一种利用中继间促使顶管脱困方法与流程

1.本发明属于市政顶管施工领域，具体涉及一种利用中继间促使顶管脱困方法。


背景技术：

2.顶管施工就是非开挖施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。顶管法施工就是在工作坑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及管道间、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起。管道紧随工具管或掘进机后，埋设在两坑之间。
3.顶管作业需要在地面上新建顶管工作井及接收井，由于城市化建设较为完备，井室落位较难实现。故工程设计时，考虑到井室落位限制，通常会加大井距，减少井位设置。长距离顶管过程中，由于顶距过长，顶进阻力较大，中继间配置约100m左右一套。顶管施工过程中，存在的影响因素较多，停机后重新启动顶力势必增长，存在极大的抱死的风险。
4.在富水圆砾层地质条件下，渗透系数较大、停机后减阻泥浆容易扩散，且富水圆砾层内砂卵石含量较高，管道外壁摩阻力较大，停机后出现抱死现象的可能性极大。管道抱死后，单纯的增加顶力以求解困的危害较大，容易将管道挤碎，失去继续传力的作用，因此研究一种顶管脱困方法具有很大的意义。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提供一种利用中继间促使顶管脱困方法，逐渐松动同步压注减阻泥浆，以达到整体启动解困的效果。
6.具体技术方案为：一种利用中继间促使顶管脱困方法，（1）去除受困管节的后一节顶管部分区域用于安置中继间，中继间的油缸与顶管的油缸槽对应接触，所述油缸槽为能够陈放油缸端头的凹槽；（2）通过调整中继间各个油缸的压力，使得受困顶管发生倾斜位移；（3）不断调整中继间各个油缸的压力，使得受困顶管发生变化的倾斜位移，促使受困顶管周围物质受到挤压，而使得管口变大，从而实现顶管脱困；（4）管材顶动后，外壁与土体之间形成空隙，同步压注减阻泥浆，降低摩阻力。
7.进一步，在长距离管材顶进时，在一定的间隔内安装带有油缸槽的顶管，即顶管端口设置有若干个油缸槽。
8.进一步，在受困顶管的前一顶管端口处人为加工出若干个油缸槽。
9.进一步，中继间油缸两端用10~30mm厚木垫板及20~30mm厚钢板传力。
10.中继间为在长距离顶管中用于分段顶进而设在管段中间的封闭的环形小室。一般用钢材制作，沿管环设置油缸（千斤顶）。
11.有益效果：本发明在受困管节的后一节顶管部分区域用于安置中继间，中继间的油缸与顶管的油缸槽对应接触，通过调整中继间各个油缸的压力，使得受困顶管发生倾斜
位移；不断调整中继间各个油缸的压力，使得受困顶管发生变化的倾斜位移，促使受困顶管周围物质受到挤压，而使得顶管附近的管口变大，从而实现顶管脱困；本发明能够实现受困中继间的脱困。
附图说明
12.图1为本发明中便于脱困的顶管的主视图；图2为本发明中便于脱困的顶管实施例1中剖视图；图3为本发明中便于脱困的顶管实施例2中剖视图；图4为本发明中便于脱困的顶管实施例3中剖视图；图5为本发明中便于脱困的顶管实施例4中剖视图；图6为本发明中便于脱困的顶管实施例5中剖视图；其中，1顶管；2油缸槽；3钢圈；4圆环状钢板；5圆环状木板。
具体实施方式
13.一种利用中继间促使顶管脱困方法，（1）去除受困管节的后一节顶管部分区域用于安置中继间，中继间的油缸与顶管的油缸槽对应接触，所述油缸槽为能够陈放油缸端头的凹槽；（2）通过调整中继间各个油缸的压力，使得受困顶管发生倾斜位移；也就是从受困顶管不同的方向施力，使得顶管发生左右上下的倾斜移动，使得中继间周围土壤管口变大，便于顶管的脱困；（3）不断调整中继间各个油缸的压力，使得受困顶管发生变化的倾斜位移，促使受困顶管周围物质受到挤压，而使得管口变大，从而实现顶管脱困；（4）管材顶动后，外壁与土体之间形成空隙，同步压注减阻泥浆，降低摩阻力。
14.进一步，在长距离管材顶进时，在一定的间隔内安装带有油缸槽的顶管，即顶管端口设置有若干个油缸槽。
