1.本發(fā)明屬于土木施工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種管道垂直頂升施工方法。

背景技術(shù)：

2.在20世紀(jì)70年代中后期，工程實(shí)踐中創(chuàng)造了取、排水口垂直頂升的施工技術(shù)，通常在已施工好的管道內(nèi)部由管道預(yù)留位置向上頂出立管，穿破土層，隨后形成排、取水口，垂直頂升工藝在國(guó)內(nèi)外沿海沿江地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)逐步應(yīng)用于建造火力發(fā)電廠、核發(fā)電廠、石油化工、城市取水口、污水處理廠排水口。該工藝已經(jīng)逐步代替了筑島圍堰法、浮運(yùn)沉井法、預(yù)制沉放法、海上沉管法等工藝，不僅加快了施工進(jìn)度，減少了與外界的干擾，也大大的節(jié)省了工程成本。但是，當(dāng)管道埋深較大時(shí)，垂直頂升需穿透很厚的土層，當(dāng)遭遇硬質(zhì)土層時(shí)，過(guò)大的頂力常常會(huì)破壞豎管及后靠背。

3.垂直頂升通常采用的是悶頂?shù)姆绞剑仙艿那岸藶榉忾]的悶板形式，尾部由千斤頂強(qiáng)力通過(guò)特殊管節(jié)止水環(huán)推入土層，在管道埋深淺、土層軟的工況時(shí)，該方法體現(xiàn)了設(shè)備少、工序簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，但是在遭遇硬質(zhì)土層無(wú)法穿越時(shí)，補(bǔ)救措施匱乏。

4.本發(fā)明是結(jié)合某市污水處理廠水平管道內(nèi)進(jìn)行上升管施工時(shí)需穿越15米厚鐵板砂，前期采用傳統(tǒng)悶頂時(shí)，千斤頂頂力增大到管道最大承受壓力仍無(wú)法頂進(jìn)，繼續(xù)加大千斤頂?shù)捻斄σ院螅Q管法蘭出現(xiàn)了變形，豎管的外保護(hù)混凝土出現(xiàn)了開(kāi)裂的現(xiàn)象，千斤頂?shù)暮罂勘骋渤霈F(xiàn)了過(guò)大的沉降現(xiàn)象，采取海上沉管換填雖然是可行的，但不僅大大增加了工程造價(jià)，也增加了海上施工的安全風(fēng)險(xiǎn)；因此，需要設(shè)計(jì)一種管道垂直頂升施工方法來(lái)解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

5.本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種管道垂直頂升施工方法，通過(guò)以半開(kāi)放式的特殊悶板裝置，通過(guò)控制排泥速度、注水速度和頂進(jìn)速度來(lái)控制悶板內(nèi)土層內(nèi)部壓力，使得悶板外的土層保持穩(wěn)定且減小頂進(jìn)推力。

6.為實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種管道垂直頂升施工方法，包括以下步驟：s1，對(duì)水平頂管內(nèi)壁進(jìn)行環(huán)形肋板加固，對(duì)水平頂管頂部的垂直管頂進(jìn)位置進(jìn)行預(yù)留開(kāi)孔，并在預(yù)留開(kāi)孔處制作安裝垂直管的止水措施；s2，在預(yù)留孔開(kāi)孔外壁通過(guò)合頁(yè)安裝對(duì)開(kāi)止水門(mén)；s3，制作首節(jié)垂直管頂升管節(jié)，將首節(jié)垂直管頂升管節(jié)安裝在水平頂管的預(yù)留開(kāi)孔內(nèi)，將對(duì)開(kāi)門(mén)封閉并進(jìn)行臨時(shí)密封；首節(jié)垂直管頂升管節(jié)的具體結(jié)構(gòu)如下：一種垂直管頂升管節(jié)，包括連接在管節(jié)頂端的悶板，悶板邊緣連接有環(huán)形的擋板，擋板朝向管節(jié)中心處一側(cè)表面開(kāi)設(shè)有多個(gè)射水孔；擋板下方的悶板表面開(kāi)設(shè)有進(jìn)水孔與高壓注水管連接；頂升管節(jié)中心處的悶板表面通過(guò)支架連接有電機(jī)，電機(jī)端部連接有攪拌齒，攪拌

