(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 110284897 A(43)申请公布日 2019.09.27
(21)申请号 201910614446.6(22)申请日 2019.07.09
(71)申请人 中建七局安装工程有限公司
地址 450002 河南省郑州市金水区北环路
72号(72)发明人 卢春亭 牛敬森 徐前 李忠明 (74)专利代理机构 郑州优盾知识产权代理有限
公司 41125
代理人 郑园(51)Int.Cl.
E21D 9/10(2006.01)E21D 9/00(2006.01)E21D 9/13(2006.01)
权利要求书2页 说明书4页 附图1页
(54)发明名称
一种大直径卵石复杂地质条件下的顶管施工工法
(57)摘要
本发明公开了一种大直径卵石复杂地质条件下的顶管施工工法，依次包括施工准备、测试放样、轨道铺设、井内设备安装、试顶、正常顶进、顶管机出洞、取机头拆管线，当正常顶进失败时控制顶管机退回，更换顶管机后重新进行正常顶进，所述正常顶进时包括以下步骤：一级破碎、二级破碎、稀释混合、泥石分离。本发明有效解决了在夹杂卵石层或漂石的黏土层和砂土层地质条件下的顶进受阻问题，既加快了施工进度，又降低了施工费用，为类似工程提供了参考经验。
CN 110284897 ACN 110284897 A
权 利 要 求 书
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1.一种大直径卵石复杂地质条件下的顶管施工工法，依次包括施工准备、测试放样、轨道铺设、井内设备安装、试顶、正常顶进、顶管机出洞、取机头拆管线，当正常顶进失败时控制顶管机退回，更换顶管机后重新进行正常顶进，其特征在于：所述正常顶进时包括以下步骤：
步骤一：一级破碎，泥水平衡顶管机刀盘上的滚刀对卵石进行一级破碎；步骤二：二级破碎，经过所述步骤一的一级破碎后的卵石进入泥水平衡顶管机的泥土仓进行二级破碎；
步骤三：稀释混合，经过所述步骤二的二级破碎后的卵石和黏土进入泥土仓后方的泥水仓，破碎后的卵石和黏土在泥水仓进行稀释混合形成泥石浆液；
步骤四：泥石分离，将所述步骤三中稀释混合的泥石浆液排至泥石分离器，泥石分离器对泥石浆液进行分离后循环使用。
2.根据权利要求1所述的大直径卵石复杂地质条件下的顶管施工工法，其特征在于：所述步骤三中泥土仓设置有超前供浆口，超前供浆口与泥水仓的供浆管相连，供浆管向泥土仓和泥水仓提供高粘度泥浆，在所述步骤三中同步对泥土仓和泥水仓中的碎石和黏土进行稀释混合。
3.根据权利要求2所述的大直径卵石复杂地质条件下的顶管施工工法，其特征在于：所述步骤一中的滚刀为洛氏硬度为89~93HRA的双刃滚刀，双刃滚刀在刀盘上设置有十一个，刀盘上设置有刮刀。
4.根据权利要求3所述的大直径卵石复杂地质条件下的顶管施工工法，其特征在于：所述步骤二中的泥土仓为前大后小的锥形仓，锥形仓的内壁上设置有与泥水仓相通的进泥孔，步骤三中所述泥土仓内的卵石和黏土通过进泥孔进入泥水仓，进泥孔的前侧布置有对卵石进行所述二级破碎的硬质耐磨合金刀棱和刀片。
5.根据权利要求2-4任一项所述的大直径卵石复杂地质条件下的顶管施工工法，其特征在于：所述高粘度泥浆中水和膨润土的重量比为10:1，粘度大于等于80秒，目测并结合马氏漏斗检测高粘度泥浆的粘度，出现偏差时通过加水或膨润土调节。
6.根据权利要求5所述的大直径卵石复杂地质条件下的顶管施工工法，其特征在于：所述泥石分离器包括将泥石浆液进行过滤除石的粗筛，过滤除去石块后的泥石浆液流入蓄浆池，使用泥浆泵将蓄浆池中的浆液送至旋流器进行分离，经旋流器分离后的沉渣经细筛再次过滤流入所述蓄浆池，经细筛过滤后的泥浆流入泥浆池，泥浆池内的泥浆调配为高粘度泥浆后通过泥浆泵送至供浆管循环使用。
