超深覆土超大口径超长曲线顶管穿越障碍物装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种超深覆土超大口径超长曲线顶管穿越障碍物装置，包括：出洞止水装置、顶管掘进机、顶管顶进结构、水平导向纠偏系统、钢管桩顶进结构、中继间和松土钢罩。本发明专利技术的有益效果是：采用顶管顶进结构，让两个顶管机同时反向作业，使施工速度成倍提升；顶管机采用土压平衡顶管原理进行施工，通过泥土仓内土压力与顶管机掘进面压力相结合原理，控制全断面刀盘前端土体的挠动，实现刀盘前端土体压力平衡；为了保证长距离顶管中继间密封的可靠性，设置两道橡胶密封圈，密封圈材料为天然橡胶；橡胶密封圈上设有径向的补掌螺钉，密封圈磨损后，通过调节螺钉补偿密封；不仅仅降低了施工成本，还简化了施工步骤，具有明显的技术优势和经济效益。和经济效益。和经济效益。

【技术实现步骤摘要】
超深覆土超大口径超长曲线顶管穿越障碍物装置及方法


[0001]本专利技术属于管道施工
，尤其涉及一种超深覆土超大口径超长曲线顶管穿越障碍物装置及施工方法。

技术介绍

[0002]随着我国经济持续稳定地增长，城市化进程的进一步加快，我国的地下管线的需求量也在逐年增加。加之人们对环境保护意识的增强，顶管技术在我国地下管线的施工中起到越来越重要的地位和作用。经过多年的发展，顶管技术具有经济、高效和保护环境的综合功能，在我国已大量地应用在实际工程中。
[0003]顶管施工类型分为手掘式、挤压式、泥水平衡式、三段两铰型水力挖土式和多刀盘土压平衡式。其中泥水平衡式顶管是一种以全断面切削土体，以泥水压力来平衡土压力和地下水压力，又以泥水作为输送弃土介质的机械自动化顶管施工法。
[0004]在复杂地质环境中，采用泥水平衡顶管机顶管相比采用人工顶管更为安全。传统泥水平衡式顶管的施工方法的特点是，一侧为工作井，一侧为接收井，由一个顶管机从一个方向向另一个方向作业。但是传统泥水平衡式顶管的施工方法应用于超长距离顶管顶进的施工中，存在以下问题：顶进速度慢周期长，且往往需要设置多个中继间，增加施工成本。
[0005]因此，在复杂环境超长距离的管道施工过程中，顶管施工的顶进速度慢，施工成本高的问题尚未得到有效的解决。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种超深覆土超大口径超长曲线顶管穿越障碍物装置及方法。
[0007]这种超深覆土超大口径超长曲线顶管穿越障碍物装置，包括出洞止水装置、顶管掘进机、顶管顶进结构、水平导向纠偏系统、钢管桩顶进结构、中继间和松土钢罩；水泥管节上设有沉井出洞口，沉井出洞口设置一平段，平段上预埋有钢套筒和钢法兰，钢法兰上安装有出洞止水装置；顶管掘进机由刀盘、螺旋输送机、主轴驱动电机、主轴转力箱、前壳体和后壳体组成；待拔除桩基的外围设有松土钢罩；
[0008]顶管顶进结构内，沿管线地面向下开挖有工作井和接收井，管线两端分别设有两个接收井，工作井设置在管线中部；工作井内工作井基础上设有中部顶压墙、斜桩、竖桩和支撑柱；斜桩上设有应变片；中部顶压墙通过斜桩、竖桩和支撑柱固定在工作井内；中部顶压墙两侧的工作井井壁上均安装有顶进设备，工作井上预留管节的进洞口，两台顶进设备分别沿接收井的方向双向连接泥水平衡顶管机和管节；
[0009]水平导向纠偏系统包括后视棱镜、激光标靶单元、激光全站仪、同步控制器、液压顶推系统和主控计算机；后视棱镜设于两组激光全站仪之前，主控计算机电连接液压顶推系统和同步控制器；两组激光全站仪之后的顶进桥涵上对应设有两组激光标靶单元；
[0010]钢管桩顶进结构内，软土地层中设有顶进设备，沿Z轴方向桩基础前后两侧设有两
排沿X轴方向的钢管桩，沿Z轴方向桩基础左右两侧设有两列沿Y轴方向的钢管桩，沿X轴方向的钢管桩和沿Y轴方向的钢管桩形成钢管桩十字网格；Z轴方向桩基础夹持在钢管桩十字网格的格室中间；Z轴方向桩基础位置预留有注浆孔，多个注浆孔形成注浆孔组；Z轴方向桩基础与顶进的钢管桩形成注浆加固体。
