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一种下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法的制作方法

1.本发明属于建筑施工技术领域，具体地涉及一种下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法的技术领域。
技术背景
2.在地下空间的开发过程中首选即为盾构法施工，盾构技术日趋完善，广泛应用于各大城市中的地铁隧道、市政工程、公路隧道等建设。盾构法施工具有对地面环境影响较小、施工准确度较高、机械化程度较高以及应用范围越来越大的特点，成为目前常用的一种技术形式。
3.现有土压平衡圆形顶管机是在盾构机研发基础上根据管道特性小型化设计的，增加了管节的推动，将操作控制房移至地面工作坑旁，工作原理基本相同。但是将操作控制房移至地面工作坑旁；若顶管机施工穿越不同埋深、不同地质条件、不同围岩等级的地层，会造成受力不均匀，形成导向偏差，造成顶进轴线偏差。由于铁路隧道、公路隧道、地铁区间一般较长，地层非单一，更易出现轴线偏差的情况；由此可见，顶管机施工不适用于铁路隧道、公路隧道、地铁区间的施工。
4.现有技术对大口径超长距离曲线顶管穿越地面和地下构(建)筑物的安全问题比较突出，主要表现在顶管引起的地表变形；常见的圆形顶管施工在隧道、公路隧道、地铁区间施工中存在的无法解决的问题：在长距离顶进过程中，当顶进阻力超过容许总顶力时，无法一次达到顶进距离时，须设置中继间分段接力顶进。圆形顶管施工在顶进长度超过100米时，在机头后设置一只中继间，会出现顶力不足而无法顶进；顶管机一般为圆形断面，且顶管直径一般dn800-dn4000，这样的结构尺寸不能满足铁路隧道、公路隧道、地铁开挖断面尺寸。

技术实现要素：

5.针对圆形顶管在下穿铁路路基地层施工中，现有的顶管直径不能满足要求，而大口径超长距离曲线顶管穿越地面和地下构筑物的安全问题突出、顶力不足和造成地表变形等技术问题，且现有文献和专利未见有报道一种下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法的技术现状。本发明旨在于提供一种下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法，该工法步骤具体包括顶进工作坑施工，圆形顶管装置采用顶进直径为1.75m或2.15m涵管装置，顶进施工前准备，工作坑导轨安装，工作坑内安装设备，顶进圆管施工方案，顶管测量控制方案及纠偏措施，施工监测等，通过对穿越铁路土压平衡圆形顶管施工工法进行改进和优化，最终解决了土压平衡圆形顶管施工在穿越铁路工程中存在的问题，且成本低，可操作性强。
6.本发明提供一种下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法，该施工工法包括如下步骤：
7.(1)工作坑开挖至距设计坑底标高200mm处停止，清底平至坑底标高，开挖后，工
作下部浇筑砼地板，四周支模绑钢筋浇筑混凝土墙，工作坑下部设集水井；在工作坑两侧钉基桩，桩距槽边应不小于1.5米；工作坑开挖时，弃土严禁堆放在工作坑边1.5m内及靠近围墙1.5m内，坑边不允许堆放周转材料；在挖土机工作范围内，不许进行其他作业，挖土应由上而下，逐层进行，严禁超挖。
8.(2)圆形顶管装置采用顶进直径为1.75m或2.15m涵管装置，顶进施工前，对套管内、外侧做防腐处理，使用环氧树脂沥青防腐涂料，涂刷均匀，不得有漏刷，白点等现象。
9.(3)顶进工作坑按设计要求浇筑成型后，工作坑底板安装导轨，导轨采用方钢与槽钢定制，为定向轨道，放稳圆管后，测量负载后有无变动，在使用过程中也要经常测量导轨，加以改正；涵管底部与底部槽钢间距离5cm，用吊车吊装后背靠板在混凝土后背墙坑壁。
10.(4)一个工作坑内选用4台500t的油压千斤顶，油压由电动油泵供给，四台并联供油，千斤顶行程165cm；工作坑封底后，安装安全围栏和爬梯，然后用轮胎吊将将导轨、千斤顶台架、替顶、分压环、后承压壁、操作平台、爬梯等吊入井中；顶管机头吊装下井，接电力电缆、信号线和油管，整机现场调试、整体式顶进构架调试、泥水处理系统调试、测量系统激光经纬仪调试及纠偏控制系统校核。
11.(5)安装顶管机头，机头安放在导轨上后，测定前后端的中心的方向偏差和相对高差，机头与导轨的接触面必须平稳、吻合；机头必须对电路、油路、气压、泥浆管路等设备进行逐一连接，各部件连接牢固，不得渗漏，安装正确，并对各分系统进行认真检查和试运行。
12.(6)顶进圆管施工，顶进前检查准备工作，检查控制台、泥浆泵、管道、测量系统、工具头等，千斤顶及顶管机控制柜提前试顶；工具头刀盘转动、开动进出渣浆泵，接通电源，设备的参数稳定后，开始泥浆循环；顶进、调整进出渣浆泵流量达到平衡，工具头的操作全部采用在管道外(工作坑上)控制台控制，顶进千斤顶，调节螺旋机出土的流量达到工作仓的土压平衡；渣土处理系统采用土压平衡式工具头出土，工具头注入含有一定纤维素的清水，通过大刀盘切削工具头前方的原状土，与注入的清水搅拌至牙膏状，然后通过螺旋机与电动车把渣土运至套管外部；测量工具头的偏位和纠偏；顶完1个行程3m后，停止顶进，调节整体式顶进构架顶块，继续顶进下一个行程；顶完一节管后，拆开各管路、管吊装、各管路安装。
13.(7)注浆减阻，顶进过程中，通过顶管的注浆孔注入膨润土触变泥浆，在顶管外周形成一个完整的浆套，利用触变泥浆的润滑作用减少顶进阻力；触变泥浆系统由拌浆、注浆和管道三部分组成；压浆系统设备包括注浆泵、搅拌器、注浆管道、管道阀门和压力计。
14.(8)圆形顶管设备拆除，顶进施工完毕后，关闭主电源，拆除顶进机头电力连接线及注浆管线，把机头从接收坑吊出、运回；机头吊出后拆除顶进泵站及千斤顶的电源线、输油管线，吊出放置在安全位置；清理顶进作业坑内其他顶进作业机具导轨、后背顶铁、传力顶铁等。
15.所述步骤(3)工作坑安装导轨中，导轨应顺直，按管节的外径作弧形样板进行检查，导轨高程及允许偏差为
±
2mm，中心允许偏差
±
3mm，管节外径距枕木面不得小于20mm；木枕下铺设20cm厚碎石垫层，用水泥砂浆固结。
16.所述步骤(5)顶进圆管施工中测量工具头的偏位和纠偏方案，在工作井后座位置设置测量机座，测量基座由地面引入地下，将激光经纬仪放置在其上调平后，使激光经纬仪发射的激光沿着顶进方向水平射出，打在工具头的测量靶位上，通过视频读出工具头的偏
