顶管施工中顶管机与接收井钢套管对接的方法与流程

本发明涉及一种顶管施工中顶管机与接收井钢套管对接的方法，属于顶管施工技术领域，用于接收井不具备顶管机进洞时顶管机与接收井对接。

背景技术：

顶管施工技术被广泛应用于穿越公路、铁路、河流、闹市区等不允许或不能开挖条件下进行各种管道的铺设、更换和修复，由于顶管施工技术具有综合成本低、环境影响小等优点，尤其在市政给排水、通信电缆、燃气管道、电力电缆等地下管线中广泛应用。

顶管施工是从地面开挖两个基坑井，分别称之为工作井和接收井，然后管节从工作井安放，通过主顶千斤顶和中继间的顶推机械的顶进，推动管节从工作井预留洞口穿出，穿越土层到达接收井的预留洞口边，然后通过接收井的预留洞口穿出，形成管道。

然而，在一些情形下，顶管机已经靠近接收井，但接收井内不具备顶管机进洞条件，比如接收井还连接其它排水管道且处于通水状态，接收井内在一定的期间存在较高水位，此时，如何进行施工是工程中需要解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明提供了一种顶管施工中顶管机与接收井钢套管对接的方法，用于接收井不具备顶管机进洞时顶管机与接收井对接。

为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：

一种顶管施工中顶管机与接收井钢套管对接的方法，用于接收井不具备顶管机进洞条件时顶管机与接收井对接，包括：

接收井内衬墙施工中，在预留洞口位置预埋钢套管，并将钢套管浇筑在接收井内衬墙中，并在接收井中设置封板封堵钢套管；

顶管机顶进至钢套管处时停止顶进，通过顶管机上的注浆孔向外注浆填充，并注入遇水膨胀液防止渗漏；

拆除顶管机机头的内部结构及刀盘，通过顶管管道由工作井运出，凿除顶管机机壳与钢套管之间的加固土体和接收井的围护结构，在顶管机机壳内搭设脚手架，焊接对接钢圈，通过对接钢圈将顶管机机壳与钢套管焊接固定。

进一步，焊接对接钢圈具体包括：将整环对接钢圈预先分成若干块弧形钢板并编号，通过编号次序依次将弧形钢板的两端分别与顶管机机壳的端部、钢套管的端部焊接，并将相邻的弧形钢板焊接。

进一步，所述钢套管与顶管机机壳连接的一端的内径大于所述顶管机机壳的外径，所述对接钢圈为变截面筒状结构，一端与顶管机机壳的端部焊接，另一端与钢套管的端部焊接。

进一步，当顶管机机壳通过对接钢圈与钢套管焊接固定之后，还包括，绑扎管道内衬的钢筋，搭设脚手架固定管道内衬的钢模板，浇筑混凝土，形成管道内衬，所述管道内衬的内表面与顶管机机壳的内表面平齐。

进一步，所述管道内衬的混凝土由下而上分三次浇筑，第一次从底部向上浇筑至顶管管道的2/3高度，第二次向上浇筑后留下顶管管道顶部40cm高的区域，然后进行第三次混凝土浇筑后封模养护，混凝土达到拆模强度后，拆除管道内衬的钢模板。

进一步，所述管道内衬的钢筋包括外层纵向钢筋、内层纵向钢筋，以及与外层纵向钢筋固定的外层环向钢筋、与内层纵向钢筋固定的内层环向钢筋。

进一步，接收井的围护结构采用外层旋喷桩及内层钻孔灌注桩结构形式，接收井内衬墙采用钢筋混凝土结构。

进一步，先对钻孔灌注桩的表层进行凿除，同时对预留洞口位置及周边的灌注桩进行水平钻入法压密注浆施工，待注浆加固完成后，再进行钢套管预埋。

进一步，接收井内衬墙浇筑完成后，对钢套管内的钻孔灌注桩进行凿除，并砌筑挡土砖墙。

进一步，对钻孔灌注桩的表层凿除后，将钻孔灌注桩的钢筋焊接在钢套管上，并在钢套管下方设置钢牛腿支撑钢套管。

本实施例提供的顶管施工中顶管机与接收井钢套管对接的方法，在接收井的内衬墙中预设钢套管，并设置封堵钢套管的封板，顶管机机壳靠近钢套管后，将顶管机机头的主体结构拆除后并通过顶管管道由工作井运出，通过对接钢圈与钢套管对接，从而实现在接收井不具备顶管机进洞条件时顶管机与接收井对接，具有施工方便、安全、成本低的优点。

