具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开了一种顶管施工装置。参考图1和图2，顶管施工装置包括用于安装在管体3前端的纠偏刀头机构和用于对管体3施加顶压力的油缸7，纠偏刀头机构包括带有刀头11的前壳体11和用于连接管体3和前壳体1的后壳体2，在工作井底板4上安装有对管体3导向的导向支撑组件5，油缸7固定于导向支撑组件5上。通过油缸7将纠偏刀头机构压入到土层中，形成初步支护，人员可以通过管体3钻入到后壳体2位置对前壳体1内的土壤进行人工挖掘并运出，待该部分土方被挖掘运出后，继续向前顶进刀头11，则管体3进入到已开挖部分，重复上述过程可以安全地带铺设管体3。

参考图2，前壳体1为圆管状结构，刀头11同轴位于前壳体1的一端，刀头11的横截面呈三角形。刀头11与前壳体1之间可以一体成型，也可以是螺纹连接，以便刀头11磨损后进行维护更换。

前壳体1远离刀头11的一端内壁沿周向一体固设有环筋12，环筋12增加前壳体1的抗变形能力。环筋12上沿周向均匀固定有纠偏螺母13，环筋12上开设有与纠偏螺母13对应的通孔，纠偏螺母13上螺纹连接有纠偏螺栓14。

参考图2，后壳体2为圆管状结构，后壳体2分为两段轮廓外径不同的连接部A与连接部B。轮廓直径较大的一端为连接部B，用于与管体3插接；轮廓直径较小的一端为连接部A，用于插入到前壳体1内。在后壳体2的中部内壁沿周向固设有挡环21，使得管体3插入后避免向前进一步移动，这样管体3受到顶压力后能够把力通过挡环21传递到纠偏刀头机构。为了避免混凝土材质的管体3受压后与挡环21因硬接触导致端面出现破碎，而影响相邻两段管体3接缝处的密封性，在管体3与挡环21之间放置有垫圈24，垫圈24可以为木质垫圈，硬度较为适中。

连接部A的轮廓外径小于前壳体1的轮廓内径，使得连接部A的外壁形成有调节槽22，这样连接部A插入到前壳体1后留有一定间隙，间隙可以为5-15mm，以便后壳体2与前壳体1两者的轴线夹角在一定范围内可以调节。通过旋转调节螺栓14，使得纠偏螺栓14的端部凸出于环筋12的长度不同，前壳体1的端面与纠偏螺栓14抵接时发生一定倾斜，则后壳体2的轴线与前壳体1的轴线夹角相应改变。

为了减小挖掘过程中外部可能存在的渗水渗入到管道内，在前壳体1与后壳体2之间固设有封堵环23，封堵环23可以为橡胶圈，具有较好的变形能力，以适应后壳体2相对前壳体1的偏转。在管体3插入后壳体2的一端外壁沿周向套设有接口密封圈31，减小施工过程中管体3内发生渗水的可能。

参考图3和图4，在地面线01位置向下开挖工作井，在工作井的地面上利用混凝土浇筑成型有工作井底板4，工作井侧壁远离顶管施工的一面设置背墙02，导向支撑组件5包括通过螺栓固定于工作井底板4上的支座51和通过螺栓固定于支座51上的导轨52，支座51可以为工字梁焊接而成。

工作井底板4靠近背墙02的一侧固定安装有支架6，支架6位于支座51的两侧，支架6可以为矩形钢管制作而成，支座61竖直设置且底端通过螺栓与工作井底板4固定。每个支座61上沿高度方向固定有两个横梁61，四个横梁61分布在同一圆周上。

油缸7此处为千斤顶，千斤顶固定于横梁61上且顶杆平行于管体3的轴线设置。为了使得油缸7施加的力均匀分布在管体3上，油缸7与管体3之间设有垫环9和顶压件8，垫环9为圆环结构，垫环9的半径与管体3的半径相适应。顶压件8可以为铁柱，使得千斤顶的端部不与垫环9直接接触，补充千斤顶的顶压距离。

在管体3铺设后，相邻两个管体3的接缝内壁沿周向固设有防水层32，防水层32可以为树脂层，树脂层与管体3之间熔接固定。

该顶管施工装置进行顶管施工的过程如下：

（1） 工作井和接收井定位测量

在开挖前，由测量工根据图纸尺寸进行桩位测放，经校核无误后，用钢筋混凝土浇筑桩锁口圈，并用醒目的红三角在锁口圈上标出桩心十字线，并在锁口边标明开挖深度、井口高程，方可进行土方开挖施工。

