一种接收顶管机的施工方法以及施工用的钢套筒的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种接收顶管机的施工方法以及施工用的钢套筒，该施工方法能将达不到接收井的顶管机收回并完成施工工程，所用的钢套筒能配合顶管机后的千斤顶方便的将顶管机顶出，先自接收井向顶管机方向开挖隧洞将顶管机露出部分，在顶管机周边钻孔，释放土体挤压力，然后焊接拼装钢套筒，推进顶管机，最后利用卷扬机牵拉机头至接收井，在使用汽车将顶管机吊出接收井并转运出施工现场；与现有技术相比，本发明采用自接受井向顶管机停止位置挖掘的方式将顶管机回收，同时完成顶管机的原定施工作业，使用顶管机周边钻孔以及钢套筒推进顶管机等步骤降低顶管机出洞难度，安全有效的完成施工作业。
【专利说明】
-种接收顶管机的施工方法从及施工用的钢套筒
技术领域
[0001] 本发明设及一种顶管施工技术，特别是接收顶管机的施工方法W及施工用的钢套 筒。
【背景技术】
[0002] 正常的顶管施工为在工作井将顶管机放入，顶管机向接收井方向前进，然后在接 收井将顶管机收回。但是如遇特殊情况，顶管机和顶管机后面的混凝±管未到接收井就在 地下不能动了，并且在顶管机停下的位置不能增设接收井时，需要一种有效的方式将顶管 机收回，且将未完成的工程完成。
【发明内容】
[0003] 本发明提供一种接收顶管机的施工方法，能将不能到达接收井的顶管机收回，且 将中断的施工工程完成。
[0004] 本发明还提供一种顶管机施工用的钢套筒，能配合顶管机后的千斤顶方便的将顶 管机顶出。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明一种接收顶管机的施工技术，包括W下步骤:一、 自接收井向顶管机方向开挖隧桐至距顶管机5m位置，喷射IOcm厚混凝±封闭掌子面;二、钻 孔泄压，使用YT28钻孔机自掌子面水平向在顶管机头外围钻泄水孔，卸除存留在顶管机头 泥水仓内的泥水压力;=、施工止浆墙，钻孔泄压后，继续挖掘到距离顶管机头3m位置，按现 有技术在掌子面施工止浆墙；四、隧桐超前帷幕预注浆，对顶管机附近±体采用现有技术进 行超前帷幕预注浆施工，进而固结±体，注浆长度9m，注浆加固范围自隧桐开挖线向外2m; 五、钻设探孔，验证注浆效果，自掌子面向顶管机头附近±体钻探孔，对注浆后±体进行钻 孔抽忍，采用现有技术验证预注浆长度及±体固结效果;六、隧桐掘进露出顶管机头，并对 隧桐侧壁和掌子面进行初期支护施工，对±体的超前帷幕预注浆效果验证合格后，继续掘 进至露出部分顶管机头，并对隧桐侧壁W及掌子面采用现有技术进行初期支护;屯、机头周 边钻孔，释放±体挤压力，在紧贴顶管机处钻设一圈孔，将顶管机大部分外壁与±体分离并 释放岩±体对顶管机的挤压应力。八、隧桐底板、矮边墙混凝±诱筑，在隧桐底板位置按现 有技术埋设钢筋并诱筑混凝±使掘进隧桐底板标高与顶管机底面标高平齐;隧桐底板诱筑 混凝±时，在预设的钢轨的位置每隔2m预埋一块10 X 5 X 0.5cm的钢板，钢板的底面由钢筋 连接到诱筑的底板混凝±里的主筋上，在远离顶管机的接收井的一侧、钢轨所在位置的外 侧两边，一边预埋反力架预埋件，另一边预埋卷扬机预埋件;九、钢轨安装，底板混凝±养护 二十八天，强度达到现有技术可W铺设钢轨的要求后，开始铺设钢轨;十、焊接拼装钢套筒， 