顶管施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种顶管施工方法。

背景技术

地下管道是铺设在地下用于输送气体、液体或固体的管道，例如地下进水管、排水管、煤气管或电讯电缆管等。在铺设地下管道的过程中，可能处于城区的交通要塞，无法进行开挖直埋和桁架架空通过时，多采用顶管技术。顶管技术是一种非开挖掘进式管道铺设技术。不需要开挖地面，能穿越地面构筑物和地下管线，不需阻断交通，对施工周遭的影响小，但是在顶管施工的过程中，由于较难对掘进机头的掘进姿态进行及时的监测，难以及时监测到掘进机头的姿态变化，致使顶管节顶进的路线出现偏差，导致顶管节难以准确地到达预设位置，顶管施工准确度低。

发明内容

本发明的主要目的在于：提供一种顶管施工方法，旨在解决现有技术中较难对掘进机头的掘进姿态进行及时的监测，难以及时监测到掘进机头的姿态变化，致使顶管节顶进的路线出现偏差，导致顶管节难以准确的预设位置，顶管施工准确度低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种顶管施工方法，所述顶管施工方法包括：

测量并定位出所述顶管施工的施工区域；

在顶管施工的施工区域的前后两侧分别向下开设一接收井和一始发井；

在所述始发井的底部设置一朝前延伸设置的轨道，并在轨道的后方设置一后座墙；

将掘进机头安装于所述轨道上，在后座墙的前侧安装顶管装置，并在所述掘进机头和所述顶管装置之间安装顶管节，以使所述顶管节前后两端分别与掘进机头和所述顶管装置抵接；

在所述掘进机头上安装一联通管，向所述联通管内灌注满水，在所述掘进机头的前端安装水平横尺，并设立一三维坐标控制点；其中，所述联通管为透明联通管且自所述掘进机头的前端延伸至所述顶管节的后端；

所述顶管装置向前推动所述顶管节和所述掘进机头，并通过所述掘进机头自所述始发井朝前掘进形成一顶进通道，向所述顶管节和所述顶进通道内壁之间灌注泥浆，并在所述掘进机头每朝前掘进一预设距离时，观察所述联通管前后两端的液面差并测量所述三维控制点在所述水平横尺上的读数，并根据所述液面差及所述读数矫正所述掘进机头的姿态；

所述掘进机头继续朝前掘进直至所述顶进通道与所述接收井连通，所述掘进机头进入所述接收井，所述顶管施工完成。

可选地，所述掘进机头继续朝前掘进直至所述顶进通道与所述接收井连通，所述掘进机头进入所述接收井，所述顶管施工完成的步骤包括：

在已安装的所述顶管节后方安装一中继环，并在所述中继环的后方安装下一所述顶管节，下一所述顶管节的后端与所述顶管装置抵接；

所述顶管装置向前推动下一所述顶管节，并通过下一所述顶管节推动所述中继环、已安装的所述顶管节和所述掘进机头向前移动，以使所述掘进机头继续向前掘进所述顶进通道；

返回执行所述在已安装的所述顶管节后方安装一中继环，并在所述中继环的后方安装下一所述顶管节，下一所述顶管节的后端与所述顶管装置抵接的步骤，直至所述顶进通道与所述接收井连通，所述掘进机头进入所述接收井，所述顶管施工完成。

可选地，所述顶管装置向前推动下一所述顶管节，并通过下一所述顶管节推动所述中继环、已安装的所述顶管节和所述掘进机头向前移动，以使所述掘进机头继续向前掘进所述顶进通道的步骤的之后，包括：

对已安装的所述顶管节的轴线和下一所述顶管节的轴线进行测量，并获得已安装的所述顶管节的轴线和下一所述顶管节的轴线之间的误差值；

若所述误差值在容许误差范围内，则执行返回执行所述在已安装的所述顶管节后方安装一中继环，并在所述中继环的后方安装下一所述顶管节，下一所述顶管节的后端与所述顶管装置抵接的步骤，直至所述顶进通道与所述接收井连通，所述掘进机头进入所述接收井，所述顶管施工完成的步骤。

