一种狭小空间开挖与安装管道的施工方法

【技术领域】

本发明涉及城市管路建设技术领域，具体涉及一种狭小空间开挖与安装管道的施工方法。

【背景技术】

随着城市的快速发展，城市周围的管网越来越复杂，需要供水系统，污水排放系统，雨水管网系统等。为实现“海绵城市”、城市雨污水分流，城市管网的建设是一项为民办实事，必要而艰巨的工程。

城市管道布置于地下，需要开挖城市道路、巷道才能安装管道。当基坑开挖深度<3m，采用一次性放坡开挖基坑，开挖中如发现土质松软地段，立即采用钢板桩、木桩进行全断面支护，其具体步骤为：

第一，破除路面硬化水泥，露出泥土；

第二，沿破除的路面在两侧垂直打入一排钢板桩或者木桩，若土质较为松软，则在钢板桩上加设内部支撑条；

第三，开挖泥土，形成管路基坑；

第四，放入管道；

第五，回填基坑；

第六，拆除内部支撑条；

第七，拔出钢板桩；

第八，对打入钢板桩或者木桩的泥土位置采用水泥回填。

上述步骤存在以下问题：

第一，为避免泥土发生滑坡滑入基坑内，基坑对应钢板桩的顶部两侧需要设置一定的斜坡，斜坡的设置(即放坡)开挖和钢板桩或者木桩支护所要的场地较大，但是在城中村等狭小空间的巷道中施工时难以实现，此时基坑需灵活采用垂直开挖。采用垂直开挖时，泥土层按照施工要求开挖形成管路基坑后其基坑侧壁为自稳状态，但随着施工的进行，当基坑侧壁所受荷载逐渐增加，当荷载超过一定负荷后便容易从最不利滑动面处朝基坑内发生泥土滑坡，此时施工安全性难以保障。

第二，当城市地下管路与线路过于复杂时，无法开挖大面积的基坑，使得施工难以进行。

第三，打钢板桩或者木桩时需要用到振动锤以及挖机进行施工，其产生的振动会引起地面的共振，从而影响附近居民的日常生活。

第四，基坑垂直开挖后，管道安装流程还有地基承载力检测、管道安装连接、闭水试验、回填护管砂等基坑内进行的工作，施工时偶尔发生高空坠物掉落至基坑中，威胁施工人员的安全。

第五，在完成施工后需要对打入钢板桩或者木桩的桩孔位置采用水泥回填，工作繁琐，延长工期。

【发明内容】

本发明旨在至少解决上述提出的技术问题之一，提供一种狭小空间开挖与安装管道的施工方法，其不仅占用的施工空间小而且能够保证施工的安全性。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种狭小空间开挖与安装管道的施工方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：根据预装管道节段的施工要求现场加工一种用于狭小空间的施工支护架且提供现有技术中的挖掘机，所述用于狭小空间的施工支护架包括架体，所述架体的一侧设有吊耳，所述架体的长度等于预装管道节段长度的1/N，所述架体上设有铺管通道，所述铺管通道贯通所述架体的相对两端及所述架体背离所述吊耳的一侧；

步骤S2：采用挖掘机破除路面硬化水泥，露出泥土层；

步骤S3：开挖泥土层，得到一第一个基坑段，所述基坑段的两个侧面与水平面垂直，将第一个所述用于狭小空间的施工支护架放入所述基坑段中，使所述铺管通道与第一个所述基坑段连通；

步骤S4：继续沿泥土层开挖第一个所述基坑段，得到第N个所述基坑段，第N个所述基坑段与第N-1个所述基坑段连通，将第N个所述用于狭小空间的施工支护架放入第N个所述基坑段中，将第N个所述用于狭小空间的施工支护架与第N-1个所述用于狭小空间的施工支护架进行拼接；持续开挖泥土层与放置所述用于狭小空间的施工支护架，至N个所述用于狭小空间的施工支护架的总长度等于一个预装管道节段的长度相等时停止，其中，N不小于2且N＝一个预装管道节段的长度/一个所述顶部框的长度，N个所述基坑段连通成为用于安装一个预装管道节段的基坑；

步骤S5：将一个所述预装管道节段从位于所述基坑端部的用于狭小空间的施工支护架的铺管通道放入所述基坑中；

步骤S6：重复步骤S4及步骤S5，将多个预装管道节段进行连接并进行其他剩余预装管道节段的安装工作；

步骤S7：将所述基坑中所有的所述用于狭小空间的施工支护架从所述基坑中吊离；

步骤S8：回填所述基坑。

进一步地，所述架体包括顶部框及支撑柱，所述顶部框的一侧设有吊耳，所述支撑柱的一端连接所述顶部框背离所述吊耳的一侧，所述支撑柱的另一端朝背离上所述顶部框的方向延伸。

