叠线顶管施工方法与流程

1.本发明涉及顶管施工技术领域，特别地，涉及一种叠线顶管施工方法。


背景技术：

2.叠线顶管施工在超小净距(例如0.7m)的状况下，由于下方顶管在掘进过程已经对其拱顶的核心土(例如0.7m范围老城杂填土)产生扰动，该顶管出洞后需对拱顶核心土进行加固，然后组织上方顶管掘进施工，由于该核心土固结离散性(或硬/或软)较大，导致上方顶管姿态极难控制。例如，当核心土固结强度未达到0.2mpa，容易出现顶管机栽头破坏既有下方顶管管片；而当核心土固结强度超过2mpa，容易出现顶管机上扬后超挖致使地面塌陷。因此，在叠线顶管施工过程中如何固结核心土、控制顶管机姿态是安全施工的核心问题，而目前尚未给出有效的解决方案。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种叠线顶管施工方法，以解决现有叠线顶管施工中在进行下层顶管施工时无法有效固结核心土的技术问题。
4.根据本发明的一个方面，提供一种叠线顶管施工方法，包括以下内容：
5.在施工现场完成三通一平后，进行始发井的施工作业；
6.在始发井内安装好顶管设备；
7.进行洞口混凝土凿除作业；
8.将管片吊入始发井内并与顶管设备、始发井内的反力支架体系进行对接后进行顶管施工作业，并在顶管顶进过程中向管节外壁与土体之间压注膨润土触变泥浆；在顶管顶进过程中，在始发井内利用激光经纬仪按设计顶进轴线打出激光束，射在顶管机中心的光靶上，顶进过程中可以从监视器内观察到轴线的偏差，当检测到顶进轴线与预设轴线出现偏离时，通过顶管设备上的多组液压油缸对顶进轴线进行纠偏动作；
9.在全部管节顶进结束后对顶管设备进行弃壳拆除，在顶管设备的弃壳内浇注混凝土结构，并向管节外壁与土体之间注入水泥浆以对膨润土触变泥浆进行置换。
10.进一步地，每节管节在安装前需先粘贴止水圈和木衬垫，并对管节与管节的接口部分进行嵌填，并保证管节与顶管设备的机体处于同心同轴状态。
11.进一步地，所述膨润土触变泥浆的组分包括膨润土、水、纯碱和cmc，每立方米的膨润土触变泥浆中包括200kg膨润土、850kg水、6kg纯碱和 2.5kgcmc。
12.进一步地，所述水泥浆的组分包括水泥、粉煤灰、膨胀剂和水，每立方米的水泥浆中包括300kg水泥、420kg粉煤灰、64kg膨胀剂和660l 水。
13.进一步地，在顶管顶进过程中，在端头预设范围内布设加固桩以提高前方土体强度，并且在顶管设备的机头进洞时，将机头和后面的管节用拉杆连接起来，使之成为一个整体，并在导轨上用两个手拉葫芦间隔一米拉紧，使得机头沿着导轨方向顺利前进，并对洞口进行注浆，注浆完毕后对洞口的砖缝处钻洞做实验，检测是否有水涌出，若出现水涌则增加
注浆排数，直至不出现水涌为止，确保掘进机头顺利进洞。
14.进一步地，在进行顶管始发顶进之前需要在始发井的洞圈上安装帘布橡胶板密封动圈。
15.进一步地，压注膨润土触变泥浆的注浆压力为顶管设备大刀盘中心刀头处测得的土压力值。
16.进一步地，在前基座的两侧各安装一套止退架，所述止退架的底部焊接固定在基座上，所述止退架上开设有销孔，当需要加装木垫块或拼装管节时，利用一个销子插入所述止退架上的小孔和管节的吊装孔内，防止管节后退。
17.进一步地，在顶管顶进过程中，当遇到不良土层时，通过设在顶管设备上的注浆孔向其土仓内注入矿物类改良剂，以改善土仓内土体的塑性、流动性和止水性。
18.进一步地，在全部管节顶进结束后，在始发洞口的顶板和底板施作后浇梁对管节进行限位，防止管节位移，并在后浇梁内预埋封堵钢环，注入水泥浆填充管节与围护结构、后浇梁之间的间隙，在后浇梁与围护结构、后浇梁与预埋封堵钢环、预埋封堵钢环与围护结构的施工缝处布置遇水膨胀橡胶条。
19.本发明具有以下效果：
