1.本发明属于土木施工技术领域，特别涉及到一种管道垂直顶升施工方法。
背景技术：
2.在20世纪70年代中后期，工程实践中创造了取、排水口垂直顶升的施工技术，通常在已施工好的管道内部由管道预留位置向上顶出立管，穿破土层，随后形成排、取水口，垂直顶升工艺在国内外沿海沿江地区得到了广泛的应用，已经逐步应用于建造火力发电厂、核发电厂、石油化工、城市取水口、
污水处理厂排水口。该工艺已经逐步代替了筑岛围堰法、浮运沉井法、预制沉放法、海上沉管法等工艺，不仅加快了施工进度，减少了与外界的干扰，也大大的节省了工程成本。但是，当管道埋深较大时，垂直顶升需穿透很厚的土层，当遭遇硬质土层时，过大的顶力常常会破坏竖管及后靠背。
3.垂直顶升通常采用的是闷顶的方式，上升管的前端为封闭的闷板形式，尾部由千斤顶强力通过特殊管节止水环推入土层，在管道埋深浅、土层软的工况时，该方法体现了设备少、工序简单的优势，但是在遭遇硬质土层无法穿越时，补救措施匮乏。
4.本发明是结合某市污水处理厂水平管道内进行上升管施工时需穿越15米厚铁板砂，前期采用传统闷顶时，千斤顶顶力增大到管道最大承受压力仍无法顶进，继续加大千斤顶的顶力以后，竖管法兰出现了变形，竖管的外保护混凝土出现了开裂的现象，千斤顶的后靠背也出现了过大的沉降现象，采取海上沉管换填虽然是可行的，但不仅大大增加了工程造价，也增加了海上施工的安全风险；因此，需要设计一种管道垂直顶升施工方法来解决上述问题。
技术实现要素：
5.本发明所要解决的技术问题是提供一种管道垂直顶升施工方法，通过以半开放式的特殊闷板装置，通过控制排泥速度、注水速度和顶进速度来控制闷板内土层内部压力，使得闷板外的土层保持稳定且减小顶进推力。
6.为实现上述设计，本发明所采用的技术方案是：一种管道垂直顶升施工方法，包括以下步骤：s1，对水平顶管内壁进行环形肋板加固，对水平顶管顶部的垂直管顶进位置进行预留开孔，并在预留开孔处制作安装垂直管的止水措施；s2，在预留孔开孔外壁通过合页安装对开止水门；s3，制作首节垂直管顶升管节，将首节垂直管顶升管节安装在水平顶管的预留开孔内，将对开门封闭并进行临时密封；首节垂直管顶升管节的具体结构如下：一种垂直管顶升管节，包括连接在管节顶端的闷板，闷板边缘连接有环形的挡板，挡板朝向管节中心处一侧表面开设有多个射水孔；挡板下方的闷板表面开设有进水孔与高压注水管连接；顶升管节中心处的闷板表面通过支架连接有电机，电机端部连接有搅拌齿，搅拌
齿下方的闷板表面开设有排泥孔与排泥管道连接；s4，制作垂直顶升用的千斤顶支座：水平顶管进场完成后，在预留开孔下方的水平顶管内壁安装千斤顶支座，并同时装配千斤顶和液压站；s5，在首节垂直管顶升管节预留的排泥孔和进水孔处安装柔性的高压注水管和排泥管道，高压注水管与高压水泵连接，另一端连接至地面的泥水分离装置；排泥管道与泥浆泵连接，另一端连通至地面的泥水分离装置；s6，先连通高压水源，射水孔通水后打开排泥管道的闸阀，然后启动电机和千斤顶，千斤顶顶端通过顶铁与顶升管底部接触开始顶进；s7，首节垂直管顶升管节顶升到预定位置后，安装后续的垂直顶升短节，并同时延长高压注水管及排泥管道；垂直顶升结束后封闭进水孔及排泥孔，拆除管道；最后将上升管与水平管进行焊接连接，防腐涂料施工，水下拆除首节垂直管顶升管节后安装四通及鸭嘴阀，完成施工。
7.优选地，步骤s6中，顶进中保持排泥管道内压力高于地下水压力；泥浆泵将泥浆通过水平管道和工作井输送到地面的泥水分离装置，分离后的渣土运出现场，水重新进入高压注水系统；施工过程中管道排泥速率与顶进速度相匹配，使垂直管上方的土体处于临界静止土压力状态。
