土压平衡顶管施工方案228.docx

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土压平衡顶管施工方案228

 

第1章编制依据

1.1编制依据

1.《水利水电工程施工测量规范》SL52-2015;

2.《水利水电工程施工质量检验与评定规程》SL176-2007;

3.《混凝土强度检验评定标准》GB/T50107-2010;

4.《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-2008;

5.《顶管施工规程》DG/TJ08-2049-2008;

6.《顶管施工技术及验收规范》;

7.《顶管施工法用钢筋混凝土排水管》JC/T640-2010;

8.本工程设计图纸及说明;

9.招标文件—通用技术条款,施工图;

10.实地勘察调查资料。

第2章工程概况

2.1工程简介

***段位于***境内,起点为濮阳高新区与***分界点、支线桩号K10+350处,终点为***固城水厂、支线桩号K18+500处。

该标段管线长8.15km,管径为DN1600,管材为PCCP。

本工程是顶管穿越***,管线桩号为15+004.298~15+059.298,穿越长度为55米。

砼套管DN2200,内穿钢管DN1600,回填自密实砼。

采用土压平衡顶进法进行施工。

2.2主要工程量

2.3施工工期

名称

工期(d)

备注

施工准备

5

工作坑开挖

7

接收坑开挖

5

安装顶管机械设

3

顶管机入洞顶进调试

1

顶管施工

10

顶管设备拆除

2

收尾交验

4

清场

3

合计

40

2.4工期保证措施

2.4.1落实施工组织、施工队伍、施工机具设备

选派资历丰富的各类管理人员组成项目部,加强施工组织,提前落实施工队伍。

同时根据本工程的特点,配备充足的施工机具设备。

2.4.2尽快创造现场施工条件

积极主动地配合建设单位、监理、设计等部门作好开工前的准备工作,创造和提供便利条件,按时报送各种文件资料及开工前的各项手续。

做好交接桩等工作,积极创造现场开工条件。

2.4.3技术保证

依靠科技进步,采用新技术、新工艺,按照施工现场条件、地质条件,采用先进的土压平衡顶管机顶进施工工艺,能大大提高顶进速度,平均达到每天顶进10米以上。

2.4.4设备与材料供应的保证

提前作好施工设备的调研及有关技术准备工作,及时维护好顶管设备及辅助配套机具设备,确保按时进场。

落实管材等材料的加工定货,确保质量与供应满足施工要求,有关检验试验工作提前进行。

现场积极创造运输、存放条件,确保管材等主要材料提前进场,保证材料供应。

2.4.5加强施工管理,合理组织调度

加强施工中的动态管理,利用计算机网络技术和网络进度计划技术进行施工过程的管理,突出重点,抓住主要矛盾,占满时间和空间,各工序尽快形成流水作业,及时做好现场组织调度,确保关键工期的实现。

2.4.6加强作业层管理,确保各项措施的落实

在施工中加强对作业层的管理,作好技术交底工作,监督各项技术保证措施的落实,确保工程质量和施工进度。

第3章顶管施工

3.1施工准备

3.1.1、施工组织机构

我项目部负责组织工程施工,保质保量按计划工期完成该合同段工程任务。

成立施工技术小组如下:

组长:

石建勋、谢东晓

成员:

高学文、王林、陈刚、贾飞、王腾、张燕富

3.1.2技术准备

⑴、完成施工组织设计方案的编制与审批;

⑵、完成现场调查,特别是顶管工作坑范围及可能与管线矛盾的现况管线的调查,在此基础上及时与监理、设计配合,确定处理方案和各方配合措施;

⑶完成测量桩位交接及控制网点的布设工作;

3.1.3人员准备

计划人员详情参见表3-1

劳动力分配

计划人数

劳动力分配

计划人数

工长

1人

机械顶管

8人

测量员

2人

井坑施工

10人

材料员

1人

焊工

2人

质控员

2人

杂工

10人

安保文明员

1人

管理人员

2人

电工

2人

降水施工

4人

合计

45人

表3-1工程施工人员计划表

 

3.1.4生产准备

(1)临时设施

临时生活区建设:

现场搭设帐篷,供施工人员居住。

临时办公室建设:

在施工现场搭设帐篷作为临时顶管指挥部用房。

(2)用水、用电根据现场的具体情况确定。

临时用水:

现场临时供水系统根据施工工程用水量、施工机械用水量、现场

生活用水量、生活区用水量、消防用水量制定。

其中现场生活用水,生活区用水及消防用水拟从现有水井接入,接入管为双面热镀锌管。

临时用电:

本工程生活用电根据甲方现场提供的位置临时搭接,顶管机施工用电由甲方协助提供,建立临时供电系统,要求供电能力为200KW。

(3)临时道路

施工前先修建设备和材料进场的临时通道。

(4)临时场地

本工程分1个工作坑坑、1个接收坑。

其中主顶坑占地面积为长6.5m×宽5m,接收坑占地面积为长6m×宽5m。

占道围挡采用不透空式蓝色彩钢板全部封闭,施工时在路口明显处安置安全警示牌。

夜间在围挡的边线及迎头处安装夜间照明灯。

选好弃土暂存场地及施工配套设施的安装场地;

确定配浆工作区、管材暂放区及顶管辅助设施排放位置;

3.1.5材料、机械设备

本工程所投入的主要机械为土压平衡机械顶管机及其辅助机具设备,主要施工机械设备用量,详见材料、机械一览表。

材料供应一览表

序号

材料名称

规格

单位

数量

备注

1

商品砼

C25

m3

50

2

MU10

1000

3

石屑

5-14㎜

4

4

钢筋

φ10

kg

150

5

钢管

¢50

m

100

6

重型钢轨

151

m

24

7

方木

10×10

m

50

8

膨润土

50

9

顶管专用管材

DN2200

m

105

10

顶管专用管材

DN1600

m

105

施工机械一览表

序号

机械名称

规格

台数

备注

1

土压平衡机φ2200

扬州DN2200

1套

2

千斤顶

行程3.4m(200t)

2套

3

高压油泵

28MP

2套

4

拌浆机

7.5KW

1套

5

注浆机

螺杆式(2.2KW)

1套

6

潜水泵

2寸

5

7

泥浆泵

4寸

3

8

电焊机

30KW

4

9

顶铁

圆、弧形

1套

10

空气压缩机

65t

1套

11

吊车

0t

1

12

挖掘机

1.2m³

1

13

发电机

400KW

1

3.2施工降水

本区域地下水位较深,在顶管工作坑开挖时降水处理较少。

3.3工作坑占地

机械顶管需开挖工作坑,工作坑分为顶进坑与接收坑。

3.5.1顶进坑:

占地面积为26米×17米。

3.5.2接收坑:

占地面积为23米×15米。

3.4顶管施工方法和技术措施

3.4.1顶管主要工艺流程

工作坑施工→导入测量→吊土设备安装→后座施工→基坑导轨施工→主顶装置就位→各种运输设备就位→配备系统安装完毕→整个系统调试完毕→掘进开始→跟踪测量→洞口止水→掘进完毕→坑内设备吊出。

3.4.2顶管方式

根据地质条件及同类工程施工经验,为保证施工质量及安全,采用土压平衡顶进施工。

利用土压平衡顶管机可对圆形断面进行全断面切削,保持土压平衡,对周围土体扰动小,施工时无噪音、无环境污染,通过可编逻辑程序控制器及各类传感器等随时监测施工状况,确定施工参数,使整个施工过程处于受控状态,从而有效控制圆形隧道顶进轴线、转角偏差及地面沉降。

本工法适用于在粘土、淤泥质粘土、粉质砂土及砂质粉土等地层中施工。

顶力计算通常确定机械顶管总顶力,使用经验计算公式:

顶进总推力(F=F1+F2)

项目

单位

顶进总推力(F=F1+F2)

管正面阻力(F1)

KN

75.266

管道摩擦阻力(F2)

KN

4709.100

KN

85.620

垂直土压力(P1)

KN

7.284

水平土压力(P2)

KN

5.209

F

KN

4877.27

名称

管内径(D)

m

2.200

本工程取值

顶管长度(L)

m

55.000

本工程取值

摩擦系数(μ)

0.880

本工程取值

单位长度管子自重(W)

t/m

5.000

本工程取值

土的容重

t/m3

1.580

本工程取值

管顶覆土高度(H)

m

4.61

本工程取值

土的内摩擦角(φ)

30.000

本工程取值

工具管刃角厚度(t)

m

0.022

本工程取值

挤压阻力(R)

