CN106088149A - 一种预制拼装式地下廊道的机械化快速施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地下通道修建施工技术领域，具体地指一种预制拼装式地下廊道的机械化快速施工方法。本发明通过在基坑内组装管片拼装设备，吊运预制的廊道管片至管片拼装设备内，顶推第一环管片至基坑内的廊道起始端，开挖基坑前方地面形成廊道安装槽，对安装槽进行支撑，通过顶推管片产生的反作用力驱动管片拼装设备沿廊道安装槽前进至第二环管片安装位置，再顶推第二环管片连接第一环管片完成两环管片的拼装，将开挖廊道安装槽形成的渣土输送至第一环管片的上方填埋第一环管片，依次交替进行直至所有管片拼装和填埋工作完成。本发明的方法风险小、施工速度快，对交通影响较小，施工过程安全可靠，综合施工成本低。

Description

一种预制拼装式地下廊道的机械化快速施工方法

技术领域

本发明涉及地下通道修建施工技术领域，具体地指一种预制拼装式地下廊道的机械化快速施工方法。

背景技术

随着城市的发展，地下埋设的管线越来越多，而地下管线的埋设比较分散并且埋设的位置也难以确定，给管线的养护、维修以及管理造成麻烦，特别是在管线的维修时往往存在反复开挖，给路面交通造成严重影响。为了减小这种影响，现代城市都在规划建设地下综合管廊，将各种管线置于管廊内集中管理，以减少道路开挖方便维护。另外，随着城市车流量增大，路面道路的交通压力越来越大，修建下穿公路隧道缓解地面或十字路口交通压力的方式也十分常见。

传统的地下管廊、公路下穿隧道的施工方法主要有明挖法、盾构法、顶管法，目前国内外大多以明挖基坑、基坑内现浇管廊或隧道结构的现浇法为主要施工方法。明挖法一般需要进行基坑围护结构施工，施工时间长，占用道路宽、对交通影响较大，扰民较严重；深基坑长度较长，开挖过程中坍塌等风险较高；廊道结构现浇混凝土质量得不到保证，施工过程中要进行地下管线等迁改；综合施工成本高。盾构法施工断面多为圆形，对于异形断面适用性较差且不适于浅埋暗挖段，盾构机设备采购成本和盾构施工成本均较高。顶管法主要用于软土地层，地层适应性较差，管径一般仅为3m以下，当工区较长、分段施工时需要多次始发且工程成本比盾构法大。而预制拼装式廊道具有工厂预制质量有保障、可大规模工业化生产、现场拼装速度快等优点。综上所述，目前没有一种适应浅埋、机械化作业的预制拼装式地下廊道施工方法。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种预制拼装式地下廊道的机械化快速施工方法。

本发明的技术方案为：一种预制拼装式地下廊道的机械化快速施工方法，其特征在于：在廊道起始点施工长条形始发基坑，在基坑内组装管片拼装设备，吊运预制的廊道管片至管片拼装设备内，顶推第一环管片至基坑内的廊道起始端，开挖基坑前方地面形成廊道安装槽，通过顶推已安装到位的第一环管片产生的反作用力驱动管片拼装设备沿廊道安装槽前进至第二环管片安装位置，再吊运第二环管片至管片拼装设备内、并将其顶推至与第一环管片连接完成两环管片的拼装，将开挖廊道安装槽形成的渣土输送至第一环管片的上方对第一环管片和该管片所处的基坑空间进行填埋，依次交替进行直至所有管片拼装和填埋工作完成。

进一步的所述的施工方法包括以下步骤：

1)、在廊道的起始端位置开挖长条形始发基坑，对基坑进行支护并在廊道的起始端安装反力架；

2)、在基坑内组装明挖模式的管片拼装设备，开挖管片拼装设备前方的地面形成廊道安装槽，对管片拼装设备前方的安装槽进行临时支护；

3)、吊运预制的廊道管片至管片拼装设备内，对管片做防水处理，再顶推第一环管片至基坑内的反力架上，注浆填筑管片与土体之间的间隙；

4)、顶推到位后调整管片拼装设备的方向，继续顶推第一环管片产生反作用力驱动管片拼装设备沿安装槽前进至第二环管片安装位置，再吊运第二环管片至管片拼装设备内并将其顶推至与第一环管片连接，注浆填筑第二环管片和第一环管片之间的间隙；

5)、调整方向后，顶推管片拼装设备至下一环管片安装位置，对管片拼装设备后方的安装槽进行临时支护，再将开挖管片拼装设备前方安装槽产生的渣土输送至已完成安装的管片上方对已完成安装的管片和该管片顶部的基坑或是安装槽空间进行填埋；