20.本发明的叠线顶管施工方法，在顶管顶进过程中向管节外壁与土体之间压注膨润土触变泥浆，膨润土触变泥浆可以起到润滑作用，将顶进管节与土体之间的干摩擦变为湿摩擦，在顶进设备的机体外壳及管节外壳上形成完整的减摩浆液薄膜，有效地减小了顶进摩阻力，确保施工正常进行，并且，膨润土触变泥浆还有填补和支撑作用，膨润土触变泥浆可以填补施工时管道与土体之间产生的空隙，同时在注浆压力下，减小土体变形，在静止时可以成为凝胶层支撑地层，使隧洞变得稳定。同时，在全部管节顶进结束后，在接收端对顶管设备进行弃壳拆除后在弃壳内浇注混凝土结构，将顶管设备的外壳作为通道衬砌的一部分留在通道内，仅拆除顶管设备内部设备及零部件，保证了接收端的结构稳定性。并且，顶管结束后，通过向管节外壁与土体之间注入水泥浆以对膨润土触变泥浆进行置换，对管节外的土体进行了加固，有效地固结核心土，且便于控制核心土的固结强度，有效地防止了核心土下沉，便于控制叠线顶管施工中的上层顶管施工时的顶管机姿态。
21.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
22.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
23.图1是本发明优选实施例的叠线顶管施工方法的流程示意图。
24.图2是本发明优选实施例的反力支架体系的结构示意图。
25.图3是本发明优选实施例的反力支架的俯视结构示意图。
26.图4是本发明优选实施例的反力支架的主视结构示意图。
具体实施方式
27.以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和
覆盖的多种不同方式实施。
28.如图1所示，本发明的优选实施例提供一种叠线顶管施工方法，尤其涉及叠线顶管施工中的下层顶管施工，包括以下内容：
29.步骤s1：在施工现场完成三通一平后，进行始发井的施工作业；
30.步骤s2：在始发井内安装好顶管设备；
31.步骤s3：进行洞口混凝土凿除作业；
32.步骤s4：将管片吊入始发井内并与顶管设备、始发井内的反力支架体系进行对接后进行顶管施工作业，并在顶管顶进过程中向管节外壁与土体之间压注膨润土触变泥浆；
33.步骤s5：在全部管节顶进结束后对顶管设备进行弃壳拆除，在顶管设备的弃壳内浇注混凝土结构，并向管节外壁与土体之间注入水泥浆以对膨润土触变泥浆进行置换。
34.可以理解，本实施例的叠线顶管施工方法，在顶管顶进过程中向管节外壁与土体之间压注膨润土触变泥浆，膨润土触变泥浆可以起到润滑作用，将顶进管节与土体之间的干摩擦变为湿摩擦，在顶进设备的机体外壳及管节外壳上形成完整的减摩浆液薄膜，有效地减小了顶进摩阻力，确保施工正常进行，并且，膨润土触变泥浆还有填补和支撑作用，膨润土触变泥浆可以填补施工时管道与土体之间产生的空隙，同时在注浆压力下，减小土体变形，在静止时可以成为凝胶层支撑地层，使隧洞变得稳定。同时，在全部管节顶进结束后，在接收端对顶管设备进行弃壳拆除后在弃壳内浇注混凝土结构，将顶管设备的外壳作为通道衬砌的一部分留在通道内，仅拆除顶管设备内部设备及零部件，保证了接收端的结构稳定性。并且，顶管结束后，通过向管节外壁与土体之间注入水泥浆以对膨润土触变泥浆进行置换，对管节外的土体进行了加固，有效地固结核心土，且便于控制核心土的固结强度，有效地防止了核心土下沉，便于控制叠线顶管施工中的上层顶管施工时的顶管机姿态。
35.可以理解，在所述步骤s1中，在施工现场完成三通一平后，即电通、水通、路通和土地平整后，进行始发井的施工作业，具体施工内容包括两个工作井内维护结构的施作、始发井内的反力支架体系的建立等内容。其中，在进行顶管施工时，始发井内的反力支架体系通常都是直接将液压千斤顶支承于始发井后壁上，但是当始发井内的土层材质较为松软，尤其是含水量较高时，始发井后壁无法给液压千斤顶提供足够的反力，顶管施工的难度较大。因此，作为优选的，如图2所示，所述反力支架体系包括反力墙、后靠背、底板(图未示)和反力支架，所述底板铺设在始发井的地面上，所述反力墙、后靠背和反力支架沿顶管掘进方向依次设置，所述反力墙与始发井的两侧壁刚性连接，所述后靠背与所述反力墙刚性连接，所述反力支架固定安装在所述底板上，所述反力支架上安装有多个顶进装置，所述顶进装置的一端用于推动管片掘进，另一端抵靠在所述后靠背上。其中，所述反力支架位于顶管掘进方向的前方，后靠背位于所述反力墙和反力支架之间，所述顶进装置为液压千斤顶。另外，图2中显示的是叠线顶管施工中的下层顶管施工时反力支架体系的结构示意图，为了简化说明，上层顶管施工时反力支架体系中的反力支架、顶进装置、顶铁、管片和导轨等部件省略了。