7.根据权利要求6所述的大直径卵石复杂地质条件下的顶管施工工法，其特征在于所述超前供浆口开启需要符合下述两个条件之一：（1）正常顶进施工时，观察动力系统的电流表，正常顶进时电流表读数约为80A，当电流读数发生突变为100A左右时打开超前供浆口；（2）观察排泥管排出的泥浆，当泥浆内碎石含量较之前增多时，打开超前供浆口。8.根据权利要求7所述的大直径卵石复杂地质条件下的顶管施工工法，其特征在于：每个正常顶进循环段顶进完成后，检查滚刀、刮刀及泥土仓内硬质耐磨合金刀棱和刀片的磨损情况，磨损达到15mm时进行更换，更换时，先将整个刀盘拆掉，用吊车将刀盘平放，从刀盘后面拧掉固定滚刀的螺栓，更换新滚刀，刮刀及泥土仓内硬质耐磨合金刀棱和刀片需重新
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权 利 要 求 书
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焊接。
9.根据权利要求8所述的大直径卵石复杂地质条件下的顶管施工工法，其特征在于：所述顶管机退回前，将新顶管机及相关配套设备准备好，顶管机退出后将新顶管机安装好快速顶进至原受阻位置。
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说 明 书
一种大直径卵石复杂地质条件下的顶管施工工法
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技术领域
[0001]本发明涉及管道施工技术领域，特别是指一种大直径卵石复杂地质条件下的顶管施工工法。
背景技术
[0002]顶管施工就是非开挖施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。顶管法施工就是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走。一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进。其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起。管道紧随工具管或掘进机后，埋设在两坑之间。[0003]针对不同的地质情况、施工条件和设计要求，如何选用与之适应的顶管施工方式，如何正确地选择顶管机和配套辅助设备，对于顶管施工来说将是非常关键的。对于黏土层和砂土层，并夹杂卵石层或漂石层的地质进行顶管施工特别困难，特别是对卵石直径大、含量高、强度大的地质进行施工时，由为复杂困难。既要适应黏土层和砂土层，又要具有破碎大直径、高强度、高含量的卵石，传统的泥水平衡顶管机和巨卵石泥水平衡顶管机均不能顶进成功。
发明内容
[0004]针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种大直径卵石复杂地质条件下的顶管施工工法，解决了含有大量大直径、高强度卵石的黏土层和砂土层顶管施工困难的技术问题。
[0005]本发明的技术方案是这样实现的：一种大直径卵石复杂地质条件下的顶管施工工法，依次包括施工准备、测试放样、轨道铺设、井内设备安装、试顶、正常顶进、顶管机出洞、取机头拆管线，当正常顶进失败时控制顶管机退回，更换顶管机后重新进行正常顶进，所述正常顶进时包括以下步骤：
步骤一：一级破碎，泥水平衡顶管机刀盘上的滚刀对卵石进行一级破碎；步骤二：二级破碎，经过所述步骤一的一级破碎后的卵石进入泥水平衡顶管机的泥土仓进行二级破碎；
步骤三：稀释混合，经过所述步骤二的二级破碎后的卵石和黏土进入泥土仓后方的泥水仓，破碎后的卵石和黏土在泥水仓进行稀释混合形成泥石浆液；
步骤四：泥石分离，将所述步骤三中稀释混合的泥石浆液排至泥石分离器，泥石分离器对泥石浆液进行分离后循环使用。
[0006]所述步骤三中泥土仓设置有超前供浆口，超前供浆口与泥水仓的供浆管相连，供浆管向泥土仓和泥水仓提供高粘度泥浆，在所述步骤三中同步对泥土仓和泥水仓中的碎石和黏土进行稀释混合。
[0007]所述步骤一中的滚刀为洛氏硬度为8993HRA的双刃滚刀，双刃滚刀在刀盘上设置
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说 明 书
