《長距離曲線頂管及管幕施工工藝》是中鐵十八局集團有限公司和中鐵十八局集團第一工程有限公司於2013年8月5日申請的發明專利，該專利的申請號為201310336338X，公布號為CN104343455A，公布日為2015年2月11日，發明人是張斌梁、潘建立、高海東、李剛、馬勝利、葉小兵、韓利民。
《長距離曲線頂管及管幕施工工藝》其特徵在於，包括如下步驟：步驟一，準備工作，選取施工所需設備型號；步驟二，測量定位，確定施工位置；步驟三，搭設頂管平台；步驟四，破除洞門，並進行洞門止水裝置安裝；步驟五，頂進後背安裝；步驟六，頂管機安裝調試後進洞頂進，完成後出洞接收；然後重複步驟六，直至管幕形成；步驟七，置換注漿填充，完成管幕施工。該發明採用上述長距離曲線頂管及管幕施工工藝，能夠克服2013年8月前已有工藝的不足，提高管幕施工質量水平。
2018年12月20日，《長距離曲線頂管及管幕施工工藝》獲得第二十屆中國專利銀獎。
（概述圖為《長距離曲線頂管及管幕施工工藝》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：長距離曲線頂管及管幕施工工藝
- 公布號：CN104343455A
- 公布日：2015年2月11日
- 申請號：201310336338X
- 申請日：2013年8月5日
- 申請人：中鐵十八局集團有限公司、中鐵十八局集團第一工程有限公司
- 地址：河北省保定市涿州市冠雲路中鐵十八局集團第一工程有限公司
- 發明人：張斌梁、潘建立、高海東、李剛、馬勝利、葉小兵、韓利民
- 分類號：E21D9/00（2006.01）I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
截至2013年8月，管幕施工工藝是隧道施工中的一種常見施工方式，隨著高速鐵路建設的飛速發展和工程設計、施工技術的進步，施工條件越來越受到限制。尤其是在一些長距離曲線管幕施工過程中，工藝難以完成。
發明內容
專利目的
《長距離曲線頂管及管幕施工工藝》的目的是提供一種長距離曲線頂管及管幕施工工藝，能夠克服2013年8月前已有工藝的不足，提高管幕施工質量水平。
技術方案
《長距離曲線頂管及管幕施工工藝》包括如下步驟：
步驟一，準備工作，選取施工所需設備型號；
步驟二，測量定位，確定施工位置；
步驟三，搭設頂管平台；
步驟四，破除洞門，並進行洞門止水裝置安裝；
步驟五，頂進後背安裝；
步驟六，頂管機安裝調試後進洞頂進，完成後出洞接收；
然後重複步驟六，直至管幕形成；
步驟七，置換注漿填充，完成管幕施工。
優選的，所述步驟六具體為：首先，進洞並開始頂進；其次，拼裝管節；再次，繼續頂進；最終，出洞接收。
優選的，在進行步驟六的同時還進行減阻注漿和泥漿處理操作。
優選的，所述步驟六分3個階段，第一階段為試驗管階段，通過2根試驗管掌握頂管機頂推力、頂進速度、減阻注漿效果、泥水壓力、對地層影響；第二階段為中板階段，通過中板階段管幕施工並與試驗管階段各種參數比較、分析得出不同地質條件下及不同埋深水壓力對管幕施工的影響；第三階段為群管頂進階段，根據第一階段、第二階段管幕施工，指導第三階段管幕施工。