8.进一步地，闷板为半开放式结构，闷板边缘处与管节顶部端面连接，闷板中部下沉至管节内壁形成凹槽状结构；闷板中心处的电机和搅拌齿均采用支架与闷板进行连接。
9.进一步地，上述支架选用锥形结构的支撑板，电机和搅拌齿均连接在支撑板内壁；支撑板外表面为非封闭的镂空结构，便于高压水流激射后的泥浆进入支撑板内部区域进行搅拌，并通过排泥孔进行抽排。
10.进一步地，环形的挡板顶部设置为收窄的锥形结构，与支撑板的锥形结构配合，可以在减小顶进时的阻力，便于顶升管进行顶进。
11.进一步地，泥水分离装置的结构如下，泥水分离装置内壁连接有滤层，滤层下方为排水仓，排水仓一端与高压注水管连接至高压水泵；排水仓侧部设置有补水口与外接水源连接，排水仓内壁连接有液位变送器与控制器电性连接，液位变送器检测排水仓内部的液位高度，反馈控制补水口进行定量补水。
12.进一步地，滤层包括上方的滤网，滤网下方一定距离处设置有滤水层，滤水层两侧设置有多孔板作为支撑，滤水层内部从上至下依次包括碎石层、砂层和多孔活性炭。
13.进一步地，滤层上方为排泥仓，排泥仓内部设置有螺旋送料器；螺旋送料器尾端设置有排泥出口，排泥出口处连接有电动插板阀；排泥仓内壁侧表面连接有压力检测装置，螺旋送料器、电动插板阀和压力检测装置均与控制器电性连接，通过压力检测装置检测排泥仓内的压力，当压力到达预设值时开启螺旋送料器以及电动插板阀进行排泥。
14.进一步地，压力检测装置包括一端开口的检测盒，检测盒内壁滑动连接有活塞杆，活塞杆位于外部的一端连接有压力检测板，另一端通过弹簧与压板连接，压板与检测盒内壁的压力传感器接触配合；压力检测板通过柔性伸缩套与检测盒外表面连接，通过柔性伸缩套作为密封和防水部件。
15.进一步地，螺旋送料器的螺旋片外表面连接有清洁杆，清洁杆表面连接有毛刷用
于和滤网接触进行清洁。
16.本发明的有益效果如下：1、受管道应力和水平管沉降制约无法穿越硬质土层时，本施工方案可以大大降低穿越土层所需顶力，避免破坏管道；2，排泥管道和注水管道不需要重新架设，可以利用水平管道顶进时的注浆管和排泥管道，大大提高时效；3，设备简单，与传统闷顶相比仅需增加射水孔及管道和排泥管、泥浆搅拌设备；4，与水上套管开挖换填相比，施工成本仅为1/3左右；可作为垂直顶升的一种备用处置措施，大大提高成功率；5，施工中充分对泥浆进行泥水分离，对分离后的水源进行循环利用，大幅减少了施工时的水消耗量和泥浆排放量，起到了节能减排的目的。
附图说明
17.图1为本发明的施工流程示意图；图2为本发明的施工过程示意图；图3为本发明中首节垂直管顶升管的结构示意图；图4为本发明中图2中a处的放大图；图5为本发明实施例2中的泥水分离装置内部结构示意图；图6为本发明实施例2中泥水分离装置中压力检测装置的结构示意图；图中：电机1，搅拌齿2，射水孔3，排泥管道4，高压注水管5，顶铁6，千斤顶7，对开止水门8，合页9，液压站10，高压水泵11，泥水分离装置12，泥浆泵13，滤网14，滤水层15，螺旋送料器16，液位变送器17，补水口18，电动插板阀19，压力检测装置20，检测盒21，活塞杆22，压力检测板23，弹簧24，压板25，压力传感器26，柔性伸缩套27，清洁杆28。
具体实施方式
18.实施例1：如图1~图4所示，一种管道垂直顶升施工方法，包括以下步骤：s1，对水平顶管内壁进行环形肋板加固，对水平顶管顶部的垂直管顶进位置进行预留开孔，并在预留开孔处制作安装垂直管的止水措施；s2，在预留孔开孔外壁通过合页9安装对开止水门8；s3，制作首节垂直管顶升管节，将首节垂直管顶升管节安装在水平顶管的预留开孔内，将对开门封闭并进行临时密封；首节垂直管顶升管节的具体结构如下：一种垂直管顶升管节，包括连接在管节顶端的闷板，闷板边缘连接有环形的挡板，挡板朝向管节中心处一侧表面开设有多个射水孔3；挡板下方的闷板表面开设有进水孔与高压注水管5连接；顶升管节中心处的闷板表面通过支架连接有电机1，电机1端部连接有搅拌齿2，搅拌齿2下方的闷板表面开设有排泥孔与排泥管道4连接；s4，制作垂直顶升用的千斤顶7支座：水平顶管进场完成后，在预留开孔下方的水平顶管内壁安装千斤顶7支座，并同时
