一种矩形顶管机进洞的辅助结构及施工方法.pdf

本发明公开了矩形顶管机进洞的辅助结构及施工方法，属于地下空间开发的技术领域。该辅助结构包括洞门加固冻结结构和钢框结构，洞门加固冻结结构沿洞门周圈纵向设置；钢框结构为两端开口的拼装式密闭钢结构，钢框结构的开口与洞门的形状大小相匹配，钢框结构的一端与矩形顶管机机壳的一端固定连接，钢框结构的另一端与洞门固定连接。该施工方法包括如下步骤：首先使得矩形顶管机刀头紧贴地下连续墙时停靠；然后施工洞门加固冻结结构；接着凿除洞门处的钢筋混凝土，并安装一分别与洞门和机壳无缝对接的钢框结构；接着拆除矩形顶管机，并保留机壳，同时以钢框结构为外模板施工现浇混凝土结构；最后解冻洞门加固冻结结构并对洞门区域进行注浆加固。

1.  一种矩形顶管机进洞的辅助结构，适用于在既有建筑物内无法设置接收井 且所述矩形顶管机刀头紧贴地下连续墙时所述矩形顶管机进洞，其特征在 于，包括洞门加固冻结结构和钢框结构，所述洞门加固冻结结构沿洞门周 圈纵向设置；所述钢框结构为两端开口的拼装式密闭钢结构，所述钢框结 构的两端开口与所述洞门的形状大小相匹配，所述钢框结构的一端与所述 矩形顶管机机壳的一端固定连接，所述钢框结构的另一端与所述洞门固定 连接。

2.  如权利要求1所述的矩形顶管机进洞的辅助结构，其特征在于，所述洞门 加固冻结结构呈中空圆柱形，所述洞门加固冻结结构的长度为3～4m,所述 洞门加固冻结结构壁厚为2.0～2.5m。

3.  如权利要求1所述的矩形顶管机进洞的辅助结构，其特征在于，所述洞门 加固冻结结构通过若干冻结孔中插入含有冷冻液的若干冻结管形成。

4.  一种矩形顶管机进洞的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将所述矩形顶管机停靠在预定位置处，使得所述矩形顶管机的刀 头紧贴地下连续墙；
步骤二、施工一洞门加固冻结结构，所述洞门加固冻结结构沿洞门周圈纵 向设置；
步骤三、凿除所述洞门：分段凿除所述洞门处的钢筋混凝土，并在所述洞 门的底部和侧壁安装止水钢板；
步骤四、开挖所述矩形顶管机刀头与机壳之间的土体，边开挖土体边安装 一端部开口的拼装式密闭钢框结构，所述钢框结构的一端与所述矩形顶管机 机壳的一端固定连接，所述钢框结构的另一端与所述洞门上的所述止水钢板 固定连接；
步骤五、拆除所述矩形顶管机，并保留所述机壳，同时以所述钢框结构为 外模板施工现浇混凝土结构；
步骤六、解冻所述洞门加固冻结结构并对所述洞门区域进行注浆加固，至 此，完成所述矩形顶管机的进洞施工。

5.  如权利要求4所述的矩形顶管机进洞的施工方法，其特征在于，所述步骤二 中所述洞门加固冻结结构通过若干冻结孔中插入含有冷冻液的若干冻结管 形成。

6.  如权利要求4所述的矩形顶管机进洞的施工方法，其特征在于，所述步骤三 中包括待所述洞门加固冻结结构强度达到设计要求后，首先凿除所述洞门内 的外层混凝土，然后割除外层钢筋，接着凿除所述洞门内的中层混凝土，并 在所述洞门的底部和侧壁安装止水钢板，接着割除内层钢筋，最后凿除所述 洞门内的内层混凝土。