優選的，所述頂管平台為可移動式架空平台，包括托輥、高度調節墊枕、支撐支架、支架滑輪和支架導軌組成，所述托輥順直、平行、等高，所述支架導軌按平坡鋪設，所述高度調節墊枕固定於所述支撐支架上，所述支撐支架採用桁架系統，安裝於所述支架滑輪上，所述支架滑輪設定於所述支架導軌上。
優選的，所述支架導軌為滾動式高架型軌道。
優選的，所述支架導軌的安裝允許偏差為：軸線位置為3毫米，頂面高程為0～＋3毫米，兩軌內距為±2毫米。
優選的，所述洞門止水裝置為可拆卸式折頁壓板襯雙層帘布橡膠止水密封結構，由折頁式壓板、帘布橡膠圈、擴大鋼環和連線鋼環組成。
優選的，所述減阻注漿過程中，注漿壓力大於地下土壓與水壓力，注漿主管與每根注漿支管連線處安裝閥門，所述注漿支管與所述注漿主管上的注漿口連線處設定單向閥。
優選的，所述置換注漿填充過程採用微膨脹混凝土進行填充，先奇後偶，奇數管在預埋好凍結管路設備後進行填充，偶數管在融沉注漿後進行填充，管內混凝土分段澆築。
改善效果
《長距離曲線頂管及管幕施工工藝》採用上述長距離曲線頂管及管幕施工工藝，能夠克服2013年8月前已有工藝的不足，提高管幕施工質量水平。
附圖說明
圖1為該發明長距離曲線頂管及管幕施工工藝實施例的結構示意圖；
圖2為該發明長距離曲線頂管及管幕施工工藝實施例中頂管平台的縱向結構示意圖；
圖3為該發明長距離曲線頂管及管幕施工工藝實施例中頂管平台的橫斷面結構示意圖；
圖4為該發明長距離曲線頂管及管幕施工工藝實施例的施工斷面示意圖；
圖5為該發明長距離曲線頂管及管幕施工工藝實施例中置換注漿填充中澆築順序圖。
權利要求
1.《長距離曲線頂管及管幕施工工藝》其特徵在於，包括如下步驟：
步驟一，準備工作，選取施工所需設備型號；
步驟二，測量定位，確定施工位置；
步驟三，搭設頂管平台；
步驟四，破除洞門，並進行洞門止水裝置安裝；
步驟五，頂進後背安裝；
步驟六，頂管機安裝調試後進洞頂進，完成後出洞接收；
然後重複步驟六，直至管幕形成；
步驟七，置換注漿填充，完成管幕施工。
2.根據權利要求1所述的長距離曲線頂管及管幕施工工藝，其特徵在於，所述步驟六具體為：首先，進洞並開始頂進；其次，拼裝管節；再次，繼續頂進；最終，出洞接收。
3.根據權利要求2所述的長距離曲線頂管及管幕施工工藝，其特徵在於，在進行步驟六的同時還進行減阻注漿和泥漿處理操作。
4..根據權利要求4所述的長距離曲線頂管及管幕施工工藝，其特徵在於：所述頂管平台為可移動式架空平台，包括托輥、高度調節墊枕、支撐支架、支架滑輪和支架導軌組成，所述托輥順直、平行、等高，所述支架導軌按平坡鋪設，所述高度調節墊枕固定於所述支撐支架上，所述支撐支架採用桁架系統，安裝於所述支架滑輪上，所述支架滑輪設定於所述支架導軌上。
5.根據權利要求4所述的長距離曲線頂管及管幕施工工藝，其特徵在於：所述支架導軌為滾動式高架型軌道。
6.根據權利要求5所述的長距離曲線頂管及管幕施工工藝，其特徵在於，所述支架導軌的安裝允許偏差為：軸線位置為3毫米，頂面高程為0～＋3毫米，兩軌內距為±2毫米。
7.根據權利要求6所述的長距離曲線頂管及管幕施工工藝，其特徵在於：所述洞門止水裝置為可拆卸式折頁壓板襯雙層帘布橡膠止水密封結構，由折頁式壓板、帘布橡膠圈、擴大鋼環和連線鋼環組成。
