[发明专利]一种用于长距离全断面岩石地层条件的矩形顶管施工方法

权利要求书

1.一种用于长距离全断面岩石地层条件的矩形顶管施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：始发井、接收井施工作业；

S2：依据预留洞门尺寸、矩形顶管机的运行区域和刀盘的切削区域划分正常掘进区和扩挖区，并对扩挖区的岩层进行超前预掘进，打断岩层的整体型，降低岩层的坚硬程度，充分缓解岩层对矩形顶管机运行过程中的约束，包括如下步骤：

S21：依据预留洞门尺寸、矩形顶管机的运行区域和刀盘的切削区域划分正常掘进区、扩挖区，并结合有限元模拟分析，对扩挖区的范围和位置进行修正；

对所述扩挖区的范围修正采用ABAQUS有限元模拟的建模方式分析，依据预留洞门尺寸、矩形顶管机的运行区域和刀盘的切削区域的分布情况，对矩形顶管扩挖区进行设计，将二维平面问题简化，明确扩挖区的孔位位置、孔洞大小、范围参数，进一步地分析地应力平衡、地表沉降，保证扩挖施工的科学性、可行性，主要步骤为创建 Geostatic 分析步、对模型施加重力荷载、提交计算，生成odb文件、在预应力场中重新读取odb应力场、重新提交计算，完成初始地应力的平衡；

扩挖区不同的处理方式都将影响修正的结果，所以扩挖区的分布情况视施工方法及时调整；

S22：依据地层、工作井尺寸、预掘进长度、周边干扰因素进行超前预掘进设备选型，按照设备性能以及操作需求确定自下向上的横向分层、纵向分块施工顺序；

S23：按照既定施工顺序采用微型圆形顶管法施工技术进行逐块扩挖区的超前预掘进；每块扩挖区的超前预掘进施工完成后，立即对超前预掘进施工成型通道或孔洞进行填充；

采用微型圆形顶管法的施工准备工作如下：

经上述S21中有限元模拟分析修正后，拟定扩挖区域为6部分，上、下部均匀分布4个直径0.5m的扩挖区，中部左右对称分布2个直径1m的扩挖区，最大沉降为11mm，满足沉降要求，且处理完成后矩形顶管机的断面切削率达到98%及以上，具备顺利贯通的条件；

所述微型圆形顶管法施工技术采用圆形顶管机，直径尺寸为300mm-1200mm，通道一次施工成型，根据修正后的扩挖区的分布情况，微型圆形顶管法施工具体步骤如下；

根据岩层的单轴抗压强度，选择圆形硬岩顶管机，土压平衡；

根据扩挖区的参数，选择直径0.5m、直径1m的圆形硬岩顶管机；

根据修正后扩挖区分布情况，分三阶段进行施工，顺序为由下至上，先进行扩挖区范围的洞门破除；

洞门破除完成后，施工操作面整理，在始发井进行微型圆形硬岩顶管机简易顶推系统的布置；通过起吊设备依次向井下吊入轨道、后靠背、主顶油缸、主顶泵站、硬岩顶管机，后组装完成；

根据扩挖区通道的直径选择相应的钢管节，钢管节的直径为0.5m、1m；

根据始发井的尺寸、圆形硬岩顶管机的尺寸确定钢管节的长度，为1.5m及以上；

上述施工准备工作完成后，利用微型圆形硬岩顶管机的切削出土、顶推及两者的结合进行顶进施工，视顶进过程中摩阻力的大小并辅以触变泥浆，直至出洞完成扩挖区通道的贯通，顶进过程中钢管顺序吊放；

在接收井处设置一台起吊设备，当超前预掘进贯通且能够满足通道或孔洞不坍塌的情况下，分别将微型圆形硬岩顶管机、钢管管节依次吊出，超前预掘进长度同矩形顶管顶进长度，以此完成各处扩挖区的超前预掘进施工；

S24：每层所包含的扩挖区全部施工完毕后，及时回填工作井至上一层的施工位置或高程；

S25：重复步骤S23-S24，直至全部扩挖区均完成超前预掘进施工作业；

S3：矩形顶管机始发施工作业；包括如下步骤：

S31：清除始发井内的回填料、破除洞口剩余桩和墙；

S32：喷锚封闭洞口暴露的掌子面；

S33：安装固定洞门钢环；

S34：安装始发基座；

S35：安装调试顶推系统；

S36：矩形顶管机组装调试；

S37：安装洞门密封及止水装置；

S38：顶推矩形顶管机至洞口；

S39：就位首节管节及顶铁装置；

S310：始发掘进；

S4：矩形顶管机正常掘进施工作业；

S5：矩形顶管机接收施工作业，包括如下步骤：

S51：清除接收井内的回填料、破除洞口剩余桩和墙；

S52：喷锚封闭洞口暴露的掌子面；

S53：安装固定洞门钢环；

S54：安装接收基座；

S55：到达掘进；

S56：矩形顶管机推上接收基座；

S57：洞门密封；

S58：置换触变泥浆；利用管节内预埋的1寸注浆孔向管外壁与地层间注入固结浆液置换管节外壁与地层间的触变泥浆；每个管节取4个及以上注浆孔按照自下向上的顺序进行注浆置换，相邻管节的注浆孔间隔选取；采用间隔管节注浆，往复循环直至全部管节完成注浆置换；注浆材料宜选用水泥-水玻璃双液浆，水泥浆的水灰比采用1:1，水泥浆与水玻璃液的体积比采用1:0.8-1:1，水玻璃在使用前加水稀释到20-35波美度；注浆控制以注浆量为主、注浆压力为辅；注浆量应达到理论注浆量的2倍以上，注浆压力宜控制在0.3MPa；

S59：拆卸矩形顶管机，转场。