进一步地，所述支撑柱的数量为两组，两组所述支撑柱沿所述顶部框的宽度方向间隔设置；一组所述支撑柱包括两个所述支撑柱，两个所述支撑柱沿所述顶部框的长度方向间隔设置。

进一步地，所述架体包括侧面加固筋，所述侧面加固筋的一端连接所述顶部框的侧边，所述侧面加固筋的另一端连接所述支撑柱。

进一步地，所述架体包括端部加固筋，所述端部加固筋的一端连接所述顶部框的端部，所述端部加固筋的另一端连接所述支撑柱。

进一步地，所述顶部框由四条钢材焊接而成，所述支撑柱、所述侧面加固筋及所述括端部加固筋的材质为钢材。

进一步地，所述架体包括顶部挡板及侧面挡板，所述顶部挡板与所述顶部框设有所述吊耳的一侧可拆连接，所述侧面挡板与所述支撑柱背离所述铺管通道的一侧可拆连接且与所述顶部框接触。

进一步地，相邻的两个所述用于狭小空间的施工支护架采用螺栓可拆连接；

在步骤S4至步骤S6中，将第N个所述用于狭小空间的施工支护架与第N-1个所述用于狭小空间的施工支护架进行拼接时通过所述螺栓可拆连接。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1.上述狭小空间开挖与安装管道的施工方法，基坑段的两个侧面与水平面垂直，即最终开挖形成的基坑的两个侧面与水平面垂直，即所挖基坑能够满足安装预装管道节段的要求；而在基坑的两个侧面发生泥土滑坡时用于狭小空间的施工支护架的侧面能够起到阻挡泥土的作用。可见采用上述方法进行施工，不仅占用的施工空间小而且能够保证施工的安全性。

2.采用上述狭小空间开挖与安装管道的施工方法时，不需要朝路面打入钢板桩或者木桩，则在完成预装管道节段的安装后不遗留桩孔，即不需要进行水泥回填，因此，上述施工方法不仅大大降低了地面共振，从而降低了对附近居民日常生活的影响，而且简化了施工步骤，大大缩短了工期。

3.顶部挡板的设置，能够独挡可能发生的高空坠物，进一步保护施工人员的安全。

【附图说明】

图1为本发明一较佳实施方式中一种用于狭小空间的施工支护架的结构示意图。

图2为用于狭小空间的施工支护架拆除顶部挡板及侧面挡板后的结构示意图。

图3为本发明一较佳实施方式中狭小空间开挖与安装管道的施工方法的施工示意图。

图4为本发明一较佳实施方式中基坑的基本信息。

图5为本发明一较佳实施方式中基坑侧壁的土层信息。

图6为本发明一较佳实施方式中基坑侧壁的土层参数。

图7为利用理正深基坑计算2米基坑垂直开挖工况时最不利滑动面的示意图。

图8为本发明一较佳实施方式中天然放坡的计算结果。

附图中，100-用于狭小空间的施工支护架、1-架体、10-铺管通道、11-顶部框、12-支撑柱、121-限位块、13-侧面加固筋、14-端部加固筋、15-顶部挡板、16-侧面挡板、2-吊耳、200-基坑、201-基坑段、300-预装管道节段、400-挖掘机。

【具体实施方式】

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是仅限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图3所示，本发明一较佳实施方式提供一种用于狭小空间的施工支护架100，用于狭小空间中开挖路面后安装管道，其中管道包括多个预装管道节段300。

施工支护架100包括架体1，架体1的一侧设有吊耳2，架体1的长度等于预装管道节段300长度的1/N，架体1上设有铺管通道10，铺管通道10贯通架体1的相对两端及架体1背离吊耳2的一侧。

在本实施方式中，架体1包括顶部框11及支撑柱12。顶部框11的一侧设有吊耳2，支撑柱12的一端连接顶部框11背离吊耳2的一侧，支撑柱12的另一端朝背离上顶部框11的方向延伸，具体的，支撑柱12的数量为两组，两组支撑柱12沿顶部框11的宽度方向间隔设置；一组支撑柱12包括两个支撑柱12，两个支撑柱12沿顶部框11的长度方向间隔设置且支撑柱12的一端焊接于顶部框11上。两组支撑柱12与顶部框11背离吊耳2的一侧面形成铺管通道10。

在本实施方式中，架体1还包括侧面加固筋13及端部加固筋14。侧面加固筋13的一端连接顶部框11的侧边，侧面加固筋13的另一端连接支撑柱12，具体的，架体1的相对两侧均设有一对侧面加固筋13，一对侧面加固筋13中的两个侧面加固筋13相互对称设置，一侧面加固筋13的一端焊接于顶部框11的侧边，侧面加固筋13的另一端焊接于对应一端的支撑柱12上。