6)、平整、夯实已经完成填埋的地面，依次交替进行直至完成所有的管片拼装施工；

进一步的步骤2中，明挖模式的管片拼装设备的组装方法为：在基坑底端铺设拼装舱底板，在拼装舱底板的前端安装竖直向上的第一横板，在拼装舱底板的两侧焊接两块竖直向上的支撑板，第一横板的两端分别与两侧的支撑板焊接连接形成管片拼装舱，将用于顶推管片的顶推油缸的壳体固定第一横板上，再在支撑板的上端搭建龙门吊完成管片拼装设备的组装。

进一步的步骤2中，对管片拼装设备前方的安装槽进行临时支护的方法为：在管片拼装舱前端的第一横板上安装一块横向布置的第二横板，再在第二横板的两侧分别安装两块沿廊道纵向布置的前围板，形成位于管片拼装舱前端的前支护舱，利用前围板支撑管片拼装舱前方安装槽两侧的土体。

进一步的步骤3中，管片的顶推方法为：在拼装舱两侧的支撑板和拼装舱底板的后端安装环状的导向环，将顶推油缸的顶推端与管片的轴向前端连接，顶推管片穿过导向环调整管片的行进方向，再缓慢地将管片顶推至反力架上。

进一步的步骤3中，管片做防水处理的方法为：在导向环径向内侧端面上安装多把钢丝刷，钢丝刷之间的空隙内填充密封油脂，钢丝刷在管片通过导向环的过程中将密封油脂密布在管片外周与导向环内周之间形成防水密封，阻隔地下水进入拼装舱内。

进一步的步骤4中，调整管片拼装设备方向的方法为：在前支护舱和拼装舱之间安装至少两组横向间隔布置的双头油缸，将双头油缸的两端分别铰接连接于第一横板和第二横板上，分别顶推两组双头油缸调节第一横板与第二横板之间的夹角，使前围板顺应安装槽的开挖方向从而调节拼装舱的行进方向。

进一步的步骤5中，对管片拼装设备后方的安装槽进行临时支护的方法为：在两块支撑板的后端上部安装一块横向布置的第三横板，在第三横板的横向两侧分别焊接一块沿纵向布置的后围板形成位于拼装舱后端的后支护舱，通过后围板支撑拼装舱后方安装槽两侧的土体。

进一步的步骤5中，渣土输送的方法为：在拼装舱的上方架设输送皮带，将输送皮带的前端延伸至前围板形成的围护空间上方，将输送皮带的后端延伸至后围板形成的围护空间上方，挖掘的渣土直接放置在输送皮带上通过皮带输送至后围板形成的围护空间内。

进一步的在管片拼装设备行进至路面不可开挖路段时，将管片拼装设备从明挖模式调整为暗挖模式，在路面不开挖的情况下沿廊道的延伸方向挖掘管片拼装隧道，通过已经完成拼装的廊道输送管片和渣土，将输送至管片拼装设备内的管片顶推至与已完成安装的管片连接，对相邻管片以及管片与管片拼装隧道之间的间隙进行注浆填筑，依次交替进行直至完成暗挖路段的管片拼装施工。

进一步的管片拼装设备从明挖模式调整为暗挖模式进行管片拼装施工的方法包括以下步骤：

1)、利用龙门吊吊运螺旋输送机和管片拼装机至拼装舱内，将螺旋输送机安装在前支护舱上，将管片拼装机安装在拼装舱内；

2)、拆卸后支护舱、输送皮带和龙门吊，对拼装舱和前支护舱的上端进行封闭；

3)、利用螺旋输送机沿廊道的延伸方向挖掘管片拼装隧道，挖掘的土体通过已拼装完成的廊道排出，并通过已拼装完成的廊道输送管片至拼装舱内，顶推管片连接已完成拼装的管片；

4)、调整方向，顶推已拼装完成的管片以此来驱动拼装舱沿拼装隧道行进至下一个管片拼装位置，依次交替进行直至所有的暗挖路段下的管片拼装完成。

进一步的步骤3中，顶推管片的方法为：将每环廊道管片拆分为上下两个部分，再分别将上下两个部分沿已完成拼装的廊道输送至拼装舱内，在拼装舱内拼装成完整的廊道管片，再顶推该管片使其与已完成拼装的管片连接。

本发明的优点有：

1、本发明通过在安装槽内设置管片拼装设备，保证了挖掘、吊运、拼装、填埋等工序同步进行，极大程度的提高了廊道的修筑效率，加快了施工进度，减少了对路面交通影响的时间；

2、本发明既能适应明挖路段的廊道施工，在路面不可开挖的短距离区段，也能够采用暗挖施工，适用于各种浅埋的廊道、隧道等地下工程的施工；

3、本发明在管片拼装设备上安装有前支护舱和后支护舱，支护舱随管片拼装设备前进，能够在基槽开挖、管片拼装和回填等过程中防止两侧土体坍塌，避免了传统支护结构需要在安装槽的两侧施工永久或可周转的支护钢板桩，节省了大量的施工周转材料，简化了施工工序，降低了工程成本；

