浅覆土大直径顶管施工方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 110185844 A(43)申请公布日 2019.08.30

(21)申请号 201910485225.3(22)申请日 2019.06.05

(71)申请人 中交一公局第三工程有限公司

地址 101149 北京市通州区中关村科技园

区通州园金桥科技产业基地景盛北三街10号(72)发明人 刘法杰　何磊　席孟　罗真　

唐有为　张守昆　黄克森　(74)专利代理机构 北京超凡宏宇专利代理事务

所(特殊普通合伙) 11463

代理人 王献茹(51)Int.Cl.

F16L 1/036(2006.01)

权利要求书2页 说明书13页 附图2页

(54)发明名称

浅覆土大直径顶管施工方法

(57)摘要

本发明提供了一种浅覆土大直径顶管施工方法，涉及市政设施施工的技术领域，该浅覆土大直径顶管施工方法包括在管线设计路径上分别建造工作井和接收井；在工作井内安装导轨，并浇筑后座墙；在后座墙的前方安装顶进设备，在导轨上安装机头，将机头与泥浆系统连接；在机头的后端安装第一节顶管，利用顶进设备推动第一节顶管带动机头沿管线设计路径向接收井方向开挖顶进；顶进设备的输出端达到最大推动量程后，将顶进设备的输出端缩回，在第一节顶管的后端安装第二节顶管，顶进设备的输出端与第二顶管连接，重复顶进步骤，直至机头开挖至接收井。解决了大开槽施工方法的施工过程复杂且施工效率低的技术问题，有效缩短了工期、节约了施工成本。

CN 110185844 ACN 110185844 A

权　利　要　求　书

1/2页

1.一种浅覆土大直径顶管施工方法，其特征在于，包括：在管线设计路径上分别建造工作井和接收井，其中，工作井和接收井之间间隔预定距离；

在所述工作井内安装导轨，并浇筑后座墙；所述导轨的设置方向与所述管线设计路径一致，所述后座墙浇筑在所述导轨的后端，且所述后座墙的墙面与所述导轨的轴线垂直；

在后座墙的前方安装顶进设备，在所述导轨上安装机头，将机头与泥浆系统连接；所述顶进设备用于推动机头沿所述导轨向前滑动，所述机头用于开挖管线；

在机头的后端安装第一节顶管，利用顶进设备推动第一节顶管带动机头沿管线设计路径向接收井方向开挖顶进；此时，泥浆系统向机头进水，机头开挖的泥土在开挖位置形成泥浆混合物，泥浆系统同时将泥浆混合物从开挖位置排出；

所述顶进设备的输出端达到最大推动量程后，将顶进设备的输出端缩回，在第一节顶管的后端安装第二节顶管，顶进设备的输出端与第二顶管连接；

所述顶进设备通过推动第二节顶管带动第一节顶管和机头沿管线设计路径继续向接收井方向开挖、顶进，泥浆系统继续工作；

所述顶进设备的输出端达到最大推动量程后，将顶进设备的输出端缩回，在已安装的末端一节顶管的后端继续安装下一节顶管，所述顶进设备通过推动新安装的该节顶管带动该节顶管之前的顶管和机头沿管线设计路径继续向接收井方向开挖顶进，泥浆系统继续工作；重复该步骤，直至机头开挖至接收井；

将机头从接收井中拆卸下来，此时机头上依次连接的顶管贯穿打通所述工作井和接收井，依次连接的顶管形成工作井与接收井之间的管路。

2.根据权利要求1所述的浅覆土大直径顶管施工方法，其特征在于，还包括对工作井和接收井的周边地基进行加固土体的步骤：

在所述工作井和所述接收井的周边地基分别按照梅花型的排布方式，开挖多个注浆孔；

在多个注浆孔内别浇筑加固浆液，以使所述工作井或所述接收井的周边地基连成一体。

3.根据权利要求2所述的浅覆土大直径顶管施工方法，其特征在于，所述加固浆液为二重管无收缩双浆液，所述二重管无收缩双浆液为包括水泥、水、水玻璃和细纱的混合物，其中，水泥、水和细砂的质量比为1：0.8：0.8。

4.根据权利要求1所述的浅覆土大直径顶管施工方法，其特征在于，还包括安装触变泥浆系统的步骤；

其中，所述触变泥浆系统包括拌浆装置、注浆装置和注浆管道，所述拌浆装置安装在所述工作井中，所述注浆装置设置在所述注浆管道上，所述注浆管道包括主管和多根支管，所述主管安装在每节顶管的内侧，所述支管安装在主管上，且多根支管沿所述主管的长度方向布置，所述支管用于将主管内压送过来的触变泥浆输送到每节顶管的每个注浆孔，以减少顶管外壁的顶进阻力。

5.根据权利要求4所述的浅覆土大直径顶管施工方法，其特征在于，所述触变泥浆为包括膨润土、工业碱和水的混合物，所述膨润土、工业碱和水质量配比为100：5：400。

6.根据权利要求1所述的浅覆土大直径顶管施工方法，其特征在于，所述工作井和接收

2

CN 110185844 A

权　利　要　求　书

2/2页

井分别采用沉井法建造；所述沉井法包括：

在管线设计路径上的预定位置开挖基坑；在基坑内铺设砂垫层和混凝土垫层，在砂垫层和混凝土垫层上间隔预定距离预留沉降缝，以形成承载基层；

在承载基层上制作沉井刃角，所述沉井刃角在所述承载基层的边缘内侧，且沉井刃角铺设在所述沉降缝的上方；

在沉井刃角的上方浇筑制作沉井的下部井壁；在沉井的下部井壁上浇筑制作沉井的上部井壁；

将完成上部井壁浇筑的沉井排土下沉至预定位置，并在沉井下沉至预定位置后，在沉井刃角处浇筑封底混凝土，形成封底混凝土层；而后在封底混凝土层上浇筑钢筋混凝土底板；

在沉井的上部井壁上浇筑制作沉井的上部变化段。7.根据权利要求6所述的浅覆土大直径顶管施工方法，其特征在于，所述砂垫层采用分层洒水铺设，并采用平板振动器进行分层碾压夯实；

