專利名稱：一種管道螺旋鉆法頂管施工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及排水管道施工領域，特別是一種管道螺旋鉆法頂管施工方法。
背景技術：
目前的非開挖頂管形式很多，頂管的形式主要有泥水平衡式、土壓平衡式、氣壓平 衡式三種主要施工方法。
1、泥水平衡式頂管施工方法，主要是利用機頭前端胸板前密封艙內的泥漿壓力平 衡地層和地下水壓力，以泥漿平衡裝置自動控制，管道周圍注漿形成泥漿套，開挖面土層的 穩(wěn)定性好。施工過程中，主要通過機頭內的糾偏千斤頂進行頂管的方向控制，一般適用于地 下水位以下的粘性土、砂性土。
2、土壓平衡式頂管施工方法，主要利用機頭前端胸板前密封艙內土壓平衡地層和 地下水壓力，以土壓平衡裝置自動控制，管道周圍注漿形成泥漿套。施工過程中，主要通過 機頭內的糾偏千斤頂進行頂管的方向控制，一般適用于軟塑和流塑性粘土，軟塑和流塑的 粘性土夾薄層粉砂。
3、氣壓式頂管施工就是以一定壓力的壓縮空氣來平衡地下水壓力、疏干地下水， 從而保持挖掘面土體穩(wěn)定的一種頂管施工方法。施工過程中，主要通過機頭內的糾偏千斤 頂進行頂管的方向控制，適用于粘土、粉砂土層以及滲透性系數(shù)較小的砂層、砂礫土層等。 但是施工過程中的管道周圍和管道頂面的變形較大，一般適用于人工能夠方便操作的較大 管徑的頂管。
以上的三種頂管的施工方法都需要適應于土質，并且有相同的缺點即頂管過程 缺乏精確有效的導向手段，使得管道施工的精度難以保證。發(fā)明內容
為了克服上述技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種導向精確、適用范圍廣的管 道螺旋鉆法頂管施工方法。
本發(fā)明所采用的技術方案是一種管道螺旋鉆法頂管施工方法，在基坑中將定向鉆桿沿所需鋪設管道的軌跡鉆進接 收坑先行導向，之后用螺旋鉆桿及套設在螺旋鉆桿外部的套筒作為出土設備，將螺旋鉆桿 安裝在定向鉆桿后端并頂進至接收坑，最后在螺旋鉆桿后端安裝擴孔機頭和連接在擴孔機 頭后端的管道并頂進，頂進的過程中通過旋轉的螺旋鉆桿將泥土傳輸至接收坑。
作為本發(fā)明的進一步改進，所述基坑中安裝頂進設備，所述頂進設備用于定向鉆 桿、螺旋鉆桿、擴孔機頭和管道的頂進。
作為本發(fā)明的進一步改進，所述頂進設備包括固定在基坑的基座，基座上有兩根 滑軌，每根滑軌上分別安裝液壓缸，每個液壓缸的缸軸頂向基坑后壁，每個液壓缸外殼的前 端有前卡口，后端有后卡口，推進機構通過夾具拆裝固定在前卡口或后卡口上，推進機構包 括頂鐵和旋轉組件，定向鉆桿、螺旋鉆桿固定在旋轉組件上并由旋轉組件帶動切削土體，套管和管道由頂鐵推動，頂進時，推進機構先安裝在后卡口上隨液壓缸推進，之后推進機構不 動，后卡口與推進機構分離，液壓缸縮回并使推進機構通過夾具安裝在前卡口上，繼續(xù)推進 液壓缸，如此循環(huán)。
作為本發(fā)明的進一步改進，所述定向鉆桿的前端裝有先導鉆頭，所述先導鉆頭為 扁平狀，定向鉆桿鉆進時，在基坑中采用激光經緯儀瞄準先導鉆頭方向，利用先導鉆頭迎面 不平衡土壓進行方向糾正。
作為本發(fā)明的進一步改進，所述定向鉆桿包括多節(jié)長度相等的鋼管，每節(jié)鋼管完 全在接收坑露出后即回收。
作為本發(fā)明的進一步改進，所述螺旋鉆桿頂進過程中，套管只推進不旋轉，螺旋鉆 桿邊旋轉邊推進，并切削土體將土體運輸至接收坑。