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有十一个，刀盘上设置有刮刀。
[0008]所述步骤二中的泥土仓为前大后小的锥形仓，锥形仓的内壁上设置有与泥水仓相通的进泥孔，步骤三中所述泥土仓内的卵石和黏土通过进泥孔进入泥水仓，进泥孔的前侧布置有对卵石进行所述二级破碎的硬质耐磨合金刀棱和刀片。[0009]所述高粘度泥浆中水和膨润土的重量比为10:1，粘度大于等于80秒，目测并结合马氏漏斗检测高粘度泥浆的粘度，出现偏差时通过加水或膨润土调节。[0010]所述泥石分离器包括将泥石浆液进行过滤除石的粗筛，过滤除去石块后的泥石浆液流入蓄浆池，使用泥浆泵将蓄浆池中的浆液送至旋流器进行分离，经旋流器分离后的沉渣经细筛再次过滤流入所述蓄浆池，经细筛过滤后的泥浆流入泥浆池，泥浆池内的泥浆调配为高粘度泥浆后通过泥浆泵送至供浆管循环使用。
[0011]所述超前供浆口开启需要符合下述两个条件之一：（1）正常顶进施工时，观察动力系统的电流表，正常顶进时电流表读数约为80A，当电流读数发生突变为100A左右时打开超前供浆口；（2）观察排泥管排出的泥浆，当泥浆内碎石含量较之前增多时，打开超前供浆口。[0012]每个正常顶进循环段顶进完成后，检查滚刀、刮刀及泥土仓内硬质耐磨合金刀棱和刀片的磨损情况，磨损达到15mm时进行更换，更换时，先将整个刀盘拆掉，用吊车将刀盘平放，从刀盘后面拧掉固定滚刀的螺栓，更换新滚刀，刮刀及泥土仓内硬质耐磨合金刀棱和刀片需重新焊接。
[0013]所述顶管机退回前，将新顶管机及相关配套设备准备好，顶管机退出后将新顶管机安装好快速顶进至原受阻位置。
[0014]本发明有效解决了在夹杂卵石层或漂石的黏土层和砂土层地质条件下的顶进受阻问题。施工质量能够满足设计和规范要求，能够避免发生安全事故，既加快了施工进度，又降低了施工费用，为类似工程提供了参考经验。本发明社会效益巨大。本发明极大的缩短了施工工期，与其它顶进方法相比，不仅提高了安全系数，为顶管施工行业提供了在类似复杂地质中顶管的技术支撑和案例。另外，本发明中的高粘度泥浆可循环使用，不产生废弃物，施工方法节能环保，适用于砂层、砂土层、含卵石或漂石的土层，尤其适用于卵石、黏土、砂土混合的复杂地层（卵石直径可为5~40cm）的顶管施工。附图说明
[0015]为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0016]图1为本发明的施工方法流程图。
具体实施方式
[0017]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0018]实施例1，一种大直径卵石复杂地质条件下的顶管施工工法，如图1所示，依次包括
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说 明 书
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施工准备、测试放样、轨道铺设、井内设备安装、试顶、正常顶进、顶管机出洞、注浆置换、取机头拆管线，当正常顶进失败时控制顶管机退回，更换顶管机后重新进行正常顶进。测量放样后进行施工监测、纠偏处理，对取机头拆管线进行纠正。所述正常顶进的循环过程为主顶回缩、拆除管内管线，然后进行管节安装且在管节内安装管线，以此循环顶进。[0019]所述正常顶进时包括以下步骤：
步骤一：一级破碎，泥水平衡顶管机刀盘上的滚刀对卵石进行一级破碎，所述滚刀为洛氏硬度为89~93HRA的双刃滚刀，双刃滚刀在刀盘上设置有十一个，刀盘上设置有刮刀。千斤顶推动机头前进，挤压前方土体和卵石，刀盘转动，滚刀被动旋转，使滚刀与卵石之间产生强大的挤压、摩擦作用，将大卵石破碎成小卵石。[0020]步骤二：二级破碎，经过所述步骤一的一级破碎后的卵石进入泥水平衡顶管机的泥土仓进行二级破碎。所述泥土仓为前大后小的锥形仓，锥形仓的内壁上设置有与泥水仓相通的进泥孔，进泥孔的前侧布置有对卵石进行所述二级破碎的硬质耐磨合金刀棱和刀片。经步骤一滚刀破碎的卵石随着被刮刀切削的泥土进入泥土仓，泥土仓刀片旋转，与仓内壁上的耐磨合金刀棱共同作用，对进入仓内的卵石产生剪切破碎，即二级破碎，被破碎的卵石和泥土经仓壁上的进泥孔进入泥水仓。[0021]步骤三：稀释混合，经过所述步骤二的二级破碎后的卵石和泥土进入泥土仓后方的泥水仓，破碎后的卵石和黏土在泥水仓进行稀释混合形成泥石浆液，泥石浆液在泥水仓内充分混合后通过排浆管排出。[0022]步骤四：泥石分离，从排浆管内排除的泥浆，夹杂有碎石、砂子，为了使泥浆循环利用，降低成本，对原有工艺进行改进，增加了泥石分离设备，去除其中的砂石颗粒，保证了泥浆纯度。使用后，泥浆回收率可达80%以上。
