本申請(qǐng)屬于頂盾施工，具體涉及一種用于富水硬巖地層頂盾施工的管節(jié)系統(tǒng)及施工方法。

背景技術(shù)：

1、頂盾機(jī)施工工法結(jié)合了頂管法、盾構(gòu)法的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于城市電力、燃?xì)獾鹊叵鹿芫W(wǎng)建設(shè)，為城市地下空間利用提供新的解決方案。在長距離頂管施工時(shí)，頂盾機(jī)的頂進(jìn)阻力會(huì)隨著距離的增加而增大。為了保證頂管施工的高效性，通過在管節(jié)外壁與地層土體之間注入減阻泥漿，形成泥漿套，可以有效減小頂盾所受到的阻力。

2、但是在富水硬巖地層施工時(shí)，由于裂隙水沖刷作用，會(huì)稀釋、帶走泥漿，未能形成有效的泥漿套，從而降低泥漿的減阻性能；并且，在施工過程中隨著頂進(jìn)距離的增加，首位管節(jié)不斷向前移動(dòng)，而首位管節(jié)與減阻泥漿之間的摩擦力較小，首位管節(jié)無法攜帶管節(jié)外壁的減阻泥漿同步向前移動(dòng)，使得首位管節(jié)在頂進(jìn)過程中與前方的地層土體直接接觸，需要克服較大的頂進(jìn)阻力。

3、因此，有必要提供一種用于富水硬巖地層頂盾施工的管節(jié)系統(tǒng)及施工方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N用于富水硬巖地層頂盾施工的管節(jié)系統(tǒng)及施工方法，通過在首位管節(jié)的外壁設(shè)置鋼絲刷，兩個(gè)所述鋼絲刷、管節(jié)的外壁以及地層土體配合圍成封閉腔室，所述封閉腔室內(nèi)填充高粘度泥漿，封閉的空間可以避免高粘度泥漿的泄露；頂進(jìn)過程中，鋼絲刷可以攜帶高粘度泥漿同步移動(dòng)，使得首位管節(jié)的外壁始終被高粘度泥漿包覆，避免與地層土體的直接接觸，可以減小頂進(jìn)的阻力。

2、為解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)的技術(shù)方案在于：

3、一種用于富水硬巖地層頂盾施工的管節(jié)系統(tǒng)，包括沿頂進(jìn)方向依次相連的多個(gè)管節(jié)，多個(gè)所述管節(jié)分為高粘度泥漿管節(jié)和普通泥漿管節(jié)，所述高粘度泥漿管節(jié)至少包括沿頂進(jìn)方向位于多個(gè)所述管節(jié)最前方的首位管節(jié)，所述高粘度泥漿管節(jié)的前、后兩端均安裝有鋼絲刷，所述鋼絲刷環(huán)繞在所述高粘度泥漿管節(jié)的外壁四周，一端與所述高粘度泥漿管節(jié)的外壁固定，另一端朝向地層土體延伸并抵接地層土體，兩個(gè)所述鋼絲刷、所述高粘度泥漿管節(jié)的外壁以及地層土體配合圍成封閉腔室，所述封閉腔室內(nèi)填充有高粘度泥漿；所述普通泥漿管節(jié)的外壁與地層土體配合圍成開放腔室，所述開放腔室內(nèi)填充有普通泥漿。

4、作為一種優(yōu)選的改進(jìn)，所述高粘度泥漿管節(jié)僅包括沿頂進(jìn)方向位于多個(gè)所述管節(jié)最前方的首位管節(jié)。

5、作為一種優(yōu)選的改進(jìn)，所述高粘度泥漿管節(jié)包括沿頂進(jìn)方向位于多個(gè)所述管節(jié)最前方的首位管節(jié)及至少一個(gè)首位管節(jié)之外的其他管節(jié)。

6、作為一種優(yōu)選的改進(jìn)，所述鋼絲刷包括鋼套管以及鋼刷毛，所述鋼套管包括與所述高粘度泥漿管節(jié)的外壁固定的固定部以及自所述固定部的一端向靠近地層土體方向傾斜延伸的延伸部，所述延伸部與所述固定部配合圍成一端開口的收容空間，所述收容空間的開口朝向地層土體，所述鋼套管設(shè)置開口的一端與地層土體間隔形成有縫隙，所述鋼刷毛一端與所述固定部固定，另一端穿過所述縫隙抵接地層土體。

