超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法，包括：確定隧道線路軸線，設(shè)置始發(fā)井和接收井；將頂管機(jī)安裝于所述始發(fā)井內(nèi)的導(dǎo)軌上進(jìn)行調(diào)試；頂管機(jī)沿隧道線路軸線掘進(jìn)，于所述始發(fā)井內(nèi)拼裝管節(jié)；頂管機(jī)達(dá)到所述接收井時(shí)，將管節(jié)與頂管機(jī)分離，隧道貫通；通過管節(jié)上的注漿孔向管節(jié)外圍注入固化漿液，加固隧道周邊土體；于所述始發(fā)井和所述接收井處的管節(jié)和結(jié)構(gòu)內(nèi)襯墻連接位置澆筑井接頭。本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法，實(shí)現(xiàn)頂管機(jī)的出入洞和非開挖的掘進(jìn)施工，實(shí)現(xiàn)了超大型全斷面矩形掘進(jìn)施工。解決了現(xiàn)有超大型全斷面矩形頂管施工中面臨大斷面、長距離、以及曲線掘進(jìn)中所遇的難題。
【專利說明】超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及隧道工程領(lǐng)域，尤指一種超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法，其掘進(jìn)通道內(nèi)凈尺寸大于5mX8m，或掘進(jìn)切削面積不小于60m2，且掘進(jìn)超大斷面尺寸滿足人行、機(jī)動(dòng)車行使用功能。

【背景技術(shù)】
[0002]矩形頂管機(jī)在隧道工程中應(yīng)用越來越多，相對(duì)于圓形頂管機(jī)可以有效利用空間，減小地下掘進(jìn)土方，用于人行、車輛等地下通道不需要再進(jìn)行地面鋪平工序，節(jié)省時(shí)間還能降低成本。目前，現(xiàn)有的土壓平衡矩形頂管的截面為尺寸較小的矩形，主要應(yīng)用于地鐵人行通道、高壓電纜等工程的非開挖施工。
[0003]隨著城市地下空間的大規(guī)模開發(fā),有效利用地下空間資源是目前大城市必須解決的主要問題。為滿足城市建設(shè)的需求，矩形隧道將面臨大斷面、長距離、曲線掘進(jìn)等新的挑戰(zhàn)，針對(duì)大截面矩形掘進(jìn)，中國在先專利CN203640741U公開了一種大形矩形截面組合式頂管掘進(jìn)機(jī)設(shè)備，包括由若干臺(tái)同一標(biāo)準(zhǔn)矩形截面的矩形頂管掘進(jìn)機(jī)按不同矩形截面尺寸組合排列拼裝組成的頂管掘進(jìn)機(jī)總成和設(shè)置在頂管掘進(jìn)機(jī)總成后端的矩形連接框架，通過采用多臺(tái)同一標(biāo)準(zhǔn)矩形截面的矩形頂管掘進(jìn)機(jī)按照不同的組合排列方式拼裝組成不同尺寸的大形矩形頂管掘進(jìn)機(jī)，接近施工隧道截面尺寸，以滿足隧道使用要求。
[0004]上述采用小尺寸矩形掘進(jìn)機(jī)拼裝組成適配大尺寸隧道的方法，不屬于全斷面施工，在實(shí)際使用中，各個(gè)矩形掘進(jìn)機(jī)受到的土體壓力不同，產(chǎn)生施工不穩(wěn)定因素，而且，如果遇到曲線隧道掘進(jìn)施工，其控制難度大，施工質(zhì)量及安全無法保證。
[0005]對(duì)大斷面進(jìn)行全斷面施工，需要配備適合斷面尺寸大小的矩形頂管機(jī)，大尺寸的矩形頂管機(jī)相應(yīng)需配備大刀盤，通過大刀盤對(duì)斷面土體進(jìn)行切削，該矩形頂管機(jī)在掘進(jìn)過程中，面臨大斷面、長距離、曲線掘進(jìn)等挑戰(zhàn)，是目前矩形隧道施工中極需解決的難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法，解決超大型全斷面矩形頂管施工中面臨大斷面、長距離、以及曲線掘進(jìn)的挑戰(zhàn)難題，采用適配大斷面的頂管機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)施工，確保施工質(zhì)量及安全，還提供了施工過程中所遇到的如轉(zhuǎn)角控制、土體改良、以及止水保壓等難題的解決方法。
[0007]實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是:
[0008]本發(fā)明一種超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法，包括:
[0009]確定超大斷面矩形隧道線路軸線，設(shè)置滿足大斷面頂管掘進(jìn)的始發(fā)井和接收井；
[0010]頂管機(jī)沿隧道線路軸線掘進(jìn)，于所述始發(fā)井內(nèi)拼裝管節(jié)；
[0011]頂管機(jī)達(dá)到所述接收井時(shí)，將管節(jié)與頂管機(jī)分離，隧道貫通；
[0012]通過管節(jié)上的注漿孔向管節(jié)外圍注入固化漿液，加固隧道周邊土體；
[0013]于所述始發(fā)井和所述接收井處的管節(jié)分別與結(jié)構(gòu)內(nèi)襯墻連接位置澆筑井接頭。
[0014]本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法，提供了一種適用超大型全斷面的頂管機(jī)，通道內(nèi)凈尺寸大于5mX Sm，或掘進(jìn)切削面積不小于60m2，頂管機(jī)沿設(shè)計(jì)隧道線路掘進(jìn)施工，通過設(shè)置始發(fā)井和接收井，實(shí)現(xiàn)頂管機(jī)的出入洞和非開挖的掘進(jìn)施工，實(shí)現(xiàn)了超大型全斷面矩形掘進(jìn)施工。解決了現(xiàn)有超大型全斷面矩形頂管施工中面臨大斷面、長距離、以及曲線掘進(jìn)中所遇的難題。
[0015]本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，在頂管機(jī)沿隧道線路軸線掘進(jìn)之前還包括將頂管機(jī)安裝于所述始發(fā)井內(nèi)的導(dǎo)軌上進(jìn)行調(diào)試的步驟。
[0016]本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述頂管機(jī)分段吊裝入所述始發(fā)井內(nèi)，然后于所述始發(fā)井內(nèi)組裝調(diào)試，所述頂管機(jī)包括設(shè)于前端的大刀盤和設(shè)于所述大刀盤后方的偏心刀盤，掘進(jìn)過程中，先啟動(dòng)大刀盤運(yùn)轉(zhuǎn)再啟動(dòng)偏心刀盤運(yùn)轉(zhuǎn)。分段吊裝頂管機(jī)，減輕運(yùn)輸和吊裝的重量，解決了頂管機(jī)體型大、吊裝難的問題。采用大刀盤和偏心刀盤的組合實(shí)現(xiàn)先后切削土體，全斷面覆蓋，實(shí)現(xiàn)隧道的全斷面施工。
[0017]本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述頂管機(jī)掘進(jìn)過程中，對(duì)斷面的土體進(jìn)行分區(qū)循環(huán)壓注式改良，包括:
[0018]對(duì)所述大刀盤處注入泡沫進(jìn)行土體改良，所述泡沫的注入率適配于大刀盤的扭矩；
[0019]對(duì)所述小刀盤處注入聚合物泥漿進(jìn)行土體改良，所述聚合物泥漿的注入率適配于對(duì)應(yīng)的小刀盤的扭矩，所述聚合物泥漿包括高分子聚合物、鈉基膨潤土、以及水，以I: 4: 99的配比混合形成。
[0020]本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，設(shè)置所述始發(fā)井時(shí)，于所述始發(fā)井的后端面處設(shè)置鋼后靠，以供支撐所述頂管機(jī)的后頂千斤頂，于所述鋼后靠外側(cè)的墻體內(nèi)設(shè)置旋噴樁加固。通過設(shè)置鋼后靠將頂管機(jī)的后頂千斤頂?shù)淖饔昧Ψ稚⒃趬w上，通過旋噴樁加固墻體，增加墻體的強(qiáng)度，以滿足頂管機(jī)的后頂千斤頂?shù)淖饔昧σ蟆?br> [0021]本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，設(shè)置所述始發(fā)井時(shí)，于所述始發(fā)井的洞門處設(shè)置保壓止水裝置，設(shè)置止水裝置包括:
[0022]提供止水箱體，于所述止水箱體內(nèi)側(cè)壁焊接鋼板束和鋼絲刷；
[0023]將所述止水箱體一端環(huán)設(shè)于所述始發(fā)井的洞門圈，另一端通過壓板固定連接襪套，根據(jù)所述頂管機(jī)的機(jī)頭姿態(tài)調(diào)整壓板位置；
[0024]于所述止水箱體上設(shè)置對(duì)應(yīng)所述鋼板束和所述鋼絲刷之間的壓注孔，通過所述壓注孔將盾尾油脂壓注于所述鋼板束與所述鋼絲刷之間；止水箱體上設(shè)置壓力表和受PLC程序控制的自動(dòng)球閥壓注孔，通過PLC程序自動(dòng)控制壓注油脂，保持止水箱體內(nèi)的止水壓力。采用鋼板束、鋼絲刷以及襪套，實(shí)現(xiàn)多重止水功能，同時(shí)還涂抹有盾尾油脂，起到了輔助潤滑的作用，提高了施工中的始發(fā)井洞門處的防水保壓和潤滑效果。
[0025]本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，于所述始發(fā)井內(nèi)拼裝管節(jié)包括:
[0026]提供管節(jié)吊運(yùn)翻轉(zhuǎn)裝置，用行車將所述管節(jié)吊運(yùn)翻轉(zhuǎn)裝置吊至管節(jié)；
[0027]操控所述管節(jié)吊運(yùn)翻轉(zhuǎn)裝置，控制被動(dòng)端和主動(dòng)端夾持所述管節(jié)，將所述被動(dòng)端的方銷和所述主動(dòng)端的方銷插設(shè)于所述管節(jié)上的連接孔內(nèi)；
[0028]利用行車將所述管節(jié)吊運(yùn)翻轉(zhuǎn)裝置和所述管節(jié)吊高，控制所述主動(dòng)端和所述被動(dòng)端的方銷轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)被夾持的所述管節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)至預(yù)定的裝配角度；
[0029]再將所述管節(jié)吊送至所述始發(fā)井內(nèi)進(jìn)行拼裝。通過采用管節(jié)吊運(yùn)翻轉(zhuǎn)裝置，實(shí)現(xiàn)管節(jié)的自動(dòng)化翻身，縮短了管節(jié)吊運(yùn)以及翻身的時(shí)間，降低工程風(fēng)險(xiǎn)。
[0030]本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，拼裝管節(jié)時(shí)，將后頂千斤頂回縮前設(shè)置止退裝置，設(shè)置止退裝置包括:
[0031]于頂管基座的兩側(cè)安裝反力架；
[0032]于所述反力架上分別設(shè)置止退銷；
[0033]將所述止退銷插入管節(jié)兩側(cè)的吊裝孔內(nèi)，然后將后頂千斤頂回縮，進(jìn)行管節(jié)拼裝?？s回后頂千斤頂后，管節(jié)會(huì)產(chǎn)生倒退現(xiàn)象，采用止退裝置抵住管節(jié)倒退，確保管節(jié)拼裝的順利進(jìn)行。止退裝置通過止退銷將管節(jié)的后退力依次傳遞至反力架、頂管基座，最終傳至底板面上。
[0034]本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述頂管機(jī)掘進(jìn)過程中，還包括頂管機(jī)的轉(zhuǎn)角控制，所述轉(zhuǎn)角控制包括:
[0035]測量所述頂管機(jī)的姿態(tài)轉(zhuǎn)角，判斷頂管機(jī)姿態(tài)轉(zhuǎn)角是否在偏差范圍內(nèi)，超過偏差范圍則進(jìn)行如下操作:
[0036]當(dāng)頂管機(jī)姿態(tài)轉(zhuǎn)角小于±0° 30'時(shí)，改變頂管機(jī)的刀盤轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角控制；
[0037]當(dāng)頂管機(jī)姿態(tài)轉(zhuǎn)角大于±0° 30'時(shí)，根據(jù)所述姿態(tài)轉(zhuǎn)角的方向注入改良土，同時(shí)改變頂管機(jī)的刀盤轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角控制，所述改良土包括原狀土、膨潤土、以及水。采用針對(duì)性的轉(zhuǎn)角控制方法，適用于大斷面矩形頂管施工，有效控制矩形頂管機(jī)的轉(zhuǎn)角。
[0038]本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，根據(jù)所述頂管機(jī)超大斷面的特征，于管節(jié)上設(shè)置受PLC程序控制的自動(dòng)球閥注漿孔，通過PLC程序自動(dòng)控制壓注減摩泥漿至所述管節(jié)與土層之間，于所述管節(jié)的外圍形成一定壓力的減摩泥漿護(hù)套，所述減摩泥漿包括水、膨潤土、以及聚合物。
[0039]本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，于所述注漿孔上連接注漿管路，所述注漿管路包括注漿總管和多個(gè)注漿支管，將所述注漿支管的第一端分別采用三通或二通相互并接于所述注漿總管上，再將所述注漿支管的第二端連接所述注漿口 ；在所述注漿總管與所述注漿支管之間安裝用于控制所述注漿口啟閉的電動(dòng)球閥，所述電動(dòng)球閥控制連接于PLC控制器，所述PLC控制器控制所述電動(dòng)球閥采用左右單點(diǎn)循環(huán)壓注的方式使所述注漿口向所述管節(jié)外表面與所述土體之間壓注所述減摩泥漿。
[0040]本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，在所述頂管機(jī)掘進(jìn)過程中，還包括:
[0041]拌制改良土體；
[0042]在所述頂管機(jī)的頂部及底部設(shè)置壓泥口，在所述壓泥口上連接壓泥管路；
[0043]于所述管節(jié)的推進(jìn)過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測土體沉降情況，通過所述壓泥管路對(duì)沉降區(qū)域的所述管節(jié)與土體之間壓注所述改良土體，抬升所述沉降區(qū)域。
[0044]本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述固化漿液包括水泥和熟石灰，注入的固化漿液與所述減摩泥漿混合形成可固化的混合液。注入固化漿液使得管節(jié)與土層之間的間隙形成固化層，加固土層的強(qiáng)度，很好的控制地面沉降。
[0045]本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，于頂管機(jī)的后殼體處設(shè)置糾偏中繼間，對(duì)所述頂管機(jī)的姿態(tài)進(jìn)行糾偏及調(diào)整所述頂管機(jī)的頂進(jìn)方向；
[0046]所述頂管機(jī)掘進(jìn)一定距離后，當(dāng)后頂千斤頂?shù)目偼屏Υ笥陬~定推力的60%時(shí)，于管節(jié)之間設(shè)置頂進(jìn)中繼間，對(duì)所述頂進(jìn)中繼間之前的管節(jié)和頂管機(jī)施加推力；