15.进一步，在受困顶管的前一顶管端口处人为加工出若干个油缸槽。
16.进一步，中继间油缸两端用10~30mm厚木垫板及20~30mm厚钢板传力。
17.实施例1如图1和2所示的一种便于脱困的顶管，包括顶管1，所述顶管1端口设置有若干个油缸槽2；所述油缸槽2的周围进行加固。所述油缸槽2周围的顶管外侧包覆一层钢圈3，通过钢圈3进行加固。
18.实施例2如图1和3所示的一种便于脱困的顶管，包括顶管1，所述顶管1端口设置有若干个油缸槽2；所述油缸槽2的周围进行加固。所述油缸槽2周围的顶管外侧包覆一层钢圈3，通过钢圈3进行加固。
19.所述顶管1端口处设置有圆环状钢板4，圆环状钢板上设置有油缸槽2；通过设置钢板，以达到应力消减的目的，减少管材破坏的可能性。钢板厚度为30~50mm。
20.实施例3如图1和4所示的一种便于脱困的顶管，包括顶管1，所述顶管1端口设置有若干个油缸
槽2；所述油缸槽2的周围进行加固。所述油缸槽2周围的顶管外侧包覆一层钢圈3，通过钢圈3进行加固。
21.所述顶管1端口处设置有圆环状木板5，圆环状钢板上设置有油缸槽2；通过设置木板，以达到应力消减的目的，减少管材破坏的可能性。木板厚度为10~30mm。
22.实施例4如图1和5所示的一种便于脱困的顶管，包括顶管1，所述顶管1端口设置有若干个油缸槽2；所述油缸槽2的周围进行加固。所述油缸槽2周围的顶管外侧包覆一层钢圈3，通过钢圈3进行加固。
23.所述顶管1端口处依次设置有圆环状钢板5和圆环状木板4，钢板上设置有油缸槽，通过设置钢板和木板，以达到应力消减的目的，减少管材破坏的可能性。木板厚度为10~30mm；钢板厚度为30~50mm。
24.实施例5如图1和6所示的一种便于脱困的顶管，包括顶管1，所述顶管1端口设置有若干个油缸槽2；所述油缸槽2的周围进行加固。所述油缸槽2周围的顶管外侧包覆一层钢圈3，通过钢圈3进行加固。
25.所述顶管1端口处依次设置有圆环状木板4和圆环状钢板5，木板上设置有油缸槽，通过设置木板和钢板，以达到应力消减的目的，减少管材破坏的可能性。木板厚度为10~30mm；钢板厚度为30~50mm。
26.实施例6如图1所示的一种便于脱困的顶管，包括顶管1，所述顶管1端口设置有若干个油缸槽2；所述油缸槽2的周围进行加固。所述油缸槽2周围的顶管外侧包覆一层钢圈3，通过钢圈3进行加固。将实施例2~5中的将圆环状木板替换为圆状木板；圆环状钢板替换为圆状钢板。
27.实施例7本工程w6-w5顶管区间位于某市，该顶段全长300.72m，线路为直线上坡顶进，坡降高度为0.21m，管顶平均覆土埋深15.5m。w6-w5顶管段长距离顶进过程中，出现抱死情况。管道顶进长度260m时，洞门附近的第125/124/123节管材出现了破裂现象。为保证管道能够继续传力，完成剩余任务的顶进，对破裂的管材进行停机加固。加固及等强持续两天时间左右，再次启动时主顶（130节）至首套中继间（15节）处出现抱死现象，主顶启动至2000t无法顶动。
28.考虑到抱死段为第16-130节共230m，长度较大，反复揉动管道时可能对所加固的管道造成二次破坏，影响整段顶管的成败。同时考虑了备选方案—机头顶部做井方案。机头顶部做井方案，需重新办理绿化改移手续，组织协调工作量较大，同时施做工作井投入成本较高，占用工期较长，无法满足业主工期要求。为迫切解决本次顶管段的抱死问题，在满足工期要求的同时、兼顾经济合理性、安全可靠性的原则，制定切实可行的施工方案，最大程度的满足本次施工的要求。顶管停机后，管道外壁土体逐渐应力释放贴向管道外壁，缩小管道外壁与土体之间的空隙，单纯压注减阻泥浆无法在管道外壁与土体之间形成较好的减阻效果。根据中继间分级松动管段的原理可在主顶至首套中继间之间安装临时脱困中继间逐级松动管道同步压注减阻泥浆。经过充分考虑论证后，在首套中继间至主顶段管节处临时开孔，安装脱困中继间小型油缸，分节顶开松动管道同时压注减阻泥浆逐渐松动整条管道，以达到脱困目的。