7.  如权利要求4所述的矩形顶管机进洞的施工方法，其特征在于，所述步骤四 中采用从上至下，从中间到两边进行暗挖的方法进行所述矩形顶管机刀头与 机壳之间的土体。

8.  如权利要求5所述的矩形顶管机进洞的施工方法，其特征在于，所述步骤六 中包括割除所述冻结管，并采用水泥砂浆填充所述冻结孔，且采用微膨胀混 凝土对所述冻结孔孔口段进行填充封孔。

9.  如权利要求4所述的矩形顶管机进洞的施工方法，其特征在于，所述洞门区 域注浆加固材料采用水灰比为1:1的水泥浆液。

一种矩形顶管机进洞的辅助结构及施工方法
技术领域
本发明属于地下空间开发的技术领域，尤其涉及一种矩形顶管机进洞的辅 助结构及施工方法。
背景技术
随着城市化进程的发展，对于城市地下空间的开发越来越趋于频繁。矩形 顶管机比圆形顶管机更能提高空间的使用率。一般来说，矩形顶管机在作业时， 在始发井吊入，经过始发井到接收井之间的隧道掘进，然后从接收井进洞，随 后吊运至地面接收。
然而，由于受到既有建筑物的限制，矩形顶管机完成隧道掘进后，无法按 照通常做法设置接收井接收，而必须在既有建筑物内进行进洞施工。但是，矩 形顶管机体积庞大，大大增加了矩形顶管机进洞施工的难点。因此，提供一种 矩形顶管机能够在既有建筑物内进行进洞的辅助结构及施工方法是本领域技 术人员亟需解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于在既有建筑物内进行矩形顶管机进洞 的辅助结构及施工方法，以解决现有技术中矩形顶管机无法在既有建筑物内顺 利进洞的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种矩形顶管机进洞的辅助结构，适用于在既有建筑物内无法设置接收井 且所述矩形顶管机刀头紧贴地下连续墙时所述矩形顶管机进洞，包括洞门加固 冻结结构和钢框结构，所述洞门加固冻结结构沿洞门周圈纵向设置；所述钢框 结构为两端开口的拼装式密闭钢结构，所述钢框结构的两端开口与所述洞门的 形状大小相匹配，所述钢框结构的一端与所述矩形顶管机机壳的一端固定连 接，所述钢框结构的另一端与所述洞门固定连接。
进一步地，所述洞门加固冻结结构呈中空圆柱形，所述洞门加固冻结结构 的长度为3～4m,所述洞门加固冻结结构壁厚为2.0～2.5m。
进一步地，所述洞门加固冻结结构通过若干冻结孔中插入含有冷冻液的若 干冻结管形成。
一种矩形顶管机进洞的施工方法，包括如下步骤：
步骤一、将所述矩形顶管机停靠在预定位置处，使得所述矩形顶管机的刀 头紧贴地下连续墙；
步骤二、施工一洞门加固冻结结构，所述洞门加固冻结结构沿洞门周圈纵 向设置；
步骤三、凿除所述洞门：分段凿除所述洞门处的钢筋混凝土，并在所述洞 门的底部和侧壁安装止水钢板；
步骤四、开挖所述矩形顶管机刀头与机壳之间的土体，边开挖土体边安装 一端部开口的拼装式密闭钢框结构，所述钢框结构的一端与所述矩形顶管机机 壳的一端固定连接，所述钢框结构的另一端与所述洞门上的所述止水钢板固定 连接；
步骤五、拆除所述矩形顶管机，并保留所述机壳，同时以所述钢框结构为 外模板施工现浇混凝土结构；
步骤六、解冻所述洞门加固冻结结构并对所述洞门区域进行注浆加固，至 此，完成所述矩形顶管机的进洞施工。
进一步地，所述步骤二中所述洞门加固冻结结构通过若干冻结孔中插入含 有冷冻液的若干冻结管形成。
进一步地，所述步骤三中包括待所述洞门加固冻结结构强度达到设计要求 后，首先凿除所述洞门内的外层混凝土，然后割除外层钢筋，接着凿除所述洞 门内的中层混凝土，并在所述洞门的底部和侧壁安装止水钢板，接着割除内层 钢筋，最后凿除所述洞门内的内层混凝土。