可选地，所述容许误差范围为A，其中，0mm＜A≤40mm。

可选地，所述在顶管施工的施工区域的前后两侧分别向下开设一接收井和一始发井的步骤之前，还包括：

在所述施工区域的前侧和后侧均施作支护结构。

可选地，所述在所述施工区域的前侧和后侧均施作支护结构的步骤包括：

在所述施工区域的前侧和后侧均施作钻孔灌注桩和高压旋喷桩，并对所述始发井和所述接收井的井壁进行挂网喷浆。

可选地，所述在顶管施工的施工区域的前后两侧分别向下开设一始发井和一接收井的步骤之前，还包括：

环绕所述始发井和所述接收井均设置多个降水井和多个疏干井。

可选地，在所述始发井的底部设置一朝前延伸设置的轨道，并在轨道的后方设置一后座墙的步骤之前，还包括：

在所述始发井的底部与所述轨道对应的位置铺设钢板；

所述在所述始发井的底部设置一朝前延伸设置的轨道，并在轨道的后方设置一后座墙的步骤包括：

将所述轨道安装于所述钢板上，并在所述钢板的后方设置所述后座墙。

可选地，所述顶管装置向前推动所述顶管节和所述掘进机头，并通过所述掘进机头自所述始发井朝前掘进形成一顶进通道，向所述顶管节和所述顶进通道内壁之间灌注泥浆，并在所述掘进机头每朝前掘进一预设距离时，观察所述联通管前后两端的液面差并测量所述三维控制点在所述水平横尺上的读数，并根据所述液面差及所述读数矫正所述掘进机头的姿态的步骤之前，还包括：

在所述始发井的井壁上，对应所述顶进通道的位置预埋一环框；

所述顶管装置向前推动所述顶管节和所述掘进机头，并通过所述掘进机头自所述始发井朝前掘进形成一顶进通道，向所述顶管节和所述顶进通道内壁之间灌注泥浆，并在所述掘进机头每朝前掘进一预设距离时，观察所述联通管前后两端的液面差并测量所述三维控制点在所述水平横尺上的读数，并根据所述液面差及所述读数矫正所述掘进机头的姿态的步骤包括：

所述顶管装置向前推动所述顶管节和所述掘进机头并穿过所述环框，通过所述掘进机头自所述始发井朝前掘进形成一顶进通道，向所述顶管节和所述顶进通道内壁之间灌注泥浆，并在所述掘进机头每朝前掘进一预设距离时，观察所述联通管前后两端的液面差并测量所述三维控制点在所述水平横尺上的读数，并根据所述液面差及所述读数矫正所述掘进机头的姿态。

可选地，在所述始发井的井壁上，对应所述顶进通道的位置预埋一环框的步骤之后，还包括：

在所述环框上安装一环绕其设置的防水结构。

本发明提供的上述一个或多个技术方案，可以具有如下优点或至少实现了如下技术效果：

本发明提出的一种顶管施工方法，通过在施工区域的前后两侧分别向下开挖形成接收井和始发井，在始发井的底部安装一轨道，将掘进机头安装于轨道，再在轨道的后方设置一后座墙，将顶管装置放置于后座前的前侧并于后座墙抵接，在顶管装置和掘进机头之间安装顶管节，顶管节的后端与顶管装置的前端抵接，顶管节的前端与掘进机头的后端抵接，通过顶管装置推动顶管节以带动掘进机头向前移动并开挖施工区域的地层形成贯穿施工区域的顶进通道，顶管节和顶进通道之间灌注泥浆，可以将泥浆作为润滑剂，减小顶管节和顶进通道内壁之间的摩擦力，降低顶进过程中的阻力，提高施工效率。在掘进机头向前掘进的过程中，掘进机头每向前掘进一段距离，便观察联通管前后两端的高度差以获得掘进机头的前端和顶管节的后端的高度差，并根据获得的掘进机头的前端和顶管节的后端的高度差矫正掘进机头沿竖直方向的姿态，观察水平横尺上三维控制点的度数的变化，以获得并矫正掘进机头沿水平方向的姿态，使其能准确地掘进施工区域形成顶进通道，并使顶管节准确地到达预设位置。每掘进一段距离，通过对掘进机头沿竖直方向的姿态和沿水平方向的姿态进行观测，可以及时监测到掘进机头的姿态变化，并及时对掘进机头的姿态进行矫正，以矫正顶管节顶进的路线，使得顶管节可以较为准确地到达预设位置，提高了顶管施工的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据提供的这些附图获得其他的附图。

图1为本发明顶管施工方法第一实施例的流程示意图；

图2为本发明涉及的顶管施工方法的施工示意图；

图3为本发明顶管施工方法中环框的结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，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作出创造性劳动的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。

