适用于全土洞及泥岩隧洞的顶管施工方法及装置与流程

本发明涉及顶管施工领域，特别是一种适用于全土洞及泥岩隧道的顶管施工方法及装置。

背景技术：

1、随着社会的高速发展，带来工程建设大规模发展。地面以下的管道、涵洞施工越来越频繁。施工现场往往面临工程交叉、下穿等情况，比如输水涵洞需下穿现有道路、输水涵洞原有管涵、电缆管线涵洞下穿现有路面、工程下穿房屋等。为保证不破坏现有建筑物、保证道路的正常使用，往往需要采用下穿隧洞（涵洞）方式通过现有道路、房屋和重要建筑物等。顶管法施工是一种适用于地质情况差、易塌方的中小型涵洞的一种相对安全超前支护后开挖的施工工艺。相对常规的隧洞爆破施工易塌方的缺陷，采用顶管超前支护到位，防止洞顶开挖塌方，危及人员安全及上部建筑物安全。且顶管施工由于采用人工或机械开挖，振动小，对周边及建筑物破坏也较小，是一种经济、安全、实惠的施工方法。对比盾构机施工，顶管法的施工成本极低，但是也具备了盾构机的超前支护功能。因此城市、道路、重要建筑物下方施工的涵洞，往往采用顶管法施工。顶管法分人工顶管、岩石顶管机顶管和泥浆循环顶管机施工等三种方式，除泥浆循环外均需要向外运输渣土。考虑的泥浆循环顶管机要求地质勘探准，惧怕孤石，发生孤石时，往往会发生机头抱死的问题，需要开天窗进行处理，极可能破坏上部道路及建筑物，达不到原有目的，同时泥浆一旦处理不好，容易引起环境污染，重要道路、建筑物下穿涵洞更倾向于人工或岩石顶管。而人工施工劳动强度大，施工风险高，岩石顶管机的施工成本过高。

2、某输水渠改线工程，需要以三根直径3.6m的顶管以下穿方式通过高速公路。该道路车流量大，一旦道路破损会将造成较大经济损失和社会影响。经方案比选，决定人工顶管方式进行施工。但是考虑人工开挖，成本高、速度慢的情况，拟对人工顶管施工的方案进行优化设计。cn2685570y记载了一种顶管掘进机，采用全断面刀盘的结构进行掘进，其结构借鉴了盾构机的结构，整体较为复杂，价格贵，施工效率低。掘进后需要将泥土运出，由于顶管内的空间受限，安装输送带难度较大，而且施工干涉较大。cn216617511u记载了一种顶管掘进清挖一体机，采用前挖后斗的方式，但是该结构，需要挖斗经常旋转，在狭小空间内操作较为困难。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于全土洞及泥岩隧洞的顶管施工方法及装置，能够以较为经济的成本，较为简洁的结构，提高施工效率。优选的方案中，本发明的方案，还有助于提升单施工段的顶进距离，减少工作竖井的数量。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种适用于全土洞及泥岩隧洞的顶管施工方法，包括以下步骤：

3、s1、组装顶管顶推装置；

4、s2、在顶管的前端安装顶管掘进装置；

5、s3、进行前端掘进；

6、s4、向外侧张开侧壁掘进刀头，进行侧壁掘进，以挖开顶管前端的土体；

7、s5、开挖土芯，清理挖掘出的泥渣；

8、s6、向顶管与隧洞内壁之间注入润滑用的泥浆；

9、s7、将顶管顶进一段进尺；

10、s8、循环步骤s3~s7；

11、通过以上步骤实现全土洞及泥岩隧洞的顶管施工。

12、优选的方案中，步骤s2~s4中，顶管掘进装置设有可伸缩和转动的活动掘进管，活动掘进管的前端设有掘进刀头，活动掘进管还设有可向侧壁张开的侧壁掘进刀头，侧壁掘进刀头外端与顶管的外壁平齐。

