一种顶管弃壳接收方法及防水结构与流程

本发明属于地下工程，尤其涉及一种顶管弃壳接收方法及防水结构。

背景技术：

1、随着我国综合实力的持续增强和城市建设的快速发展，地下空间的开发利用规模不断扩大，城市地下空间的建设需求和要求也随之不断提高，地下空间的合理利用成为了提升城市综合功能、缓解交通压力、改善环境质量的重要途径。

2、在当前绿色发展和生态文明建设的大背景下，城市地下空间的合理开发和建设成为提升城市可持续发展的重要战略。为确保城市地面交通顺畅运行的同时，尽量减少对城市地表环境的破坏，传统的地下工程施工技术已逐渐无法满足不断增长的需求。非开挖技术正逐步取代传统施工技术，其中就包括顶管施工技术。

3、顶管施工技术由于其施工效率高，施工扰动小，占地空间少被广泛应用于城市地下通道以及下穿建构筑物施工。在顶管法施工中，顶管的出口接收是一个关键的环节，直接影响着隧道工程的质量、效率和安全。

4、传统接收方案往往需要在接收端，设置明挖工作井，用于顶管机接收，顶管机到达工作井后，首节管节与工作井洞门处后浇圈梁连接，并开始拆卸顶管机。但现有的接收井方案具有施工成本较高、施工周期较长、容易受地下环境或地形限制、存在一定施工风险等缺点。并且，随着城市地上及地下空间日趋拥挤，能够保证顶管施工中接收空间也日趋减少，在一些特殊情况下已经无法布置顶管接收井，只能在既有地下建筑物中进行顶管机的接收。

5、基于以上问题，设计一种施工风险低、工程造价低、对周边环境影响小的顶管弃壳接收方法，特别适合在富水软土地层、周边环境复杂无接收井施作空间条件下利用矩形顶管弃壳接收施工技术进行隧道修建的方法，是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明提出了一种施工风险低、工程造价低、对周边环境影响小的顶管弃壳接收方法及防水结构，其目的是为了解决在复杂地质或环境条件下、因存在较多既有上方建筑物或管线迁改较为繁琐而无法施作接收井时的顶管法隧道施工问题。

2、所述技术方案如下：

3、一种顶管弃壳接收方法，包括以下步骤：

4、(ⅰ)在顶管机主刀盘刀尖顶至地连墙外侧时进行第一次停机，封水处理后，人工破除地连墙，进行第一次复推；

5、(ⅱ)在顶管机主刀盘辐条距离新建暗梁50mm处进行第二次停机，封水处理后，出土、清渣、拆除刀盘辐条，进行第二次复推；

6、(ⅲ)顶管机到达最终位置时进行第三次停机，进行防水结构处理、灌浆封模、注浆，所述防水结构包括施工于顶管机机壳与车站洞门之间的止水防水结构和施工于顶管机机壳与预制管节之间的柔性防水结构；

7、(ⅳ)将顶管机设备拆解，最后进行现浇结构施工，隧道贯通。

8、在一个技术方案中，顶管弃壳最终区域的土体采用φ2000@1400mjs大直径旋喷桩进行加固，加固体需能抵抗地连墙破除后的水土压力。

9、在一个技术方案中，所述步骤(ⅰ)中的封水处理包括三种措施；

10、第一，通过顶管机机壳的中部、后部预留孔洞持续注入浓泥，进行径向止水，防止预制管节径向来水；

11、第二，实时通过顶管机前端胸板预留人孔观察掌子面，有无渗漏水；

12、第三，通过洞口地连墙上打设的探水孔观察土仓有无存水。

13、在一个技术方案中，所述步骤(ⅰ)中的人工破除地连墙工作包括自上而下割除地连墙主筋并破除剩余保护层及松散加固体，地墙破拆范围为顶管机外轮廓增加30mm，并在地连墙洞门周圈埋设l型钢板，地连墙破除后通道内每日要进行触变泥浆注入，防止预制管节与土体抱死，避免再次顶进推力过大。

