程中反力架41稳定可靠。始发平台31的长度和宽度根据反力架41布设需要确定，反力架41的设置有助于顶管设备在始发平台31上向前顶进施工，可以减小始发平台31的面积。
31.所述第一取水顶管61和第二取水顶管62均通过多节钢筋混凝土预制的管节拼接而成，管节均采用钢筋混凝土预制，管节内直径根据取水泵房2的取水流量和水力计算分析
确定。管节厚度和配筋量根据管节自重、围岩压力、外水压力、内水压力和注浆压力，经计算分析确定。管节间采用柔性接头连接，柔性接头可以避免管节的连接处由于地面沉降而发生断裂。
32.本实施例中，所述始发平台31和接收平台32的高程均与所述第一取水顶管61和第二取水顶管62的底部高程一致。这样可以使得顶管设备在始发平台31上安装完成后可以直接进行第一取水顶管61的施工，同时，在顶管设备对第二取水顶管62施工完成后，可以直接在接收平台32上进行拆卸，拆卸后可以顺利地经过始发平台31运出施工支洞9。
33.进一步的，所述始发平台31和接收平台32之间互相连通，且始发平台31通过施工支洞9与外界连通。由于江水位变化较大，受水泵吸程的限制，泵房埋深较大，基坑开挖深度较深(70～80m)，施工平台3距离地面的高差较大，因此采用施工支洞9由地面斜向下通往至施工平台3，作为顶管设备进出的运输通道，施工支洞9同时还可作为泵房基坑1开挖出渣和混凝土浇筑的运输通道。
34.本实施例中，所述顶管设备采用泥水平衡式顶管机。所述顶管设备根据不同性质的地层进行选型。其中泥水平衡式顶管机可用于粉质土和渗透系数较小的砂性土层，顶管段临近江岸，且位于常水位以下，顶管穿越地层为泥岩、泥质粉砂岩，故选用泥水平衡式顶管机。
35.基于上述结构，本实施例还提供一种穿越临江铁路8的取水顶管结构的施工方法，由于顶管设备的尺寸和重量较大，受铁路8的阻隔限制，大型顶管设备无法进入江边取水施工区，故首条取水顶管(第一取水顶管61)由泵房基坑1向临江侧第一临江工作井51方向顶进；所述施工方法包括如下步骤：
36.s1、根据施工进度安排开挖泵房基坑1，当泵房基坑1开挖至取水结构6底部高程时，预留顶管设备的始发平台31和接收平台32，同时施工由地面通往始发平台31的施工支洞9；
37.s2、在预留好的始发平台31上施工反力架41，反力架41施工完成后，采用顶管设备开始第一取水顶管61的顶进施工，在第一取水顶管61的顶进施工过程中，同时进行始发平台31高程以下的泵房基坑1的开挖支护施工；
38.s3、第一取水顶管61的施工完成后，采用第一临江工作井51井口设置的龙门吊将顶管设备吊出井，转向后移入第二临江工作井52内；
39.s4、采用顶管设备开始第二取水顶管62的顶进施工，在第二取水顶管62的顶进施工过程中，同时进行接收平台32高程以下的泵房基坑1的开挖支护施工；在第二取水顶管62顶进完成前，需完成始发平台31和接收平台32高程以下泵房基坑1内的进水井21混凝土浇筑以及进水井21与泵房基坑1开挖边坡间的土石方回填，回填高程为接收平台32高程；
40.s5、第二取水顶管62施工完成后，在接收平台32拆除顶管设备后，采用运输汽车经过始发平台31和施工支洞9将顶管设备运送至地面场地存放；
41.s6、进行始发平台31高程以上部位和其它回填部位的土石方回填，直至填筑完毕。
42.进一步的，所述第一取水顶管61和第二取水顶管62总顶力f0＝迎面阻力nf 侧面阻力nk。当顶管总顶力f0＞管节允许最大顶力fdc，应设置中继间，其个数为n。f0、nf、nk、fdc、n根据《给水排水工程顶管技术规程》(cecs 246-2008)公式8.1.1、12.4.1、12.4.4和表12.4.2计算。中继间壳体外径与管节外径相同，可减少土体扰动、地面沉降和顶进阻力。
43.依据本实用新型的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本实用新型的一种穿越临江铁路的取水顶管结构及施工方法，并且能够产生本实用新型所记载的积极效果。
44.如无特殊说明，本实用新型中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此本实用新型中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
45.除非另有明确的规定和限定，本实用新型中，若有术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
46.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。