13、优选的方案中，步骤s5中，采用取芯挖机开挖土芯，并由取土输送车输送至隧洞外；

14、取芯挖机设有挖机臂，在取芯挖机的挖机车体上设有倾斜布置的输送带，由挖机臂将泥渣挖到输送带上，输送带将泥渣从挖机车体的前端输送至挖机车体的尾端，并落入到取土输送车内；

15、取土输送车由钢丝绳牵引在挖机车体和隧洞外往复运动。

16、优选的方案中，步骤s6中，密封注浆座与顶管的注浆口密封连接，并以撑杆支撑在顶管内，以利用压力将泥浆注入顶管与隧洞内壁之间。

17、优选的方案中，步骤s7中，顶进进尺的长度小于1米。

18、一种用于上述的全土洞及泥岩隧洞的顶管施工方法的装置，包括设置在顶管内的顶管掘进装置，顶管掘进装置包括固定掘进管和活动掘进管，固定掘进管与顶管内壁固定连接，活动掘进管与固定掘进管活动套接，在活动掘进管的自由端设有掘进刀头，在活动掘进管与固定掘进管之间设有掘进进给油缸，掘进进给油缸一端与固定掘进管连接，另一端活动顶在活动掘进管的端面；

19、在活动掘进管靠近掘进进给油缸的一端还设有齿圈，多个设置在固定掘进管的电机或液压马达通过驱动齿轮与齿圈啮合连接，以驱动活动掘进管旋转。

20、优选的方案中，在活动掘进管的侧壁设有沿轴向的刀槽，在刀槽内设有可转动的侧壁掘进刀头，侧壁掘进刀头与侧壁刀头油缸连接，以驱动侧壁掘进刀头张开或收起；

21、在活动掘进管的内壁设有螺旋板，螺旋板用辅助排渣。

22、优选的方案中，所述的电机或液压马达与固定掘进管滑动连接，以使驱动齿轮跟随齿圈滑动；

23、或者电机或液压马达设有可滑动的轴，所述的轴为花键轴，以使驱动齿轮跟随齿圈滑动。

24、优选的方案中，还包括取芯挖机，挖机车体上设有倾斜布置的输送带，输送带的前端较低，后端较高，在挖机车体上还设有挖机臂，挖机臂通过转盘与挖机车体连接。

25、优选的方案中，还设有取土输送车，取土输送车的两端分别与第一钢丝绳和第二钢丝绳连接，第二钢丝绳绕过固设在挖机车体上的导轮后与第二卷扬装置连接，第一钢丝绳与第一卷扬装置连接，第一卷扬装置和第二卷扬装置均设置在工作竖井内，以使取土输送车跟随取土输送车行走，并将输送带上的泥渣输送至隧洞外。

26、本发明提供了一种适用于全土洞及泥岩隧洞的顶管施工方法及装置，采用环形掘进，短进尺顶推的施工方案，大幅降低顶管施工设备的复杂程度，采用环形掘进的方案，开挖量少，由于土芯能够提供一定的承载力，配合短进尺顶进，也避免了土压失衡的风险。采用的取芯挖机开挖失去侧限的土芯，配合输送带和取土输送车的结构，施工效率非常高。经测算，本发明的方法和装置，开挖2~3米直径的隧洞，每天能够施工6~15米，4.5米直径的隧洞，每天能够施工5~10米。每段设计顶进长度达到400米，减少工作竖井的数量，降低对道路的破坏，大幅超过现有的施工装备。正常的人工顶进较慢，采用本发明，可极大的提高施工进度，节约经济成本，并能确保工程安全。而且成本上优于岩石顶管机施工。

技术特征：

1.一种适用于全土洞及泥岩隧洞的顶管施工方法，其特征是包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种适用于全土洞及泥岩隧洞的顶管施工方法，其特征是：步骤s2~s4中，顶管掘进装置（1）设有可伸缩和转动的活动掘进管（102），活动掘进管（102）的前端设有掘进刀头（114），活动掘进管（102）还设有可向侧壁张开的侧壁掘进刀头（101），侧壁掘进刀头（101）外端与顶管（3）的外壁平齐。

