CN103628507A - 顶管穿越海底浅覆土抗浮施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶管穿越海底浅覆土抗浮施工方法，其特征在于包括以下步骤：步骤S101，顶管顶进前海底浅覆土旋喷加固处理，即在顶管设计位置的上方及两侧设置旋喷桩；步骤S103，顶管顶进过程中，顶管抗浮处理，包括对顶管管内配重以及调整顶管前方机头使之略微下倾从而预先使顶管产生一定量的沉降量；步骤S105，顶管穿越海底浅覆土区之后，对顶管周围一定范围的土体进行水泥浆注浆加固处理。由于本发明的施工方法通过所述顶管顶进前、顶进过程中、顶进完成之后的一系列施工措施，有效抵抗了海底巨大浮力引起管道上浮，使所述顶管顺利穿越海底浅覆土区域。

Description

顶管穿越海底浅覆土抗浮施工方法

技术领域

本发明涉及顶管的施工工艺，尤其是指一种顶管穿越江河湖海底的浅覆土过程中受到较大浮力时的抗浮施工工艺。

背景技术

随着顶管技术的日益成熟，顶管在城市给水排水、石油、天然气、电力等能源输送以及污染治理等方面的应用越来越多。在顶管施工时不免会碰到要穿越江、河、湖、海等复杂情形。抗浮是顶管在水下顶进施工时需要解决的技术难题之一，特别是待穿越区域水深较大，顶管上方覆土较浅的情形。顶管穿越海底浅覆土施工具有穿越路径较长，覆土较浅，水位受涨落潮影响较大的特点，其施工过程中所面临的抗浮技术问题更加困难。倘若顶进施工过程中采取的抗浮措施不当将会引起顶管上浮翘曲，轻则导致工程失败，重则会出现生命危险。

经对现有国内顶管技术文献的检索，董维奇、温建文在《广西土木建筑》2003，No 6，pp. 52-53上发表的“‘人工筑岛’法顶管穿越浅覆土河涌施工技术”中利用“人工筑岛法”成功实施了东莞市新河北路污水次干管穿越河涌工程。钟显奇、周志强等在《给水排水》2011，No 2，pp. 93-96上发表的“西江引水工程大直径钢管顶管施工关键技术措施及效果”中利用顶管内放置砂包的方法解决了西江引水工程大直径钢管顶管穿越超浅覆土河道工程。但单纯运用“人工筑岛法”来解决浅覆土过海顶管抗浮难题工程浩大，造价太高，单纯运用管内配重的方法可能不足以抵抗海底巨大浮力。由此，业界需要有更安全、可靠、节约、***的顶管抗浮施工方法。

发明内容

本发明所要解决的是顶管穿越海底浅覆土受到较大浮力而出现严重上浮的技术难题，从而提供一种顶管穿越海底浅覆土抗浮施工方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种顶管穿越海底浅覆土抗浮施工方法，包括以下步骤：

步骤S101，顶管顶进前海底浅覆土旋喷加固处理，即在顶管设计位置的上方及两侧设置旋喷桩；

步骤S103，顶管顶进过程中，顶管抗浮处理，包括对顶管管内配重以及调整顶管前方机头使之略微下倾从而预先使顶管产生一定量的下沉趋势；

步骤S105，顶管穿越海底浅覆土区之后，对顶管周围一定范围的土体进行水泥浆注浆加固处理。

进一步，所述步骤S103中的顶管抗浮处理进一步采用顶管管底放浆、管顶注浆的方法减小顶管的上浮量。

进一步，所述步骤S101中，所述海底浅覆土旋喷加固处理流程包括：测量放样，装有旋喷桩施工设备的船只就位，旋喷桩海上施工。

进一步，所述步骤S101中，所述旋喷加固的范围为顶管轴线两侧3~4倍的顶管直径之间。

进一步，所述步骤S101中，在海底浅覆土旋喷加固处理之前先进行压重处理，该压重处理即是在顶管设计位置的浅覆土上方进行压重。

进一步，所述压重处理的压重结构是两侧为抛石边坡，两侧的抛石边坡之间先回填抛砂层，再于抛砂层之上压盖一层内装水泥的土工膜袋，最后再于土工膜袋之上盖压一层抛石层。

进一步，所述压重处理施工流程包括：计算并测量放样，抛石边坡施工，抛石边坡的修整，抛砂回填，压盖内装水泥的土工膜袋和抛石层压盖。

进一步，所述步骤S103中，进行顶管管内配重是根据计算所得的浮力值，在管节内部配置相应重量的压重材料，压重材料采用砂+型钢的方式，其中砂层铺设在顶管内底部，型钢放置在砂层之上两侧，中间留有通道。

进一步，所述通道中配置一定重量的可被灵活移动的机动型钢。

进一步，所述步骤S103中，所述机头下倾，通过增大机头尾部上端千斤顶的顶力，同时减小机头尾部下端千斤顶的顶力，使机头略微有一定的下倾角度。

进一步，所述步骤S105中，待顶管周围加固区产生足够强度后，将管内配重撤掉。并可根据需要进一步将浅覆土上方的旋喷桩或压重撤掉。

进一步，所述顶管管底放浆、管顶注浆的具体方法为采用在顶管的上方及下方开口，然后借用设备进行管底放浆及向管顶注浆，并通过控制管顶注浆压力和注浆量调节上浮顶管的下沉量。

