本發(fā)明涉及地下通道工程建設(shè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無(wú)需坑外地基加固的泡沫土中頂管進(jìn)洞工裝及其施工方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著城市開(kāi)發(fā)建設(shè)的快速發(fā)展，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、交通繁忙的大、中型城市，為了完善區(qū)域性的交通功能和人性化的出行需求，諸如人行過(guò)街通道、地鐵換乘通道、地下車(chē)庫(kù)連通道、商業(yè)體地下連廊等各類(lèi)型的地下通道工程建設(shè)正如火如荼地進(jìn)行中。由于此類(lèi)地下通道擬建場(chǎng)地一般處于中心城區(qū)，若采用明挖法修建，往往需要長(zhǎng)期占用道路，管線和綠化搬遷量大，建筑拆遷量多，施工期間將對(duì)周?chē)h(huán)境、交通等產(chǎn)生負(fù)面影響，引發(fā)建設(shè)與環(huán)境、交通、社會(huì)的矛盾，因此采用頂管法施工逐漸成為主流實(shí)施手段。

根據(jù)頂管法施工的工藝要求，雖然頂管段自身無(wú)需開(kāi)挖地面，但仍需要在頂管段兩端設(shè)置有基坑明挖、結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆的頂管工作井，且為滿(mǎn)足頂管進(jìn)出洞安全，常規(guī)條件下均須采用冰凍法或水泥系加固法或兩者結(jié)合的復(fù)合冷凍法進(jìn)行進(jìn)出洞加固。其中，冰凍法不僅代價(jià)高昂，且凍融作用下，土體會(huì)發(fā)生較大隆沉變化，容易對(duì)相鄰管線造成安全隱患；水泥土攪拌樁、高壓旋噴樁等水泥系加固一般為地面向下施工，施工期間需要占據(jù)地面道路，并對(duì)加固區(qū)內(nèi)管線進(jìn)行搬遷；同時(shí)兩者均對(duì)原狀土壤的生態(tài)條件完全破壞，都無(wú)法應(yīng)用于施工期也須維持植物生存條件的綠化保護(hù)區(qū)(如古樹(shù)名木區(qū)域)，因此，應(yīng)用上都存在較大的局限性。

本領(lǐng)域技術(shù)人員致力于開(kāi)發(fā)一種可應(yīng)用在由頂管法實(shí)施的地下通道中的，無(wú)需額外占用地面、不影響地下管線、不改變土層生態(tài)環(huán)境，同時(shí)又安全可靠的進(jìn)洞加固施工方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供一種無(wú)需坑外地基加固的泡沫土中頂管進(jìn)洞工裝及其施工方法，實(shí)現(xiàn)的目的之一是完全避免了常規(guī)頂管進(jìn)洞加固方式所需的管線搬遷和道路占用，同時(shí)避免了相應(yīng)區(qū)域土壤生態(tài)條件的破壞，綠色環(huán)保，尤其適合地下管線密集、地面交通繁忙的城市中心城區(qū)以及具有嚴(yán)格生態(tài)保護(hù)要求的綠化區(qū)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了無(wú)需坑外地基加固的泡沫土中頂管進(jìn)洞工裝，包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)、頂管，所述圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)有工井，所述工井包括頂管工井側(cè)墻、頂管工井底板。

其中，所述工井內(nèi)上方開(kāi)設(shè)有頂管吊裝孔，所述頂管吊裝孔下面由所述頂管工井側(cè)墻、所述頂管工井底板圍成的區(qū)域?yàn)榕菽撂顐}(cāng)區(qū)域，所述泡沫土填倉(cāng)區(qū)域填有泡沫土，所述工井側(cè)墻設(shè)有頂管進(jìn)洞，所述圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)所述頂管進(jìn)洞位置設(shè)有可切削體。

所述頂管與頂管機(jī)連接，所述頂管籍由所述頂管機(jī)破開(kāi)所述可切削體，從所述頂管進(jìn)洞進(jìn)入所述工井內(nèi)。

所述頂管機(jī)包括頂管機(jī)機(jī)殼，所述頂管機(jī)機(jī)殼內(nèi)設(shè)有頂管機(jī)機(jī)頭，所述頂管機(jī)前進(jìn)的一端設(shè)有刀盤(pán)，另一端連接所述頂管。