所述砂垫层的厚度为50cm。

8.根据权利要求6所述的浅覆土大直径顶管施工方法，其特征在于，混凝土垫层采用插入式振捣棒振捣密实铺设并压平；

所述混凝土垫层的厚度为20cm。

9.根据权利要求1-8任一项所述的浅覆土大直径顶管施工方法，其特征在于，所述利用顶进设备推动第一节顶管带动机头沿管线设计路径向接收井方向开挖顶进的初始速度为3mm～5mm/min；

所述利用顶进设备推动第一节顶管带动机头沿管线设计路径向接收井方向开挖顶进的初始阶段，泥浆系统的泥浆混合物的排出速度为1.4m3～1.5m3/min。

10.根据权利要求1-8任一项所述的浅覆土大直径顶管施工方法，其特征在于，所述顶进设备的输出端达到最大推动量程后，将顶进设备的输出端缩回之后，还包括：

在顶进设备的输出端上安装顶铁，顶进设备的输出端通过顶铁继续推动已安装的最后一节顶管带动机头沿管线设计路径向前顶进；

所述顶进设备的输出端带动顶铁达到最大推动量程后，将顶进设备的输出端缩回，在已安装的最后一节顶管的后端继续安装下一节顶管。

3

CN 110185844 A

说　明　书

浅覆土大直径顶管施工方法

1/13页

技术领域

[0001]本发明涉及市政工程施工技术领域，尤其是涉及一种浅覆土大直径顶管施工方法。

背景技术

[0002]随着国内城市建设的快速发展，市政工程中小管径排污管道已经不能满足城市主干管排污功能的需要，大直径的排污基础设施的需求日益体现，目前针对大直径管道施工方式，依旧是采用传统的大开槽施工方式。

[0003]大开槽施工方法就是大面积的开挖施工位置，将管道周围的土体按设计要求全部挖出，然后施工管道基础，而后下管进行接口处理，完成管道的铺设后，再进行分层夯实回填的施工方法。

[0004]由于大开槽施工方法是整体开挖至设计标高，施工范围内不考虑留土，相应采用这个方法需要使用大型机械施工，存在破坏道路、影响交通、污染环境、工程造价高、安全隐患大等缺点。同时在一些含水量丰富的地面(例如靠近河流的位置)进行施工大直径管道时，沟槽需要开挖深度较深，且地下土方含水量较大，相应的开挖土方量大且需要把土方倒运到翻晒场地进行翻晒后，才能在管道下管处理完接口后运回沟槽旁进行沟槽分层夯实回填，施工过程复杂，施工效率低。发明内容

[0005]本发明的目的在于提供一种浅覆土大直径顶管施工方法，以缓解了现有技术中存在的大直径管道采用大开槽施工方法施工时，施工过程复杂且施工效率低的技术问题。[0006]本发明提供的一种浅覆土大直径顶管施工方法，包括：[0007]在管线设计路径上分别建造工作井和接收井，其中，工作井和接收井之间间隔预定距离；

[0008]在所述工作井内安装导轨，并浇筑后座墙；所述导轨的设置方向与所述管线设计路径一致，所述后座墙浇筑在所述导轨的后端，且所述后座墙的墙面与所述导轨的轴线垂直；

[0009]在后座墙的前方安装顶进设备，在所述导轨上安装机头，将机头与泥浆系统连接；所述顶进设备用于推动机头沿所述导轨向前滑动，所述机头用于开挖管线；[0010]在机头的后端安装第一节顶管，利用顶进设备推动第一节顶管带动机头沿管线设计路径向接收井方向开挖、顶进；此时，泥浆系统向机头进水，机头开挖的泥土在开挖位置形成泥浆混合物，泥浆系统同时将泥浆混合物从开挖位置排出；[0011]所述顶进设备的输出端达到最大推动量程后，将顶进设备的输出端缩回，在第一节顶管的后端安装第二节顶管，顶进设备的输出端与第二顶管连接；

[0012]所述顶进设备通过推动第二节顶管带动第一节顶管和机头沿管线设计路径继续向接收井方向开挖顶进，泥浆系统继续工作；

4

CN 110185844 A[0013]

说　明　书

2/13页

所述顶进设备的输出端达到最大推动量程后，将顶进设备的输出端缩回，在已安

装的末端一节顶管的后端继续安装下一节顶管，所述顶进设备通过推动新安装的该节顶管带动该节顶管之前的顶管和机头沿管线设计路径继续向接收井方向开挖顶进，泥浆系统继续工作；重复该步骤，直至机头开挖至接收井；[0014]将机头从接收井中拆卸下来，此时机头上依次连接的顶管贯穿打通所述工作井和接收井，依次连接的顶管形成工作井与接收井之间的管路。[0015]进一步地，还包括对工作井和接收井的周边地基进行加固土体的步骤：[0016]在所述工作井和所述接收井的周边地基分别按照梅花型的排布方式，开挖多个注浆孔；

[0017]在多个注浆孔内别浇筑加固浆液，以使所述工作井或所述接收井的周边地基连成一体。

[0018]进一步地，所述加固浆液为二重管无收缩双浆液，所述二重管无收缩双浆液为包括水泥、水、水玻璃和细纱的混合物，其中，水泥、水和细砂的质量比为1：0.8：0.8。[0019]进一步地，还包括安装触变泥浆系统的步骤；[0020]其中，所述触变泥浆系统包括拌浆装置、注浆装置和注浆管道，所述拌浆装置安装在所述工作井中，所述注浆装置设置在所述注浆管道上，所述注浆管道包括主管和多根支管，所述主管安装在每节顶管的内侧，所述支管安装在主管上，且多根支管沿所述主管的长度方向布置，所述支管用于将主管内压送过来的触变泥浆输送到每节顶管的每个注浆孔，以减少顶管外壁的顶进阻力。[0021]进一步地，所述触变泥浆为包括膨润土、工业碱和水的混合物，所述膨润土、工业碱和水质量配比为100：5：400。[0022]进一步地，所述工作井和接收井分别采用沉井法建造；所述沉井法包括：[0023]在管线设计路径上的预定位置开挖基坑；[0024]在基坑内铺设砂垫层和混凝土垫层，在砂垫层和混凝土垫层上间隔预定距离预留沉降缝，以形成承载基层；

