CN104315251B - 土石组合地质条件下人工顶管施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的土石组合地质条件下人工顶管施工方法，其特征在于：包括以下步骤：施工准备→工作井制作→设备安装、工具管制作→土、石方拆除→管道顶进→管内注浆→检查井砌筑及回填。本发明的有益效果是，对周边建筑设施无影响，确保施工安全，超挖量小，降低施工成本，保证施工进度，对地下管线、地基等影响小。
Description
技术领域
本发明属于建筑工程领域，涉及一种土石组合地质条件下人工顶管施工方法。
背景技术
城市建设的快速发展，促使城市基础配套设施必须进行完善，各类管线都要进行敷设，为节约地上空间，目前各种管线多采用地下埋设的方式，但在人口密集的市区或主干道开挖埋设管道对于周边居民及交通影响较大，因此顶管施工在城市管道建设中的应用越来越广泛。
济南市地质条件特殊，地下岩层分布广，且岩层以上多为杂填土。顶管施工时作业面狭小，特别是在土石组合地质条件下进行顶管，将面临石方拆除难度大、塌方等困难，若采用***施工拆除石方，对周边建筑设施影响较大，且超挖值不宜控制，操作人员人身安全难以保障。
发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种对周边建筑、地下管线、地基影响小的土石组合地质条件下人工顶管施工方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
本发明的土石组合地质条件下人工顶管施工方法，其特征在于：包括以下步骤：施工准备→工作井制作→设备安装、工具管制作→土、石方拆除→管道顶进→管内注浆→检查井砌筑及回填。
具体步骤如下：
（1）工作井制作
工作井制作可根据现场条件，在确保施工安全的前提下选用沉井、锚喷支护、现浇钢筋砼护壁、倒挂井壁法等方式；
（2）工具管制作
在传统工具管制作的基础上加设钢板防护罩，钢板防护罩锚固在第一节管道外侧上部，钢板防护罩下面与管道上面之间形成作业空间；将防护罩分解为若干片运至井内进行拼装；
（3）土、石方拆除
A土方拆除
土石组合地质条件下的土石方拆除采取斜面掘进法，自上而下进行；条件允许情况下进行预顶，将钢板防护罩切入土层内部，先将管道拱顶前端土方挖除，挖掘深度小于允许超挖值及钢板防护罩切入深度；
B石方拆除：
液压岩石劈裂机配合风钻、风镐拆除石方；严格控制超挖量，随挖随顶进；超挖量控制主要针对石方部位，通过优化钻孔位置布设达到减小超挖值的目的；工作井内通风畅通；工作井内配备有害气体检测仪，防止有害气体渗入；
（4）管道顶进
管道顶进时密切注意顶力变化，如发现顶力骤增立即停止顶进，进洞检查是否有石块棱角阻碍顶进，若洞内无障碍物，则考虑钢板防护罩进入土层后遇到障碍物，应继续挖掘直至障碍物清除；若岩层分布发生变化，管顶以上部位位于岩层时需遵循随挖随顶进的原则；
（5）管内注浆
注浆前先将工作井及接收井内的管道外壁与拱洞之间空隙封堵，防止浆体外流，注浆时分层注入，待注入浆体沉淀凝固后再次注入。
步骤（2）工具管制作中，
为减小超挖量，钢板防护罩与管道外壁弧度一致；管内作业空间不足时，在管道外壁与钢板防护罩之间加设型钢，最大限度加大作业空间，型钢厚度小于允许超挖值；为防止塌落土方损坏防护罩，钢板防护罩锚固长度与管前长度比例宜为1：2；管顶以上为杂填土时，为防止塌方需进行预顶，为减小顶进阻力，选用钢板较厚时，将前端制作成刃脚。
步骤（3）土、石方拆除中，步骤B石方拆除时，
钻孔：为防止钻孔时产生粉尘，将风钻加设注水管；孔距根据石质情况及液压劈裂机功率确定；
劈裂：利用上部土方挖除后形成的空间作为临空面，使用液压岩石劈裂机将整体岩层分解成块状，劈裂顺序自上而下进行，再利用风镐将不易于搬运的石块破碎；
边角整修：利用风镐将拆除不到位部位进行整修，拱洞底部按照设计高程使用碎石进行整平，确保管道顺利通过。
步骤（5）管内注浆中，注浆包括以下重量百分比的原料：水泥30%，细粘土60%，生石灰10%，再加入占原料总重量50%的水，搅拌均匀即成。
本发明的土石组合地质条件下人工顶管施工方法所用的防护罩，其特征在于：防护罩锚固在第一节管道外侧上部，防护罩由若干块钢板固定在一起制成，防护罩呈向下弯曲的圆弧形，钢板防护罩下面与管道上面之间形成作业空间；管道外壁与钢板防护罩之间设有用于加强支撑的型钢支撑杆。