7、作為一種優(yōu)選的改進(jìn)，所述收容空間包括位于所述延伸部內(nèi)的子空間，所述子空間的橫截面積向靠近地層土體方向逐漸增大，所述鋼刷毛由多根鋼絲匯編而成，每根所述鋼絲穿過所述縫隙的一端自由散落。

8、作為一種優(yōu)選的改進(jìn)，沿所述管節(jié)的頂進(jìn)方向，所述固定部位于所述延伸部的前方，且所述延伸部與所述固定部之間的夾角為鈍角，所述鋼刷毛的形狀與所述鋼套管的形狀相匹配。

9、作為一種優(yōu)選的改進(jìn)，所述高粘度泥漿管節(jié)沿環(huán)向均勻設(shè)置有四個(gè)注漿孔，在任意相鄰兩個(gè)所述注漿孔之間的位置設(shè)置有回流孔，所述注漿孔及回流孔均與所述封閉腔室連通，所述注漿孔用于向所述封閉腔室內(nèi)注入高粘度泥漿，所述回流孔用于抽出所述封閉腔室內(nèi)的高粘度泥漿。

10、作為一種優(yōu)選的改進(jìn)，所述高粘度泥漿的注漿壓力高于外部水壓力，四個(gè)所述注漿孔所采用的注漿管路依次串聯(lián)。

11、作為一種優(yōu)選的改進(jìn)，所述高粘度泥漿和普通泥漿均采用膨潤土和水配置而成，其中所述高粘度泥漿中膨潤土的摻量高于普通泥漿中膨潤土的摻量，所述高粘度泥漿與所述普通泥漿采用相互獨(dú)立的注漿管路進(jìn)行注漿。

12、一種用于富水硬巖地層頂盾施工的施工方法，包括如下步驟：

13、步驟s1，提供上述的用于富水硬巖地層頂盾施工的管節(jié)系統(tǒng)；

14、步驟s2，提供高粘度泥漿的注漿管路，向所述封閉腔室內(nèi)注入高粘度泥漿；提供普通泥漿的注漿管路，向所述開放腔室內(nèi)注入普通泥漿；

15、步驟s3，驅(qū)動(dòng)管節(jié)頂進(jìn)，所述高粘度泥漿管節(jié)攜帶所述封閉腔室內(nèi)的高粘度泥漿沿頂進(jìn)方向同步移動(dòng)；

16、步驟s4，檢測所述封閉腔室內(nèi)高粘度泥漿的粘度，若粘度低于閾值，則對(duì)所述封閉腔室內(nèi)的高粘度泥漿進(jìn)行置換。

17、本申請(qǐng)的有益效果在于：

18、通過在首位管節(jié)的外壁設(shè)置鋼絲刷，兩個(gè)所述鋼絲刷、管節(jié)的外壁以及地層土體配合圍成封閉腔室，所述封閉腔室內(nèi)填充高粘度泥漿，封閉的空間可以有效避免裂隙水沖刷作用下的流失，高粘度泥漿被裂隙水稀釋后，直接置換即可；

19、頂進(jìn)過程中，鋼絲刷可以攜帶高粘度泥漿同步移動(dòng)，使得高粘度泥漿管節(jié)的外壁始終被高粘度泥漿包覆，避免與地層土體的直接接觸，可以減小頂進(jìn)的阻力。