14、在一个技术方案中，所述步骤(ⅱ)中的封水采用浓泥对顶管机机壳和临近加固区预制管节进行径向注入，形成止水环，防止顶管区域发生渗漏水。

15、在一个技术方案中，所述步骤(ⅱ)中的出土、清渣、拆除刀盘辐条顺序为：先利用螺旋机持续出土，无法正常出土后，将螺旋机进行拆解，打开顶管前端机胸板人孔，作业人员由人孔进入，通过螺旋机孔进行清渣，清渣完成后，作业人员拆解刀盘辐条，上述螺旋机、刀盘辐条等均通过预制管节内的通道运出。

16、在一个技术方案中，所述步骤(ⅲ)中停机后立刻对顶管机和预制管节径向注入双液浆，形成止水环，同时封模进行壳体与地墙间隙灌浆，然后通过顶管机壳体、预制管节注浆孔进行水泥系注浆。

17、在一个技术方案中，所述步骤(ⅳ)中的顶管机机壳和现浇结构共同形成弃壳现浇段，现浇结构充分利用既有顶管机机壳的环向肋板，在现浇段中外侧钢筋与顶管机机壳焊接，并在内侧无环向肋板阻隔的地方架设纵向贯通钢筋，在顶管机壳上设置栓钉使顶管机机壳机壳与钢筋混凝土形成整体。

18、在一个技术方案中，所述步骤(ⅲ)中的防水结构处理包括弃壳现浇段与预制管节防水设计、弃壳现浇段与车站洞门处防水设计，其中：

19、所述弃壳现浇段与预制管节防水设计为：现浇段与预制管节之间采用柔性连接，在机壳与管节承插口处依次设置楔形橡胶条和钢环，在机壳尾部环向肋板与首节管节的断面连接处，自上而下分别设置了膨胀橡胶、弹性橡胶密封垫以及双组分聚硫密封胶。

20、所述弃壳现浇段与车站洞门处防水设计为：在洞门周圈设置l型钢板，待顶管机到达指定位置后，将l型钢板与顶管机壳快速焊接，形成封闭止水，然后通过预埋注浆管灌注水泥浆

21、在一个技术方案中，所述步骤(ⅰ)、(ⅱ)中的复推目的是将顶管机壳体更大程度的搭接在地连墙范围内。

22、在一个技术方案中，所述步骤(ⅰ)、(ⅱ)、(ⅲ)中的停机位置和次数是结合车站既有结构对施工工序进行了优化，实现顶管弃壳接收、隧道贯通。

23、本发明的第二个发明目的在于：提供了一种顶管弃壳接收防水结构，其用于将保留在隧道中的顶管机机壳与车站洞门、预制管节连接，其包括设置在顶管机机壳与预制管节之间的柔性防水结构和设置在顶管机机壳与车站洞门之间的止水防水结构，其中：

24、所述柔性防水结构包括设置在顶管机机壳与预制管节的承插口处的楔形防水组合和设置在顶管机机壳的尾部环向肋板与预制管节的断面连接处的弹性防水组合；

25、所述止水防水结构包括沿车站洞门周圈设置的l型钢板，所述l型钢板与顶管机机壳快速焊接并注浆填充，形成封闭止水。

26、在一个技术方案中，所述楔形防水组合包括：

27、钢环，其沿预制管节的首节管节周圈固定设置在首节管节的端部；

28、楔形橡胶条，其剖面为楔形，过盈设置在顶管机机壳与首节管节之间，所述楔形橡胶条的内侧面沿首节管节周圈设置，外侧面与顶管机机壳过盈配合，下降端与钢环相抵，上升端与首节管节的管节台阶相抵。

29、在一个技术方案中，所述首节管节的外侧壁上靠近承插口侧沿其周圈开设有至少两圈直径渐缩的管节台阶。以本实施例为例，设置有两圈管节台阶，靠近承插口的为第一圈管节台阶，第二圈管节台阶的外径小于顶管机机壳的内径，第一圈和第二圈管节台阶插入到顶管机机壳的承插口内，所述钢环和楔形橡胶条设置在第一圈管节台阶上，所述楔形橡胶条下降端与钢环相抵，上升端与第二圈管节台阶相抵。

30、在一个技术方案中，所述弹性防水组合包括在机壳尾部环向肋板与首节管节的断面连接处的膨胀橡胶、传力衬垫、弹性橡胶密封垫以及双组分聚硫密封胶，所述膨胀橡胶、传力衬垫以及双组分聚硫密封胶自外而内依次设置。

