专利名称：一种管道螺旋钻法顶管施工方法
技术领域：
本发明涉及排水管道施工领域，特别是一种管道螺旋钻法顶管施工方法。
背景技术：
目前的非开挖顶管形式很多，顶管的形式主要有泥水平衡式、土压平衡式、气压平 衡式三种主要施工方法。
1、泥水平衡式顶管施工方法，主要是利用机头前端胸板前密封舱内的泥浆压力平 衡地层和地下水压力，以泥浆平衡装置自动控制，管道周围注浆形成泥浆套，开挖面土层的 稳定性好。施工过程中，主要通过机头内的纠偏千斤顶进行顶管的方向控制，一般适用于地 下水位以下的粘性土、砂性土。
2、土压平衡式顶管施工方法，主要利用机头前端胸板前密封舱内土压平衡地层和 地下水压力，以土压平衡装置自动控制，管道周围注浆形成泥浆套。施工过程中，主要通过 机头内的纠偏千斤顶进行顶管的方向控制，一般适用于软塑和流塑性粘土，软塑和流塑的 粘性土夹薄层粉砂。
3、气压式顶管施工就是以一定压力的压缩空气来平衡地下水压力、疏干地下水， 从而保持挖掘面土体稳定的一种顶管施工方法。施工过程中，主要通过机头内的纠偏千斤 顶进行顶管的方向控制，适用于粘土、粉砂土层以及渗透性系数较小的砂层、砂砾土层等。 但是施工过程中的管道周围和管道顶面的变形较大，一般适用于人工能够方便操作的较大 管径的顶管。
以上的三种顶管的施工方法都需要适应于土质，并且有相同的缺点即顶管过程 缺乏精确有效的导向手段，使得管道施工的精度难以保证。发明内容
为了克服上述技术问题，本发明的目的在于提供一种导向精确、适用范围广的管 道螺旋钻法顶管施工方法。
本发明所采用的技术方案是一种管道螺旋钻法顶管施工方法，在基坑中将定向钻杆沿所需铺设管道的轨迹钻进接 收坑先行导向，之后用螺旋钻杆及套设在螺旋钻杆外部的套筒作为出土设备，将螺旋钻杆 安装在定向钻杆后端并顶进至接收坑，最后在螺旋钻杆后端安装扩孔机头和连接在扩孔机 头后端的管道并顶进，顶进的过程中通过旋转的螺旋钻杆将泥土传输至接收坑。
作为本发明的进一步改进，所述基坑中安装顶进设备，所述顶进设备用于定向钻 杆、螺旋钻杆、扩孔机头和管道的顶进。
作为本发明的进一步改进，所述顶进设备包括固定在基坑的基座，基座上有两根 滑轨，每根滑轨上分别安装液压缸，每个液压缸的缸轴顶向基坑后壁，每个液压缸外壳的前 端有前卡口，后端有后卡口，推进机构通过夹具拆装固定在前卡口或后卡口上，推进机构包 括顶铁和旋转组件，定向钻杆、螺旋钻杆固定在旋转组件上并由旋转组件带动切削土体，套管和管道由顶铁推动，顶进时，推进机构先安装在后卡口上随液压缸推进，之后推进机构不 动，后卡口与推进机构分离，液压缸缩回并使推进机构通过夹具安装在前卡口上，继续推进 液压缸，如此循环。
作为本发明的进一步改进，所述定向钻杆的前端装有先导钻头，所述先导钻头为 扁平状，定向钻杆钻进时，在基坑中采用激光经纬仪瞄准先导钻头方向，利用先导钻头迎面 不平衡土压进行方向纠正。
作为本发明的进一步改进，所述定向钻杆包括多节长度相等的钢管，每节钢管完 全在接收坑露出后即回收。
作为本发明的进一步改进，所述螺旋钻杆顶进过程中，套管只推进不旋转，螺旋钻 杆边旋转边推进，并切削土体将土体运输至接收坑。
作为本发明的进一步改进，所述套管的后端设有与扩孔机头前端连接的切削刀 头，管道顶进过程中，扩孔机头与螺旋钻杆共轴旋转，旋转动力由扩孔机头内置的动力系统 提供，切削刀头切削的土体随螺旋钻杆运输至接收坑。
本发明的有益效果是本发明先用定向钻杆在所需铺设管道的轨迹上精确导向钻 进，之后用螺旋钻杆跟随定向钻杆顶进并出土，扩孔机头和管道在螺旋钻杆的导向下边扩 孔边顶进，直到整个管道顶进至预定的位置，整个顶进过程均提供了准确的导向，提高了管 道施工的精度，确保管道施工质量。
下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。
图1是本发明定向钻杆顶进的示意图；图2是本发明螺旋钻杆顶进的示意图；图3是本发明扩孔机头和管道顶进的示意图；图4是顶进设备的示意图；图5是先导钻头的示意图；图6是图3中切削刀头沿A向的示意图。
具体实施方式
如图1-图3所示，一种管道螺旋钻法顶管施工方法，在基坑I中将定向钻杆2沿 所需铺设管道7的轨迹钻进接收坑3先行导向，之后用螺旋钻杆4及套设在螺旋钻杆4外 部的套管5作为出土设备，将螺旋钻杆4安装在定向钻杆2后端并顶进至接收坑3，最后在 螺旋钻杆4后端安装扩孔机头6和连接在扩孔机头6后端的管道7并顶进，顶进的过程中 通过旋转的螺旋钻杆4将泥土传输至接收坑3。