500.000

本工程取值

根据以上计算公式得出约需500吨的顶力推动。

3.4.3工作坑尺寸

顶管需开挖工作坑,工作坑分为顶进坑与接收坑,其深度由设计管底高程决定,顶进坑底部需做30厘米厚的混凝土底板,接收坑底部不做混凝土底板。

管外底高程减去机坑轨道及底板厚度,就是顶进坑的坑底标高,接收坑标高与管外底标高相等。

综合顶管机具的尺寸及作业要求,确定顶进坑及接收坑的净空尺寸:

顶进坑:

6.5米(长)×5米(宽)×7米(深)

接收坑:

6米(长)×5米(宽)×7米(深)

3.4.4、工作坑、接收坑制作

(1)挖工作坑第一步先挖到马道位置。

从原地面向下挖4.0m,即工作坑马道处,挖土采用1.2立方挖掘机,因该部土层为表层土,含水量小,干性大,故可倒在工作坑一旁做垫道或回填沟槽用。

(2)安装腰梁,位置分别在距地面3m、5m处,采用40#工字钢2根合焊,4个交角处的角撑用同腰梁材料,支架采用工字钢短头一割为二或用三角形钢板制成。

施工时,先将加工好的支架与立工字钢桩焊接,每一面2个,再将组装好的腰梁吊放到支架上。

此时要注意,应先放短腰梁(顶进方向上的腰梁),再放长腰梁(与顶进方向垂直的腰梁),用长腰梁顶住短腰梁,并将两者焊接。

最后焊接4个角撑,将腰梁与立工字钢桩之间用木楔备严、加固,并用Φ18钢筋将腰梁与钢桩焊接牢固。

(3)排水沟

当挖至基坑底时,用人工清底。

坑底两侧挖集水坑深0.6m、宽0.6m,沟内安装Φ200无砂砼管,空隙的地方用砂石填充反滤。

(4)工作坑垫层的施工

垫层施工时首先用全站仪控制垫层顶面高程,混凝土浇筑前,要做好各项准备工作,保证现场的用电、照明、振捣器、振捣棒、平板振捣器能正常使用,以及混凝土溜管连接可靠,无漏口及破损。

垫层采用C25素混凝土,长6.5米,宽5米,厚30cm,砼采用商品砼。

混凝土运到现场后,先由现场施工技术人员和质量负责人对其进行检查,包括观察其外观、测塌落度,待自检和监理检验均合格后方可浇筑,浇筑时混凝土溜管应自始至终垂直垫层的平面。

浇筑顺序应先从垫层的中央浇筑,均匀由里向外周圈式扩散。

由于垫层的混凝土用量较少,可一次浇齐。

振捣时先用平板振捣器将垫层的大面平整一遍,后用插入式振捣棒对垫层的边角振捣,最后对其表面进行收平。

浇筑后覆盖塑料薄膜进行养护.

(5)顶管后背处理

顶管后背采用C25钢筋混凝土结构,墙高3.5米,上口宽11米,下口宽6米,厚1.5米。

钢筋采用Φ10钢筋网片200×200mm纵横间距布置,钢筋绑扎要牢固可靠,无松动。

最后安装模板、浇筑混凝土。

这样使千斤顶集中应力传导至后背墙上,最后逐步扩散到后背土体,由被动土承担压力。

后背墙的垂直度满足规范的要求。

后背墙要对称于管道中线,同时千斤架的摆放满足对称要求,反方向施工顶进以已经顶进的管道为后背,在原有管道的接口处放置大于10mm厚的橡胶板,再放环形顶铁一块,保护好原有管口。

(6)安装导轨

导轨采用重型导轨,安放在砼基础面上,导轨定位时必须稳固、准确,在顶进过程中承受各种荷载时不移位、不变形、不沉降,两根轨道必须相互平行、等高,导轨面上的中心标高按顶管管内底标高设置。

在顶进中经常观测调整,以确保顶进轴线的精度,导轨安放前先校核管道中心位置。

(7)出洞止水封门

在顶进方向出洞口处增加止水封门。

止水封门做法,将洞口处的土挖掉并清理干净,形状为内圆外方,内圆直径为管外皮直径加100mm,外方横向尺寸为以内圆直径加600mm,高度为管材半径;在距外圆5—100mm的位置上予埋ф16螺栓,长350mm,埋入混凝土200mm,外露150mm。