所述頂管與所述頂管機(jī)連接的一端端部的外側(cè)壁設(shè)有預(yù)埋鋼板。

優(yōu)選的，所述頂管進(jìn)洞設(shè)有預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)，所述預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)內(nèi)設(shè)有液氮環(huán)管路，所述液氮環(huán)管路呈環(huán)形，沿所述預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)的內(nèi)表面環(huán)繞一周。

無(wú)需坑外地基加固的泡沫土中頂管進(jìn)洞工裝的施工方法，步驟如下：

a.根據(jù)開(kāi)挖深度、地質(zhì)條件、周邊環(huán)境建造所述工井的所述圍護(hù)結(jié)構(gòu)，在所述圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)所述頂管進(jìn)洞的位置設(shè)置所述可切削體；

b.按常規(guī)做法完成所述工井的基坑開(kāi)挖及主體結(jié)構(gòu)回筑，所述頂管進(jìn)洞設(shè)置所述預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)，所述預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)內(nèi)徑空尺寸比后期從所述工井側(cè)面頂入的所述頂管的外壁大；

c.設(shè)置液氮環(huán)管路，在所述預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)內(nèi)靠近所述圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位置，繞所述預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)內(nèi)壁設(shè)置液氮環(huán)管路；

d.向所述泡沫土填倉(cāng)區(qū)域填充所述泡沫土；

e.操作所述頂管機(jī)從所述工井外側(cè)向內(nèi)掘進(jìn)，切削通過(guò)所述圍護(hù)結(jié)構(gòu)的所述可切削體，經(jīng)所述頂管進(jìn)洞，進(jìn)入所述泡沫土填倉(cāng)區(qū)域，并繼續(xù)切削進(jìn)入所述工井內(nèi)；

f.當(dāng)所述頂管機(jī)機(jī)頭全部進(jìn)入所述工井，到達(dá)預(yù)定位置后，在所述頂管與所述預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)和/或所述頂管與所述圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間的間隙內(nèi)，填注發(fā)泡聚氨酯，形成雙環(huán)箍止水；

g.逐片焊接連接鋼板封閉井接頭，在所述工井內(nèi)，所述頂管進(jìn)洞側(cè)，以人工破除方式分步破除已經(jīng)硬化的所述泡沫土，籍由所述連接鋼板將所述預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)與所述預(yù)埋鋼板焊接封閉；

h.清除填倉(cāng)區(qū)內(nèi)剩余泡沫土并回收所述頂管機(jī)；

i.在所述頂管與所述預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)接口處采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆一圈環(huán)梁，在所述預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)、所述連接鋼板和所述預(yù)埋鋼板形成環(huán)形縫隙內(nèi)注入填充混凝土，形成永久井接頭，徹底封閉接縫的滲漏通道。

優(yōu)選的，所述圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用的是地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁或鉆孔咬合樁制成，在對(duì)應(yīng)所述頂管進(jìn)洞的相應(yīng)位置，采用玻璃纖維筋代替常規(guī)普通鋼筋。

優(yōu)選的，所述圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用型鋼水泥土攪拌墻，在頂管進(jìn)洞施工前，需要拔出H型鋼。

優(yōu)選的，所述預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)內(nèi)徑空尺寸比后期從井外頂入的所述頂管外壁大250mm。

優(yōu)選的，在所述步驟d中，在填充所述泡沫土之前，在所述泡沫土填倉(cāng)區(qū)域內(nèi)，遠(yuǎn)離所述頂管進(jìn)洞的位置設(shè)置一個(gè)鋼制密封箱體，用于減少所述泡沫土填倉(cāng)區(qū)域內(nèi)的容積。

優(yōu)選的，所述泡沫土干密度為600～800kg/m³、抗壓強(qiáng)度5～10MPa。

優(yōu)選的，在所述步驟f中，當(dāng)所述頂管的軸線偏差過(guò)大或所在地層為承壓水層時(shí)而存在止水困難的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，開(kāi)啟所述液氮環(huán)管路對(duì)所述預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)和所述圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間的間隙迅速局部冷凍。