[0023]将所述步骤三中稀释混合的泥石浆液通过排浆管排至泥石分离器，泥石分离器对泥石浆液进行分离后循环使用。所述泥石分离器包括将泥石浆液进行过滤除石的粗筛，过滤除去石块后的泥石浆液流入蓄浆池，使用泥浆泵将蓄浆池中的浆液送至旋流器进行分离，经旋流器分离后的沉渣经细筛再次过滤流入所述蓄浆池，经细筛过滤后的泥浆流入泥浆池，泥浆池内的泥浆调配为高粘度泥浆后通过泥浆泵送至供浆管循环使用。[0024]所述高粘度泥浆中水和膨润土的重量比为10:1，粘度大于等于80秒，目测并结合马氏漏斗检测高粘度泥浆的粘度，出现偏差时通过加水或膨润土调节。[0025]所述步骤三中泥土仓设置有超前供浆口，超前供浆口与泥水仓的供浆管相连，供浆管向泥土仓和泥水仓提供高粘度泥浆，在所述步骤三中同步对泥土仓和泥水仓中的碎石和黏土进行稀释混合。所述超前供浆口开启需要符合下述两个条件之一：
（1）正常顶进施工时，观察动力系统的电流表，正常顶进时电流表读数约为80A，当电流读数发生突变为100A左右时打开超前供浆口；
（2）观察排泥管排出的泥浆，当泥浆内碎石含量较之前增多时，打开超前供浆口。[0026]超前供浆口打开后，供浆管会对泥土仓进行供浆，稀释黏土、碎石混合物，增加其流动性，使其能够及时穿过进泥孔进入泥水仓，避免步骤二中所述的进泥孔堵塞。[0027]实施例2，一种大直径卵石复杂地质条件下的顶管施工工法，顶管机的刀头破碎卵石，会对刀头自身造成很大的磨损，将大大降低对卵石的破碎作用。每个正常顶进循环段顶进完成后，都需要检查滚刀、刮刀及泥土仓内硬质耐磨合金刀棱和刀片的磨损情况，磨损达
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到15mm时进行更换，更换时，先将整个刀盘拆掉，用吊车将刀盘平放，从刀盘后面拧掉固定滚刀的螺栓，更换新滚刀，刮刀及泥土仓内硬质耐磨合金刀棱和刀片需重新焊接。[0028]本实施例的其他步骤与实施例1相同。[0029]实施例3，一种大直径卵石复杂地质条件下的顶管施工工法，由于地质勘查报告无法完全反映顶管沿线土层构造，当遇到地勘报告中没有显示的卵石层或漂石时，采用传统泥水平衡顶管机无法破碎石块也会导致顶进失败，需将原顶管机强制退出，更换施工设备和方法。
[0030]退出时先拆除所有供电、泥浆管等管线，将千斤顶回缩。吊车吊起千斤顶，调换顶进方向，以顶进洞口的沉井井壁为靠背，必要时需设置钢板靠背后，重新安装顶进用的千斤顶。在千斤顶前端安装250mm×250mm的H型钢，用钢筋将顶管机和H型钢连接，焊接牢固。千斤顶顶推H型钢，拉动顶管机和管道，逐节吊出管道，完成回退。每退出一节管道，都需要将连接钢筋超出部分切断，回缩千斤顶，重新焊接，焊接必须牢固、可靠，满足焊接规范要求。[0031]所述顶管机退回前，将新顶管机及相关配套设备准备好，顶管机退出后将新顶管机安装好快速顶进至原受阻位置，避免退出后形成的孔道长时间放置，发生缩孔或塌孔。[0032]本实施例的其他步骤与实施例1或2相同。
[0033]本发明未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。[0034]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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说 明 书 附 图
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