一种管道底部注浆加固的顶管施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种管道底部注浆加固的顶管施工方法，包括以下步骤：A.沿管道的铺设方向施工工作井和接收井，在工作井和接收井间于管道预置位置的下方成若干并排的水平定向孔；B.在各水平定向孔内高压注浆，形成水泥土复合结构桩；C.通过泥水平衡顶管设备将管道顶入预置位置。本发明利用水平定向钻，在工作井和接收井同时对向钻孔，并在孔内进行高压旋喷注浆，在管道管底形成水泥土复合结构桩的方法加固地基，能顺利解决在高含水量淤泥底层中进行长距离、深埋的顶管施工或不能在路面采用竖向高压旋喷桩加固的情况。取得了良好的经济和社会效益。特别是地处交通拥挤、不便在路面进行深层地基加固的情况，本发明的效益尤为突出。
【专利说明】一种管道底部注浆加固的顶管施工方法
【技术领域】
[0001]本发明用于市政管道工程施工【技术领域】，特别是涉及一种顶管道部注浆加固的顶管施工方法。
【背景技术】
[0002]随着城市规模的增大和人们环保意识的提高，城市的污水管网建设方兴未艾。传统的明挖开槽埋管方法在老城区人口密集、道路狭窄，全路段开挖的情况严重影响到城市交通和居民的正常生活和工作。而顶管施工方法较好的解决了上述问题，已得到广泛应用。顶管施工是一种非开挖施工方法，是不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。顶管法施工是在工作井内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走。一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进。其原理是借助于主顶油缸轴向推力，把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推进到接收井内，与此同时，把紧随工具管或掘进机后的管节埋设在两坑之间。现常用的几种顶管施工方法有敞开人工手掘式、气压法和密封机械式，需根据实际地质条件选用。
[0003]近几年在珠三角、长三角以及沿海地区施工的管道比较多，该地区淤泥层巨厚，地下水位高、土质差，淤泥具有高孔隙比、高含水量、高压缩性，抗剪性差，极易触变，含水量为50%~70%，常态具有软塑，承载力低的特点，工程特性差，给施工以及管道后期运营带来很大困难与风险:
(O从施工安全的角度看，由于淤泥不能形成稳定的挖掘面，当管道顶至此处时，由于受到扰动，淤泥体原来脆弱的应力平衡被破坏，淤泥会随之涌入管道内，地下水也会随之进入，严重危害施工安全。
[0004](2)从施工质量的角度看，由于淤泥地基承载力不足，管道在淤泥地层顶进中最常见的质量通病就是管道不均匀下沉造成管道轴线偏离设计轴线。
[0005](3)从施工成本的角度看，把原来设计为顶管铺设的管道改为明挖铺设，必然导致施工成本的增加。对于大口径、深埋深的管道而言，挖方量和混凝上用量大大增加了，而且由于挖深较大，还必须采取相应的支护、防护措施及对淤泥地层进行处理，大大提高施工成本。
[0006](4)从施工进度的角度看，如果没有有效的办法处理加固淤泥层，特别是对于地下水极其丰富，地下淤泥地层普遍分布的地区来说，需要管线线位变更，这会大大延长施工的工期。
[0007](5)从管道运营的角度看，管道运营后，受到内荷载与外荷载作用，管节会发生沉降；受到管节接口密实、平顺的影响，管节会发生渗漏；受淤泥地层蠕变影响，管节会发生脱开，导致运营事故发生。
[0008]泥水平衡顶管法适用的地质条件较广；可保持挖掘面的相对稳定；推进步距较小，最适于长距离顶管；工作坑内工作环境较好，作业比较安全；连续出土，推进速度快。对淤泥质土，泥水平衡顶管与直接开挖相比能节约费用10°/『20%，与人工顶管相比能节约费用1/3左右。所以，泥水平衡顶管法具有显著的社会效益、经济效益和环境效益，在淤泥及淤泥质土地层条件下施工市政管道，应该选择泥水平衡顶管法。
