一种矩形顶管遇障碍物的竖曲线下穿施工方法与流程

1.本发明涉及矩形顶管施工工法，尤其涉及一种矩形顶管遇障碍物的竖曲线下穿施工方法。


背景技术：

2.近十几年来，随着矩形顶管施工工法的不断推广，由于其具有掘进断面大、空间利用率高、能有效避开浅层管线、施工速度快等诸多优点，在城市地铁出入口和地下综合管廊中得到了广泛应用。然而，顶管碰到地下障碍物也是比较常见的。常规处理方法是将障碍物排除，但如果障碍物的排除存在困难，就会影响矩形顶管的施工工期。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种矩形顶管遇障碍物的竖曲线下穿施工方法，以安全、顺利、高效地穿越障碍物。
4.以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
5.根据本发明的一方面，提供了一种矩形顶管遇障碍物的竖曲线下穿施工方法，包括：
6.在顶管机行进至距离障碍物第一距离时，控制顶管机头伸出左上和右上两组纠偏油缸，按照第一坡度顶进下坡；
7.在顶管机行进至距离障碍物第二距离时，控制顶管机头缓慢收回左上和右上两组纠偏油缸；
8.在顶管机行进至距离障碍物第三距离时，左上和右上两组纠偏油缸完全收回，控制顶管机头同步伸出左下和右下纠偏油缸，按照第二坡度顶进上坡；
9.在顶管机距离靶心第四距离时，控制顶管机头缓慢收回左下和右下两组纠偏油缸，直至恢复至设计标高，完成此段竖曲线的顶进。
10.在一实施例中，所述第一距离为17m，所述第一坡度为1.5％，所述第二距离为3m。
11.在一实施例中，所述第三距离为1m，所述第二坡度为1％，所述第四距离为3m。
12.在一实施例中，当顶管穿越障碍物时，在该处管节和顶管机顶部连续、均匀地注入膨润土浆液。
13.在一实施例中，穿越段顶管内底所形成的弧形低洼区域采用c20细石混凝土以找坡形式消除。
14.在一实施例中，在穿越过程中，实时人工复测顶管机的姿态和已完成顶管管节的标高。
15.在一实施例中，按照第一坡度顶进下坡时，顶进速度从正常20mm/min的速度调低
至10mm/min；恢复至设计标高后，顶进速度恢复至20mm/min。
16.在一实施例中，所述障碍物为中压燃气管，在顶管机到达燃气管前1m时，燃气管临时断气，直至顶管机完全穿越。
17.在一实施例中，顶管机完全穿越后，对中压燃气管进行加压试验。
18.在一实施例中，加压试验确认中压燃气管完好无损后，临时以0.17mpa通气运行，直至顶管完全顶通，管节固定后，中压燃气管恢复正常通气。
19.本发明实施例的有益效果是：通过控制顶管机头的油缸伸缩，使顶管机在特定距离按照特定坡度顶进，实现对障碍物的竖曲线穿越，该施工方法适用于障碍物难以排除的情况，能够在较短工期内高效、安全地穿越障碍物。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
21.在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
22.图1是本发明实施例的方法流程示意图；
23.图2是现有技术中的矩形顶管的施工工艺流程；
24.图3是本发明实施例的障碍物穿越示意图；
25.图4是本发明实施例中顶管过程示意图一；
26.图5是本发明实施例中顶管过程示意图二；
27.图6是本发明实施例中顶管过程示意图三；
28.图7是本发明实施例中顶管过程示意图四；
29.图8是调整前顶管及障碍物位置关系示意图；
30.图9是调整前顶管及障碍物位置关系截面示意图；
31.图10是沿竖曲线施工后顶管与障碍物位置关系示意图。
具体实施方式
32.以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。
33.本技术实施例以苏州市某综合管廊矩形顶管下穿道路项目为例，该项目中，矩形顶管的施工工艺流程如图2所示。矩形顶管施工工艺原理如下：
34.土压平衡式矩形顶管机的开挖土舱由刀盘、胸板、土舱注浆系统等组成，刀盘切屑下来的泥土通过刀盘开口区及切屑盲区流入土舱内，土舱内的泥土通过布置在刀盘背面的搅拌棒不停的充分搅拌，再借助主顶千斤顶的推力通过胸板进行加压，产生泥土压，这一压力通过泥土及刀盘作用于整个顶管机作业面，使作业面稳定，同时采用两个螺旋输送机进行排土，螺旋输送机的排土量和主顶千斤顶的推力相适应，顶进过程中始终保持开挖土量
与排土量平衡，维持土舱内土压力稳定在预定范围内。土舱内的土压力通过预设在土舱胸板的土压传感器进行测量并传送到顶管机操作台。为保证预定的土压力可通过控制推力、推进速度、螺旋输送机转速来调节，控制原理见土舱压力控制示意图。当土舱内的土压力大于地层土压力和水压力时，地表将会隆起；当土舱内的土压力小于地层土压力和水压力时，地表将会下沉；因此，土舱内的土压力应与地层土压力和水压力保持平衡。
35.当土压平衡顶管机接通刀盘驱动电动机的电源后，顶管机的刀盘就开始转动，设在每根刀排前面的刀片则开始切削土砂，同时设在刀排后的搅拌棒对泥土仓内的土砂进行搅拌。如果土砂中的粘粒含量在20％以上时，可以不必添加作泥材料。