推进顶管机，在顶管机头尾部设有多个千斤顶，在千斤顶后，节段的拼装焊接钢套筒进行顶 管作业，所述钢套筒包括由不小于20mm厚的钢板围成的圆筒形侧壁，在侧壁靠近千斤顶的 端部焊接垂直于侧壁并向内凸出的圆环形的反力座法兰盘，在反力座法兰盘和侧壁内壁之 间焊接多个支撑在法兰盘和侧壁之间的直角=角形的加劲板，顶管机从±体中顶出后，直 接进入预先铺设的钢轨上;十一、卷扬机、反力架安装，按照现有技术利用卷扬机预埋件错 固安装卷扬机，利用反力架预埋件焊接成反力架;十二、卷扬机牵拉机头至接收井，顶管机 完全出桐后，顶管机前端设有动滑轮，自卷扬机上拉出钢丝绳后绕过所述动滑轮与反力架 固定连接，开动卷扬机牵引顶管机在钢轨上滑动，直至顶管机牵引至接收井中；十=、顶管 机吊装至地面运出现场，顶管机牵引至接收井后，使用汽车将顶管机吊出接收井并转运出 施工现场。
[0006] 本发明所述步骤六中所述的初期支护构造为先在隧桐侧壁上架设格栅钢架，然后 向隧桐侧壁垂直插入多个中空的注浆错杆，在铺设双层钢筋网，最后喷射30cm厚的混凝±。
[0007] 本发明所述步骤屯中紧贴顶管机处钻孔，钻孔长度9~10m，直径IOcm左右，孔距采 用连环孔形式，钻孔范围为沿着除了机头下方90° W外的270°钻孔。
[0008] 本发明所述步骤八中还按现有技术在隧桐两侧、钢轨的外侧诱筑矮边墙。
[0009] 本发明所述步骤九中钢轨采用38.73kg/m的钢轨，高度mm，钢轨间距102畑1，钢轨接 头间距小于5mm，高低和左右错差小于2mm，所述钢轨的外侧使用型钢支撑在矮边墙上。
[0010] 本发明所述步骤十中所述钢套筒为在施工现场焊接完成的结构。
[0011] 本发明所述在所述加劲板与反力座法兰盘和侧壁内壁之间采用双面焊缝满焊。
[0012] 本发明所述在所述顶管机尾部设有九个千斤顶。
[0013] 本发明所述的一种顶管机用钢套筒，包括圆筒形的侧壁，所述侧壁靠近千斤顶的 端部焊接有垂直于侧壁并向内凸出的圆环形的反力座法兰盘，在所述反力座法兰盘和侧壁 内壁之间焊接多个支撑在反力座法兰盘，和侧壁之间的直角=角形的加劲板。
[0014] 本发明所述一种顶管机用钢套筒，所述侧壁为多块20mm厚的钢板焊接构成，所述 反力座法兰盘为预制好的弧形钢板拼接后双面焊缝满焊构成，所述加劲板与反力座法兰盘 和侧壁内壁之间采用双面焊缝满焊，所述加劲板之间环形间距25cm。
[0015] 与现有技术相比，本发明采用自接受井向顶管机头停止位置挖掘的方式将顶管机 头回收，同时完成顶管机头的原定施工作业，使用顶管机头周边钻孔W及钢套筒推进顶管 机等步骤降低顶管机出桐难度，安全有效的完成施工作业。
【附图说明】
[0016] 图1为在隧桐内向顶管机掘进的结构示意图。
[0017] 图2为步骤六隧桐掘进露出顶管机头初期支护施工的结构示意图。
[0018] 图3为步骤屯在机头周边钻孔的结构示意图。
[0019] 图4为钢套筒配合千斤顶施工的剖视图。
[0020] 图5为钢套筒的立体结构示意图。
[0021 ]图6为卷扬机搭配反力架牵拉顶管机的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的说明，如图1-6所示。
[0023] -种接收顶管机1的施工技术，包括W下步骤：
[0024] 一、自接收井8向顶管机1方向开挖隧桐3至距顶管机1头5m位置。（如图1所示）