差，每隔0.5m记录一次；顶进中管位偏差＞5mm，即采用小角度纠偏校正；顶完1个行程3m后，停止顶进，调节整体式顶进构架顶块，进下一个行程；顶完一节管后，拆开所有管线，管吊装后，安装所有管线继续顶进；顶进过程中，通过顶管的注浆孔注入膨润土触变泥浆，在顶管外周形成一个完整的浆套。
17.所述纠偏控制系统由设备顶进、激光导向倾角、传感器信号、位置比较电路、油缸控制电路、铰接油缸、机头调向系统、油压控制系统组成，利用激光靶原理，采用主动“铰接”，对角“口”字型布置，进行纠偏机构设计。
18.所述步骤(7)注浆减阻中，压浆系统设备的注浆泵为螺杆泵，排量是1000l/min，压力为3mpa；注浆管道主管直径为50mm的钢管，支管直径为25mm；注浆孔在管节生产时以每条3个孔位均分布，每三节安装一节有注浆孔的管节；注浆顺序为每段注浆从第一孔开始，直注至下一孔出浆，依次注完，每段注浆后，静止6～8h后进行第二次注浆,第二次注浆压力不变，直至压满。
19.所述步骤(7)注浆减阻中土压平衡式顶管机的触变泥浆系统由拌浆、注浆和管道三部分组成，机尾同步压浆，压浆量在机头无折角时为0.6m3，压浆压力控制在100～200kp；顶通后立即固化压浆，有管孔管节每节压入量0.3m3，校直管道水平度；总注浆量应不小于管外环形空间体积的2倍，同步注浆与补浆相结合，先注后顶、随顶随注、及时补浆。
20.所述在工作井后座位置设置测量机座，测量基座由地面引入地下，避免工作井的变形引起的误差，将激光经纬仪放置在其上调平后，使激光经纬仪发射的激光沿着顶进方向水平射出，打在工具头的测量靶位上，通过视频读出工具头的偏差。
21.所述圆形顶管装置是在满足列车运行的前提下，能够顶进直径为1.75m和2.15m涵管装置的土压平衡顶管工法。
22.可采用开挖直径2140mm的tpd1750土压平衡顶管机或开挖直径2150mm的tpd2150土压平衡顶管机。
23.本发明采用纠偏控制系统中设备顶进、激光导向倾角、传感器信号、位置比较电路、油缸控制电路、铰接油缸、机头调向系统、油压控制系统都是常见的公开售卖的设备，利用激光靶原理，采用主动“铰接”，对角“口”字型布置，进行纠偏机构设计。
24.本发明利用平衡介质(泥土)，在开挖舱中获得一定的压力，以平衡地下水和土层的压力，其开挖舱内的平衡压力的调节主要是通过螺旋输送机控制进出平衡介质的量来实现，在满足列车运行的前提下，能够顶进直径为1.75m和2.15m涵管的土压平衡顶管工法。
25.本发明依据的工作原理：刀盘旋转挖掘土体，在开挖仓内形成一定土压，土体由螺旋输送机排出，经过导料槽，运至渣土车里，渣土车装满渣土后运到始发井，在由始发井的吊机运到地面。地面上有控制室，通过控制刀盘旋转切削速度、顶管机推进速度以及螺旋输送机排土速度，合理控制排土量，保持开挖面土压稳定，进而保证刀盘切削面周围土体稳定。
26.通过以上技术方案，本发明取得了如下的技术效果：
27.(1)本发明提供的下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法，适用于沙土、粉质黏土、土(砂)夹石、泥岩土等粒径《20cm的地层，且不受地层特性变化的影响，有地下水也能适用。
28.(2)本发明提供的下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法，由于土压刀
盘掘削扭矩小，顶管的直径可以做到4m。适用管径范围大。
29.(3)本发明提供的下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法，圆形顶管装置采用顶进直径为1.75m或2.15m涵管装置，地层对刀盘的切削阻力小，顶管机的水平及竖直摆动小，掘进中顶管机体的摆动小，可应对穿越铁路工程中正常行进中各类火车最大干扰，为穿越铁路工程中提供了最大限度的安全保障；土压平衡式顶管的工作井内的环境较好，作业安全，采用了螺旋机出土，电动车输送，具有对地层扰动小、变形小、沉降小的特点，安全性高。
30.(4)本发明提供的下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法，能确保顶管机在带压模式下掘进，当顶管机刀盘掌子面保持土压平衡时，很大程度避免了超挖和欠挖，可有效控制地层沉降；采用机械开挖，通过监控皮带机出土量，保证理论开挖量与排渣量一致，能有效控制保盘土压平衡，施工期间不需要采用3-5-3扣轨梁或d(h)型钢便梁加固对轨道线路进行加固(特殊线路依据设计要求加固)；施工期间运营铁路限速120km/h以内，可对线路实施监测；施工人员可在地面控制室内操作机械，通过刀盘切削土体，施工安全；顶管施工不阻断交通，不破坏道路和植被，因而可以避免开挖施工所带来的居民生活和交通干扰，以及对环境建筑基础的破坏影响，无污染、无噪音；不需要对既有轨道加固，不需要无缝线路应力放散，无需天窗计划，工期短；可在地下水环境中作业，需井点降水，不影响施工工期；不影响列车运行，无铁路营运损失，最终降低综合成本。
附图说明
31.图1为本发明提供的施工工法施工平面布置图。
32.图2为本发明提供的施工工法顶进圆管施工流程图。
33.图3为本发明提供的施工工法顶进设备安装示意图，其中，图3(a)为剖面图，图3(b)为正视图。
34.图4为本发明提供的施工工法中施工监测平面示意图。
35.图5为本发明提供的施工工法中注浆工艺流程图。
36.图6为本发明提供的施工工法中工况一条件下路基轨道和地层的变形图，其中图6(a)为路基整体沉降，图6(b)为轨道水平位移，图6(c)为轨道竖向位移，图6(d)为轨道整体沉降，图6(e)为地层整体沉降，图6(f)为工作坑变形图。
37.图7为本发明提供的施工工法中工况二条件下路基轨道和地层的变形图，其中图7(a)为路基整体沉降，图7(b)为轨道水平位移，图7(c)为轨道竖向位移，图7(d)为轨道整体沉降，图7(e)为地层整体沉降，图7(f)为工作坑变形图。
38.图8为本发明提供的施工工法中工况三条件下路基轨道和地层的变形图，其中图8(a)为路基整体沉降，图8(b)为轨道水平位移，图8(c)为轨道竖向位移，图8(d)为轨道整体沉降，图8(e)为地层整体沉降，图8(f)为工作坑变形图。
39.图9为本发明提供的施工工法中工况四条件下路基轨道和地层的变形图，其中图9(a)为路基整体沉降，图9(b)为轨道水平位移，图9(c)为轨道竖向位移，图9(d)为轨道整体沉降，图9(e)为地层整体沉降，图9(f)为工作坑变形图。
具体实施方式
40.下面举实施例说明本发明，但是，本发明并不限于下属实施例。