[0011]作为优选，出洞止水装置包括挡圈和牛油盘根，挡圈固定在牛油盘根前；牛油盘根前后固定有盘根前环和盘根后环；橡胶止水板位于水泥管节内部。
[0012]作为优选，挡圈为密封橡胶圈。
[0013]作为优选，顶管掘进机内，浆液入口从刀盘后的中心注浆口接入顶管掘进机，顶管掘进机入口设有搅拌棒；前壳体内，主轴驱动电机与主轴转力箱电连接，前壳体后固定有纠偏油缸，纠偏油缸后设有后壳体，螺旋输送机贯穿前壳体和后壳体。
[0014]作为优选，中继间采用混凝土管中继间，包括承口钢圈加长的前特管、插口加长的后特管、前承力钢环、后承力钢环、液压油缸和橡胶密封圈；橡胶密封圈上设有径向的补掌螺钉。
[0015]作为优选，松土钢罩包括外侧钢板、加劲肋、内侧钢板、活动百叶和活动门；松土钢罩与空压机连接，松土钢罩设置喷气孔，空压机通过进气管连接桩体，桩体上设有外侧钢板；桩体内部沿水平方向设有多根钢加劲肋；桩体的内侧钢板上设有活动百叶和活动门。
[0016]作为优选，泥水平衡顶管机选用TP4000型土压平衡顶管掘进机。
[0017]这种超深覆土超大口径超长曲线顶管穿越障碍物装置的施工方法，包括以下步骤：
[0018]S1、前期准备，测试放样：将施工场地夯实平整，将积水排干；在施工场地表面采用砂石料进行填充，对填充后的场地内部进行硬化；
[0019]S2、安装调试顶管设备，安装沉井洞口止水措施；
[0020]S3、准备作业：在施工场地内布置门式起重机一台；将门式起重机跨距内作为管材存放场地；
[0021]S4、顶进作业：泥水平衡顶管机采用全断面刀盘掘进，浆液从刀盘后的中心注浆口进入顶管掘进机，然后通过搅拌棒进行搅拌；主轴驱动电机带动主轴转力箱运作，前壳体后固定有纠偏油缸，螺旋输送机贯穿前壳体和后壳体，将泥浆输送至后方；采用大直径螺旋输送机出土；确定顶进方向抛高数值，若泥水平衡顶管机出现磕头现象，则立刻调整顶进方向抛高数值，控制全断面刀盘前端土体的挠动；
[0022]S5、安放中继间：当总推力达到设计推力的设定百分比时，安放混凝土管中继间，混凝土管中继间以前的管段用中继间的顶进设备进行顶进；当混凝土管中继间以前的管段开始顶进时，工作坑内的千斤顶紧密顶在导轨上接好的管子上，阻止中继间向工作坑方向退移；当第一个中继间以前的管段顶进完后，卸油压，开始第二个中继间以前的管段顶进，依次开动下去，直至所有混凝土管中继间完成安放；施工结束后，拆除前承力钢环、后承力钢环、中继间油缸和中继间密封，前特管与后特管合拢后恢复为正常管道；
[0023]S6、顶管顶进结构在复杂地质中进行顶进推进排障：设置一个工作井和两个接收井，将两个接收井分别设置在管线的左端和右端，将顶进设备安装在工作井内的中部顶压墙两侧；泥水平衡管机同时反向作业，顶进设备沿管线双向分别对称顶进；
[0024]S7、桩基拔除：在待拔除桩基的外围设置松土钢罩，松土钢罩与空压机连接，松土
钢罩上设置喷气孔；在拔桩过程中，空压机产生高压气，沿喷气孔喷射出高压气，高压气松动待拔除桩基周围的土体，顺利拔除待拔除桩基；
[0025]S8、防汛墙及周围土体防护：通过后视棱镜定向确定顶进桥涵的初始姿态和理论设计轴线；通过激光全站仪对后视棱镜进行跟踪测量；通过主控计算机分析所采集的数据，确定顶进桥涵的实时姿态；当顶进桥涵的水平偏位达到预警值时，主控计算机发出指令，调整液压顶推系统来纠正顶进桥涵的水平偏位；
[0026]S9、钢管桩顶进结构穿越栈桥桩群进行注浆加固体施工：顶进设备深入软土地层中，沿Z轴方向桩基础前后两侧顶入两排沿X轴方向的钢管桩，随后沿Z轴方向桩基础左右两侧顶入两列沿Y轴方向的钢管桩，形成钢管桩十字网格；将Z轴方向桩基础夹持在钢管桩十字网格的格室中间，按照设定的Z轴方向桩基础所在位置预留注浆孔，通过注浆固结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.