CN109882195A - 一种装配式大断面矩形顶管管节及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及装配式大断面矩形顶管管节，由若干顶管管节相互连接而成，每个顶管管节由若干管片拼接而成；管片按位置包括：下部管片、左下管片、右下管片、左上管片、右上管片和上部管片；下部管片和上部管片为相同的梯形，左下管片和右上管片为相同的L形，长端为斜口，短端为平口；右下管片和左上管片为相同的L形，长端为平口，短端为斜口。本发明的有益效果是：采用6片预制混凝土管片进行拼装，管片预制化程度高、加工方便，节约了材料成本；管片之间依据管片长度采用多组斜螺栓连接，斜螺栓一端埋设螺母，对管片损伤少，管片防腐蚀性、耐久性好；大断面顶管预制管片相较于整段管节体积小、自重轻，制造、存放、运输方便。

Description

一种装配式大断面矩形顶管管节及施工方法

技术领域

本发明涉及顶管施工工程领域，特别涉及一种装配式大断面矩形顶管管节及施工方法，适用于大断面矩形顶管施工。

背景技术

顶管技术是一项用于市政施工的非开挖掘进式管道铺设施工技术。由于顶管施工可不阻断交通，不破坏道路和植被，可以避免开挖施工所带来的居民生活和交通干扰以及对环境和建筑基础的破坏影响，施工场地小、噪音小，而且能够深入地下作业而日益受到人们的关注。

随着社会经济的发展，可施工的顶管横断面尺寸不断加大，大断面的矩形顶管施工方法因其开挖面大、有效截面积大而备受青睐。

我国目前最大的矩形盾构尺寸可达到10.4×7.5m，其自重达73t。一般的大断面矩形盾构尺寸在5×3m到10×7m不等，其自重20t到70t不等，环宽以1.5m居多。就深圳地铁九号线大断面矩形顶管为例，该工程断面尺寸为7.7×4.3m，自重达54t，需要使用自重310t的吊车进行安装。

大断面的矩形顶管管节存在自重大、运输和安装难度大等问题，增加了施工难度和工程成本，影响了大断面顶管施工技术的发展。目前已有将一节顶管管节分成2块或4块管片的专利，但未涉及具体装配和施工方式。

综上所述，大断面矩形顶管管片存在自重大、运输和安装难度大等问题，亟需通过改进技术解决这些问题。

发明内容

本发明的目的在于解决大断面矩形顶管管节运输、安装困难的不足，提供一种装配式大断面矩形顶管管节及施工方法。

装配式大断面矩形顶管管节，由若干顶管管节相互连接而成，每个顶管管节由若干管片拼接而成；管片按位置包括：下部管片、左下管片、右下管片、左上管片、右上管片和上部管片；下部管片和上部管片为相同的梯形，左下管片和右上管片为相同的L形，长端为斜口，短端为平口；右下管片和左上管片为相同的L形，长端为平口，短端为斜口。

作为优选:管片之间通过接触面和多组斜螺栓连接，管片在接触面外侧设置一道弹性密封垫，在弹性密封垫内侧设置遇水膨胀的内侧防水条，内侧防水条内侧设置内侧嵌缝。

作为优选:相邻顶管管节之间通过F形三道防水体系接头和斜螺栓连接，F形三道防水体系接头包括：第1道防水体系：顶管管节接缝处设置承插口，接口钢套环与承口处混凝土结构密贴，在接口钢套环端部与混凝土密贴处设置由2道钢环和水膨胀止水条组成的止水钢环；顶管管节插口混凝土结构外侧密贴半圆形密封橡胶圈和鹰嘴形密封橡胶圈；第2道防水体系：在顶管管节承口端管壁中上部开槽，嵌入多孔型三元乙丙橡胶密封垫；在顶管管节插口端面与密封垫对应位置；第3道防水体系：在顶管管节内侧两顶管管节接口处设置嵌缝槽，注入有密封胶。