41.本发明采用材料和设备均可通过公共渠道购买，工艺中所采用的设备和仪器均为本领域常见的设备。
42.本发明中选用的所有材料、设备和仪器的测量方法都为本领域熟知的但不限制本发明的实施，其它本领域熟知的一些材料和设备都可以适用于本发明以下实施方式的实施。
43.实施例1：下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法
44.本实施例提供一种下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法，包括如下步骤：
45.(1)工作坑开挖至距设计坑底标高200mm处停止，清底平至坑底标高，开挖后，工作下部浇筑砼地板，四周支模绑钢筋浇筑混凝土墙，工作坑下部设集水井；在工作坑两侧钉基桩，桩距槽边应不小于1.5米；工作坑开挖时，弃土严禁堆放在工作坑边1.5m内及靠近围墙1.5m内，坑边不允许堆放周转材料；在挖土机工作范围内，不许进行其他作业，挖土应由上而下，逐层进行，严禁超挖。
46.(2)圆形顶管装置采用顶进直径为1.75m或2.15m涵管装置，顶进施工前，对套管内、外侧做防腐处理，使用环氧树脂沥青防腐涂料，涂刷均匀，不得有漏刷，白点等现象。
47.(3)顶进工作坑按设计要求浇筑成型后，工作坑底板安装导轨，导轨采用方钢与槽钢定制，为定向轨道，放稳圆管后，测量负载后有无变动，在使用过程中也要经常测量导轨，加以改正；涵管底部与底部槽钢间距离5cm，用吊车吊装后背靠板在混凝土后背墙坑壁。
48.(4)一个工作坑内选用4台500t的油压千斤顶，油压由电动油泵供给，四台并联供油，千斤顶行程165cm；工作坑封底后，安装安全围栏和爬梯，然后用轮胎吊将将导轨、千斤顶台架、替顶、分压环、后承压壁、操作平台、爬梯等吊入井中；顶管机头吊装下井，接电力电缆、信号线和油管，整机现场调试、整体式顶进构架调试、泥水处理系统调试、测量系统激光经纬仪调试及纠偏控制系统校核。
49.(5)安装顶管机头，机头安放在导轨上后，测定前后端的中心的方向偏差和相对高差，机头与导轨的接触面必须平稳、吻合；机头必须对电路、油路、气压、泥浆管路等设备进行逐一连接，各部件连接牢固，不得渗漏，安装正确，并对各分系统进行认真检查和试运行。
50.(6)顶进圆管施工，顶进前检查准备工作，检查控制台、泥浆泵、管道、测量系统、工具头等，千斤顶及顶管机控制柜提前试顶；工具头刀盘转动、开动进出渣浆泵，接通电源，设备的参数稳定后，开始泥浆循环；顶进、调整进出渣浆泵流量达到平衡，工具头的操作全部采用在管道外(工作坑上)控制台控制，顶进千斤顶，调节螺旋机出土的流量达到工作仓的土压平衡；渣土处理系统采用土压平衡式工具头出土，工具头注入含有一定纤维素的清水，通过大刀盘切削工具头前方的原状土，与注入的清水搅拌至牙膏状，然后通过螺旋机与电动车把渣土运至套管外部；测量工具头的偏位和纠偏；顶完1个行程3m后，停止顶进，调节整体式顶进构架顶块，继续顶进下一个行程；顶完一节管后，拆开各管路、管吊装、各管路安装。
51.(7)注浆减阻，顶进过程中，通过顶管的注浆孔注入膨润土触变泥浆，在顶管外周形成一个完整的浆套，利用触变泥浆的润滑作用减少顶进阻力；触变泥浆系统由拌浆、注浆
和管道三部分组成；压浆系统设备包括注浆泵、搅拌器、注浆管道、管道阀门和压力计。
52.(8)圆形顶管设备拆除，顶进施工完毕后，关闭主电源，拆除顶进机头电力连接线及注浆管线，把机头从接收坑吊出、运回；机头吊出后拆除顶进泵站及千斤顶的电源线、输油管线，吊出放置在安全位置；清理顶进作业坑内其他顶进作业机具导轨、后背顶铁、传力顶铁等。
53.实施例2：下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法
54.本实施例在实施例1的基础上，提供一种下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法，施工平面布置图参见附图1所示。其中，所述工作坑安装导轨中，导轨应顺直，按管节的外径作弧形样板进行检查，导轨高程及允许偏差为
±
2mm，中心允许偏差
±
3mm，管节外径距枕木面不得小于20mm；木枕下铺设20cm厚碎石垫层，用水泥砂浆固结。
55.顶进圆管施工流程图参见附图2所示，顶进工作坑开挖到达设计要求后，具体顶进设备安装图参见附图3所示，在工作坑底部安装导轨，导轨采用方钢与槽钢定制。导轨为一定向轨道，导轨的轨前轨中轨尾左右各一点必须符合管道中线、标高坡度的要求，并在放稳圆管后，测量负载后有无变动，在使用过程中也要经常测量导轨，加以改正。涵管底部与底部槽钢间距离5cm，防止涵管在顶进过程中与底部槽钢发生摩擦，使导轨发生偏离，影响顶进效果。后背靠板为提前定制，用吊车吊装在混凝土后背墙坑壁。
56.测量工具头的偏位和纠偏方案，在工作井后座位置设置测量机座，测量基座由地面引入地下，将激光经纬仪放置在其上调平后，使激光经纬仪发射的激光沿着顶进方向水平射出，打在工具头的测量靶位上，通过视频读出工具头的偏差，每隔0.5m记录一次；顶进中管位偏差＞5mm，即采用小角度纠偏校正；顶完1个行程(3m)后，停止顶进，调节整体式顶进构架顶块，进下一个行程；顶完一节管后，拆开所有管线，管吊装后，安装所有管线继续顶进；顶进过程中，通过顶管的注浆孔注入膨润土触变泥浆，在顶管外周形成一个完整的浆套。
57.注浆减阻中，压浆系统设备的注浆泵为螺杆泵，排量是1000l/min，压力为3mpa；注浆管道主管直径为φ50mm的钢管，支管直径为φ25mm；注浆孔在管节生产时以每条3个孔位均分布，每三节安装一节有注浆孔的管节；注浆顺序为每段注浆从第一孔开始，直注至下一孔出浆，依次注完，每段注浆后，静止6～8h后进行第二次注浆,第二次注浆压力不变，直至压满。
58.注浆减阻中土压平衡式顶管机的触变泥浆系统由拌浆、注浆和管道三部分组成，机尾同步压浆，压浆量在机头无折角时为0.6m3，压浆压力控制在100～200kp；顶通后立即固化压浆，有管孔管节每节压入量0.3m3，校直管道水平度；总注浆量应不小于管外环形空间体积的2倍，同步注浆与补浆相结合，先注后顶、随顶随注、及时补浆。
59.施工监测参见附图4所示，沉降观测点布设、埋设和监测，采用植筋的方法设置沉降观测点，现场设置沉降观测点；监测数据的分级管理，监测后对各种监测数据要及时进行整理分析，对监测进行分ⅰ、ⅱ、ⅲ级管理，绘制位移随时间或空间的变化曲线图，对监测结果进行回归分析，以预测该测点可能出现的最终位移值，预测结构和建筑物的安全性，确定施工方法。