采用上述方案后，本发明具有如下优点：

（1）本发明的方法通过在顶管顶进前对海底浅覆土进行旋喷加固或者压重处理，在顶进过程中对管内配重或者调整机头下倾或者调整管周注浆，可以成功阻止顶管的上浮，避免了由于上浮引发的工程事故，减少了财产损失和人员伤亡。

（2）本发明也可应用于顶管穿越江、河、湖的情况。该顶管抗浮施工工艺安全可靠，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1是本发明所述施工方法的流程图；

图2是本发明所述施工方法在海堤浅覆土上方旋喷加固示意图； 

图3是本发明所述施工方法在海底浅覆土上方压重示意图；

图4是本发明所述施工方法在海底浅覆土上方同时使用压重及旋喷加固的示意图；

图5是本发明所述施工方法在顶管管内配重示意图；

图6是本发明所述施工方法的机头尾部千斤顶示意图；

图7是本发明所述施工方法中，顶管管底放浆、管顶注浆的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了区域及设备的尺寸及相对尺寸。

本发明所揭示的是一种顶管穿越海底浅覆土抗浮施工方法，如图1所示，为本发明的流程图，所述施工方法包括如下步骤：

步骤S101，顶管顶进前海底浅覆土处理：

a、海底浅覆土的旋喷加固处理：如图2所示，在顶管1设计位置的上方及两侧设置旋喷桩2，以进行加固。

本实施例中，海底浅覆土旋喷加固处理流程包括：测量放样，装有旋喷桩施工设备的船只就位，旋喷桩海上施工。

更为具体地，海底浅覆土旋喷桩2加固处理实施方法是：根据图纸和控制坐标，利用全站仪定出桩位。旋喷加固范围最佳为顶管轴线两侧3~4倍的顶管直径之间。根据放样点将装有旋喷桩施工设备的船只就位，准确确定孔位，液压钻机就位钻孔，高喷台车将喷头贯入到加固设计底部深度，开始喷射上提至加固设计顶部高度，将喷头提出地表清洗及移位。

b、海底浅覆土上方压重处理：在顶管1设计位置的浅覆土上方进行压重。

如图3所示，本实施例中，压重的结构可以采用：两侧为抛石边坡3，两侧的抛石边坡3之间先回填抛砂层4，再于抛砂层4之上压盖一层内装水泥的土工膜袋5，最后再于土工膜袋5之上盖压一层抛石层6。

如图3所示，海底浅覆土上方压重施工流程包括：计算并测量放样，抛石边坡施工，抛石边坡的修整，抛砂回填，压盖土工膜袋（内装水泥）和抛石层压盖。

具体地，海底浅覆土上方压重施工实施方法是：根据图纸和控制坐标计算确定堤轴线、边线控制点和堤坡面控制点坐标以及抛石船停泊坐标，并采用极坐标法用全站仪进行定点放样。根据放样点准确停泊抛石船进行抛石边坡3的施工。运输石块的运输船停靠抛石船后，抛石船上的装载机将石块装进钢丝网兜，并用吊装机吊放入海底。利用全站仪对补抛船进行定位，对上述抛石边坡3进行修治整平。抛石护边施工完成后，进行中间空腔部分的抛砂回填，抛砂层4的土质可以选用优质黄砂。最后在抛砂层4之上压盖一层2m厚内装水泥的土工膜袋5，并在土工膜袋5之上盖压一层2m厚的抛石层6。

上述两种浅覆土的处理，可以根据海底浅覆土厚度以及海水深度的不同选择其中一种处理方法或者同时使用两种方法。两种方法同时使用时，如图4所示。如果同时选择两种方式则先进行压重处理，再进行旋喷加固处理。

步骤S103，顶管顶进过程中，顶管抗浮处理：

a、顶管顶进过程中，对顶管管内配重。

如图5所示，本实施例中，进行顶管1管内配重首先根据理论公式计算不同位置顶管管节所受到的上浮力。根据计算出的理论浮力值，在管节内部配置相应重量的压重材料。压重材料可以采用砂+型钢的方式，其中砂层71铺设在顶管1内底部，型钢72放置在砂层71之上两侧，中间留有通道。通道中可以配置一定重量的可被灵活移动的机动型钢73。当管节受到的浮力变大时，将一定重量的机动型钢73放在该管节处。当管节受到浮力变小时，移除一定重量的机动型钢73来减小压重。

b、调整机头使之略微下倾从而预先使顶管产生一定量的沉降量。

如图6所示，顶管1在顶进时，其前方设置有机头8用以清除前方障碍物，后方由主千斤顶（图中未示出）前向推顶顶管1使其向前顶进。而通常在机头8的尾部设置有上下左右四个小千斤顶，以对机头8顶进方向进行微调。

