适用于长距离大断面顶管的高稳定性工作井结构及施工方法

技术领域

本发明属于顶管施工技术领域，尤其涉及一种适用于长距离大断面顶管的高稳定性工作井结构及施工方法。

背景技术

顶管施工指的是一种非开挖施工方法，其大体流程为先开设工作井，然后在工作井内依靠顶进设备，将掘进机或者直接就是管体，顶入土层，最后多段管体重复如上操作，即可在预设区间内完成整个管道铺设工作。另一方面，在整个施工过程中当然还有许多需要注意或监测的地方，例如管体顶进角度的监测和纠正、注浆工艺的控制、上方土层的保护以及管体接口工艺的改进。

此外，在多种具体的顶管施工方法中，对于长距离、大断面顶管操作，尤其需要注意的是：第一，长距离顶管过程中对于顶进角度的控制；第二，工作井内顶进结构的稳定性，否则对应的就会出现后续管体角度偏差大，以及工作井结构崩塌或者管体顶不进去的问题。

现有技术中的工作井，其结构主要包括井体、后座墙、千斤顶以及一套用于保证精准顶进动作的辅助系统，例如限位轨道、激光对准设备。但是该现有的工作井结构，其最大的一个问题就是强度不够、稳定性不足，单单依靠一面墙体来作为顶进力的支撑，是远远不够的，比较容易发生后座墙崩裂、瓦解的问题，因此也提供不了相对较大的顶进力。

所以综上所述，现在急需一种结构强化、稳定性更高的工作井结构，来保证长距离大断面顶管施工中所需的较大顶进力。

专利公告号为CN211666720U，公告日为2020.10.13的中国实用新型专利公开了一种顶管工作井顶进结构，其包括后座墙和固定于后座墙上的顶进装置，还包括相邻设置的支护柱，相邻的所述支护柱之间可拆卸连接有浇注模，所述浇注模相对的两侧面分别与所述支护柱平齐，所述浇注模中空设置，所述后座墙浇筑固定于所述浇注模内，所述浇注模中部沿支护柱长度方向分为前模和后模。

但是该实用新型专利中的顶进结构，其与井体的连接强度明显不足，仅仅与井体底板连接，这样的话所允许的顶进力最大值就不会太大，在用于大断面顶管施工作用过程中，就容易出现整个顶进结构移位、倾倒甚至破解崩裂的问题。

发明内容

本发明提供一种适用于长距离大断面顶管的高稳定性工作井结构及施工方法，其能通过在矩形竖井内设置开孔井体壁板、侧边井体壁板、竖向加深槽、后座板、井体底板单元、顶进底座单元、底部加固柱单元以及外露加固柱单元的方式，达到工作井结构强度大、稳定性高的优点，可以长期稳定提供长距离大断面顶管作业所需的相对较大推动力。

本发明解决上述问题采用的技术方案是：适用于长距离大断面顶管的高稳定性工作井结构，包括矩形竖井，开孔井体壁板，以及两个侧边井体壁板，还包括设置在所述矩形竖井内底面上且远离所述开孔井体壁板一侧位置处的竖向加深槽，设置在所述竖向加深槽上的后座板，设置在所述矩形竖井内底面上的井体底板单元，设置在所述井体底板单元上的顶进底座单元，埋设在所述矩形竖井内底面下方且横向连接所述后座板单元、竖向穿过所述井体底板单元后连接所述顶进底座单元的底部加固柱单元，以及设置在所述顶进底座单元上且连接所述侧边井体壁板和所述后座板的外露加固柱单元。

进一步优选的技术方案在于：所述井体底板单元包括设置在所述矩形竖井内底面上且位于所述开孔井体壁板、侧边井体壁板和后座板之间的矩形底板，设置在所述矩形底板上表面上的底座安装槽，设置在所述底座安装槽内并用于插接安装所述底部加固柱单元的前端柱体孔，以及设置在所述底座安装槽内并用于插接安装所述底部加固柱单元的后端柱体孔。