齒下方的悶板表面開(kāi)設(shè)有排泥孔與排泥管道連接；s4，制作垂直頂升用的千斤頂支座：水平頂管進(jìn)場(chǎng)完成后，在預(yù)留開(kāi)孔下方的水平頂管內(nèi)壁安裝千斤頂支座，并同時(shí)裝配千斤頂和液壓站；s5，在首節(jié)垂直管頂升管節(jié)預(yù)留的排泥孔和進(jìn)水孔處安裝柔性的高壓注水管和排泥管道，高壓注水管與高壓水泵連接，另一端連接至地面的泥水分離裝置；排泥管道與泥漿泵連接，另一端連通至地面的泥水分離裝置；s6，先連通高壓水源，射水孔通水后打開(kāi)排泥管道的閘閥，然后啟動(dòng)電機(jī)和千斤頂，千斤頂頂端通過(guò)頂鐵與頂升管底部接觸開(kāi)始頂進(jìn)；s7，首節(jié)垂直管頂升管節(jié)頂升到預(yù)定位置后，安裝后續(xù)的垂直頂升短節(jié)，并同時(shí)延長(zhǎng)高壓注水管及排泥管道；垂直頂升結(jié)束后封閉進(jìn)水孔及排泥孔，拆除管道；最后將上升管與水平管進(jìn)行焊接連接，防腐涂料施工，水下拆除首節(jié)垂直管頂升管節(jié)后安裝四通及鴨嘴閥，完成施工。

7.優(yōu)選地，步驟s6中，頂進(jìn)中保持排泥管道內(nèi)壓力高于地下水壓力；泥漿泵將泥漿通過(guò)水平管道和工作井輸送到地面的泥水分離裝置，分離后的渣土運(yùn)出現(xiàn)場(chǎng)，水重新進(jìn)入高壓注水系統(tǒng)；施工過(guò)程中管道排泥速率與頂進(jìn)速度相匹配，使垂直管上方的土體處于臨界靜止土壓力狀態(tài)。

8.進(jìn)一步地，悶板為半開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，悶板邊緣處與管節(jié)頂部端面連接，悶板中部下沉至管節(jié)內(nèi)壁形成凹槽狀結(jié)構(gòu)；悶板中心處的電機(jī)和攪拌齒均采用支架與悶板進(jìn)行連接。

9.進(jìn)一步地，上述支架選用錐形結(jié)構(gòu)的支撐板，電機(jī)和攪拌齒均連接在支撐板內(nèi)壁；支撐板外表面為非封閉的鏤空結(jié)構(gòu)，便于高壓水流激射后的泥漿進(jìn)入支撐板內(nèi)部區(qū)域進(jìn)行攪拌，并通過(guò)排泥孔進(jìn)行抽排。

10.進(jìn)一步地，環(huán)形的擋板頂部設(shè)置為收窄的錐形結(jié)構(gòu)，與支撐板的錐形結(jié)構(gòu)配合，可以在減小頂進(jìn)時(shí)的阻力，便于頂升管進(jìn)行頂進(jìn)。

11.進(jìn)一步地，泥水分離裝置的結(jié)構(gòu)如下，泥水分離裝置內(nèi)壁連接有濾層，濾層下方為排水倉(cāng)，排水倉(cāng)一端與高壓注水管連接至高壓水泵；排水倉(cāng)側(cè)部設(shè)置有補(bǔ)水口與外接水源連接，排水倉(cāng)內(nèi)壁連接有液位變送器與控制器電性連接，液位變送器檢測(cè)排水倉(cāng)內(nèi)部的液位高度，反饋控制補(bǔ)水口進(jìn)行定量補(bǔ)水。

12.進(jìn)一步地，濾層包括上方的濾網(wǎng)，濾網(wǎng)下方一定距離處設(shè)置有濾水層，濾水層兩側(cè)設(shè)置有多孔板作為支撐，濾水層內(nèi)部從上至下依次包括碎石層、砂層和多孔活性炭。