8.根據權利要求7所述的長距離曲線頂管及管幕施工工藝，其特徵在於：所述減阻注漿過程中，注漿壓力大於地下土壓與水壓力，注漿主管與每根注漿支管連線處安裝閥門，所述注漿支管與所述注漿主管上的注漿口連線處設定單向閥。
9.根據權利要求8所述的長距離曲線頂管及管幕施工工藝，其特徵在於：所述置換注漿填充過程採用微膨脹混凝土進行填充，先奇後偶，奇數管在預埋好凍結管路設備後進行填充，偶數管在融沉注漿後進行填充，管內混凝土分段澆築。
實施方式
實施例
該實施例以港珠澳大橋珠海連線線拱北隧道暗挖段管幕施工為例進行說明，該實施例所述管幕平均長度257.927米/根，截至2013年8月在中國國內是最長的，位於曲率半徑R=885.852米～906.298米的緩和曲線和圓曲線上，φ1620毫米（壁厚20毫米）管幕36根，這種大斷面的管幕群，在中國國內、國際上也不多見。試驗管幕兩根，中板階段6根、群管頂進階段28根。管幕之間的距離約35.7厘米，管幕距口岸建築物樁基最近距離為50厘米，緩和曲線上每節的張角在頂進過程中都需要調整（控制在3毫米以內），圓曲線段管節之間的張角固定（控制在4毫米以內），曲線頂管精度控制在±30毫米範圍內，對頂管精度要求非常高。施工管幕頂部覆蓋土厚度約4～5米，其上即為口岸進出境風雨廊，地表沉降要求嚴格。管幕穿越地層地質主要為呈流塑狀的淤泥質粉質粘土，厚度達8.6米，承載力極低的中、粉、礫砂層，厚度達14.3米，下臥層為礫質粘性土，全、強風化黑雲母斑狀花崗岩。該實施例管幕參數如下：管幕直徑，採用A1620毫米的大直徑管幕；管節長度，採用4米長度的管節；管幕壁厚，鋼管壁厚不小於20毫米；管幕間距，間距根據管幕位置不同分別為35.5厘米、35.6厘米、35.7厘米、35.8厘米。主要工程數量如表1所示。
管幕規格 | 數量（根） | 總長度（米） | 備註 |
鋼管A1.62米 | 36 | 9180 | 管節4米/根 |
圖1為該發明長距離曲線頂管及管幕施工工藝實施例的結構示意圖，如圖所示，包括如下步驟：
步驟一101，準備工作，選取施工所需設備型號。頂管機選用海瑞克頂管機，其ELS測量導向系統配備了模糊邏輯自動糾偏功能，在掘進中模糊邏輯程式會分析掘進機實際行走軌跡與設計軌跡之間的偏差，自動糾偏修正，頂進軌跡控制更精確。主頂系統選用6個2000千牛的主頂油缸組合，最大推力12000千牛。為提高頂進的可靠度，試驗管施工時在盾構機後80米處設定中繼間。視試驗管施工情況，確定正常頂進時是否安裝中繼間。中繼間啟動的原則是當掘進機後方主頂達到最大荷載60～70%，按照計算頂力，每孔至少需要1組中繼間。
步驟二102，測量定位，確定施工位置。
步驟三103，搭設頂管平台。頂管管節在頂進前需先安放在頂管平台上，頂管平台承擔導向功能，以保證管節按設計高程和方向前進。圖2為該發明長距離曲線頂管及管幕施工工藝實施例中頂管平台的縱向結構示意圖，圖3為該發明長距離曲線頂管及管幕施工工藝實施例中頂管平台的橫斷面結構示意圖。頂管平台為可移動式架空平台，包括托輥1、高度調節墊枕2、支撐支架3、支架滑輪4和支架導軌5組成，2個托輥1順直、平行、等高，支架導軌5按平坡鋪設，高度調節墊枕2固定於支撐支架3上，支撐支架3採用桁架系統，安裝於支架滑輪4上，支架滑輪4設定於支架導軌5上。