[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

说明书

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，涉及地下综合管廊、地下通道等地下空间施工领域。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，使用微型圆形顶管法对扩挖区的岩层进行超前预掘进；S3：矩形顶管机始发施工作业；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。本发明克服了矩形顶管施工不宜适用于单轴抗压强度大于5MPa岩石地层条件的行业及专业偏见，解决水平定向钻进行超前预掘进中处理精度低效果差、不适用于长距离矩形顶管、施工效率慢、费用高的缺点，更加快速、精准、经济合理地应用长距离全断面岩层施工。

技术领域

本发明涉及地下综合管廊、地下通道等地下空间施工领域，具体涉及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。

背景技术

近年来，随着城镇化进程的快速发展，城市地下空间利用的需求量越来越大，地下空间建设要求也越来越高。为了保证城市地面交通的顺畅、减少地上地下障碍物的迁移工作量、加快工程建设进度以及确保周边建筑物、构筑物的安全等，传统的明挖现浇施工技术越来越无法满足工程建设的需要，取而代之的是急速发展的不开槽施工技术，顶管法就是其中比较典型的非开挖施工技术。顶管法应用于地下空间工程建设中，能够有效降低对地表的占用，对保护城市环境、加强地下空间合理规范化建设起到了积极作用。

现阶段，顶管法施工技术主要包括矩形顶管和圆形顶管两种形式。其中，矩形顶管能够充分利用结构断面，提高断面利用率，相较于圆形顶管，能够节省约20%的空间，对于地下综合管廊以及地下通道等地下空间工程建设更加具有优越性。

目前，矩形顶管施工技术还处于实践摸索阶段，相应国家或行业技术标准和验收规范等尚不成熟。根据中国工程建设标准化协会标准《矩形顶管工程技术规程》（T/CECS716-2020）以及中国市政工程协会团体标准《综合管廊矩形顶管技术标准》（T/CMEA 14-2020），明确提出“单轴抗压强度大于5Mpa的岩石地层不宜采用矩形顶管施工”的定位，矩形顶管的应用空间和发展前景明显受限。其中，中国专利CN113944475A公开了一种上软下硬大尺寸矩形顶管施工方法，采用水平定向钻对硬岩预处理：对侵入顶管隧道的硬岩进行预破碎处理；中国专利CN111720136A公开了一种矩形顶管机开挖盲区的处理方法，采用水平定向钻机预先钻孔破坏开挖盲区上的土体，可以提高土体的流动性，让矩形顶管机施工更加顺利。

以上专利均指出采用水平定向钻进行盲区的钻孔预处理，但是水平定向钻并不适用于长距离、全断面岩层的盲区钻孔预处理施工，预处理完成后的断面施工精度不能满足后续顶进施工，仍易出“卡壳”现象，尤其是在穿越高速公路、铁路、河湖、及地上障碍物多的施工条件下；水平定向钻在进行全断面岩石地层盲区预处理时，当孔径大于150mm时，需要配备岩石钻具且应分级进行回扩，施工效率慢、费用高。水平定向钻预处理的方法只适用于特定的施工工况，推广性及发展前景受限。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述缺陷，提出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。解决了既有水平定向钻盲区预处理工法精度低、效果差、不适用于长距离矩形顶管、施工效率慢及费用高、发展前景受限的情形。进一步地克服了矩形顶管施工不宜适用于单轴抗压强度大于5MPa岩石地层条件的行业及专业偏见，为矩形顶管行业的技术进步以及相应技术标准的完善，提供了强有力的支撑。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：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；