[0047]當(dāng)所述頂進(jìn)中繼間的推力達(dá)到額定推力的70%至80%時(shí)，繼續(xù)于管節(jié)之間設(shè)置頂進(jìn)中繼間，使得所述頂管機(jī)在所述后頂千斤頂和所述頂進(jìn)中繼間的推力作用下向前掘進(jìn)。采用糾偏中繼間對(duì)頂管機(jī)的姿態(tài)進(jìn)行糾正以及調(diào)整頂管機(jī)的頂進(jìn)方向，滿足曲線隧道施工要求，采用頂進(jìn)中繼間實(shí)現(xiàn)對(duì)頂管機(jī)頂力的接力作用，滿足長距離隧道施工要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0048]圖1為本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法中頂管機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖2為本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法中止水裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050]圖3為本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法中頂管機(jī)在始發(fā)井出洞過程的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0051]圖4為本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法中土體改良時(shí)頂管機(jī)前端面的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0052]圖5為本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法中前殼體的端面示意圖；
[0053]圖6為本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法中后殼體的端面示意圖；
[0054]圖7為本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法中減摩注漿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055]圖8為本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法中土體補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056]圖9為本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法中管節(jié)吊運(yùn)翻轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0057]圖10為本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法中管節(jié)吊運(yùn)翻轉(zhuǎn)裝置夾持管節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0058]圖11為本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法中使用止退裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0059]圖12為本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法中止退裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0060]圖13為本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0061]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0062]參閱圖13，顯示了本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法的流程圖。本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法，通過隧道設(shè)計(jì)、專用矩形頂管機(jī)設(shè)備和頂管始發(fā)接收施工，在出洞止水裝置、組合刀盤全斷面切削土體、自動(dòng)化管節(jié)吊運(yùn)和翻身裝置、特定的止退裝置、控制周邊土體變形、頂管機(jī)轉(zhuǎn)角控制、土體改良、隧道貫通后注漿固化土體等針對(duì)性技術(shù)措施上提出了創(chuàng)新的方法，使得矩形頂管施工在大斷面、長距離、曲線隧道施工中邁上一個(gè)新的臺(tái)階。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法進(jìn)行說明。
[0063]參閱圖13，顯示了本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法的流程圖。下面結(jié)合圖13對(duì)本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法進(jìn)行說明。
[0064]如圖13所示，本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法包括:
[0065]執(zhí)行步驟S11，確定隧道線路軸線，設(shè)置始發(fā)井和接收井。超大型全斷面矩形隧道，其掘進(jìn)通道內(nèi)凈尺寸大于5mX Sm，或掘進(jìn)切削面積不小于60m2，且掘進(jìn)超大斷面尺寸滿足人行、機(jī)動(dòng)車行使用功能。隧道線路軸線設(shè)計(jì)為直線單坡推進(jìn)，推進(jìn)坡度小于±2%，根據(jù)隧道設(shè)計(jì)的線路，設(shè)置始發(fā)井和接收井，始發(fā)井內(nèi)的基座坡度需要與隧道設(shè)計(jì)線型相一致，接收井內(nèi)制作鋼結(jié)構(gòu)基座，基座軌面標(biāo)高需要根據(jù)頂管機(jī)到達(dá)接收井時(shí)的實(shí)測姿態(tài)確定。始發(fā)井的后端面處設(shè)置鋼后靠，用來支撐頂管機(jī)的后頂千斤頂，鋼后靠將后頂千斤頂?shù)捻斄Ψ稚⒆饔迷谑及l(fā)井的墻體上，作用為加固墻體，在鋼后靠外側(cè)的墻體內(nèi)設(shè)置旋噴樁加固，力口固的厚度為9米，深度在頂管底面以下3米，應(yīng)滿足無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于1.5MPa。接著執(zhí)行步驟S12。
[0066]執(zhí)行步驟S12，將頂管機(jī)安裝于始發(fā)井內(nèi)的導(dǎo)軌上進(jìn)行調(diào)試。本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工采用的頂管機(jī)，結(jié)合圖1所示，頂管機(jī)包括依次拼裝連接的大刀盤101、偏心刀盤102、前殼體103、后殼體105、螺旋機(jī)104、以及后頂進(jìn)裝置107，為減輕運(yùn)輸和吊裝重量，將頂管機(jī)分段吊入始發(fā)井內(nèi)，在始發(fā)井內(nèi)進(jìn)行組裝調(diào)試。分為前殼體103和后殼體105兩段進(jìn)行吊裝，前殼體103也可以繼續(xù)分解為兩段，分段吊裝解決了頂管機(jī)體型大、吊裝難的問題。頂管機(jī)的大刀盤101設(shè)于頂管機(jī)的前端中心位置，采用輻條式結(jié)構(gòu)，由均布的六根輻條以及內(nèi)外兩圈環(huán)板組成，通過大刀盤101對(duì)土層進(jìn)行切削。偏心刀盤102為多個(gè)，設(shè)置在大刀盤101的后方，負(fù)責(zé)切削大刀盤101覆蓋不到的區(qū)域。較佳地，偏心刀盤102為四個(gè)，設(shè)于頂管機(jī)前端的四角處，互成中心對(duì)稱，各自切削的區(qū)域相等，于大刀盤101的后方做偏心運(yùn)動(dòng)，與大刀盤101 —起實(shí)現(xiàn)了全斷面切削覆蓋。在頂管機(jī)掘進(jìn)過程中，先啟動(dòng)大刀盤101運(yùn)轉(zhuǎn)，大刀盤101運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，再開啟偏心刀盤102運(yùn)轉(zhuǎn)。螺旋機(jī)104負(fù)責(zé)將刀盤切削的土體從土艙內(nèi)輸送到隧道內(nèi)的土箱內(nèi)，后頂進(jìn)裝置10用于為頂管機(jī)和管節(jié)106提供動(dòng)力，后頂進(jìn)裝置10包括后頂千斤頂，后頂千斤頂?shù)暮蠖说挚坑谑及l(fā)井內(nèi)的鋼后靠，前端抵靠于管節(jié)106，為頂管機(jī)提供推力，使得頂管機(jī)向前掘進(jìn)。