為方便說明，圖2和圖3中還標示出了管幕鋼管6和豎井中板7.支架導軌5為滾動式高架型軌道。支架導軌5安放前，應先覆核管道中心的位置，並應在施工中經常檢查校核，實時調整。高程調節範圍在1米以內時通過調節高度調節墊枕2高度滿足頂管軸線中心高程的要求，調節高度調節墊枕2的水平固定位置滿足頂管軸線水平位置的要求。支撐支架3桁架高度方向1榀/米，頂管高程調節範圍超過1米時，通過支撐支架3加層調節。支撐支架3可沿支架導軌5水平滑動，頂管施工時通過固定鎖鎖死。支架導軌5的安裝允許偏差為：軸線位置為3毫米，頂面高程為0～＋3毫米，兩軌內距為±2毫米。
步驟四104，破除洞門，並進行洞門止水裝置安裝。頂管出洞階段與頂管正常頂進階段，為了控制頂管的頂力，保持地面沉降不超過允許值，需要以一定的壓力向鋼管與周圍土體的環形縫隙壓注潤滑泥漿，如果不設定洞口止水封閉裝置或者洞口止水封閉裝置的設定達不到設計要求，壓注的泥漿就會通過洞口間隙進入工作井內，無法形成完整的泥漿套，引起頂力上升，地面沉降增大，對工程不利。另外，洞口外的土質較差，特別是下層砂土層較厚，施工時會沿洞口間隙流入工作井中，從而影響工作井的正常作業，嚴重的會造成洞口上部土體塌陷，甚至影響周圍建築物和地下管線的安全。
針對本工程的特點，選用可拆卸式折頁壓板襯雙層帘布橡膠止水密封結構作為洞門止水裝置，其主要由折頁式壓板、帘布橡膠圈、擴大鋼環、連線鋼環組成。每次頂管施工時，通過螺栓將止水裝置安裝於洞口環梁的預埋件上，施工完畢後再安裝於下一處頂管施工位置，實現循環利用。
步驟五105，頂進後背安裝。採用工字鋼和鋼板拼裝式後背對頂鎬反力進行分配，以免地下連續牆後背由於局部反力超過承載力造成破壞。鋼後背尺寸3米×2米×0.5米，鋼後背與地下連續牆之間設定水泥砂漿找平層。
步驟六106，頂管機安裝調試後進洞頂進，完成後出洞接收，然後重複步驟六，直至管幕形成。步驟六具體為：首先，進洞並開始頂進；其次，拼裝管節；再次，繼續頂進；最終，出洞接收。步驟六分3個階段，第一階段為試驗管階段，通過2根試驗管掌握頂管機頂推力、頂進速度、減阻注漿效果、泥水壓力、對地層影響；第二階段為中板階段，通過中板階段管幕施工並與試驗管階段各種參數比較、分析得出不同地質條件下及不同埋深水壓力對管幕施工的影響；第三階段為群管頂進階段，根據第一階段、第二階段管幕施工，指導第三階段管幕施工，圖4為為該發明長距離曲線頂管及管幕施工工藝實施例的施工斷面示意圖。
在進行步驟六的同時還進行減阻注漿和泥漿處理操作。
本工程曲線頂管，頂距255米，頂進過程中使用中繼間，但中繼間的設定加大了設備的投入，如果注漿系統做得好，減阻效果明顯，會加大中繼間之間的距離，減少中繼間數量，減少設備投入；在曲線頂管時，如果減阻效果好，降低頂力還可以提高掘進方向的可控性。
如泥漿配比適當，壓力控制的合理，在砂層中的減阻效果同樣能達到在粘土層中的減阻效果，提高注漿減阻效果的因素有漿液配比、靜置時間、加漿壓力、保證在全部頂進管路上任何時間都有漿液壓入。