[0025] 自接收井8向顶管机1方向开挖隧桐3,开挖面积大于顶管机头横断面轮廓尺寸，至 距顶管机头5m位置时停止挖掘，喷射IOcm厚混凝±封闭掌子面31。
[0026] 二、钻孔泄压。
[0027] 在顶管机1之前向前挖掘施工的过程中，由于顶管机头一直向±体钻进，在顶管机 头的泥水仓一直留存具有很大压力的泥水，为了防止自接收井8向顶管机1挖掘的过程中随 着±体越来越薄，泥水仓的泥水由于压力过大使±体巧塌，需要先将顶管机头的泥水压力 卸掉，使用YT28钻孔机钻泄水孔，卸除存留在顶管机头泥水仓内的泥水压力，泄水孔位置为 自掌子面31水平向在顶管机头外围钻孔
[002引 S、施工止浆墙。
[0029] 钻孔泄压后，继续挖掘到距离顶管机头3m位置，按现有技术在掌子面31施工止浆 墙。
[0030] 四、隧桐超前帷幕预注浆。
[0031] 为了防止隧道掘进过程及顶管机1出桐过程中出现±体不稳定或者桐内涌水事 故。对顶管机1附近±体采用现有技术进行超前帷幕预注浆施工，进而固结±体，可W防止 涌水W及巧塌，注浆长度9m，注浆加固范围自隧桐3开挖线向外2m。
[0032] 五、钻设探孔，验证注浆效果。
[0033] 为验证超前帷幕预注浆对±体加固成效，对注浆后±体选取数个位置进行钻孔抽 忍，采用现有技术验证预注浆长度及±体固结效果，自掌子面31向顶管机头附近±体钻探 孔。
[0034] 六、隧桐掘进露出顶管机头，初期支护施工。
[0035] 对±体的超前帷幕预注浆效果验证合格后，继续掘进至露出部分顶管机1，并对隧 桐侧壁32W及掌子面31进行初期支护。初期支护构造为采用现有技术，先在隧桐侧壁32W 及掌子面31上架设格栅钢架，然后向隧桐侧壁32W及掌子面31垂直插入多个中空的注浆错 杆，在铺设双层钢筋网，最后喷射30cm厚的混凝±。
[0036] 屯、机头周边钻孔，释放±体挤压力
[0037] 由于进行了超前帷幕预注浆止水。注浆过程中高压浆液挤压充填了围岩之间的节 理裂隙，注浆的浆液将顶管机1与周围岩±体粘结在一起，同时由于±体中空隙被浆液充 满，浆液固化产生体积膨胀进一步增加了顶管机1与周边±体的摩擦阻力。为了使顶管机1 能顺利顶出，须设法减小岩±体对顶管机1的握裹作用。
[0038] 因此，在紧贴顶管机1处钻孔，钻孔长度9~IOm，直径IOcm左右，孔距采用连环孔形 式，沿着除了机头下方90° W外的270°范围钻设一圈孔，将顶管机1大部分外壁与±体分离 并释放岩±体对顶管机1的挤压应力。
[0039] 八、隧桐底板、矮边墙混凝±诱筑
[0040] 由于掘进隧桐3尺寸比顶管尺寸大，掘进隧桐3的底板标高比顶管底板标高低，为 方便顶管机1平稳移动到隧桐3中，在隧桐3底板位置按现有技术埋设钢筋并诱筑混凝±使 掘进隧桐3底板标高与顶管机1底面标高平齐。隧桐3底板诱筑混凝±时，在预设的钢轨5的 位置每隔2m预埋一块10 X 5 X 0.5cm的钢板，钢板的底面由钢筋连接到诱筑的底板混凝±里 的主筋上，在远离顶管机IW及接收井8的一侧、钢轨5所在位置的外侧两边，一边预埋反力 架预埋件，另一边预埋卷扬机预埋件。为方便支撑钢轨5,防止钢轨5在顶管机1自重作用下 发生向外的倾斜，按现有技术在隧桐3两侧、钢轨5的外侧诱筑矮边墙。
[0041 ]所述反力架预埋件和卷扬机预埋件及预埋的方式为现有技术。
[0042] 九、钢轨安装
[0043] 底板混凝±养护28天，强度达到现有技术可W铺设钢轨5的要求后，开始铺设钢轨 5。