[0009]采用泥水平衡顶管法在淤泥土中顶管施工，机头重量大，遇到含水量大的淤泥承载力值低时，机头下沉趋势导致管道完全偏离设计轴线，在珠三角、长三角地区顶管工程中经常出现类似情况，难以解决。现多数工程采用深层搅拌桩或竖向高压旋喷桩进行软基处理，但对于管道埋深较深，管道穿过淤泥层距离较长的情况，无法使用深层搅拌桩，而高压旋喷桩则投资较大。
【发明内容】
[0010]为解决上述问题，本发明提供一种管道底部注浆加固的顶管施工方法，能够顺利解决在高含水量淤泥底层中进行长距离、深埋的顶管施工或不能在路面采用竖向高压旋喷桩加固的情况。
[0011]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种管道底部注浆加固的顶管施工方法，包括以下步骤:
A.沿管道的铺设方向施工工作井和接收井，在工作井和接收井间于管道预置位置的下方成若干并排的水平定向孔；
B.在各所述水平定向孔内高压注浆，形成水泥土复合结构桩；
C.通过泥水平衡顶管设备将管道顶入预置位置。
[0012]进一步作为本发明技术方案的改进，所述工作井和接收井均采用沉井法施工。
[0013]进一步作为本发明技术方案的改进，所述工作井和接收井施工时，在水平定向孔的成孔位置设置预埋孔。
[0014]进一步作为本发明技术方案的改进，所述工作井与接收井内同时采用水平定向钻机对向钻孔，钻孔时通过有线地磁导向仪进行控向。
[0015]进一步作为本发明技术方案的改进，钻孔的同时通过高压泥浆泵向水平定向孔内泵送泥浆并搅拌，进行泥浆护壁。
[0016]进一步作为本发明技术方案的改进，钻孔时工作井与接收井对向钻通，并在中部形成搭接段，所述搭接段的长度为2m。
[0017]进一步作为本发明技术方案的改进，工作井与接收井钻通后退钻，退钻的同时通过高压旋喷注浆工艺向水平定向孔内输送水泥浆，钻头退出后，封堵水平定向孔，以形成水泥土复合结构桩。
[0018]进一步作为本发明技术方案的改进，所述水泥土复合结构桩共设置上下两排，每排?根，水泥土复合结构桩顶部距离管道下部管壁400mm。
[0019]本发明的有益效果:由于管道穿过地层全部为淤泥层，管道埋深较深，管道穿过淤泥层距离较长，无法使用深层搅拌桩，而且穿过河道，采用高压旋喷桩则投资较大。本发明提供一种利用水平定向钻，在工作井和接收井同时对向钻孔(两排)，并在孔内进行高压旋喷注浆，在管道管底形成水泥土复合结构桩的方法加固地基，能顺利解决在高含水量淤泥底层中进行长距离、深埋的顶管施工或不能在路面采用竖向高压旋喷桩加固的情况。从工作井和接收井同时对向钻孔、高压注浆，顺利地解决了淤泥地层中顶管地基加固的问题，取得了良好的经济和社会效益。特别是地处交通拥挤、不便在路面进行深层地基加固的情况，本发明的效益尤为突出。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]下面结合附图对本发明作进一步说明:
图1是本发明实施例结构侧视图；
图2是本发明实施例结构主视图。
[0021]1.工作井I ;2.接收井；3.管道；4.预埋孔；5.搭接段；6.水泥土复合结构桩。
【具体实施方式】
[0022]参照图1、图2，本发明提供了一种管道底部注浆加固的顶管施工方法，包括以下步骤:
A.沿管道3的铺设方向采用沉井法施工工作井I和接收井2，圆形工作井I外径16.6米，深度为地面下24.7米，混凝土封底；圆形接收井2外径9.6米，深度为地下22.5米，混凝土封底，在工作井I和接收井2间于管道3预置位置的下方成若干并排的水平定向孔，在水平定向孔的成孔位置设置DN150预埋孔4，防止钻孔过程中洞口蹋孔。所述工作井I与接收井2内同时采用水平定向钻机对向钻孔，工作井I采用XZ500定向钻机，接收井2采用XZ300定向钻机，钻杆直径89mm，钻杆单根长度4.5m,采用滑动箱型钻架，调节角度10?20度。钻孔时通过有线地磁导向仪进行控向。钻孔的同时通过高压泥浆泵向水平定向孔内泵送泥浆并搅拌，进行泥浆护壁。钻孔时工作井I与接收井2对向钻通，并在中部形成搭接段5，所述搭接段5的长度为2m;