[0025]在承载基层上制作沉井刃角，所述沉井刃角在所述承载基层的边缘内侧，且沉井刃角铺设在所述沉降缝的上方；

[0026]在沉井刃角的上方浇筑制作沉井的下部井壁；[0027]在沉井的下部井壁上浇筑制作沉井的上部井壁；[0028]将完成上部井壁浇筑的沉井排土下沉至预定位置，并在沉井下沉至预定位置后，在沉井刃角处浇筑封底混凝土，形成封底混凝土层；而后在封底混凝土层上浇筑钢筋混凝土底板；

[0029]在沉井的上部井壁上浇筑制作沉井的上部变化段。[0030]进一步地，所述砂垫层采用分层洒水铺设，并采用平板振动器进行分层碾压夯实；[0031]所述砂垫层的厚度为50cm。[0032]进一步地，混凝土垫层采用插入式振捣棒振捣密实铺设并压平；[0033]所述混凝土垫层的厚度为20cm。[0034]进一步地，所述利用顶进设备推动第一节顶管带动机头沿管线设计路径向接收井方向开挖顶进的初始速度为3mm～5mm/min；

5

CN 110185844 A[0035]

说　明　书

3/13页

所述利用顶进设备推动第一节顶管带动机头沿管线设计路径向接收井方向开挖

顶进的初始阶段，泥浆系统的泥浆混合物的排出速度为1.4m3～1.5m3/min。[0036]进一步地，所述顶进设备的输出端达到最大推动量程后，将顶进设备的输出端缩回之后，还包括：

[0037]在顶进设备的输出端上安装顶铁，顶进设备的输出端通过顶铁继续推动已安装的最后一节顶管带动机头沿管线设计路径向前顶进；

[0038]所述顶进设备的输出端带动顶铁达到最大推动量程后，将顶进设备的输出端缩回，在已安装的最后一节顶管的后端继续安装下一节顶管。

[0039]本发明提供的浅覆土大直径顶管施工方法采用机头在工作井和接收井之间的地表下开挖，并将开挖的泥土通过泥浆系统排出，从而可直接在地表下开挖出管道的铺设孔洞；同时采用顶进设备分节顶进顶管，一方面顶进设备配合顶管给机头提供了后方的支撑力，使机头能够向前开挖，另一方面顶管可直接铺设在开挖完成的孔洞内，形成工作井与接收井之间的所需管道，施工方便。本发明浅覆土大直径顶管施工方法，只需在工作井和接收井位置进行明开挖，对路面等现状结构物破坏较小；且相比现有大开槽的施工方法，管道铺设过程不需要土壤的外运、晒干以及回填等作业，缩短了工期、节约了施工成本；进一步，由于大开槽的施工方法全线都要安全防护，安全文明费用投入较大；本发明施工时只需要在工作井和接收井位置进行重点安全防护，相应也大幅减少了安全支出。附图说明

[0040]为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0041]图1为本发明实施例提供的浅覆土大直径顶管施工方法的流程示意图；

[0042]图2为本发明实施例提供的浅覆土大直径顶管施工方法的工作井或接收井的建造流程图。

具体实施方式

[0043]下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0044]如图1-图2所示，本发明实施例提供一种浅覆土大直径顶管施工方法，适用于市政大直径的排污基础设施管道等的铺设。具体的浅覆土大直径顶管施工方法包括：[0045]步骤S1：在管线设计路径上分别建造工作井和接收井，其中，工作井和接收井之间间隔预定距离。[0046]步骤S2：在工作井内安装导轨，并浇筑后座墙；导轨的设置方向与管线设计路径一致，后座墙浇筑在导轨的后端，且后座墙的墙面与导轨的轴线垂直。[0047]步骤S3：在后座墙的前方安装顶进设备，在导轨上安装机头，将机头与泥浆系统连

6

CN 110185844 A

说　明　书

4/13页

接；顶进设备用于推动机头沿导轨向前滑动，机头用于开挖管线，泥浆系统用于将机头开挖的泥土形成泥浆混合物，并将泥浆混合物从开挖位置排出。[0048]具体的，顶进设备一般为在工作井的顶进轴线(也即管线设计路径)后方，布置的一组行程较长的油缸(又称主站油缸，简称主油缸，俗称千斤顶)，油缸一般呈对称布置，如2只、4只、6只或8只，数量多少根据顶管的管径大小和需要顶力的大小而定，机头(也称为顶管机)放在主油缸前面的导轨上，机头的最后端安装管材(也即顶管)。[0049]步骤S4：在机头的后端安装第一节顶管，利用顶进设备推动第一节顶管带动机头沿管线设计路径向接收井方向开挖顶进；此时，泥浆系统向机头进水，机头开挖的泥土在开挖位置形成泥浆混合物，泥浆系统同时将泥浆混合物从开挖位置排出。[0050]也即，主油缸顶进时，以机头开路，推动管道(第一节顶管)穿过工作井井壁上预埋的穿墙管孔把管道顶入土中。与此同时，进入机头的泥土不断被挖掘通过泥浆系统的排泥管外排。