4、本发明的明挖模式与暗挖模式之间的转换方便，操作简单快捷，能够快速适应各种地面环境条件的变化；

5、本发明通过千斤顶产生推力，既方便了管片的拼装，又能够作为管片拼装设备的前进动力，其结构简单，操作方便；

6、本发明通过千斤顶实现管片拼装设备的方向调整，使用的设备都是价廉易得的产品，无需引入大量的复杂的装置设备，降低了施工的成本；

7、本发明使用的支护结构为工具式可移动，结构简单，支护效果可靠，无基坑坍塌风险。

本发明的方法实现了廊道(综合管廊、地下隧道)工业化生产，智能制造，与国家产业政策结合，节能减排，使得廊道质量有更好保障的，能适应现场快速化拼装施工。基坑开挖与支护、廊道预制拼装、基坑回填同步实现，基坑支护开挖安全可靠风险小、施工速度快，可达20～30m/d。占用路面时间短、范围小，对交通影响较小。在通过短距离的特殊区段时，如无法迁改的既有地下管线，无法封闭交通的十字路口，无法迁移的地面市政设施和绿化树木等，可转化为暗挖模式通过。可以最大限度的减小因施工对城市造成的影响，施工技术成熟，施工过程安全可靠，综合施工成本低。

附图说明

图1：明挖模式的管片拼装设备的结构示意图；

图2：暗挖模式的管片拼装设备的结构示意图；

图3：明挖模式的管片拼装设备的俯视结构示意图；

图4：拼装舱的转向结构示意图；

图5：挡土板翻转折叠结构示意图；

图6：基坑支护结构示意图；

图7：反力架的安装结构示意图；

图8：在基坑内组装明挖模式的管片拼装设备的结构示意图；

图9：管片拼装设备顶推第一环管片的结构示意图；

图10：拼装舱顶推片向前行进示意图；

图11：拼装舱行进至第二环管片安装位置的结构示意图；

图12：拼装舱对第二环管片顶推到位的结构示意图；

图13：明挖模式的结构示意图；

图14：在基坑内组装暗挖模式的管片拼装设备的结构示意图；

图15：暗挖模式的结构示意图；

图16：暗挖路段结束的示意图；

其中：1—拼装舱；1.1—拼装舱底板；1.2—支撑板；1.3—第一横板；1.4—导向环；1.5—封门；1.6—钢丝刷；1.7—滑板；1.8—第一固定板；2—前支护舱；2.1—第二横板；2.2—前围板；2.3—前支护舱底板；2.4—前挡土板；2.5—第二固定板；3—后支护舱；3.1—后围板；3.2—第三横板；4—中支护舱；4.1—中围板；5—龙门吊；6—输送皮带；7—管片；8—横向钢板桩；9—纵向钢板桩；10—横撑；11—支撑杆；12—反力板；13—顶推油缸；14—双头油缸；15—螺旋输送机；16—管片拼装机；17—挖机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1，所示，为本发明的管片拼装舱1，拼装舱1包括放置于坑内的拼装舱底板1.1，拼装舱底板1.1为钢板结构，平铺在坑内。拼装舱底板1上端面设置有导轨，便于管片7在导轨上滑移。拼装舱底板1.1的上端面的横向两侧各设置有一块竖直布置的支撑板1.2，支撑板1.2一是用于支撑拼装舱1上方的其他设备，也可对拼装舱1上方两侧的土体进行支撑，避免土体坍塌。

拼装舱底板1.1和支撑板1.2的前端设置有一块横向布置的第一横板1.3，第一横板1.3的横向两端和下端分别固定在支撑板1.2和拼装舱底板1.1上形成稳固的拼装舱1结构。

第一横板1.3上安装有顶推管片7的动力装置，如图1～4所示的，第一横板1.3上安装有顶推油缸13.顶推油缸13的缸体固定在第一横板1.3上，其顶推端朝向后方，当管片7放置在拼装舱底板1.1上时，就可以通过顶推油缸13顶推管片7迫使管片7向后移动。

实际使用时，为了保证管片7顶推到合适的位置，还需要在拼装舱1上设置导向结构，如图1～2所示，本发明的导向结构为导向环1.4，导向环1.4固定在拼装舱底板1.1和支撑板1.2的后端，导向环1.4按照管片7的形状制作而成为环状结构，管片7从导向环1.4中通过纠正管片7的运行方向，导向环1.4内侧端面上设置有滑板1.7，滑板1.7为表面光滑的四氟板或是钢板，能够减小管片7通过时的阻力。另外，导向环1.4的内侧端面上设置有多个钢丝刷1.6，钢丝刷1.6内填充密封油脂，使管片7外周与导向环1.4内周之间形成密封，使地下水不能进入拼装舱内。

拼装舱1在行进过程中，需要对开挖的安装槽两侧的土体进行支护。传统方式在安装槽两侧的土体插打钢板桩稳固土层，但是这种方式需要耗费大量的材料和时间，降低了施工的效率，增加施工的成本，本发明通过在拼装舱1前端设置前支护舱2对前进方向拟开挖的土体进行临时支护，无需耗费时间材料进行土体支护。