60.实施例3：下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法采用的顶管机
61.本发明采用的顶管掘进机选择分别可采用开挖直径1750mm和开挖直径2150mm的
中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司tpd1750土压平衡顶管机和tpd2150土压平衡顶管机，由机械系统、液压纠偏系统、电气控制系统、测量系统组成。机械系统主要由刀盘、前后壳体、刀盘动力系统、螺旋出土机、油脂润滑系统组成。切削、搅拌功能由刀盘完成；前后壳体之间通过4只纠偏油缸连接，并设有防转装置。
62.实施例4：下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法
63.(1)工具头偏位测量和纠偏施工控制
64.本实施例在实施例1-2的基础上，进一步对顶进圆管施工中工具头偏位测量和纠偏施工进行控制，纠偏控制系统由设备顶进、激光导向倾角、传感器信号、位置比较电路、油缸控制电路、铰接油缸、机头调向系统、油压控制系统组成，利用激光靶原理，采用主动“铰接”，对角“口”字型布置，进行纠偏机构设计。在工作井后座位置设置测量机座，测量基座由地面引入地下，避免工作井的变形引起的误差，将激光经纬仪放置在其上调平后，使激光经纬仪发射的激光沿着顶进方向水平射出，打在工具头的测量靶位上，通过视频读出工具头的偏差。每隔0.5m记录一次。(辅以人工测量校对)纠偏办法，顶进中发现管位偏差5mm左右，即应进行校正。纠偏采用小角度逐渐纠偏，纠偏校正时应缓缓进行，使管节逐渐复位，不得猛纠硬调。校正方法采用工具头自身纠偏法：控制工具头的状态(向下、向上、向左、向右)，这种方法纠偏方法良好，每次纠偏的幅度以5mm为一个单元，再顶进1m时，如果根据工具头的测斜仪及激光经纬仪测量偏位趋势没有减少时，增大纠偏力度(以5mm为一个单元)，如果根据工具头的测斜仪及激光经纬仪测量偏位趋势稳定或减少时，保持该纠偏力度，继续顶进，当偏位趋势相反时，则需要将纠偏力度逐渐减少。
65.充分利用列车间隔时间组织顶进施工，缩短顶进工期，以减少对线路的影响。顶进施工，随挖随顶，但严禁在过车时挖土、顶进。顶进过程中，设备管理单位人员全程监护。顶管前，项目部必须向作业班组进行详细的技术交底，并办好书面手续。顶管动态控制必须在质量标准范围以内，如果在顶进过程中，发现方向失控，立即停止顶进，采取纠偏措施后，方可继续顶进。
66.顶管顶进时，采用信息反馈技术，做好测量记录，优化顶进参数，使沉降值降低到最小限度。顶管过程中方向偏差的技术措施控制，施工过程中坚持勤测、勤纠、微纠的原则，管节顶进后允许偏差和检验方法应符合表1所示。
67.表1：管节顶进后允许偏差和检验方法
[0068][0069]
如出现偏差较大，可采用纠偏千斤顶进行纠偏。纠偏应贯穿在顶进施工的全过程，做到严密监测顶管的偏位情况，并及时纠偏，尽量做到纠偏在偏位发生的萌芽阶段。
[0070]
(2)注浆减阻控制
[0071]
顶进过程中，需要通过顶管的注浆孔注入膨润土触变泥浆，在顶管外周形成一个完整的浆套，利用触变泥浆的润滑作用，以减少顶进的阻力。注浆减阻是实现长距离顶管的重要措施之一。对顶管机头尾端的压浆，要紧随管道顶进同步压浆。为使管道外周围形成的泥浆始终起到支承地层和减阻作用，在后续管道的适当点位，还必须进行跟踪补浆，以补充
在顶进中的泥浆损失量。
[0072]
土压平衡式顶管机的触变泥浆系统由拌浆、注浆和管道三部分组成。注浆工艺流程参见附图5所示。
[0073]
(3)施工监测
[0074]
施工监测的项目和内容参见表2所示。
[0075]
表2：施工监测项目和内容
[0076]
基准网监测点点6地面沉降观测点点190轨面竖向位移观测点点39地下管线竖直位移量测点点6
[0077]
沉降监测采用trimble dini03电子水准仪，标称精度：
±
0.3mm/km，读数精度为0.1mm。观测方法：按《建筑变形测量规范》二等水准测量技术的要求，往返闭合差应小于1.0mm要求，形成闭和/附和观测路线，用精密水准仪测出各观测点的高程，经计算后可得到监测点的沉降变化情况，监测精度参见表3所示。
[0078]
表3：施工监测精度
[0079][0080]
巡视检查整个监测周期期内，安排有专人每天进行巡视检查，巡视检查应包括以下主要内容：基准点、测点完好状况；有无影响观测工作的障碍物；监测元件的完好及保护情况。
[0081]
巡视检查应对自然条件、周边环境、监测设施等的检查情况进行详细记录。如发现异常，应及时通知委托方及相关单位。巡视检查记录应及时整理，并与仪器监测数据综合分析，巡视检查观测周期参见表4所示。
[0082]
表4：施工监测周期及观测要求
[0083]
[0084]
实施例5：下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法的安全评价分析
[0085]
本实施例基于分别得出四种工况下对铁路路基、钢轨的沉降、变形数值。通过工程案例及有限元分析，土压平衡顶管机下穿铁路路基地层，轨道、路基沉降满足规范要求，满足铁路运营安全。
[0086]
1.评价要求
[0087]
(1)平顺性要求
[0088]
为保证铁路线路施工期间，列车运营安全，需制定变形控制指标，对施工过程进行控制。变形控制指标根据铁路线路设备修理标准制定。下穿铁路施工时，轨道变形不应超过ⅲ级临时补修所对应的变形要求。根据《普速铁路线路修理规则》(tg/gw102-2019)，适用于1435mm标准轨距和线路允许速度为200km/h及以下的铁路(仅运行动车组列的铁路、重载铁路除外)。
[0089]
(2)变形及受力控制值
[0090]
变形及受力控制值符合《铁路路基设计规范》的相关规定。
[0091]
2.评价计算
[0092]
(1)计算方法
[0093]
本试验模型采用“地层-结构”方法模拟地层、施工及运营状态。“地层-结构”方法采用现代岩体力学模型，计算方法将结构与地层视为一个整体，协调变形共同承受地层荷载，计算时考虑结构的各种几何形状、地层和结构材料的非线性特性、空间效应所形成的三维状态以及结构不连续面等。
[0094]
(2)计算原则
[0095]
数值模拟计算模型范围根据新建公路桥梁施工的影响范围，确定边界条件；数值模拟计算采用的地层力学参数应符合实际的力学状态；数值模拟计算采用非线性分析；数值模拟计算的假定和过程模拟应符合实际的施工力学状态和铁路结构的工作状态。
[0096]
(3)计算软件
[0097]
