CN110792085A - 一种顶管工作坑支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种顶管工作坑支护方法，其包括以下步骤：步骤一、施工准备，按设计标高进行场地平整，进行灌注桩的放样并环绕工作坑隔桩施工，形成环形排桩；步骤二、根据地质及地下水分布情况，于相邻的两根灌注桩之间施工高压喷射止水桩，使得高压喷射止水桩与灌注桩相咬合，形成封闭的止水帷幕；步骤三、工作坑坑内土方分层开挖，开挖达到每层设计标高后，进行环梁施工，待每层环梁施工达到设计强度后再进行下一层土方开挖，开挖至工作坑坑底；步骤四、对顶管进洞口地面进行注浆加固形成洞口内衬墙，同时预留出顶管进洞口位置，并进行垫层和后座墙施工，以及顶管设备的安装，完成工作坑施工。本发明具有结构可靠、便于顶管施工的效果。

Description

一种顶管工作坑支护方法

技术领域

本发明涉及基坑支护技术领域，尤其涉及一种顶管工作坑支护方法。

背景技术

目前，在市政工程中雨水管道或污水管道的施工，通常采用顶管法施工。管道的顶进和埋设需竖井提供工作空间，即工作坑，在场地空间限制条件下，工作坑必须采取支护措施，确保竖井土方开挖和后期管道施工安全。

现有的技术中，现阶段工作坑的支护形式主要受顶管工艺和场地地质条件确定。对于采用手掘式顶管工艺，其坑内设备较为简单，对顶坑净空尺寸要求不苛刻，只要满足管道吊装和千斤顶的安置及顶进即可，因此其净空尺寸较小，多采用矩形顶坑。对于机械顶管工艺，由于顶管前端采用自动化掘进设备，在安装初期，设备的吊装和辅助管道的埋设需要较大的作业空间，这势必对支护结构有更高的要求。

尤其是城市环境中的工作坑，周边构筑物较多，地下条件复杂，对于超深的工作坑采用灌注桩加内支撑结构体系，虽然支撑可靠，但是受内支撑体系的影响，作业空间较窄，不利于机械顶管设备及管道安装的吊装空间需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种顶管工作坑支护方法，具有结构可靠、便于顶管施工的优点。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种顶管工作坑支护方法，包括以下步骤：

步骤一、施工准备，按设计标高进行场地平整，进行灌注桩的放样并环绕工作坑隔桩施工，形成环形排桩；

步骤二、根据地质及地下水分布情况，于相邻的两根灌注桩之间施工高压喷射止水桩，使得高压喷射止水桩与灌注桩相咬合，形成封闭的止水帷幕；

步骤三、工作坑坑内土方分层开挖，开挖达到每层设计标高后，进行环梁施工，待每层环梁施工达到设计强度后再进行下一层土方开挖，开挖至工作坑坑底；

步骤四、对顶管进洞口地面进行注浆加固形成洞口内衬墙，同时预留出顶管进洞口位置，并进行垫层和后座墙施工，以及顶管设备的安装，完成工作坑施工。

实施上述技术方案，通过高压喷射止水桩与灌注桩相咬合形成封闭的止水帷幕，且止水帷幕的横截面为圆形，结构可靠性高，对场地地质适应性较好，适用于超深的工作坑支护，由于支护结构位移小，对工作坑周边的构筑物影响可控；同时，采用大跨度环梁支撑，工作坑净空尺寸大，可根据机械顶管设备的吊装要求和拟埋管道的管节尺寸在设计时灵活调整大小，便于顶管施工；另外，本支护结构充分利用圆形环梁受压承载力高的特点，在同类场地下，较少的支撑构件就可达到较好的支护效果，因此可利于减小建设投资。

本发明进一步设置为，步骤一中，所述灌注桩桩孔内下放的钢筋笼包括钢筋和便于对顶管进洞口施工的玻璃纤维筋，所述玻璃纤维筋于所述灌注桩的桩孔内下放至所述工作坑的顶管施工位置处。

