專利名稱：防止頂管機(jī)與管道下沉的施工裝置與施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種地下建筑工程技術(shù)領(lǐng)域中的裝置及施工技術(shù)，具體是一種防 止頂管機(jī)與管道下沉的施工裝置與施工方法。
背景技術(shù)：
頂管工法是軟土地層中小直徑隧道的常用施工方法之一。它具有施工速度快，經(jīng) 濟(jì)性強(qiáng)的特點(diǎn)。頂管施工時(shí)一般是將頂管機(jī)從頂管工作井中頂出，后續(xù)管節(jié)通常跟在頂管 機(jī)后，接力頂進(jìn)而成的地下隧道。近年來(lái)，隨著頂管機(jī)開發(fā)國(guó)產(chǎn)化的成功，逐步形成了泥水 平衡式與土壓平衡式的頂管機(jī)系列產(chǎn)品。這些頂管機(jī)產(chǎn)品的共同特點(diǎn)是頂管機(jī)頭安裝有 開挖面的大刀盤及其驅(qū)動(dòng)設(shè)備，使頂管機(jī)相對(duì)而言，比其后續(xù)管節(jié)的單位長(zhǎng)度重量要大得 多(3-4倍及以上)。
當(dāng)頂管機(jī)在從頂管工作井井壁中頂出時(shí)，從堅(jiān)硬的混凝土墻到加固地層再到極軟 弱的軟土地層時(shí)，由于地基的支持力與抗變形的能力較混凝土小許多，頂管機(jī)本身較重，這 樣，頂管機(jī)會(huì)發(fā)生突然下沉的現(xiàn)象。如果處理不當(dāng)將造成隧道軸線的偏差，甚至頂管施工不 能順利頂進(jìn)。這是頂管施工中的難點(diǎn)之一。
經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索可以發(fā)現(xiàn)，鮑永亮等在“Railway Engineering"(《鐵 道建筑》)(2009年第8期第75至78頁(yè))上發(fā)表的“軟土地層矩形頂管推進(jìn)施工措施分 析”(文章編號(hào)1003. 1995(2009)08-0075-04)中指出“根據(jù)頂管機(jī)出洞高程，洞圈內(nèi)安裝 鐵枕，并將始發(fā)架延伸至洞口，使得頂管機(jī)在出洞階段不會(huì)產(chǎn)生‘磕頭’現(xiàn)象。同時(shí)，頂管機(jī) 就位時(shí)，可將機(jī)頭墊高5mm左右，保持出洞時(shí)頂管機(jī)有一向上的趨勢(shì)。調(diào)整后座主推千斤頂 的合力中心，出洞時(shí)加密測(cè)量頂管機(jī)的偏差，一旦發(fā)現(xiàn)有磕頭趨勢(shì)，立即用后座千斤頂進(jìn)行 糾偏?！钡鶕?jù)實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)可知，上述方法具有一定的局限性，只能使機(jī)頭出洞后很近的 一段距離不發(fā)生下沉現(xiàn)象或者輕微下沉現(xiàn)象，而且對(duì)于圓形頂管，千斤頂均勻分布于圓周， 具體操作起來(lái)很難調(diào)整合力中心。由于軟土地層土體極其軟弱以及對(duì)周圍土體的擾動(dòng)影響 較大，當(dāng)頂管繼續(xù)頂進(jìn)，極有可能再次發(fā)生頂管機(jī)下沉。這種現(xiàn)象一旦發(fā)生，將大大提高施 工難度，并嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種防止頂管機(jī)與管道下沉的施工裝置與 施工方法，克服上述技術(shù)背景中的在頂管機(jī)進(jìn)出洞時(shí)由于地基支持力的突然降低導(dǎo)致的頂 管機(jī)下沉的施工技術(shù)缺陷，可以降低由于頂管機(jī)自重引起的下沉對(duì)施工過(guò)程的影響。對(duì)施 工過(guò)程的頂管姿態(tài)進(jìn)行及時(shí)測(cè)量與糾偏，可大大提高施工效率，并在一定程度內(nèi)降低施工 過(guò)程對(duì)周圍土體的擾動(dòng)影響。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明涉及一種防止頂管機(jī)與管道下沉的施工裝置，包括頂管機(jī)連接鋼管支座、 第一節(jié)至第四節(jié)頂管及其內(nèi)壁鋼環(huán)、內(nèi)壁鋼環(huán)支座、外包鋼板、頂管管節(jié)連接鋼管支座和整體連接鋼管套件，其中頂管機(jī)連接鋼管支座安裝于頂管機(jī)主體部分中的頂管機(jī)外殼的內(nèi) 壁上，第一節(jié)至第四節(jié)頂管管節(jié)依次串聯(lián)連接于頂管機(jī)主體部分之后，外包鋼板緊貼于頂 管管節(jié)外壁，內(nèi)壁鋼環(huán)支座預(yù)埋于頂管管壁內(nèi)，內(nèi)壁鋼環(huán)嵌于頂管內(nèi)側(cè)并連接于內(nèi)壁鋼環(huán) 支座上，頂管管節(jié)連接鋼管支座安裝于內(nèi)壁鋼環(huán)上，整體連接鋼管套件安裝于頂管機(jī)連接 鋼管支座和頂管管節(jié)連接鋼管支座上。
