CN110500122A - 顶管施工洞口防水加固结构及顶管施工洞口防水加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶管施工洞口防水加固结构，包括通过螺栓固定连接在施工洞口周边的钢箱梁，钢箱梁的轴向内侧面固定连接有内阻水结构，钢箱梁的轴向外侧面固定连接有外阻水结构；内阻水结构与外阻水结构均包括有支撑板和与支撑板的内表面压接在一起的橡胶板；支撑板包括连接部分与阻水部分，连接部分与阻水部分的分界线位于钢箱梁的径向内表面；阻水部分的径向内端向施工洞口的轴向内向倾斜设置。本发明还公开了相应的顶管施工洞口防水加固方法。具有水压越大密封性越好的特性，防水性能优异。本发明便于监测施工洞口处的水位，便于进行抽水作业，能够封堵顶管与施工洞口之间的间隙，具有良好的推广应用价值。

Description

顶管施工洞口防水加固结构及顶管施工洞口防水加固方法

技术领域

本发明涉及施工技术领域，尤其涉及顶管施工中的防水技术。

背景技术

顶管施工是非开挖地下管线施工的主要施工方法，这种施工方法不需要开挖路面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等，具有不污染环境、不影响交通、对地层结构破坏小、施工安全可靠、周期短、无需运输和堆放杂土、成本低、社会效益与经济效益显著等优点，因而得到了广泛应用。

顶管施工时，需要在工作井的顶进工作面处设置施工洞口，施工洞口的直径略大于顶管管道的直径，因而在洞口与顶管管道之间形成环形空腔。土体内的渗水或者地下水逐渐流入环形空腔，因而需要在洞口处采取防水措施。

传统的洞口防水措施，是在洞口与顶管管道之间设置一道环形的橡胶止水带。这种措施，在水压较小时能够起到良好的防水作用；当环形空腔处的水压较大时，橡胶止水带会在水压的作用下向洞口外翻折（水将橡胶止水带向上翻起），从而不能起到有效的防水作用。

顶管施工的距离越来越长，向环形空腔内渗流的土体的体积越来越大，环形空腔处更容易汇集较多的水并具有较大的水压，因而需要设计一种有效的洞口防水结构。

另外，在顶管施工过程中，如果能够有效检查环形空腔中的积水状况、有序将环形空腔中的水排放出去，则能够进一步避免洞口漏水带来的负面影响。

最后，减少环形空腔处的积水的技术对于洞口防水工作具有显而易见的积极意义，但目前只有洞口阻水（防水）技术，并没有减少积水的技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种顶管施工洞口防水加固结构，能够在较大水压下起到有效的洞口防水作用。

为实现上述目的，本发明提供了一种顶管施工洞口防水加固结构，以指向施工洞口轴向外侧的方向为轴向外向，以指向施工洞口轴向内侧的方向为轴向内向；顶管的管道外壁与施工洞口的孔壁之间的径向距离为H1厘米，顶管的管道外壁与施工洞口的孔壁之间围成主环形空腔；

包括环形的钢箱梁，钢箱梁通过螺栓固定连接在施工洞口周边，钢箱梁的内孔直径与施工洞口的直径相同；钢箱梁的轴向内侧面固定连接有内阻水结构，钢箱梁的轴向外侧面固定连接有外阻水结构，内阻水结构和外阻水结构的径向内端均与施工顶管的外壁相接；

内阻水结构与外阻水结构均包括有支撑板和与支撑板的内表面压接在一起的橡胶板；螺栓穿过外阻水结构、钢箱梁和内阻水结构并穿入施工洞口的洞口结构；内阻水结构与外阻水结构的支撑板均包括连接部分与阻水部分，连接部分与阻水部分的分界线位于钢箱梁的径向内表面；阻水部分的径向内端向施工洞口的轴向内向倾斜设置，阻水部分与施工洞口径向方向的夹角α大于5度并小于20度；