进一步地，所述步骤四中采用从上至下，从中间到两边进行暗挖的方法进 行所述矩形顶管机刀头与机壳之间的土体。
进一步地，所述步骤六中包括割除所述冻结管，并采用水泥砂浆填充所述 冻结孔，且采用微膨胀混凝土对所述冻结孔孔口段进行填充封孔。
进一步地，所述洞门区域注浆加固材料采用水灰比为1:1的水泥浆液。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、适用于在既有建筑物内无法设置接收井条件下的矩形顶管机进洞。该 矩形顶管机进洞的辅助结构包括洞门加固冻结结构和钢框结构，洞门加固冻结 结构沿洞门周圈纵向设置；钢框结构为两端开口的拼装式密闭钢结构，钢框结 构的两端开口与洞门的形状大小相匹配，钢框结构的一端与矩形顶管机机壳的 一端固定连接，钢框结构的另一端与洞门固定连接。本发明的矩形顶管机进洞 的辅助结构通过设置洞门加固冻结结构以及分别与洞门、矩形顶管机的机壳的 一端固定连接的钢框结构，解决了无法设置接收井且洞门无法进行水泥土加固 时矩形顶管机安全进洞的施工难题。
2、本发明的矩形顶管机进洞的施工方法，首先将矩形顶管机停靠在预定 位置处，使得其刀头紧贴地下连续墙；然后对接收洞门段土体进行水平冷冻形 成洞门加固冻结结构；接着凿除洞门处的钢筋混凝土，并安装一分别与洞门和 机壳无缝对接的钢框结构；接着拆除矩形顶管机，并保留机壳，同时以钢框结 构为外模板施工现浇混凝土结构；最后解冻洞门加固冻结结构并对洞门区域进 行注浆加固。本发明的矩形顶管机进洞的施工方法，适用于无法设置接收井且 洞门无法进行水泥土加固时矩形顶管机的进洞，施工方便，安全可靠，保证了 复杂条件下的矩形顶管机的安全进洞。
附图说明
本发明的矩形顶管机进洞的辅助结构及施工方法由以下的实施例及附图 给出。
图1是本发明一实施例中矩形顶管机进洞的辅助结构安装的示意图；
图2是本发明一实施例矩形顶管机进洞的辅助结构中洞门加固冻结结构 的平面示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的矩形顶管机进洞的辅助结构 及施工方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和 特征将更清楚。需另外说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准 的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下 文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术 方案的限制。
本实施例中，需要在地下修建一条通道，为了减少施工对地面建筑造成的 影响，采用矩形顶管机掘进施工。然而，矩形顶管机进洞的洞门位于既有建筑 物内，无法照常规做法设置接收井接收矩形顶管机，同时，也无法对洞门处土 体进行水泥土洞门垂直加固施工，这会导致矩形顶管机无法安全进洞。为了保 证矩形顶管机安全进洞，需要采取其他措施对洞门段土体进行加固施工，并同 时安装辅助机构辅助矩形顶管机安全进洞。
实施例一
下面结合图1和图2详细说明本发明的矩形顶管机进洞的辅助结构。