[0044] 钢轨5采用38.73kg/m的钢轨，高度134mm，钢轨5间距102cm，安装钢轨5时将其与预 埋的钢板焊接牢固，为了避免顶管机1牵拉时发生横向移位，钢轨5的外侧使用型钢撑在矮 边墙上;钢轨5安装要接头平顺，轨道接头使用道夹板(鱼尾板），并用4条螺栓固定。钢轨5接 头间距小于5mm，高低和左右错差小于2mm。新轨道接头不高于前轨道尾端接头，W免形成阻 碍顶管机1牵拉的轨面错台。
[0045] 十、钢套筒预制、焊接拼装
[0046] 顶管机1按现有技术，为使用千斤顶2配合混凝±管在±体中顶进的方式，正常的 施工方式是在工作井增加混凝±管前进，但是本发明所述为混凝±管不能在±体中移动的 情况，需在原有混凝±管的基础上顶进顶管机1，因此设计钢套筒4结构用于顶管机1尾端和 原混凝±管之间支护周边围岩W及作为顶管机1新的行程起点。在顶管机1头尾部设有千斤 顶2,随着顶管机1头的前进，节段的拼装焊接钢套筒4进行顶管作业。
[0047] 所述钢套筒4包括由不小于20mm厚的钢板围成的圆筒形侧壁41，在侧壁41靠近千 斤顶2的端部焊接垂直于侧壁41并向内凸出的圆环形的反力座法兰盘42,在反力座法兰盘 42和侧壁41内壁之间焊接多个支撑在反力座法兰盘42和侧壁41之间的直角S角形的加劲 板43。所述钢套筒4为在施工现场焊接完成的结构。
[0048] 在现场施工的时候，当千斤顶2顶进50cm行程后，千斤顶2缩回，在前个钢套筒4或 混凝±管靠近千斤顶2的一端焊接形成新的钢套筒4,焊接的方式为先焊接侧壁41，侧壁41 由多块厚钢板拼接构成，优选侧壁41为九块钢板拼接而成，然后在侧壁41靠近千斤顶2的端 部焊接反力座法兰盘42，反力座法兰盘42也为多块钢板拼接构成，优选法兰盘为九块钢板 拼接而成，然后在反力座法兰盘42和侧壁41内壁垂直夹角处焊接多块直角=角形的加劲板 43加固环形的反力座法兰盘42,加劲板43的直角部分正好位于反力座法兰盘42和侧壁41内 壁垂直夹角处，加劲板43与加劲板43之间环向间距25cm，焊接好后开动千斤顶2,使千斤顶2 顶在焊接好的反力座法兰盘42上推动顶管机1头向隧桐3前进。如此循环直至将顶管机1头 全部顶进至隧桐3内。反力座法兰盘42与侧壁41之间、加劲板43和反力座法兰盘42 W及侧壁 41之间都采用双面焊缝满焊。
[0049] 随着钢套筒4的陆续接长，起到了钢管支护周边围岩的作用，反力座法兰盘42又作 为钢套筒4的加劲肋，增强钢套筒4对管外围岩的支撑刚度。
[0050] 十一、千斤顶安装。
[0051] 在顶管机1尾部按照环形均匀布置多个液压千斤顶2作为顶管机1在±体中前进的 动力。
[0052] 常规的机头顶进阻力计算如下式所示：
[0化3]
[0054]式中；
[0化5] P-计算的总顶力，单位kN;
[0056] 丫一管道所处±层的重力密度，单位kN/m3，实施例1取±-立方厘米，重2g，其重 力密度为19.6kN/m3;
[0化7] Dl-管道的外径，2.68m;
[0化引H-管道顶部W上覆盖±层的厚度，26.42m;
[0059] (6-管道所处±层的内摩擦角;实施例1为全风化花岗岩，取值25°。
[0060] O-管道单位长度的自重，93.75kN/m;
[0061] L 一管道的计算顶进长度，5m;
[0062] f-顶进时管道表面与其周围±层之间的摩擦系数，±层取值参照砂±、亚砂±， 干±状态(注双液浆固结后），取值为0.6。