29.本次脱困施工采用fcy100100型液压油缸单顶100t，主行程100mm。现场同时组织人员在中继间以后管段中的第22/26/28/32/36/38/42/46节管道承口处往前250mm范围内从管道内壁切除150mm厚度的空间。环向范围分4个区域切割，各区长度200mm。每个区域配置1台单顶最大顶力100t的油缸，油缸尺寸胸径178mm，长度170mm，最大行程100mm的油缸。切割的140mm深度管壁用水钻逐孔相压取出，水钻取芯掰断时，存在超深现象，具体超深数值施工前将安排水钻去w2号井废管上试验取芯确定，进而根据试验值调整水钻取芯深度。剩余10mm用小型电镐配合磨光机剔除磨整。中继间油缸两端用20mm厚木垫板及25mm厚钢板传力，钢板高度150mm。由现场管材承口长度及插口胶圈位置尺寸取得，油缸行程控制在80mm以内，保证1根胶圈仍在第5节钢承口内，起到止水效果。
30.油缸油泵安装完成后，开始逐级顶开。管材顶动后，外壁与土体之间形成空隙，同步压注减阻泥浆，降低摩阻力。自中继间逐级松动至主顶位置，循环顶进5个进程，管道整体摩阻力降低，主顶于1650吨可以直接顶进至首套中继间位置，实现首套中继间+主顶的二级顶进。
31.脱困方案实施的同时，最主要的两个配合措施为管道外壁注浆与姿态测量。管道脱困期间，外壁注浆每间隔2小时沿线注浆一次。
32.在顶管脱困过程中，适当的调整注浆压力、注浆量在管道周围的环形空隙中进行同步注浆和补浆，既能减小摩擦阻力，又起到控制或减小地面沉降的作用。管道基本脱困复顶后，姿态测量尤为重要。平滑圆顺的姿态便于整条管线的继续顶进，同时可以减少顶管曲线阻力的影响。
33.安装时用锤球将洞门中心和后靠背标记的连线精确投到对中盘中心，安装完毕后，利用以上导线测量的方法对中盘中心进行复测，使之精确位于工作井和接收井中心连线的延长线上。
34.管道下管安装时，必须保证管道接口的安装质量，确保接口紧密不漏水、漏浆，管道外壁的减阻泥浆可以封闭成膜。
35.本次顶管顶段脱困后剩余管道主要行进于圆砾层，该土层土质不均匀，粗颗粒含量约45-60%，圆形至亚圆形，粒径一般5-80mm，以砂岩及灰岩为主，分选性差，局部夹卵石。根据前期的顶管施工地层验证，该地层部分夹杂有少量粒径100mm左右的卵石，圆砾层粒径较大，会对泥水平衡顶管机顶进施工产生影响，故穿越此圆砾层时采取偏心破碎型泥水平衡顶管机，遇到大粒径卵石，具备破碎作业功能，以应对穿越圆砾层措施。
36.经过本次项目的脱困方案的创新实施，总结了一些提前储备的措施。长距离顶管前，预制管节时提前生产配置有备用油缸槽的管节。管材顶进时，结合项目施工时得到的具体管道外壁单位摩阻力，计算在一定的间隔内安装带有备用油缸槽的管节，以备脱困时使用。油缸槽的配置数量和尺寸可以根据具体所选用的脱困油缸的尺寸及型号及顶力等相关参数进行优化，选择最适宜具体相关的配置方案。需要注意的是，管节预制所配置的油缸槽位置受力较大，油缸槽的前后受力端板需采用钢板加固，安装油缸进行受力脱困时，需在油缸端部安装木衬垫以达到应力消减的目的，减少管材破坏的可能性。
37.砂卵石地层条件下，主管w6-w5顶进段顶进至130节时整体发生抱死现象，主顶推力2000t已经挖法顶进至机头位置，启动首套中继间（15节）后，主顶仍然无法推进至中继间位置。中继间至主顶段发生抱死现象，反复揉动管道同时注浆仍然无法解困。主顶至首套中
继间段抱死后，采用分级松动的管材的方法，逐级松动管材同步压注减阻泥浆。管道顶进发生运动现象后，管道外壁与土体之间产生空隙，同时压注泥浆可以更大限度的进入至管道外壁与土体之间的空隙内，起到减阻作用。重复顶进5个进程后，顺利实现主顶至首套中继间段的脱困，继续顶进2m后，顶力持续下降稳定在1100t左右，从而顺利的贯通本次顶管段。此次脱困，避免从在地面上重新“开天窗”做井的方案，或者从w5号井反顶对接的方案。结合当时项目所处的实际情况，考虑了到工期进度安全成本等方面，敲定备选方案为地面绿化改移重新施做工作井至抱死位置的机头处，将机头取出后重新顶进。初步预算绿化改移、井室施做、重新组织顶进设备安拆需要成本约150万元，占用工期约40天。采用分级脱困的方法，投入成本约10万元、占用工期7天，基本实现管道的脱困。同时节约了大量的绿化改移协调工作、井室施工的人员组织工作。最终节约工期约33天，成本约140万。