36.可以理解，本发明的反力支架体系，通过在始发井内沿顶管掘进方向依次设置反力墙、后靠背和反力支架，将反力墙与始发井的两侧壁刚性连接，后靠背与反力墙刚性连接，而反力支架则固定安装在铺设于始发井地面上的底板上，安装在反力支架上的多个顶进装置的一端连接顶铁以推动管片掘进，多个顶进装置的另一端则抵靠在后靠背上，当顶
进装置推动管片进行顶管施工时，反力支架、后靠背、反力墙以及始发井两侧壁构成的反力体系可以提供足够的反力，并且顶管顶进过程中产生的反顶力可以均匀地分布在反力墙上，保证顶管施工顺利进行。
37.可选地，所述后靠背采用钢靠背盒，钢靠背盒自身的垂直度、与轴线的垂直度对顶进工作至关重要，为保证力的均匀传递，钢靠背盒根据实际顶进轴线放样安装时，将钢靠背盒作为钢模板与反力墙的混凝土模板一起安装，浇筑混凝土反力墙，从而保证钢靠背盒与混凝土反力墙及始发井墙壁充分接触，这样，顶管顶进中产生的反顶力能更加均匀地分布在内衬墙上。其中，钢靠背盒的安装高程偏差不超过5mm，水平偏差不超过7mm。
38.可选地，所述反力支架体系还包括反力撑，所述反力撑设置在所述反力墙的后方，并分别与反力墙、始发井的侧壁刚性连接。通过在反力墙的后方设置反力撑，可以有效加强反力墙与始发井侧壁之间的连接强度，提高反力效果。作为进一步优选的，所述反力撑的数量为多个，多个反力撑沿所述反力墙的高度方向均匀间隔设置。其中，所述反力撑的截面形状为矩形、三角形或者梯形。
39.可以理解，如图3和图4所示，所述反力支架包括呈阵列排布的多根立柱，每根立柱的底端与所述底板固定连接，每根立柱与其横向相邻和纵向相邻的立柱之间通过型钢连接，优选采用剪式连接结构，所述型钢优选采用[12型槽钢。可选地，所述立柱的底部四角与所述底板之间焊接有三角钢板，以加强立柱与底板之间的连接稳定性，所述三角形钢板的直角边的长度为10cm/20cm。可选地，每横排立柱的顶部焊接有工字钢，从而形成多排工字钢，而多排工字钢的顶部设置有作业平台。其中，多排工字钢的顶部架设有方木并铺装底模以形成作业平台；或者，多排工字钢的顶部铺设有直接钢板以形成作业平台。其中，所述工字钢优选采用22a工字钢。
[0040]
可选地，根据始发井的实际施工尺寸，所述反力支架包括8排立柱，每排有7根立柱，一共56根立柱，且横向相邻和纵向相邻的立柱之间的距离为1.5m。其中，所述立柱采用φ609mm的钢管立柱。在本发明的其它实施例中，可以根据始发井的施工尺寸对反力支架的阵列排布方案进行适应性调整。
[0041]
可以理解，在所述步骤s2中，所述顶管设备优选采用多刀盘土压平衡顶管机，其基本原理是电机通过安装在隔舱板上的减速器驱动、旋转刀盘，刀盘切削掌子面并将切削下来的泥土在泥土仓内进行土体改良形成塑性体泥团，通过螺旋出土器控制排土量来平衡土压力和地下水压力。顶管机下部设有螺旋输送机的喂料口，切削下来的土体通过螺旋输送机排出。由于前壳体被隔舱板隔离成前面的土压仓和后面的动力仓两部分，地下水无法渗透进来，所以多刀盘土压平衡顶管机可在高地下水位以下进行顶管施工有效控制地面沉降。其中，所述多刀盘土压平衡顶管机的规格可以采用9.1m
×
5.5m和6.9m
×
4.9m，9.1m
×
5.5m顶管机机头共布置七个刀盘，其中大刀盘直径4200mm，采用8台30千瓦电机，电机转速1470r/m；2 个中等刀盘直径为2980mm，采用4台30千瓦电机，电机转速1470r/m； 2个中等刀盘直径2520mm，采用3台30千瓦电机，电机转速1470r/m；两个小刀盘直径1450mm，采用1台37千瓦电机，电机转速1470r/m。全断面总面积49.968m2，总切削面积41.082m2，整个刀盘切削率为82.2％，总搅拌面积37.208m2，搅拌率为74.4％。而6.9m