采用midas-gts有限元分析软件。该软件是midas公司开发专门求解岩土力学问题的大型商用有限元程序。其基本原理、算法与离散元法相似，它运用节点位移连续条件，可对连续介质进行大变形分析，基于显式差分法求解运动方程和动力方程，采用混合离散技术，从而使模拟塑性破坏与塑性流动更精确。地层本构模型采用moore(m-c)模型，既有线沉降及围岩的非线性变形。
[0098]
(4)计算模型
[0099]
根据相关勘察设计资料，选取铁路线路的路基、轨道，边坡，用midas-nx建立三维计算模型进行计算分析。
[0100]
建模时对施工始发井、吊出井，结构的自重、二期恒载、列车荷载以均布荷载的方式加在接触面上。地层按照实际分层厚度输入，为充分考虑顶进套管对铁路路基的影响，顺铁路线路方向计算长度取40m，垂直铁路线路方向取75m，工作坑基底部土层厚度取29m。
[0101]
整个计算分为施工工作井、套管顶进、运营三个施工阶段，可得出施工对轨道、路基的影响。在运营期间，通过施加铁路荷载，可以得出施工完成套管后对既有铁路轨道、路基的影响。
[0102]
分析过程通过对天然地基状况，midas-nx模型的合理性进行初步分析，通过对铁
路荷载下的计算进行修正后，再施加荷载，可以对套管修建对既有铁路的影响进行较为准确的数值模拟。
[0103]
根据相关勘察设计资料，选取施工项目的铁路轨道、路基，用midas-nx建立三维计算模型进行计算分析。
[0104]
结合工程地质条件、施工工法、路基与既有线相对位置关系及工程处理措施等因素。在充分模拟研究区域地形地质条件的基础上，建立地层、铁路路基、轨道的整体三维有限元计算模型，运用数值模拟分析方法，开展数值分析，以保证铁路线路安全运营和套管顺利下穿铁路线路。
[0105]
计算域各边界约束条件为顶面为自由面，底面为双向约束，而左右和前后边界为水平约束，其中计算坐标系定义为：x轴：垂直路基行车方向；y轴：路基行车方向；z轴：铅直向上，由底面指向地表。
[0106]
(5)计算参数选取
[0107]
根据地质报告提供的参数，考虑安全性评估需要，对一定深度范围内岩土类别相近的土体进行了合并，并对土层参数进行综合取值，具体结果参见表5所示，材料采用相应适合的钢筋混凝土，具体参数参见表6所示。
[0108]
表5：土体的力学计算参数
[0109][0110]
表6：混凝土计算参数
[0111][0112][0113]
数值计算参数取值说明：数值计算中岩、土参数取值以地勘实验成果为主，并结合《工程地质手册》中相关的参数建议，综合考虑确定。
[0114]
(6)数值计算分析工况
[0115]
工况一：完成始发井、调出井，对铁路路基、钢轨的影响；工况二：顶进套管进入边坡坡脚，在列车荷载作用下，分析对铁路路基、钢轨的影响；工况三：顶进套管位于进入路基正下方，在列车荷载作用下，分析对铁路路基、钢轨的影响；工况四：顶进套管出边坡坡脚，在列车荷载作用下，分析对铁路路基、钢轨的影响。分别得出四种工况下对铁路路基、钢轨的沉降、变形数值。
[0116]
3.计算结果
[0117]
完成始发井、调出井，对铁路路基、钢轨的影响，四种工况条件下计算的路基整体沉降、地层整体沉降、轨道水平位移和竖向位移等参见附图6-9。
[0118]
由附图6-9数据可知，工况一：路基整体最大沉降为3.85mm，地层整体最大沉降为-11.25mm，轨道最大水平位移为0.465mm，轨道最大竖向位移为-0.384mm，轨道整体最大沉降为3.85mm，工作坑最大变形为11.25mm；工况二：路基整体最大沉降为3.73mm，地层整体最大沉降为-13.20mm，轨道最大水平位移为0.424mm，轨道最大竖向位移为0.116mm，轨道整体最大沉降为3.703mm，工作坑最大变形为11.00mm；工况三：路基整体最大沉降为3.57mm，地层整体最大沉降为-13.70mm，轨道最大水平位移为0.400mm，轨道最大竖向位移为-3.54mm，轨道整体最大沉降为3.54mm，工作坑最大变形为12.23mm；工况四：路基整体最大沉降为3.77mm，地层整体最大沉降为13.91mm，轨道最大水平位移为0.451mm，轨道最大竖向位移为0.116mm，轨道整体最大沉降为3.71mm，工作坑最大变形为12.30mm。
[0119]
4.数值统计分析
[0120]
利用大型有限元分析软件midas-gts来研究，根据数值模拟计算结果，在保证各项安全措施实施的情况下，变形指标均在规范的要求内。套管施工引起的铁路路基、轨道结构变形参见表7-8所示。
[0121]
表7：施工引起轨道附加变形统计表
[0122][0123]
表8：施工引起铁路构筑物整体变形最大值统计表
[0124]
工况地层/mm路基/mm边坡/mm工作坑/mm工况一11.253.868.8511.25工况二13.203.7310.6312.00工况三13.703.5711.0412.23工况四13.863.7711.2412.33
[0125]
由表7-8数据可知，圆形顶管装置施工，轨道竖向最大沉降-3.70mm，轨道最大水平位移0.41mm，相邻轨道最大竖向差异沉降0.85mm，相邻轨道最大水平差异沉降0.425mm，小于相应的控制标准。套管顶进施工时，铁路地层最大沉降为13.86mm，引起路基最大沉降3.77mm，边坡最大沉降11.24mm，工作坑引起的最大变形12.33mm，小于40mm控制值，对铁路路基影响较小。
[0126]
综上数据可知，本发明提供的施工工法，圆形顶管装置施工，轨道几何变形、路基沉降可控；需要注意的是，数值模拟分析难以精确反映圆形顶管装置施工的全过程，无法做到精确分析，实际施工过程中还应做好过程控制，尽量减小施工误差，防止土体在无约束状
态下变形过大，减少套管顶进施工对既有铁路线路的影响。
[0127]
铁路路基变形是导致穿越铁路施工及铁路既有线运营安全的最大威胁。顶管顶推施工过程中，降水作业、开挖工作基坑、顶进过程中开挖土方及列车通过时的动荷载均会对铁路路基造成不同程度的影响。通过有限分析得出：始发井、吊出井距离路基坡脚外不小于5m时，且做好相应临时支护的情况下，基坑开挖对铁路路基影响很小；本模型采用1-2.15m圆形顶管，结构距离轨面不小于5m进行分析，在整个顶进过程中，引起的路基最大沉降2.7mm；轨道最大沉降1.3mm，均满足规范要求。
[0128]
实施例7：下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法穿越鱼焉铁路(和静～焉耆)工程范例
[0129]