作為本發(fā)明的進一步改進，所述套管的后端設有與擴孔機頭前端連接的切削刀 頭，管道頂進過程中，擴孔機頭與螺旋鉆桿共軸旋轉，旋轉動力由擴孔機頭內置的動力系統(tǒng) 提供，切削刀頭切削的土體隨螺旋鉆桿運輸至接收坑。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明先用定向鉆桿在所需鋪設管道的軌跡上精確導向鉆 進，之后用螺旋鉆桿跟隨定向鉆桿頂進并出土，擴孔機頭和管道在螺旋鉆桿的導向下邊擴 孔邊頂進，直到整個管道頂進至預定的位置，整個頂進過程均提供了準確的導向，提高了管 道施工的精度，確保管道施工質量。
下面結合附圖和實施方式對本發(fā)明進一步說明。
圖1是本發(fā)明定向鉆桿頂進的示意圖；圖2是本發(fā)明螺旋鉆桿頂進的示意圖；圖3是本發(fā)明擴孔機頭和管道頂進的示意圖；圖4是頂進設備的示意圖；圖5是先導鉆頭的示意圖；圖6是圖3中切削刀頭沿A向的示意圖。
具體實施方式
如圖1-圖3所示，一種管道螺旋鉆法頂管施工方法，在基坑I中將定向鉆桿2沿 所需鋪設管道7的軌跡鉆進接收坑3先行導向，之后用螺旋鉆桿4及套設在螺旋鉆桿4外 部的套管5作為出土設備，將螺旋鉆桿4安裝在定向鉆桿2后端并頂進至接收坑3，最后在 螺旋鉆桿4后端安裝擴孔機頭6和連接在擴孔機頭6后端的管道7并頂進，頂進的過程中 通過旋轉的螺旋鉆桿4將泥土傳輸至接收坑3。
以由每段長為2m的管段組成的管道7為例。頂管施工前，首先要建造一個基坑I 和一個接收坑3，基坑I尺寸最小應滿足3. 5mX 2. 5m，接收坑3的尺寸應滿足定向鉆桿2、螺 旋鉆桿4和擴孔機頭6的拆除方便。
在頂管前進行全程物探設計管道軸線走向及埋深要求，在施工前要進行障礙物 的復探，在條件許可的前提下開樣洞復核。在全程物探仍不能準確判別的情況下，在頂管管 道斷面上設計幾個孔位，通過先導鉆頭21進行試頂進探測，減少施工風險。
作為進一步優(yōu)選的實施方式，基坑I中安裝頂進設備8，定向鉆桿2、螺旋鉆桿4、擴 孔機頭6和管道7的頂進動力主要是由頂進設備8提供，包括旋轉切削的動力和推進的動 力。
如圖4所示，作為進一步優(yōu)選的實施方式，頂進設備8包括固定在基坑I的基座， 基座上沿頂進方向安裝兩根滑軌81，每根滑軌81上分別安裝液壓缸82，每個液壓缸82的 缸軸頂向基坑I后壁。每個液壓缸82外殼的前端有前卡口 83,后端有后卡口 84。推進機 構85通過夾具86拆裝固定在前卡口 83或后卡口 84上，推進機構85內裝有頂鐵和旋轉組 件，定向鉆桿2、螺旋鉆桿4固定在旋轉組件上并由旋轉組件帶動切削土體，套管5和管道7 由頂鐵頂推。頂進時，推進機構85先安裝在后卡口 84上隨液壓缸82推進前移，之后推進 機構85不動，后卡口 84與推進機構85分離，液壓缸82縮回并使推進機構85通過夾具86 安裝在前卡口 83上，繼續(xù)推進液壓缸82，如此循環(huán)。
對于每段2m的管段來說，若用傳統(tǒng)的頂進設備，液壓缸的長度加上缸軸的長度使 得基坑I的挖設尺寸從理論來說必須大于4m，實際上更可能是需要挖設5m以上，其施工成 本相當高，而且也要用到的大型號的液壓缸。本實施例通過在液壓缸82外殼設置前卡口 83 和后卡口 84，一段管段可以分開兩次頂進，即將2m分成更小的尺寸進行頂進，工作人員無 需使用大型號的液壓設備，而且有效減少了基坑I的結構尺寸，從而大大節(jié)約了施工成本。