以由每段长为2m的管段组成的管道7为例。顶管施工前，首先要建造一个基坑I 和一个接收坑3，基坑I尺寸最小应满足3. 5mX 2. 5m，接收坑3的尺寸应满足定向钻杆2、螺 旋钻杆4和扩孔机头6的拆除方便。
在顶管前进行全程物探设计管道轴线走向及埋深要求，在施工前要进行障碍物 的复探，在条件许可的前提下开样洞复核。在全程物探仍不能准确判别的情况下，在顶管管 道断面上设计几个孔位，通过先导钻头21进行试顶进探测，减少施工风险。
作为进一步优选的实施方式，基坑I中安装顶进设备8，定向钻杆2、螺旋钻杆4、扩 孔机头6和管道7的顶进动力主要是由顶进设备8提供，包括旋转切削的动力和推进的动 力。
如图4所示，作为进一步优选的实施方式，顶进设备8包括固定在基坑I的基座， 基座上沿顶进方向安装两根滑轨81，每根滑轨81上分别安装液压缸82，每个液压缸82的 缸轴顶向基坑I后壁。每个液压缸82外壳的前端有前卡口 83,后端有后卡口 84。推进机 构85通过夹具86拆装固定在前卡口 83或后卡口 84上，推进机构85内装有顶铁和旋转组 件，定向钻杆2、螺旋钻杆4固定在旋转组件上并由旋转组件带动切削土体，套管5和管道7 由顶铁顶推。顶进时，推进机构85先安装在后卡口 84上随液压缸82推进前移，之后推进 机构85不动，后卡口 84与推进机构85分离，液压缸82缩回并使推进机构85通过夹具86 安装在前卡口 83上，继续推进液压缸82，如此循环。
对于每段2m的管段来说，若用传统的顶进设备，液压缸的长度加上缸轴的长度使 得基坑I的挖设尺寸从理论来说必须大于4m，实际上更可能是需要挖设5m以上，其施工成 本相当高，而且也要用到的大型号的液压缸。本实施例通过在液压缸82外壳设置前卡口 83 和后卡口 84，一段管段可以分开两次顶进，即将2m分成更小的尺寸进行顶进，工作人员无 需使用大型号的液压设备，而且有效减少了基坑I的结构尺寸，从而大大节约了施工成本。
作为进一步优选的实施方式，定向钻杆2的前端装有先导钻头21，先导钻头21为 扁平状。定向钻杆2钻进时，在基坑I中采用激光经纬仪瞄准先导钻头21方向，利用先导 钻头21迎面不平衡土压进行方向纠正。该先导钻头21及其受力情况参考图5。
作为进一步优选的实施方式，如图1所示，定向钻杆2包括多节长度均为2m的钢 管，定向钻杆2的顶进时，先顶进一节钢管，之后在该节钢管后端安装另一节顶进，如此重 复操作，直到安装了先导钻头21的最前端一节钢管从接收坑3中露出。每节钢管完全在接 收坑3露出后即回收。
作为进一步优选的实施方式，如图2所示，先导钻头21到达接收坑3后，在定向钻 杆2的最后端连接螺旋钻杆4和套管5进行顶进，套管5比钻杆略大2cm并套设在螺旋钻 杆4外。螺旋钻杆4和套管5均为对应的2m—节。螺旋钻杆4顶进过程中，套管5只推进 不旋转，螺旋钻杆4边旋转边推进，并切削土体将土体运输至接收坑3，整个过程需控制螺 旋钻杆4的转速和推进速度,保证土体的粒径不超过15mm,以防止卡管造成出土困难。
作为进一步优选的实施方式，如图3所示，所述套管5的后端设有与扩孔机头6前 端连接的切削刀头9。螺旋钻杆4和套管5顶进完成后，螺旋钻杆4的最后端安装扩孔机 头6，扩孔机头6后方连接所需要顶进的管道7，且从接收坑3中回收螺旋钻杆4和套管5。 进行管道7顶进的同时，在管外围注减摩浆液。螺旋钻杆4引导下，管道7向前推进，顶进 过程中，切削刀头9切削出来的土体通过螺旋钻杆4和套管5运输到接收坑3，以减少顶进 的土压力。管道7顶进过程中，扩孔机头6与螺旋钻杆4共轴旋转，旋转动力由扩孔机头6 内置的动力系统提供。
如图6所示，切削刀头9通过法兰盘92连接在扩孔机头6的前端，包括若干沿螺 旋钻杆4的四周布置的刀体91，与螺旋钻杆一起旋转切削土体。切削刀头9的长度约为螺 旋钻杆4直径的1-2倍，相邻刀体91的间距相同。通过改变切削刀头9的长度和相邻刀体 91的间距可以控制土体粒径和套筒5内进土速度，以达到适应不同土层顶进的目的；通过螺旋钻杆4的旋转速度和扩孔机头6的推进速度控制开挖面的稳定性管道7每次顶进量应严格根据出泥多少决定。顶进一定距离后一般要重新测量出泥量 一次，以确定扩孔机头6的偏差。