工程概况：本工程采用上述提供的下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法穿越鱼焉线铁路而设。
[0130]
1.监控量测
[0131]
测量标准及实施情况，沉降变形测量采用二级沉降观测按二等水准执行，观测顺序采用奇偶站交替；奇数站：后-前-前-后，偶数站：前-后-后-前，精度指标、观测频次见表9-10所示。
[0132]
表9：测量等级及精度要求
[0133]
沉降变形测量等级沉降变形点的高程中误差/mm相邻沉降变形点的高程中误差/mm二级
±
0.3
±
0.5位移变形测量等级坐标中误差中误差(mm)相邻监测点的坐标中误差(mm)二级
±
1.5
±
3.0
[0134]
表10：变形观测频次表
[0135][0136][0137]
2.沉降观测情况
[0138]
a.竖向监测
[0139]
高程基准网布设形式：本工程竖向变形监测高程基准网，假定高程系统为基础建立。在顶管施工100米范围外稳固位置选择4个精密水准点作为高程基准点。根据具体监测点分布，高程基准点同监测点一起布设成独立的闭合环、或形成由附合路线构成的结点网。为减小测量误差，提高监测成果质量，按统一高程基准独立组网。
[0140]
高程基准点埋设方法：为保护测点不受碾压影响，高程基准点标志采用混凝土现浇测点形式，采用人工开挖现浇混凝土的方式进行埋设，埋深为60cm。
[0141]
(1)竖向位移监测点布置
[0142]
监测网布设形式：本工程高程基准网(点)，将轨面监测点、路基监测点及地面监测点纳入其中构成闭合环、或形成由附合路线构成的结点网进行水准观测。
[0143]
(2)监测点布置原则
[0144]
轨面监测点及路基监测点沿顶管中心线向左右没检测3-5米布设一对监测点，轨面监测点共布设26个，路基监测点14个；基坑支护边坡边缘处按每隔3米左右的间距布设一个变形监测点共布设50个点。
[0145]
(3)监测点布设方法
[0146]
轨面监测点埋设方法：轨面监测点采用固定点位固定方向标记法进行标记。
[0147]
路基及基坑边缘处沉降监测点埋设方法：为保护测点不受碾压影响，路基及边坡边缘处沉降监测点采用现浇混凝土测点形式，采用人工开挖现浇混凝土进行埋设，或者利用现有的护壁进行做点。
[0148]
(4)竖向位移监测精度
[0149]
本试验竖向位移监测精度参见表11所示。
[0150]
表11：竖向位移监测精度(mm)
[0151]
竖向位移报警值≤20(35)20～40(35～60)≥40(60)监测点测站高差中误差≤0.3≤0.5≤1.0
[0152]
注：监测点测站高差中误差系指相应精度与视距的几何水准测量单程一测站的高差中误差；括号内数值对应于立柱及基坑周边地表的竖向位移报警值；按照支护方案要求，本项目监测点测站高差中误差为≤0.3mm。
[0153]
b.水平位移监测
[0154]
(1)基准点及工作几点布置
[0155]
①
平面基准网布设形式：本项目水平位移监测基准网采用导线网，测点监测采用极坐标法或小角度法。基准点以建设单位规定的坐标或场地相对坐标为基准建立，水平位移基准点与竖向位移基准点共用同一点位，采用附合或闭合导线形式。基准点根据场地围挡条件及基坑位置合理分布，同观测点一起布设成监测网。
[0156]
②
水平位移监测点布置
[0157]
监测网布设形式：本工程平面基准网(点)将轨面监测点、路基监测点及地面监测点纳入其中构成附合或闭合导线形式的导线网进行水平位移监测。
[0158]
监测点布设原则：与竖向位移监测点共用监测点位。
[0159]
水平位移监测精度要求参见表12所示。
[0160]
表12：水平位移监测精度要求(mm)
[0161]
水平位移报警值(mm)≤3030～60＞60监测点坐标中误差≤1.5≤3.0≤6.0
[0162]
注：监测点坐标中误差，系指监测点相对测站点(如工作基点等)的坐标中误差，为点位中误差的本规范以中误差作为衡量精度的标准；按照设计监测点坐标中误差≤1mm。
[0163]
3.数据分析结论
[0164]
采用上述实施例1-2提供的下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法施工完成后观测时间情况参见表13所示。
[0165]
表13：隧道主体施工完成后观测时间
[0166]
观测期次1-13次14-32次33-66次监测点个数407890百分比％4486100
[0167]
本工程共布设97个观测点，共计观测66次，观测频率约为每天3-6次，满足施工监测对观测时间及频率的要求。
[0168]
本试验的累计沉降值及沉降速度参见表14，累计水平位移和位移速度参见表15所示。
[0169]
表14：累计沉降值及沉降速率
[0170]
部位最大沉降量平均沉降量最大沉降速率平及沉降速率轨面点-5.5-4.25-0.306-0.236地面点-6.7-3.95-0.372-0.219
[0171]
轨面点最大沉降量为-5.5(sgc09)，地面点最大沉降量为-6.7(dbc7)。
[0172]
表15：累计水平位移值及位移速率
[0173]
部位最大位移量平均位移量最大位移速率平及位移速率轨面点-2.4-0.23-0.133-0.013地面点-1.7-0.173-0.094-0.009
[0174]
轨面点最大位移量为-2.4(sgc12)，地面点最大沉降量为-6.7(dbc33)。
[0175]
根据上述统计指标，采用上述实施例1-2提供的下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法施工完成后，本工程监测从开挖至涵管贯通期间数据均未达到规范和设计确定的报警值，轨道及基坑处于稳定状态。监测结果表明：各监测点竖向位移、水平位移监测整体情况表现正常，整个监测期间轨道及基坑未发生流沙、裂缝、拱起及坍塌等异常现象，通过及时监测轨道及基坑变形和巡视周边环境的变化，将信息反馈给相关单位，确保了人身、铁路运行及周边环境安全，保证了各项工作顺利进行。
[0176]
实施例8：下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法穿越铁路(阿图什～巴羌)工程范例
[0177]
1.工程概况：本套管根据本发明采用下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法，对阿图什市供水、中水设施进行改造建设。
[0178]
2.监控量测
[0179]
(1)测量标准及实施情况采用实施例7提供的参数。
[0180]
(2)沉降观测情况
[0181]