×
4.9m顶管机机头共布置6个刀盘，1个直径2980mm刀盘、2个直径2800mm刀盘、3个直径 2400mm刀盘，刀盘前后错开布置，直径2400mm刀盘前置，直径2800mm 和2980mm刀盘后置。6个刀盘均采用3台30kw电动机驱
动，电机转速 1470r/min，刀盘转速0～1.5r/min，刀盘最大扭矩570kn*m。全断面总面积34.808m2，总切削面积31.849m2，整个刀盘切削率为91.5％，总搅拌面积29.065m2，搅拌率为83.5％。
[0042]
其中，所述矩形顶管机的具体安装过程为：在已浇筑好的始发井结构底板上安装始发导轨，基座安装完成后应满足轴线、标高要求，并固定牢靠。然后，进行矩形顶管机前壳体的下分体、上分体吊装，按吊点起吊前壳体下分体吊放至基坑导轨基座前端并对齐中线，再按吊点吊装前壳体上分体下井后放至下分体上方并中线对其，调整下分体与上分体连接位置后，用螺栓连接固定。然后，将矩形顶管机动力系统分件吊装至井下，与前壳体动力系统连接位置进行连接并将螺栓拧紧固定。矩形顶管机中后壳体出厂前已装配好各组件，按吊点起吊下井后放至前壳体尾部，用小千斤顶顶进至前壳体末端连接位置后将前后壳体通过纠偏油缸联接，为防止漏浆前后壳体之间安装了两条密封胶圈。再将单个螺旋输送机下井后缓慢吊至前后壳体空腔内，用手拉葫芦倒挂螺旋输送机中下端吊点，人工协助缓慢将螺旋输送机送至泥舱预留孔洞内，并与隔舱板螺栓连接，螺栓紧固定后用扁钢将螺机与前上壳体连接，起到支撑作用。然后，将顶管机刀盘依次单个吊放下井安装。另外，顶管机整机在出厂前需安装调试好，为了便于运输，将顶管机拆分成几大部件运输到施工现场，为了检验运输和吊装过程中机器有无异常，在顶管机吊入工作井内安装完成后必须再次调试。
[0043]
在顶管机始发前，需破除预留洞门范围内钻孔灌注围护桩背土面钢筋，至迎土面钢筋外露为止，在顶管机正式始发时再将剩余钢筋割除，并清理工作井内破除洞门所产生的混凝土渣及杂物并检查确认洞门范围内无剩余钢筋。可以理解，洞口混凝土的凿除作业过程具体为：
[0044]
1)、确定凿除范围，测量放线定始发门凿除范围，顶管外轮廓尺寸为 9100
×
5500mm和6900
×
4900mm，洞门止水圈预留约15cm的建筑空隙，以方便洞门止水圈施工及顶管进口，故凿除面积尺寸应为9400
×
5800mm 和7200
×
5200mm。
[0045]
2)、搭设脚手架，在洞圈内搭设钢管脚手架，铺设5cm厚木板作为走道板，以提供作业人员作业位置，在初步洞门凿除时，脚手架可为落地式脚手架，以方便凿除施工，脚手架要稳固可靠，当最后将混凝土分块割除时，脚手架应为倒挂脚手架，保证人员工作高度在割除块混凝土之上。
[0046]
3)、观察土体加固状况，在洞门中心处采用水钻钻一个观察孔，以观察洞外土体加固状况，然后根据探孔及渗水情况，决定是否对土体进行补充加固。
[0047]
4)、凿除洞门围护桩，根据施工现场情况，将预留洞口处顶管机顶进时所遇到的桩找出并做标记，编号1-7号桩，从上往下，由外向内间隔清除钻孔桩，先从编号1、7号桩开始，每次凿除厚度1/2桩径，约600mm 厚，每次凿除前，先用水锯进行钻孔取样，当发现桩后软弱或存在涌水、塌陷及其它不良地质时，要及时与设计联系，地质未经加固处理前不得凿除洞门。1号、7号部分桩桩身凿除1/2后，观测基坑围护变形情况，未发现异常后，再凿除3、5号部分桩边凿除钻孔桩混凝土，边切除外漏桩基钢筋。其余部分重复上述步骤，每一层凿除完毕清理后才可以凿除下一层。所有标记桩凿除1/2后，观测基坑围护变形情况，未发现异常后，再由外向内间隔清除剩余钻孔桩内部混凝土，凿除前，先用水钻内部凿桩仍然从上往下，由外向内，重复外部凿桩顺序。最后对凿除范围进行修整、加固。
[0048]
5)、清除混凝土块，洞门凿除过程中随凿除量的增大，需清理界面混凝土块，保证
凿除平整，顶管机能顺利二次顶进，将凿除下的混凝土块清除到一侧，吊至地面。