端部加固筋14的一端连接顶部框11的端部，端部加固筋14的另一端连接支撑柱12，具体的，架体1的相对两端均设有一对端部加固筋14，一对端部加固筋14的两个端部加固筋14相互对称设置，一端部加固筋14的一端焊接于顶部框11的端部，端部加固筋14的另一端焊接于对应一端的支撑柱12上。侧面加固筋13及端部加固筋14的设置能够加强整个架体1的结构，使架体1在阻挡倾覆的泥土时更为稳固。

在本实施方式中，顶部框11由四条钢材焊接而成，具体的，顶部框11为四条钢材焊接而成的矩形框体，吊耳2焊接于钢材的一侧；支撑柱12、侧面加固筋13及端部加固筋14的材质均为钢材，具体的，顶部框11的四条钢材、支撑柱12、侧面加固筋13及端部加固筋14均为槽钢。用于狭小空间的施工支护架100采用现有技术中常见的槽钢焊接而成，其能够在施工现场根据所要安装的预装管道节段300的长度以及宽度现场制作，突显出其容易装配与制作的特点，不仅能够节约施工成本，而且能够加快施工进度。

在本实施方式中，架体1还包括顶部挡板15及侧面挡板16。顶部挡板15与顶部框11设有吊耳2的一侧可拆连接，具体的，吊耳2焊接在顶部框11背离支撑柱12一侧面的外侧，以使顶部框11背离支撑柱12一侧面的内侧形成一承接面，顶部挡板15承接于前述承接面上，在实际使用时，可采用螺丝钉将顶部挡板15可拆安装于承接面上。侧面挡板16与支撑柱12背离铺管通道10的一侧可拆连接且与顶部框11接触，具体的，在实际使用时，可用钢丝绳将侧面挡板16可拆安装于支撑柱12背离铺管通道10的一侧，侧面挡板16能够阻挡倾覆的泥土。

在本实施方式中，一种用于狭小空间的施工支护架100在使用时为多个拼接使用，其中，相邻的两个用于狭小空间的施工支护架100采用螺栓可拆连接，具体的：支撑柱12上预留有螺纹孔，相邻的两个用于狭小空间的施工支护架100的支撑柱12能够用螺栓从螺纹孔处进行可拆连接。

在本实施方式还提供一种狭小空间开挖与安装管道的施工方法，其包括用于狭小空间的施工支护架100的使用方法，在本实施方式中，以安装多个长度为6米的预装管道节段300进行举例，在安装长度为6米的预装管道节段300时需要开挖的基坑200的宽度为2米、高度为2米，具体包括以下步骤：

步骤S1：根据预装管道节段300的施工要求现场加工施工支护架100且提供现有技术中的挖掘机400，即在施工现场用四根槽钢焊接成一顶部框11，顶部框11呈矩形且顶部框11长为3米、宽为2米；将吊耳2焊接于顶部框11的一侧；将四根槽钢的一端分别焊接于顶部框11背离吊耳2一侧的四个端点处，则该四根槽钢为支撑柱12，在支撑柱12上预留螺纹孔；在顶部框11的相对两侧用槽钢分别焊接一对侧面加固筋13；在顶部框11的相对两端用槽钢分别焊接一对端部加固筋14；将顶部挡板15用螺丝钉安装于顶部框11设有吊耳2的一侧；将侧面挡板16用钢丝绳安装于支撑柱12背离铺管通道10的一侧；则用于狭小空间的施工支护架100加工完成。

步骤S2：采用挖掘机400破除路面硬化水泥，露出泥土层。

步骤S3：采用挖掘机400开挖泥土层，得到一第一节基坑段201，基坑段201的长度为3米，基坑段201的两个侧面与水平面垂直，采用挖掘机400通过用于狭小空间的施工支护架100的吊耳2将第一个用于狭小空间的施工支护架100放入基坑段201中，使铺管通道10与第一个基坑段201连通，且使支撑柱12背离顶部框11的一端与基坑段201的底面接触。

步骤S4：继续沿泥土层开挖，得到第N个基坑段201，第N个基坑段201与第N-1个基坑段201连通，参照步骤S3将第N个用于狭小空间的施工支护架100放入第N个基坑段201中，将第N个用于狭小空间的施工支护架100与第N-1个用于狭小空间的施工支护架100进行拼接且在支撑柱12的螺纹孔处用螺栓将两个施工支护架100加以固定；持续开挖泥土层与放置用于狭小空间的施工支护架100，至N个用于狭小空间的施工支护架100的总长度等于一个预装管道节段300的长度相等时停止，其中，N不小于2且N＝一个预装管道节段300的长度/一个顶部框11的长度，N个基坑段201连通成为用于安装一个预装管道节段300的基坑200；在本实施方式中，N＝2，继续沿第一个基坑段201进行泥土层开挖，得到一第二个基坑段201，第二个基坑段201与第一个基坑段201连通，将第二个用于狭小空间的施工支护架100放入第二个基坑段201中，将第二个用于狭小空间的施工支护架100与第一个用于狭小空间的施工支护架100进行拼接且用螺栓加以固定，两个用于狭小空间的施工支护架100的总长度为6米，则不再继续开挖路面。