[0067]頂管機(jī)內(nèi)配套有特制的中繼間系統(tǒng)，該中繼間系統(tǒng)包括糾偏中繼間與頂進(jìn)中繼間兩種。糾偏中繼間緊靠后殼體105，用于對(duì)頂管機(jī)的姿態(tài)進(jìn)行糾偏及調(diào)整頂管機(jī)的頂進(jìn)方向；頂進(jìn)中繼間是在頂管機(jī)頂進(jìn)至一定里程后使用，其前后都是普通管節(jié)，通過將頂進(jìn)中繼間前的管節(jié)和頂管機(jī)一起向前頂進(jìn)來達(dá)到對(duì)頂力進(jìn)行接力的作用。糾偏中繼間每根油缸頂力為250t，總頂力7500t，油缸行程200mm，糾偏角度為上下1.2度、左右0.8度，總重量約80t ;頂進(jìn)中繼間每根油缸頂力為250t，總頂力7500t，油缸行程200mm，不帶糾偏功能。
[0068]對(duì)頂管機(jī)內(nèi)進(jìn)行緊湊性集成化設(shè)計(jì):針對(duì)液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)進(jìn)行緊湊性集成化設(shè)計(jì)。液壓技術(shù)采用緊湊型液壓元器件，并對(duì)其進(jìn)行高度集成和優(yōu)化。電氣系統(tǒng)技術(shù)將頂管機(jī)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、密封油脂潤滑系統(tǒng)、泥水系統(tǒng)、土體改良系統(tǒng)集合一體監(jiān)控，并采用遠(yuǎn)程控制模塊設(shè)計(jì)。輔助系統(tǒng)技術(shù)將車架內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行合理布置，提高空間利用率。
[0069]頂管機(jī)在始發(fā)井內(nèi)拼裝調(diào)試好后，接著執(zhí)行步驟S13。
[0070]執(zhí)行步驟S13，頂管機(jī)沿隧道線路軸線掘進(jìn)，于始發(fā)井內(nèi)拼裝管節(jié)。結(jié)合圖2和圖3所示，在頂管機(jī)掘進(jìn)前，與始發(fā)井的洞門處設(shè)置止水裝置20，設(shè)置止水裝置20包括:
[0071]提供止水箱體201，在止水箱體201的內(nèi)側(cè)壁焊接鋼板束202和鋼絲刷203，鋼板束202設(shè)于靠近始發(fā)井的洞門圈207處，鋼絲刷203設(shè)于遠(yuǎn)離始發(fā)井的洞門圈207處，將止水箱體201的一端固定于始發(fā)井的洞門圈207，止水箱體201和洞門圈207通過螺栓緊固，止水箱體201的另一端通過壓板205固定連接襪套204，根據(jù)頂管機(jī)10的機(jī)頭姿態(tài)調(diào)整壓板205的位置，頂管機(jī)10向前頂進(jìn)出洞時(shí)，依次將襪套204、鋼板束202、鋼絲刷203壓制于頂管機(jī)10的外壁和土層之間，在鋼板束202和鋼絲刷203之間涂抹有盾尾油脂，通過襪套204、鋼板束202、鋼絲刷203以及盾尾油脂起到防水保壓的作用，提高了施工中止水保壓以及潤滑的效果。鋼板束202和鋼絲刷203均具有一定的彈性并向頂管機(jī)10出始發(fā)井并進(jìn)入洞門的方向彎折，受頂管機(jī)10的外壁壓迫以密封于頂管機(jī)10的外壁和土層之間的縫隙中。在止水箱體201上于鋼板束202和鋼絲刷203焊接位置之間設(shè)有壓注孔206，通過壓注孔206實(shí)現(xiàn)盾尾油脂的實(shí)時(shí)壓注補(bǔ)充，使得鋼板束202和鋼絲刷203之間始終有盾構(gòu)油脂。止水箱體201上設(shè)置體有壓力表和受PLC程序控制的自動(dòng)球閥壓注孔，通過PLC程序自動(dòng)控制壓注油脂，保持止水箱體內(nèi)的止水壓力。
[0072]頂管機(jī)通過后頂千斤頂?shù)耐屏Α⒁约按蟮侗P101和偏心刀盤102對(duì)土層的切削，向前頂進(jìn)施工，在頂管機(jī)掘進(jìn)過程中，為保證機(jī)頭正面被刀盤切削的泥土能攪拌均勻并順利的由螺旋機(jī)104排出，在刀盤切削攪拌過程中，需要對(duì)斷面的土體進(jìn)行改良，土體改良方法包括:結(jié)合圖4所示，頂管機(jī)的前端面上，對(duì)大刀盤101處的大刀盤區(qū)域1011注入泡沫進(jìn)行土體改良，該泡沫的注入率適配于大刀盤101的扭矩；該泡沫為泡沫劑和水混合形成，泡沫濃度為3%，發(fā)泡率為15，注入率為10% ±5%，在大刀盤101上設(shè)置四個(gè)加注孔，其中兩個(gè)加注孔注入水，兩個(gè)加注孔注入泡沫劑，由數(shù)臺(tái)注水泵和發(fā)泡機(jī)進(jìn)行注入供給，且安裝有流量計(jì)，可以實(shí)時(shí)檢測管路出口是否堵塞，以便采取清堵措施，保證土體改良的順利進(jìn)行。大刀盤101的扭矩以2500kN.m為基準(zhǔn)，將泡沫的注入率控制在10% ±5%，即當(dāng)大刀盤的扭矩大于2500kN.m時(shí)，控制泡沫的注入率在10%至15%，當(dāng)大刀盤的扭矩小于2500kN.m時(shí)，控制泡沫的注入率在5%至10%，當(dāng)大刀盤的扭矩等于2500kN.m時(shí)，控制泡沫的注入率為10%，實(shí)際施工中，大刀盤的扭矩一般應(yīng)控制在2500kN.m以內(nèi)。對(duì)偏心刀盤102處偏心刀盤區(qū)域1021注入聚合物泥漿進(jìn)行土體改良，該偏心刀盤區(qū)域1021為頂管機(jī)前端面的四角區(qū)域，聚合物泥漿的注入率適配于對(duì)應(yīng)的偏心刀盤102的扭矩，聚合物泥漿包括高分子聚合物、鈉基膨潤土、以及水，以1: 4: 99的配比混合形成，初始粘度> 40s，注入率10%±2%。偏心刀盤的扭矩以150kN.m為基準(zhǔn)，將聚合物泥漿的注入率控制在10% ±2%，SP當(dāng)偏心刀盤的扭矩大于150kN.m時(shí)，控制聚合物泥漿的注入率在10%至12%，當(dāng)偏心刀盤的扭矩小于150kN.m時(shí)，控制聚合物泥漿的注入率在8%至10%，當(dāng)偏心刀盤的扭矩等于150kN.m時(shí)，控制聚合物泥漿的注入率為10%，實(shí)際施工中，偏心刀盤的扭矩一般應(yīng)控制在150kN.m以內(nèi)。偏心刀盤區(qū)域1021處的土體改良,便于頂管機(jī)順利切削土體和排洛,在土倉胸板上設(shè)置多個(gè)加注孔，上密下疏分布，該加注孔用于加注聚合物泥漿，對(duì)切削土進(jìn)行改良。同時(shí)，胸板上還設(shè)有多根前伸至土倉前端的注水孔，用于沖洗偏心刀盤，防止刀盤結(jié)泥餅，并起到以水沖擊來軟化泥土的作用。較佳地，土倉胸板上設(shè)置有13個(gè)加注孔，還設(shè)有10根注水孔。
[0073]本文中所提到的高分子聚合物包括大分子量、中分子量的聚丙烯酸鹽、纖維素鹽、抗鹽抗鈣劑、以及改性土，該高分子聚合物中還可以包括大分子量、中分子量的增效添加齊U。高分子聚合物用于配置初始的基礎(chǔ)漿液，大、中分子量的聚合物材料與有益顆粒(切削下的活性土或膨潤土)之間，顆粒與顆粒之間相互吸附，形成布滿整個(gè)泥水空間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)框架，將自由水和土顆粒包圍其結(jié)構(gòu)中，以提高泥漿的粘度切力，降低濾失量，完成造漿護(hù)壁的初始漿液。
[0074]頂管機(jī)掘進(jìn)過程中，還包括控制頂管機(jī)的轉(zhuǎn)角，通過下述方法進(jìn)行轉(zhuǎn)角控制:
[0075]首先實(shí)時(shí)測量頂管機(jī)的姿態(tài)轉(zhuǎn)角，判斷頂管機(jī)的姿態(tài)轉(zhuǎn)角是否在偏差范圍內(nèi)，如果超出了偏差范圍則進(jìn)行如下操作，當(dāng)頂管機(jī)姿態(tài)轉(zhuǎn)角小于±0° 30'時(shí)，通過改變頂管機(jī)的刀盤轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)角控制，改變刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向，使得刀盤反轉(zhuǎn)；當(dāng)頂管機(jī)姿態(tài)轉(zhuǎn)角大于±0° 30'時(shí)，根據(jù)姿態(tài)轉(zhuǎn)角的方向注入改良土，同時(shí)改變頂管機(jī)的刀盤轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角控制，該改良土包括原狀土、膨潤土以及水。壓注改良土采用對(duì)頂管機(jī)的前殼體和后殼體的斜對(duì)角雙區(qū)域同時(shí)壓注，壓注改良土對(duì)頂管機(jī)轉(zhuǎn)向施加反力矩、反力偶距達(dá)到控制轉(zhuǎn)角的目的，解決對(duì)大力距糾偏時(shí)僅采用刀盤轉(zhuǎn)向的方法控制轉(zhuǎn)角的效果不理想影響、施工質(zhì)量的問題。結(jié)合圖5和圖6所示，顯示了頂管機(jī)前殼體和后殼體的斷面結(jié)構(gòu)示意圖，將頂管機(jī)的前殼體103和后殼體105分別沿橫向和縱向的中垂線劃分為四個(gè)區(qū)域，前殼體103劃分為第一區(qū)域1031、第二區(qū)域1032、第三區(qū)域1033、和第四區(qū)域1034，后殼體105劃分為第一區(qū)域1051、第二區(qū)域1052、第三區(qū)域1053、和第四區(qū)域1054，沿前殼體和后殼體劃分好的區(qū)域邊緣設(shè)置注漿孔，前殼體103的第一區(qū)域1031和第二區(qū)域1032分別沿邊緣設(shè)置有四個(gè)注漿孔，第三區(qū)域1033和第四區(qū)域1034分別沿邊緣設(shè)置有三個(gè)注漿孔，后殼體的第一區(qū)域1051、第二區(qū)域1052、第三區(qū)域1053、和第四區(qū)域1054分別設(shè)置有兩個(gè)注漿孔，通過注漿孔壓注改良土進(jìn)行轉(zhuǎn)角控制。當(dāng)頂管姿態(tài)轉(zhuǎn)角大于-0° 30'時(shí)，為逆時(shí)針超標(biāo)時(shí)，向前殼體的第二區(qū)域1032和第四區(qū)域1034、后殼體的第一區(qū)域1051和第三區(qū)域1053內(nèi)的注漿孔壓注改良土，通過壓注改良土對(duì)矩形頂管轉(zhuǎn)向施加反力矩、反力偶距，同時(shí)，調(diào)整刀盤順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，達(dá)到控制轉(zhuǎn)角的目的。當(dāng)頂管姿態(tài)轉(zhuǎn)角大于+0° 30,時(shí)，為順時(shí)針超標(biāo)時(shí)，向前殼體的第一區(qū)域1031和第三區(qū)域1033、后殼體的第二區(qū)域1052和第四區(qū)域1054內(nèi)的注漿孔壓注改良土，同時(shí)，調(diào)整刀盤逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)矩形頂管的轉(zhuǎn)角控制。
[0076]頂管機(jī)掘進(jìn)過程中，采用在管節(jié)外圍形成減摩泥漿護(hù)套，輔助控制土層變形，減小管節(jié)頂進(jìn)過程中的摩阻力，實(shí)現(xiàn)控制地面沉降的變化。具體包括:
[0077]于管節(jié)上設(shè)置貫通的注漿孔，較佳地，每節(jié)管節(jié)的頂部設(shè)置一組兩個(gè)兩寸的注漿孔，在頂進(jìn)過程中可以選擇注漿，補(bǔ)充頂進(jìn)過程中土體損失和輔助糾偏。通過注漿孔壓注減摩泥漿到管節(jié)與土層之間的間隙，形成減摩泥漿護(hù)套，避免管節(jié)與土層直接接觸，減小摩阻力。減摩泥漿包括水、膨潤土、以及高分子聚合物，較佳的配合比為195: 13: 5。通過調(diào)試壓漿系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行攪拌以及壓注，該調(diào)試壓漿系統(tǒng)設(shè)備包括地面供水系統(tǒng)、用于漿液拌制的地面拌漿系統(tǒng)、管節(jié)內(nèi)注漿管路加裝自動(dòng)球閥、以及PLC控制器，管節(jié)內(nèi)注漿管路分成左右兩路，各自獨(dú)立注漿，PLC控制器控制地面供水系統(tǒng)、地面拌漿系統(tǒng)按照配比拌制減摩泥漿，拌制完成后，控制地面拌漿系統(tǒng)持續(xù)攪拌30分鐘以上，使得減摩泥漿充分拌勻，拌制好的減摩泥漿通過地面拌漿系統(tǒng)輸送至儲(chǔ)漿桶中，發(fā)酵12小時(shí)以上，在通過PLC控制器控制管道泵將發(fā)酵完成后的減摩泥漿送至注漿管路，并控制注漿管路上的注漿孔依次開啟、關(guān)閉自動(dòng)球閥，通過注漿管路將減摩泥漿注入到管節(jié)與土層之間的間隙內(nèi)，PLC控制器記錄并控制壓注量以及壓注壓力，地面實(shí)時(shí)檢測壓鑄區(qū)域的地面沉降變化。頂管機(jī)四周的減摩泥漿注漿孔從前殼體的后部分開始設(shè)置，壓注到管節(jié)外圍的減摩泥漿在管節(jié)與土層之間形成均勻的減摩泥漿護(hù)套，避免機(jī)身與土層直接接觸，減小摩擦阻力，使得頂進(jìn)更加順利。頂管機(jī)的前殼體前端的大尺寸鋼套環(huán)因遲遲等于切削輪廓，可以很到的堵住刀盤的切削平面，防止泥漿流入土倉造成損耗。減摩泥漿可以保證在長時(shí)間狀態(tài)下不會(huì)沉淀硬結(jié)，始終保持穩(wěn)定潤滑性能，PLC控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，保持24小時(shí)不間斷的均勻補(bǔ)漿，及時(shí)補(bǔ)充漿液向土層逸散的損耗。
[0078]結(jié)合圖7所示，管節(jié)上開設(shè)有注漿孔501，減摩注漿系統(tǒng)由地面供水系統(tǒng)、地面拌漿系統(tǒng)、井下漿液壓注管路系統(tǒng)及電動(dòng)球閥PLC控制系統(tǒng)構(gòu)成，地面供水系統(tǒng)及地面拌漿系統(tǒng)用于拌制減摩泥漿，井下漿液壓注管路系統(tǒng)包括注漿管路502，注漿管路502由2寸注漿總管5021及多道相互并接于注漿總管上的注漿支管5022構(gòu)成，注漿總管5021自地面供水系統(tǒng)和地面拌漿系統(tǒng)分兩路由G點(diǎn)和g點(diǎn)分別接入頂管機(jī)的內(nèi)部，由G點(diǎn)和g點(diǎn)接入的兩道注漿總管5021分別沿管節(jié)內(nèi)壁布設(shè)于管節(jié)的左右兩邊，對(duì)頂管機(jī)的左右兩邊獨(dú)立注漿。注漿總管5021的中部通過三通連通注漿支管5022的第一端，注漿總管5021的末端則通過二通連通注漿支管5022的第一端，注漿支管5022的第二端連接管節(jié)上的注漿孔501，注漿孔501均勻布設(shè)于管節(jié)的管壁一周。電動(dòng)球閥PLC控制系統(tǒng)包括一 PLC控制器504及控制連接于PLC控制器504的多個(gè)電動(dòng)球閥503。在注漿總管5021的中部，電動(dòng)球閥503通過安裝于三通連通于注漿總管5021與注漿支管5022之間，用于控制注漿孔501的啟閉；在注漿總管5021的末端，電動(dòng)球閥503通過安裝于注漿支管5022上連通于注漿總管5021與注漿支管5022之間，并且在二通與注漿支管5022的第一端之間連接一電子壓力計(jì)，用于配合電動(dòng)球閥503監(jiān)控注漿管路502內(nèi)的壓力。通過PLC控制器504控制電動(dòng)球閥503實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化壓注，提高施工質(zhì)量及效率。根據(jù)PLC控制器504內(nèi)設(shè)置的PLC程序，在管節(jié)推進(jìn)過程中，采用左右單點(diǎn)循環(huán)壓注的自動(dòng)壓注方式，如:A-B-C-D-E-F_A，a-b-c-d-e-f-a，對(duì)管節(jié)的外表面與掘進(jìn)土體之間進(jìn)往復(fù)注漿，壓注點(diǎn)位順序可根據(jù)程序做相應(yīng)改動(dòng)。注漿支管上還連通有手動(dòng)球閥，用于手動(dòng)控制注漿孔501的啟閉。