[0051]步骤S5：顶进设备的输出端达到最大推动量程后，将顶进设备的输出端缩回，在第一节顶管的后端安装第二节顶管，顶进设备的输出端与第二顶管连接。[0052]步骤S6：顶进设备通过推动第二节顶管带动第一节顶管和机头沿管线设计路径继续向接收井方向开挖顶进，泥浆系统继续工作。[0053]步骤S7：顶进设备的输出端达到最大推动量程后，将顶进设备的输出端缩回，在已安装的末端一节顶管的后端继续安装下一节顶管，顶进设备通过推动新安装的该节顶管带动该节顶管之前的顶管和机头沿管线设计路径继续向接收井方向开挖顶进，泥浆系统继续工作；重复该步骤，直至机头开挖至接收井。[0054]步骤S8：将机头从接收井中拆卸下来，此时机头上依次连接的顶管贯穿打通工作井和接收井，依次连接的顶管形成工作井与接收井之间的管路。[0055]需要说明的是，为了分散顶力并相应的延长主油管的输出端的行程，也即使主油缸能够相对较大的向前进行顶进，还可以将主油缸配合顶铁使用。具体的，步骤7可变化为：顶进设备的输出端达到最大推动量程后，将顶进设备的输出端缩回，在顶进设备的输出端上安装顶铁，顶进设备的输出端通过顶铁继续推动已安装的最后一节顶管带动机头沿管线设计路径向前顶进；顶进设备的输出端带动中继间达到最大推动量程后，将顶进设备的输出端缩回，在已安装的最后一节顶管的后端继续安装下一节顶管。然后重复，先利用主油缸直接顶进新安装顶管，再安装上顶铁进行再次将新安装顶管向前顶进一段的步骤，而后再进行下一节顶管的安装。也即，一节顶管的顶进先采用主油缸直接顶进，再利用主油缸配合顶铁再次往前顶进。[0056]也即，通俗来讲，步骤S5-步骤S8可理解为，当主油缸达到最大行程后缩回，放入顶铁填充，缩回行程，主油缸继续顶进。当井内导轨上的安已经安装好的顶管节几乎全部顶入土中后，缩回主油缸，吊去全部顶铁，将下一节顶管吊下工作井，安装在前节顶管的后面，重新安装顶铁，继续顶进。如此循环施工，直至顶完全程。[0057]其中，文中所涉及的前后的相对定义是，以靠近接收井的一侧为前，远离接收井也即靠近工作井的方向为后。管线设计路径是根据需求，预先设置好的基础设施管道的走线路径。工作井可理解为基础施工设备安装的施工井，接收井是将顶管顶出时，将机头取出的施工井。一般在现场施工时，工作井和就接收井在管线设计路径上依次间隔设置，也即一个

7

CN 110185844 A

说　明　书

5/13页

工作井的两边是接收井，一个接收井的两边是工作井，具体施工时，均是通过工作井向接收井方向顶进施工。在施工最终完成后，工作井和接收井均可作为基础设施管道的检修井使用，也即，施工最终完成后，工作井和接收井均可建造成检修井；所以，工作井与接收井之间的预定距离，可结合检修井的需求和顶进设备的能力等，进行合理的规划设计。[0058]步骤S2和步骤S3均是顶管顶进前的准备工作，轨道安装的要求轨道的测量中心、高程误差在±3mm之内；后座墙的端面与导轨垂直度小于3％。[0059]其中，后座墙是顶进管道时为千斤顶提供反作用力的一种结构，有时也称为后座、后背或者后背墙等。在施工中，要求后座墙必须保持稳定，一旦后座墙遭到破坏，顶进工程就要停顿。有顶铁的过程中，需要顶铁之间的接触面不存在缝隙，如果有无缝隙，调正到无缝隙为止。[0060]后座墙主要有功能是在顶进过程自始至终地承担主顶工作站顶管前进时的后座力。后座墙的最低强度应保证在设计顶进力的作用下不被破坏，要求其本身的压缩回弹量为最小，以利于充分发挥主顶工作站的顶进效率。在安装后座墙时，应使其满足如下要求：[0061]a.要有充分的强度

[0062]在顶管施工中能承受主顶工作站千斤顶的最大反作用力而不至破坏。[0063]b.要有足够的刚度

[0064]当受到主顶工作站的反作用力时，后座墙材料受压缩而产生变形，卸荷后要恢复原状。如压缩回弹量大，会导致大量行程消耗在后座墙压缩变形土，从而大在降低千斤顶的有效冲程，使顶进效率降低。故后座墙必须具有足够的刚度。[0065]c.后座墙表面要平直[0066]后座墙表面应平直，并垂直于顶进管道的轴线，以免产生偏心受压，使顶力损失和发生质量、安全事故。[0067]d.材质要均匀[0068]后座墙材料的材质要均匀一致，以免承受较大的反作用力时造成后座墙材料压缩不匀，出现倾斜现象。[0069]机头组装：机头在工厂验收合格后运至现场可进行安装，在导轨上先放机头滑动支架。用吊车把机头整体调到基坑导轨上，用千斤顶、垫铁调正机头，使机头中心误差在±2mm，中心误差在±3mm。在机头后装4-6节机头管，安装标准同机头一样。接通自控系统，检测倾斜角、姿态仪、纠偏千斤顶、实际数值与计算机显示数值是否相符，如不符调正计算机显示数值。

[0070]本实施例中顶进设备主要采用现有的千斤顶、高压油泵、顶铁等。千斤顶是掘进顶管的主要设备，本实施例可采用8台200t液压千斤顶。千斤顶工作坑内的布置与采用个数有关，使用多台并列式时，顶力合力作用点与管壁反作用力作用点应在同一轴线，防止产生顶进力偶，造成顶进偏差。

[0071]顶铁是传递和分散顶力的设备。要求它能承受顶压力而不变形，并且便于搬动。本实施例由于管径较大，故采用环形顶铁，内、外径尺寸与管子端面尺寸相适应。其作用是使顶铁传递的顶力较均匀地分布的到顶管端断面上，以免管端局部顶力过大，压坏混凝土管端。

[0072]除了步骤S2和步骤S3的准备工作之外，在顶进开始之前，还应当顶进设备检验。例

8

CN 110185844 A

说　明　书

6/13页

如，泥水系统调试、操作控制系统调试以及工作井内高程、中心桩校核等。[0073]泥浆系统有两个作用：送走被挖掘的渣土和平衡地下水。泥浆系统是由密封的管道组成，通过机头循环，形成泥浆混合物，由排泥管送走，最后沉淀在地面上的泥浆池内，泥浆通过众多的排泥泵被排出。再由进水泵进水送入机头，排泥由变速的排泥泵进行控制。可以控制进排泥浆的速度、方向，以防止泥渣堵塞管道，淤积现场。处理渣土用翻斗车，泥浆用罐车运出场区，堆置于郊外，处理时注意不得污染路面等环境。进排泥水系统起着第二个作用：在有地下水存在的地方，掘进机表面的压力可以降低到小于水中的压力。这样避免了抽地下水的需要。进排泥水系统中的压力感应器可测出地下水的压力。机内泥水循环系统的电磁阀、旁通装置及载水阀可以起到调节水压的作用。机内电磁阀和旁通系统，可以阻止水压的变化，保持水压，在加管道时，不至于减小机头的水压，保证内部压力平衡。[0074]操作控制系统调试通常由一名受过高度训练的操作人员，在地面控制室操作并仔细检测着整个操作系统、观察掘进机内的土压、油压、激光束位置。控制台提供操作数据和控制整套系统的电子按钮。控制板可以是人工控制方向和数据记录，或者是全自动控计算机控制方向和记录，其他的工作人员则负责井内管材和顶铁的更换以及进行、进排泥管和电缆的连接。