附图说明

图1为本发明一实施例中的接收井围护结构、内衬墙及管道示意图；

图2为本发明一实施例中的顶管施工中顶管机与接收井钢套管对接结构的示意图；

图3为本发明一实施例提供的钢套管的结构示意图；

图4为图3中沿a-a的剖视图；

图5为本发明一实施例提供的封板的结构示意图；

图6为图3中沿b-b的剖视图；

图7为本发明一实施例提供的对接钢圈的结构示意图；

图8为本发明一实施例提供的内衬墙钢筋的示意图；

图9为本发明一实施例提供的管道内层的混凝土分层浇筑的示意图。

图中标号如下：

10-接收井；110-旋喷桩；120-钻孔灌注桩；130-内衬墙；140-钢套管；141-内置法兰盘；142-螺母；150-封板；151-螺栓孔；

20-顶管管道；210-顶管机机壳；220-对接钢圈；230-管道内衬；231-外层纵向钢筋；233-内层纵向钢筋；232-外层环向钢筋；234-内层环向钢筋。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的顶管施工中顶管机与接收井钢套管对接的方法作进一步详细说明。结合下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

本实施例提供了一种顶管施工中顶管机与接收井钢套管对接的方法，用于接收井不具备顶管机进洞条件时顶管机与接收井对接，下面结合图1至图9作进一步描述。该方法包括如下步骤：

步骤一：接收井10内衬墙130施工中，在预留洞口位置预埋钢套管140，并将钢套管140浇筑在接收井10内衬墙130中，并在接收井10中设置封板150封堵钢套管140。

结合图1和图2所示，接收井10的围护结构采用外层旋喷桩110及内层钻孔灌注桩120结构形式，接收井10内衬墙130采用钢筋混凝土结构。作为举例，旋喷桩110及钻孔灌注桩120直径均为800mm。

其中，在预留洞口位置预埋钢套管140具体包括：先对钻孔灌注桩120的表层进行凿除，同时对预留洞口位置及周边的灌注桩进行水平钻入法压密注浆施工，待注浆加固完成后，再进行钢套管140预埋。对钻孔灌注桩120的表层凿除后，将钻孔灌注桩120的钢筋焊接在钢套管140上，并在钢套管140下方设置钢牛腿支撑钢套管140。接收井10内衬墙130浇筑完成后，对钢套管140内的钻孔灌注桩120进行凿除，并砌筑挡土砖墙，然后设置封板150封堵钢套管140。

如图3和图4所示，钢套管140采用变截面形式，包括内径3200mm的小直径段和内径3900mm大直径段，壁厚20mm，小直径段用于和封板150对接，大直径段用于和顶管管道20对接。钢套管140上设置内置法兰盘141，内置法兰盘141设置有48个m20盖形螺母142。如图5和图6所示，封板150上设置有48个与钢套管140上的螺母142相匹配的螺栓孔151，钢套管140与封板150之间螺栓连接。

步骤二：顶管机顶进至钢套管140处时停止顶进，通过顶管机上的注浆孔向外注浆填充，并注入遇水膨胀液防止渗漏。作为举例，用顶管机机头刀盘缓慢碾磨切削钻孔灌注桩120，在钻孔灌注桩120的切削厚度达到30cm时停止顶进。

步骤三：拆除顶管机机头的内部结构及刀盘，通过顶管管道20由工作井运出，凿除顶管机机壳210与钢套管140之间的加固土体和接收井的围护结构，在顶管机机壳210内搭设脚手架，焊接对接钢圈，通过对接钢圈220将顶管机机壳210与钢套管140焊接固定。拆除顶管机机头的内部结构及刀盘，留下顶管机机壳210，用于与钢套管140对接。步骤二中，注浆填充并注入遇水膨胀液，形成了加固土体，顶管机已顶进至接收井的钻孔灌注桩120围护结构中，需要对顶管机机壳210与钢套管140之间的加固土体和钻孔灌注桩120加以凿除。

如图2所示，所述钢套管140与顶管机机壳210连接的一端的内径大于所述顶管机机壳210的外径，结合图2和图7所示，所述对接钢圈220为变截面筒状结构，一端与顶管机机壳210的端部焊接，另一端与钢套管140的端部焊接。