[0079]結(jié)合圖8所示，在管節(jié)的推進(jìn)過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測土體沉降情況，通過土體補(bǔ)償系統(tǒng)控制土體的沉降，該土體補(bǔ)償系統(tǒng)包括壓泥設(shè)備602及壓泥管路603，壓泥設(shè)備602頂部設(shè)有一加泥斗6021，用于將施工出土添加膨潤土漿液改良后的土體送至壓泥設(shè)備602，壓泥管路603的第一端連接壓泥設(shè)備602，壓泥管路603的第二端連接壓泥口 601，壓泥口 601均勻布設(shè)于管節(jié)外管壁的頂部及底部，通過壓泥管路603對(duì)管節(jié)的泥漿套外側(cè)與土體之間進(jìn)行壓泥以抬高土體，補(bǔ)償土體沉降。具體步驟包括:拌制改良土體；在管節(jié)的頂部及底部設(shè)置壓泥口，在壓泥口上連接壓泥管路；于管節(jié)的推進(jìn)過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測土體沉降情況，通過壓泥管路對(duì)沉降區(qū)域的管節(jié)與土體之間壓注改良土體，抬升沉降區(qū)域。改良土由切削的土體加入膨潤土和水混合而成。
[0080]頂管機(jī)頂進(jìn)過程中的土壓平衡值，根據(jù)不同覆土工況設(shè)定控制，上中下分別設(shè)置有土壓力計(jì)，根據(jù)不同標(biāo)高綜合考慮土壓力，如果土體改良不均時(shí)，以中部土壓力值為準(zhǔn)。土壓力值預(yù)先根據(jù)公式P = Ktl* Y *z計(jì)算，并通過監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋調(diào)整確定Ktl值，再按該切口平衡壓力P進(jìn)行施工控制。在出洞段時(shí)，出洞加固區(qū)和原狀土分界處，土壓力有可能突變，應(yīng)控制頂力不大于總推力的30%,同時(shí)控制頂管機(jī)推進(jìn)速度為5mm/min至15mm/min。原狀土頂進(jìn)按理論出土量的98%至100%進(jìn)行控制，適當(dāng)欠挖，加固區(qū)時(shí)按理論出土量的100%至102%進(jìn)行控制，適當(dāng)超挖。頂管機(jī)沿設(shè)定軸線頂進(jìn)土層一定距離后，通過中繼間系統(tǒng)調(diào)整頂管機(jī)的姿態(tài)以及頂進(jìn)方向，其中糾偏中繼間用于對(duì)頂管機(jī)的姿態(tài)進(jìn)行糾偏及調(diào)整頂管機(jī)的頂進(jìn)方向。當(dāng)后頂千斤頂?shù)目偼屏Υ笥陬~定推力的60%時(shí)，開啟頂進(jìn)中繼間，于管節(jié)之間設(shè)置頂進(jìn)中繼間，對(duì)頂進(jìn)中繼間前方的管節(jié)和頂管機(jī)施加推力，形成頂力的接力作用。每當(dāng)頂進(jìn)中繼間的推力達(dá)到其額定推力的70%至80%時(shí)，開啟頂進(jìn)中繼間，于管節(jié)之間設(shè)置頂進(jìn)中繼間，使得頂管機(jī)在后頂千斤頂和各個(gè)頂進(jìn)中繼間的作用下向前掘進(jìn)。
[0081]頂管機(jī)沿設(shè)定軸線向前掘進(jìn)，于始發(fā)井內(nèi)在頂管機(jī)的后方拼裝管節(jié)，通過管節(jié)吊運(yùn)翻轉(zhuǎn)裝置將待拼裝的管節(jié)吊送至始發(fā)井內(nèi)，結(jié)合圖9和圖10所示，顯示了管節(jié)吊運(yùn)翻轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)，管節(jié)吊運(yùn)翻轉(zhuǎn)裝置30包括吊架305、吊耳304、被動(dòng)端301、主動(dòng)端302、以及控制箱303，吊架305包括有兩個(gè)吊臂，被動(dòng)端301設(shè)于一個(gè)吊臂的端部，主動(dòng)端302設(shè)于另一個(gè)吊臂的端部，吊耳304設(shè)于吊架305上，用于將吊架305吊起，控制箱303設(shè)于吊架305的一個(gè)吊臂上，控制箱303控制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)被動(dòng)端301和主動(dòng)端302運(yùn)動(dòng)。被動(dòng)端301處設(shè)有方銷3011，主動(dòng)端302處設(shè)有方銷3012，控制箱303控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)方銷3011和方銷3012轉(zhuǎn)動(dòng)。始發(fā)井內(nèi)拼裝管節(jié)的方法包括:
[0082]用行車將管節(jié)吊運(yùn)翻轉(zhuǎn)裝置30通過吊耳304吊至待拼裝的新管節(jié)106處；
[0083]操控控制箱303，控制被動(dòng)端301和主動(dòng)端302將新管節(jié)106夾持住，操控被動(dòng)端301對(duì)應(yīng)的控制按鈕，使得被動(dòng)端301處的方銷3011通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)緩慢伸出吊架305進(jìn)入管節(jié)106上對(duì)應(yīng)的方形孔內(nèi)，同時(shí)操控主動(dòng)端302對(duì)應(yīng)的控制按鈕，使得主動(dòng)端302處的方銷3021進(jìn)入管節(jié)106上對(duì)應(yīng)的方形孔內(nèi)，形成主動(dòng)端302和被動(dòng)端301將管節(jié)106夾持的狀態(tài)；
[0084]利用行車將管節(jié)吊運(yùn)翻轉(zhuǎn)裝置30和被夾持的管節(jié)106—起吊高，吊起高度較佳為11米，然后控制被動(dòng)端301和主動(dòng)端301驅(qū)動(dòng)管節(jié)106轉(zhuǎn)動(dòng)，控制器303上設(shè)有旋轉(zhuǎn)按鈕，通過操控旋轉(zhuǎn)按鈕，控制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)減速器通過主動(dòng)端302的傳動(dòng)結(jié)構(gòu),帶動(dòng)主動(dòng)端302的方銷3021轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得管節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，被動(dòng)端301處的方銷3011隨著主動(dòng)端302的方銷3021轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)管節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)至所需要的角度時(shí)，操作松開旋轉(zhuǎn)按鈕，由于主動(dòng)端302有機(jī)械制動(dòng)功能，使得整個(gè)管節(jié)立即停止在所需要的角度；
[0085]再通過行車將管節(jié)吊送至始發(fā)井內(nèi)進(jìn)行拼裝，將管節(jié)與頂管機(jī)后方的管節(jié)連接固定，新管節(jié)的拼裝就完成了。