作為進一步優(yōu)選的實施方式，定向鉆桿2的前端裝有先導鉆頭21，先導鉆頭21為 扁平狀。定向鉆桿2鉆進時，在基坑I中采用激光經緯儀瞄準先導鉆頭21方向，利用先導 鉆頭21迎面不平衡土壓進行方向糾正。該先導鉆頭21及其受力情況參考圖5。
作為進一步優(yōu)選的實施方式，如圖1所示，定向鉆桿2包括多節(jié)長度均為2m的鋼 管，定向鉆桿2的頂進時，先頂進一節(jié)鋼管，之后在該節(jié)鋼管后端安裝另一節(jié)頂進，如此重 復操作，直到安裝了先導鉆頭21的最前端一節(jié)鋼管從接收坑3中露出。每節(jié)鋼管完全在接 收坑3露出后即回收。
作為進一步優(yōu)選的實施方式，如圖2所示，先導鉆頭21到達接收坑3后，在定向鉆 桿2的最后端連接螺旋鉆桿4和套管5進行頂進，套管5比鉆桿略大2cm并套設在螺旋鉆 桿4外。螺旋鉆桿4和套管5均為對應的2m—節(jié)。螺旋鉆桿4頂進過程中，套管5只推進 不旋轉，螺旋鉆桿4邊旋轉邊推進，并切削土體將土體運輸至接收坑3，整個過程需控制螺 旋鉆桿4的轉速和推進速度,保證土體的粒徑不超過15mm,以防止卡管造成出土困難。
作為進一步優(yōu)選的實施方式，如圖3所示，所述套管5的后端設有與擴孔機頭6前 端連接的切削刀頭9。螺旋鉆桿4和套管5頂進完成后，螺旋鉆桿4的最后端安裝擴孔機 頭6，擴孔機頭6后方連接所需要頂進的管道7，且從接收坑3中回收螺旋鉆桿4和套管5。 進行管道7頂進的同時，在管外圍注減摩漿液。螺旋鉆桿4引導下，管道7向前推進，頂進 過程中，切削刀頭9切削出來的土體通過螺旋鉆桿4和套管5運輸?shù)浇邮湛?，以減少頂進 的土壓力。管道7頂進過程中，擴孔機頭6與螺旋鉆桿4共軸旋轉，旋轉動力由擴孔機頭6 內置的動力系統(tǒng)提供。
如圖6所示，切削刀頭9通過法蘭盤92連接在擴孔機頭6的前端，包括若干沿螺 旋鉆桿4的四周布置的刀體91，與螺旋鉆桿一起旋轉切削土體。切削刀頭9的長度約為螺 旋鉆桿4直徑的1-2倍，相鄰刀體91的間距相同。通過改變切削刀頭9的長度和相鄰刀體 91的間距可以控制土體粒徑和套筒5內進土速度，以達到適應不同土層頂進的目的；通過螺旋鉆桿4的旋轉速度和擴孔機頭6的推進速度控制開挖面的穩(wěn)定性管道7每次頂進量應嚴格根據出泥多少決定。頂進一定距離后一般要重新測量出泥量 一次，以確定擴孔機頭6的偏差。
在擴孔機頭6的尾部有壓漿孔，這里的壓漿必須首先得到保證。壓注觸變泥漿的 一般要求是先壓后頂，隨頂隨壓，出口壓力必須大于地下水壓力，壓漿量控制在理論壓漿量 的1. 5倍左右。
管道7完全頂進到位后從接受坑中回收擴孔機頭6。
以上所述只是本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，其并不構成對本發(fā)明保護范圍的限制。
權利要求
1.一種管道螺旋鉆法頂管施工方法，其特征在于在基坑(1)中將定向鉆桿(2)沿所需鋪設管道(7)的軌跡鉆進接收坑(3)先行導向，之后用螺旋鉆桿(4)及套設在螺旋鉆桿 (4)外部的套管(5)作為出土設備，將螺旋鉆桿(4)安裝在定向鉆桿(2)后端并頂進至接收坑(3)，最后在螺旋鉆桿(4)后端安裝擴孔機頭(6)和連接在擴孔機頭(6)后端的管道(7) 并頂進，頂進的過程中通過旋轉的螺旋鉆桿(4)將泥土傳輸至接收坑(3)。