螺栓间距150mm,分内外两排,梅花桩交错布置,待混凝土强度达到50%后,先对封门迎面进行找平,凸起处用錾子剔掉,凹处补高标号水泥砂浆整体找平后,安装环形橡胶板,厚20mm,内环直径要比管外皮直径小200mm,外环直径同封门外边尺寸,在环形橡胶板上和螺栓对应的位置挖孔,将环形橡胶板紧紧贴住封门的迎面,并使螺栓从与其对应的孔中露出,再在橡胶板外面压上同厚度同形状的环形钢板(但钢板内环直径为管外皮加60mm,这一点与环形橡胶板不同,其余都同),最后用双螺母拧紧螺栓,将环形钢板和环形橡胶板与封门紧紧顶严,保证破洞后坑外的泥水不会顺着封门与管外皮的缝隙处流进坑内,在封门内与管外皮的缝隙处缠草袋子,并用铅丝固定。

(8)工作坑内其他施设安装

主顶坑内要布置低压电源插座,以供坑内照明使用,位置应靠近后背墙,以利接线方便。

在距后背墙1m处安装激光经纬仪,安装时应先安装经纬仪特制支架,支架用Φ40钢管和5mm厚的钢板制作,用Φ14膨胀螺栓将支架底盘和混凝土基础固定。

工作坑内作固定式踏步走道,30#槽钢做主梁和基坑钢桩焊接,将5×5的角钢焊在指定位置,在角钢上用50mm厚木板卡住,侧面用φ50钢管作为栏杆扶手与槽钢焊接。

3.4.5后背承载力计算

按7米深,8.5米宽

P=1/2rnt2tan2(45º+ф/2)+2rntan(45º+ф/2)

=1/2×1.8×7ta2(45º+30/2)+0.5×7×tg(45º+30/2)

=16.98T

后背力=后背力每米被动土压力×宽度

=16.98×5=84.87t

后背力计算:

按7.5米深,8.5米宽

P=1/2rnt2tan2(45º+ф/2)+2rntan(45º+ф/2)

=1/2×1.8×7.5ta2(45º+30/2)+0.5×7.5×tg(45º+30/2)

=18.81T

后背力=后背力每米被动土压力×宽度

=18.81×5=154.58t

经计算,后背墙满足顶力要求。

靠背采用C25钢筋混凝土。

3.4.6顶管机就位

用50吨吊车吊装顶管机,将顶管机放入顶进坑内的导轨上,顶管机前端距井壁约300毫米。

就位后先检查顶管机的轴线是否与机坑轴线、导轨轴线以及主顶油缸的轴线保持一致,发现偏差立即调整。

无误后再进行顶管机电路、油路、注浆系统的安装调试。

 

3.4.7机头入洞

先将洞口处的墙壁凿除,洞口处,先向前挖土500~800mm,再将机头徐徐推进洞口里,待刀盘全部进洞,调整止水圈位置,使其完全封闭地下水。

然后开动顶管机刀盘,待土仓压力升到0.1MPa时,这时螺旋输送机的土压也上升到0.07MPa左右。

掘进机开始入土时,机头外露,只存在轨道对机头的摩擦力,机头易发生旋转,故在入土前两米顶进时,顶进速度控制在5毫米/分钟以下,以防机头整体旋转,并观测机头倾角和旋转变化,及时修正和调整。

倾角的变化用纠偏千斤顶调正,旋转角大于±30度时,可使用刀盘反转调正,顶进2米以后在机头不旋转的情况下可逐渐加大顶进速度。

机头完全入土后,土仓压力控制在50~80KPa,下第一节混凝土管做反封闭。

3.4.8正常顶进

土仓压力的设定:

按计算表数值设定,施工时设备自控可保证10%的土仓压力:

遇有砂层、下穿道路、离构筑物较近时,土仓压力设定适当加大30%左右,以提高安全系数。

3.5、触变泥浆的配制及压浆减阻措施

为减小顶管阻力,外壁涂刷煤油石蜡,在管壁与土壁的缝隙间注入触变泥浆,形成泥浆套,减少管壁与土壁之间的摩擦阻力。

用此措施可以减少20%的顶力。

(1)注浆孔布置

用泥浆减阻是长距离顶管减少阻力的重要环节之一,在顶管施工过程中,如果注入润滑泥浆能在管子的外围形成一个比较完整的浆套,则其减摩效果是十分令人满意的,一般情况摩阻力至1~3KN/m2。