[0075]顶进准备工作完成后，开始初始顶进。初始顶进在顶管工作中起着很重要的作用，一要穿过工作井洞口，在这过程中保证洞口结构不被破坏，同时泥水不进入顶坑；二要保证高程、中心偏差最小，为正常顶进打下良好的基础。初始顶进长度、机头和第一节顶管约15m(4-6节机头管)。

[0076]初始顶进的控制如下：[0077]①始顶进速度控制

[0078]顶进用工作井顶进设备进行速度控制，分为两个部分，机头入洞阶段速度控制在3mm～5mm/min(也即，利用顶进设备推动第一节顶管带动机头沿管线设计路径向接收井方向开挖顶进的初始速度为3mm～5mm/min)，此阶段重点是找正管子中心、高程，偏差控制在±5mm之内，所以速度不要太快。[0079]②始顶进泥水控制

[0080]顶进时泥水流量控制在1.4m3～1.5m3/min(也即利用顶进设备推动第一节顶管带动机头沿管线设计路径向接收井方向开挖顶进的初始阶段，泥浆系统的泥浆混合物的排出速度为1.4m3～1.5m3/min)，泥水容重γ＝1.2。泥水作用润滑刀片、切削杂物泥水带出，此时泥水分两部分流出，一部分由机头外流入集水井(需要管吗)，集水井设6寸泥浆泵排入泥水分离装置；另一部分由机头出泥管排入泥水分离装置。[0081]顶进设备驱动机头正常顶进时：[0082]①顶进主要参数

[0083]泥浆在整个顶管过程中起着关键作用，泥浆的压力、浓度影响挖掘面的稳定性。泥浆浓度流量影响到切削下土体能否正常送到地面。泥浆配比要在优选货源的前提下优化配比，并能根据土质变化及时变化。[0084]②顶进操作程序[0085]a.无中继间时顶进[0086]启动刀盘系统；启动输泥管和排泥管道泵，泥路循环，自控系统调正管路压力，使

9

CN 110185844 A

说　明　书

7/13页

压力达到设定压力并稳定；[0087]机头顶进：当没加中继间(中继间是安装在顶管上的，能够从顶管的中部施加一定的顶进作用力)时，工作井顶进千斤顶设定顶进速度100mm/min，如加中继间，中继间设定顶进速度100mm/min。同时，流量计测量流量，调整工作井变频泵，使排泥管流量保持在1.07m3/min。压力计测量压力，控制电动阀的开启度，保持泥水仓压力。[0088]b.下管时的操作程序[0089]打开通阀门，保持泥水仓压力，同时打开冲洗阀门冲洗排泥管路；[0090]全部中继间停止顶进，停止油泵；[0091]机头刀盘停转；

[0092]待排泥管路冲洗干净后，停止输泥泵、排泥泵；[0093]关闭触变泥浆、输泥管、油管、排泥管阀门。拆除工作井管接口各种管线、电缆，管内应急灯工作。[0094]3)顶进到位

[0095]顶进即将到位时，放慢顶进速度，准确测量出机头位置，当机头到达接收井洞口封门时，停止顶进；如果遇到有地下水或软土层时，还需有洞口止水圈安装在接收口墙上；在接收井内安放接引导轨；拆除接收井洞口封门；将机头送入接收井，此时刀盘的进排泥泵均不运转；拆除动力电缆、进排泥管、摄像仪及连线和压浆管路等；分离机头与管节，吊出机头；将管节顶到预定位置；按次序拆除中继环油缸并将管节靠拢；拆除主顶油缸、油泵、后座及导轨；完成整个管道的铺装。

[0096]本实施例浅覆土大直径顶管施工方法的工作井和接收井分别采用沉井法建造。沉井法制作完成的一般称为沉井，也即工作井和接收井均为沉井。沉井一般是矩形或圆形的钢筋混凝土结构，在地面上预制完成后通过井内挖土、依靠沉井自身的重力克服沉井井壁摩阻力和地下水的浮力后下沉到达设计标高，混凝土封底并浇筑钢筋混凝土底板后具备一定预定功能的结构。[0097]具体的，沉井法的步骤包括：[0098]步骤S11：在管线设计路径上的预定位置开挖基坑。[0099]步骤S12：在基坑内铺设砂垫层和混凝土垫层，在砂垫层和混凝土垫层上间隔预定距离预留沉降缝，以形成承载基层。

[0100]步骤S12的作用是保证沉井制作时的稳定，其相当于在刃脚底部铺设相应的砂垫层和混凝土垫层，具体的可以铺设50cm厚砂垫层和20cm厚C20素混凝土垫层进行换基，以提高地基承载力，砂垫层和混凝土垫层宽度为刃角宽度向两侧各外扩0.5m。沿沉井刃脚方向每隔5m设置一道沉降缝。砂垫层采取分层洒水铺设，采用平板振动器进行分层碾压夯实；混凝土垫层采用插入式振捣棒振捣密实。砂垫层和混凝土垫层表面平整压光，标高与标准标高相差小于8mm。

[0101]沉井制作采用分节制作、分节浇筑，每节浇筑高度宜采用2-3米，根据实际的沉井高度情况，沉井制作共分为5步，具体如下：[0102]步骤S13：在承载基层上制作沉井刃角，沉井刃角在承载基层的边缘内侧，且沉井刃角铺设在沉降缝的上方。[0103]步骤S14：在沉井刃角的上方浇筑制作沉井的下部井壁。

10

CN 110185844 A[0104]