实施上述技术方案，在对顶管进洞口施工过程中，需要对开洞范围内的灌注桩进行破除，传统方式先破碎混凝土后，需要对灌注桩内的钢筋进行切割拆除，不仅施工效率低，而且破碎后的钢筋多为不规则的钢筋，增加了人工切割钢筋的施工困难，也增加了施工作业的安全隐患，通过将顶管施工开洞范围内的灌注桩内所有纵筋、箍筋、加强筋由钢筋替换为玻璃纤维筋，玻璃纤维与普通钢筋相比，具有质量轻、抗拉强度高、静剪切力很高、抗腐蚀性强、弹性模量低等特点，既保证了工作坑支护结构的结构强度，又能便于在后期顶管位置处进行开洞施工时对玻璃纤维筋进行拆除，提高了工作效率，节省了施工工期。

本发明进一步设置为，所述玻璃纤维筋和所述钢筋通过U型螺栓连接。

实施上述技术方案，纵向受拉玻璃纤维筋与钢筋之间搭接采用U型螺栓进行固定，便于在钢筋笼制作过程中玻璃纤维筋与钢筋之间的连接固定。

本发明进一步设置为，步骤三中，所述工作坑进行土方开挖前，于止水帷幕顶部浇筑环形的冠梁，待所述冠梁达到设计强度后，再进行所述工作坑内土方开挖。

实施上述技术方案，在止水帷幕顶部支模并浇筑形成冠梁，通过冠梁使得灌注桩和高压喷射止水桩组成的止水帷幕形成整体受力的支护体系，该支护体系可以在工作坑周围环境复杂的情况下，满足对工作坑的支护。

本发明进一步设置为，步骤四中，先钻机成孔，再埋设袖阀管并注浆，再拔管，通过水泥砂浆逢开口回填形成洞口内衬墙。

实施上述技术方案，先通过地质钻机钻机成孔，钻孔达到设计深度后，即可***PVC袖阀管，再通过PVC袖阀管进行全孔一次性注浆，最后采用水泥砂浆封口回填，以增强顶进时土体的稳定性。

本发明进一步设置为，所述工作坑外设置有一圈第一环形排水沟。

实施上述技术方案，通过设置有第一环形排水沟，对工作坑附近的地表水进行降水，同时减少周围的雨水进入到工作坑内。

本发明进一步设置为，所述工作坑内于其坑底设置有一圈第二环形排水沟，所述第二环形排水沟于所述工作坑坑底内连通有集水坑。

实施上述技术方案，通过在工作坑内设置有一圈第二环形排水沟，对工作坑内进行降水，第二环形排水沟的水流入集水坑中，采取集水坑抽排措施对工作坑内进行降水。

本发明进一步设置为，步骤三中，相邻的所述环梁于所述工作坑内竖向间距为4m。

实施上述技术方案，工作坑内相邻两根环梁的竖向间距为4m，相邻两根竖向环梁竖向间距大，便于工作坑内的土方开挖，工序交错单一，有利于节约工期。

本发明进一步设置为，步骤三中，所述环梁通过插筋与止水帷幕连接。

实施上述技术方案，在环梁支模浇筑时，通过插筋与止水帷幕连接，便于环梁与止水帷幕形成整体，同时防止环梁中填实混凝土的坠落。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

一、通过高压喷射止水桩与灌注桩相咬合形成封闭的止水帷幕，且止水帷幕的横截面为圆形，结构可靠性高，对场地地质适应性较好，适用于超深的工作坑支护，由于支护结构位移小，对工作坑周边的构筑物影响可控；同时，采用大跨度环梁支撑，工作坑净空尺寸大，可根据机械顶管设备的吊装要求和拟埋管道的管节尺寸在设计时灵活调整大小，便于顶管施工；另外，本支护结构充分利用圆形环梁受压承载力高的特点，在同类场地下，较少的支撑构件就可达到较好的支护效果，因此可利于减小建设投资；

二、在顶管施工的开洞施工过程中，需要对开洞范围内的灌注桩进行破除，传统方式先破碎混凝土后，需要对灌注桩内的钢筋进行切割拆除，不仅施工效率低，而且破碎后的钢筋多为不规则的钢筋，增加了人工切割钢筋的施工困难，也增加了施工作业的安全隐患，通过将顶管施工开洞范围内的灌注桩内所有纵筋、箍筋、加强筋由钢筋替换为玻璃纤维筋，玻璃纤维与普通钢筋相比，具有质量轻、抗拉强度高、静剪切力很高、抗腐蚀性强、弹性模量低等特点，既保证了工作坑支护结构的结构强度，又能便于在后期顶管位置处进行开洞施工时对玻璃纤维筋进行拆除，提高了工作效率，节省了施工工期。