本工程采用每2节管节设置一组注浆孔,每组6个1寸注浆孔,60°均分设置,每组注浆孔有独立的阀门控制。

(2)浆液配比及注浆量计算

润滑泥浆材料主要采用纳基膨润土,由厂家配制成成品供应我方。

由于本次工程地下含水量较大,我们按重量比水:

土=4:

1的量进行现场拌制,拌制好的泥浆放在储浆箱内待数小时后即可使用,物理性能指标比重1.05~1.08g/cm2,粘度30~40S,泥皮厚3~5mm。

(3)注浆原则

注浆原则是注浆时必须保持“先压后顶、随顶随压、及时补浆”,根据顶力情况及时补浆,使摩阻力控制在最佳值。

当实际减磨的效果大于f=2.5KN/m2时,必须改变触变泥浆的成分,在润滑剂材料中掺入聚丙烯胺高分子材料,改善润滑效果,使管道外侧磨阻系数低于f=2.5KN/m2。

注浆压力控制在0.2MPa~0.4MPa,压力不宜过大,防止压穿、冒浆造成物资的流失。

(4)注浆质量的控制措施

1)保证润滑泥浆的稳定,在施工期间不失水。

不沉淀、不固结。

2)制定合理的压浆工艺,严格按压浆操作规程进行。

3)保持管节在土中的动态平衡。

一旦顶进中断时间较长,管节和周围土体固结,在重新启动时就会出现“楔紧”现象,顶力要比正常情况高出1.4倍,因此尽可能缩短中断顶进时间保持施工的连续性。

如中断时间过长必须补压浆。

4)压浆管与压浆孔连接处设有单向阀,防止在压浆停止时管外的泥砂会顺着注浆管流到浆管内,沉淀后会把注浆管堵住。

(5)泥浆置换

顶进结束对已形成的泥浆套的浆液进行置换,置换浆液为水泥浆并掺入少量粉煤灰,在管内用单螺杆泵压住,压浆体凝结后(一般24h)拆除管路封闷注浆孔顶管测量

3.6、自密实砼填充

本工程钢筋砼套管与输水钢管之间使用C20自密实砼填充。

自密实砼要使用塌落度比较大的砼进行。

填充时管道分为三次进行填充,第一次填充时先把管道两端使用钢模板进行封堵,钢模板封堵高度至输水钢管1米。

砼浇筑至输水管道(钢管)下部,在保证砼密实后进行第二次砼浇筑。

第二次浇筑高度为输水管道(钢管)一米以下,在保证砼密实后进行第三次砼浇筑,第三次浇筑时管道两端使用钢制模板全管封堵,钢模板上部预留一个30cm×30cm孔洞,以便砼输送。

3.7、沉降监测

①监测目的

通过对路面沉降观测,可掌握地层动态,随时采取调整回灌、注浆加固等措施,以确保道路安全。

本部分路面检测准备委托具备相应资质的专业测量单位进行实施。

②测点布置

采用φ25cm钢管打入地表,埋深1m,掏出管内土碴,浇灌砼,顶部埋钎头;在S101路边沿打入钢钉,并标记。

每隔10米设置一个观测点。

③测试方法

地表沉降:

采取与管道端水准基点联测法。

测试仪器:

水准仪、标尺。

测试频率:

顶管顶进前读取初如值,取三次读数平均值,顶管顶进后1次/d,至顶管完成1周后结束。

④减少测量误差的措施

1、对测量仪器进行定时检查。

2、观测时须多人进行观测,确保观测值准确。

3、采用模型改正法减小误差。

4、连续长时段进行观测。

⑤警戒值

采用一级标准,地面最大沉降不超过3mm。

⑥观测工作结束后,提交下列成果

a观测点平面布置图

b观测成果表

c地面沉降的t-s(时间、沉降)曲线图

7、顶管施工质量标准

a、管内清洁,管节无破损

b、顶进管道允许偏差

c、钢筋混凝土管道的接口应填料饱满、密实,且与管节接口内侧表面齐平,接口套环对正管缝、贴紧,不脱落。

项目

允许偏差值(㎜)