[0063] Ps-顶进时顶管掘进机的迎面阻力，单位kN，因顶管机头已经在挖掘后露出，所W Ps 为OkN。
[0064]
[00化]P = 12151.4kN
[0066] 因此正常情况下至少需配置十S个1000 kN的千斤顶2,总顶力为13000kN。但由于 步骤屯中事先在顶管机1周边钻孔，进而释放了±体的挤压力，所W实际不需要十=个千斤 顶2，而是使用了九个千斤顶2。
[0067] 千斤顶2安装完成，配合步骤十所述的钢套筒4,开始正式顶推顶管机1。顶管机1从 ±体中顶出后，直接进入预先铺设的钢轨5上。
[0068] 十二、卷扬机、反力架安装
[0069] 按照现有技术利用卷扬机预埋件错固安装卷扬机7支座，采用利用反力架预埋件 焊接成反力架6。
[0070] 十=、卷扬机牵拉机头至接收井
[0071] 顶管机1完全出桐后，自卷扬机7上拉出钢丝绳后绕过顶管机1前端的动滑轮与反 力架6固定连接，开动卷扬机7牵引顶管机1在钢轨5上滑动，直至顶管机1牵引至接收井8中 (如图6所示）。
[0072] 十四、顶管机吊装至地面运出现场。
[0073] 顶管机1牵引至接收井8后，使用汽车将顶管机1吊出接收井8并转运出施工现场， 完成施工。
【主权项】
1. 一种接收顶管机的施工技术，包括以下步骤： 一、 自接收井(8)向顶管机（1)方向开挖隧洞（3)至距顶管机（l)5m位置，喷射10cm厚混 凝土封闭掌子面(31); 二、 钻孔泄压，使用YT28钻孔机自掌子面(31)水平向在顶管机头外围钻泄水孔，卸除存 留在顶管机头泥水仓内的泥水压力； 三、 施工止浆墙，钻孔泄压后，继续挖掘到距离顶管机头3m位置，按现有技术在掌子面 (31)施工止浆墙； 四、 隧洞超前帷幕预注浆，对顶管机（1)附近土体采用现有技术进行超前帷幕预注浆施 工，进而固结土体，注浆长度9m，注浆加固范围自隧洞(3)开挖线向外2m; 五、 钻设探孔，验证注浆效果，自掌子面(31)向顶管机头附近土体钻探孔，对注浆后土 体进行钻孔抽芯，采用现有技术验证预注浆长度及土体固结效果； 六、 隧洞掘进露出顶管机头，并对隧洞侧壁(32)和掌子面(31)进行初期支护施工，对土 体的超前帷幕预注浆效果验证合格后，继续掘进至露出部分顶管机头，并对隧洞侧壁(32) 以及掌子面(31)采用现有技术进行初期支护； 七、 机头周边钻孔，释放土体挤压力，在紧贴顶管机（1)处钻设一圈孔，将顶管机（1)大 部分外壁与土体分离并释放岩土体对顶管机(1)的挤压应力。 八、 隧洞底板、矮边墙混凝土浇筑，在隧洞（3)底板位置按现有技术埋设钢筋并浇筑混 凝土使掘进隧洞(3)底板标高与顶管机(1)底面标高平齐;隧洞(3)底板浇筑混凝土时，在预 设的钢轨(5)的位置每隔2m预埋一块10X5X0.5cm的钢板，钢板的底面由钢筋连接到浇筑 的底板混凝土里的主筋上，在远离顶管机(1)的接收井(8)的一侧、钢轨(5)所在位置的外侧 两边，一边预埋反力架预埋件，另一边预埋卷扬机预埋件； 九、 钢轨安装，底板混凝土养护二十八天，强度达到现有技术可以铺设钢轨（5)的要求 后，开始铺设钢轨(5); 十、焊接拼装钢套筒，推进顶管机（1)，在顶管机头尾部设有多个千斤顶（2)，在千斤顶 (2)后，节段的拼装焊接钢套筒(4)进行顶管作业，所述钢套筒(4)包括由不小于20mm厚的钢 