进一步优选的技术方案在于：所述顶进底座单元包括设置在所述底座安装槽上的底座板，分别设置在所述底座板两端的前端立板、后端立板，设置在所述前端立板上的顶进用开孔，从所述前端立板下表面向上开设的柱体槽，以及设置在所述后端立板上的柱体孔道。

进一步优选的技术方案在于：所述底部加固柱单元包括设置在所述矩形竖井内底面下方且靠近所述开孔井体壁板一侧位置处的前端预埋板，设置在所述矩形竖井内底面下方且靠近所述后座板一侧位置处的后端预埋板，设置在所述前端预埋板上且向上穿过所述前端柱体孔后插入所述柱体槽的前端底部柱体，以及设置在所述后端预埋板上且向上依次穿过所述后端柱体孔和所述柱体孔道的后端底部柱体。

进一步优选的技术方案在于：所述底部加固柱单元还包括设置在所述前端预埋板和所述后座板之间的上方横向柱，以及设置在所述后端预埋板和所述后座板之间的下方横向柱。

进一步优选的技术方案在于：所述前端预埋板的长边为横向边，所述后端预埋板的长边为竖向边。

进一步优选的技术方案在于：所述外露加固柱单元包括设置在所述后端立板上表面上且连接所述后端底部柱体上部露出端的侧边壁板加固柱，以及设置在所述后端立板和所述后座板之间的后座板加固柱。

进一步优选的技术方案在于：所述顶进底座单元还包括设置在所述底座板上的千斤顶底板，以及设置在所述千斤顶底板上表面上并用于卡合连接所述侧边壁板加固柱的下开槽板。

进一步优选的技术方案在于：所述前端底部柱体、后端底部柱体、上方横向柱、下方横向柱以及后座板加固柱的数量均为两个。

一种适用于长距离大断面顶管的高稳定性工作井结构的施工方法，所述前端预埋板以及后端预埋板上表面相较于所述矩形竖井内底面的埋设深度范围为1-5m。

本发明具有以下优点：第一、工作井自身结构稳定性高，五个侧面均有钢筋混凝土浇筑的板体，工作井内不易发生土层垮塌的问题；第二、顶进底座单元作为顶管操作的直接作用部位，其下方、后端以及两边均有连接结构，安装结构强度较大，可以承载相对较大的推动力，可以很好地满足长距离大断面顶管施工的要求；第三，对于顶进底座单元的加固结构自身稳定性高，结构组合简单高效，方便安装和拆卸；第四，高稳定性工作井结构露出部分结构简单且相对较小，可以保证顶管施工操作更加简单方便。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中井体底板单元在俯视角度下的位置结构示意图。

图3为本发明中顶进底座单元的结构示意图。

图4为本发明中底部加固柱单元在俯视角度下的位置结构示意图。

图5为本发明中外露加固柱单元在俯视角度下的位置结构示意图。

具体实施方式

以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。

实施例：如附图1、2、3、4以及附图5所示，适用于长距离大断面顶管的高稳定性工作井结构，包括矩形竖井11，开孔井体壁板12，以及两个侧边井体壁板13，还包括设置在所述矩形竖井11内底面上且远离所述开孔井体壁板12一侧位置处的竖向加深槽1，设置在所述竖向加深槽1上的后座板2，设置在所述矩形竖井11内底面上的井体底板单元3，设置在所述井体底板单元3上的顶进底座单元4，埋设在所述矩形竖井11内底面下方且横向连接所述后座板单元2、竖向穿过所述井体底板单元3后连接所述顶进底座单元4的底部加固柱单元5，以及设置在所述顶进底座单元4上且连接所述侧边井体壁板13和所述后座板2的外露加固柱单元6。

