[发明专利]一种海底浅覆盖地层中顶管、设计方法及其安装方法

说明书

本发明属于非开挖地下管道施工技术领域，公开了一种海底浅覆盖地层中顶管、设计方法及其安装方法，海底浅覆盖地层中顶管设计方法包括：利用构建的计算模型基于获取的各种材质在水下浅覆盖层顶管施工中的稳定性和安全性计算确定在不能满足安全性要求时所需采取的配重压载措施及单位长度内所需配载重量级分布，得到水下浅覆盖地层中顶管设计结果。本发明提供的方法能够快速、安全将预制管节通过液压顶推装置顶入海底浅覆盖地层中，极大地节省了其他措施所投入的成本；该方法施工用于各种复杂水域的顶管施工作业，更加方便快捷，减小了施工投入成本。

技术领域

本发明属于非开挖地下管道施工技术领域，尤其涉及一种海底浅覆盖地层中顶管、设计方法及其安装方法。

背景技术

目前，随着顶管技术的日益成熟，顶管在城市管廊、给水、排水、石油、天然气、电力等能源输送以及污染治理等方面的应用越来越多，在顶管施工时不免会碰到要穿越江、河、湖、海等复杂情形；海底浅覆盖地层中顶管施工难度巨大，以前实施这样的顶管，成本耗费也比较高，后期维护成本也比较大，对施工技术要求也较高；顶管穿越海底浅覆土施工具有穿越路径较长、覆土较浅、水位受涨落潮影响较大的特点，其施工过程中所面临的抗浮技术问题一直困扰着地下非开挖顶管施工界，特别是以前所参照的地下顶管技术规范，严格要求顶管施工时，管顶覆盖层厚度不得小于1.5D，实际操作更加困难。有很多项目不得已在顶管轴线进行堆填筑岛进行压载，严重影响工程进度，无限地扩大了施工成本投入。究其原因，主要是一些施工单位的对技术规范的使用呆板，对水下浅覆盖层管道受力分析不清，不能根据实际情况进行具体分析计算和采取合理措施导致的后果。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术没有针对海底浅覆盖地层中顶管进行设计的方案；现有的顶管施工方法施工成本高，施工周期长，安全性不高；且现有规范缺少相应工法支持，具体操作中缺少了具体的指导作用。

解决以上问题及缺陷的难度为：涉水浅覆盖地层顶管的稳定条件模糊，不能事先知道水下浅覆盖地层中顶管是否安全和稳定；遇到浅覆盖地层顶管施工项目时，不知道采用何种算法确定顶管作业是否安全。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种海底浅覆盖地层中顶管、设计方法及其安装方法。

本发明是这样实现的，一种海底浅覆盖地层中顶管设计方法，包括：

利用构建的计算模型基于获取的各种材质在水下浅覆盖层顶管施工中的稳定性和安全性计算确定在不能满足安全性要求时所需采取的配重压载措施及单位长度内所需配载重量级分布，得到水下浅覆盖地层中顶管设计结果。

进一步，所述海底浅覆盖地层中顶管设计方法包括以下步骤：

步骤一，获取顶管施工轴线水域的水文地质条件、海底地形地貌状况、风浪条件、周围暗礁排布情况、与保护构筑物或海堤之间的距离以及其他数据；

步骤二，基于获取的数据分析得到管道顶进所需受力、运动趋势以及其他参数，并绘制顶管轴线地质剖面图；基于水下管道顶进过程中所受外力分析结果，结合含水泥沙对物体的粘滞吸附状态构建计算模型；

步骤三，利用构建的计算模型基于分析得到的相关参数进行管道稳定性计算分析，得到稳定性计算分析结果；基于顶管稳定性计算结合海底地层土质吸附性能力，确定海底浅覆盖地层中顶管的设计方案。

进一步，所述利用构建的计算模型基于分析得到的相关参数进行管道稳定性计算分析包括：

利用所述计算模型确定相应参数条件下管道稳定所需的配重量，结合管道、机头的自身重量情况、水下的浮力情况。

进一步，所述基于顶管稳定性计算结合海底地层土质吸附性能力，确定海底浅覆盖地层中顶管的设计方案包括：

基于顶管稳定性计算分析结果，确定顶管的整体设计方案；基于顶管稳定性计算结合海底地层土质吸附性能力，确定顶管设计方案的具体参数。