所述的頂管機(jī)連接鋼管支座的數(shù)量為三個(gè)且具體位于頂管機(jī)主體部分中距離頂 管機(jī)尾部大于或等于1/2倍頂管機(jī)主體部分長(zhǎng)度的頂管機(jī)外殼內(nèi)壁上，三個(gè)頂管機(jī)連接鋼 管支座位于同一橫斷面上。
所述的三個(gè)頂管機(jī)連接鋼管支座分別位于頂管機(jī)垂直正上方以及頂管機(jī)上半部 左右對(duì)稱位置處，該頂管機(jī)連接鋼管支座垂直于管壁安裝且頂管機(jī)連接鋼管支座軸線的法 向夾角應(yīng)與頂管管節(jié)管壁內(nèi)上半部的內(nèi)壁鋼環(huán)支座軸線的法向夾角一致。
所述的內(nèi)壁鋼環(huán)支座預(yù)埋于頂管管壁內(nèi)并與內(nèi)壁鋼環(huán)靠管壁內(nèi)的一側(cè)相連接，每 一個(gè)內(nèi)壁鋼環(huán)上設(shè)有六個(gè)內(nèi)壁鋼環(huán)支座且在頂管橫斷面上的具體位置分布為頂管管節(jié)垂 直正上方以及管節(jié)上半部左右對(duì)稱位置處各一個(gè)，且相鄰兩個(gè)內(nèi)壁鋼環(huán)支座的軸線法向夾 角不大于45° ；頂管管節(jié)垂直正下方以及管節(jié)下半部左右對(duì)稱位置處各一個(gè)，且相鄰兩個(gè) 內(nèi)壁鋼環(huán)支座的軸線法向夾角不大于90°。
所述的內(nèi)壁鋼環(huán)支座包括以兩行兩列形式分布的四根直錨筋和三根彎折錨筋， 其中直錨筋貫穿頂管管節(jié)內(nèi)壁，一端與內(nèi)壁鋼環(huán)相連接，另一端與頂管外壁的外包鋼板相 連接，彎折錨筋垂直于頂管橫斷面方向與直錨筋相間并等距布置。
所述的頂管管節(jié)連接鋼管支座與內(nèi)壁鋼環(huán)向管節(jié)內(nèi)的一側(cè)相連接，每一個(gè)內(nèi)壁鋼 環(huán)上設(shè)置有三個(gè)頂管管節(jié)連接鋼管支座且在頂管橫斷面上的具體位置分布為頂管管節(jié)垂 直正上方以及管節(jié)上半部左右對(duì)稱位置處各一個(gè)，且頂管管節(jié)連接鋼管支座軸線的法向夾 角應(yīng)與頂管機(jī)外殼內(nèi)壁上相應(yīng)的頂管機(jī)連接鋼管支座軸線的法向夾角一致。
所述的頂管管節(jié)內(nèi)還設(shè)有插口端鋼套環(huán)、承口端鋼套環(huán)、插口端錨固筋和承口端 錨固筋，其中插口端鋼套環(huán)和承口端鋼套環(huán)分別設(shè)置于頂管兩端接口處，插口端錨固筋與 承口端錨固筋分別設(shè)置于插口端鋼套環(huán)和承口端鋼套環(huán)的底部。
所述的整體連接鋼管套件包括連接鋼管、固定套管和連接套管，其中連接鋼管 安裝于頂管機(jī)連接鋼管支座與第一節(jié)頂管管節(jié)中相應(yīng)位置處的頂管管節(jié)連接鋼管支座、第 一節(jié)頂管以及后續(xù)相鄰頂管管節(jié)相應(yīng)位置處的頂管管節(jié)連接鋼管支座之間，并用與其配套 的螺母及墊圈進(jìn)行緊固；固定套管分別安裝于連接鋼管的兩端；連接套管通過(guò)螺栓、螺母 及墊圈套裝連接于同一頂管管節(jié)內(nèi)的相應(yīng)的兩個(gè)固定套管之上。
本發(fā)明涉及上述裝置的安裝及施工方法，包括以下步驟
①預(yù)埋內(nèi)壁鋼環(huán)支座及內(nèi)壁鋼環(huán)在第一節(jié)至第四節(jié)頂管制作時(shí)，將內(nèi)壁鋼環(huán)分 別預(yù)埋在第一節(jié)至第三節(jié)頂管管節(jié)中距離管節(jié)插口端和承口端1/6-1/5管節(jié)長(zhǎng)度的管節(jié) 內(nèi)壁一側(cè)及第四節(jié)頂管管節(jié)中距離插口端1/6-1/5管節(jié)長(zhǎng)度的管節(jié)內(nèi)壁一側(cè)；在每一個(gè)內(nèi) 壁鋼環(huán)上靠管壁內(nèi)的一側(cè)焊接六個(gè)內(nèi)壁鋼環(huán)支座；
②頂管機(jī)連接鋼管支座及頂管管節(jié)連接鋼管支座的安裝在頂管機(jī)上焊接三個(gè)頂 管機(jī)連接鋼管支座；在第一節(jié)至第四節(jié)頂管上焊接頂管管節(jié)連接鋼管支座；
③頂管機(jī)與第一節(jié)頂管管節(jié)的連接在頂管機(jī)出洞后，吊裝頂管第一節(jié)，在接口處進(jìn)行密封焊接，并用連接鋼管連接頂管機(jī)主體部分中的頂管機(jī)連接鋼管支座與第一節(jié)頂管 中相應(yīng)位置處的頂管管節(jié)連接鋼管支座，在連接鋼管兩端放入墊圈并用螺母將鋼管兩端緊 固；