作为优选:相邻的顶管管节之间为错缝连接。

装配式大断面矩形顶管管节的施工方法，包括如下步骤：

1)、将预制管片运送至施工现场，利用小型吊车将下部管片、左下管片和右下管片吊至拱底位置，然后直接拼装到位；

2)、在已经拼装好的管片上搭接可拆卸的装配式台架，台架底部装有滚轮，可在顶管管节内部纵向移动；台架下方安装液压千斤顶，通过液压千斤顶抬高台架至设计的顶管管节内部的顶端；

3)、利用小型吊车将左上管片和右上管片吊至台架两侧，支撑在台架上；工人通过台架到达左右两侧指定位置，拼装左下管片和左上管片、右下管片和右上管片；

4)、利用小型吊车将上部管片吊至台架上；工人通过台架到达顶管管节顶部，拼装左上管片和上部管片、右上管片和上部管片；

5)、管片拼装结束后，收回液压千斤顶，台架顶端与顶管管节内侧不再接触；在拼装好的顶管管节和已经顶进的顶管管节之间搭设钢板，装有滚轮的台架通过钢板进入已经顶进的顶管管节中；

6)、用液压千斤顶将拼装完成的顶管管节向前顶进，再进行下一顶管管节拼接。

本发明的有益效果是：

1、采用6片预制混凝土管片进行拼装，管片预制化程度高、加工方便，节约了材料成本。

2、管片之间依据管片长度采用多组斜螺栓连接，斜螺栓一端埋设螺母，对管片损伤少，管片防腐蚀性、耐久性好。

3、大断面顶管预制管片相较于整段管节体积小、自重轻，制造、存放、运输方便。

4、运输、拼装顶管所需的材料设备和人工要求降低，提高了施工效率，降低了工程成本。

5、顶管管节接头增设纵向直螺栓，增加了接头的刚度和抗拉能力，增加矩形顶管的使用安全性。

附图说明

图1为管片拼装的大断面矩形顶管截面图；

图2为管片拼装流程示意图；

图3为管片间连接方式示意图；

图4为管节之间接口形式示意图；

图5为6块装配式大断面矩形顶管管节错缝拼装示意图；

图6为顶管施工时工作井剖面示意图；

附图标记说明：1-下部管片、2-左下管片、3-右下管片、4-左上管片、5-右上管片、6-上部管片、7-斜螺栓、8-台架、9-滚轮、10-液压千斤顶、11-外侧弹性密封垫、12-内侧防水条、13-内侧嵌缝、14-密封胶、15-弹性密封垫、16-垫板、17-接口钢套环、18-钢环、19、半圆形密封橡胶圈、20-鹰嘴形密封橡胶圈、21-顶管管节、22-顶管机、23-顶铁、24-小型吊车。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

如图1至图6所示，本实施例的装配式大断面矩形顶管管节及施工方法，采用6块预制混凝土管片，装配大断面矩形顶管管节21。依据拼装时管片所在位置分别为命名为下部管片1、左下管片2、右下管片3、左上管片4、右上管片5和上部管片6，构成大断面矩形顶管的管节。其具体施工方法如下：开挖工作井，吊装顶进设备。将6块预制管片运送至施工现场。硬化顶管作业面、硬化顶管作业面并设置反力墙。利用小型吊车24将管片运送至工作井内，在顶管管节21顶进预留位置进行管片拼装。开挖掌子面，利用液压千斤顶10顶进顶管管节21并同步注浆。顶管顶进结束后壁后注浆。循环以上管片吊装、顶进过程。

管片拼装具体过程及连接细节如下：利用小型吊车24将下部管片1、左下管片2和右下管片3吊至拱底位置，然后直接拼装到位。在左下管片1和右上管片2上搭接可拆卸的装配式台架8，台架8底部装有滚轮9，可在顶管内部纵向移动；台架8下方安装液压千斤顶10，通过液压千斤顶10抬高台架8至设计的顶管管节21内部的顶端。利用小型吊车24将左上管片4和右上管片5旋转调整角度，并吊至台架8两侧，支撑在台架8上；工人通过台架8到达左右两侧指定位置，拼装左下管片2和左上管片4、右下管片3和右上管片5。利用小型吊车24将上部管片6吊至台架8上；工人通过台架8到达顶管顶部，拼装左上管片4和上部管片6、右上管片5和上部管片6。管片拼装结束后，收回液压千斤顶10，台架8顶端与顶管内侧不再接触；在拼装好的顶管和已经顶进的顶管之间搭设钢板，装有滚轮9的台架8通过钢板进入已经顶进的顶管中。