優(yōu)選的，在步驟g中，以人工破除方式分步破除已經(jīng)硬化的所述泡沫土，形成不小于1m寬的溝槽，在所述溝槽內(nèi)，沿所述所述預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)從上向下、左右交替的方式用若干塊所述連接鋼板將所述預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)與所述預(yù)埋鋼板焊接封閉。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明在頂管工井內(nèi)設(shè)置泡沫土填倉(cāng)進(jìn)洞區(qū)，結(jié)合預(yù)留可切削體的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、并內(nèi)設(shè)雙環(huán)箍止水、洞口液氮環(huán)進(jìn)行保障；采用逐片連接鋼板封閉井接頭等一系列輔助措施，可實(shí)現(xiàn)頂管的安全進(jìn)洞。

本發(fā)明完全避免了常規(guī)頂管進(jìn)洞加固方式所需的管線搬遷和道路占用，同時(shí)避免了相應(yīng)區(qū)域土壤生態(tài)條件的破壞，綠色環(huán)保，尤其適合地下管線密集、地面交通繁忙的城市中心城區(qū)以及具有嚴(yán)格生態(tài)保護(hù)要求的綠化區(qū)。

以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō)明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

附圖說(shuō)明

圖1示出的是本發(fā)明一實(shí)施例中工井部分的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2示出的是本發(fā)明一實(shí)施例中頂管機(jī)進(jìn)入工井的狀態(tài)示意圖。

圖3示出的是本發(fā)明一實(shí)施例中頂管到達(dá)預(yù)定位置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4示出的是本發(fā)明圖3中A處局部放大示意圖。

圖5示出的是本發(fā)明圖3中B處局部放大示意圖。

圖6示出的是本發(fā)明一實(shí)施例中設(shè)置溝槽并焊接連接鋼板的示意圖。

圖7示出的是本發(fā)明一實(shí)施例中頂管橫截面為矩形時(shí)，其端部設(shè)置連接鋼板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8示出的是本發(fā)明一實(shí)施例中頂管橫截面為圓形時(shí)，其端部設(shè)置連接鋼板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9示出的是本發(fā)明一實(shí)施例中頂管安裝完成的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10示出的是本發(fā)明圖9中C處局部放大示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例

如圖1所示，無(wú)需坑外地基加固的泡沫土中頂管進(jìn)洞工裝，包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)1、頂管4，圍護(hù)結(jié)構(gòu)1內(nèi)設(shè)有工井2，工井2包括頂管工井側(cè)墻21、頂管工井底板22。

其中，工井2內(nèi)上方開(kāi)設(shè)有頂管吊裝孔23，頂管吊裝孔23下面由頂管工井側(cè)墻21、頂管工井底板22圍成的區(qū)域?yàn)榕菽撂顐}(cāng)區(qū)域3，泡沫土填倉(cāng)區(qū)域3填有泡沫土9，工井側(cè)墻21設(shè)有頂管進(jìn)洞24，圍護(hù)結(jié)構(gòu)1對(duì)應(yīng)頂管進(jìn)洞24位置設(shè)有可切削體11。

如圖2所示，頂管4與頂管機(jī)5連接，頂管4籍由頂管機(jī)5破開(kāi)可切削體11，從頂管進(jìn)洞24進(jìn)入工井2內(nèi)。

頂管機(jī)5包括頂管機(jī)機(jī)殼51，頂管機(jī)機(jī)殼51內(nèi)設(shè)有頂管機(jī)機(jī)頭52，頂管機(jī)5前進(jìn)的一端設(shè)有刀盤(pán)53，另一端連接頂管4。

頂管4與頂管機(jī)5連接的一端端部的外側(cè)壁設(shè)有預(yù)埋鋼板41。

如圖3至圖5所示，在某些實(shí)施例中，頂管進(jìn)洞24設(shè)有預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)25，預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)25內(nèi)設(shè)有液氮環(huán)管路26，液氮環(huán)管路26呈環(huán)形，沿預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)25的內(nèi)表面環(huán)繞一周。