④測(cè)量與糾偏完成頂管機(jī)與第一節(jié)頂管的連接后應(yīng)進(jìn)行測(cè)量，確定頂進(jìn)軸線是 否與設(shè)計(jì)軸線一致；如果有偏離，應(yīng)立即采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行糾偏；
⑤吊裝并連接第二節(jié)頂管當(dāng)頂進(jìn)軸線與設(shè)計(jì)軸線一致時(shí)，啟動(dòng)主頂油缸將第一 節(jié)頂管繼續(xù)頂進(jìn)，并吊裝第二節(jié)管節(jié)，在第一、二節(jié)管的接口處進(jìn)行密封焊接后，用連接鋼 管連接第一節(jié)頂管的頂管管節(jié)連接鋼管支座和第二節(jié)頂管相應(yīng)位置處的頂管管節(jié)連接鋼 管支座，在連接鋼管兩端放入墊圈并用螺母將鋼管兩端緊固；
⑥安裝第一節(jié)頂管內(nèi)的固定套管及連接套管先將所有連接鋼管朝向第一節(jié)頂管 管內(nèi)的一端套上固定套管，調(diào)節(jié)相對(duì)應(yīng)的固定套管的緊固長(zhǎng)度使得其螺栓孔的中心線距離 等于連接鋼管兩端螺栓圓孔的中心線距離，再將連接套管套裝連接于相應(yīng)的固定套管上， 并用配套的螺栓，螺母及墊圈將固定套管和連接套管固定；完成連接后，按照步驟④所述進(jìn) 行糾偏；
⑦第三節(jié)頂管的吊裝、連接及相關(guān)構(gòu)件的連接重復(fù)步驟⑤、⑥，完成頂管的頂進(jìn)、 第三節(jié)頂管的吊裝連接、第二節(jié)頂管內(nèi)固定套管及連接套管的安裝、測(cè)量糾偏工作；
⑧第四節(jié)頂管的吊裝、連接及相關(guān)構(gòu)件的連接重復(fù)步驟⑤、⑥，完成頂管的頂進(jìn)、 第四節(jié)頂管的吊裝連接、第三節(jié)頂管內(nèi)固定套管及連接套管的安裝、測(cè)量糾偏工作；
⑨全部隧道貫通后，依次拆除連接套管、固定套管、連接鋼管、頂管機(jī)連接鋼管支 座及頂管管節(jié)連接鋼管支座。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)管件連接將頂管機(jī)與后續(xù)幾節(jié)管節(jié)連成一個(gè)整體，從而 克服上述技術(shù)背景中的在頂管機(jī)進(jìn)出洞時(shí)由于地基支持力的突然降低導(dǎo)致的頂管機(jī)下沉 的施工技術(shù)缺陷。由于本發(fā)明可在一定程度上降低由于頂管機(jī)自重引起的下沉對(duì)于施工過(guò) 程的不良影響，如果在頂管機(jī)出洞的過(guò)程中，及時(shí)對(duì)頂管軸線進(jìn)行測(cè)量，并采取適當(dāng)?shù)姆绞?進(jìn)行糾偏，不僅可以提高施工效率，而且可以在一定程度內(nèi)減小頂管初始頂進(jìn)過(guò)程中對(duì)周 圍土體環(huán)境的影響。


圖1為本發(fā)明中的裝置及設(shè)備的安裝及連接的縱斷面圖。
圖2為本發(fā)明中的頂管機(jī)控制管中連接鋼管支座及其相關(guān)設(shè)備的位置關(guān)系圖。
圖3為本發(fā)明中的頂管第一節(jié)至三節(jié)管壁縱剖面與管節(jié)橫斷面圖。
圖4為本發(fā)明中的頂管第四節(jié)管壁縱剖面與管節(jié)橫斷面圖。
圖5為本發(fā)明中內(nèi)壁鋼環(huán)支座的組成結(jié)構(gòu)及其與其他構(gòu)件的位置關(guān)系圖。
圖6為本發(fā)明中連接鋼管及其與頂管管節(jié)連接鋼管支座的裝配圖。
圖7為為本發(fā)明中固定套管和連接套管設(shè)計(jì)及裝配圖。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施6例。
如圖1所示，本實(shí)施例包括頂管機(jī)連接鋼管支座4、頂管第一節(jié)至第四節(jié)5、6、7、8 及其對(duì)應(yīng)的內(nèi)壁鋼環(huán)9、外包鋼板10和內(nèi)壁鋼環(huán)支座11、頂管管節(jié)連接鋼管支座12和整體 連接管套件13，其中頂管機(jī)連接鋼管支座4安裝于頂管機(jī)刀盤1后面的頂管機(jī)主體部分2 中的頂管機(jī)外殼3的內(nèi)壁上，第一節(jié)至第四節(jié)頂管管節(jié)5、6、7、8依次串聯(lián)連接于頂管機(jī)主 體部分2之后，外包鋼板10緊貼于頂管管節(jié)外壁，內(nèi)壁鋼環(huán)支座11預(yù)埋于頂管管壁內(nèi)，內(nèi) 壁鋼環(huán)9嵌于內(nèi)壁鋼環(huán)支座11上，頂管管節(jié)連接鋼管支座12安裝于內(nèi)壁鋼環(huán)9上，整體連 接鋼管套件13安裝于頂管機(jī)連接鋼管支座4和頂管管節(jié)連接鋼管支座12上。實(shí)施例中， 頂管外徑為2000mm，頂管壁厚200mm，單節(jié)管長(zhǎng)1500mm。