技術(shù)特征：

1.一種用于富水硬巖地層頂盾施工的管節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，包括沿頂進(jìn)方向依次相連的多個(gè)管節(jié)，多個(gè)所述管節(jié)分為高粘度泥漿管節(jié)和普通泥漿管節(jié)，所述高粘度泥漿管節(jié)至少包括沿頂進(jìn)方向位于多個(gè)所述管節(jié)最前方的首位管節(jié)，所述高粘度泥漿管節(jié)的前、后兩端均安裝有鋼絲刷，所述鋼絲刷環(huán)繞在所述高粘度泥漿管節(jié)的外壁四周，一端與所述高粘度泥漿管節(jié)的外壁固定，另一端朝向地層土體延伸并抵接地層土體，兩個(gè)所述鋼絲刷、所述高粘度泥漿管節(jié)的外壁以及地層土體配合圍成封閉腔室，所述封閉腔室內(nèi)填充有高粘度泥漿；所述普通泥漿管節(jié)的外壁與地層土體配合圍成開放腔室，所述開放腔室內(nèi)填充有普通泥漿。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于富水硬巖地層頂盾施工的管節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述高粘度泥漿管節(jié)僅包括沿頂進(jìn)方向位于多個(gè)所述管節(jié)最前方的首位管節(jié)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于富水硬巖地層頂盾施工的管節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述高粘度泥漿管節(jié)包括沿頂進(jìn)方向位于多個(gè)所述管節(jié)最前方的首位管節(jié)及至少一個(gè)首位管節(jié)之外的其他管節(jié)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于富水硬巖地層頂盾施工的管節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述鋼絲刷包括鋼套管以及鋼刷毛，所述鋼套管包括與所述高粘度泥漿管節(jié)的外壁固定的固定部以及自所述固定部的一端向靠近地層土體方向傾斜延伸的延伸部，所述延伸部與所述固定部配合圍成一端開口的收容空間，所述收容空間的開口朝向地層土體，所述鋼套管設(shè)置開口的一端與地層土體間隔形成有縫隙，所述鋼刷毛一端與所述固定部固定，另一端穿過所述縫隙抵接地層土體。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于富水硬巖地層頂盾施工的管節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述收容空間包括位于所述延伸部內(nèi)的子空間，所述子空間的橫截面積向靠近地層土體方向逐漸增大，所述鋼刷毛由多根鋼絲匯編而成，每根所述鋼絲穿過所述縫隙的一端自由散落。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于富水硬巖地層頂盾施工的管節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，沿所述管節(jié)的頂進(jìn)方向，所述固定部位于所述延伸部的前方，且所述延伸部與所述固定部之間的夾角為鈍角，所述鋼刷毛的形狀與所述鋼套管的形狀相匹配。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于富水硬巖地層頂盾施工的管節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述高粘度泥漿管節(jié)沿環(huán)向均勻設(shè)置有四個(gè)注漿孔，在任意相鄰兩個(gè)所述注漿孔之間的位置設(shè)置有回流孔，所述注漿孔及回流孔均與所述封閉腔室連通，所述注漿孔用于向所述封閉腔室內(nèi)注入高粘度泥漿，所述回流孔用于抽出所述封閉腔室內(nèi)的高粘度泥漿。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于富水硬巖地層頂盾施工的管節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述高粘度泥漿的注漿壓力高于外部水壓力，四個(gè)所述注漿孔所采用的注漿管路依次串聯(lián)。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于富水硬巖地層頂盾施工的管節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述高粘度泥漿和普通泥漿均采用膨潤土和水配置而成，其中所述高粘度泥漿中膨潤土的摻量高于普通泥漿中膨潤土的摻量，所述高粘度泥漿與所述普通泥漿采用相互獨(dú)立的注漿管路進(jìn)行注漿。

10.一種用于富水硬巖地層頂盾施工的施工方法，其特征在于，包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N用于富水硬巖地層頂盾施工的管節(jié)系統(tǒng)及施工方法，屬于頂盾施工技術(shù)領(lǐng)域。本申請(qǐng)通過在首位管節(jié)的外壁設(shè)置鋼絲刷，兩個(gè)所述鋼絲刷、管節(jié)的外壁以及地層土體配合圍成封閉腔室，所述封閉腔室內(nèi)填充高粘度泥漿，封閉的空間可以避免高粘度泥漿的泄露；頂進(jìn)過程中，鋼絲刷可以攜帶高粘度泥漿同步移動(dòng)，使得首位管節(jié)的外壁始終被高粘度泥漿包覆，避免地下水沖刷稀釋減阻泥漿，可以減小頂進(jìn)的阻力。

技術(shù)研發(fā)人員：曹前,陳仁朋,程紅戰(zhàn),張旋,張超
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21