需要说明，在本发明实施例中，所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图1所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通，也可以是两个元件的相互作用关系。

在本发明中，若有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本发明中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“组件”、“件”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。

对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。另外，各个实施例的技术方案可以相互结合，但是，是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

下面结合一些具体实施方式进一步阐述本发明的发明构思。

本发明提出一种顶管施工方法。

参照图1，在本发明一实施例中，所述顶管施工方法包括：

步骤S100，测量并定位出所述顶管施工的施工区域；

步骤S200，在顶管施工的施工区域的前后两侧分别向下开设一接收井和一始发井；

步骤S300，在所述始发井的底部设置一朝前延伸设置的轨道，并在轨道的后方设置一后座墙；

步骤S400，将掘进机头安装于所述轨道上，在后座墙的前侧安装顶管装置，并在所述掘进机头和所述顶管装置之间安装顶管节，以使所述顶管节前后两端分别与掘进机头和所述顶管装置抵接；

步骤S500，在所述掘进机头上安装一联通管，向所述联通管内灌注满水，在所述掘进机头的前端安装水平横尺，并设立一三维坐标控制点；其中，联通管为透明联通管且自掘进机头10的前端延伸至顶管节20的后端；

步骤S600，所述顶管装置向前推动所述顶管节和所述掘进机头，并通过所述掘进机头自所述始发井朝前掘进形成一顶进通道，向所述顶管节和所述顶进通道内壁之间灌注泥浆，并在所述掘进机头每朝前掘进一预设距离时，观察所述联通管前后两端的液面差并测量所述三维控制点在所述水平横尺上的读数，并根据所述液面差及所述读数矫正所述掘进机头的姿态；

步骤S700，所述掘进机头继续朝前掘进直至所述顶进通道与所述接收井连通，所述掘进机头进入所述接收井，所述顶管施工完成。

具体地，如图2所示，在施工区域70的前后两侧分别向下开挖形成接收井和始发井60，在始发井60的底部安装一轨道30，将掘进机头10安装于轨道30，再在轨道30的后方设置一后座墙40，将顶管装置放置于后座前的前侧并于后座墙40抵接，在顶管装置和掘进机头10之间安装顶管节20，顶管节20的后端与顶管装置的前端抵接，顶管节20的前端与掘进机头10的后端抵接，通过顶管装置推动顶管节20以带动掘进机头10向前移动并开挖施工区域70的地层形成贯穿施工区域70的顶进通道50，顶管节20和顶进通道50之间灌注泥浆，可以将泥浆作为润滑剂，减小顶管节20和顶进通道50内壁之间的摩擦力，降低顶进过程中的阻力，提高施工效率。在掘进机头10向前掘进的过程中，掘进机头10每向前掘进一段距离，便观察联通管前后两端的高度差以获得掘进机头10的前端和顶管节20的后端的高度差，并根据获得的掘进机头10的前端和顶管节20的后端的高度差矫正掘进机头10沿竖直方向的姿态，观察水平横尺上三维控制点的度数的变化，以获得并矫正掘进机头10沿水平方向的姿态，使其能准确地掘进施工区域70形成顶进通道50，并使顶管节20准确地到达预设位置。每掘进一段距离，通过对掘进机头10沿竖直方向的姿态和沿水平方向的姿态进行观测，可以及时监测到掘进机头10的姿态变化，并及时对掘进机头10的姿态进行矫正，以矫正顶管节20顶进的路线，使得顶管节20可以较为准确地到达预设位置，提高了顶管施工的准确度。

在一实施例中，步骤S700包括：

步骤S710，在已安装的所述顶管节后方安装一中继环，并在所述中继环的后方安装下一所述顶管节，下一所述顶管节的后端与所述顶管装置抵接；

步骤S720，所述顶管装置向前推动下一所述顶管节，并通过下一所述顶管节推动所述中继环、已安装的所述顶管节和所述掘进机头向前移动，以使所述掘进机头继续向前掘进所述顶进通道；

步骤S730，返回执行步骤S720，直至所述顶进通道与所述接收井连通，所述掘进机头进入所述接收井，所述顶管施工完成。

具体地，若顶管施工中施工区域70较长，需采用多根顶管节20进行顶进，在两个顶管节20之间安装中继环，在长距离顶管施工过程中，在顶管节20之间设置中继环可以分段克服摩擦阻力，增加对顶管节20的顶力，从而解决顶力不足的问题，提高了施工效率。具体来说，中继环的设置可以使顶管施工中的顶力得到增加，并减少顶进阻力，提高施工效率。同时，中继环还可以降低对顶管设备的负载，延长顶管设备的使用寿命。