圖2顯示了頂管機(jī)控制管內(nèi)相關(guān)裝置的結(jié)構(gòu)形式及位置關(guān)系，包括頂管機(jī)外殼3、 頂管機(jī)連接鋼管支座4、變壓設(shè)備14、刀盤驅(qū)動(dòng)設(shè)備15、送入泥漿管道16、泥漿閥17、排出 泥漿管道18、電控操作臺(tái)19，其中在頂管機(jī)主體部分2中距離頂管機(jī)尾部1500mm的頂管 機(jī)外殼3的內(nèi)壁上，在頂管管節(jié)垂直正上方以及管節(jié)上半部左右對(duì)稱30°位置處，安裝有 三個(gè)頂管機(jī)連接鋼管支座4 ；頂管機(jī)連接鋼管支座4底部垂直于管道方向和平行于管道方 向的寬度均為50mm，高度約為325mm ；頂管機(jī)連接鋼管支座4上部圓孔孔徑約為37mm，其軸 線與管道軸線平行；變壓設(shè)備14可給刀盤驅(qū)動(dòng)設(shè)備15提供穩(wěn)定的電壓；由于本實(shí)施例中 所采用的是泥水平衡式頂管工法施工，故在機(jī)頭尾部還設(shè)置了送入泥漿管道16、泥漿控制 閥17、排出泥漿管道18，用來(lái)控制泥漿的輸送；電控操作臺(tái)19是相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員對(duì)頂管 機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)了解與控制的平臺(tái)。
圖3顯示了第一節(jié)至第三節(jié)頂管的管壁內(nèi)結(jié)構(gòu)以及頂管管節(jié)連接鋼管支座的位 置分布，包括內(nèi)壁鋼環(huán)9、外包鋼板10、內(nèi)壁鋼環(huán)支座11、頂管管節(jié)連接鋼管支座12、插口端 鋼套環(huán)20、插口端錨固筋21、承口端錨固筋22、水脹式橡膠圈23、承口端鋼套環(huán)M、注漿孔 25、管節(jié)吊裝孔沈，其中外包鋼板10緊貼于頂管外壁，采用Q345鋼，厚度為IOmm;內(nèi)壁鋼 環(huán)9分別預(yù)埋在距離管節(jié)兩端約300mm的管節(jié)內(nèi)壁一側(cè)，內(nèi)壁鋼環(huán)9采用Q345鋼，厚度為 10mm，寬度為120mm ；內(nèi)壁鋼環(huán)支座11位于頂管管壁內(nèi)并與內(nèi)壁鋼環(huán)9上靠管壁內(nèi)的一側(cè) 相連接，每一個(gè)內(nèi)壁鋼環(huán)9上設(shè)置有六個(gè)內(nèi)壁鋼環(huán)支座11，內(nèi)壁鋼環(huán)支座11在頂管橫斷面 上的具體位置分布為垂直正上方與左右對(duì)稱30°位置處各一個(gè)，垂直正下方以及左右對(duì)稱 60°位置處各一個(gè)；頂管管節(jié)連接鋼管支座12以及內(nèi)壁鋼環(huán)9向管節(jié)內(nèi)的一側(cè)相連接，每 一個(gè)內(nèi)壁鋼環(huán)9上設(shè)置有三個(gè)頂管管節(jié)連接鋼管支座12，在頂管橫斷面上的位置分布為垂 直正上方以及左右對(duì)稱30°位置處；頂管管節(jié)連接鋼管支座12底部的厚度為50mm，寬度為 50mm，高度為135mm，其圓孔圓心距管節(jié)內(nèi)壁的垂直距離為100mm，孔徑約37mm，其軸線與管 道軸線平行且與對(duì)應(yīng)位置處的頂管機(jī)連接鋼管支座孔徑軸線重合；另外，在頂管管節(jié)內(nèi)還 設(shè)有插口端鋼套環(huán)20、插口端錨固筋21、承口端錨固筋22、承口端鋼套環(huán)M，其中，插口端 鋼套環(huán)20和承口端鋼套環(huán)M分別設(shè)置于頂管兩端接口處；插口端錨固筋21與承口端錨固 筋22分別設(shè)置于插口端鋼套環(huán)20和承口端鋼套環(huán)M的底部；在承口端鋼套環(huán)M的底部 設(shè)有一個(gè)水脹式橡膠圈23，以防止混凝土管節(jié)與鋼套環(huán)的連接處附近產(chǎn)生泥水滲漏；在管 節(jié)中部?jī)蓚?cè)分別設(shè)有一個(gè)吊裝孔25，以便吊裝管節(jié)。
圖4顯示了第四節(jié)頂管的管壁內(nèi)結(jié)構(gòu)以及頂管管節(jié)連接鋼管支座的位置分布，包 括內(nèi)壁鋼環(huán)9、外包鋼板10、內(nèi)壁鋼環(huán)支座11、頂管管節(jié)連接鋼管支座12、插口端鋼套環(huán)20、插口端錨固筋21、承口端錨固筋22、水脹式橡膠圈23、承口端鋼套環(huán)M、管節(jié)吊裝孔25，其 中由于第四節(jié)頂管8只與第三節(jié)頂管7用連接鋼管觀相連，故只在插口端預(yù)埋有內(nèi)壁鋼 環(huán)6。
