一种大型顶管局部减阻注浆系统技术方案

本发明专利技术公开了一种大型顶管局部减阻注浆系统，其包括局部顶管管节摩阻力监测单元，自动注浆减阻单元，以及注浆控制单元；局部顶管管节摩阻力监测单元包括若干应变计以及传输组件，若干应变计预埋在每根顶管管节中，并与传输组件数据连接；自动注浆减阻单元包括泥浆池、注浆管路、管路控制组件，注浆管路连通泥浆池，并沿顶管隧道分布至每根顶管管节处；管路控制组件设置在注浆管路上；注浆控制单元计算确定每根管节所受到的摩阻力，并根据该摩阻力的变化控制自动注浆减阻单元中的管路控制组件来控制注浆管路对对应管节周围注浆或停止注浆。本方案实现精确测算局部顶管摩阻力，并进行自动局部精确注浆。进行自动局部精确注浆。进行自动局部精确注浆。

【技术实现步骤摘要】
一种大型顶管局部减阻注浆系统


[0001]本专利技术涉及地下工程顶管法施工技术，具体为一种大型顶管局部减阻系统。

技术介绍

[0002]顶管技术作为非开挖技术一种，施工时对周围环境及建筑影响较小。顶管施工过程中，整个管道系统和相关设备在顶进过程中需克服各种阻力和外界因素的影响。顶管阻力由顶管前方的迎面阻力和管
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土接触面的侧摩阻力两部分组成。其中，迎面阻力主要与管节的埋深有关，无法采用技术手段降低，对于实际工程而言，当顶管埋设深度、管节尺寸、地层类型、顶管机的类型确定以后，顶管掌子面处的迎面阻力可认为是一个确定值；侧摩阻力随顶程的增大不断增大，在顶进一定距离后对顶进力阻力大小起控制性作用。尤其对于大型顶管，侧摩阻力的影响进一步增大。
[0003]实际施工过程中，过大的阻力不仅造成顶进设备成本增大，还会威胁管节结构安全，为保证管节顺利顶进，施工时管节周围会注入泥浆以降低侧摩阻力。顶管注浆分为同步注浆和二次注浆。同步注浆是指在顶管机头部附近的顶管四周随着土体开挖和顶进采取的不间断连续注浆方式；二次注浆是指每隔一段时间对顶管机头部后面的顶管四周进行泥浆的补充。二次注浆在顶进过程中十分重要，注浆不足将导致侧摩阻力明显增加、顶进出现困难；注浆过量将造成巨大的泥浆浪费，同时会对周围土体产生不必要的巨大扰动。
[0004]目前，现有方案通过二次注浆对顶管进行减阻时，存在以下问题：
[0005](1)由于管周摩阻力无法直接测量，目前常用的方法是通过记录顶力和顶程的关系并进行线性拟合，得到直线的斜率为侧摩阻系数，通过侧摩阻系数计算得到侧摩阻力。此种方法求得的是整个顶程的平均摩阻力，无法区别不同位置和工况下管节之间摩阻力的差异性。诸多案例表明这种方法计算的平均摩阻力与实际情况偏差极大，十分不准确。
[0006](2)注浆常常采用人工方式，注浆量、注浆时间和次数的随意性大，注浆效果难以保证。
[0007](3)注浆范围一般采用全顶程补浆，而不是根据需要分段局部注浆，对于大型顶管，该方式会造成大量泥浆浪费。

