一种地裂缝段顶管的局部加固装置及其施工方法专利检索-.用建筑材料衬砌(E21D11/02E21D11/14优先)专利检索查询-专利查询网

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一种地裂缝段顶管的局部加固装置及其施工方法
申请号	CN202210726722.X	申请日	2022-06-24	公开(公告)号	CN115059478A	公开(公告)日	2022-09-16
申请人	中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司; 同济大学;			发明人	刘飞鹏; 李红星; 冯世进; 陈航; 张晓磊;
摘要	本发明公开了一种地裂缝段顶管的局部加固装置及其施工方法，属于管道工程建设领域。本发明一种地裂缝段顶管的局部加固装置及其施工方法，充分结合了局部柔性连接和整体结构加强的优势：靠近地裂缝两侧的顶管管身进行加注混凝土和工字钢加肋加固提高其刚度和强度，并同时通过植筋、膨胀螺丝进行锚固，避免出现局部应力集中造成顶管管身破坏或者混凝土开裂；地裂缝错动处内嵌柔性较好、可变形的密封胶圈和内嵌波纹管，适应保证管道呈现阶段式分布但保持整体的连续性。相对传统钢筋混凝土顶管，本发明有效避免了地裂缝错动产生的结构破坏危险。
权利要求	1.一种地裂缝段顶管的局部加固装置，其特征在于，包括穿越地裂缝设置的钢筋混凝土衬砌层管节(2)，地裂缝处为两个钢筋混凝土衬砌层管节(2)的连接处；所述钢筋混凝土衬砌层管节(2)内均设有加固混凝土层(3)，加固混凝土层(3)的内壁上均布有径向加肋的工字钢(4)，钢筋混凝土衬砌层管节(2)的外侧设有高聚酯浆层(1)；所述钢筋混凝土衬砌层管节(2)和加固混凝土层(3)之间设有若干个锚固植筋(5)；两个钢筋混凝土衬砌层管节(2)的连接处设有嵌入在钢筋混凝土衬砌层管节(2)和加固混凝土层(3)上的内嵌波纹管(7)。 2.根据权利要求1所述的地裂缝段顶管的局部加固装置，其特征在于，所述内嵌波纹管(7)在钢筋混凝土衬砌层管节(2)的连接长度为钢筋混凝土衬砌层管节(2)长度的1/4。 3.根据权利要求1所述的地裂缝段顶管的局部加固装置，其特征在于，钢筋混凝土衬砌层管节(2)上分布有注浆孔洞(6)。 4.根据权利要求3所述的地裂缝段顶管的局部加固装置，其特征在于，所述注浆孔洞(6)与锚固植筋(5)在径向上对应设置。 5.根据权利要求1所述的地裂缝段顶管的局部加固装置，其特征在于，径向加肋的工字钢(4)通过膨胀螺丝固定在加固混凝土层(3)的内壁上。 6.根据权利要求1所述的地裂缝段顶管的局部加固装置，其特征在于，所述内嵌波纹管(7)通过插销和植筋与钢筋混凝土衬砌层管节(2)及加固混凝土层(3)连接成一个整体。 7.根据权利要求1所述的地裂缝段顶管的局部加固装置，其特征在于，地裂缝对应处的钢筋混凝土衬砌层管节(2)上设有密封胶圈(2‑3)。 8.一种地裂缝段顶管的局部加固装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)、采用土压平衡法或泥水平衡法分段式顶进钢筋混凝土衬砌层管节(2)； (2)、在靠近地裂缝两侧的钢筋混凝土衬砌层管节(2)上开设注浆孔洞(6)，通过注浆孔洞(6)向钢筋混凝土衬砌层管节(2)外侧注浆，形成高聚酯浆层(1)； (3)、采用注射式植筋胶在注浆孔洞(6)内植入锚固钢筋(5)，之后浇注，在钢筋混凝土衬砌层管节(2)内侧形成加固混凝土层(3)； (4)、利用膨胀螺丝将工字钢(4)固定在加固混凝土层(3)的内侧； (5)、在地裂缝两侧的钢筋混凝土衬砌层管节(2)的连接处，采用插销和植筋将内嵌波纹管(7)外侧与钢筋混凝土衬砌层管节(2)、内侧加固混凝土层(3)连接。