[0086]管節(jié)的單節(jié)重量達(dá)到約73T，采用傳統(tǒng)吊具施工管節(jié)翻轉(zhuǎn)時(shí)翻轉(zhuǎn)速度無法控制，翻轉(zhuǎn)時(shí)慣性產(chǎn)生額外沖量，降低安全性能，容易發(fā)生事故；用在大斷面矩形頂管施工中，需要很多輔助設(shè)施，施工效率低、耗時(shí)長。自動(dòng)化管節(jié)吊運(yùn)翻身裝置由橫擔(dān)式吊架、吊臂動(dòng)力端、吊臂被動(dòng)端、電器控制箱組成。該管節(jié)吊運(yùn)翻身裝置長11.7米，高6.7米。為了可以使管節(jié)吊運(yùn)翻身裝置方便運(yùn)輸，管節(jié)吊運(yùn)翻身裝置的動(dòng)力端和被動(dòng)端與橫擔(dān)式吊架采用螺栓和銷連接，這樣的設(shè)計(jì)，需要很多螺栓連接，以達(dá)到足夠的強(qiáng)度。將管節(jié)吊運(yùn)翻身裝置拆卸成6個(gè)總成，即主動(dòng)端總成、被動(dòng)端總成、吊架總成、傳感器總成、吊臂總成、電器箱總成。
[0087]在拼裝管節(jié)過程中，需要先將后頂千斤頂回縮，然后連接新的管節(jié)，再將后頂千斤頂伸出繼續(xù)頂進(jìn)，在后頂千斤頂回縮后，管節(jié)與周邊土體的摩阻力小于頂管機(jī)前端壓力，使得管節(jié)會(huì)倒退，在施工中采用止退裝置，阻止管節(jié)的倒退現(xiàn)象。結(jié)合圖11和圖12所示，拼裝管節(jié)時(shí)，在后頂千斤頂回縮錢設(shè)置止退裝置40，止退裝置40包括反力架401和止退銷402，反力架401包括支撐框和連接支撐框的斜支架，止退銷402設(shè)于支撐框上對(duì)應(yīng)管節(jié)106上的吊裝孔。設(shè)置止退裝置的步驟包括:于頂管基座108的兩側(cè)固定安裝反力架401，將反力架401固定于頂管基座108上，反力架401上的止退銷402插入管節(jié)106兩側(cè)的吊裝孔內(nèi)，止退銷402使得管節(jié)106止退，使后退力依次沿止退銷402、反力架401、頂管基座108，最終傳至底板面。設(shè)置完止退裝置40后，將后頂進(jìn)裝置107回縮，拼裝新的管節(jié)，然后再伸出后頂進(jìn)裝置107，拆除止退裝置40的，再繼續(xù)頂進(jìn)施工。
[0088]頂管機(jī)沿設(shè)定軸線掘進(jìn)施工，達(dá)到接收井處，接著執(zhí)行步驟S14。
[0089]執(zhí)行步驟S14，頂管機(jī)達(dá)到接收井時(shí)，將管節(jié)與頂管機(jī)分離，隧道貫通。根據(jù)隧道設(shè)計(jì)線形，接收井內(nèi)制作鋼結(jié)構(gòu)基座，基座軌面標(biāo)高需要根據(jù)頂管機(jī)到達(dá)接收井時(shí)的實(shí)測姿態(tài)確定，頂管機(jī)全部坐落在基座上，管節(jié)全部達(dá)到設(shè)計(jì)位置后，使用頂管機(jī)后部的千斤頂，使得頂管機(jī)與管節(jié)脫開。頂管機(jī)后部與管節(jié)連接處有一組100T千斤頂，當(dāng)隧道貫通，所有管節(jié)達(dá)到預(yù)定位置后，伸出該組千斤頂，使得頂管機(jī)和管節(jié)脫開。接著執(zhí)行步驟S15。
[0090]執(zhí)行步驟S15，通過管節(jié)上的注漿孔向管節(jié)外圍注入固化漿液，加固隧道周邊土體。隧道貫通后，管節(jié)外圍與土層之間的間隙內(nèi)填充有減摩泥漿，由于該減摩泥漿在長時(shí)間狀態(tài)下不會(huì)沉淀硬結(jié)，為有效控制地面沉降和提高隧道防水性能，通過管節(jié)上的注漿孔想管節(jié)外圍注入固化漿液，使得固化漿液與減摩泥漿混合形成可固化的混合液。固化后的混合液加固了隧道內(nèi)的土層，有效控制地面沉降以及隧道防水性能。固化漿液包括水泥和熟石灰，與減摩泥漿混合，形成一定強(qiáng)度的固化層，穩(wěn)定周邊土層，控制后期的地面沉降。該固化泥漿原材料的配合比為，水泥:熟石灰:水=1: 0.8: 1.5。接著執(zhí)行步驟S16。
[0091]執(zhí)行步驟S16，于始發(fā)井和接收井處的管節(jié)分別與結(jié)構(gòu)內(nèi)襯墻連接位置澆筑井接頭。隧道貫通后，在始發(fā)井和接收井處的管節(jié)和結(jié)構(gòu)內(nèi)襯墻的位置處澆筑井接頭，完成隧道的掘進(jìn)施工。
[0092]本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法的有益效果為:
[0093]本發(fā)明超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法，提供了一種適用超大型全斷面的頂管機(jī)，沿設(shè)計(jì)隧道線路掘進(jìn)施工，通過設(shè)置始發(fā)井和接收井，實(shí)現(xiàn)頂管機(jī)的出入洞和非開挖的掘進(jìn)施工，實(shí)現(xiàn)了超大型全斷面矩形掘進(jìn)施工。解決了現(xiàn)有超大型全斷面矩形頂管施工中面臨大斷面、長距離、以及曲線掘進(jìn)中所遇的難題。
[0094]頂管機(jī)采用組合刀盤，實(shí)現(xiàn)了全斷面的施工，適用于大斷面的頂管施工。
[0095]采用止水裝置，起到多重止水以及輔助潤滑的作用，提高了施工中的止水保壓以及潤滑的效果。
[0096]采用管節(jié)吊運(yùn)翻身裝置，縮短了管節(jié)吊運(yùn)和翻身的時(shí)間，降低工程風(fēng)險(xiǎn)。
[0097]采用轉(zhuǎn)角控制，有效控制頂管機(jī)的姿態(tài)轉(zhuǎn)角，確保頂管機(jī)沿設(shè)定軸線掘進(jìn)施工，有效控制施工質(zhì)量。
[0098]采用注入固化漿液，起到穩(wěn)定周邊土體，控制地面沉降和隧道防水的功能。
[0099]以上結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可根據(jù)上述說明對(duì)本發(fā)明做出種種變化例。因而，實(shí)施例中的某些細(xì)節(jié)不應(yīng)構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定，本發(fā)明將以所附權(quán)利要求書界定的范圍作為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法，其特征在于，包括: 確定超大斷面矩形隧道線路軸線，設(shè)置滿足大斷面頂管掘進(jìn)的始發(fā)井和接收井； 頂管機(jī)沿隧道線路軸線掘進(jìn)，于所述始發(fā)井內(nèi)拼裝管節(jié)； 頂管機(jī)達(dá)到所述接收井時(shí)，將管節(jié)與頂管機(jī)分離，隧道貫通； 通過管節(jié)上的注漿孔向管節(jié)外圍注入固化漿液，加固隧道周邊土體； 于所述始發(fā)井和所述接收井處的管節(jié)分別與結(jié)構(gòu)內(nèi)襯墻的連接位置澆筑井接頭。
2.如權(quán)利要求1所述的超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法，其特征在于，在頂管機(jī)沿隧道線路軸線掘進(jìn)之前還包括將頂管機(jī)安裝于所述始發(fā)井內(nèi)的導(dǎo)軌上進(jìn)行調(diào)試的步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法，其特征在于，所述頂管機(jī)分段吊裝入所述始發(fā)井內(nèi)，然后于所述始發(fā)井內(nèi)組裝調(diào)試，所述頂管機(jī)包括設(shè)于前端的大刀盤和設(shè)于所述大刀盤后方的偏心刀盤，掘進(jìn)過程中，先啟動(dòng)大刀盤運(yùn)轉(zhuǎn)再啟動(dòng)偏心刀盤運(yùn)轉(zhuǎn)。
4.如權(quán)利要求3所述的超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法，其特征在于，所述頂管機(jī)掘進(jìn)過程中，對(duì)斷面的土體進(jìn)行分區(qū)循環(huán)壓注式改良，包括: 對(duì)所述大刀盤處注入泡沫進(jìn)行土體改良，所述泡沫的注入率適配于大刀盤的扭矩；對(duì)所述小刀盤處注入聚合物泥漿進(jìn)行土體改良，所述聚合物泥漿的注入率適配于對(duì)應(yīng)的小刀盤的扭矩，所述聚合物泥漿包括高分子聚合物、鈉基膨潤土、以及水，以1: 4: 99的配比混合形成。