如图1至图2所示，矩形顶管机1进洞的辅助结构，适用于在既有建筑物 A内无法设置接收井且矩形顶管机1的刀头11紧贴地下连续墙2时矩形顶管 机1的进洞，包括洞门加固冻结结构3和钢框结构4，洞门加固冻结结构3沿 洞门5周圈纵向设置；钢框结构4为两端开口的拼装式密闭钢结构，钢框结构 4的两端开口与洞门5的形状大小相匹配，钢框结构4的一端与矩形顶管机机 壳(图中未示出)的一端固定连接，钢框结构4的另一端与洞门5固定连接。
继续参考图1，本实施例中，拟建洞门5位于既有建筑物A的内衬墙(图中 未示出)上，该内衬墙紧邻地下连续墙2，因此，拟建洞门5段土体无法进行 水泥土垂直加固施工，故对该段土体采用水平冷冻法加固，即设置洞门加固冻 结结构3。然而，矩形顶管机1的刀盘动力不能3满足切削冷冻土的能力，因 此，首先将矩形顶管机1停靠在拟建洞门5附近，并保持矩形顶管机1的刀头 11恰好紧贴在地下连续墙2上，由于矩形顶管机1的刀头11与机壳之间存在 一定的间距(90～100mm)，故刀头11与机壳之间的一段土体尚没有贯通；然 后从拟建洞门5四周向外的土体中纵向设置洞门加固冻结结构3；最后对刀头 11与机壳之间的一段土体采用边开挖土体边施工钢模板的方式完成钢框结构 4的安装。钢框结构4的一端与拟建洞门5固定连接，钢框结构4的另一端与 矩形顶管机1的机壳靠近刀头11的一端密封固定连接，从而机壳至拟建洞门 5之间的隧道贯通。
继续参考图1和图2，具体来说，矩形顶管机1的刀头11紧贴地下连续 墙2停靠后，对拟建洞门5至机壳段的土体设置洞门加固冻结结构3。洞门加 固冻结结构3围绕拟建洞门5的四周纵向设置，从而形成中空圆柱形结构。洞 门加固冻结结构3沿隧道方向的长度为3～4m,可以提高地层的稳定性和封水 性，确保洞门5的安全凿除。同时，洞门加固冻结结构3的壁厚为2.0～2.5m， 可确保拟建洞门5开挖面的稳定性，防止涌砂涌水现象的发生。较佳地，洞门 加固冻结结构3的长度为3.5m，洞门加固冻结结构3的壁厚为2.0m。洞门加 固冻结结构3通过若干冻结孔中插入含有冷冻液的若干冻结管形成。在本实施 例中可以选择在拟建洞门5的洞圈四周轴向设置两排，总共60个水平冻结孔 进行水平冷冻加固。
实施例二
下面继续结合图1和图2详细说明矩形顶管机1进洞的施工方法。矩形顶 管机1进洞的施工方法，包括如下步骤：
步骤一、将矩形顶管机1停靠在预定位置处，使得矩形顶管机1的刀头 11紧贴地下连续墙2。
具体来说，首先对矩形顶管机1的始发洞门和接收洞门5中心进行复核。 根据两洞门中心位置，测算得出矩形顶管机1的实际坡度和距离，并模拟出矩 形顶管机1最佳的停机位置。当距离接收洞门5的地下连续墙2大约5米时， 应加强施工测量。通过施工测量和计算矩形顶管机1的实际位置，当距离接收 洞门5的地下连续墙2仅1米时，应放慢矩形顶管机1的掘进速度，时刻通过 测量数据指导施工，并时刻观测掘进压力的变化，从而保证矩形顶管机1在其 刀头11恰好紧贴地下连续墙2时停靠下来。
步骤二、施工一洞门加固冻结结构3，洞门加固冻结结构3沿洞门5周圈 纵向设置。
具体来说，洞门加固冻结结构3设置于洞门5至机壳段的拟开挖土体的外 侧，作为该段土体开挖施工时的支护结构。洞门加固冻结结构3沿隧道方向的 长度为3～4m,洞门加固冻结结构3的壁厚为2.0～2.5m，确保拟建洞门5开挖 面以及地层的稳定性和封水性，确保洞门5的安全凿除。洞门加固冻结结构3 通过若干冻结孔中插入含有冷冻液的若干冻结管形成。
步骤三、凿除洞门5：分段凿除洞门5处的钢筋混凝土，并在洞门5的底 部和侧壁安装止水钢板。