钢板防护罩的锚固长度与管道前长度比例宜为1：2，即防罩有三分之一的长度锚固在第一节管道上，有三分之二的长度位于第一节管道前面。
本发明的有益效果是，对周边建筑设施无影响，确保施工安全，超挖量小，降低施工成本，保证施工进度，对地下管线、地基等影响小。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。图2为防护罩与第一节管道示意图。
图中，1防护罩，2第一节管道，3支撑杆。
具体实施方式
附图为本发明的一种具体实施例。
本发明的土石组合地质条件下人工顶管施工方法，包括以下步骤：施工准备→工作井制作→设备安装、工具管制作→土、石方拆除→管道顶进→管内注浆→检查井砌筑及回填。
具体步骤如下：
（1）工作井制作
工作井制作可根据现场条件，在确保施工安全的前提下选用沉井、锚喷支护、现浇钢筋砼护壁、倒挂井壁法等方式。
（2）工具管制作
在传统工具管制作的基础上加设钢板防护罩，钢板防护罩锚固在第一节管道外侧上部，钢板防护罩下面与管道上面之间形成作业空间，保证操作人员安全：
土石组合地质条件下人工顶管施工方法所用的防护罩，防护罩1锚固在第一节管道2外侧上部，防护罩由若干块钢板固定在一起制成，防护罩呈向下弯曲的圆弧形，钢板防护罩下面与管道上面之间形成作业空间；管道外壁与钢板防护罩之间设有用于加强支撑的型钢支撑3。
钢板防护罩的锚固长度与管道前长度比例宜为1：2，即防罩有三分之一的长度锚固在第一节管道上，有三分之二的长度位于第一节管道前面。
1）为方便安装，可将防护罩分解为若干片运至井内进行拼装；
2）为减小超挖量，钢板防护罩与管道外壁弧度一致；
3）若管内作业空间不足时，在管道外壁与钢板防护罩之间加设型钢，最大限度加大作业空间，型钢厚度小于允许超挖值；
4）为防止塌落土方损坏防护罩，造成意外伤害，钢板防护罩锚固长度与管前长度比例宜为1：2。
5）管顶以上为杂填土时（非石方），为防止塌方需进行预顶，为减小顶进阻力，选用钢板较厚时，可将前端制作成刃脚。
（3）土、石方拆除
1）土方拆除
土石组合地质条件下的土石方拆除采取斜面掘进法，自上而下进行。条件允许情况下进行预顶（顶进时密切注意顶力变化），将钢板防护罩切入土层内部，先将管道拱顶前端土方挖除，挖掘深度小于允许超挖值及钢板防护罩切入深度。
2）石方拆除：严格控制超挖量，随挖随顶进；超挖量控制主要针对石方部位，通过优化钻孔位置布设达到减小超挖值的目的；工作井内通风畅通；工作井内配备有害气体检测仪，防止有害气体渗入；
钻孔：为防止钻孔时产生粉尘，将风钻加设注水管。孔距根据石质情况及液压劈裂机功率确定。
劈裂：利用上部土方挖除后形成的空间作为临空面，使用液压岩石劈裂机将整体岩层分解成块状，劈裂顺序自上而下进行，再利用风镐将不易于搬运的石块破碎。
边角整修：利用风镐将拆除不到位部位进行整修，拱洞底部按照设计高程使用碎石进行整平，确保管道顺利通过。
（4）管道顶进（采用钢筋砼管材）
带有防护罩的第一节管道位于最前端，作业工人在防护罩与第一节管道之间的作业空间内进行作业。管道顶进时密切注意顶力变化，如发现顶力骤增立即停止顶进，进洞检查是否有石块棱角阻碍顶进，若洞内无障碍物，则考虑钢板防护罩进入土层后遇到障碍物，应继续挖掘直至障碍物清除。若岩层分布发生变化，管顶以上部位位于岩层时需遵循随挖随顶进的原则。
（5）管内注浆
石方段超挖量较普通土方顶管超挖量要大，超挖部分必须进行有效填充，因此注浆工作尤为重要。管内注浆确保顶管施工路段安全，避免由于管道土壁之间产生空隙造成的路面塌陷，增强地基的自稳性、土体坚固性和抗压强度。注浆前先将工作井及接收井内的管道外壁与拱洞之间空隙封堵，防止浆体外流，注浆时分层注入，待注入浆体沉淀凝固后再次注入。
管内注浆配合比
| P.O32.5水泥 | 细粘土 | 生石灰 | 水料比 |
| 30% | 60% | 10% | 0.5：1 |
本发明的土石结合地质条件下人工顶管施工工法与传统施工工艺（无声破碎剂、***、风镐破碎）比较进行效益分析：
经济效益：本发明的优点为，1、安全系数大，易于操作，节能降耗。2、不收外界条件约束，可不间断连续作业。3、加快施工进度，平均每天进尺2-4m。传统施工方法的缺点为，1、***危险系数大，***器材的购置、存放、使用成本高。2、无声破碎剂受环境温度限制，施工周期长。3、风镐拆除特坚石难度较大，每天进尺10cm左右。