[0049]
6)、检查界面，凿除完毕后对钢环及掌子面范围进行全方位检查，检查是否存在侵入顶管机工作面影响始发的因素并排除。
[0050]
可选地，在进行顶管始发顶进之前还包括以下内容：
[0051]
在始发井的洞圈上安装帘布橡胶板密封洞圈。
[0052]
可以理解，洞圈与管节间存在着15cm的建筑空隙，在顶管始发及正常顶进过程中极易出现外部土体及膨润土触变泥浆涌入始发井内的严重质量安全事故，为防止此类事故发生，施工前在洞圈上安装1道帘布橡胶板密封洞圈，橡胶板采用12mm厚钢压板作靠山，压板的螺栓孔采用腰子孔形式，以利于顶进过程中可随管节位置的变动而随时调节，保证帘布橡胶板的密封性能。
[0053]
可以理解，在所述步骤s4中，将第一件管片吊入始发井内，并将其与矩形顶管机、顶铁对接好后即可开始始发顶进施工。当第一件管片顶进完成后，再吊入第二件管片进行正常顶进施工，随着管片的不断接入，顶管设备不断前进，从始发井移动至接收端，直至所有管片顶进结束。并且，在顶管顶进的过程中不断向管节外壁与土体之间注入膨润土触变泥浆，一方面可以起到润滑减摩的作用，另一方面还可以临时起到填补和支撑核心土的作用。
[0054]
可选地，在始发顶进进洞前，要先在洞口处安装止水带，其作用是防止顶管机进洞时正面的水土涌入工作井内，其另一个作用是防止顶进施工时压入的减阻泥浆从此处流失，保证能够形成完整有效的泥浆套。另外，若始发井为粉质黏土等不良土层，必须在顶管顶进方向距离工作井边一定范围，对整个土体进行改良或加固，采用高压旋喷桩加固洞门前方土体，以达到洞门止水和提高洞门前方土体强度，防止掘进机始发时塌方。另外，当顶管机切口进入始发加固土区域时，注水减慢顶进速度(顶进速度控制在0.5～1cm/min)，润滑切削面，减小机头正面土压力，密切注意并调整出土量，确保每节管节出土量略大于理论出土量，同时派专人负责观察洞门范围内围护结构的变形情况，以确保顶管机设备完好和洞口结构稳定性。
[0055]
可选地，在顶管机顶入止水带内后，在测量监控下顶管机继续顶进，至主顶行程伸足，并在顶管机的尾部烧焊限位块，防止主顶千斤顶缩回时，顶管机在正面土体作用下退回。在缩回主顶千斤顶，吊放管节拼接好，千斤顶就位后割除限位块，继续顶进。始发后，顶管机和其后的过渡管节用钢板连在一起，形成一个整体，顶管机和过渡管节连在一起后增加了稳定性，防止顶管机头始发后因机头前端过重而载头，对始发后的一个阶段的顶进施工十分有利，同时也便于在以后的顶进施工中对顶管机进行控制。
[0056]
可以理解，在洞圈内的支护桩全部破除后，应立即开始顶进机头，由于正面为全断面的素混凝土墙和高压旋喷加固的水泥土，为保护刀盘，顶进速度应放慢。另外，可能会出现螺旋机出土困难，必要时可加入适量清水来软化或润滑水泥土。顶管机进入原状土后，为防止机头“磕头”，宜适当提高顶进速度，使正面土压力稍大于理论计算值，以减少对正面土体的扰动及出现地面沉降。
[0057]
另外，因始发洞门预埋钢环和机壳间存在15cm的间隙，且无始发井的帘布橡胶板等洞口防水结构，顶管机头始发时容易引起水土流失，严重时会导致上部土体沉降、损害地下管线，所以必须采取相应的措施，确保顶管机头始发安全。可选地，在顶管到达距始发洞
口6m后，开始停止第一节管节的压浆(即压注膨润土触变泥浆)，并在以后顶进中压浆位置逐渐后移，保证顶管始发前形成完好的6m左右的土塞，避免在始发过程中减摩泥浆的大量流失而造成管节周边摩阻力骤然上升。在顶管机切口进入洞口加固区域时，应适当减慢顶进速度，调整出土量，逐渐减小机头正面土压力，以确保顶管机设备完好和洞口结构稳定。
[0058]
可以理解，本发明采用土压平衡式顶管机，其利用压力仓内的土压力来平衡开挖面的土体，达到对顶管正前方开挖面土体支护的目的，并控制好地面沉降。因此，平衡土压力的设定是顶进施工的关键，在本发明中，土压力采用rankine压力理论进行计算，具体计算公式为：
[0059]
p＝k0rz p1[0060]