無(wú)需坑外地基加固的泡沫土中頂管進(jìn)洞工裝的施工方法，步驟如下：

a.如圖1所示，根據(jù)開(kāi)挖深度、地質(zhì)條件、周邊環(huán)境建造工井2的圍護(hù)結(jié)構(gòu)1，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)1對(duì)應(yīng)頂管進(jìn)洞24的位置設(shè)置可切削體11；

工井2基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)1一般根據(jù)開(kāi)挖深度、地質(zhì)條件、周邊環(huán)境等因素，選擇地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁、鉆孔咬合樁或型鋼水泥土攪拌墻TRD或SMW工法樁。但采用本施工方法時(shí)，工井2在頂管進(jìn)洞24側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)1必須預(yù)留好能使頂管機(jī)直接通過(guò)的條件，從而避免以人工鑿除的方式破除洞門(mén)。

b.如圖2所示，按常規(guī)做法完成工井2的基坑開(kāi)挖及主體結(jié)構(gòu)回筑，頂管進(jìn)洞24設(shè)置預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)25，預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)25內(nèi)徑空尺寸比后期從工井2側(cè)面頂入的頂管4的外壁大；

c.如圖3至圖5所示，設(shè)置液氮環(huán)管路26，在預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)25內(nèi)靠近圍護(hù)結(jié)構(gòu)1的位置，繞預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)25內(nèi)壁設(shè)置液氮環(huán)管路26；

d.如圖2所示，向泡沫土填倉(cāng)區(qū)域3填充泡沫土9；

在工井2中接收頂管4將要到達(dá)的空間內(nèi)，以泡沫土9填筑，待泡沫土硬化形成強(qiáng)度后，整個(gè)空間內(nèi)成為無(wú)空腔實(shí)體，如圖2所示。

其中，泡沫土也稱(chēng)為泡沫水泥輕質(zhì)土，是可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)澆筑或模具成型，經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)所形成的一種含有大量封閉氣孔的新型建筑材料，正在各類(lèi)工程領(lǐng)域被廣泛使用。

e.操作頂管機(jī)5從工井2外側(cè)向內(nèi)掘進(jìn)，切削通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)1的可切削體

11，經(jīng)頂管進(jìn)洞24，進(jìn)入泡沫土填倉(cāng)區(qū)域3，并繼續(xù)切削進(jìn)入工井2內(nèi)；

頂管機(jī)5從工井2外側(cè)向內(nèi)掘進(jìn)，切削通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)1，進(jìn)入預(yù)埋鋼環(huán)25內(nèi)的泡沫土填倉(cāng)區(qū)域3，并繼續(xù)切削進(jìn)入工井2內(nèi)，此時(shí)頂管機(jī)機(jī)殼51被尚未切削的泡沫土9實(shí)體所緊密包裹，頂管機(jī)5的工作狀態(tài)與位于硬塑狀態(tài)的土層中類(lèi)似。

f.當(dāng)頂管機(jī)機(jī)頭52全部進(jìn)入工井2，到達(dá)預(yù)定位置后，在頂管4與預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)25和/或頂管4與圍護(hù)結(jié)構(gòu)1之間的間隙內(nèi)，填注發(fā)泡聚氨酯，形成雙環(huán)箍止水42；

頂管機(jī)頭全52部入工井2，且完全脫出端部位于預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)25內(nèi)側(cè)時(shí)，通過(guò)預(yù)留注漿孔分別在預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)25和圍護(hù)結(jié)構(gòu)1寬度范圍內(nèi)，填注發(fā)泡聚氨酯，形成雙環(huán)箍止水42。

g.如圖6至圖8所示，逐片焊接連接鋼板7封閉井接頭，在工井2內(nèi)，頂管進(jìn)洞24側(cè)，以人工破除方式分步破除已經(jīng)硬化的泡沫土9，籍由連接鋼板7將預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)25與預(yù)埋鋼板41焊接封閉；