技术实现思路

[0008]针对现有顶管施工过程中二次注浆技术所存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种大型顶管局部减阻注浆系统，实现精确测算局部顶管摩阻力，并进行自动局部精确注浆。
[0009]为了达到上述目的，本专利技术提供的大型顶管局部减阻注浆系统，包括局部顶管管节摩阻力监测单元，自动注浆减阻单元，以及注浆控制单元；
[0010]所述局部顶管管节摩阻力监测单元包括若干应变计以及传输组件，所述若干应变计预埋在每根顶管管节中，并与传输组件数据连接，所述传输组件与注浆控制单元进行数据连接；
[0011]所述自动注浆减阻单元包括泥浆池、注浆管路、管路控制组件，所述注浆管路连通
泥浆池，并沿顶管隧道分布至每根顶管管节处，并能够对应顶管管节周围注浆；所述管路控制组件设置在注浆管路上，并与注浆控制单元进行数据连接；
[0012]所述注浆控制单元根据局部顶管管节摩阻力监测单元所监测到的数据计算确定每根管节所受到的摩阻力，并根据该摩阻力的变化控制自动注浆减阻单元中的管路控制组件来控制注浆管路对对应管节周围注浆或停止注浆。
[0013]进一步地，所述应变计在每根顶管管节中预埋时，在每个监测断面内若干应变计沿顶管管节钢筋笼的一周均匀布置。
[0014]进一步地，所述局部顶管管节摩阻力监测单元中的传输组件包括若干的发射器、中继器以、接收终端，所述发射器对应于应变计分布，并通过数据线与应变计进行连接；所述中继器分散布置于各个管节中，所述接收终端位于始发井口。
[0015]进一步地，所述传输组件中的信号发射器与中继器、中继器之间、中继器与接收中端之间通过无线信号进行数据连接。
[0016]进一步地，所述自动注浆减阻单元中的注浆管路由注浆干管和注浆支管组成，所述注浆干管连通泥浆池，并延伸至顶管隧道内，所述注浆支管对应安置在每一根顶管管节中，并与注浆干管连通。
[0017]进一步地，所述自动注浆减阻单元中的管路控制组件包括控制阀与控制器，所述控制阀分别安置在每根注浆支管与注浆干管之间，所述控制器通过数据线与控制阀进行连接，并与注浆控制单元进行数据连接。
[0018]进一步地，所述注浆控制单元通过如下计算模型来确定每根管节所受到的摩阻力：
[0019][0020]上式中：f
i
为第i根管节后方摩阻力之和；为管节外壁平均轴向应变；i为第i根管节；E为钢筋混凝土顶管管节加权平均弹性模量，A为管节总截面面积。
[0021]进一步地，所述注浆控制单元中针对钢筋混凝土顶管管节加权平均弹性模量E，通如下计算模型来确定每根管节所受到的摩阻力：
[0022][0023]上式中：E为钢筋混凝土顶管管节加权平均弹性模量；E
s
为钢筋弹性模量；E
c
为混凝土弹性模量；A
s
为钢筋截面面积；A
c
为混凝土截面面积；A为管节总截面面积。
[0024]本专利技术提供的方案相对于现有技术具有如下有益效果：
[0025]1、本方案中采用的局部摩阻力测算方式相比平均摩阻力计算，更加直接、更精确，与实际情况更加相符，也有利于对顶管进行局部减阻。
[0026]2、本方案中采用自动注浆方式代替人工，注浆量、注浆时间和次数根据实时监测结果自动调整，注浆减阻效果好。
[0027]3、本方案实现顶管局部注浆减阻，针对性强，对于大型顶管，该方式有利于节约泥浆，控制地表沉降，同时减少侧摩阻力引起的抱(卡)管情况。
附图说明
[0028]以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本专利技术。
[0029]图1为本专利技术实例中大型顶管局部减阻注浆系统的结构示例图；
[0030]图2为本专利技术实例中钢筋应变计分布示意图；
[0031]图3为本专利技术实例中顶管管节截面受力示意图。
具体实施方式
[0032]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本专利技术。
[0033]针对现有顶管施工方案中所面临的问题，本方案创新给出能测算局部顶管摩阻力方案有效克服现有方案中基于整个顶程的平均摩阻力无法区别不同位置管节摩阻力的差异性，与实际情况不符问题；本方案在此基础上行，基于局部顶管摩阻力测算结果来进行自动局部精确注浆控制，有效替代现有人工注浆方式，实现高效且高精度灌浆。
[0034]据此，本专利技术给出一种大型顶管局部减阻注浆系统来实现精确测算局部顶管摩阻力，并进行自动局部精确注浆。
[0035]参见图1，其所示为本专利技术给出的大型顶管局部减阻注浆系统的一种构成示例。
[0036]由图可知，本大型顶管局部减阻注浆系统100在构成上主要包括局部顶管管节摩阻力监测单元110，自动注浆减阻单元120，以及注浆控制单元130这三个功能单元。
[0037]本系统中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.大型顶管局部减阻注浆系统，其特征在于，所述系统包括局部顶管管节摩阻力监测单元，自动注浆减阻单元，以及注浆控制单元；所述局部顶管管节摩阻力监测单元包括若干应变计以及传输组件，所述若干应变计预埋在每根顶管管节中，并与传输组件数据连接，所述传输组件与注浆控制单元进行数据连接；所述自动注浆减阻单元包括泥浆池、注浆管路、管路控制组件，所述注浆管路连通泥浆池，并沿顶管隧道分布至每根顶管管节处，并能够对应顶管管节周围注浆；所述管路控制组件设置在注浆管路上，并与注浆控制单元进行数据连接；所述注浆控制单元根据局部顶管管节摩阻力监测单元所监测到的数据计算确定每根管节所受到的摩阻力，并根据该摩阻力的变化控制自动注浆减阻单元中的管路控制组件来控制注浆管路对对应管节周围注浆或停止注浆。2.根据权利要求1所述的大型顶管局部减阻注浆系统，其特征在于，所述应变计在每根顶管管节中预埋时，在每个监测断面内若干应变计沿顶管管节钢筋笼的一周均匀布置。3.根据权利要求1所述的大型顶管局部减阻注浆系统，其特征在于，所述局部顶管管节摩阻力监测单元中的传输组件包括若干的发射器、中继器以、接收终端，所述发射器对应于应变计分布，并通过数据线与应变计进行连接；所述中继器分散布置于各个管节中，所述接收终端位于始发井口。4.根据权利要求1所述的大型顶管局部减阻注浆系统，其特征在于，所述传输组件中的信号发射器与中继器、中继器之间、中继器与接收中端之间通...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴元昊，韩磊，李全英，黄凡，张靖祠，窦锦钟，吴剑秋，
申请(专利权)人：中国建筑第八工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：