3.根据权利要求1所述的一种适用于全土洞及泥岩隧洞的顶管施工方法，其特征是：步骤s5中，采用取芯挖机（13）开挖土芯，并由取土输送车（139）输送至隧洞外；

4.根据权利要求1所述的一种适用于全土洞及泥岩隧道的顶管施工方法，其特征是：步骤s6中，密封注浆座（9）与顶管（3）的注浆口密封连接，并以撑杆（82）支撑在顶管（3）内，以利用压力将泥浆注入顶管与隧洞（2）内壁之间。

5.根据权利要求1所述的一种适用于全土洞及泥岩隧洞的顶管施工方法，其特征是：步骤s7中，顶进进尺的长度小于1米。

6.一种用于权利要求1~5任一项所述的全土洞及泥岩隧洞的顶管施工方法的装置，其特征是包括设置在顶管（3）内的顶管掘进装置（1），顶管掘进装置（1）包括固定掘进管（103）和活动掘进管（102），固定掘进管（103）与顶管（3）内壁固定连接，活动掘进管（102）与固定掘进管（103）活动套接，在活动掘进管（102）的自由端设有掘进刀头（114），在活动掘进管（102）与固定掘进管（103）之间设有掘进进给油缸（104），掘进进给油缸（104）一端与固定掘进管（103）连接，另一端活动顶在活动掘进管（102）的端面；

7.根据权利要求6所述的一种适用于全土洞及泥岩隧洞的顶管施工方法的装置，其特征是：在活动掘进管（102）的侧壁设有沿轴向的刀槽（116），在刀槽（116）内设有可转动的侧壁掘进刀头（101），侧壁掘进刀头（101）与侧壁刀头油缸（117）连接，以驱动侧壁掘进刀头（101）张开或收起；

8.根据权利要求6所述的一种适用于全土洞及泥岩隧洞的顶管施工方法的装置，其特征是：所述的电机或液压马达与固定掘进管（103）滑动连接，以使驱动齿轮（110）跟随齿圈（106）滑动；

9.根据权利要求6所述的一种适用于全土洞及泥岩隧洞的顶管施工方法的装置，其特征是：还包括取芯挖机（13），挖机车体（133）上设有倾斜布置的输送带（132），输送带（132）的前端较低，后端较高，在挖机车体（133）上还设有挖机臂（131），挖机臂（131）通过转盘与挖机车体（133）连接。

10.根据权利要求9所述的一种适用于全土洞及泥岩隧洞的顶管施工方法的装置，其特征是：还设有取土输送车（139），取土输送车（139）的两端分别与第一钢丝绳（138）和第二钢丝绳（135）连接，第二钢丝绳（135）绕过固设在挖机车体（133）上的导轮（130）后与第二卷扬装置（137）连接，第一钢丝绳（138）与第一卷扬装置（136）连接，第一卷扬装置（136）和第二卷扬装置（137）均设置在工作竖井（5）内，以使取土输送车（139）跟随取土输送车（139）行走，并将输送带（132）上的泥渣输送至隧洞（2）外。

技术总结本发明提供一种适用于全土洞及泥岩隧洞的顶管施工方法，包括以下步骤：组装顶管顶推装置；在顶管的前端安装顶管掘进装置；进行前端掘进；向外侧张开侧壁掘进刀头，进行侧壁掘进，以挖开顶管前端的土体；开挖土芯，清理挖掘出的泥渣；向顶管与隧洞内壁之间注入润滑用的泥浆；将顶管顶进一段进尺；循环以上步骤；通过以上步骤实现全土洞及泥岩隧洞的顶管施工。本发明采用环形掘进，短进尺顶推的施工方案，大幅降低顶管施工设备的复杂程度，采用环形掘进的方案，开挖量少，由于土芯能够提供一定的承载力，配合短进尺顶进，也避免了土压失衡的风险。采用的取芯挖机开挖失去侧限的土芯，配合输送带和取土输送车的结构，施工效率高。技术研发人员：李明波,聂鉥阳,邵思霖,朱强,高登腾,李斌,翟志刚,胡潇受保护的技术使用者：中国葛洲坝集团第一工程有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/26