在扩孔机头6的尾部有压浆孔，这里的压浆必须首先得到保证。压注触变泥浆的 一般要求是先压后顶，随顶随压，出口压力必须大于地下水压力，压浆量控制在理论压浆量 的1. 5倍左右。
管道7完全顶进到位后从接受坑中回收扩孔机头6。
以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制。
权利要求
1.一种管道螺旋钻法顶管施工方法，其特征在于在基坑(1)中将定向钻杆(2)沿所需铺设管道(7)的轨迹钻进接收坑(3)先行导向，之后用螺旋钻杆(4)及套设在螺旋钻杆 (4)外部的套管(5)作为出土设备，将螺旋钻杆(4)安装在定向钻杆(2)后端并顶进至接收坑(3)，最后在螺旋钻杆(4)后端安装扩孔机头(6)和连接在扩孔机头(6)后端的管道(7) 并顶进，顶进的过程中通过旋转的螺旋钻杆(4)将泥土传输至接收坑(3)。
2.根据权利要求1所述的管道螺旋钻法顶管施工方法，其特征在于所述基坑(I)中安装顶进设备(8)，所述顶进设备⑶用于定向钻杆(2)、螺旋钻杆(4)、扩孔机头(6)和管道(7)的顶进。
3.根据权利要求2所述的管道螺旋钻法顶管施工方法，其特征在于所述顶进设备(8) 包括固定在基坑(I)的基座，基座上有两根滑轨(81)，每根滑轨(81)上分别安装液压缸(82),每个液压缸(82)的缸轴顶向基坑(I)后壁，每个液压缸(82)外壳的前端有前卡口(83)，后端有后卡口(84)，推进机构(85)通过夹具(86)拆装固定在前卡口(83)或后卡口(84)上，推进机构(85)包括顶铁和旋转组件，定向钻杆(2)、螺旋钻杆(4)固定在旋转组件上并由旋转组件带动切削土体，套管(5)和管道(7)由顶铁推动，顶进时，推进机构(85)先安装在后卡口(84)上随液压缸(82)推进，之后推进机构(85)不动，后卡口(84)与推进机构(85)分离，液压缸(82)缩回并使推进机构(85)通过夹具(86)安装在前卡口(83)上， 继续推进液压缸(82)，如此循环。
4.根据权利要求1或2或3所述的管道螺旋钻法顶管施工方法，其特征在于所述定向钻杆⑵的前端装有先导钻头(21)，所述先导钻头(21)为扁平状，定向钻杆(2)钻进时， 在基坑(I)中采用激光经纬仪瞄准先导钻头(21)方向，利用先导钻头(21)迎面不平衡土压进行方向纠正。
5.根据权利要求4所述的管道螺旋钻法顶管施工方法，其特征在于所述定向钻杆(2) 包括多节长度相等的钢管，每节钢管完全在接收坑(3)露出后即回收。
6.根据权利要求1或2或3所述的管道螺旋钻法顶管施工方法，其特征在于所述螺旋钻杆(4)顶进过程中，套管(5)只推进不旋转，螺旋钻杆(4)边旋转边推进，并切削土体将土体运输至接收坑(3)。
7.根据权利要求1或2或3所述的管道螺旋钻法顶管施工方法，其特征在于所述套管(5)的后端设有与扩孔机头(6)前端连接的切削刀头(9)，管道(7)顶进过程中，扩孔机头(6)与螺旋钻杆(4)共轴旋转，旋转动力由扩孔机头￠)内置的动力系统提供，切削刀头 (9)切削的土体随螺旋钻杆(4)运输至接收坑(3)。
全文摘要
本发明涉及一种管道螺旋钻法顶管施工方法，在基坑中将定向钻杆沿所需铺设管道的轨迹钻进接收坑先行导向，之后用螺旋钻杆及套设在螺旋钻杆外部的套筒作为出土设备，将螺旋钻杆安装在定向钻杆后端并顶进至接收坑，最后在螺旋钻杆后端安装扩孔机头和连接在扩孔机头后端的管道并顶进，顶进的过程中通过旋转的螺旋钻杆将泥土传输至接收坑。本发明先用定向钻杆在所需铺设管道的轨迹上精确导向钻进，之后用螺旋钻杆跟随定向钻杆顶进并出土，扩孔机头和管道在螺旋钻杆的导向下边扩孔边顶进，直到整个管道顶进至预定的位置，整个顶进过程均提供了准确的导向，提高了管道施工的精度，确保管道施工质量。本发明适用于排水管道的施工领域。
文档编号E03F3/06GK103046637SQ201210566370
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年12月21日
发明者朱克东, 张广春, 安关锋, 刘天俊, 段木子, 黄秋莹, 李建明, 李德山, 邹锋 申请人:广州市市政集团有限公司, 广州市市政工程机械施工有限公司