（2） 工作井和接收井土方开挖

工作井、接收井基坑的开挖和支护采用逆作法施工。对于脚软的土方采用人工使用铁锹、镐，对较硬的强风化、中风化岩采用空压机、风镐等工具进行挖掘。基坑内土的提升使用电动挖孔桩机架提升，水平运输采用手推车运输至堆土处，然后运出。

（3） 基坑支护结构采用现浇钢筋混凝土结构，每挖一定深度如0.5-1.0m，支模绑扎钢筋并浇筑混凝土，待支护结构达到2.5Mpa后继续向下开挖。开挖达到设计深度后进行井壁钢筋绑扎后支护模板施工。

（4） 工作井后背墙浇筑施工

（5） 顶管施工装置的安装

（6） 顶进测量放样

① 坐标引入

当工作井施工完毕后，采用双井定向的方式，利用地面上布设的近井点或地面控制点来测定二吊垂线的坐标X和Y，以及其连线的方位角。在井下，根据投影点的坐标及其连线的方位角，确定地下导线的起算坐标及方位角。具体步骤为：

第一步，由地面用吊垂线向井下投点。通常采用单荷重稳定投点法。为减小误差，吊垂线应布置在上下观测仪台的同一边并且二线间距距离要大。如图6所示，a、b为上下观测站，A、B为已知点，BM_a、BM_b为井下待定点，T1、T2为钢丝吊线位置。

第二步，地面和地下控制点和吊垂线的连接测量。采用年全站仪观测，测站与吊线之间的距离用反射片测量。角度观测的中误差3’’。

第三步，计算二吊垂线在地面坐标系中的方向角和距离；计算而吊垂线和地下导线点在地下假定坐标系中的坐标；计算地下导线点在地面坐标系中的坐标；地面及地下所计算的吊垂线距离之差不超过±2mm。

② 竖井高程导入

竖井高程导入的目的是把地面高程传入竖井底。进行高程传递时，用挂49N的钢尺，两台水准仪在井上和井下同步观测，将高程传至井下固定点。共测量三次，每次变动仪器高度，三次测得地上、地下水准点的高度校差应小于3mm。

实际操作时，从严格要求，井上、井下水准仪和水准尺互换位置，再独立测量三次。

（7） 顶管出洞

顶管机从工作井内穿越封门进入待开挖土体的过程称为出洞。工作坑内设备安装完毕，经检查各部处于良好状态，用设备除去临时封堵墙体，即可进行顶管出洞。首先将第一节管子下到导轨52上，就位以后，安装顶压件8，校测管轴线和管底标高是否符合设计要求，合格后即可进行向前顶进出洞，将机头前端顶进洞口防水密封圈。

机头出洞推进时，要将机头和前几节管节上的上端用拉杆连接好，并调整好千斤顶编组，以防机头出洞入土后发生磕头现象。出洞磕头，就是在出洞的时候发生机头下沉、机尾上翘的现象。通常来说，虽然顶进管道的比重是比土低的，但顶管机相对来说是比较重的，其重心又比较靠前，如果机头从工作井排架上顶出后，悬臂段过长，土体支撑力不够，就会发生磕头现象，特别是在砂性土层中容易发生这种现象。

为了减小磕头现象发生的可能，在顶管出洞时，启动底部两个油缸7，将顶力合力中心降低，使得顶管机的受力方向向下倾斜，避免顶管机的磕头；采用延伸导轨，使得基坑导轨的支点前移，从而避免磕头现象，还可酌情预留抛高；对洞口外土体进行加固处理，加固方法可以为注浆法、旋喷法、深层搅拌法等任一化学方式以及降水和冷冻等物理方法。

（8） 油缸7顶进时，以顶管机开路，推动管体3顶入土中，然后人通过管体3进入前壳体1内，在前壳体1的保护下，在前壳体1的前端挖土，挖出的图通过管体3运到工作井内。当油缸7达到最大行程后缩回，放入顶压件8，填充缩回行程，油缸7继续顶进，重复上述过程使得管体3不断向土中延伸。当井内导轨52上的管体3几乎全部顶入土中后，缩回油缸7，吊去全部顶压件，将下一节管段吊下工作井并安装在上一管节的后面，继续顶进。循环施工直至顶完全程。

（9） 砌筑井体。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。