13.進(jìn)一步地，濾層上方為排泥倉(cāng)，排泥倉(cāng)內(nèi)部設(shè)置有螺旋送料器；螺旋送料器尾端設(shè)置有排泥出口，排泥出口處連接有電動(dòng)插板閥；排泥倉(cāng)內(nèi)壁側(cè)表面連接有壓力檢測(cè)裝置，螺旋送料器、電動(dòng)插板閥和壓力檢測(cè)裝置均與控制器電性連接，通過(guò)壓力檢測(cè)裝置檢測(cè)排泥倉(cāng)內(nèi)的壓力，當(dāng)壓力到達(dá)預(yù)設(shè)值時(shí)開(kāi)啟螺旋送料器以及電動(dòng)插板閥進(jìn)行排泥。

14.進(jìn)一步地，壓力檢測(cè)裝置包括一端開(kāi)口的檢測(cè)盒，檢測(cè)盒內(nèi)壁滑動(dòng)連接有活塞桿，活塞桿位于外部的一端連接有壓力檢測(cè)板，另一端通過(guò)彈簧與壓板連接，壓板與檢測(cè)盒內(nèi)壁的壓力傳感器接觸配合；壓力檢測(cè)板通過(guò)柔性伸縮套與檢測(cè)盒外表面連接，通過(guò)柔性伸縮套作為密封和防水部件。

15.進(jìn)一步地，螺旋送料器的螺旋片外表面連接有清潔桿，清潔桿表面連接有毛刷用

于和濾網(wǎng)接觸進(jìn)行清潔。

16.本發(fā)明的有益效果如下：1、受管道應(yīng)力和水平管沉降制約無(wú)法穿越硬質(zhì)土層時(shí)，本施工方案可以大大降低穿越土層所需頂力，避免破壞管道；2，排泥管道和注水管道不需要重新架設(shè)，可以利用水平管道頂進(jìn)時(shí)的注漿管和排泥管道，大大提高時(shí)效；3，設(shè)備簡(jiǎn)單，與傳統(tǒng)悶頂相比僅需增加射水孔及管道和排泥管、泥漿攪拌設(shè)備；4，與水上套管開(kāi)挖換填相比，施工成本僅為1/3左右；可作為垂直頂升的一種備用處置措施，大大提高成功率；5，施工中充分對(duì)泥漿進(jìn)行泥水分離，對(duì)分離后的水源進(jìn)行循環(huán)利用，大幅減少了施工時(shí)的水消耗量和泥漿排放量，起到了節(jié)能減排的目的。

附圖說(shuō)明

17.圖1為本發(fā)明的施工流程示意圖；圖2為本發(fā)明的施工過(guò)程示意圖；圖3為本發(fā)明中首節(jié)垂直管頂升管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明中圖2中a處的放大圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例2中的泥水分離裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例2中泥水分離裝置中壓力檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中：電機(jī)1，攪拌齒2，射水孔3，排泥管道4，高壓注水管5，頂鐵6，千斤頂7，對(duì)開(kāi)止水門(mén)8，合頁(yè)9，液壓站10，高壓水泵11，泥水分離裝置12，泥漿泵13，濾網(wǎng)14，濾水層15，螺旋送料器16，液位變送器17，補(bǔ)水口18，電動(dòng)插板閥19，壓力檢測(cè)裝置20，檢測(cè)盒21，活塞桿22，壓力檢測(cè)板23，彈簧24，壓板25，壓力傳感器26，柔性伸縮套27，清潔桿28。