在以往工程中，我們積累了一些注漿減阻的經驗。影響減阻效果的因素主要有兩方面：①減阻材料的性能以及是否適合工程地質情況；②注漿系統的形式。
注漿減阻材料選用日本進口粉狀一體型滑材（BIOS），在製作過程中，攪拌要充分均勻，施工之前需要做配比實驗，驗證理論配比是否合適，主要控制參數為漿液的粘性值（CPS）。
潤滑泥漿儲漿罐，按照4台掘進機（13500型）同時工作，每台每天按頂進16米計算，滲入量按1.5倍加漿量計，儲漿需10立方米，儲漿要保證5小時靜置時間，做3個6立方米儲泥罐，輪流使用，可滿足要求。
注漿壓力要大於地下土壓與水壓力，該實施例中注漿壓力略大於地下土壓與水壓力，在掘進機後方管外壁形成環形泥漿套，後續管道懸浮在漿體中達到很好的減阻效果。BIOS泥漿屬高分子化合物，靜止後會以凝膠狀封住土層孔隙，向土體滲透量小。注漿壓力大於主動土壓力，潤滑泥漿會平衡土壓力減小環形空間收縮，防止地面沉降。若注漿壓力大於被動土壓力，土層會破壞。故潤滑泥漿壓力設定在主動土壓力加水壓與被動土壓力加水壓之間。基準線按管底計算，施工時壓力控制在1.5倍主動土壓力。
注漿設備選用上海江華船舶工程公司生產的SYB50-45型液壓注漿泵，最大泵量3立方米/小時，具有設備輕便、振動小、性能穩定可靠的優點。攪漿罐自製2個，容量6立方米/個。
注漿管路的注漿主管採用A50鋼管，注漿支管採用1寸高壓軟管。注漿主管與每根注漿支管連線處安裝閥門，注漿支管與注漿主管上的注漿口連線處設定單向閥。
每組注漿孔的縱向布置間距4米，即每1節鋼管布設1組，每組3個注漿口，環向呈120°布置。
為了起到良好的減阻效果，掘進機出洞開始至進洞，全過程持續注漿，注漿工作由自動保壓注漿系統來實現操作，設專職人員監視。
該實施例中泥漿處理首選在靠近工作場地範圍內，預設泥漿池，蓄滿泥漿，約可容納大於2000立方米的泥漿為宜，採用泵吸反循環，將掌子面土塊混合成泥漿，通過盾構機排泥漿系統傳入泥漿池，通過淨化處理，將泥漿中直徑大於0.4毫米的泥砂等物質從泥漿中分離出來，呈乾塑狀渣土匯集到收集槽內，外運棄置；而淨化處理後的泥漿則進入循環池中，若其各項指標符合要求，則根據需要採用泥漿泵將循環池中的泥漿泵入盾構機內達到循環使用的目的，並根據需求不斷補充清水；若淨化處理後的泥漿其各項指標不符合要求，則採用泥漿泵將其泵入廢漿池，集中外運棄置。
步驟七107，置換注漿填充，完成管幕施工。置換注漿填充過程採用微膨脹混凝土進行填充，先奇後偶，奇數管在預埋好凍結管路設備後進行填充，偶數管在融沉注漿後進行填充，管內混凝土分段澆築，順序如圖5所示。
因此，該發明採用上述長距離曲線頂管及管幕施工工藝，克服了2013年8月前已有工藝的不足，提高管幕施工質量水平，對後期長距離曲線頂管施工工藝提供重要參考依據，為以後中國國內外長距離曲線頂管群管頂進提供程工案例，同時通過對群管頂進過程中對周圍建築物、地下管線等監測，總結出群管頂進對周圍建築物、地下管線等影響程度；通過對不同複雜地質的土體改良，總結出土體改良注漿漿液選擇、壓力大小、擴散半徑等具體的參數，為以後類似工程提供依據；通過最佳化施工工藝、方案調整可以節省資源、縮短工期，提高施工效率。
榮譽表彰
2018年12月20日，《長距離曲線頂管及管幕施工工藝》獲得第二十屆中國專利銀獎。