说　明　书

8/13页

步骤S15：在沉井的下部井壁上浇筑制作沉井的上部井壁。

[0105]步骤S16：将完成上部井壁浇筑的沉井排土下沉至预定位置，并在沉井下沉至预定位置后，在沉井刃角处浇筑封底混凝土，形成封底混凝土层；而后在封底混凝土层上浇筑钢筋混凝土底板。[0106]步骤S17：在沉井的上部井壁上浇筑制作沉井的上部变化段。[0107]步骤S18：在上部变化段的上方进行砖砌体施工(根据沉井顶部标高与现状地面标高差值确定是否执行该步操作)。

[0108]本实施例浅覆土大直径顶管施工方法还包括安装触变泥浆系统的步骤；其中，触变泥浆系统包括拌浆装置、注浆装置和注浆管道，拌浆装置安装在工作井中，注浆装置设置在注浆管道上，注浆管道包括主管和多根支管，主管安装在每节顶管的内侧，支管安装在主管上，且多根支管沿主管的长度方向布置，支管用于将主管内压送过来的触变泥浆输送到每节顶管的每个注浆孔，以减少顶管外壁的顶进阻力。[0109]顶进过程中，进行压触变泥浆工作，可减少顶进的阻力。触变泥浆系统由拌浆、注浆和管道三部分组成。拌浆是把注浆材料兑水以后再搅拌成所需的浆液(造浆后应静置12小时后方可使用)。触变泥浆由优质膨润土、工业碱和水搅拌而成，配合比为膨润土100kg，工业碱5kg，水400kg。注浆是通过注浆泵进行的，根据压力表和流量表，它可以控制注浆的压力和注浆量。管道分总管和支管，总管安装在管道内一侧，支管则把总管内压送过来的浆液输送到每个注浆孔上去。[0110]1)注浆减磨要点：

[0111]①选择优质的触变泥浆材料，对膨润土取样测试。主要指标为造浆率、失水量和动塑比。

[0112]②在管子上预埋压浆孔，压浆孔的设置要有利于浆套的形成。[0113]③膨润土的贮藏及浆液配制、搅拌、膨胀时间，听取供应商的建议但都必须按照规范进行，使用前必须先进行试验。

[0114]④压浆方式要以同步注浆为主，补浆为辅。在顶进过程中，要经常检查各推进段的浆液形成情况。

[0115]⑤注浆设备和管路要可靠，具有足够的耐压和良好的密封性能。在注浆孔中设置一个单向阀，使浆液管外的土不能倒灌而堵塞注浆孔，从而影响注浆效果。[0116]⑥注浆工艺由专人负责，质量员定期检查。[0117]⑦注浆泵选择脉动小的螺杆泵，流量与顶进速度相应配。[0118]2)管道通风措施[0119]在长距离顶管中，通风是一个不可忽视的问题。因为顶进周期长，作业人员在管道内需要消耗大量的氧气，久而久之，管道内就会出现缺氧现象，直接影响到作业人员的安全。此外，在顶管作业过程中会有一些粉尘浮游在管道内，在遇到某些特殊地层时也可能存在腐烂物质形成的沼气等可燃性气体逸出，这些都会危及作业人员的人身安全。以上问题都可通过可靠的通风措施来解决。

[0120]为了保证顶进过程中引起的不均匀沉降对周边建(构)筑物以及现状市政管网造成破坏，本实施例浅覆土大直径顶管施工方法还包括对工作井和接收井的周边地基进行加固土体的步骤。

11

CN 110185844 A[0121]

说　明　书

9/13页

具体的，本实施例中可采用对基坑周边的建(构)筑物及现状市政管网的地基进行

压密注浆加固土体。压密注浆孔按梅花型布置，孔距1m，以保证处理后地基连成一体。加固浆液、严格按设计配合比拌制，注浆压力控制在0.15-0.75MPa之间，施工中根据具体情况及时调整压力，具体的注浆压力可控制在0.5MPa。加固浆液可以是二重管无收缩双浆液注浆，包括水泥加水、水玻璃、细砂搅拌而成，配合质量比为水泥：水：水玻璃：细砂＝1：0.8：适量：0.8。注浆时，应当根据要求，严格控制每孔注浆量、提升速度、注浆压力。注浆还应密切关注浆液流量，当压力突然上升、下降，浆液溢出时，应立即停止注浆。必须查明原因，采取必要的措施(调节注浆参数、移位、打斜孔等方式)方可继续注浆。在喷浆过程中，喷浆管不回转，不会发生浆液溢流现象，并且对土层有很强的渗透性，渗透范围可以根据压力大小人为控制。在二重管的端头设置浆液混合器，无收缩浆液可以完全地混合，均匀地喷入到地层中，凝结时间可自由调节，并且可以实行复合喷入施工。

[0122]本实施例浅覆土大直径顶管施工方法在具体施工时，需要对顶管机头初始状态验收，主要包括：

[0123]1)导轨验收

[0124]a.导轨是在基础上安装的轨道，一般采用装配式。管节在顶进前先安放在导轨上。在顶进管道人土前，导轨承担导向功能，以保证管节按设计高程和方向前进。导轨应选用钢质材料制作，其安装应符合下列规定。[0125]b.两导轨应顺直、平行、等高，其坡度应与管道设计坡度一致。当管道坡度>1％时，导轨可按平坡铺设。

[0126]c.导轨安装的允许偏差应为：轴线位置，±3mm；顶面高程，±3mm；两轨内距，±2mm。

[0127]d.安装后的导轨必须稳固，在顶进中承受各种负载时不产生位移、不沉降、不变形。

[0128]e.导轨安放前，应先复核管道中心的位置，并应在施工中经常检查校核。[0129]2)导轨材料

[0130]导轨应选用钢质材料制作，导轨安装完半后需在预留洞口内安装副导轨，副导轨的轴线以及高程均要与主导轨保持一致，此副导轨用于防止机头进洞后低头。[0131]3)千斤顶

[0132]主顶千斤顶安装于顶进工作坑中，用于向土中项进的管道，其形式多为液压驱动的活塞式双作用油缸。千斤顶的安装应符合下列规定。[0133]a.千斤顶宜固定在支架上，并与管道中心的垂线对称，其合力的作用点应在管道中心的垂直线上。[0134]b.千斤顶数量应取偶数，且规格相同，行程同步。[0135]4)施工用水、用电