31、在一个技术方案中，所述传力衬垫为丁腈软木垫板，其数量至少为两圈，相邻的所述丁腈软木垫板之间设置有弹性橡胶密封垫，所述膨胀橡胶填充在顶管机机壳、钢环以及最外圈的丁腈软木垫板之间，所述双组分聚硫密封胶填充在尾部环向肋板、首节管节以及最内圈的丁腈软木垫板之间

32、在一个技术方案中，所述机壳尾部环向肋板内圈与首节管节的断面之间还固定连接有止水钢环和止水钢板。

33、在一个技术方案中，所述弹性橡胶密封垫的剖面为类沙漏形，其内部具有若干压缩孔洞。类沙漏形可以呈两个梯形形状的上底边相重合、且两个梯形相对于上底边呈轴对称分布，此类弹性橡胶密封垫受力易压缩变形，带动空气流通，赋予良好的弹性功能。

34、在一个技术方案中，所述顶管机机壳处还施工有现浇的钢筋混凝土结构共同形成弃壳现浇段，利用所述顶管机机壳内侧的环向肋板，在弃壳现浇段中外侧钢筋与顶管机机壳焊接，并在所述顶管机机壳内侧无环向肋板阻隔的地方架设纵向贯通钢筋，在所述顶管机机壳上设置栓钉使顶管机机壳与钢筋混凝土结构形成整体。

35、在一个技术方案中，所述止水防水结构还包括预埋在顶管机停机位置的预埋注浆管，通过所述预埋注浆管灌注水泥浆至地下连续墙、l型钢板以及顶管机机壳之间并填充密实。

36、结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

37、1.本发明实现了顶管机弃壳的接收，结构与方法设计合理、施工安全简便、工程造价低、施工过程对周边环境影响小，可广泛应用于城市地下空间的建设中，可用于周边环境复杂无接收井施作空间条件时各种复杂地层下的顶管弃壳接收施工。

38、2.本发明中，弃壳现浇段与预制管节之间采用柔性连接，承插口处依次设置楔形橡胶条和钢环，断面连接处设置有膨胀橡胶、丁腈软木、弹性橡胶密封垫以及双组分聚硫密封胶，可有效实现防水，楔形防水组合和弹性防水组合共同构成柔性防水结构，不但具有双重防水效果，而且具有双重抗震、抗冲击以及位移补偿效果。

39、3.本发明中，弃壳现浇段与车站洞门处的防水设计中，在洞门周圈设置l型钢板待顶管机到达指定位置后，将l型钢板与顶管机壳快速焊接，形成封闭止水，然后通过预埋注浆管灌注水泥浆，可以实现良好的止水效果。

40、4.本发明结合设备特点，考虑顶管机机壳内部纵横肋板密集，割除难度大、时间长等因素，故充分利用既有壳体的环向肋板，在现浇段中与钢筋焊接，并在现浇段内侧无环向肋板阻隔的地方架设纵向贯通钢筋，使顶管机机壳与钢筋混凝土结构形成整体，保障整体的稳定性和防水性。

41、另外，作为本发明的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：

42、1.本发明对于周边环境复杂无施工空间条件的地下过街通道的实施，提供了可行的方案，可极大的提高地下过街通道的可行性，极大方便人们出行，本发明的技术方案在转化后预计将带来巨大社会价值；并且本发明能减少对地面的影响，对工程风险以及工程造价等，预计将产生较大经济价值。

43、2.本发明中提出的防水方案，填补了国内外业内对于顶管弃壳接收方案中的技术空白，形成完整、可靠的防水体系，可确保顶管弃壳接收方案中的结构无渗漏风险。

44、3.对于周边环境复杂无施工空间条件的地下过街通道的实施，尤其是类似天津地区地下水位较高、土质较为软弱的地区，本弃壳接收方法是首次在天津地区的应用，成功解决了多年来天津地铁2号线跨越卫国道无法设置出入口，周围居民出行乘坐地铁的困难问题。

45、4.本发明克服了在地下水位较高地区难以进行弃壳接收的片面认识，通过土体加固、顶管机壳与地连墙中预埋钢环迅速焊接、机壳与预制管节间柔性防水组合，确保了实施过程中无支护条件下安全可靠的开挖。