其中，焊接对接钢圈具体包括：将整环对接钢圈220预先分成若干块弧形钢板并编号，通过编号次序依次将弧形钢板的两端分别与顶管机机壳210的端部、钢套管140的端部焊接，并将相邻的弧形钢板焊接。

优选为，当顶管机机壳210通过对接钢圈220与钢套管140焊接固定之后，还包括，

步骤四：绑扎管道内衬230的钢筋，搭设脚手架固定管道内衬230的钢模板，浇筑混凝土，形成管道内衬230，所述管道内衬230的内表面与顶管机机壳210的内表面平齐。

如图2所示，所述管道内衬230为一端尖头的圆筒状结构。如图8所示，所述管道内衬230的钢筋包括外层纵向钢筋231、内层纵向钢筋233，以及与外层纵向钢筋231固定的外层环向钢筋232、与内层纵向钢筋233固定的内层环向钢筋234。

如图9所示，所述管道内衬230的混凝土由下而上分三次浇筑，管道高度为d，第一次从底部向上浇筑至管道2/3高度，第二次向上浇筑后留下管道顶部40cm高的区域，然后进行第三次混凝土浇筑后封模养护，混凝土达到拆模强度后，拆除管道内衬230的钢模板。

实施例二

下面结合图1至图9对顶管施工中顶管机与接收井钢套管对接的方法在工程中的具体应用作进一步描述。

在某工程中，工作井至接收井10的顶管管道20全长111.3m，管径为ф3000，管道中心标高为-3.60m～-3.73m，覆土深度为4.5m左右，采用“f”型钢承口式钢筋混凝土管。在顶管施工过程中，上级单位要求部分管道需要提前发挥通水功能，待φ3000顶管有条件施工时采用在通水条件下与接收井10进行地下对接。

接收井10采用ф800钻孔灌注桩120+ф800旋喷桩110作为围护结构，接收井10内衬墙130为浇筑的钢筋混凝土结构，ф800旋喷桩110设置4排。先对钻孔灌注桩120的表层进行凿除，凿除ф800钻孔灌注桩120大约直径的1/3的厚度，同时对预留洞口位置及周边的灌注桩进行水平钻入法压密注浆施工，注孔深度为3m，注浆孔间距为1m，注浆面为5m宽×6m高，待注浆加固完成后，再进行钢套管140预埋，最后安装完成后浇筑接收井10内衬墙130，钢套管140一并浇筑在接收井10内衬墙130中。将钢套管140内的剩余部分钻孔灌注桩120全部凿除，立即砌筑挡土砖墙填充(37砖墙)，钻孔灌注桩120凿除分三次，凿除顺序先两边(两边各一次)后中间(中间一次)。当第一次凿除完毕后，需立即砌筑砖墙将已凿除钻孔管柱桩区域填实，确保钻孔灌注桩120整体的支撑性以及周围土体的稳定性；然后进行第二次钻孔灌注桩120凿除，再砌筑砖墙填实，最后进行第三次钻孔灌注桩120凿除，并砌筑砖墙填实，挡土砖墙施工完毕。最后将加工完毕后的钢封板150安装至钢套管140上，封板150采用内置法兰盘141式安装法。钢套管140采用变截面形式，包括内径3200mm的小直径段和内径3900mm大直径段，壁厚20mm，小直径段用于和封板150对接，大直径段用于和顶管管道20对接。

钢套管140安装前，首先确定接收井10预留洞口的具体位置，以工作井与接收井10顶管管道20轴线进行洞口放样，然后以洞口中心位置为基础，放出dn3900钢套管140大直径段位置。将钢套管140安装在接收井10的预留洞口内，并将凿除部分的钻孔灌注桩120的纵向钢筋焊接在钢套管140上，在钢套管140下方制作钢牛腿支撑，最后再将钢套管140一并浇筑在接收井10内衬墙130中。

顶管机型采用条幅式土压平衡掘进机，顶管机机壳210上预留注浆孔。φ3000混凝土管道顶进施工，直至顶管机顶进至接收井10事先预埋的钢套管140处停止顶进。其中，当顶管顶至钻孔灌注桩120时，顶进速度减慢，及时控制顶力及土压力，利用顶管机机头刀盘缓慢碾磨切削钻孔灌注桩120围护结构30cm左右停止顶进。通过顶管机预留的注浆孔向外注入黄泥填充，填充量根据沉降观测情况，并同时注入遇水膨胀液来进一步确保不渗漏。