竖向监测中高程基准网布设形式和高程基准点埋设方法以及竖向位移监测点布置中的监测网布设形式和监测点布置原则采用实施例7一致：轨面监测点及路基监测点沿顶管中心线向左右没检测3-5米布设一对监测点，轨面监测点共布设34个，路基监测点26个；基坑支护边坡边缘处按每隔3米左右的间距布设一个变形监测点共布设18个点；
[0182]
监测点布设方法和竖向位移监测精度：竖向位移检测精度、水平位移监测中基准
点及工作基点布置、平面基准网布设形式，水平位移监测点布置中监测网布设形式和监测点布设原则、水平位移监测精度要求与实施例7提供一致。
[0183]
3.数据分析及结论
[0184]
采用上述实施例1-2提供的下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法施工完成后观测时间情况参见表16所示。
[0185]
表16：隧道主体施工完成后观测时间统计
[0186][0187][0188]
本工程共布设78个观测点，共计观测49次，观测频率约为每天3-6次，满足施工监测对观测时间及频率的要求。
[0189]
本工程累计沉降值及沉降速度参见表17所示，累计水平位移及位移速率参见表18所示。
[0190]
表17：累计沉降值及沉降速率
[0191]
部位最大沉降量平均沉降量最大沉降速率平及沉降速率轨面点-5.6-2.04-0.430-0.157路基点-5.8-1.04-0.450-0.079基坑点-7.4-2.31-0.570-0.178
[0192]
轨面点最大沉降量为-5.6(sgc18)，路基点最大沉降量为-5.8(dbc15)，基坑点最大沉降量为-7.4(dbc44)。
[0193]
表18：累计水平位移值及位移速率
[0194]
部位最大位移量平均位移量最大位移速率平及位移速率轨面点-2.4-0.42-0.185-0.032路基点-1.60.015-0.094-0.001基坑点-1.30.0270.1000.002
[0195]
轨面点最大位移量为-2.4(sgc1)，路基点最大沉降量为-1.6(dbc9)，基坑点点最大沉降量为-1.3(dbc43)。
[0196]
由表17-18数据可知，采用上述实施例1-2提供的下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法施工完成后，本工程监测从开挖至涵管贯通期间数据均未达到规范和设计确定的报警值，轨道及基坑处于稳定状态；监测结果表明，各监测点竖向位移、水平位移监测整体情况表现正常，整个监测期间轨道及基坑未发生流沙、裂缝、拱起及坍塌等异常现象，通过及时监测轨道及基坑变形和巡视周边环境的变化，将信息反馈给相关单位，确保了人身、铁路运行及周边环境安全，保证了各项工作顺利进行。
[0197]
实施例9：下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法与传统顶管法比较
[0198]
按顶进涵长30m计算总费用，投资费用参见表19所示。
[0199]
表19：圆形顶管施工与常规顶管施工投资对比
[0200][0201]
由表19数据可知，采用圆形顶管方案较常规顶管方案直接投资基本持平。
[0202]
按顶进涵长30m计算总工期，工期比较数据参见表20所示。
[0203]
表20：圆形顶管施工与常规顶管施工工期对比
[0204][0205]
由表20数据可知，圆形顶管施工：接收井与始发井同时施工，接收井施工不占用工期，管道顶进施工进度7m/天，顶进时间5天，线路限速6天；常规顶管施工：接收坑与始发坑同时施工，接收坑施工不占用总工期，顶进施工进度3m/天，顶进时间11天，线路限速22天。施工期间对既有铁路影响时间为22天。从线路加固
→
顶进
→
拆除线路加固，共需36天。
[0206]
按照顶管长度30m计，圆形顶管方案与常规顶管方案比较参见表21所示。
[0207]
表21：圆形顶管施工与常规顶管施工对比
[0208]
项目圆形顶管方案常规顶管方案投资195万200万工期21天36天顶进时间5天11天
铁路限速时间6天22天加固措施无(根据设计进行加固)线路切割、钢便梁加固
[0209]
经过采用上述实施例下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法与传统顶管法比较具有优点如下：
[0210]
土压平衡顶管机在带压模式下掘进，当顶管机刀盘掌子面保持土压平衡时，很大程度避免了超挖和欠挖，可有效控制地层沉降；由于采用机械开挖，通过监控皮带机出土量，保证理论开挖量与排渣量一致，能有效控制保盘土压平衡，因此施工期间不需要对轨道线路进行加固(特殊线路依据设计要求加固)；不采用3-5-3扣轨梁或d(h)型钢便梁加固，施工期间对运营铁路限速120km/h以内，对线路实施监测；施工人员在地面控制室内操作机械，通过刀盘切削土体，施工安全(更适合地下水丰富的地区)；顶管施工不阻断交通，不破坏道路和植被，因而可以避免开挖施工所带来的居民生活和交通干扰，以及对环境建筑基础的破坏影响，无污染、无噪音；不需要对既有轨道加固，不需要无缝线路应力放散，无需天窗计划，工期短；可在地下水环境中作业，需井点降水，不影响施工工期；不影响列车运行，无铁路营运损失，综合成本低。
[0211]
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所延伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

技术特征：

1.一种下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法，其特征在于，该施工工法包括如下步骤：(1)工作坑开挖至距设计坑底标高200mm处停止，清底平至坑底标高，开挖后，工作下部浇筑砼地板，四周支模绑钢筋浇筑混凝土墙，工作坑下部设集水井；在工作坑两侧钉基桩，桩距槽边应不小于1.5m；工作坑开挖时，弃土严禁堆放在工作坑边1.5m内及靠近围墙1.5m内，坑边不允许堆放周转材料；在挖土机工作范围内，不许进行其他作业，挖土应由上而下，逐层进行，严禁超挖；(2)圆形顶管装置采用顶进直径为1.75m或2.15m涵管装置，顶进施工前，对套管内、外侧做防腐处理，使用环氧树脂沥青防腐涂料，涂刷均匀，不得有漏刷，白点等现象；(3)顶进工作坑按设计要求浇筑成型后，工作坑底板安装导轨，导轨采用方钢与槽钢定制，为定向轨道，放稳圆管后，测量负载后有无变动，在使用过程中也要经常测量导轨，加以改正；涵管底部与底部槽钢间