B.工作井I与接收井2钻通后退钻，退钻的同时通过高压旋喷注浆工艺向水平定向孔内输送水泥浆，水泥浆配比:高压旋喷桩固化材料选用42.5R级，普通硅酸盐水泥用量230kg/m,添加5%水玻璃。钻头退出后,封堵水平定向孔，以形成水泥土复合结构桩6,所述水泥土复合结构桩6共设置上下两排，每排7根，水泥土复合结构桩6顶部距离管道3下部管壁400mm ；
C.通过泥水平衡顶管设备将管道3顶入预置位置。
[0023]其中，根据地层条件的变化，泥浆采用复合泥浆配比技术，使用定向钻专用膨润土按5%?10%重量比加淡水配出基浆，再按基浆重量的2%?4%比例加入各种泥浆添加剂。现场配备两套高压泥浆泵，单泵的泵送能力不小于2m3/min，保证长距离穿越淤泥地层的泥浆压力和流量满足施工要求。泥浆排量为15-20L/S，泥浆压力在6-10MPa左右。
[0024]步骤A中，钻孔时通过有线地磁导向仪进行控向，钻孔期间建立穿越轴线数据库，采集控向数据，确定控向方案，泥浆与司钻重视每一个环节，认真分析各项参数，相互配合钻出复合要求的水平定向孔，钻水平定向孔时，随时对照地质资料及仪表参数分析成孔情况，达到出土准确，成孔良好。
[0025]①设定方位角
用全站仪准确定出穿越中心线，将控向信号棒放在无磁干扰的穿越中心线上，信号棒与控向仪器用信号线连接，控向仪器将显示该位置信号棒的方位角，转动信号棒，每转45°测一次方位角，测8次数值取平均后即为此位置的方位角数值。沿中心线改变信号棒的位置，再次测得方位角数值，现场至少取三个位置，最后取平均值既可作为穿越中心线准确的大地磁方位角。
[0026]②采用人工磁场进行导向孔曲线偏移控制
在穿越水道时，应密切关注钻杆走向，并记录好每根钻杆的控向数据，钻头左右偏差不能大于lm，若出现偏差大于Im的情况，应及时抽回钻杆，在人工磁场里对控向数据进行调整，每隔50米左右布设人工磁场，尤其是在穿越水域之前，反复校核控向方位角以及穿越轨迹，保持实际方位角与控向方位角的偏差在允许范围之内。在穿越水域过程中，若遇到外部磁场干扰，则保持原钻进方位角、工具面角沿直线前进，穿出干扰区后，立刻进行校正纠偏，使实际穿越轨迹与设计轨迹的偏差在允许的范围之内，以保证穿越工程的成功。
[0027]当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
【权利要求】
1.一种管道底部注浆加固的顶管施工方法，其特征在于，包括以下步骤: 沿管道的铺设方向施工工作井和接收井，在工作井和接收井间于管道预置位置的下方成若干并排的水平定向孔； 在各所述水平定向孔内高压注浆，形成水泥土复合结构桩； 通过泥水平衡顶管设备将管道顶入预置位置。
2.根据权利要求1所述的管道底部注浆加固的顶管施工方法，其特征在于:所述工作井和接收井均采用沉井法施工。
3.根据权利要求2所述的管道底部注浆加固的顶管施工方法，其特征在于:所述工作井和接收井施工时，在水平定向孔的成孔位置设置预埋孔。
4.根据权利要求1所述的管道底部注浆加固的顶管施工方法，其特征在于:所述工作井与接收井内同时采用水平定向钻机对向钻孔，钻孔时通过有线地磁导向仪进行控向。
5.根据权利要求4所述的管道底部注浆加固的顶管施工方法，其特征在于:钻孔的同时通过高压泥浆泵向水平定向孔内泵送泥浆并搅拌，进行泥浆护壁。
6.根据权利要求4或5所述的管道底部注浆加固的顶管施工方法，其特征在于:钻孔时工作井与接收井对向钻通，并在中部形成搭接段，所述搭接段的长度为2m。
7.根据权利要求6所述的管道底部注浆加固的顶管施工方法，其特征在于:工作井与接收井钻通后退钻，退钻的同时通过高压旋喷注浆工艺向水平定向孔内输送水泥浆，钻头退出后，封堵水平定向孔，以形成水泥土复合结构桩。
8.根据权利要求1所述的管道底部注浆加固的顶管施工方法，其特征在于:所述水泥土复合结构桩共设置上下两排，每排7根，水泥土复合结构桩顶部距离管道下部管壁400mmo
【文档编号】F16L1/028GK104455726SQ201410668028
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】安关峰, 叶锡钧, 张万辉, 李波, 张洪彬 申请人:广州市市政集团有限公司