超深覆土超大口径超长曲线顶管穿越障碍物装置，其特征在于：包括出洞止水装置、顶管掘进机、顶管顶进结构、水平导向纠偏系统、钢管桩顶进结构、中继间和松土钢罩；水泥管节上设有沉井出洞口，沉井出洞口设置一平段，平段上预埋有钢套筒和钢法兰，钢法兰上安装有出洞止水装置；顶管掘进机由刀盘(6)、螺旋输送机(14)、主轴驱动电机(12)、主轴转力箱(10)、前壳体(9)和后壳体(13)组成；待拔除桩基的外围设有松土钢罩；顶管顶进结构内，沿管线地面(16)向下开挖有工作井(21)和接收井(15)，管线两端分别设有两个接收井(15)，工作井(21)设置在管线中部；工作井(21)内工作井基础(26)上设有中部顶压墙(20)、斜桩(23)、竖桩(24)和支撑柱(25)；斜桩(23)上设有应变片；中部顶压墙(20)通过斜桩(23)、竖桩(24)和支撑柱(25)固定在工作井(21)内；中部顶压墙(20)两侧的工作井井壁(22)上均安装有顶进设备(34)，工作井(21)上预留管节(18)的进洞口，两台顶进设备(34)分别沿接收井(15)的方向双向连接泥水平衡顶管机(17)和管节(18)；水平导向纠偏系统包括后视棱镜(27)、激光标靶单元(33)、激光全站仪(32)、同步控制器(29)、液压顶推系统(28)和主控计算机(30)；后视棱镜(27)设于两组激光全站仪(32)之前，主控计算机(30)电连接液压顶推系统(28)和同步控制器(29)；两组激光全站仪(32)之后的顶进桥涵(31)上对应设有两组激光标靶单元(33)；钢管桩顶进结构内，软土地层中设有顶进设备(34)，沿Z轴方向桩基础(35)前后两侧设有两排沿X轴方向的钢管桩，沿Z轴方向桩基础(35)左右两侧设有两列沿Y轴方向的钢管桩，沿X轴方向的钢管桩和沿Y轴方向的钢管桩形成钢管桩十字网格；Z轴方向桩基础(35)夹持在钢管桩十字网格的格室中间；Z轴方向桩基础(36)位置预留有注浆孔(38)，多个注浆孔(38)形成注浆孔组(37)；Z轴方向桩基础(36)与顶进的钢管桩(35)形成注浆加固体。2.根据权利要求1所述超深覆土超大口径超长曲线顶管穿越障碍物装置，其特征在于：出洞止水装置包括挡圈(2)和牛油盘根(5)，挡圈(2)固定在牛油盘根(5)前；牛油盘根(5)前后固定有盘根前环(3)和盘根后环(4)；橡胶止水板(1)位于水泥管节内部。3.根据权利要求2所述超深覆土超大口径超长曲线顶管穿越障碍物装置，其特征在于：挡圈(2)为密封橡胶圈。4.根据权利要求1所述超深覆土超大口径超长曲线顶管穿越障碍物装置，其特征在于：顶管掘进机内，浆液入口从刀盘(6)后的中心注浆口(7)接入顶管掘进机，顶管掘进机入口设有搅拌棒(8)；前壳体(9)内，主轴驱动电机(12)与主轴转力箱(10)电连接，前壳体(9)后固定有纠偏油缸(11)，纠偏油缸(11)后设有后壳体(13)，螺旋输送机(14)贯穿前壳体(9)和后壳体(13)。5.根据权利要求1所述超深覆土超大口径超长曲线顶管穿越障碍物装置，其特征在于：中继间采用混凝土管中继间(19)，包括承口钢圈加长的前特管(39)、插口加长的后特管(41)、前承力钢环(42)、后承力钢环(45)、液压油缸(44)和橡胶密封圈(40)；橡胶密封圈(40)上设有径向的补掌螺钉(43)。6.根据权利要求1所述超深覆土超大口径超长曲线顶管穿越障碍物装置，其特征在于：松土钢罩包括外侧钢板(48)、加劲肋(49)、内侧钢板(50)、活动百叶(52)和活动门(51)；松土钢罩与空压机(46)连接，松土钢罩设置喷气孔，空压机(46)通过进气管(47)连接桩体，桩体上设有外侧钢板(48)；桩体内部沿水平方向设有多根钢加劲肋(49)；桩体的内侧钢板(50)上设有活动百叶(52)和活动门(51)。
7.根据权利要求1所述超深覆土超大口径超长曲线顶管穿越障碍物装置，其特征在于：泥水平衡顶管机(17)选用TP4000型土压平衡顶管掘进机。8.一种如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋礼兵，王新泉，王剑锋，甄亮，张涛，王帅，孙焕斌，李瑞峰，陈德军，
申请(专利权)人：上海隧道工程有限公司中铁上海工程局集团有限公司浙大城市学院，
类型：发明
国别省市：