基于不同地质环境受力性能的顶管工程设计及施工方法技术

本发明专利技术公开了一种基于不同地质环境受力性能的顶管工程设计及施工方法，包括：顶管线路的选择确定；根据顶管线路依次确定顶进土层，并相应制定设计和施工方案；根据顶管用途选用顶管管材；根据顶管的不同用途选用管材分别进行顶管管道的结构验算；根据确定的顶管线路设计工作井和接收井；根据制定的顶管设计及施工方案估算其顶推力。解决了现有技术中管线工程设计在遇到不利因素时，受其解决方案限制导致设计灵活性不高，难以合理、完善地保证管线工程高质量铺设的问题。线工程高质量铺设的问题。线工程高质量铺设的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于不同地质环境受力性能的顶管工程设计及施工方法


[0001]本专利技术涉及顶管工程
，具体而言，涉及一种基于不同地质环境受力性能的顶管工程设计及施工方法。

技术介绍

[0002]地下管线作为城市的“血管”和“生命线”，是城市基础设施建设的重要组成部分。顶管法作为地下不开槽施工的新工艺，与开槽挖土相比，可显著减少土工工程量并节约施工用地，具有高度环保、对交通影响微小和施工便捷等优点，较之于传统施工方法具有明显的优越性，因而已广泛应用于市政和水利工程等领域，具有较高的社会经济效果，是值得推广的一项新型施工工艺。
[0003]当前由于不同工程中的土层特性及施工条件均可能存在差异，因此在管道设计时，必须根据有关施工地点的地形地貌和排水要求进行设计，通过科学、合理的管道系统提高管线质量。如若施工方法选择有误，则会引发一系列问题产生，如延迟施工工期、引起周围建筑物沉降过大以及增加工程的工程成本等。
[0004]现有技术中，管线工程设计在遇到不利因素时，受其解决方案限制容易导致整体的设计灵活性不高，难以更为合理、完善地保证管线工程高质量铺设。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术提供了一种基于不同地质环境受力性能的顶管工程设计及施工方法，以解决现有技术中管线工程设计在遇到不利因素时，受其解决方案限制导致设计灵活性不高，难以合理、完善地保证管线工程高质量铺设的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种基于不同地质环境受力性能的顶管工程设计方法，包括如下步骤：
[0008]顶管线路的选择确定；根据顶管线路依次确定顶进土层，并相应制定设计和施工方案；根据顶管用途选用顶管管材；根据顶管的不同用途选用管材分别进行顶管管道的结构验算；根据确定的顶管线路设计工作井和接收井；
[0009]根据制定的顶管设计及施工方案估算其顶推力。
[0010]在上述技术方案的基础上，对本专利技术做如下进一步说明：
[0011]作为本专利技术的进一步方案，所述顶管线路的选择确定，具体包括：
[0012]避开地下障碍物；避免在活动性地震断裂带通过；顶管的管顶埋置深度满足最小要求；在穿越河道时，顶管的管顶埋置深度满足河道规划要求，并布置在河床的冲刷线以下；在符合上述规避条件后，选择确定顶管线路；
[0013]在顶管线路确定之后，进一步沿需拟建设的管道线路进行详细勘查，勘查因素包括但不限于路面的情况、相关的参照物、交叉的相关管线资源、施工的重点难点、工程安全风险评估、工程注意事项、工程风险对应措施内容。
[0014]一种基于所述的顶管工程设计方法继续执行的顶管工程施工方法，具体包括如下
步骤：开挖工作井；依次安装洞口止水圈、导轨、后靠板和顶管；配置顶进施工要点及参数；配置减阻泥浆施工要点及参数；配置顶进测量施工要点及参数；配置顶进纠偏施工要点及参数；管道泥浆置换与填充补浆。
[0015]本专利技术具有如下有益效果：
[0016]通过该管线工程设计及施工方法能够实现在遇到不利因素时，可基于针对性适配应用有效提升整体的设计灵活性，进而更为合理、完善地保证管线工程高质量铺设，提升了整体的功能实用性，具备良好的应用前景。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
得能涵盖的范围内。
[0018]图1为本专利技术实施例提供的基于不同地质环境受力性能的顶管工程设计方法的整体流程示意图。