本发明的支护结构包括位于拼装舱1前端的前支护舱2，如图1～4所示，第一横板1.3前端设置有第二横板2.1，第二横板2.1的横向两侧安装有沿廊道纵向延伸布置的前围板2.2，前围板2.2支护安装槽两侧的土体，防止安装槽两侧土体垮塌。由于安装槽的挖掘方式为阶梯式，即距离前支护舱2越近的地方安装槽越深，距离前支护舱2越远的地方越浅，如图1所示，为了贴合安装槽的挖掘结构，本发明的前围板2.2的下端包括一个水平的第一台阶面和一个倾斜的第二台阶面，第一台阶面和第二台阶面之间的夹角为钝角。第一台阶面上安装有前支护舱底板2.3，用于增强前围板2.2的支护能力。

前支护舱2在转化为暗挖模式时需要对前支护舱2的上端进行封闭，其封闭的方法为：前围板2.2的上端铰接连接有一块前挡土板2.4，前挡土板2.4的下端可向内旋转铰接连接于前围板2.2的上端，当需要对前支护舱2进行封闭时，将前挡土板2.4向内翻转盖合在前围板2.2上即可完成前围板2.2的封闭。两块前挡土板2.4上设置有多个相对的螺孔向契合的台阶面，翻转到一起时台阶面相互契合，再使用螺钉将两者固定连接，前支护舱2形成上端封闭的舱室结构，如图5所示。

拼装舱1在转化为暗挖模式时需要利用中支护舱4对其顶部进行封闭，其封闭的方法为：如图1所示，支撑板1.2的上端铰接连接有一块中围板4.1，中围板4.1的下端可向内翻转地铰接连接于支撑板1.2的上端。当需要封闭拼装舱1时，将中围板4.1向内翻转盖合在拼装舱1的上端形成封闭的舱室。

前支护舱2和中支护舱4上的挡土板之间设置有横向的支撑，如图5所示，挡土板上设置有多个耳板，耳板上开设有螺孔，将横向支撑板放置于两块挡土板之间，然后使用螺栓将横向支撑板固定在两块挡土板之间。转化为暗挖模式后，拆卸掉横向支撑板即可完成前支护舱2和拼装舱1的上端封闭。

如图1～4所示，还包括后支护舱3，后支护舱3包括固定在支撑板1.2上端的第三横板3.1，第三横板3.1的横向两端分别设置有沿廊道纵向向后布置的后围板3.1，后围板3.1形成的支护结构支护拼装舱1后方的安装槽两侧的土体。后支护舱3在拼装舱1转化为暗挖模式后需要拆除。

拼装舱1和前支护舱2之间安装有变向结构，本发明的变向结构如图3～4所示，包括设置于第一横板1.3和第二横板2.1之间的两组双头油缸14，两组双头油缸14横向间隔布置，通过顶推两组双头油缸14保证两组双头油缸14各自的顶推长度不一样就能够改变第一横板1.3和第二横板2.1之间的夹角，从而调整拼装舱1的行进方向。

第一横板1.3和第二横板2.1上设置有安装耳板，安装耳板上设置有竖直布置的固定轴，双头油缸14的顶推端可绕固定轴轴线转动地套接在固定轴上。通过顶推两组双头油缸14来改变第一横板1.3和第二横板2.1的角度，从而调整拼装舱1的行进方向。

实际使用时，前支护舱2需要能够改变方向，而前支护舱2有一定的重量，为了保证前支护舱2稳定的布置于拼装舱1的前端，本发明在第一横板1.3的上下两端设置有沿廊道纵向向前延伸的第一固定板1.8，第二横板2.1的上下两端设置有与第一固定板1.8对应的沿廊道纵向向后延伸的第二固定板2.5。如图1～4所示，第二固定板2.5搁置在第一固定板1.8上端，通过这样的方式支撑前支护舱2。由于前支护舱2可以转动，因此为了减小转动时候的阻力，第一固定板1.8与第二固定板2.5之间设置有摩擦阻力小的滑板结构，如图1所示。

管片7吊运至拼装舱1内进行拼装调节。本发明的管片7为预制混凝土结构，每一环管片7包括上下两个部分，分别将上下两个部分吊运至拼装舱1内进行拼装组合形成完整的管片7结构。本发明为了增强整个结构的处理能力，在拼装舱1的上端架设有龙门吊5，龙门吊5能够方便的将管片7的上下两个部分分别转运至拼装舱1内。管片拼装时，先使用龙门吊5将管片7的下部分吊运至拼装舱底板1.1上端面上的轨道上，在将管片7的上班部分吊运至下半部分上，完成拼装连接形成整体的管片7结构。