管片之间可依据管片长度采用多组斜螺栓7连接，并采用外侧弹性密封垫11、内侧防水条12和内侧嵌缝13防水。设计通过在盾构管片外侧设置一道弹性密封垫11止水；在外圈弹性密封垫内侧设置遇水膨胀防水条12，遇水膨胀防水条12遇水膨胀兼起辅助防水的作用，确保密封垫的使用寿命和耐久性；内侧防水条12内侧设置内侧嵌缝13，形成多道设防，确保接缝综合防水效果。

管节和管节之间采用F形三道防水体系接头连接，采用多组斜螺栓7加强连接强度。F形三道防水体系接头细节如下：第1道防水体系：管节接缝处设置承插口，接口钢套环17采用厚18mm钢板，与承口处混凝土结构密贴，为避免钢环与混凝土间渗水，在钢环端部与混凝土密贴处设置由2道φ6钢环和水膨胀止水条组成的止水钢环18。管节插口混凝土结构外侧密贴半圆形橡胶圈19和鹰嘴形密封橡胶圈20，施工时***接口钢套环17过程中，橡胶圈被压缩，密贴钢套环，形成良好的防水体系。第2道防水体系：在管节承口端管壁中上部开槽，嵌入多孔型三元乙丙橡胶密封垫15。在管节插口端面与密封垫15对应位置，人工打磨光滑平整，保证拼装施工后能够与三元乙丙橡胶密封垫15密贴，起到防水目的。第3道防水体系(预留防水体系)：在管节内侧两管节接口处设置嵌缝槽，后期可采用注入双组分聚硫密封胶14形式或采用接水槽引水形式进行防水。

相邻管节仍采用6片预制管片，与下一管节错缝方式连接，间隔一节的管节所采用管片完全相同。为提高管片预制化效率，本发明设计的管片可以实现部分通用，即下部管片1和上部管片6及下一管节的上下部管片可通用，左下管片2和右上管片5可通用，右下管片3和左上管片4可通用，下一管节的左下、右上管片可通用，下一管节的右下、左上管片可通用。

管片之间依据管片长度采用多组斜螺栓7连接，斜螺栓7一端埋设螺母，对管片损伤少，管片防腐蚀性、耐久性好。顶管管节21之间的接头增设纵向斜螺栓7，增加了接头的刚度和抗拉能力，增加矩形顶管的使用安全性，同时减小了渗漏水、接头变形的可能性。

装配式大断面矩形顶管管节拼装有别于盾构管片在隧道内拼装，顶管管节21的上部管片6做成倒梯形，便于拼装，且左上管片4和右上管片5为斜螺栓7分担土体作用在顶管管节21上的土压力，增加斜螺栓7的抗拉、抗剪能力。

台架8由型钢和螺栓组合而成。台架8采用可拆卸装配式，下部装有滚轮9，顶管管片拼装完成后可进入已经顶进的顶管中，可避免台架8的反复拼装；必要时也可将台架8拆卸。

采用装配式大断面矩形顶管管节21的施工方法，包括以下步骤：

1、将6块预制管片运送至施工现场，利用小型吊车24将下部管片1、左下管片2和右下管片3吊至拱底位置，然后直接拼装到位。

2、在已经拼装好的管片上搭接可拆卸的装配式台架8，台架8底部装有滚轮9，可在顶管内部纵向移动；台架8下方安装液压千斤顶10，通过液压千斤顶10抬高台架8至设计的顶管管节21内部的顶端。

3、利用小型吊车24将左上管片4和右上管片5吊至台架8两侧，支撑在台架8上；工人通过台架8到达左右两侧指定位置，拼装左下管片2和左上管片4、右下管片3和右上管片5。