轴线

D≥1500

<200

管道内底高程

D≥1500

+40~-50

相邻管间错口

钢筋混凝土管道

15%壁厚且≯20

3.9、顶进施工结束后注意事项:

1)顶进管道不偏移,管节不错口,管道坡度不得有倒落水。

2)管道接口套环应对正管缝与管端外周,管端垫板粘接牢固、不脱落。

3)管道接头密封良好,橡胶密封圈安放位置正确。

需要时应按要求进行管道管道密封检验;

4)管节无裂纹、不渗水,管道内部不得有泥土、建筑垃圾等杂物。

5)顶管结束后,管节接口的内侧间隙应按设计规定处理;设计无规定时,可采用石棉水泥、弹性密封膏或水泥砂浆密封,填塞物应抹平,不得突入管内。

6)钢筋混凝土管道的接口应填料饱满、密实,且与管节接口内侧表面齐平,接口套环对正管缝、贴紧,不脱落。

(6)在顶进施工的区域,应考虑土体和地下水条件以及顶管施工工艺,保证地层的沉降不大于允许的沉降值。

(7)顶进结束后,应对泥浆套的浆液进行置换。

置换浆液一般可采用水泥砂浆掺合适量的粉煤灰。

待压浆体凝结后(一般在24小时以上)方可拆除注浆管路,并换上闷盖将注浆孔封堵。

(8)工程竣工后,应编写竣工报告,认真完成资料的移交和存档。

(9)安全撤离现场,恢复施工现场的本来面目,做到不留隐患,对环境没有破坏和污染。

第4章顶管施工常见病害的防治

4.1管道轴线偏差过大

4.1.1偏差结果

管道轴线与设计轴线偏差过大,使管道发生弯曲,甚至造成管节损坏,接口渗漏。

4.1.2预防措施

1)顶管施工前对管道通过地带的地质情况认真调查,指导纠偏。

纠偏按照“勤测量、勤纠偏、小量纠”的操作方法进行。

2)采用同种规格的千斤顶,使其顶力、行程、顶速相一致,保持顶力合力线与管道中心线相重合。

3)加强顶管后背施工质量的控制,确保后背不发生位移,并使后背平整,以保证顶进设备的安装精度。

4)顶进过程中随时绘制顶进曲线,以利指导顶进纠偏工作。

一般情况的顶管施工的最大允许偏差(mm)

项目

允许偏差

轴线位置

D<1500

<100

D≥1500

<200

管道内底高程

D<1500

+30~-40

D≥1500

+40~-50

相邻管间错口

钢管道

≤2

钢筋混凝土管道

15%壁厚且不大于20

对顶时两端错口

50

4.2地面沉降与隆起

1现象

(1)地面隆起,且有放射状裂纹。

(2)地面下陷,在沉降槽两边有平行的两条裂纹。

2原因

(1)不论是地面隆起还是地面下陷,都是由于没有控制好土仓压力的结果。

对泥水平衡顶管而言,其土仓的压力由下式决定:

P=PO±20KPa(5-1)

式中:

P—土仓内控制土压力(KPa);

Po—静止土压力(KPa);

而Po=Ko*h(5-2)

式中:

Ko—静止土压系数;

Φ--土的容重(KN/m3);

h—土层的厚度(M)。

在式(5-1)中,静止土压系数Ko与土的性质有很密切的关系,在砂性土中,Ko一般可取0.25~0.33之间;在粘性土中,Ko一般可取0.33~0.70之间。

(2)如果当土仓内的控制土压力大于掘进机所处土层的被动土压力Pp时,地面就会隆起。

隆起的部位是位于顶管机机头的前上方。

这种隆起有两个特征:

第一、反映相当迅速。

即只要当土仓内土压力一超过Pp时,地面立即隆起。

第二、隆起的中心有好几条放射状的裂缝向四周伸展开去。

而被动土压力则由下式确定:

Pp=htg2(45°+Φ/2)+2Ctg(45°+Φ/2)(5-3)

(3)如果当土仓内的控制土压力小于顶管机所处土层的主动土压力Pp时,地面就会下陷。

下陷最深的地面是位于顶管轴线上方的地面上。

下陷的反映没有隆起反

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