附图说明

图1是本发明实施例工作坑的剖面图；

图2是本发明实施例工作坑的平面图；

图3是本发明实施例钢筋笼的结构示意图。

附图标记：1、灌注桩；2、工作坑；3、高压喷射止水桩；4、环梁；5、顶管进洞口；6、洞口内衬墙；7、垫层；8、后座墙；9、钢筋笼；91、钢筋；92、玻璃纤维筋；10、U型螺栓；11、冠梁；12、第一环形排水沟；13、第二环形排水沟；14、集水坑。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例的技术方案进行描述。

实施例

结合图1和图2，用于顶管施工的工作坑支护结构，包括灌注桩1、高压喷射止水桩3、环梁4和冠梁11。灌注桩1环绕工作坑2进行隔桩施工，形成环形桩排，并于相邻的两根灌注桩1之间施工高压喷射止水桩3，高压喷射止水桩3与灌注桩1相咬合，形成封闭的止水帷幕。同时，在止水帷幕顶部通过支模浇筑环形冠梁11。工作坑2坑内土方分层开挖，开挖达到每层设计标高后，通过支模进行环梁4施工，环梁4通过插筋与止水帷幕浇筑在一起。

如图1所示，在工作坑2内对顶管进洞口5处的地面进行注浆加固形成洞口内衬墙6，并在工作坑2内施工形成便于顶进设备施工的垫层7和后座墙8。在工作坑2外的地面上开挖一圈环绕工作坑2的第一环形排水沟12，在工作坑2坑底开挖一圈第二环形排水沟13，第二环形排水沟13于工作坑2坑底内连通有集水坑14，施工人员可通过抽排设备将集水坑14中收集的地下水抽出工作坑2。

如图3所示，下放至灌注桩1桩孔内的钢筋笼9由钢筋91和玻璃纤维筋92制成，玻璃纤维筋92于灌注桩1的桩孔内下放至工作坑2的顶管施工位置处。在钢筋笼9的制作过程中，在灌注桩1于顶管进洞口5需要拆除的部分，由玻璃纤维筋92替代原有的钢筋91。制作钢筋笼9时纵向受拉玻璃纤维筋92与玻璃纤维筋92之间的连接、玻璃纤维筋92与钢筋91之间采用U型螺栓10连接，其他部位的连接用铁丝或尼龙绳绑扎牢固。玻璃纤维筋92的筋笼内部宜采用玻璃纤维筋92桁架或后期可去除的钢筋91桁架，增加玻璃纤维筋92筋笼刚度，避免玻璃纤维筋92的筋笼在吊装和运输过程中出现过大变形，保证钢筋笼9转运过程安全。

本实施例还公开了一种顶管工作坑支护方法，包括以下步骤：

步骤一、施工准备，根据现场实际情况，在基坑周边设置安全护栏，工作坑2的地层参数采用勘察报告建议值，根据顶管机械平面布置及吊装要求，顶坑采用净直径为10m的圆形工作坑2；在工作坑2外开挖一圈第一环形排水沟12用于降水和排水，并布置水位观测点，动态观测地下水位；

步骤二、灌注桩1的施工，按设计标高进行场地平整，用全站仪测量桩位，并做好标志，在桩位中心四周测放出护桩点，作为钻孔施工中的桩位控制点和检查点；埋设护筒，护筒采用十字交叉法定位，然后通过钻机对灌注桩1桩孔进行钻孔，钻孔过程中通过泥浆护壁，钻孔达到设计深度后，对孔深、孔径、孔位等进行检查；在顶管进洞口5开洞范围内灌注桩1的所有纵筋、箍筋、加强筋均采用玻璃纤维筋92，制作钢筋笼9时纵向受拉玻璃纤维筋92与玻璃纤维筋92之间的连接、玻璃纤维筋92与钢筋91之间采用U型螺栓10连接，其他部位的连接用10号铁丝或尼龙绳绑扎牢固，再在钢筋笼9内部设置玻璃纤维桁架作为吊运玻璃纤维筋92筋笼的辅助措施；钢筋笼9安放就位前，必须清除孔底沉渣，桩底沉渣不大于100mm，清孔完成后应立即吊放钢筋笼9，并将钢筋笼9的玻璃纤维筋92沿着桩孔吊装至顶管进洞口5开洞范围内，再浇灌强度等级为C40的混凝土，采用串筒法水下浇筑工艺；灌注桩1应采取隔桩施工，在相邻桩混凝土达到70%的设计强度后，成孔施工；钢筋笼9露出冠梁11底设计标高不小于35d，浇注标高应比设计标高增加500mm；灌注桩1施工完成后，由建设单位委托具有专项检测资质的单位进行桩身完整性检测；