2.根據權利要求1所述的管道螺旋鉆法頂管施工方法，其特征在于所述基坑(I)中安裝頂進設備(8)，所述頂進設備⑶用于定向鉆桿(2)、螺旋鉆桿(4)、擴孔機頭(6)和管道(7)的頂進。
3.根據權利要求2所述的管道螺旋鉆法頂管施工方法，其特征在于所述頂進設備(8) 包括固定在基坑(I)的基座，基座上有兩根滑軌(81)，每根滑軌(81)上分別安裝液壓缸(82),每個液壓缸(82)的缸軸頂向基坑(I)后壁，每個液壓缸(82)外殼的前端有前卡口(83)，后端有后卡口(84)，推進機構(85)通過夾具(86)拆裝固定在前卡口(83)或后卡口(84)上，推進機構(85)包括頂鐵和旋轉組件，定向鉆桿(2)、螺旋鉆桿(4)固定在旋轉組件上并由旋轉組件帶動切削土體，套管(5)和管道(7)由頂鐵推動，頂進時，推進機構(85)先安裝在后卡口(84)上隨液壓缸(82)推進，之后推進機構(85)不動，后卡口(84)與推進機構(85)分離，液壓缸(82)縮回并使推進機構(85)通過夾具(86)安裝在前卡口(83)上， 繼續(xù)推進液壓缸(82)，如此循環(huán)。
4.根據權利要求1或2或3所述的管道螺旋鉆法頂管施工方法，其特征在于所述定向鉆桿⑵的前端裝有先導鉆頭(21)，所述先導鉆頭(21)為扁平狀，定向鉆桿(2)鉆進時， 在基坑(I)中采用激光經緯儀瞄準先導鉆頭(21)方向，利用先導鉆頭(21)迎面不平衡土壓進行方向糾正。
5.根據權利要求4所述的管道螺旋鉆法頂管施工方法，其特征在于所述定向鉆桿(2) 包括多節(jié)長度相等的鋼管，每節(jié)鋼管完全在接收坑(3)露出后即回收。
6.根據權利要求1或2或3所述的管道螺旋鉆法頂管施工方法，其特征在于所述螺旋鉆桿(4)頂進過程中，套管(5)只推進不旋轉，螺旋鉆桿(4)邊旋轉邊推進，并切削土體將土體運輸至接收坑(3)。
7.根據權利要求1或2或3所述的管道螺旋鉆法頂管施工方法，其特征在于所述套管(5)的后端設有與擴孔機頭(6)前端連接的切削刀頭(9)，管道(7)頂進過程中，擴孔機頭(6)與螺旋鉆桿(4)共軸旋轉，旋轉動力由擴孔機頭￠)內置的動力系統(tǒng)提供，切削刀頭 (9)切削的土體隨螺旋鉆桿(4)運輸至接收坑(3)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種管道螺旋鉆法頂管施工方法，在基坑中將定向鉆桿沿所需鋪設管道的軌跡鉆進接收坑先行導向，之后用螺旋鉆桿及套設在螺旋鉆桿外部的套筒作為出土設備，將螺旋鉆桿安裝在定向鉆桿后端并頂進至接收坑，最后在螺旋鉆桿后端安裝擴孔機頭和連接在擴孔機頭后端的管道并頂進，頂進的過程中通過旋轉的螺旋鉆桿將泥土傳輸至接收坑。本發(fā)明先用定向鉆桿在所需鋪設管道的軌跡上精確導向鉆進，之后用螺旋鉆桿跟隨定向鉆桿頂進并出土，擴孔機頭和管道在螺旋鉆桿的導向下邊擴孔邊頂進，直到整個管道頂進至預定的位置，整個頂進過程均提供了準確的導向，提高了管道施工的精度，確保管道施工質量。本發(fā)明適用于排水管道的施工領域。
文檔編號E03F3/06GK103046637SQ201210566370
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權日2012年12月21日
發(fā)明者朱克東, 張廣春, 安關鋒, 劉天俊, 段木子, 黃秋瑩, 李建明, 李德山, 鄒鋒 申請人:廣州市市政集團有限公司, 廣州市市政工程機械施工有限公司