一种采用水平定向钻进行顶拉结合的矩形顶管施工方法技术

本发明专利技术提供一种采用水平定向钻进行顶拉结合的矩形顶管施工方法，包括以下步骤：S1在矩形顶管机头前端预制多个锚具接口，并将该矩形顶管机头布置于始发井内；S2在接收井内布置水平定向钻机，使水平定向钻机布置于一锚具接口的预估出洞处；S3水平定向钻机朝向步骤S2中的锚具接口钻进，并牵引一钢索使该钢索一端连接该锚具接口，水平定向钻机钻杆回缩，将该钢索另一端回拖至接收井内；S4重复步骤S2和S3，直至所有钢索均回拖完毕；S5在始发井内通过后千斤顶向前顶动矩形顶管机头前进，在接收井内通过所有钢索拉动矩形顶管机头前进。本发明专利技术的有益效果：对矩形顶管机头“顶拉结合”的效果，解决了矩形顶管机顶进力不足的问题，使顶管工程顺利进行。

A construction method of rectangular pipe jacking with horizontal directional drilling

【技术实现步骤摘要】
一种采用水平定向钻进行顶拉结合的矩形顶管施工方法
本专利技术涉及工程建筑领域的矩形顶管施工方法，尤其涉及一种采用水平定向钻进行顶拉结合的矩形顶管施工方法。
技术介绍
目前城市软土地层浅埋隧道施工多使用明挖法，盾构法，顶管法等方法施工。其中，矩形顶管技术因为其具有断面利用率高，一次成型，机械化施工程度高等优点，常用于箱涵，地下隧道以及地下人行通道等工程的建设。传统的矩形顶管法隧道建设施工方法需要做两个工作井作为始发井和接收井，为工程施工提供空间。但是矩形顶管施工过程中的顶进力随距离增加而增加，并且矩形顶管断面较大，因此所需要的顶进力非常大，不仅导致始发井的反力墙设计和修建复杂，施工成本高，而且也增加了施工过程中控向和纠偏难度。这种情况下目前一般采用两种方法解决：一、对顶法；二、中继间法。对顶法和中继间法虽然具有增大顶力的优点，但是也存在一定的限制。对顶法需要修建两处反力墙，需要两套千斤顶设备，而且需要两边机头对接合拢，故对顶管方向、高程精度控制有着较高的要求，施工过程很难控制。中继间法在高水压条件下施工难度大，密封止水效果差，且工程施工过程中需要多次启动；同时，受管节抗压强度限制，顶力需要控制在一定范围以内，这些问题一定程度上限制了矩形顶管法技术的适用广度。我国关于顶拉法的相关工程实践较少，且一般采用“蠕动”式的方式前进，即每节管道之间都有一组千斤顶，千斤顶开动之后前节到位，再通过千斤顶对后节产生拉力，过程中靠前节管壁摩阻力提供反力。效率低且需要花费大笔费用购置千斤顶。例如中铁三局集团有限公司和中铁三局集团第三工程有限公司研发的专利CN201320070910.8以及CN201310048872.0，分别设计了一种用于“蠕动式”顶拉法施工的分配梁及其施工方法。也有利用钢索提供拉力的专利如上海隧道工程股份有限公司研发的专利CN103899321A，靠钢索的拉力，以及对向顶管产生的顶力，实现对故障顶管机头的“撤回”。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种利用水平定向钻机精确布设用于回拉矩形顶管的钢索，然后利用钢索为顶管机提供导向和拉力的顶拉结合法非开挖矩形顶管施工方法。本专利技术的实施例提供一种采用水平定向钻进行顶拉结合的矩形顶管施工方法，包括以下步骤：S1在矩形顶管机头前端预制多个锚具接口，并将该矩形顶管机头布置于始发井内；S2在所述始发井前方的接收井内布置水平定向钻机，使所述水平定向钻机布置于一所述锚具接口的预估出洞处；S3所述水平定向钻机朝向所述步骤S2中的锚具接口钻进，并牵引一钢索使该钢索一端连接该锚具接口，所述水平定向钻机钻杆回缩，将该钢索另一端回拖至所述接收井内；S4重复步骤S2和S3，直至所有钢索均回拖完毕；S5在所述始发井内通过后千斤顶向前顶动所述矩形顶管机头前进，在所述接收井内通过所有钢索拉动所述矩形顶管机头前进。进一步地，所述锚具接口的数量为四个，四所述锚具接口分别设置于所述矩形顶管机头的前端的四角处。进一步地，所述步骤S3中所述水平定向钻机的钻进轨迹平行于所述顶管机机头预计运动轨迹。进一步地，所述步骤S5中，在接收井内使用液压千斤顶系统来对所有钢索施加拉力，所述液压千斤顶系统包括横向扁担和前千斤顶，所有钢索均连接于所述横向扁担上，所述前千斤顶置于所述横向扁担和接收井前端反力墙之间，所述前千斤顶向前推动所述横向扁担向前运动，继而向前拉动所有钢索。进一步地，每次前千斤顶达到最大行程时，将所述钢索和所述横向扁担分离，调节所述前千斤顶使其缩缸至最小行程，拉伸钢索将钢索重新连接在所述横向扁担上，所述前千斤顶伸缸，再次拉动所有钢索。进一步地，所述步骤S5中，在所述矩形顶管机头前进过程中，实时监测所述矩形顶管机头位置数据，包括所述矩形顶管机头前进的水平距离、侧向偏移、倾角、方位角、顶管机机身旋转角度。进一步地，所述锚具接口满足静载性能试验要求。进一步地，所述钢索由多股钢绞线绞合形成，所述前千斤顶的顶进行程应大于所述钢索的钢绞线的弹性伸长量。本专利技术的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术的一种采用水平定向钻进行顶拉结合的矩形顶管施工方法，在矩形顶管施工顶进力不足的情况下，在接收井通过水平定向钻机布置钢索，通过钢索对矩形顶管机头施加拉力，以达到对矩形顶管机头“顶拉结合”的效果，解决了矩形顶管机顶进力不足的问题，使顶管工程顺利进行；同时降低了始发井反力墙的性能要求，减少了千斤顶的使用数量和顶管设备的复杂程度，减少了中继间的使用，可大幅度节约工程成本，同时保证施工顺利进行；应用于矩形顶管机头以一定的仰角顶进时，钢索可以为矩形顶管机头提供拉力，防止矩形顶管机头下滑，增强矩形顶管机头的稳定性；此外该施工方法可以通过对不同的钢索施加不同大小的拉力，实现对矩形顶管机头纠偏的效果。附图说明图1是本专利技术一种采用水平定向钻进行顶拉结合的矩形顶管施工方法步骤S1中锚具接口的布置示意图；图2是是本专利技术一种采用水平定向钻进行顶拉结合的矩形顶管施工方法步骤S2中水平定向钻机的布置示意图；图3是是本专利技术一种采用水平定向钻进行顶拉结合的矩形顶管施工方法步骤S5中矩形顶管机头前进的示意图；图4是图3中液压千斤顶系统对钢索施加拉力的示意图。图中：1-锚具接口、2-刀盘、3-始发井、4-接收井、5-水平定向钻机、6-钻杆、7-矩形顶管机头、8-横向扁担、9-前千斤顶、10-钢索。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。请参考图1，本专利技术的实施例提供了本专利技术的实施例提供一种采用水平定向钻进行顶拉结合的矩形顶管施工方法，包括以下步骤：S1在矩形顶管机头7前端预制多个锚具接口1，并将该矩形顶管机头7布置于始发井3内；具体的，锚具接口1用来与钢索10连接，在实际施工时，在布置锚具接口1之前，应根据地层情况和现场工程实际，计算出牵引所述矩形顶管机头7所需要的拉力，进而确定钢索10的参数。所述锚具接口1的数量由钢索10的数量决定。所述钢索10的参数包括锚具接口1的数量、位置，每根钢索10需要承担的拉力，每根钢绞线需要承受的拉力。本实施例中，所述钢索10的数量为四根，因此所述锚具接口1的数量也为四个，四所述锚具接口1分别设置于所述矩形顶管机头7的前端的四角处，设置于所述矩形顶管机头7前端的刀盘面上、位于多个刀盘2之间。所述钢索10由多股钢绞线绞合形成，考虑到顶进过程中钢绞线受力的不均匀性及安全储备，取1.5倍安全系数。例如，顶管工程中需要16000kN的拉力，每根钢索10承担4000kN的拉力。若钢索10由22根钢绞线组成，则每根钢绞线承受181kN的拉力，采用1.5的安全系数，则每根钢绞线应承受271kN的拉力。以此为依据确定钢绞线的截面面积。还应对锚具接口1应进行静载性能试验，以保证其强度可靠。S2在所述始发井3前方的接收井4内布置水平定向钻机5，使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用水平定向钻进行顶拉结合的矩形顶管施工方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1在矩形顶管机头前端预制多个锚具接口，并将该矩形顶管机头布置于始发井内；/nS2在所述始发井前方的接收井内布置水平定向钻机，使所述水平定向钻机布置于一所述锚具接口的预估出洞处；/nS3所述水平定向钻机朝向所述步骤S2中的锚具接口钻进，并牵引一钢索使该钢索一端连接该锚具接口，所述水平定向钻机钻杆回缩，将该钢索另一端回拖至所述接收井内；/nS4重复步骤S2和S3，直至所有钢索均回拖完毕；/nS5在所述始发井内通过后千斤顶向前顶动所述矩形顶管机头前进，在所述接收井内通过所有钢索拉动所述矩形顶管机头前进。/n