内阻水结构、外阻水结构、钢箱梁以及顶管之间围成内环形空腔。

所述支撑板沿钢箱梁的周向方向上采用以下两种结构中的任一种：

第一种结构是在钢箱梁的周向方向上为一体式环形结构；

第二种结构是在钢箱梁的周向方向上均匀间隔形成多段结构，相邻两段支撑板间的的间距为1－10毫米。

钢箱梁的顶部和中部以及中下部处分别设有观察抽水两用孔，观察抽水两用孔一端与内环形空腔相连通且另一端开口在钢箱梁的外露面上，钢箱梁外露面处的观察抽水两用孔内设有第一堵头。

所述连接部分与阻水部分的连接结构为以下两种结构中的任一种：

第一种是连接部分与阻水部分为一体结构；

第二种是连接部分与阻水部分通过合页铰接在一起。

施工洞口结构侧壁设有中埋式止水带，中埋式止水带与顶管外壁紧压配合并将主环形空腔分隔为内环形空腔和外环形空腔，内环形空腔和外环形空腔处的施工洞口结构侧壁内分别设有抽水注浆两用孔，抽水注浆两用孔沿施工洞口的周向均匀设置有四组；

抽水注浆两用孔一端与主环形空腔相连通且另一端开口在施工洞口结构的轴向外表面上，抽水注浆两用孔的外端连接有接头，接头连接有第二堵头。

本发明还提供了使用上述顶管施工洞口防水加固结构进行的顶管施工洞口防水加固方法，按以下步骤进行：

第一步骤是安装步骤；将内阻水结构和外阻水结构分别设置于钢箱梁的轴向内表面和轴向外表面上，通过螺栓将外阻水结构、钢箱梁和内阻水结构固定在施工洞口的洞口结构上；

第二步骤是顶管施工，顶管顶入施工洞口后与内阻水结构与外阻水结构相接，形成两道防水结构；

第三步骤是水位监测与抽水作业；

工作人员由上至下依次打开各观察抽水两用孔处的第一堵头，首次发现水后即可确定水位；当水位较高时取下第二堵头，使外置的抽水管的一端与接头相连接，使抽水管的另一端连接抽水泵，打开抽水泵，将主环形空腔中的水抽出；抽水完成后，关闭抽水泵，将抽水管与接头相分离，在接对上装入第二堵头。

第三步骤中，还进行内环形空腔的抽水作业；对主环形空腔抽水后，使抽水管与观察抽水两用孔相连接，打开抽水泵对内环形空腔进行抽水。

顶管施工后进行封孔作业，通过抽水注浆两用孔向主环形空腔内注入封堵用浆液，浆液在主环形空腔内凝固后形成封堵层。

本发明具有如下的优点：

本发明的防水加固结构和防水加固方法，具有水压越大密封性越好的特性，防水性能优异。本发明便于监测施工洞口处的水位，便于进行抽水作业，能够封堵顶管与施工洞口之间的间隙（主环形空腔），具有良好的推广应用价值。

水压的方向指向施工洞口的轴向外侧，阻水部分的径向内端向施工洞口的轴向内向倾斜设置，这样阻水部分的长度必然大于H1厘米，水压向轴向外侧紧压阻水部分时，就无法将阻水部分向外翻起，只能将阻水部分更紧密地压在顶管外壁上。因此本发明能够防止水压将阻水结构向外翻起，避免因此使防水结构失效。

如果α过小，则α在水压的作用下阻水部分容易被向外翻起来；如果α过大，则一方面阻水部分将过长而浪费材料，另一方面阻水部分容易在水浮力的作用下向内翻起来。α大于5度并小于20度，既防止水向外翻折阻水部分，又防止水向内翻折阻水部分，起到可靠地防水作用。

内阻水结构和外阻水结构构成两道阻水结构，增强了阻水效果。支撑板采用多段式结构，便于加工制作；支撑板采用一体式环形结构，便于安装。

观察抽水两用孔便于工作人员监控内环形空腔中的水位，并能够在连接抽水管后将内环形空腔中的水抽出。

抽水注浆两用孔的设置，便于将主环形空腔中的水抽出，能够向主环形空腔中注浆，防止施工洞口渗漏水。

附图说明

图1是顶管工作井的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是支撑板采用多段结构时本发明的结构示意图；