具體實(shí)施方式

18.實(shí)施例1：如圖1~圖4所示，一種管道垂直頂升施工方法，包括以下步驟：s1，對(duì)水平頂管內(nèi)壁進(jìn)行環(huán)形肋板加固，對(duì)水平頂管頂部的垂直管頂進(jìn)位置進(jìn)行預(yù)留開(kāi)孔，并在預(yù)留開(kāi)孔處制作安裝垂直管的止水措施；s2，在預(yù)留孔開(kāi)孔外壁通過(guò)合頁(yè)9安裝對(duì)開(kāi)止水門(mén)8；s3，制作首節(jié)垂直管頂升管節(jié)，將首節(jié)垂直管頂升管節(jié)安裝在水平頂管的預(yù)留開(kāi)孔內(nèi)，將對(duì)開(kāi)門(mén)封閉并進(jìn)行臨時(shí)密封；首節(jié)垂直管頂升管節(jié)的具體結(jié)構(gòu)如下：一種垂直管頂升管節(jié)，包括連接在管節(jié)頂端的悶板，悶板邊緣連接有環(huán)形的擋板，擋板朝向管節(jié)中心處一側(cè)表面開(kāi)設(shè)有多個(gè)射水孔3；擋板下方的悶板表面開(kāi)設(shè)有進(jìn)水孔與高壓注水管5連接；頂升管節(jié)中心處的悶板表面通過(guò)支架連接有電機(jī)1，電機(jī)1端部連接有攪拌齒2，攪拌齒2下方的悶板表面開(kāi)設(shè)有排泥孔與排泥管道4連接；s4，制作垂直頂升用的千斤頂7支座：水平頂管進(jìn)場(chǎng)完成后，在預(yù)留開(kāi)孔下方的水平頂管內(nèi)壁安裝千斤頂7支座，并同時(shí)

裝配千斤頂7和液壓站10；s5，在首節(jié)垂直管頂升管節(jié)預(yù)留的排泥孔和進(jìn)水孔處安裝柔性的高壓注水管5和排泥管道4，高壓注水管5與高壓水泵11連接，另一端連接至地面的泥水分離裝置12；排泥管道4與泥漿泵13連接，另一端連通至地面的泥水分離裝置12；s6，先連通高壓水源，射水孔3通水后打開(kāi)排泥管道4的閘閥，然后啟動(dòng)電機(jī)1和千斤頂7，千斤頂7頂端通過(guò)頂鐵6與頂升管底部接觸開(kāi)始頂進(jìn)；s7，首節(jié)垂直管頂升管節(jié)頂升到預(yù)定位置后，安裝后續(xù)的垂直頂升短節(jié)，并同時(shí)延長(zhǎng)高壓注水管5及排泥管道4；垂直頂升結(jié)束后封閉進(jìn)水孔及排泥孔，拆除管道；最后將上升管與水平管進(jìn)行焊接連接，防腐涂料施工，水下拆除首節(jié)垂直管頂升管節(jié)后安裝四通及鴨嘴閥，完成施工。

19.優(yōu)選地，步驟s6中，頂進(jìn)中保持排泥管道4內(nèi)壓力高于地下水壓力；泥漿泵13將泥漿通過(guò)水平管道和工作井輸送到地面的泥水分離裝置12，分離后的渣土運(yùn)出現(xiàn)場(chǎng)，水重新進(jìn)入高壓注水系統(tǒng)；施工過(guò)程中管道排泥速率與頂進(jìn)速度相匹配，使垂直管上方的土體處于臨界靜止土壓力狀態(tài)。

20.進(jìn)一步地，悶板為半開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，悶板邊緣處與管節(jié)頂部端面連接，悶板中部下沉至管節(jié)內(nèi)壁形成凹槽狀結(jié)構(gòu)；悶板中心處的電機(jī)1和攪拌齒2均采用支架與悶板進(jìn)行連接。

21.進(jìn)一步地，上述支架選用錐形結(jié)構(gòu)的支撐板，電機(jī)1和攪拌齒2均連接在支撐板內(nèi)壁；支撐板外表面為非封閉的鏤空結(jié)構(gòu)，便于高壓水流激射后的泥漿進(jìn)入支撐板內(nèi)部區(qū)域進(jìn)行攪拌，并通過(guò)排泥孔進(jìn)行抽排。

22.進(jìn)一步地，環(huán)形的擋板頂部設(shè)置為收窄的錐形結(jié)構(gòu)，與支撐板的錐形結(jié)構(gòu)配合，可以在減小頂進(jìn)時(shí)的阻力，便于頂升管進(jìn)行頂進(jìn)。