明挖模式下，为了提高工作效率，需要及时的将开挖的渣土转运至已经完成拼装的管片7上方进行填埋，本发明在拼装舱1的上方架设有输送皮带6,。如图1所示，输送皮带6包括前端支架6.1和后端支架6.2，前端支架6.1固定在前支护舱2的上端，实际固定在前挡土板2.4的上端，后端支架6.2固定在后支护舱3的上端，实际固定在后围板3.1的上端。输送皮带6的前端延伸进入到前围板2.2围成的支护空间上方，其后端延伸进入到后围板3.1围成的支护空间上方。挖机17挖掘安装槽的渣土直接放置在输送皮带6上，经过皮带的输送至后围板3.1围成的支护空间内填埋已经顶推到位的管片7上方基坑。输送皮带6增加了填埋的效率，加快了整个廊道修筑的进度。

在暗挖模式下，后支护舱3、龙门吊5和输送皮带6都需要进行拆除，拼装舱1和前支护舱2的上端需要进行封闭，另外还需要在拼装舱1内安装掘土设备。如图2所示，本发明在暗挖模式下的掘土设备为螺旋输送机15，第二横板2.1上设置有一封门1.5，在暗挖模式下，拆除封门1.5露出螺旋输送机15的安装位置，将螺旋输送机15安装在第二横板2.1上。再在第一横板1.3上安装管片拼装机16用于在暗挖模式下拼装管片7。

下面结合不同开挖情况下的实施例对本发明进行进一步的说明。

实施例1：当廊道施工区域均为路面可开挖时，其施工方法包括以下步骤：

1)、在廊道的起始端位置开挖长条形始发基坑，基坑开挖由于土层原因可能会出现垮塌现象，因此需要对基坑进行支护，本实施例通过在基坑内插打钢板桩进行基坑加固，避免基坑的垮塌。

具体的支护结构见图6，在长条形的始发基坑内沿廊道的横向(本实施例的横向方向指垂直于廊道的延伸方向，纵向指沿廊道的延伸方向)方向插打一排横向钢板桩8支护廊道起始端土体，在横向钢板桩8的两端沿廊道的纵向分别插打一排纵向钢板桩9支撑基坑横向两侧的土体，形成U型的支护结构。为避免两侧的土体挤压纵向钢板桩导致纵向钢板桩倾倒，本实施例在两排纵向钢板桩9之间安装有横向的横撑10，横撑10的两端分别固定在两排纵向钢板桩9内侧。

本实施例主要通过反作用力驱动拼装舱1前进，而反作用力产生于廊道的起始端，为避免反作用力破坏横向钢板桩8，本实施例在基坑的起始端位置设置有反力架。

如图7所示，在横向钢板桩8的侧部焊接多根沿廊道纵向方向布置的水平支撑杆11，在支撑杆11的前端固定一块与横向钢板桩8平行的反力板12形成反力架。通过反力板12产生反向的作用力驱动拼装舱1前进。

2)、在基坑内组装明挖模式的管片拼装设备。如图8所示，明挖模式的管片拼装设备包括拼装舱1、前支护舱2、后支护舱3、中支护舱4、龙门吊5和输送皮带6，先下放拼装舱1至基坑的底部，再将前支护舱2、后支护舱3、中支护舱4、龙门吊5和输送皮带6依次安装到拼装舱1上形成明挖模式的管片拼装设备。

通过挖机17开挖拼装舱1前方的地面形成廊道安装槽，预留出下一环管片拼装的位置。安装槽在开挖过程中可能会出现垮塌现象，因此，本实施例在拼装舱1上设置前支护舱2、后支护舱3以及中支护舱4支撑安装槽避免两侧的土体垮塌。支护舱结构固定在拼装舱1上随拼装舱1移动，因此为临时支护结构，不用填埋进入到土体中，节省了大量的传统基坑支护材料，也提高了施工的安全性能。

在拼装第一环、第二环或是初期的几环管片7时，因为基坑内可能没有预留后支护舱3的安装空间，因此后支护舱3需要在拼装舱1的后端距离基坑的起始端有足够的距离时才能安装。

安装槽的开挖需要首先预留前支护舱2上前围板的前进空间，因此，安装槽的开挖应该是先开挖安装槽横向两侧的位置，再开挖安装槽中间的位置，为了防止安装槽垮塌，应该是由深至浅的开完方式，即距离拼装舱1越近的位置越深，距离拼装舱1越远的位置越浅，如图8所示，形成斜坡或是台阶结构的开挖结构。为了适应这种开挖结构，本实施例的前围板2.2的下端也设置成贴合开挖面的斜板结构。

3)、如图9所示，吊运预制的廊道管片7至拼装舱1内，可先将管片7吊运至安装槽附近的位置，再使用拼装舱1上方的龙门吊5吊运管片至拼装舱1内。本实施例的管片7为预制的，分为上下两个部分，吊运过程是先吊运管片7的下部至拼装舱1内的拼装舱底板1.1上，在吊运管片7上部至下部上完成管片7的拼装。