社会效益为：本发明的优点为，大大降低了施工对周边建筑物产生破性影响和对周边居民日常生活的影响，减小因施工造成的交通压力。传统施工方法的缺点为，易对周遍建筑物及地下管线造成损伤，易产生粉尘、噪音、震动等不良后果。
环境效益为：本发明的优点为，施工时对环境无任何不利影响，无粉尘、无噪音、渣土集中易管理。传统施工方法的缺点为，1、***施工易导致环境、地下水体污染；2、石方***过程中容易产生尘土飞扬，***烟尘对环境造成污染。
应用实例：2013年4月20日至2013年7月30日，济南城建集团在济南市水质净化三厂配套扩建工程第一标段二环东路顶管施工中使用该工法，施工区位于闹市区，周边居民区人员来往较多，不具备封闭开挖施工的条件。且煤气管线、电力、给水等地下管线分布复杂。在施工中进行了试验和验证，实际施工效果良好，顺利完成了施工任务，获得业主多次好评，黄河路桥工程公司施工的第一标段借鉴该工法，顺利完成其施工任务，经检测相关技术指标，该工法符合施工要求，具有很好的经济技术价值。
Claims (6)
1.一种土石组合地质条件下人工顶管施工方法，其特征在于：包括以下步骤：施工准备→工作井制作→设备安装、工具管制作→土、石方拆除→管道顶进→管内注浆→检查井砌筑及回填；
具体步骤如下：
（1）工作井制作
工作井制作可根据现场条件，在确保施工安全的前提下选用沉井、锚喷支护、现浇钢筋砼护壁、倒挂井壁法方式；
（2）工具管制作
在传统工具管制作的基础上加设钢板防护罩，钢板防护罩锚固在第一节管道外侧上部，钢板防护罩下面与管道上面之间形成作业空间；将钢板防护罩分解为若干片运至井内进行拼装；
（3）土、石方拆除
A土方拆除
土石组合地质条件下的土方拆除采取斜面掘进法，自上而下进行；条件允许情况下进行预顶，将钢板防护罩切入土层内部，先将管道拱顶前端土方挖除，挖掘深度小于允许超挖值及钢板防护罩切入深度；
B石方拆除：
液压岩石劈裂机配合风钻、风镐拆除石方；严格控制超挖量，随挖随顶进；超挖量控制主要针对石方部位，通过优化钻孔位置布设达到减小超挖值的目的；工作井内通风畅通；工作井内配备有害气体检测仪，防止有害气体渗入；
（4）管道顶进
管道顶进时密切注意顶力变化，如发现顶力骤增立即停止顶进，进洞检查是否有石块棱角阻碍顶进，若洞内无障碍物，则考虑钢板防护罩进入土层后遇到障碍物，应继续挖掘直至障碍物清除；若岩层分布发生变化，管顶以上部位位于岩层时需遵循随挖随顶进的原则；
（5）管内注浆：
在管道外壁与拱洞之间的空隙内注浆；注浆时分层注入，待注入浆体沉淀凝固后再次注入。
2.根据权利要求1所述的土石组合地质条件下人工顶管施工方法，其特征在于：步骤（2）工具管制作中，
为减小超挖量，钢板防护罩与管道外壁弧度一致；管内作业空间不足时，在管道外壁与钢板防护罩之间加设型钢支撑杆，最大限度加大作业空间，型钢支撑杆厚度小于允许超挖值；为防止塌落土方损坏钢板防护罩，钢板防护罩锚固长度与管前长度比例宜为1：2；管顶以上为杂填土时，为防止塌方需进行预顶，为减小顶进阻力，选用钢板较厚时，将前端制作成刃脚。
3.根据权利要求1所述的土石组合地质条件下人工顶管施工方法，其特征在于：步骤（3）土、石方拆除中，步骤B石方拆除时，
钻孔：为防止钻孔时产生粉尘，将风钻加设注水管；孔距根据石质情况及液压岩石劈裂机功率确定；
劈裂：利用上部土方挖除后形成的空间作为临空面，使用液压岩石劈裂机将整体岩层分解成块状，劈裂顺序自上而下进行，再利用风镐将不易于搬运的石块破碎；
边角整修：利用风镐将拆除不到位部位进行整修，拱洞底部按照设计高程使用碎石进行整平，确保管道顺利通过。
4.根据权利要求1所述的土石组合地质条件下人工顶管施工方法，其特征在于：步骤（5）管内注浆中，注浆包括以下重量百分比的原料：水泥30%，细粘土60%，生石灰10%，再加入占原料总重量50%的水，搅拌均匀即成。
5.一种权利要求1所述的土石组合地质条件下人工顶管施工方法所用的钢板防护罩，其特征在于：钢板防护罩锚固在第一节管道外侧上部，钢板防护罩由若干块钢板固定在一起制成，钢板防护罩呈向下弯曲的圆弧形，钢板防护罩下面与管道上面之间形成作业空间；管道外壁与钢板防护罩之间设有用于加强支撑的型钢支撑杆。
6.根据权利要求5所述的钢板防护罩，其特征在于：钢板防护罩的锚固长度与管道前长度比例宜为1：2，即钢板防护罩有三分之一的长度锚固在第一节管道上，有三分之二的长度位于第一节管道前面。
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