本实施例中，可以通过增大机头8尾部上端千斤顶81的顶力，同时减小机头8尾部下端千斤顶82的顶力（如图5），使机头8略微有一定的下倾角度，从而预先使顶管1产生一定量的沉降量，平衡掉一定量的上浮量，可以达到为减少管内配重材料的重量，节约施工成本的目的。

c、采用顶管管底放浆、管顶注浆的方法减小顶管的上浮量。

当顶管仍无法下沉到设计轴线时，可以采用将顶管的管底的砂浆排除，而向管顶注入砂浆的方式，使管底形成间隙，管顶的砂浆则将顶管向下压，使上浮的顶管下沉到设计轴线上来，对顶管的上浮量进行微调。

本实施例中，具体施工方法如图7所示，可以采用在顶管1的上方及下方开口，然后借用设备进行管底放浆及管顶注浆，并可以通过控制管顶注浆压力和注浆量调节上浮顶管的下沉量。

步骤S105，顶管穿越海底浅覆土区之后，对顶管周围一定范围的土体进行水泥浆注浆加固处理。

待顶管周围加固区产生足够强度后将管内配重撤掉，并可根据需要进一步将浅覆土上方的压重及旋喷桩撤掉。

因本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神或范围。尽管业已描述了本发明的实施例，应理解本发明不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (13)

1.一种顶管穿越海底浅覆土抗浮施工方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤S101，顶管顶进前海底浅覆土旋喷加固处理，即在顶管设计位置的上方及两侧设置旋喷桩；

步骤S103，顶管顶进过程中，顶管抗浮处理，包括对顶管管内配重以及调整顶管前方机头使之略微下倾从而预先使顶管产生一定量的下沉趋势；

步骤S105，顶管穿越海底浅覆土区之后，对顶管周围一定范围的土体进行水泥浆注浆加固处理。

2.根据权利要求1所述的顶管穿越海底浅覆土抗浮施工方法，其特征在于：所述步骤S103中的顶管抗浮处理进一步采用顶管管底放浆、管顶注浆的方法减小顶管的上浮量。

3.根据权利要求1或2所述的顶管穿越海底浅覆土抗浮施工方法，其特征在于：所述步骤S101中，所述海底浅覆土旋喷加固处理流程包括：测量放样，装有旋喷桩施工设备的船只就位，旋喷桩海上施工。

4.根据权利要求3所述的顶管穿越海底浅覆土抗浮施工方法，其特征在于：所述步骤S101中，所述旋喷加固的范围为顶管轴线两侧3~4倍的顶管直径之间。

5.根据权利要求1或2所述的顶管穿越海底浅覆土抗浮施工方法，其特征在于：所述步骤S101中，在海底浅覆土旋喷加固处理之前先进行压重处理，该压重处理即是在顶管设计位置的浅覆土上方进行压重。

6.根据权利要求5所述的顶管穿越海底浅覆土抗浮施工方法，其特征在于：所述压重处理的压重结构是两侧为抛石边坡，两侧的抛石边坡之间先回填抛砂层，再于抛砂层之上压盖一层内装水泥的土工膜袋，最后再于土工膜袋之上盖压一层抛石层。

7.根据权利要求6所述的顶管穿越海底浅覆土抗浮施工方法，其特征在于：所述压重处理施工流程包括：计算并测量放样，抛石边坡施工，抛石边坡的修整，抛砂回填，压盖内装水泥的土工膜袋和抛石层压盖。

8.根据权利要求1或2所述的顶管穿越海底浅覆土抗浮施工方法，其特征在于：所述步骤S103中，进行顶管管内配重是根据计算所得的浮力值，在管节内部配置相应重量的压重材料，压重材料采用砂+型钢的方式，其中砂层铺设在顶管内底部，型钢放置在砂层之上两侧，中间留有通道。

9.根据权利要求8所述的顶管穿越海底浅覆土抗浮施工方法，其特征在于：所述通道中配置一定重量的可被灵活移动的型钢。

10.根据权利要求1或2所述的顶管穿越海底浅覆土抗浮施工方法，其特征在于：所述步骤S103中，所述机头下倾，通过增大机头尾部上端千斤顶的顶力，同时减小机头尾部下端千斤顶的顶力，使机头略微有一定的下倾角度。

11.根据权利要求1或2所述的顶管穿越海底浅覆土抗浮施工方法，其特征在于：所述步骤S105中，待顶管周围加固区产生足够强度后，将管内配重撤掉。

12.根据权利要求3所述的顶管穿越海底浅覆土抗浮施工方法，其特征在于：所述步骤S105中，进一步将浅覆土上方的旋喷桩或压重撤掉。

13.根据权利要求2所述的顶管穿越海底浅覆土抗浮施工方法，其特征在于：所述顶管管底放浆、管顶注浆的具体方法为采用在顶管的上方及下方开口，然后借用设备进行管底放浆及向管顶注浆，并通过控制管顶注浆压力和注浆量调节上浮顶管的下沉量。

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