[0136]顶进施工用水采用当地村里自来水接口直接接入使用。[0137]顶进用电采用380V动力电压，由新架设变压器引至盾构机上接入使用。[0138]5)洞口加固

[0139]顶管机头始发前确认洞口已打高压旋喷桩加固后方可开始顶进。[0140]6)洞门凿除

12

CN 110185844 A[0141]

说　明　书

10/13页

洞门凿除流程：钻检测孔→洞门砖胎膜凿除→洞口边缘维修。

[0142]开凿前，搭设双排脚手架，由上往下分层凿除。[0143]7)洞门凿除过程的应急措施[0144]洞门破除过程中发现有异常情况后，迅速用木板和型管进行临时支撑，防水洞门掌子面土体发生坍塌，支撑完后确保安全的情况下对洞门掌子面土体进行注浆加固。[0145]若土体压力较大时，采用临时支撑完成后迅速用预先制作好的钢筋网片与钻孔桩的钢筋焊接一起后用木板和钢管支撑稳定。然后在围护结构外围进行注浆加固，同时在洞门里面进行注浆加固。

[0146]8)始发设施安装及调试

[0147]在后配套吊入始发位置后，依据顶管设计轴线定出顶管机头始发姿态的空间位置，然后推算出始发架的空间位置，利用垫薄钢板调节始发架的标高，达到要求的位置。[0148]顶管始发前对始发架两侧进行必要的加固。[0149]9)顶管机调试[0150]a.空载调试

[0151]顶管机组装和连接完毕后，即可进行空载调试。调试内容为：液压系统、润滑系统、冷却系统、配电系统、注浆系统及各种仪表的校正。着重观测刀盘转动和端面跳动是否符合要求。[0152]b.负荷调试

[0153]空载调试证明顶管机具有工作能力后即可进行负荷调试。负荷调试的主要目的是检查各种管线及密封的负载能力。使顶管机的各个工作系统和辅助系统达到满足正常生产要求的工作状态。通常试掘进时间即为对设备负载调试时间。负荷调试时将采取严格的技术和管理措施保证工程安全、工程质量和隧道线型。[0154]10)洞口始发导轨的安装[0155]在围护结构破除后，顶管机头始发架端部距离洞口围岩必然会产生一定的空隙，为保证机头在始发时不致于因刀盘悬空而产生顶管机“叩头”现象，需要在始发洞内安设洞口始发导轨。安设始发导轨时应在导轨的末端预留足够的空间，以保证机头在始发时，不致因安设始发导轨而影响刀盘旋转。[0156]11)始发施工测量监测[0157]为确保本工程施工精度，进场后会同设计和业主，进行现场交接桩，办理相关的交桩手续。及时组织测量人员对有关的导线网、水准基点进行测量复核，检查导线点的坐标和水准点高程的准确性，对测得的结果平差后报监理工程师，并将所计算的结果与原始资料进行分析对比，如果误差在规范允许的范围内，则所移交的控制点作为施工放样的基准点，如果超出误差范围，报送设计单位进行修正，直到接受的控制点准确无误后方用于施工中，作为施工测量的依据。[0158]12)顶管推进测量

[0159]复核线路设计三维坐标：复核区间施工设计图上的所有三维坐标，项目总工、测量技术负责人签名，若有问题及时上报待审批后方可施工；掘进过程中随时进行方向检测，若发现问题及时校正。

[0160]13)地下控制测量

13

CN 110185844 A[0161]

说　明　书

11/13页

地下控制测量包括地下导线控制测量和地下高程控制测量。

[0162]14)始发的其他工作[0163]a.顶管机已准确定位。[0164]b.地面监测点已布设完毕并获得初始成果。[0165]c确保始发端头没有降水井。

[0166]d.当顶管机机头脱离洞门密封圈后，开始进行同步注浆。

[0167]本实施例浅覆土大直径顶管施工方法顶管进出洞口及防水措施如下：[0168]针对一般的粉质粘土，有一定的可塑性，可直接采用常规的做法，即用环形橡胶止水圈加钢质压板即可有效防止地下水和注浆液的外流。对于地下水位高、粉细砂土地质极易形成流砂、涌泥的洞口，仅仅采用橡胶止水圈的办法是不够的。破开洞口后，机头还没来得及顶进，流砂会迅速流出，可采用洞口土体注浆加固的方法来解决。[0169]止水环结构采用安装架及钢法兰加压板，中间夹装20mm厚双层橡胶止水环，借助管道顶进带动安装好的橡胶板形成逆向止水装置。[0170]用注浆机将双浆液(水泥、水玻璃)注入到洞口土体中，使土体凝固，具有一定的强度，从而达到开洞不致引起流砂涌泥现象，加固土体的范围为洞口上下左右各2m，沿着顶管轴线方向6m。注浆管采用水冲式从上往下压入，每一米一个孔，呈梅花型布置，也可以在沉井制作过程中在洞口周围的井壁上预留出注浆孔。

[0171]本实施例浅覆土大直径顶管施工方法顶管纠偏措施如下：[0172]随着管节的顶进，不断观察机头轴线位置和各种指示仪表，纠正管道轴线方向并根据土压力大小调整顶进速度。纠偏原理是：全站仪发出不可见光到机头中心光靶，光靶把偏移反应到控制台，控制台控制纠偏千斤顶工作，具体方法如下：[0173]1)在大口径顶管施工中，一般采用激光经纬仪或激光发射器进行顶管位置测量，这样可以保证在管道内黑暗环境中，比较准确地测量位置偏移。[0174]2)激光经纬仪进行顶管测量时，在工作井内安装激光发射器，并按设计要求，调整好坡度和方向，在机头位置安装接收靶标，靶标上有刻度线，当顶进管位置和设计数量一致时，激光点和靶标中心重合，若不重合即可通过刻度线知道偏移方向和程度。[0175]3)在操作室内通过摄像机可以清楚地观察到激光靶标的情况，通过激光点偏移中心点的刻度和方向，判断顶管偏离设计要求的位移量，操作顶管机头内置的四只纠偏油缸，及时调整至激光点和靶标中心重合。