距离5cm，用吊车吊装后背靠板在混凝土后背墙坑壁；(4)一个工作坑内选用4台500t的油压千斤顶，油压由电动油泵供给，四台并联供油，千斤顶行程165cm；工作坑封底后，安装安全围栏和爬梯，然后用轮胎吊将将导轨、千斤顶台架、替顶、分压环、后承压壁、操作平台、爬梯等吊入井中；顶管机头吊装下井，接电力电缆、信号线和油管，整机现场调试、整体式顶进构架调试、泥水处理系统调试、测量系统激光经纬仪调试及纠偏控制系统校核；(5)安装顶管机头，机头安放在导轨上后，测定前后端的中心的方向偏差和相对高差，机头与导轨的接触面必须平稳、吻合；机头必须对电路、油路、气压、泥浆管路等设备进行逐一连接，各部件连接牢固，不得渗漏，安装正确，并对各分系统进行认真检查和试运行；(6)顶进圆管施工，顶进前检查准备工作，检查控制台、泥浆泵、管道、测量系统、工具头等，千斤顶及顶管机控制柜提前试顶；工具头刀盘转动、开动进出渣浆泵，接通电源，设备的参数稳定后，开始泥浆循环；顶进、调整进出渣浆泵流量达到平衡，工具头的操作全部采用在管道外工作坑上控制台控制，顶进千斤顶，调节螺旋机出土的流量达到工作仓的土压平衡；渣土处理系统采用土压平衡式工具头出土，工具头注入含有一定纤维素的清水，通过大刀盘切削工具头前方的原状土，与注入的清水搅拌至牙膏状，然后通过螺旋机与电动车把渣土运至套管外部；测量工具头的偏位和纠偏；顶完1个行程3m后，停止顶进，调节整体式顶进构架顶块，继续顶进下一个行程；顶完一节管后，拆开各管路、管吊装、各管路安装；(7)注浆减阻，顶进过程中，通过顶管的注浆孔注入膨润土触变泥浆，在顶管外周形成一个完整的浆套，利用触变泥浆的润滑作用减少顶进阻力；触变泥浆系统由拌浆、注浆和管道三部分组成；压浆系统设备包括注浆泵、搅拌器、注浆管道、管道阀门和压力计；(8)圆形顶管设备拆除，顶进施工完毕后，关闭主电源，拆除顶进机头电力连接线及注浆管线，把机头从接收坑吊出、运回；机头吊出后拆除顶进泵站及千斤顶的电源线、输油管线，吊出放置在安全位置；清理顶进作业坑内其他顶进作业机具导轨、后背顶铁、传力顶铁等。2.根据权利要求1所述的一种下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法，其特征在于，所述步骤(3)工作坑安装导轨中，导轨应顺直，按管节的外径作弧形样板进行检查，导轨高程及允许偏差为
±
2mm，中心允许偏差
±
3mm，管节外径距枕木面不得小于20mm；木枕下铺设20cm厚碎石垫层，用水泥砂浆固结。
3.根据权利要求1所述的一种下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法，其特征在于，所述步骤(5)顶进圆管施工中测量工具头的偏位和纠偏方案，在工作井后座位置设置测量机座，测量基座由地面引入地下，将激光经纬仪放置在其上调平后，使激光经纬仪发射的激光沿着顶进方向水平射出，打在工具头的测量靶位上，通过视频读出工具头的偏差，每隔0.5m记录一次；顶进中管位偏差＞5mm，即采用小角度纠偏校正；顶完1个行程3m后，停止顶进，调节整体式顶进构架顶块，进下一个行程；顶完一节管后，拆开所有管线，管吊装后，安装所有管线继续顶进；顶进过程中，通过顶管的注浆孔注入膨润土触变泥浆，在顶管外周形成一个完整的浆套。4.根据权利要求1所述的一种下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法，其特征在于，纠偏控制系统由设备顶进、激光导向倾角、传感器信号、位置比较电路、油缸控制电路、铰接油缸、机头调向系统、油压控制系统组成，利用激光靶原理，采用主动“铰接”，对角“口”字型布置，进行纠偏机构设计。5.根据权利要求1所述的一种下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法，其特征在于，所述步骤(7)注浆减阻中，压浆系统设备的注浆泵为螺杆泵，排量是1000l/min，压力为3mpa；注浆管道主管直径为φ50mm的钢管，支管直径为φ25mm；注浆孔在管节生产时以每条3个孔位均分布，每三节安装一节有注浆孔的管节；注浆顺序为每段注浆从第一孔开始，直注至下一孔出浆，依次注完，每段注浆后，静止6～8h后进行第二次注浆,第二次注浆压力不变，直至压满。6.根据权利要求1所述的一种下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法，其特征在于，所述步骤(7)注浆减阻中土压平衡式顶管机的触变泥浆系统由拌浆、注浆和管道三部分组成，机尾同步压浆，压浆量在机头无折角时为0.6m3，压浆压力控制在100～200kp；顶通后立即固化压浆，有管孔管节每节压入量0.3m3，校直管道水平度；总注浆量应不小于管外环形空间体积的2倍，同步注浆与补浆相结合，先注后顶、随顶随注、及时补浆。7.根据权利要求1所述的一种下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法，其特征在于，所述在工作井后座位置设置测量机座，测量基座由地面引入地下，避免工作井的变形引起的误差，将激光经纬仪放置在其上调平后，使激光经纬仪发射的激光沿着顶进方向水平射出，打在工具头的测量靶位上，通过视频读出工具头的偏差。8.根据权利要求1所述的一种下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法，其特征在于，所述圆形顶管装置是在满足列车运行的前提下，能够顶进直径为1.75m和2.15m涵管装置的土压平衡顶管工法。9.根据权利要求1所述的一种下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法，其特征在于，分别可采用开挖直径1750mm和开挖直径2150mm的中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司tpd1750土压平衡顶管机和tpd2150土压平衡顶管机。

技术总结

本发明公开了一种下穿铁路路基地层的土压平衡圆形顶管施工工法，属于地质工程技术领域，该工法步骤具体包括顶进工作坑设计，圆形顶管装置采用顶进直径为1.75m或2.15m涵管装置，顶进施工前准备，工作坑导轨安装，工作坑内安装设备，顶进圆管施工方案，顶管测量控制方案及纠偏措施，施工监测等。本发明通过对穿越铁路土压平衡圆形顶管施工工法进行改进和优化，最终解决了土压平衡圆形顶管施工在穿越铁路工程中存在的问题，且成本低，可操作性强。可操作性强。可操作性强。