如图10所示，管片7连接为整体结构后，将顶推油缸13的顶推端顶紧管片7的轴向端部，通过作用力推动管片7向反力架一侧缓慢移动。管片7在移动过程中会产生很大的摩擦力，为了消除摩擦力，本实施例在拼装舱底板1.1上设置有导轨，导轨上安装有四氟板一类的摩擦系数小的材质作为滑动面。实际上，吊运管片7时，即将管片7下部放置在轨道上。

为了调整管片7的运动方向，本实施例在在拼装舱1两侧的支撑板1.2和拼装舱底板1.1的后端安装环状的导向环1.4，如图1所示，将顶推油缸13的顶推端与第一环管片7的轴向前端连接，顶推第一环管片7穿过导向环1.4调整第一环管片7的行进方向，再缓慢地将第一环管片7顶推至反力架上。导向环1.4的内侧端面上设置有一圈四氟板滑板1.7，减小管片7穿过时的摩擦力。

管片7外周与导向环1.4内侧之间有空隙，地下水可能会沿空隙进入拼装舱1，使得拼装舱1内充满泥水而无法进行拼装作业。因此，导向环1.4的内侧端面上设置有多个钢丝刷1.6，多道钢丝刷1.6之间的空隙内填充密封油脂，使管片7外周与导向环1.4内周之间形成密封，使地下水不能进入拼装舱内。钢丝刷1.6结构简单，空隙内部的油脂可以采用管道压注补充，密封效果可靠。

顶推第一环管片7至基坑内的反力架上后，注浆填充管片7下部与地层的空隙形成支撑管片的稳定支撑层，防止管片的下沉。本实施例的注浆是在管片7顶推的过程中进行的，即管片7一边顶推，导向环1.4上的注浆管就一边向管片7的周围和下部进行注浆填筑。

4)、顶推到位后调整拼装舱1的方向，本实施例的廊道施工可能并不是直线结构，会存在弯道，拼装舱1需要能够适应安装槽的开挖方向。本实施例调整拼装舱1的方向是通过第一横板1.3和第二横板2.1之间的双头油缸14来实现的，分别顶推两组双头油缸14调节第一横板1.3与第二横板2.1之间的夹角，使前围板2.2顺应安装槽的开挖方向，顶推油缸13顶推拼装舱1前进时，受到安装槽侧壁对前支护舱2的横向作用力迫使拼装舱1改变前进方向，从而调整拼装舱1的方向。

方向调整完成后，如图11所示，继续顶推第一环管片7产生反作用力驱动拼装舱1沿安装槽前进至第二环管片安装位置，如图12所示，按照第一环管片的施工工序，再吊运第二环管片至拼装舱1内并将其顶推至与第一环管片连接，注浆填筑第二环管片和第一环管片之间的间隙。

5)、再顶推拼装舱1至第三环管片安装位置，按照第一环、第二环管片的施工工序进行安装，依次交替进行。第三环管片安装时，拼装舱1的后端距离反力架之间的距离可能达到了后支护舱3的安装距离，因此此时可以在拼装舱1的后端安装后支护舱3，以此来支撑拼装舱1后方的安装槽两侧的土体，如图13所示。

此时可以开始对第一环管片进行填埋施工，拼装舱1前方的挖机17直接将开挖安装槽产生的渣土置于输送皮带6上，皮带输送渣土至后支护舱3的上方，将渣土倾倒在第一环管片的上方，填埋第一环管片。

本实施例开挖的基坑为长条形基坑，基坑的长度可以容纳多环管片，因此，填埋第一环管片时，可以再填埋第一环管片的同时对第一环管片所处的基坑空间也进行填埋，或是等基坑内所有的管片拼装完成后再对基坑进行统一填埋。

6)、平整、夯实已经完成填埋的地面，然后按照该依次交替进行直至完成所有明挖路段的管片拼装施工。

实施例2：在廊道施工区域内，先施工路面可以开挖的明挖路段，后穿越不可开挖路面区域时，需要进行暗挖施工，其施工步骤为：

1)、明挖路段的施工与实施例1中记载的施工方法相同。

2)、拼装舱运行至暗挖路段时，需要将明挖模式的拼装舱1调整至暗挖模式的拼装舱1，调节的方法为：利用龙门吊5吊运螺旋输送机15和管片拼装机16至拼装舱1内，拆掉第二横板2.1上的封门1.5，在第二横板2.1上安装螺旋输送机15，在第一横板1.3上安装管片拼装机16；

3)、如图14所示，拆卸后支护舱3、输送皮带6和龙门吊5，对拼装舱1和前支护舱2的上端进行封闭，将前挡土板2.4之间的横向支撑板拆除，翻转前挡土板2.4和中围板2.1使之分别盖合在前支护舱2和拼装舱1的上端将之封闭，通过螺栓将两块前挡土板2.4连接为整体结构，通过螺栓将两块中围板2.1连接为整体结构。此时，拼装舱1和前支护舱2的上端均已经封闭，能够有效的防止安装隧道内的土跌落至拼装舱1和前支护舱2内。