36.如果顶管机处在砂或砂砾层中且粘粒含量在15％以下时，则必须向泥土仓内注入以作泥材料为主的浆液，同时把它与被切削下来的土砂一起搅拌。只有当泥土仓内的泥土被改良成具有较好的塑性，流动性和止水性这
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三性
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时，搅拌才算成功，作泥材料的添加也才算合理。
37.在顶进过程中，假设顶管机顶部前面土层内的静止土压力和地下水压力之和为h，顶管机泥土仓内的压力为i；假设顶管机底部前面土层内的静止土压力和地下水压力之和为j，顶管机泥土仓内的压力为k，那么要达到土压平衡的必要条件是必须使h＝i，j＝k。
38.然而，本项目在始发井、接收井均已完成，据燃气施工单位原提供图纸，管道位置满足顶进安全距离的情况下，为了确保万无一失，在顶管设备已进场安装后，通过精测发现在距离顶管始发井23m处有一根φ160mm的中压燃气管1与顶管3断面重叠150mm，燃气管道1与顶管3之间的位置关系如图8和图9所示。
39.常规处理方法是燃气管迁改，由于迁改需要办理规划、报批、施工等一系列程序性问题，周期会比较漫长。而本项目工期紧、任务重，结合管廊线形、现有燃气管位置、上穿地铁净空等条件，采用了如图10所示的顶管竖曲线下穿既有燃气管道的施工方案。
40.由于燃气管道1嵌入顶管3断面10cm，顶进时需要先顶下坡，在燃气管道1的位置下坡25cm，保证顶管3与燃气管道1净间距15cm，过了燃气管道1后顶管3再缓慢抬升至设计标高，即沿竖曲线穿越燃气管道1。
41.如图1和图3所示，本实施例所采用的施工方法为：
42.s100，在顶管机行进至距离障碍物第一距离a时，控制顶管机头伸出左上和右上两组纠偏油缸，按照第一坡度α顶进下坡；
43.s200，在顶管机行进至距离障碍物第二距离b时，控制顶管机头缓慢收回左上和右上两组纠偏油缸；
44.s300，在顶管机行进至距离障碍物第三距离c时，左上和右上两组纠偏油缸完全收回，控制顶管机头同步伸出左下和右下纠偏油缸，按照第二坡度β顶进上坡；
45.s400，在顶管机距离靶心2第四距离d时，控制顶管机头缓慢收回左下和右下两组纠偏油缸，直至恢复至设计标高，完成此段竖曲线的顶进。
46.需要说明的是，上述步骤中的第一距离、第二距离、第三距离和第四距离均为水平方向上的距离。
47.在本项目中，燃气管道1距离洞门23m，现有始发洞门加固区6m。因此顶管机头在穿越加固区以后，距离燃气管道17m处，开始伸出左上和右上两组纠偏油缸，按照1.5％的坡度顶进，顶进时从正常20mm/min的速度调低至10mm/min的速度前进。穿越段顶管内底所形成
的弧形低洼区域采用c20细石混凝土以找坡形式消除。
48.由于纠偏油缸伸出后有一个坡度趋势的形成，因此，根据施工经验及顶管机性能，在顶管机行进至20m时，缓慢收回左上和右上两组纠偏油缸。行进至22m时左上和右上两组纠偏油缸完全收回，此时，同步伸出左下和右下两组纠偏油缸，按照1％的坡度顶进。在顶管机距离靶心2(顶管机行进方向与原设计顶进路线的交点)还剩余3m时缓慢收回左下和右下两组纠偏油缸，直至恢复至设计标高，完成此段竖曲线的顶进。顶进过程如图4～图7所示。
49.在顶管机顺利穿越燃气管道后，由于底部水土浮力和千斤顶的水平顶力作用，已顶进完成的竖曲线管道不可避免的存在缓慢上浮现象。此时，顶进过程中需要实时对已顶进完成管道进行高程监测，并在管节与燃气管道之间持续注入膨润土浆液，避免管节与燃气管道发生摩擦现象。因此在顶管机沿竖曲线穿越障碍物的过程中，每节管人工复测顶管机的姿态和已完成顶管管节的标高。顶管穿越燃气管时，在该处管节和顶管机顶部连续、均匀的注入膨润土浆液最大程度减少管节与土体的摩擦力，并防止顶管机和管节产生背土现象，确保燃气管道和管节之间有一层泥膜。
50.由于本项目中穿越的障碍物是中压燃气管，为确保穿越期间燃气管的安全，在顶管机到达燃气管前1m时燃气管临时断气，直至顶管机完全穿越。顶管机完全穿越燃气管后，协调燃气公司对燃气管进行加压试验，从0.05mpa到0.17mpa再到0.25mpa，依次试验燃气管道的气密性，确认完好无损后临时0.17mpa通气运行，直至顶管完全顶通，管节固定后恢复0.4mpa的中压正常通气。
51.综上所述，本技术实施例提供了一种矩形顶管遇障碍物的竖曲线下穿施工方法，通过控制顶管机头的油缸伸缩，使顶管机在特定距离按照特定坡度顶进，实现对障碍物的竖曲线穿越，该施工方法适用于障碍物难以排除的情况，能够在较短工期内高效、安全地穿越障碍物，为今后类似项目的处理提供了一个借鉴和参考。需要注意的是，在采取顶管竖曲线下穿既有障碍物期间，需要项目各参与方的共同参与、各工序的严格组织实施、监测单位的严密监测。此外，在面对地下工程施工时，前期的地质勘查和管线摸排尤为重要。
52.提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
53.以上所述仅为本技术的较佳实例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术保护的范围之内。