板围成的圆筒形侧壁(41)，在侧壁(41)靠近千斤顶(2)的端部焊接垂直于侧壁(41)并向内 凸出的圆环形的反力座法兰盘(42)，在反力座法兰盘(42)和侧壁(41)内壁之间焊接多个支 撑在法兰盘和侧壁(41)之间的直角三角形的加劲板(43)，顶管机（1)从土体中顶出后，直接 进入预先铺设的钢轨(5)上； 十一、卷扬机、反力架安装，按照现有技术利用卷扬机预埋件锚固安装卷扬机(7)，利用 反力架预埋件焊接成反力架(6); 十二、卷扬机牵拉机头至接收井，顶管机（1)完全出洞后，顶管机（1)前端设有动滑轮， 自卷扬机(7)上拉出钢丝绳后绕过所述动滑轮与反力架(6)固定连接，开动卷扬机(7)牵引 顶管机(1)在钢轨(5)上滑动，直至顶管机(1)牵引至接收井(8)中； 十三、顶管机（1)吊装至地面运出现场，顶管机（1)牵引至接收井(8)后，使用汽车将顶 管机(1)吊出接收井(8)并转运出施工现场。2. 根据权利要求1所述的一种接收顶管机的施工技术，其特征在于:步骤六中所述的初 期支护构造为先在隧洞侧壁(32)上架设格栅钢架，然后向隧洞侧壁(32)垂直插入多个中空 的注浆锚杆，在铺设双层钢筋网，最后喷射30cm厚的混凝土。3. 根据权利要求1所述的一种接收顶管机的施工技术，其特征在于:步骤七中紧贴顶管 机(1)处钻孔，钻孔长度9~10m，直径10cm左右，孔距采用连环孔形式，钻孔范围为沿着除了 机头下方90°以外的270°钻孔。4. 根据权利要求1所述的一种接收顶管机的施工技术，其特征在于:步骤八中还按现有 技术在隧洞(3)两侧、钢轨(5)的外侧浇筑矮边墙。5. 根据权利要求4所述的一种接收顶管机1的施工技术，其特征在于:步骤九中钢轨(5) 采用38.73kg/m的钢轨，高度134mm，钢轨(5)间距102cm，钢轨(5)接头间距小于5mm，高低和 左右错差小于2_，所述钢轨(5)的外侧使用型钢支撑在矮边墙上。6. 根据权利要求1所述的一种接收顶管机的施工技术，其特征在于:步骤十中所述钢套 筒(4)为在施工现场焊接完成的结构。7. 根据权利要求6所述的一种接收顶管机的施工技术，其特征在于:在所述加劲板(43) 与反力座法兰盘(42)和侧壁(41)内壁之间采用双面焊缝满焊。8. 根据权利要求7所述的一种接收顶管机的施工技术，其特征在于:在所述顶管机（1) 尾部设有九个千斤顶(2)。9. 根据权利要求1所述的一种顶管机用钢套筒，其特征在于:所述钢套筒(4)包括圆筒 形的侧壁(41)，所述侧壁(41)靠近千斤顶(2)的端部焊接有垂直于侧壁(41)并向内凸出的 圆环形的反力座法兰盘(42)，在所述反力座法兰盘(42)和侧壁(41)内壁之间焊接多个支撑 在反力座法兰盘(42)，和侧壁(41)之间的直角三角形的加劲板(43)。10. 根据权利要求9所述一种顶管机用钢套筒，其特征在于:所述侧壁(41)为多块20mm 厚的钢板焊接构成，所述反力座法兰盘(42)为预制好的弧形钢板拼接后双面焊缝满焊构 成，所述加劲板(43)与反力座法兰盘(42)和侧壁(41)内壁之间采用双面焊缝满焊，所述加 劲板(43)之间环形间距25cm 〇
【文档编号】E21D20/00GK106014427SQ201610521064
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月5日
【发明人】王媛, 杨雄, 叶智威, 陈为, 梁敏, 郭正群
【申请人】深圳市路桥建设集团有限公司