4、利用小型吊车24将上部管片6吊至台架8上；工人通过台架8到达顶管顶部，拼装左上管片4和上部管片6、右上管片5和上部管片6。

5、管片拼装结束后，收回液压千斤顶10，台架8顶端与顶管内侧不再接触；在拼装好的顶管和已经顶进的顶管之间搭设钢板，装有滚轮9的台架8通过钢板进入已经顶进的顶管中。

6、用液压千斤顶10将拼装完成的顶管管节21向前顶进，再进行下一管节拼接。

Claims (5)

1.一种装配式大断面矩形顶管管节，其特征在于：由若干顶管管节(21)相互连接而成，每个顶管管节(21)由若干管片拼接而成；管片按位置包括：下部管片(1)、左下管片(2)、右下管片(3)、左上管片(4)、右上管片(5)和上部管片(6)；下部管片(1)和上部管片(6)为相同的梯形，左下管片(2)和右上管片(5)为相同的L形，长端为斜口，短端为平口；右下管片(3)和左上管片(4)为相同的L形，长端为平口，短端为斜口。

2.根据权利要求1所述的装配式大断面矩形顶管管节，其特征在于：管片之间通过接触面和多组斜螺栓(7)连接，管片在接触面外侧设置一道弹性密封垫(11)，在弹性密封垫(11)内侧设置遇水膨胀的内侧防水条(12)，内侧防水条(12)内侧设置内侧嵌缝(13)。

3.根据权利要求1所述的装配式大断面矩形顶管管节，其特征在于：相邻顶管管节(21)之间通过F形三道防水体系接头和斜螺栓(7)连接，F形三道防水体系接头包括：第1道防水体系：顶管管节(21)接缝处设置承插口，接口钢套环(17)与承口处混凝土结构密贴，在接口钢套环(17)端部与混凝土密贴处设置由2道钢环和水膨胀止水条组成的止水钢环(18)；顶管管节(21)插口混凝土结构外侧密贴半圆形密封橡胶圈(19)和鹰嘴形密封橡胶圈(20)；第2道防水体系：在顶管管节(21)承口端管壁中上部开槽，嵌入多孔型三元乙丙橡胶密封垫(15)；在顶管管节(21)插口端面与密封垫(15)对应位置；第3道防水体系：在顶管管节(21)内侧两顶管管节(21)接口处设置嵌缝槽，注入有密封胶(14)。

4.根据权利要求1所述的装配式大断面矩形顶管管节，其特征在于：相邻的顶管管节(21)之间为错缝连接。

5.一种如权利要求1所述的装配式大断面矩形顶管管节的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)、将预制管片运送至施工现场，利用小型吊车(24)将下部管片(1)、左下管片(2)和右下管片(3)吊至拱底位置，然后直接拼装到位；

2)、在已经拼装好的管片上搭接可拆卸的装配式台架(8)，台架(8)底部装有滚轮(9)，可在顶管管节(21)内部纵向移动；台架(8)下方安装液压千斤顶(10)，通过液压千斤顶(10)抬高台架(8)至设计的顶管管节(21)内部的顶端；

3)、利用小型吊车(24)将左上管片(4)和右上管片(5)吊至台架(8)两侧，支撑在台架(8)上；工人通过台架(8)到达左右两侧指定位置，拼装左下管片(2)和左上管片(4)、右下管片(3)和右上管片(5)；

4)、利用小型吊车(24)将上部管片(6)吊至台架(8)上；工人通过台架(8)到达顶管管节(21)顶部，拼装左上管片(4)和上部管片(6)、右上管片(5)和上部管片(6)；

5)、管片拼装结束后，收回液压千斤顶(10)，台架(8)顶端与顶管管节(21)内侧不再接触；在拼装好的顶管管节(21)和已经顶进的顶管管节(21)之间搭设钢板，装有滚轮(9)的台架(8)通过钢板进入已经顶进的顶管管节(21)中；

6)、用液压千斤顶(10)将拼装完成的顶管管节(21)向前顶进，再进行下一顶管管节(21)拼接。