圖5顯示了內(nèi)壁鋼環(huán)支座的組成結(jié)構(gòu)及其與其他構(gòu)件之間的位置關(guān)系，包括內(nèi)壁 鋼環(huán)9、外包鋼板10、內(nèi)壁鋼環(huán)支座11、頂管管節(jié)連接鋼管支座12、內(nèi)壁鋼環(huán)直錨筋沈和彎 折錨筋27，其中圖中A顯示了管節(jié)中近插口端一側(cè)，B顯示了承口端的一側(cè)，內(nèi)壁鋼環(huán)支 座11由四根(兩行兩列)內(nèi)壁鋼環(huán)直錨筋26和三根彎折錨筋27組成。本實(shí)施例中直錨 筋沈和彎折錨筋27取直徑12mm的II級(jí)熱軋帶月牙肋鋼筋，均位于頂管管壁內(nèi)并與內(nèi)壁 鋼環(huán)9上靠管壁內(nèi)的一側(cè)相連接，直錨筋沿管節(jié)軸線方向上間距為40mm，垂直軸線方向上 間距為50mm，一端與內(nèi)壁鋼環(huán)9相連接，另一端與頂管外壁的外包鋼板10相連接；彎折錨 筋27的彎折角度為27°，其相間于直錨筋等距布置，間距為50mm。
圖6顯示了整體連接鋼管套件13中連接鋼管觀與頂管管節(jié)連接鋼管支座12的 裝配方式，裝配件包括內(nèi)壁鋼環(huán)9、頂管機(jī)連接鋼管支座4或頂管管節(jié)連接鋼管支座12、連 接鋼管觀、配套螺母四及墊圈30，其中連接鋼管觀安裝于頂管機(jī)連接鋼管支座4與第一 節(jié)頂管的頂管管節(jié)連接鋼管支座12、第一節(jié)頂管以及后續(xù)相鄰頂管管節(jié)對(duì)應(yīng)位置處的頂管 管節(jié)連接鋼管支座12之間，并用與其配套的螺母四及墊圈30進(jìn)行緊固；連接頂管機(jī)與第 一節(jié)頂管的連接鋼管觀的長(zhǎng)度為2160mm，其兩端的外螺紋加工長(zhǎng)度為180mm，連接相鄰頂 管管節(jié)的連接鋼管觀的長(zhǎng)度為900mm，其兩端的外螺紋加工長(zhǎng)度為150mm ；兩種連接鋼管的 外徑均為36mm，內(nèi)徑均為20mm。
圖7顯示了整體連接鋼管套件13中固定套管31和連接套管32的設(shè)計(jì)和裝配方 式，裝配件包括頂管管節(jié)連接鋼管支座12、連接鋼管28、固定套管31、連接套管32、套管配 套的螺栓33、螺母34和墊圈35，其中固定套管31帶螺紋的一端安裝于連接鋼管觀上，連 接套管32通過(guò)螺栓33、螺母34及墊圈35套裝連接于同一管節(jié)內(nèi)相應(yīng)的兩個(gè)固定套管31 之上。實(shí)施例中，固定套管的長(zhǎng)度取200mm，內(nèi)徑約為37mm，外徑為54mm，其一端的內(nèi)螺紋 長(zhǎng)度約100mm，另一端距端口約50mm處有一個(gè)直徑約25mm的螺栓圓孔；連接套管內(nèi)徑約為 55mm,外徑為72mm，長(zhǎng)約700mm，在距兩端50mm處分別有一個(gè)直徑約25mm的螺栓圓孔；螺 栓、螺母及墊圈的螺紋規(guī)格均為M20，螺栓長(zhǎng)度為100mm。
上述裝置的安裝及施工方法，應(yīng)用于某工程的頂管施工過(guò)程中，頂管的覆土厚度 為7. 3-11. 6m，管道基本位于③層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和④層灰色淤泥質(zhì)黏土，包括以下步 驟
①預(yù)埋內(nèi)壁鋼環(huán)支座及內(nèi)壁鋼環(huán)在第一節(jié)至第四節(jié)頂管制作時(shí)，將內(nèi)壁鋼環(huán)分 別預(yù)埋在第一節(jié)至第三節(jié)頂管管節(jié)中距離管節(jié)插口端和承口端300mm及第四節(jié)頂管管節(jié) 中距離插口端300mm的管節(jié)內(nèi)壁一側(cè)；在每一個(gè)內(nèi)壁鋼環(huán)上靠管壁內(nèi)的一側(cè)焊接六個(gè)內(nèi)壁 鋼環(huán)支座，在頂管橫斷面上的具體位置分布為垂直正上方以及管節(jié)上半部左右對(duì)稱30°位 置處各一個(gè)，頂管垂直正下方以及管節(jié)下半部左右對(duì)稱60°位置處各一個(gè)；
②頂管機(jī)連接鋼管支座及頂管管節(jié)連接鋼管支座的安裝在距頂管機(jī)尾部 1500mm的頂管機(jī)主體部分的頂管機(jī)外殼內(nèi)壁上，在頂管機(jī)橫斷面的垂直正上方以及上半部 左右對(duì)稱30°位置處，焊接三個(gè)頂管機(jī)連接鋼管支座；在第一節(jié)至第四節(jié)頂管的預(yù)埋內(nèi)壁 鋼環(huán)上向管節(jié)內(nèi)的一側(cè)，在頂管管節(jié)橫斷面的垂直正上方以及管節(jié)上半部左右對(duì)稱30°位置處，焊接三個(gè)頂管管節(jié)連接鋼管支座，頂管管節(jié)連接鋼管支座圓孔軸線與頂管管道軸線 平行且與相應(yīng)位置處的頂管機(jī)連接鋼管支座圓孔軸線重合；