特别地，待洞门加固冻结结构3强度达到设计要求后，首先凿除洞门5 内的外层混凝土，然后割除外层钢筋，接着凿除洞门5内的中层混凝土，并在 洞门5的底部和侧壁安装止水钢板，接着割除内层钢筋，最后凿除洞门5内的 内层混凝土。即可以根据地下连续墙2的厚度和钢筋的布设情况，由外往内分 层凿除洞门5处的钢筋混凝土。同时，在割除内层钢筋前，需要在洞门5上开 设探孔，检查是否有漏水现象，确保不存在漏水、漏砂的情况时，再按照先上 后下，先中间后两边的方式割除内层钢筋。
步骤四、开挖矩形顶管机1的刀头11与机壳之间的土体，边开挖土体边 安装一端部开口的拼装式密闭钢框结构4，钢框结构4的一端与矩形顶管机1 机壳的一端固定连接，钢框结构4的另一端与洞门5上的止水钢板固定连接。 当然，采用从上至下，从中间到两边进行暗挖的方法进行矩形顶管机1的刀头 11与机壳之间的土体。在本实施例中，暗挖施工的土体距离为600～700mm， 暗挖施工分为9个区域进行，每开挖一个区域就进行钢模板支撑，钢模板的焊 接支点为机壳和止水钢板，相邻的钢模板之间密封连接，若干钢模板拼接形成 一个完整的钢框结构4。根据受力要求，钢模板由厚度为10mm的钢板制成。 为了进一步提高钢框结构4的受力稳定性，在钢框结构4的壁上还设有加劲筋 板。钢框结构4既是挡土、防水作用的挡板，又是隧道壁结构施工时现浇混凝 土的外模板。
步骤五、拆除矩形顶管机1，并保留机壳，同时以钢框结构4为外模板施 工现浇混凝土结构。
步骤六、解冻洞门加固冻结结构3并对洞门5区域进行注浆加固，至此， 完成矩形顶管机1的进洞施工。
待钢框结构4安装完成后，需要割除冻结管，并对冻结孔进行封堵。冻结 孔割除深入混凝土60mm，采用压缩空气吹干冻结管内的盐水，用强度不低于 M10的水泥砂浆充填，充填长度不小于1500mm，孔口段采用微膨胀水泥充填 350mm进行封孔。在洞口5区域预埋注浆孔进行洞口注浆，进行止水加固。 注浆加固材料采用水泥浆液，按照水灰比1:1进行填充注浆。
综上所述，本发明的矩形顶管机进洞的辅助结构，适用于在既有建筑物内 无法设置接收井条件下的矩形顶管机进洞。该矩形顶管机进洞的辅助结构包括 洞门加固冻结结构和钢框结构，洞门加固冻结结构沿洞门周圈纵向设置；钢框 结构为两端开口的拼装式密闭钢结构，钢框结构的两端开口与洞门的形状大小 相匹配，钢框结构的一端与矩形顶管机机壳的一端固定连接，钢框结构的另一 端与洞门固定连接。本发明的矩形顶管机进洞的辅助结构通过设置洞门加固冻 结结构以及分别与洞门、矩形顶管机的机壳的一端固定连接的钢框结构，解决 了无法设置接收井且洞门无法进行水泥土加固时矩形顶管机安全进洞的施工 难题。本发明的矩形顶管机进洞的施工方法，首先将矩形顶管机停靠在预定位 置处，使得其刀头紧贴地下连续墙；然后对接收洞门段土体进行水平冷冻形成 洞门加固冻结结构；接着凿除洞门处的钢筋混凝土，并安装一分别与洞门和机 壳无缝对接的钢框结构；接着拆除矩形顶管机，并保留机壳，同时以钢框结构 为外模板施工现浇混凝土结构；最后解冻洞门加固冻结结构并对洞门区域进行 注浆加固。本发明的矩形顶管机进洞的施工方法，适用于无法设置接收井且洞 门无法进行水泥土加固时矩形顶管机的进洞，施工方便，安全可靠。当然本发 明的矩形顶管机进洞的辅助结构及方法也可以适用于多台顶管机在复杂情况 下的同时进洞。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限 定。本领域的技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要 求的保护范围。