23.實(shí)施例2：如圖5~圖6所示，步驟s5中的泥水分離裝置12的結(jié)構(gòu)如下：泥水分離裝置12內(nèi)壁連接有濾層，濾層下方為排水倉(cāng)，排水倉(cāng)一端與高壓注水管5連接至高壓水泵11；排水倉(cāng)側(cè)部設(shè)置有補(bǔ)水口18與外接水源連接，排水倉(cāng)內(nèi)壁連接有液位變送器17與控制器電性連接，液位變送器17檢測(cè)排水倉(cāng)內(nèi)部的液位高度，反饋控制補(bǔ)水口18進(jìn)行定量補(bǔ)水。

24.進(jìn)一步地，液位變送器17選用型號(hào)為dx130液位傳感器，控制器優(yōu)選西門(mén)子s7-300plc控制器，控制器設(shè)置在中控室內(nèi)連接至中控系統(tǒng)。

25.進(jìn)一步地，濾層包括上方的濾網(wǎng)14，濾網(wǎng)14下方一定距離處設(shè)置有濾水層15，濾水層15兩側(cè)設(shè)置有多孔板作為支撐，濾水層15內(nèi)部從上至下依次包括碎石層、砂層和多孔活性炭。

26.進(jìn)一步地，濾層上方為排泥倉(cāng)，排泥倉(cāng)內(nèi)部設(shè)置有螺旋送料器16；螺旋送料器16尾端設(shè)置有排泥出口，排泥出口處連接有電動(dòng)插板閥19；排泥倉(cāng)內(nèi)壁側(cè)表面連接有壓力檢測(cè)裝置20，螺旋送料器16、電動(dòng)插板閥19和壓力檢測(cè)裝置20均與控制器電性連接，通過(guò)壓力檢測(cè)裝置20檢測(cè)排泥倉(cāng)內(nèi)的壓力，當(dāng)壓力到達(dá)預(yù)設(shè)值時(shí)開(kāi)啟螺旋送料器16以及電動(dòng)插板閥19進(jìn)行排泥。

27.進(jìn)一步地，壓力檢測(cè)裝置20包括一端開(kāi)口的檢測(cè)盒21，檢測(cè)盒21內(nèi)壁滑動(dòng)連接有活塞桿22，活塞桿22位于外部的一端連接有壓力檢測(cè)板23，另一端通過(guò)彈簧24與壓板25連

接，壓板25與檢測(cè)盒21內(nèi)壁的壓力傳感器26接觸配合；壓力檢測(cè)板23通過(guò)柔性伸縮套27與檢測(cè)盒21外表面連接，通過(guò)柔性伸縮套27作為密封和防水部件。