③頂管機(jī)與第一節(jié)頂管管節(jié)的連接在頂管機(jī)出洞后，吊裝頂管第一節(jié)，在接口處 進(jìn)行密封焊接，并用三根長(zhǎng)度為2160mm連接鋼管連接頂管機(jī)主體部分中的頂管機(jī)連接鋼 管支座與第一節(jié)頂管相應(yīng)位置處的頂管管節(jié)連接鋼管支座，在連接鋼管兩端放入墊圈并用 螺母將鋼管兩端緊固；
④測(cè)量與糾偏完成頂管機(jī)與第一節(jié)頂管的連接后應(yīng)進(jìn)行測(cè)量，確定頂進(jìn)軸線是 否與設(shè)計(jì)軸線一致；如果有偏離，應(yīng)立即采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行糾偏；
⑤吊裝并連接第二節(jié)頂管當(dāng)頂進(jìn)軸線與設(shè)計(jì)軸線一致時(shí)，啟動(dòng)主頂油缸將第一 節(jié)頂管繼續(xù)頂進(jìn)，并吊裝第二節(jié)管節(jié)，在第一、二節(jié)管的接口處進(jìn)行密封焊接后，用三根長(zhǎng) 度為900mm連接鋼管連接第一節(jié)頂管的頂管管節(jié)連接鋼管支座和第二節(jié)頂管相應(yīng)位置處 的頂管管節(jié)連接鋼管支座，在連接鋼管兩端放入墊圈并用螺母將鋼管兩端緊固；
⑥安裝第一節(jié)頂管內(nèi)的固定套管及連接套管先將所有連接鋼管朝向第一節(jié)頂管 管內(nèi)的一端套上固定套管，調(diào)節(jié)相對(duì)應(yīng)的固定套管的緊固長(zhǎng)度使得其螺栓孔的中心線距離 等于600mm，再將連接套管套裝連接于相應(yīng)的固定套管上，并用配套的螺栓，螺母及墊圈將 固定套管和連接套管固定；完成連接后，按照步驟④所述進(jìn)行糾偏；
⑦第三節(jié)頂管的吊裝、連接及相關(guān)構(gòu)件的連接重復(fù)步驟⑤、⑥，完成頂管的頂進(jìn)、 第三節(jié)頂管的吊裝連接、第二節(jié)頂管內(nèi)固定套管及連接套管的安裝、測(cè)量糾偏工作；
⑧第四節(jié)頂管的吊裝、連接及相關(guān)構(gòu)件的連接重復(fù)步驟⑤、⑥，完成頂管的頂進(jìn)、 第四節(jié)頂管的吊裝連接、第三節(jié)頂管內(nèi)固定套管及連接套管的安裝、測(cè)量糾偏工作；
⑨全部隧道貫通后，依次拆除連接套管、固定套管、連接鋼管、頂管機(jī)連接鋼管支 座及頂管管節(jié)連接鋼管支座等。
本實(shí)施例在頂管機(jī)出洞時(shí)，基本位于③層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土的土層中，在不使 用本發(fā)明所涉及裝置及構(gòu)件時(shí)，頂管頂進(jìn)時(shí)，頂管機(jī)下沉值約為30-50mm，通過(guò)對(duì)頂管機(jī)及 其后面四節(jié)管節(jié)及相應(yīng)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，有效的防止了頂管在出洞施工過(guò)程中頂管機(jī)下沉現(xiàn)象 的發(fā)生，頂管機(jī)的沉降值約為4-6mm，使用千斤頂進(jìn)行相應(yīng)的微調(diào)即可，在安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí) 用的前提下，提高了施工效率和施工精度。
權(quán)利要求
1.一種防止頂管機(jī)與管道下沉的施工裝置，其特征在于，包括頂管機(jī)連接鋼管支座、 第一節(jié)至第四節(jié)頂管及其內(nèi)壁鋼環(huán)、內(nèi)壁鋼環(huán)支座、外包鋼板、頂管管節(jié)連接鋼管支座和整 體連接鋼管套件，其中頂管機(jī)連接鋼管支座安裝于頂管機(jī)主體部分中的頂管機(jī)外殼的內(nèi) 壁上，第一節(jié)至第四節(jié)頂管管節(jié)依次串聯(lián)連接于頂管機(jī)主體部分之后，外包鋼板緊貼于頂 管管節(jié)外壁，內(nèi)壁鋼環(huán)支座預(yù)埋于頂管管壁內(nèi)，內(nèi)壁鋼環(huán)嵌于頂管內(nèi)側(cè)并連接于內(nèi)壁鋼環(huán) 支座上，頂管管節(jié)連接鋼管支座安裝于內(nèi)壁鋼環(huán)上，整體連接鋼管套件安裝于頂管機(jī)連接 