拆除机头内部结构，进行人工凿除钢套管140与顶管机机壳210之间的钻孔灌注桩120，将顶管机机壳210与钢套管140进行封闭相连焊接固定，最后在钢套管140内绑扎管道内衬230钢筋，浇筑管道内衬230的混凝土，使管道内衬230与钢套管140成为整体，浇筑完的管道内衬230与顶管机机壳210的内表面平齐。其中，人工凿除钢套管140与顶管机机壳210之间的钻孔灌注桩120，需搭设脚手架，分三次凿除，凿除顺序为从上往下的顺序凿除。当钻孔灌注桩120凿除时，一边凿除一边进行对接钢圈220烧焊填充，对接钢圈220分10段分段焊接。

当顶管机机壳210与钢套管140通过对接钢圈220连接后，进行管道内衬230钢筋绑扎、模板支架的搭设、立模，最后进行与管道管节同等级配的混凝土浇筑形成管道内衬230。管道内衬230为一端尖端的圆筒状结构，内径与顶管机机壳210的内径相同，外径与钢套管的大直径端的内径相同。管道内衬230的混凝土分为3次浇筑完成，第一次从底部向上浇筑至管道2/3部分,第二次向上浇筑留下顶部高度为40cm区域,第三次进行剩余部分混凝土浇筑。每层浇筑后从下至上依此振捣，最后顶部填充混凝土振捣完毕后封模养护。

实施例三

本实施例提供了一种顶管施工中顶管机与接收井钢套管对接结构，下面结合图1至图9对所述对接结构作进一步说明。

如图2所示，所述对接结构包括钢套管140、封板150、顶管机机壳210和对接钢圈220，其中钢套管140预埋在接收井10的内衬墙130中，与顶管管道20同轴心；封板150设置于接收井10中，与所述钢套管140螺栓连接，用于封堵所述钢套管140；顶管机机壳210位于靠近所述钢套管140的土体中，组成所述顶管管道20的一部分；对接钢圈220的一端与所述顶管机机壳210的端部焊接，另一端与所述钢套管140的端部焊接。

本实施例提供的顶管施工中顶管机与接收井钢套管对接结构，在接收井10的内衬墙130中预设钢套管140，并设置封堵钢套管140的封板150，顶管机机壳210靠近钢套管140后，将顶管机机头的主体结构拆除后并通过顶管管道由工作井运出，通过对接钢圈220与钢套管140对接，从而实现在接收井10不具备顶管机进洞条件时顶管管道20与接收井10对接，具有施工方便、安全、成本低的优点。

优选的实施方式为，如图7所示，所述对接钢圈220是由若干个弧形钢板焊接而成，弧形钢板的一端与顶管机机壳210的端部焊接，另一端与钢套管140的端部焊接，相邻的弧形钢板之间焊接固定。结合图2和图7所示，所述钢套管140与顶管机机壳210连接的一端的内径大于所述顶管机机壳210的外径，所述对接钢圈220为变截面筒状结构，如此结构的钢套管140便于顶管施工中实现顶管机机壳210与钢套管140对接。

优选的实施方式为，如图2所示，所述钢套管140内还设置有钢筋混凝土结构的管道内衬230，所述管道内衬230的内表面与顶管机机壳210内表面平齐。如图8所示，所述管道内衬230的钢筋包括外层纵向钢筋231、内层纵向钢筋233，以及与外层纵向钢筋231固定的外层环向钢筋232、与内层纵向钢筋233固定的内层环向钢筋234。

进一步，如图3至图6所示，所述钢套管140朝向接收井10的一侧设置有内置法兰盘141，内置法兰盘141上设置有若干螺母142，所述封板150上相应设置有螺栓孔151，螺栓的螺杆穿过所述螺栓孔151固定在所述螺母142上。

进一步，如图1和图2所示，所述接收井10的围护结构包括外层的旋喷桩110和内层的钻孔灌注桩120，所述顶管机机壳210的一端伸入所述钻孔灌注桩120中。进一步，所述钢套管140的一端伸入所述钻孔灌注桩120中，所述钻孔灌注桩120内设钢筋笼，将所述钻孔灌注桩120穿过所述钢套管140位置的纵向钢筋折断后焊接在所述钢套管140上。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。