装配千斤顶7和液压站10；s5，在首节垂直管顶升管节预留的排泥孔和进水孔处安装柔性的高压注水管5和排泥管道4，高压注水管5与高压水泵11连接，另一端连接至地面的泥水分离装置12；排泥管道4与泥浆泵13连接，另一端连通至地面的泥水分离装置12；s6，先连通高压水源，射水孔3通水后打开排泥管道4的闸阀，然后启动电机1和千斤顶7，千斤顶7顶端通过顶铁6与顶升管底部接触开始顶进；s7，首节垂直管顶升管节顶升到预定位置后，安装后续的垂直顶升短节，并同时延长高压注水管5及排泥管道4；垂直顶升结束后封闭进水孔及排泥孔，拆除管道；最后将上升管与水平管进行焊接连接，防腐涂料施工，水下拆除首节垂直管顶升管节后安装四通及鸭嘴阀，完成施工。
19.优选地，步骤s6中，顶进中保持排泥管道4内压力高于地下水压力；泥浆泵13将泥浆通过水平管道和工作井输送到地面的泥水分离装置12，分离后的渣土运出现场，水重新进入高压注水系统；施工过程中管道排泥速率与顶进速度相匹配，使垂直管上方的土体处于临界静止土压力状态。
20.进一步地，闷板为半开放式结构，闷板边缘处与管节顶部端面连接，闷板中部下沉至管节内壁形成凹槽状结构；闷板中心处的电机1和搅拌齿2均采用支架与闷板进行连接。
21.进一步地，上述支架选用锥形结构的支撑板，电机1和搅拌齿2均连接在支撑板内壁；支撑板外表面为非封闭的镂空结构，便于高压水流激射后的泥浆进入支撑板内部区域进行搅拌，并通过排泥孔进行抽排。
22.进一步地，环形的挡板顶部设置为收窄的锥形结构，与支撑板的锥形结构配合，可以在减小顶进时的阻力，便于顶升管进行顶进。
23.实施例2：如图5~图6所示，步骤s5中的泥水分离装置12的结构如下：泥水分离装置12内壁连接有滤层，滤层下方为排水仓，排水仓一端与高压注水管5连接至高压水泵11；排水仓侧部设置有补水口18与外接水源连接，排水仓内壁连接有液位变送器17与控制器电性连接，液位变送器17检测排水仓内部的液位高度，反馈控制补水口18进行定量补水。
24.进一步地，液位变送器17选用型号为dx130液位传感器，控制器优选西门子s7-300plc控制器，控制器设置在中控室内连接至中控系统。
25.进一步地，滤层包括上方的滤网14，滤网14下方一定距离处设置有滤水层15，滤水层15两侧设置有多孔板作为支撑，滤水层15内部从上至下依次包括碎石层、砂层和多孔活性炭。
26.进一步地，滤层上方为排泥仓，排泥仓内部设置有螺旋送料器16；螺旋送料器16尾端设置有排泥出口，排泥出口处连接有电动插板阀19；排泥仓内壁侧表面连接有压力检测装置20，螺旋送料器16、电动插板阀19和压力检测装置20均与控制器电性连接，通过压力检测装置20检测排泥仓内的压力，当压力到达预设值时开启螺旋送料器16以及电动插板阀19进行排泥。
27.进一步地，压力检测装置20包括一端开口的检测盒21，检测盒21内壁滑动连接有活塞杆22，活塞杆22位于外部的一端连接有压力检测板23，另一端通过弹簧24与压板25连
接，压板25与检测盒21内壁的压力传感器26接触配合；压力检测板23通过柔性伸缩套27与检测盒21外表面连接，通过柔性伸缩套27作为密封和防水部件。