在工井2內(nèi)，以人工破除方式分步破除制作井接頭所需清理的泡沫土9，形成不小于1m寬的溝槽。

該溝槽施工過(guò)程中，每完成一個(gè)施工段，就立即對(duì)應(yīng)用10mm厚的連接鋼板41將預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)25與管節(jié)端部外包預(yù)埋鋼板41之間焊接封閉。

h.清除填倉(cāng)區(qū)內(nèi)剩余泡沫土9并回收頂管機(jī)5；

由于所采用的泡沫土9重量小、強(qiáng)度低且質(zhì)地疏松，破碎清理施工較為方便。待鋼筋混凝土井接頭達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，對(duì)泡沫土填倉(cāng)區(qū)域3內(nèi)剩余泡沫土9予以人工破碎清除，重新暴露出頂管機(jī)機(jī)頭52后予以無(wú)損回收。

泡沫土9完全清除后，工井2可交付使用并不影響后期建筑功能。

i.如圖9和圖10所示，在頂管4與預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)25接口處采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆一圈環(huán)梁8，在預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)25、連接鋼板7和預(yù)埋鋼板41形成環(huán)形縫隙內(nèi)注入填充混凝土81，形成永久井接頭，徹底封閉接縫的滲漏通道。

在頂管4與預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)25接口處采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆一圈環(huán)梁8，形成永久井接頭，徹底封閉接縫的滲漏通道，同時(shí)滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)耐久性要求，此時(shí)施工全部完成，

其中，環(huán)梁為8凸出工作井進(jìn)洞側(cè)端墻的結(jié)構(gòu)物，寬度400mm，高度為進(jìn)洞鋼環(huán)內(nèi)壁外放250mm至頂管內(nèi)壁范圍。

在某些實(shí)施例中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)1采用的是地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁或鉆孔咬合樁制成，在對(duì)應(yīng)頂管進(jìn)洞24的相應(yīng)位置，采用玻璃纖維筋代替常規(guī)普通鋼筋。

在某些實(shí)施例中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)1采用型鋼水泥土攪拌墻，在頂管進(jìn)洞24施工前，需要拔出H型鋼。

在某些實(shí)施例中，預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)25內(nèi)徑空尺寸比后期從井外頂入的頂管4外壁大250mm。

在某些實(shí)施例中，在步驟d中，在填充泡沫土9之前，在泡沫土填倉(cāng)區(qū)域3內(nèi)，遠(yuǎn)離頂管進(jìn)洞24的位置設(shè)置一個(gè)鋼制密封箱體，用于減少泡沫土填倉(cāng)區(qū)域3內(nèi)的容積。

當(dāng)空間內(nèi)容積過(guò)大時(shí)，為減少填筑量，也可先定制一個(gè)鋼制密封箱體放置于接收層內(nèi)，則僅需填筑該鋼制密封箱內(nèi)空間。

在某些實(shí)施例中，泡沫土9干密度為600～800kg/m³、抗壓強(qiáng)度5～10MPa。

在某些實(shí)施例中，在步驟f中，當(dāng)頂管4的軸線偏差過(guò)大或所在地層為承壓水層時(shí)而存在止水困難的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，開(kāi)啟液氮環(huán)管路26對(duì)預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)25和圍護(hù)結(jié)構(gòu)1之間的間隙迅速局部冷凍。

在某些實(shí)施例中，在步驟g中，以人工破除方式分步破除已經(jīng)硬化的泡沫土9，形成不小于1m寬的溝槽10，在溝槽10內(nèi)，沿預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)25從上向下、左右交替的方式用若干塊連接鋼板7將預(yù)埋進(jìn)洞鋼環(huán)25與預(yù)埋鋼板41焊接封閉。

如圖7和8所示，連接鋼板7的大小應(yīng)結(jié)合頂管通道的整體斷面形狀、施工風(fēng)險(xiǎn)、構(gòu)件加工便利性等因素綜合確定，一般可控制每塊投影長(zhǎng)度約1m。以?xún)?nèi)凈尺寸6*3.3m的矩形頂管為例，共可分為22塊，其中，上、下邊各6塊，左、右邊各5塊，詳見(jiàn)附圖7；以?xún)?nèi)徑5.6m的圓形頂管為例，共可分為18塊，中心對(duì)稱(chēng)布置，詳見(jiàn)附圖8。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思做出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書(shū)所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。