图4是本发明的竖向剖视示意图；

图5是图4中A处的放大图。

具体实施方式

如图1至图5所示，本发明的顶管施工洞口防水加固结构以指向施工洞口轴向外侧的方向为轴向外向，以指向施工洞口轴向内侧的方向为轴向内向；顶管9的管道外壁与施工洞口的孔壁之间的径向距离为H1厘米，顶管9的管道外壁与施工洞口的孔壁之间围成主环形空腔；

包括环形的钢箱梁1，钢箱梁1通过螺栓3固定连接在施工洞口周边，钢箱梁1的内孔直径与施工洞口的直径相同；钢箱梁1的轴向内侧面固定连接有内阻水结构，钢箱梁1的轴向外侧面固定连接有外阻水结构，内阻水结构和外阻水结构的径向内端均与施工顶管9的外壁相接；

内阻水结构与外阻水结构均包括有支撑板和与支撑板的内表面压接在一起的橡胶板4；螺栓3穿过外阻水结构、钢箱梁1和内阻水结构并穿入施工洞口的洞口结构7；内阻水结构与外阻水结构的支撑板均包括连接部分5与阻水部分6，连接部分5与阻水部分6的分界线位于钢箱梁的径向内表面；阻水部分6的径向内端向施工洞口的轴向内向倾斜设置，阻水部分6与施工洞口径向方向的夹角α大于5度并小于30度，优选15度。橡胶板4略长于支撑板，沿施工洞口的径向，橡胶板4的径向内端突出支撑板的径向内端，从而保证橡胶板4比支撑板更早接触顶管9的管壁。

当α为30度、H1为10厘米时，阻水部分6的长度约为12厘米。

内阻水结构、外阻水结构、钢箱梁1以及顶管9之间围成内环形空腔11。

其中，内阻水结构与外阻水结构的支撑板均采用钢板。

水压的方向指向施工洞口的轴向外侧，阻水部分6的径向内端向施工洞口的轴向内向倾斜设置，这样阻水部分6的长度必然大于H1厘米（通过为10厘米），水压向轴向外侧紧压阻水部分6时，就无法将阻水部分6向外翻起，只能将阻水部分6更紧密地压在顶管9外壁上。因此本发明能够防止水压将阻水结构向外翻起，避免因此使防水结构失效。

如果α过小，则α在水压的作用下阻水部分6容易被向外翻起来；如果α过大，则一方面阻水部分6将过长而浪费材料，另一方面阻水部分6容易在水浮力的作用下向内翻起来。α大于5度并小于20度，既防止水向外翻折阻水部分6，又防止水向内翻折阻水部分6，起到可靠地防水作用。

内阻水结构和外阻水结构构成两道阻水结构，增强了阻水效果。

所述支撑板沿钢箱梁1的周向方向上采用以下两种结构中的任一种：

第一种结构是在钢箱梁1的周向方向上为一体式环形结构；

第二种结构如图3所示，是在钢箱梁1的周向方向上均匀间隔形成多段结构，相邻两段支撑板间的的间距为1－10毫米。

支撑板采用多段式结构，便于加工制作；支撑板采用一体式环形结构，便于安装。

所述连接部分与阻水部分的连接结构为以下两种结构中的任一种：

第一种是连接部分与阻水部分为一体结构；

第二种是连接部分与阻水部分通过合页8铰接在一起。

钢箱梁1的顶部和中部以及中下部处分别设有观察抽水两用孔10，观察抽水两用孔10一端与内环形空腔11相连通且另一端开口在钢箱梁1的外露面上，钢箱梁1外露面处的观察抽水两用孔10内设有第一堵头。