28.进一步地，压力传感器26优选型号为rp-s40-st的柔性薄膜压力传感器26。
29.进一步地，螺旋送料器16的螺旋片外表面连接有清洁杆28，清洁杆28表面连接有毛刷用于和滤网14接触进行清洁。
30.上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本技术中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。技术特征：
1.一种管道垂直顶升施工方法，其特征在于：包括以下步骤：s1，对水平顶管内壁进行环形肋板加固，对水平顶管顶部的垂直管顶进位置进行预留开孔，并在预留开孔处制作安装垂直管的止水措施；s2，在预留孔开孔外壁通过合页（9）安装对开止水门（8）；s3，制作首节垂直管顶升管节，将首节垂直管顶升管节安装在水平顶管的预留开孔内，将对开门封闭并进行临时密封；首节垂直管顶升管节的具体结构如下：一种垂直管顶升管节，包括连接在管节顶端的闷板，闷板边缘连接有环形的挡板，挡板朝向管节中心处一侧表面开设有多个射水孔（3）；挡板下方的闷板表面开设有进水孔与高压注水管（5）连接；顶升管节中心处的闷板表面通过支架连接有电机（1），电机（1）端部连接有搅拌齿（2），搅拌齿（2）下方的闷板表面开设有排泥孔与排泥管道（4）连接；s4，制作垂直顶升用的千斤顶支座：水平顶管进场完成后，在预留开孔下方的水平顶管内壁安装千斤顶支座，并同时装配千斤顶（7）和液压站（10）；s5，在首节垂直管顶升管节预留的排泥孔和进水孔处安装柔性的高压注水管（5）和排泥管道（4），高压注水管（5）与高压水泵（11）连接，另一端连接至地面的泥水分离装置（12）；排泥管道（4）与泥浆泵（13）连接，另一端连通至地面的泥水分离装置（12）；s6，先连通高压水源，射水孔（3）通水后打开排泥管道（4）的闸阀，然后启动电机（1）和千斤顶（7），千斤顶（7）顶端通过顶铁（6）与顶升管底部接触开始顶进；s7，首节垂直管顶升管节顶升到预定位置后，安装后续的垂直顶升短节，并同时延长高压注水管（5）及排泥管道（4）；垂直顶升结束后封闭进水孔及排泥孔，拆除管道；最后将上升管与水平管进行焊接连接，防腐涂料施工，水下拆除首节垂直管顶升管节后安装四通及鸭嘴阀，完成施工。2.根据权利要求1所述的一种管道垂直顶升施工方法，其特征在于：步骤s6中，顶进中保持排泥管道内压力高于地下水压力；泥浆泵（13）将泥浆通过水平管道和工作井输送到地面的泥水分离装置（12），分离后的渣土运出现场，水重新进入高压注水系统；施工过程中管道排泥速率与顶进速度相匹配，使垂直管上方的土体处于临界静止土压力状态。
技术总结
本发明公开了一种管道垂直顶升施工方法，通过以半开放式的特殊闷板装置，通过控制排泥速度、注水速度和顶进速度来控制闷板内土层内部压力，使得闷板外的土层保持稳定且减小顶进推力。解决了现有施工技术中垂直顶升需穿透很厚的土层，当遭遇硬质土层时，过大的顶力常常会破坏竖管及后靠背的问题，具有可以大大降低穿越土层所需顶力，避免破坏管道的特点。避免破坏管道的特点。避免破坏管道的特点。
技术研发人员：孙保仓 刘伟伟 王维军 张王宝 王培新 赵栋栋 李家威 范仰中
受保护的技术使用者：中交水利水电建设有限公司
技术研发日：2022.03.31
技术公布日：2022/6/10
声明：
“管道垂直顶升施工方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：中交水利水电建设有限公司
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2024年08月01日 ~ 03日 