步骤三、于相邻的两根灌注桩1之间进行高压喷射止水桩3施工，并采取隔孔分序方式且相邻孔注浆间隔时间不宜小于24h，使得高压喷射止水桩3与灌注桩1相咬合，形成封闭的止水帷幕；设计固结体直径800mm，水泥浆水灰比1:1，施工时可以掺入通过试验确定的水玻璃，由于止水帷幕较深，应采取复喷工艺增加底部固结体直径；高压喷射止水桩3施工放线时，应对桩位坐标、各项高程数据、桩位距轮廓线距离等进行仔细核算，确保准确无误；桩位偏差不应大于50mm；桩身垂直度偏差不应大于1%；桩位中心线偏差：沿垂直轴线方向不大于50㎜，沿轴线方向不大于150㎜；桩径允许误差：±50㎜；桩顶标高误差：小于50㎜；孔深误差：+300㎜；孔底虚土清理较彻底，由于高压喷射止水桩3为抗水平力桩，孔底虚土厚度不应大于200㎜；施工钻孔时应做好地质层面记录，如发现地质情况与钻孔资料相差较大时，应及时与设计单位联系，协调处理；高压喷射止水桩3施工完成后，由建设单位委托具有专项检测资质的单位对所有高压喷射止水桩3进行桩身完整性检测；

步骤四、通过支模对止水帷幕顶部浇筑冠梁11，冠梁11为平面为一封闭的圆形，截面为矩形，其尺寸通过计算确定；浇注冠梁11前，必须清理止水帷幕顶部的残渣、浮土和积水，凿毛清洗至设计标高；浇筑冠梁11的混凝土强度等级C40，冠梁11钢筋91保护层厚度为50mm；冠梁11应一次性浇筑完成，当由于特殊原因必须留设施工缝时，须按规范要求对施工缝进行处理；冠梁11主筋采用单面搭接焊，搭接焊长度大于10d，采用双面焊接时，搭接焊长度大于5d；冠梁11标高允许偏差20mm，任意方向直径允许偏差50mm；

步骤五、待冠梁11达到设计强度后，进行坑内土方开挖，土方开挖应分层均衡对称开挖，并对桩间土进行网喷；分层开挖高度为下一道环梁4支撑设计标高以下0.5m，达到每层设计标高后，通过支模进行环梁4的施工，环梁4平面为一封闭的圆形，截面为矩形，其尺寸通过计算确定，相邻的环梁4于工作坑2内竖向间隔4m；浇筑环梁4的混凝土强度等级C40，环梁4钢筋91保护层厚度35mm；环梁4应一次性浇筑完成，当由于特殊原因必须留设施工缝时，须按规范要求对施工缝进行处理，环梁4的施工与拆除应与设计工况一致，必须遵循先撑后挖的原则；环梁4主筋采用单面搭接焊，搭接焊长度大于10d；采用双面焊接时，搭接焊长度大于5d；环梁4与止水帷幕接触部位应清除泥土杂质并凿毛，环梁4与止水帷幕的间隙应采用素混凝土填实，为防止填实混凝土坠落，在支模时环梁4可通过插筋与止水帷幕连接，环梁4应采取冗余的防掉落措施；环梁4标高允许偏差20mm，任意方向直径允许偏差50mm；在土方开挖的同时，坑内降水应同步进行，确保坑内水位低于每层开挖标高以下0.5m，待每层环梁4达到设计强度后再进行下一层土方开挖；

步骤六、开挖至坑底后，在工作坑2坑底开挖一圈第二环形排水沟13，第二环形排水沟13在工作坑2坑底内连通有集水坑14，并通过抽排设备将集水坑14中的水抽出工作坑2外，使得工作坑2的设计降水位位于工作坑2坑底以下0.5m；