在一实施例中，步骤S720的之后，包括：

步骤S721，对已安装的所述顶管节的轴线和下一所述顶管节的轴线进行测量，并获得已安装的所述顶管节的轴线和下一所述顶管节的轴线之间的误差值；

步骤S722，若所述误差值在容许误差范围内，则执行步骤S530。

具体地，通过测量已安装的顶管节20和下一顶管节20的轴线，可以确保两个顶管节20之间的轴线一致，避免在顶进过程中出现偏差或错位的情况。如果测量结果显示两个顶管节20之间的轴线存在误差，可以及时发现并进行调整，避免误差累积导致更大的问题。通过准确测量和调整，可以提高整个顶管施工的精度，确保顶进通道50的位置和方向符合设计要求。准确地测量和调整可以保证工程的稳定性和安全性，减少后期维护和修复的工作量。

在一实施例中，容许误差范围为A，其中，0mm＜A≤40mm，将误差控制在小于40mm，较为准确，可以满足顶管施工的精度要求，确保顶进通道的位置和方向符合设计要求。

在一实施例中，步骤S200之前，还包括：

步骤S210，在所述施工区域的前侧和后侧均施作支护结构。

具体的，支护结构可以增加施工区域70的稳定性，防止土方坍塌或滑移，确保施工安全，并且可以有效地控制施工区域70的变形，确保施工精度和工程质量。

在一实施例中，步骤S210包括：

步骤S211，在所述施工区域的前侧和后侧均施作钻孔灌注桩和高压旋喷桩，并对所述始发井和所述接收井的井壁进行挂网喷浆。

具体地，钻孔灌注桩和高压旋喷桩可以进一步地提高施工区域70的土体稳定性，对始发井60和接收井的井壁进行挂网喷浆，可以增强井壁的稳定性，有效地控制施工区域70的变形，可以进一步地防止土方坍塌或滑移，确保施工安全，并且确保施工精度和工程质量。

在一实施例中，步骤S200之前，还包括：

步骤S201，环绕所述始发井和所述接收井均设置多个降水井和多个疏干井，环绕始发井和接收井设置多个降水井和多个疏干井，可以有效地控制地下水位，提高施工安全性和稳定性，降低工程风险，提高工程质量。

在一实施例中，步骤S300之前，还包括：

步骤A001，在所述始发井的底部与所述轨道对应的位置铺设钢板；

步骤S300包括：

步骤S310，将所述轨道安装于所述钢板上，并在所述钢板的后方设置所述后座墙。

具体地，钻孔灌注桩和高压旋喷桩可以进一步地提高施工区域70的土体稳定性，对始发井60和接收井的井壁进行挂网喷浆，可以增强井壁的稳定性，有效地控制施工区域70的变形，可以进一步地防止土方坍塌或滑移，确保施工安全，并且确保施工精度和工程质量。

在一实施例中，步骤S600之前，还包括：

步骤B001，在所述始发井的井壁上，对应所述顶进通道的位置预埋一环框；

步骤S600包括：

步骤S610，所述顶管装置向前推动所述顶管节和所述掘进机头并穿过所述环框，通过所述掘进机头自所述始发井朝前掘进形成一顶进通道，向所述顶管节和所述顶进通道内壁之间灌注泥浆，并在所述掘进机头每朝前掘进一预设距离时，观察所述联通管前后两端的液面差并测量所述三维控制点在所述水平横尺上的读数，并根据所述液面差及所述读数矫正所述掘进机头的姿态。

具体地，如图3所示，在始发井60的井壁上预埋环框80可以加强掘进形成顶进通道50后的始发井60，并增加顶进通道50的稳定性，防止坍塌或变形，安全性更高，并且可以有效地确保施工精度和工程质量。

在一实施例中，步骤B001，还包括：

步骤B002，在所述环框上安装一环绕其设置的防水结构。

具体地，如图3所示，防水结构81可以有效地防止水进入环框80内部，可以减少对环框80内部结构的腐蚀和破坏，并保护顶进通道50不受水侵蚀，耐久性和稳定性更高。

需要说明，上述本发明实施例序号仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上实施例仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。