[0176]基本纠偏过程是指管道利用自身构造进行的，主要是依靠纠偏油缸拼装成的液压纠偏系统的作用实现的。对于长距离、大直径顶管施工，一般采用4组纠偏系统。该系统可以控制4组油缸的各种动作和油压，根据纠偏需要通过调整纠偏千斤顶的伸缩量灵活调整顶管前进的方向。

[0177]本实施例的机头可采用泥水平衡掘进机，其结构分为2节，第1节与第2节之间安装纠偏油缸。第1节与第2节之间不是固定的，而是可以上下、左右转动，顶进过程中的纠偏正是依靠第1节工具管实现的。假设管道在顶进过程中向上偏离了轴线需要纠偏，前2节为工具管，从第3节开始为钢筋混凝土管道，其中测定管道轴线偏差的偏差测定标尺设在第1节的后部。转动工具管的第1节，使其前端下沉，后端上抬，同时带动第2节前端上抬。第2节上抬致使工具管与管第1段之间的下部间隙增大，第1、2节的上抬结果导致偏差增加。假设工

14

CN 110185844 A

说　明　书

12/13页

具管的纠偏角是β，第一节与原管轴线形成角α1。随着管道的深入顶进，受到后部顶进设备的推力作用，工具管与管道第一段之间的下部间隙逐渐变小，最后消失。[0178]假设工具管纠偏角不变，仍为β，这时工具管第一节与原管轴线的夹角变大，变为α2，并且有α2>α1。此时管道偏差不再发展，随着顶进，偏差开始减少。顶管继续进行，工具管前端慢慢向轴线靠拢，后续管段进入弯曲段，工具管与第1管段之间的上部间隙增加，第1管段与第2管段间的间隙一旦进入弯曲段，上部间隙也会增加，工具管第1节与原管轴线的夹角增大到α3，并有α3>α2>α1，即与设计的施工方向夹角逐渐减小，从而实现纠偏的目的。[0179]4)管道纠偏注意事项：[0180]a.勤顶勤测勤纠

[0181]在顶管顶进过程中要经常对进轴线进行量测，并与设计轴线相比较，发现偏差及时纠正。在本项目中原则上是每顶进一节就测量1次，在软弱地层中适当提高测量次数，确保偏差能够及时发现和纠正。[0182]b.动态纠偏[0183]纠偏尽量在管道顶进过程中进行避免在静止状态纠偏。实践证明，当管道处于静止状态时，所需的纠偏力比顶进时纠偏增加50％-90％；同时，静止状态下纠偏将对第1段钢筋混凝土管产生较大的不均匀应力。在动态纠偏过程中，通过观察偏差发展趋势可以灵活确定纠偏方案。如果偏移量不大，且偏移方向靠近设计轴线，可以暂时不采取纠偏措施，而是继续顶进，直至偏差消除。[0184]c.尽量采用小角度纠偏[0185]工具管纠偏后，刃脚后部形成一个空隙，空隙的大小与纠偏角有关，纠偏角越大，空隙越大，管道顶进时周围土体容易坍入空隙造成地面沉降。同时，钢筋混凝土管纠偏比较灵敏，只要工具管能开挖出隧洞轮廓，紧跟的混凝土管道就能顺着隧洞跟进。因此，钢筋混凝土顶管的纠偏角不宜大于0.3度，否则容易造成轴线弯曲和地面沉降。[0186]d.重视管道第1节的材质质量和长度[0187]管道第1节紧跟工具管，在顶进和纠偏过程中，第1节管道要承受工具管的反复应力，如果第1节材质不好，在顶进过程中很可能会出现第1节管道开裂、破碎等。因此，在长距离顶管过程中通常将第1节管道采用钢质管段代替钢筋混凝土管段。另一方面，第1节管道的长度过长将影响纠偏的灵敏度，过短则容易引起较大的偏转角。因此，确定第1节管道的合理长度对于纠偏有较大的帮助。[0188]e.加强纠偏过程中的量化工作

[0189]由于设立在工具管尾部的纠偏测点与工具管端面有一定距离，工具管纠偏后的效果要顶进这一距离后才能反映出来。为了及时掌握工具管端的偏差，可通过测点的偏差、工具管第2节的斜率和工具管的纠偏角推算。同时，在纠偏角不变的情况下，管道的转弯半径基本一致。所以施工中可绘制工具管测点的行进轨迹曲线以预测偏差的发展趋势，从而帮助操作人员及时改变纠偏角，避免产生轴线过度弯曲。

[0190]本发明实施例浅覆土大直径顶管施工方法是借助于主顶油缸或中继间等的顶推力，把顶管机头从工作井内穿过土层一直推到接收井内吊起，与此同时，也就把紧跟顶管机头的管道埋设在工作井与接收井之间。[0191]具有以下有益效果：

15

CN 110185844 A[0192]

说　明　书

13/13页

1.避免大面积破坏路面等现状结构物

[0193]大开槽施工方法开挖面积大，造成路面等现状结构物整体破坏。本发明顶管顶进时只需在工作井和接收井位置进行明开挖，对路面等现状结构物破坏较小。[0194]2、每延米综合造价较低

[0195]明开挖(也即大开槽施工方法)时需要额外考虑钢板桩等支护手段；管道包封也需要浇筑混凝土；特别是对于含水量丰富的施工位置，沟槽开挖深度较深，地下土方含水量较大，开挖土方量大且需要把土方倒运到翻晒场地进行翻晒后，再等待管道下管处理完接口后运回沟槽旁进行沟槽分层夯实回填，土方的开挖、内倒、晾晒、回运、分层夯实回填也是不小的费用。本发明采用顶进法可以节省这三项费用。[0196]3、安全隐患小

[0197]明开挖(也即大开槽施工方法)时全线都要安全防护，安全文明费用投入较大；顶进法施工时只需要在工作井和接收井位置进行重点安全防护，大幅减少安全支出。[0198]4、节省工期

[0199]顶进法能有效缩短工期。较传统工艺施工，施工速度明显提高，估算缩短工期约1/3。

[0200]最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

16

CN 110185844 A

说　明　书　附　图

1/2页

图1

17

CN 110185844 A

说　明　书　附　图

2/2页

图2

18