4)、螺旋输送机15沿廊道的延伸方向挖掘出安装隧道，产生的土体经过已经拼装完成的廊道输送至廊道外，然后通过已经拼装完成的廊道输送管片7进入到拼装舱1内。

如图15所示，管片7运输是先运输管片7的下部至拼装舱内，利用管片拼装机16调整下部管片的位置，使其支承于轨道上，再运输管片的上部进入到拼装舱1内，利用管片拼装机16将上部管片放置到下部管片上，将两者连接为整体结构。再使用顶推油缸13将该管片7顶推到安装位置与已经完成拼装的管片相连接。拼装舱向前顶推时，同步对脱出拼装舱的管片四周压注水泥浆，充填与地层之间的空隙，稳定拼装完成的管片结构。

4)、调整方向，本实施例的调整方向与实施例1的方向调整模式相同。方向调整完成后，通过顶推油缸13顶推管片7，产生的反作用力推动拼装舱1沿安装隧道前进至下一环管片的施工位置，依次交替进行，直至所有的暗挖路段下的管片拼装完成。

当暗挖路段下的管片施工已经全部完成时，路面上不可开挖部分已经穿越完成，此时可以将暗挖模式调整为明挖模式，如图16所示。调整前，需要使用挖机17在拼装舱1出现位置挖掘出露天基坑。

暗挖模式调整为明挖模式，需要首先拆除呈封闭状态的前挡土板2.4和中围板4.1的连接螺钉，并将其打开翻转至竖直状态，然后将螺旋输送机15和管片拼装机16拆除，关闭第二横板2.1上的封门1.5，将横向支撑板固定在挡土板之间，安装输送皮带6和龙门吊5，管片拼装的模式参照实施例1中的管片拼装模式。

依次交替进行，直至所有路面的管片拼装挖成。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (12)

1.一种预制拼装式地下廊道的机械化快速施工方法，其特征在于：在廊道起始点施工长条形始发基坑，在基坑内组装管片拼装设备，吊运预制的廊道管片至管片拼装设备内，顶推第一环管片至基坑内的廊道起始端，开挖基坑前方地面形成廊道安装槽，通过顶推已安装到位的第一环管片产生的反作用力驱动管片拼装设备沿廊道安装槽前进至第二环管片安装位置，再吊运第二环管片至管片拼装设备内、并将其顶推至与第一环管片连接完成两环管片的拼装，将开挖廊道安装槽形成的渣土输送至第一环管片的上方对第一环管片和该管片所处的基坑空间进行填埋，依次交替进行直至所有管片拼装和填埋工作完成。

2.如权利要求1所述的一种预制拼装式地下廊道的机械化快速施工方法，其特征在于：所述的施工方法包括以下步骤：

1)、在廊道的起始端位置开挖长条形始发基坑，对基坑进行支护并在廊道的起始端安装反力架；

2)、在基坑内组装明挖模式的管片拼装设备，开挖管片拼装设备前方的地面形成廊道安装槽，对管片拼装设备前方的安装槽进行临时支护；

3)、吊运预制的廊道管片(7)至管片拼装设备内，对管片做防水处理，再顶推第一环管片至基坑内的反力架上，注浆填筑管片(7)与土体之间的间隙；

4)、顶推到位后调整管片拼装设备的方向，继续顶推第一环管片产生反作用力驱动管片拼装设备沿安装槽前进至第二环管片安装位置，再吊运第二环管片至管片拼装设备内并将其顶推至与第一环管片连接，注浆填筑第二环管片和第一环管片之间的间隙；

5)、调整方向后，顶推管片拼装设备至下一环管片安装位置，对管片拼装设备后方的安装槽进行临时支护，再将开挖管片拼装设备前方安装槽产生的渣土输送至已完成安装的管片上方对已完成安装的管片和该管片顶部的基坑或是安装槽空间进行填埋；

6)、平整、夯实已经完成填埋的地面，依次交替进行直至完成所有的管片拼装施工。

3.如权利要求2所述的一种预制拼装式地下廊道的机械化快速施工方法，其特征在于：步骤2中，明挖模式的管片拼装设备的组装方法为：在基坑底端铺设拼装舱底板(1.1)，在拼装舱底板(1.1)的前端安装竖直向上的第一横板(1.3)，在拼装舱底板(1.1)的两侧焊接两块竖直向上的支撑板(1.2)，第一横板(1.3)的两端分别与两侧的支撑板(1.2)焊接连接形成管片拼装舱(1)，将用于顶推管片的顶推油缸(13)的壳体固定第一横板(1.3)上，再在支撑板(1.2)的上端搭建龙门吊(5)完成管片拼装设备的组装。

4.如权利要求2所述的一种预制拼装式地下廊道的机械化快速施工方法，其特征在于：步骤2中，对管片拼装设备前方的安装槽进行临时支护的方法为：在管片拼装舱(1)前端的第一横板(1.3)上安装一块横向布置的第二横板(2.1)，再在第二横板(2.1)的两侧分别安装两块沿廊道纵向布置的前围板(2.2)，形成位于管片拼装舱(1)前端的前支护舱(2)，利用前围板(2.2)支撑管片拼装舱(1)前方安装槽两侧的土体。