步骤S5：将一个预装管道节段300从位于基坑200端部的施工支护架100的铺管通道10放入基坑200中。在实际施工过程中，采用挖掘机400开挖基坑段201后能够在基坑段201背离前一基坑段201的一端形成一斜面，在放置预装管道节段300时，该斜面能够与基坑200形成一倾斜空间供预装管道节段300放入基坑200中。

步骤S6：重复步骤S4及步骤S5后，将多个预装管道节段300进行连接并进行其他剩余预装管道节段300的安装工作。

步骤S7：将基坑200中所有的用于狭小空间的施工支护架100从基坑200中吊离。

步骤S8：回填基坑200，以将多个预装管道节段300埋覆于基坑200中。

在步骤S3中，基坑段201开挖后，基坑段201的两个侧面与水平面垂直，即最终开挖形成的基坑200的两个侧面与水平面垂直，表明所挖基坑200能够满足安装预装管道节段300的要求。

从步骤S4及步骤S5中可以知道，上述施工方法是对基坑段201进行逐个开挖且开挖后便将施工支护架100放入基坑段201中，若在放入施工支护架100后继续开挖的过程中发生泥土滑坡，则已经放入基坑段201的施工支护架100便能够对基坑段201的侧壁起到防护作用，避免需要重新开挖已倾覆的基坑段201，能够加快施工进度。此外，能够避免采用挖掘机400长时间开挖泥土车振动而影响居民生活。

在安装单个长度为6米的预装管道节段300时所要开挖基坑200的基本信息如图4所示，而基坑200侧壁的土层信息如图5所示，基坑200侧壁的土层参数如图6所示，基于图4至图6的数据，采用理正深基坑软件计算2米基坑垂直开挖工况时最不利滑动面如图7所示，即道号1与道号2为基坑侧壁在0个超载个数时的两种常见的工况。针对道号1与道号2进行天然放坡计算，得到的结果如图8所示，从图8中可以知道：基坑侧壁在道号1的安全系数为1.611，在道号2的安全系数为1.390，均超过1.2，表明采用挖掘机进行垂直开挖所得到的基坑为自稳状态。

此外，根据最不利滑动面计算在特殊堆载工况下滑动面土体总荷载为：10.0×6＝60KN，其中10.0为浮重度、6为滑动土体积，据此算出施工支护架100单个侧面的荷载为：60÷(2×3)＝10KN/㎡，基于该荷载，采用midas civil软件对施工支护架100进行受力分析验算，可得：

第一，施工支护架100的刚度验算为：最大位移Δ＝6.12

第二，施工支护架100的结构强度验算：采用容许应力法计算，槽钢选用Q235材质，组合正应力容许值为145MPa，杆件最大组合应力为131.9MPa,＜145MPa，满足施工安全要求。

第三，施工支护架100的结构稳定性验算：屈曲模态特征值均大于4，满足施工安全要求。

综上可以得知，在基坑200的侧面发生泥土滑坡时用于狭小空间的施工支护架100的结构性能均能够满足施工安全需求，即能够起到阻挡泥土滑坡且增强施工安全性的作用。

此外，上述狭小空间开挖与安装管道的施工方法中，用于狭小空间的施工支护架100的加工为在施工现场根据所要安装的预装管道节段300的长度以及宽度现场制作，用于狭小空间的施工支护架100的装配程度高，增加了施工的灵活性，能够节约施工成本且加快整体的施工进度。且上述方法能够在完成一定长度预装管道节段300的安装后便进行基坑200的回填，能够最大限度地缩短路面呈开挖状态的时间，将泥土滑坡的可能性降到最低，不仅提升了施工的安全性，且最大限度地维护了路面的稳定性。因此，采用上述方法进行施工，不仅占用的施工空间小而且能够保证施工的安全性。

采用上述狭小空间开挖与安装管道的施工方法时，不需要朝路面打入钢板桩或者木桩，则在完成预装管道节段300的安装后不遗留桩孔，即不需要进行水泥回填桩孔，因此该方法不仅大大降低了地面共振，从而降低了对附近居民日常生活的影响，而且简化了施工步骤，大大缩短了工期。

顶部挡板15的设置，能够阻挡可能发生的高空坠物，进一步保护施工人员的安全。

可以理解，在其他实施方式中，用于狭小空间的施工支护架100以及基坑200的尺寸可以根据所要安装的预装管道节段300的尺寸具体设定，不限于本实施方式中所列举的尺寸。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。