其中，p表示管节的侧向土压力，k0表示土体的侧向系数，z表示覆土深度，p1表示超载系数，选用20kn/m2，r表示填土的重度。
[0061]
另外，随着顶进的不断进行，土压力值应根据其它实际顶进参数、地面沉降监测数据作相应的调整。
[0062]
另外，在顶进的初始阶段，顶进速度不宜过快，一般控制在5～ 10mm/min左右，正常施工阶段可控制在10～20mm/min左右。在顶管作业过程中，管内的出泥量要与顶进的取泥量相一致，出泥量大于顶进取泥量，地面会沉降，出泥量小于顶进取泥量，地面会隆起.这都会造成管道周围的土体扰动，只有控制出泥量与顶进取泥量相一致，才不会影响管道周围的土体，从而才能保证地面不受影响，而要作到出泥量与取泥量一致的关键是严格控制土体切削掌握的尺度，防止超量出泥。因此，在顶进过程中需严格控制出土量，防止超挖或欠挖，正常情况下出土量控制在理论出土量的98％～100％，9.1m
×
5.5m一节管节的理论出土量为75m3，出土采用吊斗吊送至地面的集土坑内，考虑加入润滑泥浆因素，实际一节管节出土量在83-90m3左右。而6.9m
×
4.9m一节管节的理论出土量为51m3，出土采用吊斗吊送至地面的集土坑内，考虑加入润滑泥浆因素，实际一节管节出土量在55-60m3左右。
[0063]
可选地，每节管节在安装前需先粘贴止水圈和木衬垫，并对管节与管节的接口部分进行嵌填，并保证管节与顶管设备的机体处于同心同轴状态。管节相连后，应在同一轴线，不应有夹角、偏转，受力面应均匀。
[0064]
可以理解，由于本发明采用的矩形顶管机断面尺寸大，机头自重较大，重量194.23t，当顶管机进入原状土层中遇在土质较差地区极易出现机头进洞栽头的现象。因此，为了防止此类事情发生，在顶管顶进过程中，在端头预设范围(一般为1～1.5倍顶管机长度)内布设加固桩以提高前方土体强度，并且在顶管设备的机头进洞时，将机头和后面的管节用拉杆连接起来，使之成为一个整体，并在导轨上用两个手拉葫芦间隔一米拉紧，使得机头沿着导轨方向顺利前进，并对洞口进行注浆，注浆完毕后对洞口的砖缝处钻洞做实验，检测是否有水涌出，若出现水涌则增加注浆排数，直至不出现水涌为止，确保掘进机头顺利进洞。
[0065]
可以理解，在顶管顶进过程中，顶进轴线和设计轴线经常会发生偏差，因而要采取纠偏措施，减小顶进轴线和设计轴线间偏差值，使之尽量趋向一致。可选地，在顶管顶进过程中，在始发井内利用激光经纬仪按设计顶进轴线打出激光束，射在顶管机中心的光靶上，顶进过程中可以从监视器内观察到轴线的偏差，当检测到顶进轴线与预设轴线出现偏离时，通过顶管设备上的多组液压油缸对顶进轴线进行纠偏动作。其中，纠偏动作是通过顶管
机上的纠偏铰产生折角而进行的，顶管机为二段一铰结构，顶管机长径比(即纠偏灵敏度)为l/d＝1.08。纠偏系统由4台50t双作用油缸及控制阀件组成，4组油缸呈斜向45
°
正交布置，每个纠偏油缸都通过万向铰将顶管掘进机前后壳体连接在一起，使顶管掘进机能在一定范围内任意做出纠偏动作。4组纠偏油缸由4个三位四通电磁换向阀控制，每个油缸的前后腔均安装有平衡阀，当纠偏油泵关闭时，平衡阀能将油缸前后腔油路关闭，使油缸内始终保持高压，确保纠偏动作的可靠。因此，当顶进轴线发生偏差时，通过调节多个纠偏油缸的伸缩量，使偏差值逐渐减小并回至设计轴线位置。在施工过程中应贯彻“勤测、勤纠、缓纠”的原则，不能剧烈纠偏，以免对砼管节和顶进施工造成不利影响。其中，顶管轴线的偏差控制要求为：高程 30mm，-50mm；水平： 50mm。
[0066]
可以理解，由于矩形顶管掘进机的断面较大，前端阻力大，实际施工中，即使管节顶进了较长距离，而每次拼装管节或加垫块时，主顶油缸一回缩，机头和管节仍会一起后退20～30cm。当顶管机和管节往后退时，机头和前方土体间的土压平衡受到破坏，土体面得不到稳定支撑，易引起机头前方的土体坍塌，若不采取一定的措施，路面和管线的沉降量将难以得到控制。因此，作为优选的，本发明在前基座(基座靠近始发井的一端) 的两侧各安装一套止退架，所述止退架的底部焊接固定在基座上，所述止退架上开设有销孔，当需要加装木垫块或拼装管节时，利用一个销子插入所述止退架上的小孔和管节的吊装孔内，防止管节后退。其中，所述止退架采用两根28#a槽钢焊接在一起，并同时与基座焊接在一起，两根槽钢和基座形成一个三角形结构。