[0019]图2为本专利技术实施例提供的基于不同地质环境受力性能的顶管工程设计方法中浆液渗流距离的设计原理示意图之一。
[0020]图3为本专利技术实施例提供的基于不同地质环境受力性能的顶管工程设计方法中浆液渗流距离的设计原理示意图之二。
[0021]图4为本专利技术实施例提供的基于不同地质环境受力性能的顶管工程设计方法中顶力计算原理示意图。
[0022]图5为本专利技术实施例提供的基于不同地质环境受力性能的顶管工程施工方法的整体流程示意图。
[0023]图6为本专利技术实施例提供的基于不同地质环境受力性能的顶管工程设计方法中配置顶进测量施工要点及参数的原理示意图。
[0024]图7为本专利技术实施例提供的基于不同地质环境受力性能的顶管工程设计方法中管道泥浆置换与填充补浆的原理示意图。
具体实施方式
[0025]以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]本说明书所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本专利技术可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更
技术实现思路
下，当亦视为本专利技术可实施的范畴。
[0027]如图1至图7所示，本专利技术实施例提供了一种基于不同地质环境受力性能的顶管工程设计方法，具体包括如下步骤：
[0028]S1：顶管线路的选择确定；
[0029]具体包括：
①
避开地下障碍物；
②
避免在活动性地震断裂带通过；
③
顶管的管顶埋置深度满足最小要求；在穿越河道时，顶管的管顶埋置深度满足河道规划要求，并布置在河床的冲刷线以下。
[0030]在符合上述规避条件后，选择确定顶管线路；
[0031]在顶管线路确定之后，进一步沿需拟建设的管道线路进行详细勘查，勘查因素包括但不限于路面的情况、相关的参照物、交叉的相关管线资源、施工的重点难点、工程安全风险评估、工程注意事项、工程风险对应措施内容。
[0032]S2：根据顶管线路依次确定顶进土层，并相应制定设计和施工方案；
[0033]具体包括：通过地质勘查，找出顶管依次要经过的地层，并针对不同的地层制定相应的设计和施工方案；具体的是，根据顶管在粘土、淤泥质粘土、粉土和砂土地层制定相应的设计和施工方案，避免对于土体承载力在30kPa以下、岩石强度在15MPa以上的地质环境进行顶管施工；
[0034]其中，对于顶管减阻技术设计，在顶管设计中，尤其是长距离顶管，管节外壁摩阻力要远远大于正面阻力，显然，减阻效果的好坏对顶力的影响十分巨大，管壁与管周土体侧壁摩阻力的大小，决定了顶管顶进顺利与否；
[0035]一种可选的减阻设计及实施方案，触变泥浆法：
[0036]即在长距离顶管工程中，根据管径与围岩内壁的大小不同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于不同地质环境受力性能的顶管工程设计方法，其特征在于，包括如下步骤：顶管线路的选择确定；根据顶管线路依次确定顶进土层，并相应制定设计和施工方案；根据顶管用途选用顶管管材；根据顶管的不同用途选用管材分别进行顶管管道的结构验算；根据确定的顶管线路设计工作井和接收井；根据制定的顶管设计及施工方案估算其顶推力。2.根据权利要求1所述的基于不同地质环境受力性能的顶管工程设计方法，其特征在于，所述顶管线路的选择确定，具体包括：避开地下障碍物；避免在活动性地震断裂带通过；顶管的管顶埋置深度满足最小要求；在穿越河道时，顶管的管顶埋置深度满足河道规划要求，并布置在河床的冲刷线以下；在符合上述规避条件后，选择确定顶管线路；在顶管线路确定之后，进一步沿需拟建设的管道线路进行详细勘查，勘查因素包括但不限于路面的情况、相关的参照物、交叉的相关管线资源、施工的重点难点、工程安全风险评估、工程注意事项、工程风险对应措施内容。3.根据权利要求2所述的基于不同地质环境受力性能的顶管工程设计方法，其特征在于，所述根据顶管线路依次确定顶进土层，并相应制定设计和施工方案，具体包括：通过地质勘查，找出顶管依次要经过的地层，并针对不同的地层制定相应的设计和施工方案；具体的是，根据顶管在粘土、淤泥质粘土、粉土和砂土地层制定相应的设计和施工方案，避免对于土体承载力在30kPa以下、岩石强度在15MPa以上的地质环境进行顶管施工；所述减阻设计方案包括：触变泥浆法、液型粗粒润滑剂法、果冻状充填剂法及BIOS超强润滑材料法；所述减阻实施方案包括：双层注浆工法、管被膜推进注浆工法及蜡覆顶进工法；所述顶管施工实施方案包括：硬质岩层顶管工艺和透水地层顶管工艺。