5.如權(quán)利要求1所述的超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法，其特征在于，設(shè)置所述始發(fā)井時(shí)，于所述始發(fā)井的后端面處設(shè)置鋼后靠，以供支撐所述頂管機(jī)的后頂千斤頂，于所述鋼后靠外側(cè)的墻體內(nèi)設(shè)置旋噴樁加固。
6.如權(quán)利要求1所述的超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法，其特征在于，設(shè)置所述始發(fā)井時(shí)，于所述始發(fā)井的洞門處設(shè)置保壓止水裝置，設(shè)置止水裝置包括: 提供止水箱體，于所述止水箱體內(nèi)側(cè)壁焊接鋼板束和鋼絲刷； 將所述止水箱體一端環(huán)設(shè)于所述始發(fā)井的洞門圈，另一端通過壓板固定連接襪套，根據(jù)所述頂管機(jī)的機(jī)頭姿態(tài)調(diào)整壓板位置； 于所述止水箱體上設(shè)置對(duì)應(yīng)所述鋼板束和所述鋼絲刷之間的壓注孔，通過所述壓注孔將盾尾油脂壓注于所述鋼板束與所述鋼絲刷之間； 止水箱體上設(shè)置壓力表和受PLC程序控制的自動(dòng)球閥壓注孔，通過PLC程序自動(dòng)控制壓注油脂，保持止水箱體內(nèi)的止水壓力。
7.如權(quán)利要求1所述的超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法，其特征在于，于所述始發(fā)井內(nèi)拼裝管節(jié)包括: 提供管節(jié)吊運(yùn)翻轉(zhuǎn)裝置，用行車將所述管節(jié)吊運(yùn)翻轉(zhuǎn)裝置吊至待翻轉(zhuǎn)管節(jié)的位置；操控所述管節(jié)吊運(yùn)翻轉(zhuǎn)裝置，控制被動(dòng)端和主動(dòng)端夾持所述管節(jié)，將所述被動(dòng)端的方銷和所述主動(dòng)端的方銷插設(shè)于所述管節(jié)上的連接孔內(nèi)； 利用行車將所述管節(jié)吊運(yùn)翻轉(zhuǎn)裝置和所述管節(jié)吊高，控制所述主動(dòng)端和所述被動(dòng)端的方銷轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)被夾持的所述管節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)至預(yù)定的裝配角度； 再將所述管節(jié)吊送至所述始發(fā)井內(nèi)進(jìn)行拼裝。
8.如權(quán)利要求1或7所述的超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法，其特征在于，拼裝管節(jié)時(shí)，將所述頂管機(jī)的后頂千斤頂回縮前設(shè)置止退裝置，設(shè)置止退裝置包括: 于頂管基座的兩側(cè)安裝反力架； 于所述反力架上分別設(shè)置止退銷； 將所述止退銷插入管節(jié)兩側(cè)的吊裝孔內(nèi)，然后將所述頂管機(jī)的后頂千斤頂回縮，進(jìn)行管節(jié)拼裝。
9.如權(quán)利要求1所述的超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法，其特征在于，所述頂管機(jī)掘進(jìn)過程中，還包括頂管機(jī)的轉(zhuǎn)角控制，所述轉(zhuǎn)角控制包括: 測量所述頂管機(jī)的姿態(tài)轉(zhuǎn)角，判斷頂管機(jī)姿態(tài)轉(zhuǎn)角是否在偏差范圍內(nèi)，超過偏差范圍則進(jìn)行如下操作: 當(dāng)頂管機(jī)姿態(tài)轉(zhuǎn)角小于±0° 30'時(shí)，改變頂管機(jī)的刀盤轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角控制； 當(dāng)頂管機(jī)姿態(tài)轉(zhuǎn)角大于±0° 30'時(shí)，根據(jù)所述姿態(tài)轉(zhuǎn)角的方向注入改良土，同時(shí)改變頂管機(jī)的刀盤轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角控制，所述改良土包括原狀土、膨潤土、以及水。
10.如權(quán)利要求1所述的超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法，其特征在于，根據(jù)所述頂管機(jī)超大斷面的特征，于管節(jié)上設(shè)置受PLC程序控制的自動(dòng)球閥注漿孔，通過PLC程序自動(dòng)控制壓注減摩泥漿至所述管節(jié)與土層之間，于所述管節(jié)的外圍形成一定壓力的減摩泥漿護(hù)套，所述減摩泥漿包括水、膨潤土、以及聚合物。
11.如權(quán)利要求10所述的超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法，其特征在于，于所述注漿孔上連接注漿管路，所述注漿管路包括注漿總管和多個(gè)注漿支管，將所述注漿支管的第一端分別采用三通或二通相互并接于所述注漿總管上，再將所述注漿支管的第二端連接所述注漿口 ；在所述注漿總管與所述注漿支管之間安裝用于控制所述注漿口啟閉的電動(dòng)球閥，所述電動(dòng)球閥控制連接于PLC控制器，所述PLC控制器控制所述電動(dòng)球閥采用左右單點(diǎn)循環(huán)壓注的方式使所述注漿口向所述管節(jié)外表面與所述土體之間壓注所述減摩泥漿。
12.如權(quán)利要求11所述的超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法，其特征在于，在所述頂管機(jī)掘進(jìn)過程中，還包括: 拌制改良土體； 在所述頂管機(jī)的頂部及底部設(shè)置壓泥口，在所述壓泥口上連接壓泥管路； 于所述管節(jié)的推進(jìn)過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測土體沉降情況，通過所述壓泥管路對(duì)沉降區(qū)域的所述管節(jié)與土體之間壓注所述改良土體，抬升所述沉降區(qū)域。
13.如權(quán)利要求10所述的超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法，其特征在于，所述固化漿液包括水泥和熟石灰，注入的固化漿液與所述減摩泥漿混合形成可固化的混合液。
14.如權(quán)利要求1所述的超大型全斷面矩形頂管掘進(jìn)施工方法，其特征在于，于頂管機(jī)的后殼體處設(shè)置糾偏中繼間，對(duì)所述頂管機(jī)的姿態(tài)進(jìn)行糾偏及調(diào)整所述頂管機(jī)的頂進(jìn)方向； 所述頂管機(jī)掘進(jìn)一定距離后，當(dāng)所述頂管機(jī)的后頂千斤頂?shù)目偼屏Υ笥陬~定推力的60%時(shí)，于管節(jié)之間設(shè)置頂進(jìn)中繼間，對(duì)所述頂進(jìn)中繼間之前的管節(jié)和頂管機(jī)施加推力； 當(dāng)所述頂進(jìn)中繼間的推力達(dá)到額定推力的70%至80%時(shí)，繼續(xù)于管節(jié)之間設(shè)置頂進(jìn)中繼間，使得所述頂管機(jī)在所述后頂千斤頂和所述頂進(jìn)中繼間的推力作用下向前掘進(jìn)。
【文檔編號(hào)】E21D11/10GK104265321SQ201410382709
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】黃德中, 李剛, 舒鋼強(qiáng), 王旋東, 徐連剛, 張榮輝, 黃 俊, 劉喜東, 陳旭光, 朱雁飛, 趙峻, 吳列成, 李曉春 申請(qǐng)人:上海隧道工程有限公司, 上海隧道盾構(gòu)工程有限公司