[0067]
可以理解，膨润土是以钾、钙、钠蒙脱石为主要成分(含量一般大于 65％)的粘土矿物，具有膨胀性和触变性，膨润土泥浆的触变性，有助于顶进管节在地层间运动时成为减摩剂，以粘性液体减小摩阻力，并在静止时成为凝胶体支撑地层。其中，所述膨润土触变泥浆的组分包括膨润土、水、纯碱和cmc(粉末化学浆糊)。膨润土触变泥浆的拌制要严格按照操作规程进行，施工期间要求泥浆不失水、不沉淀、不固结既要有一定的粘度，也要有良好的流动性。本发明经过长期的理论分析和现场试验，制定了触变泥浆的多个评价指标，包括比重、粘度、ph值和失水率，基于这几个指标来综合评价触变泥浆的性能，并获得了最优配比。其中，最优配比为：每立方米的触变泥浆中包括200kg膨润土、850kg水、6kg纯碱和 2.5kgcmc，得到的触变泥浆的比重为1.1～1.15g/cm3、粘度为1～2s0、ph 值为7、失水率小于25cm3/30min，制得的触变泥浆既具有良好的流动性，又不失水、不沉淀、不固结且具有一定的粘度，可以起到很好的减摩作用和临时支撑作用。
[0068]
另外，触变泥浆的注浆压力大小和稳定性会对土体的移动有影响，正常顶进过程中，如果注浆压力过大，会对管节周围的土体造成挤压，使土体发生侧向位移和地面隆起现象，如果注浆压力过小，则浆液无法顺利地填补管道与周围土体之间的空隙，无法形成浆套，不能达到注浆的预期效果。同时，注浆压力不稳定，则会对土体产生扰动，破坏土体的结构，从而引起沉降，尤其是后期的固结沉降。因此，合理的注浆压力应既能使浆液顺利注入管段外壁，又能不严重地扰动地层，作为优选的，实际施工中注浆压力取矩形顶管机大刀盘中心刀头处测得的土压力值(地下水压力和自重土压力之和)。进一步地，为使顶进时形成的间隙及时用润滑泥浆所填补，形成泥浆套，达到减少摩阻力及地面沉降的目的，压浆时必须坚持“随顶随压、逐孔压浆、全线补浆、浆量均匀”的原则，注浆压力尽量控制在0.3mpa左右。为了达到理想减摩注浆效果，在每节管节上均匀布置 10个压浆孔，顶进时压浆孔要及
时有效的跟踪压浆，补压浆的次数和压浆量应根据施工时的具体情况来确定。
[0069]
可选地，在顶管顶进过程中，当遇到不良土层时，通过设在顶管设备上的注浆孔向其土仓内注入矿物类改良剂，以改善土仓内土体的塑性、流动性和止水性。当具有良好止水性的土充满螺旋输送机的壳体内时，地下水就不会产生喷发，保证施工安全。另外，在顶管机刀杆后焊有多根搅拌棒，加入矿物类改良剂后通过搅拌棒的不断搅拌，使得矿物类改良剂与挖掘下来的土砂搅拌均匀，使改良后的土体变得具有良好的塑性、流动性和止水性。
[0070]
目前，常用的改良剂材料主要分为四类：矿物类材料，高吸水性树脂材料，纤维类、多糖类及负离子类材料，表面活性材料和硅溶胶。本发明优选采用矿物类改良剂，其包括膨润土浆液、泡沫剂和渣土，其中，膨润土浆液由膨润土和水配置而成。在施工时，采用膨润土与水比例为1:8的膨润土浆液，渣土与膨润土浆液、泡沫剂比例为1:0.08:0.003，制成的矿物类改良剂具有较大的稠度，其c型粘度计值在8000～10000之间，比重在1.30～1.50之间。而且，塑性和流动性都很好的土充满泥土仓时，泥土仓内的土压力是比较均匀，这就使检测到的土压力较准确，而且使泥土仓内的土压力能较好地平衡掘进机所处土层的静止土压力和地下水压力，才能做到真正的土压平衡。
[0071]