【技术特征摘要】
1.一种采用水平定向钻进行顶拉结合的矩形顶管施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1在矩形顶管机头前端预制多个锚具接口，并将该矩形顶管机头布置于始发井内；
S2在所述始发井前方的接收井内布置水平定向钻机，使所述水平定向钻机布置于一所述锚具接口的预估出洞处；
S3所述水平定向钻机朝向所述步骤S2中的锚具接口钻进，并牵引一钢索使该钢索一端连接该锚具接口，所述水平定向钻机钻杆回缩，将该钢索另一端回拖至所述接收井内；
S4重复步骤S2和S3，直至所有钢索均回拖完毕；
S5在所述始发井内通过后千斤顶向前顶动所述矩形顶管机头前进，在所述接收井内通过所有钢索拉动所述矩形顶管机头前进。


2.如权利要求1所述的一种采用水平定向钻进行顶拉结合的矩形顶管施工方法，其特征在于：所述锚具接口的数量为四个，四所述锚具接口分别设置于所述矩形顶管机头的前端的四角处。


3.如权利要求1所述的一种采用水平定向钻进行顶拉结合的矩形顶管施工方法，其特征在于：所述步骤S3中所述水平定向钻机的钻进轨迹平行于所述顶管机机头预计运动轨迹。


4.如权利要求1所述的一种采用水平定向钻进行顶拉结合的矩形顶管施工方法，其特征在于：所述步骤S5中，在接收井内...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘汉阳，谭瑞山，李漪，刘小东，张安平，李勃，王曼，王定伟，王红伟，
申请(专利权)人：湖北省电力勘测设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42