5.如权利要求2所述的一种预制拼装式地下廊道的机械化快速施工方法，其特征在于：步骤3中，管片的顶推方法为：在拼装舱(1)两侧的支撑板(1.2)和拼装舱底板(1.1)的后端安装环状的导向环(1.4)，将顶推油缸(13)的顶推端与管片(7)的轴向前端连接，顶推管片(7)穿过导向环(1.4)调整管片的行进方向，再缓慢地将管片(7)顶推至反力架上。

6.如权利要求2所述的一种预制拼装式地下廊道的机械化快速施工方法，其特征在于：步骤3中，管片做防水处理的方法为：在导向环(1.4)径向内侧端面上安装多把钢丝刷(1.6)，钢丝刷(1.6)之间的空隙内填充密封油脂，钢丝刷(1.6)在管片(7)通过导向环(1.4)的过程中将密封油脂密布在管片(7)外周与导向环(1.4)内周之间形成防水密封，阻隔地下水进入拼装舱(1)内。

7.如权利要求2所述的一种预制拼装式地下廊道的机械化快速施工方法，其特征在于：步骤4中，调整管片拼装设备方向的方法为：在前支护舱(2)和拼装舱(1)之间安装至少两组横向间隔布置的双头油缸(14)，将双头油缸(14)的两端分别铰接连接于第一横板(1.3)和第二横板(2.1)上，分别顶推两组双头油缸(14)调节第一横板(1.3)与第二横板(2.1)之间的夹角，使前围板(2.2)顺应安装槽的开挖方向从而调节拼装舱(1)的行进方向。

8.如权利要求2所述的一种预制拼装式地下廊道的机械化快速施工方法，其特征在于：步骤5中，对管片拼装设备后方的安装槽进行临时支护的方法为：在两块支撑板(1.2)的后端上部安装一块横向布置的第三横板(3.2)，在第三横板(3.2)的横向两侧分别焊接一块沿纵向布置的后围板(3.1)形成位于拼装舱(1)后端的后支护舱(3)，通过后围板(3.1)支撑拼装舱(1)后方安装槽两侧的土体。

9.如权利要求2所述的一种预制拼装式地下廊道的机械化快速施工方法，其特征在于：步骤5中，渣土输送的方法为：在拼装舱(1)的上方架设输送皮带(6)，将输送皮带(6)的前端延伸至前围板(2.2)形成的围护空间上方，将输送皮带(6)的后端延伸至后围板(3.1)形成的围护空间上方，挖掘的渣土直接放置在输送皮带(6)上通过皮带输送至后围板(3.1)形成的围护空间内。

10.如权利要求1或2所述的一种预制拼装式地下廊道的机械化快速施工方法，其特征在于：在管片拼装设备行进至路面不可开挖路段时，将管片拼装设备从明挖模式调整为暗挖模式，在路面不开挖的情况下沿廊道的延伸方向挖掘管片拼装隧道，通过已经完成拼装的廊道输送管片和渣土，将输送至管片拼装设备内的管片顶推至与已完成安装的管片连接，对相邻管片以及管片与管片拼装隧道之间的间隙进行注浆填筑，依次交替进行直至完成暗挖路段的管片拼装施工。

11.如权利要求10所述的一种预制拼装式地下廊道的机械化快速施工方法，其特征在于：管片拼装设备从明挖模式调整为暗挖模式进行管片拼装施工的方法包括以下步骤：

1)、利用龙门吊(5)吊运螺旋输送机(15)和管片拼装机(16)至拼装舱(1)内，将螺旋输送机(15)安装在前支护舱(2)上，将管片拼装机(16)安装在拼装舱(1)内；

2)、拆卸后支护舱(3)、输送皮带(6)和龙门吊(5)，对拼装舱(1)和前支护舱(2)的上端进行封闭；

3)、利用螺旋输送机(15)沿廊道的延伸方向挖掘管片拼装隧道，挖掘的土体通过已拼装完成的廊道排出，并通过已拼装完成的廊道输送管片(7)至拼装舱内，顶推管片(7)连接已完成拼装的管片(7)；

4)、调整方向，顶推已拼装完成的管片(7)以此来驱动拼装舱(1)沿拼装隧道行进至下一个管片(7)拼装位置，依次交替进行直至所有的暗挖路段下的管片(7)拼装完成。

12.如权利要求11所述的一种预制拼装式地下廊道的机械化快速施工方法，其特征在于：步骤3中，顶推管片的方法为：将每环廊道管片拆分为上下两个部分，再分别将上下两个部分沿已完成拼装的廊道输送至拼装舱(1)内，在拼装舱(1)内拼装成完整的廊道管片(7)，再顶推该管片(7)使其与已完成拼装的管片(7)连接。