堵头与观察抽水两用孔10的孔壁可以是紧配合，也可以是螺栓3连接。

观察抽水两用孔10便于工作人员监控内环形空腔11中的水位，并能够在连接抽水管后将内环形空腔11中的水抽出。

施工洞口结构侧壁设有中埋式止水带2，中埋式止水带2与顶管9外壁紧压配合并将主环形空腔分隔为内环形空腔21和外环形空腔22，内环形空腔21和外环形空腔22处的施工洞口结构侧壁内分别设有抽水注浆两用孔12，抽水注浆两用孔12沿施工洞口的周向均匀设置有四组；中埋式止水带2将主环形空腔分隔为内环形空腔21和外环形空腔22，形成两道密封，使施工洞口结构内部的水向外渗漏的阻力更多，减小了内阻水结构处的水压，增强了施工洞口结构的防水性能。

顶管施工完成后，通过内环形空腔21处的抽水注浆两用孔12以及外环形空腔22处的抽水注浆两用孔12向内环形空腔21和外环形空腔22中注入微膨胀混凝土进行封堵。封堵后，中埋式止水带2作为止水保障结构。

在顶管施工过程中，当中埋式止水带2在水压的作用下向外翻折时，通过外环形空腔22处的抽水注浆两用孔12向外环形空腔22中提供一定的注浆压力，使中埋式止水带2向回翻转复位，增强止水作用。

抽水注浆两用孔12一端与主环形空腔相连通且另一端开口在施工洞口结构7的轴向外表面上，抽水注浆两用孔12的外端连接有接头13，接头13连接有第二堵头。堵头为常规结构，图未示第一堵头和第二堵头。

抽水注浆两用孔12的设置，便于将主环形空腔中的水抽出，能够向主环形空腔中注浆，防止施工洞口渗漏水。

本发明还公开了使用上述顶管施工洞口防水加固结构进行的顶管施工洞口防水加固方法，按以下步骤进行：

第一步骤是安装步骤；将内阻水结构和外阻水结构分别设置于钢箱梁1的轴向内表面和轴向外表面上，通过螺栓3将外阻水结构、钢箱梁1和内阻水结构固定在施工洞口的洞口结构7上；

第二步骤是顶管施工，顶管9顶入施工洞口后与内阻水结构与外阻水结构相接，形成两道防水结构；当主环形空腔中的水压较大时，在水压的作用下内阻水结构的阻水部分6向外顶压在顶管9外壁上；水压越大此处顶得越紧，密封效果越好，使本发明具有水压越大密封性越好的突出优点。

部分主环形空腔中的水突破内阻水结构进入内环形空腔11，内环形空腔11中的水压大大小于主环形空腔，外阻水结构始终对较低水压的水（不会面对较高水压）进行密封，起到良好的密封作用。

第三步骤是水位监测与抽水作业；

工作人员由上至下依次打开各观察抽水两用孔10处的第一堵头，首次发现水后即可确定水位；当水位较高（如超过施工洞口的一半高度）时，取下第二堵头，使外置的抽水管的一端与接头13相连接，使抽水管的另一端连接抽水泵，打开抽水泵，将主环形空腔中的水抽出；抽水完成后，关闭抽水泵，将抽水管与接头13相分离，在接对上装入第二堵头（压入或者螺纹连接）。

本发明的防水加固结构和防水加固方法，具有水压越大密封性越好的特性，防水性能优异。

第三步骤中，还进行内环形空腔11的抽水作业；对主环形空腔抽水后，使抽水管与观察抽水两用孔10相连接，打开抽水泵对内环形空腔11进行抽水。

顶管施工后进行封孔作业，通过抽水注浆两用孔12向主环形空腔内注入封堵用浆液，浆液在主环形空腔内凝固后形成封堵层。

封堵用浆液可以是混凝土或发泡剂等材料。

由于封堵了主环形空腔，因此土体内的水难以抵达施工洞口的开口处，大大提高了施工洞口的防水性能，能够在长期的使用过程中实现施工洞口免维护免监测，避免施工洞口处渗漏水。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.顶管施工洞口防水加固结构，以指向施工洞口轴向外侧的方向为轴向外向，以指向施工洞口轴向内侧的方向为轴向内向；顶管的管道外壁与施工洞口的孔壁之间的径向距离为H1厘米，顶管的管道外壁与施工洞口的孔壁之间围成主环形空腔；