鋼管支座和頂管管節(jié)連接鋼管支座上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止頂管機(jī)與管道下沉的施工裝置，其特征是，所述的頂管 機(jī)連接鋼管支座的數(shù)量為三個(gè)且具體位于頂管機(jī)主體部分中距離頂管機(jī)尾部大于或等于 1/2倍頂管機(jī)主體部分長(zhǎng)度的頂管機(jī)外殼內(nèi)壁上，三個(gè)頂管機(jī)連接鋼管支座位于同一橫斷 面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的防止頂管機(jī)與管道下沉的施工裝置，其特征是，所述的三個(gè) 頂管機(jī)連接鋼管支座分別位于頂管機(jī)垂直正上方以及頂管機(jī)上半部左右對(duì)稱位置處，該 頂管機(jī)連接鋼管支座垂直于管壁安裝且頂管機(jī)連接鋼管支座軸線的法向夾角應(yīng)與頂管管 節(jié)管壁內(nèi)上半部的內(nèi)壁鋼環(huán)支座軸線的法向夾角一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止頂管機(jī)與管道下沉的施工裝置，其特征是，所述的內(nèi)壁 鋼環(huán)支座預(yù)埋于頂管管壁內(nèi)并與內(nèi)壁鋼環(huán)靠管壁內(nèi)的一側(cè)相連接，每一個(gè)內(nèi)壁鋼環(huán)上設(shè)有 六個(gè)內(nèi)壁鋼環(huán)支座且在頂管橫斷面上的具體位置分布為頂管管節(jié)垂直正上方以及管節(jié)上 半部左右對(duì)稱位置處各一個(gè)，且相鄰兩個(gè)內(nèi)壁鋼環(huán)支座的軸線法向夾角不大于45° ；頂管 管節(jié)垂直正下方以及管節(jié)下半部左右對(duì)稱位置處各一個(gè)，且相鄰兩個(gè)內(nèi)壁鋼環(huán)支座的軸線 法向夾角不大于90°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3或4所述的防止頂管機(jī)與管道下沉的施工裝置，其特征是，所述 的內(nèi)壁鋼環(huán)支座包括以兩行兩列形式分布的四根直錨筋和三根彎折錨筋，其中直錨筋 貫穿頂管管節(jié)內(nèi)壁，一端與內(nèi)壁鋼環(huán)相連接，另一端與頂管外壁的外包鋼板相連接，彎折錨 筋垂直于頂管橫斷面方向與直錨筋相間并等距布置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止頂管機(jī)與管道下沉的施工裝置，其特征是，所述的頂管 管節(jié)連接鋼管支座與內(nèi)壁鋼環(huán)向管節(jié)內(nèi)的一側(cè)相連接，每一個(gè)內(nèi)壁鋼環(huán)上設(shè)置有三個(gè)頂管 管節(jié)連接鋼管支座且在頂管橫斷面上的具體位置分布為頂管管節(jié)垂直正上方以及管節(jié)上 半部左右對(duì)稱位置處各一個(gè)，且頂管管節(jié)連接鋼管支座軸線的法向夾角應(yīng)與頂管機(jī)外殼內(nèi) 壁上相應(yīng)的頂管機(jī)連接鋼管支座軸線的法向夾角一致。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4或6所述的防止頂管機(jī)與管道下沉的施工裝置，其特征是， 所述的頂管管節(jié)內(nèi)還設(shè)有插口端鋼套環(huán)、承口端鋼套環(huán)、插口端錨固筋和承口端錨固筋，其 中插口端鋼套環(huán)和承口端鋼套環(huán)分別設(shè)置于頂管兩端接口處，插口端錨固筋與承口端錨 固筋分別設(shè)置于插口端鋼套環(huán)和承口端鋼套環(huán)的底部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止頂管機(jī)與管道下沉的施工裝置，其特征是，所述的整體 連接鋼管套件包括連接鋼管、固定套管和連接套管，其中連接鋼管安裝于頂管機(jī)連接鋼 管支座與第一節(jié)頂管管節(jié)中相應(yīng)位置處的頂管管節(jié)連接鋼管支座、第一節(jié)頂管以及后續(xù)相 鄰頂管管節(jié)相應(yīng)位置處的頂管管節(jié)連接鋼管支座之間，并用與其配套的螺母及墊圈進(jìn)行緊 固；固定套管分別安裝于連接鋼管的兩端；連接套管通過(guò)螺栓、螺母及墊圈套裝連接于同一頂管管節(jié)內(nèi)的相應(yīng)的兩個(gè)固定套管之上。