4.根据权利要求3所述的基于不同地质环境受力性能的顶管工程设计方法，其特征在于，所述根据顶管用途选用顶管管材，具体包括：顶管管材分为钢顶管、钢筋混凝土管、玻璃纤维增强塑料夹砂管，在实际工程中，根据管道用途、管材特性和当地的具体情况，选择适合的管材；对用于给水工程的管道，选用钢顶管或玻璃纤维增强塑料夹砂管；对用于排水工程的管道，选用玻璃纤维增强塑料夹砂管或钢筋混凝土管；而对于输送腐蚀性水体及管外水土有腐蚀性时，则选用玻璃纤维增强塑料夹砂管。5.根据权利要求4所述的基于不同地质环境受力性能的顶管工程设计方法，其特征在于，所述根据顶管的不同用途选用管材分别进行顶管管道的结构验算，具体包括：钢筋混凝土管、玻璃纤维增强塑料夹砂管、钢顶管传力面允许的最大顶力分别按下式计算：
钢筋混凝土管：玻璃纤维增强塑料夹砂管：钢顶管：式中：F
dc
—管道允许顶力设计值(N)；φ1—材料受压强度折减系数；φ2—偏心受压强度提高系数；φ3—材料脆性系数；φ4—钢管顶力稳定系数，当顶进长度＜300m时；φ5—混凝土强度标准调整系数；f
c
—受压强度设计值(N/mm2)；A
p
—管道的最小有效传力面积(mm2)；γ
Qd
—顶力分项系数。6.根据权利要求5所述的基于不同地质环境受力性能的顶管工程设计方法，其特征在于，所述根据确定的顶管线路设计工作井和接收井，具体包括：根据不同适用情况对工作井、接收井结构形式的选用包括：钢板桩、沉井、地下连续墙、灌注桩或SMW工法；顶管工作井结构型式，按照永久性划分为临时结构、临时和永久结构结合两种；根据土方开挖和支撑的施工顺序划分为顺作法和逆作法两种；根据支护体系不同分为排桩法和地下连续墙法；所述顶管工作井结构型式包括：钢木组合、逆作拱墙、沉井、钢板桩、地下连续墙以及上述任意组合形式。7.根据权利要求6所述的基于不同地质环境受力性能的顶管工程设计方法，其特征在于，所述根据确定的顶管线路设计工作井和接收井，具体还包括：工作井最小长度的计算方法：当顶管长度确定时，按公式(7)计算；当下井管节长度确定时，则按公式(8)进行计算；上述长度均不确定时，按照上述两种方法同时进行计算后，取结果较大值进行工作井尺寸设计：L≥l1+l3+k
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(7)L≥l2+l3+l4+k
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(8)式中：L—工作井的最小内净长度(m)；l1—顶管机下井时最小长度，如采用刃口顶管机应包括接管长度(m)；l2—下井管节长度(m)；l3—千斤顶长度(m)；l4—留在井内的管道最小长度；k—后座和铁顶的厚度及安装富余量；工作井、接收井最小宽度的计算：对于不同深度，工作井宽度计算采用不同的公式：
对于浅工作井内净宽按公式(9)计算，深工作井内净宽则按公式(10)计算，接收井的内净宽度按公式(11)计算；B＝D1+(2.0+2.4)
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(9)B＝3D1+(2.0～2.4)
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(10)B＝D1+2
×
1000
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(11)式中：B—工作井(接收井)的内净宽度(m)；D1—管道的外径(m)；工作井深度、接收孔尺寸的确定：工作井底板面深度计算公式参照式(12)，接收孔尺寸参照式(13)确定：H＝H
s
+D1+h
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(12)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明旺，王兵兵，李智宽，邱培林，刘福厚，
申请(专利权)人：中交路桥华北工程有限公司，
类型：发明
国别省市：