其特征在于：包括环形的钢箱梁，钢箱梁通过螺栓固定连接在施工洞口周边，钢箱梁的内孔直径与施工洞口的直径相同；钢箱梁的轴向内侧面固定连接有内阻水结构，钢箱梁的轴向外侧面固定连接有外阻水结构，内阻水结构和外阻水结构的径向内端均与施工顶管的外壁相接；

内阻水结构与外阻水结构均包括有支撑板和与支撑板的内表面压接在一起的橡胶板；螺栓穿过外阻水结构、钢箱梁和内阻水结构并穿入施工洞口的洞口结构；内阻水结构与外阻水结构的支撑板均包括连接部分与阻水部分，连接部分与阻水部分的分界线位于钢箱梁的径向内表面；阻水部分的径向内端向施工洞口的轴向内向倾斜设置，阻水部分与施工洞口径向方向的夹角α大于5度并小于20度；

内阻水结构、外阻水结构、钢箱梁以及顶管之间围成内环形空腔。

2.根据权利要求1所述的顶管施工洞口防水加固结构，其特征在于：所述支撑板沿钢箱梁的周向方向上采用以下两种结构中的任一种：

第一种结构是在钢箱梁的周向方向上为一体式环形结构；

第二种结构是在钢箱梁的周向方向上均匀间隔形成多段结构，相邻两段支撑板间的的间距为1－10毫米。

3.根据权利要求1所述的顶管施工洞口防水加固结构，其特征在于：钢箱梁的顶部和中部以及中下部处分别设有观察抽水两用孔，观察抽水两用孔一端与内环形空腔相连通且另一端开口在钢箱梁的外露面上，钢箱梁外露面处的观察抽水两用孔内设有第一堵头。

4.根据权利要求1所述的顶管施工洞口防水加固结构，其特征在于：所述连接部分与阻水部分的连接结构为以下两种结构中的任一种：

第一种是连接部分与阻水部分为一体结构；

第二种是连接部分与阻水部分通过合页铰接在一起。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的顶管施工洞口防水加固结构，其特征在于：施工洞口结构侧壁设有中埋式止水带，中埋式止水带与顶管外壁紧压配合并将主环形空腔分隔为内环形空腔和外环形空腔，内环形空腔和外环形空腔处的施工洞口结构侧壁内分别设有抽水注浆两用孔，抽水注浆两用孔沿施工洞口的周向均匀设置有四组；

抽水注浆两用孔一端与主环形空腔相连通且另一端开口在施工洞口结构的轴向外表面上，抽水注浆两用孔的外端连接有接头，接头连接有第二堵头。

6.使用权利要求5中顶管施工洞口防水加固结构进行的顶管施工洞口防水加固方法，其特征在于按以下步骤进行：

第一步骤是安装步骤；将内阻水结构和外阻水结构分别设置于钢箱梁的轴向内表面和轴向外表面上，通过螺栓将外阻水结构、钢箱梁和内阻水结构固定在施工洞口的洞口结构上；

第二步骤是顶管施工，顶管顶入施工洞口后与内阻水结构与外阻水结构相接，形成两道防水结构；

第三步骤是水位监测与抽水作业；

工作人员由上至下依次打开各观察抽水两用孔处的第一堵头，首次发现水后即可确定水位；当水位较高时取下第二堵头，使外置的抽水管的一端与接头相连接，使抽水管的另一端连接抽水泵，打开抽水泵，将主环形空腔中的水抽出；抽水完成后，关闭抽水泵，将抽水管与接头相分离，在接对上装入第二堵头。

7.根据权利要求6所述的顶管施工洞口防水加固方法，其特征在于：第三步骤中，还进行内环形空腔的抽水作业；对主环形空腔抽水后，使抽水管与观察抽水两用孔相连接，打开抽水泵对内环形空腔进行抽水。

8.根据权利要求6所述的顶管施工洞口防水加固方法，其特征在于：

顶管施工后进行封孔作业，通过抽水注浆两用孔向主环形空腔内注入封堵用浆液，浆液在主环形空腔内凝固后形成封堵层。