9. 一種根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述裝置的安裝及施工方法，其特征在于，包括以下步驟①預(yù)埋內(nèi)壁鋼環(huán)支座及內(nèi)壁鋼環(huán)在第一節(jié)至第四節(jié)頂管制作時(shí)，將內(nèi)壁鋼環(huán)分別預(yù) 埋在第一節(jié)至第三節(jié)頂管管節(jié)中距離管節(jié)插口端和承口端1/6-1/5管節(jié)長(zhǎng)度的管節(jié)內(nèi)壁 一側(cè)及第四節(jié)頂管管節(jié)中距離插口端1/6-1/5管節(jié)長(zhǎng)度的管節(jié)內(nèi)壁一側(cè)；在每一個(gè)內(nèi)壁鋼 環(huán)上靠管壁內(nèi)的一側(cè)焊接六個(gè)內(nèi)壁鋼環(huán)支座；②頂管機(jī)連接鋼管支座及頂管管節(jié)連接鋼管支座的安裝在頂管機(jī)上焊接三個(gè)頂管機(jī) 連接鋼管支座；在第一節(jié)至第四節(jié)頂管上焊接三個(gè)頂管管節(jié)連接鋼管支座；③頂管機(jī)與第一節(jié)頂管管節(jié)的連接在頂管機(jī)出洞后，吊裝頂管第一節(jié)，在接口處進(jìn)行 密封焊接，并用連接鋼管連接頂管機(jī)主體部分中的頂管機(jī)連接鋼管支座與第一節(jié)頂管中相 應(yīng)位置處的頂管管節(jié)連接鋼管支座，在連接鋼管兩端放入墊圈并用螺母將鋼管兩端緊固；④測(cè)量與糾偏完成頂管機(jī)與第一節(jié)頂管的連接后應(yīng)進(jìn)行測(cè)量，確定頂進(jìn)軸線是否與 設(shè)計(jì)軸線一致；如果有偏離，應(yīng)立即采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行糾偏；⑤吊裝并連接第二節(jié)頂管當(dāng)頂進(jìn)軸線與設(shè)計(jì)軸線一致時(shí)，啟動(dòng)主頂油缸將第一節(jié)頂 管繼續(xù)頂進(jìn)，并吊裝第二節(jié)管節(jié)，在第一、二節(jié)管的接口處進(jìn)行密封焊接后，用連接鋼管連 接第一節(jié)頂管的頂管管節(jié)連接鋼管支座和第二節(jié)頂管相應(yīng)位置處的頂管管節(jié)連接鋼管支 座，在連接鋼管兩端放入墊圈并用螺母將鋼管兩端緊固；⑥安裝第一節(jié)頂管內(nèi)的固定套管及連接套管先將所有連接鋼管朝向第一節(jié)頂管管內(nèi) 的一端套上固定套管，調(diào)節(jié)相對(duì)應(yīng)的固定套管的緊固長(zhǎng)度使得其螺栓孔的中心線距離等于 連接鋼管兩端螺栓圓孔的中心線距離，再將連接套管套裝連接于相應(yīng)的固定套管上，并用 配套的螺栓，螺母及墊圈將固定套管和連接套管固定；完成連接后，按照步驟④所述進(jìn)行糾 偏；⑦第三節(jié)頂管的吊裝、連接及相關(guān)構(gòu)件的連接重復(fù)步驟⑤、⑥，完成頂管的頂進(jìn)、第三 節(jié)頂管的吊裝連接、第二節(jié)頂管內(nèi)固定套管及連接套管的安裝、測(cè)量糾偏工作；⑧第四節(jié)頂管的吊裝、連接及相關(guān)構(gòu)件的連接重復(fù)步驟⑤、⑥，完成頂管的頂進(jìn)、第四 節(jié)頂管的吊裝連接、第三節(jié)頂管內(nèi)固定套管及連接套管的安裝、測(cè)量糾偏工作；⑨全部隧道貫通后，依次拆除連接套管、固定套管、連接鋼管、頂管機(jī)連接鋼管支座及 頂管管節(jié)連接鋼管支座。
全文摘要
一種地下建筑工程技術(shù)領(lǐng)域的防止頂管機(jī)與管道下沉的施工裝置及其施工方法，該裝置包括頂管機(jī)連接鋼管支座、第一節(jié)至第四節(jié)頂管及其內(nèi)壁鋼環(huán)、內(nèi)壁鋼環(huán)支座、外包鋼板、頂管管節(jié)連接鋼管支座和整體連接鋼管套件，頂管機(jī)連接鋼管支座安裝于頂管機(jī)主體部分中的頂管機(jī)外殼的內(nèi)壁上，第一節(jié)至第四節(jié)頂管管節(jié)依次串聯(lián)連接于頂管機(jī)主體部分之后，外包鋼板緊貼于頂管管節(jié)外壁，內(nèi)壁鋼環(huán)支座預(yù)埋于頂管管壁內(nèi)，內(nèi)壁鋼環(huán)嵌于頂管內(nèi)側(cè)并連接于內(nèi)壁鋼環(huán)支座上，頂管管節(jié)連接鋼管支座安裝于內(nèi)壁鋼環(huán)上，整體連接鋼管套件安裝于頂管機(jī)連接鋼管支座和頂管管節(jié)連接鋼管支座上。本發(fā)明對(duì)施工過(guò)程的頂管姿態(tài)進(jìn)行測(cè)量與糾偏，提高施工效率并降低施工過(guò)程對(duì)周圍土體的擾動(dòng)影響。
文檔編號(hào)E21D9/04GK102042020SQ201010618359
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者彭鑫, 沈水龍, 羅春泳, 許燁霜 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)