在本实施例中，所述顶进底座单元4上安装千斤顶，所述开孔井体壁板12的管体孔上对齐管体，这样千斤顶向内推动管体，再配合适当的辅助定位、安全防护措施，即可完成基本的顶管操作。

此外，若是短距离、小型顶管作业，那么顶进底座与工作井之间单独通过钢筋混凝土结构也能保证足够强度的推动操作了，但是对于本实施例中的长距离大断面顶管施工，则需要相对更大的推动力，因此就需要强化所述顶进底座单元4的安装结构，使得所述顶进底座单元4上受到的推动反作用力可以被很好地“消化”掉，保证所述顶进底座单元4不至于移位、偏斜以及垮塌，而上述顶进底座单元4安装结构的强化，则主要通过以下几个方式来实现。

第一、所述顶进底座单元4与所述井体底板单元3之间卡合，保证基本的定位安装效果。

第二、所述底部加固柱单元5与所述顶进底座单元4插接，并且所述底部加固柱单元5再与所述井体底板单元3插接、埋入所述矩形竖井11下方的土层，这样所述顶进底座单元4上受到的反作用力，可以由所述井体底板单元3、下方土层来一起分担。

第三、所述外露加固柱单元6将所述顶进底座单元4与所述侧边井体壁板13、后座板2都连接在一起，这样所述侧边井体壁板13以及后座板2也能作为反作用力的支撑部位，最终保证所述顶进底座单元4以及整个工作井具有结构强度大、推动顶管操作稳定的优点。

所述井体底板单元3包括设置在所述矩形竖井11内底面上且位于所述开孔井体壁板12、侧边井体壁板13和后座板2之间的矩形底板301，设置在所述矩形底板301上表面上的底座安装槽302，设置在所述底座安装槽302内并用于插接安装所述底部加固柱单元5的前端柱体孔303，以及设置在所述底座安装槽302内并用于插接安装所述底部加固柱单元5的后端柱体孔304。

在本实施例中，所述井体底板单元3具有以下几个作用。

第一、封盖所述矩形竖井11的底面土层，避免井内出现进水泥泞的问题，并且配合其他几块井体壁板，保证工作井自身结构的稳定性。

第二、所述底座安装槽302可以保证所述顶进底座单元4可以精准定位安装。

第三，所述前端柱体孔303以及后端柱体孔304可以安装所述底部加固柱单元5，这样所述矩形底板301自身就能支撑所述顶进底座单元4处传来的反作用力，避免所述顶进底座单元4处因为单独受力的原因而导致的结构崩塌破裂的问题。

所述顶进底座单元4包括设置在所述底座安装槽302上的底座板401，分别设置在所述底座板401两端的前端立板402、后端立板403，设置在所述前端立板402上的顶进用开孔404，从所述前端立板402下表面向上开设的柱体槽405，以及设置在所述后端立板403上的柱体孔道406。所述底部加固柱单元5包括设置在所述矩形竖井11内底面下方且靠近所述开孔井体壁板12一侧位置处的前端预埋板501，设置在所述矩形竖井11内底面下方且靠近所述后座板2一侧位置处的后端预埋板502，设置在所述前端预埋板501上且向上穿过所述前端柱体孔303后插入所述柱体槽405的前端底部柱体503，以及设置在所述后端预埋板502上且向上依次穿过所述后端柱体孔304和所述柱体孔道406的后端底部柱体504。所述底部加固柱单元5还包括设置在所述前端预埋板501和所述后座板2之间的上方横向柱505，以及设置在所述后端预埋板502和所述后座板2之间的下方横向柱506。所述前端预埋板501的长边为横向边，所述后端预埋板502的长边为竖向边。

在本实施例中，所述顶进底座单元4与所述底部加固柱单元5的配合使用方法及优点如下。

第一、所述顶进底座单元4包括按现有技术的方式设置的“U型”主体，即底座板401、前端立板402、后端立板403以及顶进用开孔404，而新引入所述柱体槽405以及柱体孔道406，可以保证所述顶进底座单元4上受到的推动力反作用力可以有效部分传递给所述底部加固柱单元5，通过工作井内各处结构连接成一个整体的方式，来保证顶管作用的高稳定性，最终表现形式就是可以长期、稳定地输出较大的推动力，可以很好地满足长距离大断面顶管施工的动力要求。