可以理解，在所述步骤s5中，顶管机拆解分块与顶管机安装基本相同，顶管机到达接收端后进行顶管机拆解、吊出的顺序依次为刀盘、前壳体上分体、前壳体下分体、中后壳体，螺旋输送机和动力系统吊装前在壳体内拆解后，最后再吊出，吊出的各部件包括前壳体上分体、前壳体下分体、动力系统、中后壳体、螺旋输送机等。每块拆解完成后立即装车，采用大型液压平板拖车转运，运输前对运输线路进行实地考察，运输过程中，确保每个部件固定可靠，并做充分的防护措施，防止顶管机运输过程中出现损坏及发生事故，从接收端沿导轨输送至始发井后，再从始发井吊出。其中，弃壳内衬混凝土采用地泵浇筑，泵车放置在始发井内，通过泵管连接到浇筑作业面，内衬顶板采用钢模板，模板上共预留6个灌注孔，均匀布置。灌注孔由钢模板、混凝土导管及止流蝶阀预制而成，灌注混凝土时可依次启用灌注孔，通过止流蝶阀的启闭控制，防止已灌注的混凝土从灌注孔倒流。
[0072]
可选地，在顶管机进行拆解之前，首先应对弃壳区域土体进行加固，以达到提高土体强度及封水的效果。具体地，根据设计要求采用水平袖阀管对弃壳段土体进行注浆加固，同时，为确保加固效果，顶管机顶进到位后，采用机壳预留注浆孔对机壳外缝隙进行注浆封堵。
[0073]
另外，为防止路面沉降和损害地下管线，接收施工时必须采取相应的措施，让顶管机头顺利到达接收端。具体地，在顶管到达距接收端6m时，开始停止第一节管节的压浆，并在以后顶进中压浆位置逐渐后移，保证顶管接收前形成完好的6m左右的土塞，避免在接收过程中减摩泥浆的大量流失而造成管节周边摩阻力骤然上升，并且，在顶管机切口进入接收端洞口加固区域时，应适当减慢顶进速度，调整出土量，逐渐减小机头正面土压力，以确保顶管机设备完好和洞口结构稳定。
[0074]
另外，在顶管顶进结束后，管节间的缝隙需采用双组分聚硫密封膏填充。嵌缝前必须将缝隙内的杂质、油污清理干净，做到平整、干净、干燥，配制好的聚硫膏在缝两侧先刮涂一遍，第二次在缝中刮填密封膏到所需高度，并压紧刮平，防止带入气泡而影响强度和水密性。密封膏的表干时间为24h，7天后才达到80％强度，在密封膏在未充分固化前要注意保护，防止浸水。
[0075]
可以理解，在顶管顶进施工完成后，管节与土体之间填充的是膨润土触变泥浆，触变泥浆虽然可以起到临时支撑核心土的作用，但无法起到长时间有效支撑，核心土无法固结。因此，为减少土体沉降，加强顶管通道整体防水性能，在顶管机推进到位后，用弧形钢板焊接封堵，将通道两端洞门与管节/机壳间的间隙封堵，并向管节外壁与土体之间注入水泥浆以对膨润土触变泥浆进行置换，固结核心土。待水泥浆凝结后(一般在24小时以上)方可拆除注浆管路，并换上闷盖将注浆孔封堵。具体的注浆过程为：将原注浆泵清洗之后，接入储浆桶，开启注浆泵，浆液压注先从管节底部开始，按管节顺序依次奇数节压注，之后从顶管通道尾部偶数节往前压注，底部压注完成后，按如上顺序压注管节中部，最后是管节顶部，循环直到完成，再关闭所有阀门，保压十分钟，保压时注浆压力为0.2mpa。可以理解，通过采用平衡压力的多点循环定向注浆方案，注浆过程以量控为主、压控为辅，以终孔注浆效果评估控制注浆结束条件，确保了核心土固结效果满足强度要求。
[0076]
可以理解，核心土的固结强度的大小会影响叠线顶管施工中的上层顶管施工时的顶管姿态控制，当核心土固结强度未达到0.2mpa，容易出现顶管机栽头破坏既有下方顶管管片，而当核心土固结强度超过2mpa，容易出现顶管机上扬后超挖致使地面塌陷。因此，如何选择水泥浆的组分配比以将核心土的固结强度控制在目标范围内至关重要。作为优选的，本发明选用水泥、粉煤灰、膨胀剂和水作为水泥浆制备的优选组合材料，其最优配比为：每立方米的水泥浆中包括300kg水泥、420kg粉煤灰、64kg 膨胀剂和660l水，制得的水泥浆的各性能指标为：比重1.45、粘稠度 10～11cm、沁水率＜3％、膨胀率2％～3％。
[0077]
可选地，在全部管节顶进结束后，在始发洞口的顶板和底板施作后浇梁对管节进行限位，防止管节位移。但是，后浇梁处为防水薄弱点，因此还需采用防水措施，具体为：在后浇梁内预埋封堵钢环，注入水泥浆填充管节与围护结构、后浇梁之间的间隙，在后浇梁与围护结构、后浇梁与预埋封堵钢环、预埋封堵钢环与围护结构的施工缝处布置遇水膨胀橡胶条。
[0078]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。