说明书全文	一种地裂缝段顶管的局部加固装置及其施工方法技术领域 [0001] 本发明属于管道工程建设领域，尤其是一种地裂缝段顶管的局部加固装置及其施工方法。背景技术 [0002] 随着管道工程逐渐增多及多样化，顶管技术在地下管线的施工中非常广泛；特别是在人口密集大、交通繁忙的城市中心区更是优选工法，同时超长距离以及大断面顶管技术应用也越来越普遍。但随着顶管施工区域的不断扩展，遇到的岩土地质问题也日渐突出，地裂缝活动就是其中之一。地裂缝是地表岩、土体在自然或人为因素作用下开裂，同时在地面形成一定长度和宽度裂缝的地质现象。按照成因不同分为：(1)构造地裂，如地震、火山、岩壳蠕滑引起的地裂；(2)非构造地裂，如斜坡失稳前的滑塌地裂、塌陷型与地面沉降型沉陷地裂、膨胀或湿陷变形地裂、浸水、干湿与冻融地裂等；(3)复合地裂。截止1999年底统计，全国发现具有一定规模需引起人们重视的地裂缝有6000余条，其中构造地裂缝约占80％左右。如汾渭盆地有地裂缝处286条，其中构造地裂缝占82％，非构造地裂缝占18％。 [0003] 裂缝活动对地下管道稳定性的影响表现在不均匀变形引起的顶管管身附加变形和附加应力。过大的变形导致衬砌结构破坏引起渗漏，或顶管连接处过大位移导致防渗材料破坏而引起渗漏；同时不均匀沉降差引起内部结构产生附加应力而可能遭到破坏。特别的是对处于地震带附近的地区，地震运动可能引起地裂缝进一步发展变化，同时也会引起原状土的动力响应反应，导致力学性质的显著变化。远近场强震作用下地裂缝的迅速发展变化和次生地裂缝的产生，以及强震藕合作用下围岩土体的工程性质变化必然引起其对衬砌结构的动力作用，由此导致地下管线的破坏。 [0004] 目前对于穿越地裂缝的地下工程常采取以下四种措施以降低安全风险：(1)跨地裂缝段管廊采用明挖法分段设置特殊变形缝；(2)跨地裂缝段管廊结构加强；(3)管廊内净高预留沉降空间；(4)设置柔性接头。然而由于地下工程的复杂性以及地裂缝活动的不确定性，现有的防治措施往往不足以应对地裂缝活动带来的灾害，同时明挖法深基坑在密集复杂的城市区域也面临诸多风险，所以有必要对于顶管穿越地裂缝非开挖状态下的应对措施进行创新，研发出安全适用的防治方法。发明内容 [0005] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种地裂缝段顶管的局部加固装置及其施工方法。 [0006] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现： [0007] 一种地裂缝段顶管的局部加固装置，包括穿越地裂缝设置的钢筋混凝土衬砌层管节，地裂缝处为两个钢筋混凝土衬砌层管节的连接处； [0008] 所述钢筋混凝土衬砌层管节内均设有加固混凝土层，加固混凝土层的内壁上均布有径向加肋的工字钢，钢筋混凝土衬砌层管节的外侧设有高聚酯浆层；所述钢筋混凝土衬砌层管节和加固混凝土层之间设有若干个锚固植筋； [0009] 两个钢筋混凝土衬砌层管节的连接处设有嵌入在钢筋混凝土衬砌层管节和加固混凝土层上的内嵌波纹管。 [0010] 进一步的，所述内嵌波纹管在钢筋混凝土衬砌层管节的连接长度为钢筋混凝土衬砌层管节长度的1/4。 [0011] 进一步的，钢筋混凝土衬砌层管节上分布有注浆孔洞。 [0012] 进一步的，所述注浆孔洞与锚固植筋在径向上对应设置。 [0013] 进一步的，径向加肋的工字钢通过膨胀螺丝固定在加固混凝土层的内壁上。 [0014] 进一步的，所述内嵌波纹管通过插销和植筋与钢筋混凝土衬砌层管节及加固混凝土层连接成一个整体。 [0015] 进一步的，地裂缝对应处的钢筋混凝土衬砌层管节上设有密封胶圈。 [0016] 一种地裂缝段顶管的局部加固装置的施工方法，包括以下步骤： [0017] (1)、采用土压平衡法或泥水平衡法分段式顶进钢筋混凝土衬砌层管节； [0018] (2)、在靠近地裂缝两侧的钢筋混凝土衬砌层管节上开设注浆孔洞，通过注浆孔洞向钢筋混凝土衬砌层管节外侧注浆，形成高聚酯浆层； [0019] (3)、采用注射式植筋胶在注浆孔洞内植入锚固钢筋，之后浇注，在钢筋混凝土衬砌层管节内侧形成加固混凝土层； [0020] (4)、利用膨胀螺丝将工字钢固定在加固混凝土层的内侧； [0021] (5)、在地裂缝两侧的钢筋混凝土衬砌层管节的连接处，采用插销和植筋将内嵌波纹管外侧与钢筋混凝土衬砌层管节、内侧加固混凝土层连接。 [0022] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： [0023] 本发明一种地裂缝段顶管的局部加固装置及其施工方法，充分结合了局部柔性连接和整体结构加强的优势：靠近地裂缝两侧的钢筋混凝土衬砌层管节进行加注混凝土和工字钢加肋加固提高其刚度和强度，并同时通过植筋、膨胀螺丝进行锚固，避免出现局部应力集中造成顶管管身破坏或者混凝土开裂；地裂缝错动处内嵌柔性较好、可变形的密封胶圈和内嵌波纹管，适应保证管道呈现阶段式分布但保持整体的连续性。相对传统钢筋混凝土顶管，本发明装置可有效避免地裂缝错动产生的结构破坏危险，同时，密封圈和内嵌波纹管保证管道连续性的同时也起到密封防水的作用，可以防止地下水渗漏，有效保护内部线路设备；且相对传统非开挖式顶管施工，不会额外增加施工难度，采取的局部加固措施均可以在顶进施工后进行。另外，本发明采用的内嵌波纹管、工字钢、预设植筋板均可采用工厂分块式预制、现场拼装锚固后浇筑混凝土，具有施工方便且难度小等优点。附图说明 [0024] 图1为本发明的横截面图； [0025] 图2为本发明的纵断面图； [0026] 图3为本发明的两个管节连接处的纵截面图； [0027] 图4为本发明的内嵌波纹管纵断面图； [0028] 图5为本发明的应用示意图。 [0029] 其中：1‑高聚酯浆层，2‑钢筋混凝土衬砌管节，2‑1‑地裂缝左侧管节，2‑2‑地裂缝右侧管节，2‑3‑密封胶圈，2‑4‑承插口，2‑5‑纵筋，2‑6‑环向钢筋，3‑加固混凝土层，4‑工字钢，5‑锚固植筋，6‑注浆孔洞，7‑内嵌波纹管。具体实施方式 [0030] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。 [0031] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。 [0032] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述： [0033] 参见图1和图2，图1为本发明的横截面图，图2为本发明的纵断面图，本发明提出的一种地裂缝段顶管的局部加固装置，在径向由外到内依次由高聚酯浆层1，钢筋混凝土衬砌层管节2和加固混凝土层3构成，在非地裂缝段的加固混凝土层3的内壁上设有若干个径向加肋的工字钢4，而在地裂缝段对应的加固混凝土层3的内壁上设有内嵌波纹管7，起到局部柔性接头的作用；加固混凝土层3与钢筋混凝土衬砌层管节2之间带有锚固植筋5，径向加肋的工字钢4通过膨胀螺丝固定在加固混凝土层3的内壁；钢筋混凝土衬砌层管节2上分布有注浆孔洞6，高聚酯浆层1经过注浆孔洞6注浆形成，锚固植筋5设在注浆孔洞6内。 [0034] 参见图3，图3为本发明的两个管节连接处的纵截面图，顶管管节轴向与地裂缝垂直相交，地裂缝处为地裂缝左侧管节2‑1和地裂缝右侧管节2‑2连接处，地裂缝左侧管节2‑1和地裂缝右侧管节2‑2的上下两端为管节主体的纵筋2‑5和环向钢筋2‑6，地裂缝左侧管节2‑1和地裂缝右侧管节2‑2连接处设有密封胶圈2‑3，地裂缝左侧管节2‑1和地裂缝右侧管节 2‑2连接处下端设有承插口2‑4，承插口2‑4处的地裂缝左侧管节2‑1和地裂缝右侧管节2‑2上设有内嵌波纹管7。内嵌波纹管7通过插销和植筋与钢筋混凝土衬砌层管节2、内侧加固混凝土层3连接成一个整体。 [0035] 内嵌波纹管7在地裂缝处范围每侧可为四分之一的管节长度，内嵌波纹管7在外侧预留孔洞进行插销和植筋锚固。 [0036] 参见图4，图4为本发明的内嵌波纹管纵断面图，内嵌波纹管7材料可为高密度聚乙烯(HDPE)，其锯齿形状柔性材料适应地裂缝的错动变形，保证管道的整体连续性，同时也起到密封防水的作用。 [0037] 参见图5，图5为本发明的应用示意图，可以看出圆筒状的钢筋混凝土衬砌管节2内部设有一段加固混凝土层3，加固混凝土层3内壁上均布有若干个工字钢4，钢筋混凝土衬砌管节2外部设有高聚酯浆层1，高聚酯浆层1与加固混凝土层3对应设置。 [0038] 本发明对靠近地裂缝处顶管管身进行整体结构加强，而对于穿越地裂缝的连接处采用内嵌波纹管配合密封橡胶圈的形式形成局部柔性接头，保证其在地裂缝错动下结构的整体性；加固混凝土层的厚度和径向加肋的工字钢型号可按照不同地裂缝活动等级而调整。 [0039] 一种地裂缝段顶管的局部加固装置的施工方法，包括以下步骤： [0040] 1、采用土压平衡法或泥水平衡法分段式顶进钢筋混凝土衬砌层管节2； [0041] 2、在靠近地裂缝两侧的钢筋混凝土衬砌层管节2上开设注浆孔洞6，通过注浆孔洞6向钢筋混凝土衬砌层管节2的外侧注浆，形成高聚酯浆层1； [0042] 3、采用注射式植筋胶在注浆孔洞6内植入锚固钢筋5，之后浇注，在钢筋混凝土衬砌层管节2内侧形成加固混凝土层3； [0043] 4、利用膨胀螺丝将工字钢4固定在加固混凝土层3的内侧； [0044] 5、在地裂缝两侧的钢筋混凝土衬砌层管节2的连接处，采用插销和植筋将内嵌波纹管7外侧与钢筋混凝土衬砌层管节2、内侧加固混凝土层3连接。 [0045] 本发明采用传统分段式土压平衡法或泥水平衡法施工，施工方便且适应性强，此时内侧加固混凝土层3在施工完成后加注在靠近地裂缝两侧的顶管管节内壁，且具有较高的强度和刚度，其与钢筋混凝土衬砌层管节2之间的锚固植筋由注射式植筋胶施工完成，工艺简单、操作方便。采用植筋技术对钢筋混凝土结构进行加固改造时，原构件的混凝土强度等级应按现场检测结果确定，当采用HRB400级钢筋种植时，原构件的混凝土不得低于C20。实际施工时可适当调整植筋密度和钢筋种类，但应在内侧加注混凝土层3范围内保持均匀，且尽量与钢筋混凝土衬砌层管节2中原有的钢筋间距保持一致，防止混凝土劈裂。 [0046] 本发明结合了局部柔性接头和整体结构加强的优势，当在地震作用下地裂缝错动发生时，一方面，不均匀变形引起的顶管管身附加应力由局部加固后衬砌和混凝土层、工字钢共同承担，可以提高单管管节的刚度和强度，保证局部的整体性；另一方面，地裂缝处错动产生的阶梯式位移，由顶管连接处柔性较好、可变形的密封胶圈、内嵌波纹管来适应，保证管道整体的连续性。因此，利用本发明局部柔性接头和整体结构加强的局部加固措施，避免地裂缝活动产生的不均匀沉降和局部应力集中破坏管身，可以实现对内部城市电缆、光缆等线路设备的有效保护。进一步的，当场地内的地裂缝现今没有活动，或者地裂缝埋深较大，对顶管施工区域影响相对较小时，可以适当调整混凝土加固层的厚度和工字钢的型号，且内嵌波纹管和密封胶圈与主体结构的连接，简便可靠。 [0047] 以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。