步骤七、进行工作坑2内洞口内衬墙6、垫层7和后座墙8施工；并对洞口内衬墙6地面注浆加固，施工前须通过现场注浆试验复核水灰比、注浆压力、注浆量和注浆有效加固范围，并对设计进行修正；洞口内衬墙6地面注浆加固时，采用地质钻机成孔，钻孔直径不宜大于100mm，根据设计的平面坐标位置进行钻机就位，要求将钻头对准孔位中心，同时钻机平面应放置平稳、水平钻孔位置允许偏差±50mm，垂直度允许偏差±1%；钻孔达到设计深度时，即可***50型 PVC袖阀管；然后通过50型 PVC袖阀管全孔一次性注浆，注浆流量取（7~10）L/min，注浆应连续进行，因故中断时间间隔不小于浆液的初凝时间，注浆量达到设计注浆量或终孔注浆压力方可结束注浆，注浆应跳孔间隔、先***后中间的顺序注浆；最后，采用水泥砂浆封口回填封孔；

步骤八、在对洞口内衬墙6进行施工时预留出顶管进洞口5位置，当洞口内衬墙6的强度达到设计要求后，对位于顶管进洞口5范围内需要破除的灌注桩1进行标记，再采用破碎锤或***破碎对灌注桩1的混凝土和玻璃纤维筋92进行破除，从而完成顶管进洞口5施工；再进行顶管设备的安装，完成工作坑2施工。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种顶管工作坑支护方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、施工准备，按设计标高进行场地平整，进行灌注桩(1)的放样并环绕工作坑(2)隔桩施工，形成环形排桩；

步骤二、根据地质及地下水分布情况，于相邻的两根灌注桩(1)之间施工高压喷射止水桩(3)，使得高压喷射止水桩（3）与灌注桩(1)相咬合，形成封闭的止水帷幕；

步骤三、工作坑(2)坑内土方分层开挖，开挖达到每层设计标高后，进行环梁(4)施工，待每层环梁(4)施工达到设计强度后再进行下一层土方开挖，开挖至工作坑(2)坑底；

步骤四、对顶管进洞口(5)地面进行注浆加固形成洞口内衬墙(6)，同时预留出顶管进洞口(5)位置，并进行垫层(7)和后座墙(8)施工，以及顶管设备的安装，完成工作坑(2)施工。

2.根据权利要求1所述的一种顶管工作坑支护方法，其特征在于，步骤一中，所述灌注桩(1)桩孔内下放的钢筋笼(9)包括钢筋(91)和便于对顶管进洞口(5)施工的玻璃纤维筋(92)，所述玻璃纤维筋(92)于所述灌注桩(1)的桩孔内下放至所述工作坑(2)的顶管施工位置处。

3.根据权利要求2所述的一种顶管工作坑支护方法，其特征在于，所述玻璃纤维筋(92)和所述钢筋(91)通过U型螺栓(10)连接。

4.根据权利要求1所述的一种顶管工作坑支护方法，其特征在于，步骤三中，所述工作坑(2)进行土方开挖前，于止水帷幕顶部浇筑环形的冠梁(11)，待所述冠梁(11)达到设计强度后，再进行所述工作坑(2)内土方开挖。

5.根据权利要求1所述的一种顶管工作坑支护方法，其特征在于，步骤四中，先钻机成孔，再埋设袖阀管并注浆，再拔管，通过水泥砂浆逢开口回填形成洞口内衬墙(6)。

6.根据权利要求1所述的一种顶管工作坑支护方法，其特征在于，所述工作坑(2)外设置有一圈第一环形排水沟(12)。

7.根据权利要求1所述的一种顶管工作坑支护方法，其特征在于，所述工作坑(2)内于其坑底设置有一圈第二环形排水沟(13)，所述第二环形排水沟(13)于所述工作坑(2)坑底内连通有集水坑(14)。

8.根据权利要求1所述的一种顶管工作坑支护方法，其特征在于，步骤三中，相邻的所述环梁(4)于所述工作坑(2)内竖向间距为4m。

9.根据权利要求1所述的一种顶管工作坑支护方法，其特征在于，步骤三中，所述环梁(4)通过插筋与止水帷幕连接。

Images