第二、所述前端预埋板501与后端预埋板502，两者一前一后、一上一下，通过在土层中分散埋设的方式，使得下方土层可以有效作为所述底部加固柱单元5的“安装根基”，保证所述底部加固柱单元5对所述顶进底座单元4的支撑力具有均匀分散、有效受力面积大的优点。

第三，所述前端底部柱体503以及后端底部柱体504用于直接固定所述顶进底座单元4，使得所述顶进底座单元4在受力时具有一个限位固定作用，而且所述前端底部柱体503以及后端底部柱体504同时与所述矩形底板301插接，这样所述矩形底板301也是所述底部加固柱单元5的“安装根基”了，保证所述矩形底板301同样可以在下方固定所述顶进底座单元4。

第四，所述上方横向柱505以及下方横向柱506用于将所述底部加固柱单元5上受到的反作用力再分担到所述后座板2的上部区域，这样整个工作井的结构完整度就更高了，保证所述顶进底座单元4上的受力强度可以被大幅减小，避免所述顶进底座单元4处因为单独受力而造成的结构垮塌破裂的问题。

所述外露加固柱单元6包括设置在所述后端立板403上表面上且连接所述后端底部柱体504上部露出端的侧边壁板加固柱601，以及设置在所述后端立板403和所述后座板2之间的后座板加固柱602。

在本实施例中，所述侧边壁板加固柱601用于将所述后端底部柱体504、顶进底座单元4以及侧边井体壁板13这三者连接在一起，最终使得所述侧边井体壁板13也可以接受顶管动作的反作用力，通过整体支撑的方式，来保证所述顶进底座单元4处不易结构崩塌，本质上的原理就是增大受力面积来降低压强。

还有，所述后座板加固柱602的作用类似于所述上方横向柱505、下方横向柱506，用于将所述后座板2的上方区域利用起来，同理也是将整体所述后座板2作为有效受力面积，保证顶管动作的有效性。

所述顶进底座单元4还包括设置在所述底座板401上的千斤顶底板407，以及设置在所述千斤顶底板407上表面上并用于卡合连接所述侧边壁板加固柱601的下开槽板408。

在本实施例中，所述千斤顶底板407以及下开槽板408的这个整体与所述顶进底座单元4其他结构采取活动连接的方式，保证其方便拆装更换，且上述活动连接也不会影响其支撑顶管动作的强度。

所述前端底部柱体503、后端底部柱体504、上方横向柱505、下方横向柱506以及后座板加固柱602的数量均为两个。

一种适用于长距离大断面顶管的高稳定性工作井结构的施工方法，所述前端预埋板501以及后端预埋板502上表面相较于所述矩形竖井11内底面的埋设深度范围为1-5m。

在本实施例中，所述前端预埋板（501）、后端预埋板（502）、前端底部柱体（503）、后端底部柱体（504）、上方横向柱（505）以及下方横向柱（506）在埋设前预先浇筑成一体，保证在所述矩形竖井11内底面下方具有足够且适宜的埋设深度即可。

此外，所有提及的板体、柱体、块体均为钢筋混凝土结构，以保证自身强度足够，而所述侧边壁板加固柱601下方再开设用于插接所述后端底部柱体504的槽体、所述后座板加固柱602两端不连接、仅抵住，这样整个所述顶进底座单元4就完全是活动安装的，只要所述侧边壁板加固柱601两端解除浇筑连接，所述顶进底座单元4即可快速取下更换，因此本实施例中的工作井结构还具有顶进底座方便拆装的优点。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种修改。这些都是不具有创造性的修改，只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。