28.進(jìn)一步地，壓力傳感器26優(yōu)選型號(hào)為rp-s40-st的柔性薄膜壓力傳感器26。

29.進(jìn)一步地，螺旋送料器16的螺旋片外表面連接有清潔桿28，清潔桿28表面連接有毛刷用于和濾網(wǎng)14接觸進(jìn)行清潔。

30.上述的實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，而不應(yīng)視為對(duì)于本發(fā)明的限制，本技術(shù)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征在不沖突的情況下，可以相互任意組合。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求記載的技術(shù)方案，包括權(quán)利要求記載的技術(shù)方案中技術(shù)特征的等同替換方案為保護(hù)范圍。即在此范圍內(nèi)的等同替換改進(jìn)，也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種管道垂直頂升施工方法，其特征在于：包括以下步驟：s1，對(duì)水平頂管內(nèi)壁進(jìn)行環(huán)形肋板加固，對(duì)水平頂管頂部的垂直管頂進(jìn)位置進(jìn)行預(yù)留開(kāi)孔，并在預(yù)留開(kāi)孔處制作安裝垂直管的止水措施；s2，在預(yù)留孔開(kāi)孔外壁通過(guò)合頁(yè)（9）安裝對(duì)開(kāi)止水門(mén)（8）；s3，制作首節(jié)垂直管頂升管節(jié)，將首節(jié)垂直管頂升管節(jié)安裝在水平頂管的預(yù)留開(kāi)孔內(nèi)，將對(duì)開(kāi)門(mén)封閉并進(jìn)行臨時(shí)密封；首節(jié)垂直管頂升管節(jié)的具體結(jié)構(gòu)如下：一種垂直管頂升管節(jié)，包括連接在管節(jié)頂端的悶板，悶板邊緣連接有環(huán)形的擋板，擋板朝向管節(jié)中心處一側(cè)表面開(kāi)設(shè)有多個(gè)射水孔（3）；擋板下方的悶板表面開(kāi)設(shè)有進(jìn)水孔與高壓注水管（5）連接；頂升管節(jié)中心處的悶板表面通過(guò)支架連接有電機(jī)（1），電機(jī)（1）端部連接有攪拌齒（2），攪拌齒（2）下方的悶板表面開(kāi)設(shè)有排泥孔與排泥管道（4）連接；s4，制作垂直頂升用的千斤頂支座：水平頂管進(jìn)場(chǎng)完成后，在預(yù)留開(kāi)孔下方的水平頂管內(nèi)壁安裝千斤頂支座，并同時(shí)裝配千斤頂（7）和液壓站（10）；s5，在首節(jié)垂直管頂升管節(jié)預(yù)留的排泥孔和進(jìn)水孔處安裝柔性的高壓注水管（5）和排泥管道（4），高壓注水管（5）與高壓水泵（11）連接，另一端連接至地面的泥水分離裝置（12）；排泥管道（4）與泥漿泵（13）連接，另一端連通至地面的泥水分離裝置（12）；s6，先連通高壓水源，射水孔（3）通水后打開(kāi)排泥管道（4）的閘閥，然后啟動(dòng)電機(jī)（1）和千斤頂（7），千斤頂（7）頂端通過(guò)頂鐵（6）與頂升管底部接觸開(kāi)始頂進(jìn)；s7，首節(jié)垂直管頂升管節(jié)頂升到預(yù)定位置后，安裝后續(xù)的垂直頂升短節(jié)，并同時(shí)延長(zhǎng)高壓注水管（5）及排泥管道（4）；垂直頂升結(jié)束后封閉進(jìn)水孔及排泥孔，拆除管道；最后將上升管與水平管進(jìn)行焊接連接，防腐涂料施工，水下拆除首節(jié)垂直管頂升管節(jié)后安裝四通及鴨嘴閥，完成施工。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管道垂直頂升施工方法，其特征在于：步驟s6中，頂進(jìn)中保持排泥管道內(nèi)壓力高于地下水壓力；泥漿泵（13）將泥漿通過(guò)水平管道和工作井輸送到地面的泥水分離裝置（12），分離后的渣土運(yùn)出現(xiàn)場(chǎng)，水重新進(jìn)入高壓注水系統(tǒng)；施工過(guò)程中管道排泥速率與頂進(jìn)速度相匹配，使垂直管上方的土體處于臨界靜止土壓力狀態(tài)。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開(kāi)了一種管道垂直頂升施工方法，通過(guò)以半開(kāi)放式的特殊悶板裝置，通過(guò)控制排泥速度、注水速度和頂進(jìn)速度來(lái)控制悶板內(nèi)土層內(nèi)部壓力，使得悶板外的土層保持穩(wěn)定且減小頂進(jìn)推力。解決了現(xiàn)有施工技術(shù)中垂直頂升需穿透很厚的土層，當(dāng)遭遇硬質(zhì)土層時(shí)，過(guò)大的頂力常常會(huì)破壞豎管及后靠背的問(wèn)題，具有可以大大降低穿越土層所需頂力，避免破壞管道的特點(diǎn)。避免破壞管道的特點(diǎn)。避免破壞管道的特點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：孫保倉(cāng) 劉偉偉 王維軍 張王寶 王培新 趙棟棟 李家威 范仰中

受保護(hù)的技術(shù)使用者：中交水利水電建設(shè)有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2022.03.31

技術(shù)公布日：2022/6/10