本发明属于土建有限空间内施工辅助设备及方法技术领域，特别是涉及一种顶管施工辅助挖土的刃角装置及其施工方法。
背景技术：
随着我国城镇化的快速发展，综合管线的发展也逐渐提上日程，而既有管线与城市发展规模越来越不相适应，因此需要不断新建管线、修理甚至更换旧管线，而城市繁忙的交通又大大降低了明挖法铺设管线的可能性，在下穿铁路、公路等施工部位，为了不中断交通，将施工影响降到最低，许多管线建设均采取顶管法施工工艺，以减少施工对既有交通的影响。在管道顶进过程中，由于地质结构的不稳定，即使采用了超前小导管注浆、锚杆支护等预加固措施，在实际施工过程中仍然有极大的不确定性，存在着安全隐患，威胁着施工人员的人身安全，降低了出土效率。为将安全风险降至最低，同时保证施工质量与进度，迫切需要一种能同时保证安全和工效的装置。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种制作简易、使用方便，工效高，经济适用，保障能力强且能加快出土速度的顶管施工辅助挖土的刃角装置及其施工方法。
为了达到上述目的，本发明提供的顶管施工辅助挖土的刃角装置包括主体钢板、加劲钢圈、刃角加强肋和连接螺栓；其中主体钢板为横截面呈半圆形的整体结构，后部为铺设在工具管上部外圆周面上的后端连接板，后端连接板和工具管上部均形成有多个相对应的螺栓孔及预留注浆孔，并利用连接螺栓贯穿螺栓孔的方法将后端连接板和工具管相互固定；主体钢板的前部伸出在工具管前端外部，前部上部为前端盖板，前部下部向前延伸而形成两个钢刃角；加劲钢圈为半圆形钢构件，焊接于主体钢板内表面上前端盖板与后端连接板的分界处，并且紧贴在工具管的前端上部；每个钢刃角的底部设有一个刃角加强肋，刃角加强肋的前端与钢刃角的尖端齐平，两个刃角加强肋的后端分别与加劲钢圈的两个下端焊接连接。
所述的主体钢板为高强度合金钢板，厚度为5mm，前端盖板的长度为1.0m，后端连接板的长度为1.5m，圆周角180度。
所述的钢刃角为犬牙形，与前端盖板的前端连接处呈圆弧形。
所述的螺栓孔呈梅花形布置，间距35cm×35cm，边角位置处的间距适当减小。
所述的预留注浆孔内以可拆卸的方式插有两端封闭的pvc管或注浆用小导管。
利用本发明提供的顶管施工辅助挖土的刃角装置辅助开挖的施工方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)、将本刃角装置运至施工现场，并利用吊车将其上的后端连接板吊放在工具管上部外圆周面上，然后利用连接螺栓贯穿相应螺栓孔的方法将后端连接板和工具管相互固定，并在后端连接板和工具管上每对预留注浆孔内插入一根两端封闭的pvc管；
2)、利用顶镐进行顶管顶进，首先主体钢板上的两个钢刃角切入前方土体，之后前端盖板也随之切入前方土体，每镐顶进0.8m-1m；
3)、每镐顶进完成后，停止顶进，施工人员进入工具管内，在前端盖板的保护下，人工开挖前方土体，并及时出土，直至开挖至无前端盖板保护位置，保留两个钢刃角尖端插在前方土体内的状态；
4)、遇到不良地质情况时，停止顶进，拔出预留注浆孔内的pvc管并插入注浆用小导管，然后通过小导管向外侧不良土体进行注浆；注浆结束后，拔出小导管，清理预留注浆孔，然后再插入两端封闭的pvc管，以备预留注浆孔下次使用；
5)、人工开挖出土完成后继续顶进，重复步骤2)－5)，直至顶管施工全部完成；
6)、松开连接螺栓，拆除工具管上的刃角装置，清洗干净以备下次使用。
本发明提供的顶管施工辅助挖土的刃角装置及其施工方法具有如下优点：在顶进过程中，利用带有钢刃角的主体钢板切土能力先行切入土体，施工人员在前端盖板的保护下进行挖土作业，大大提高了小口径顶管人工出土的安全性，解决了顶管施工过程中前方土体易坍塌，工人施工安全得不到保证，防护措施难以到位的难题，对直径1.0m～2.5m的顶管有很强的适用性，在实际的施工过程中有较强的推广意义。
附图说明
图1为本发明提供的顶管施工辅助挖土的刃角装置立体图。
图2为本发明提供的顶管施工辅助挖土的刃角装置断面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的顶管施工辅助挖土的刃角装置及其施工方法进行详细说明。
现以某泵站污水管线改移工程为例进行说明：该工程原污水管道位于基坑内部，埋深7m，影响基坑开挖及箱涵预制，施工前需在基坑外新规划路由位置新建污水管线，将原污水管线废除。该顶管涉及的钢筋混凝土顶管管径为1550mm，顶程全长135m，下穿既有小红门路和现场施工场地、绿化隔离带，埋深8m，土质以砂性土、粘土为主。在工期紧，任务重的情况下，顶管施工时采用了本刃角装置进行切土顶进，挖土防护，节省了施工时间、降低了施工成本，保证了施工人员的安全。
如图1、图2所示，本发明提供的顶管施工辅助挖土的刃角装置包括主体钢板、加劲钢圈2、刃角加强肋5和连接螺栓6；其中主体钢板为横截面呈半圆形的整体结构，后部为铺设在工具管8上部外圆周面上的后端连接板3，后端连接板3和工具管8上部均形成有多个相对应的螺栓孔及预留注浆孔7，并利用连接螺栓6贯穿螺栓孔的方法将后端连接板3和工具管8相互固定；主体钢板的前部伸出在工具管8前端外部，前部上部为前端盖板1，用于遮挡上方土体，保护工人挖土施工，前部下部向前延伸而形成两个钢刃角4；加劲钢圈2为半圆形钢构件，焊接于主体钢板内表面上前端盖板1与后端连接板3的分界处，并且紧贴在工具管8的前端上部，既能起到保持前端盖板1圆环形状的加劲作用，又能在顶进时使顶力直接作用于加劲钢圈2上，以减少连接螺栓6的剪应力；每个钢刃角4的底部设有一个刃角加强肋5，用于加强钢刃角4的刚度和强度，刃角加强肋5的前端与钢刃角4的尖端齐平，两个刃角加强肋5的后端分别与加劲钢圈2的两个下端焊接连接。
所述的主体钢板为高强度合金钢板，厚度为5mm，前端盖板1的长度为1.0m，后端连接板3的长度为1.5m，圆周角180度。
所述的钢刃角4为犬牙形，与前端盖板1的前端连接处呈圆弧形，顶进时提前切入土体，起到导向和减少顶进时土体向上的土压力作用。
所述的螺栓孔呈梅花形布置，间距35cm×35cm，边角位置处的间距适当减小。
所述的预留注浆孔7内以可拆卸的方式插有两端封闭的pvc管或注浆用小导管。
利用本发明提供的顶管施工辅助挖土的刃角装置辅助开挖的施工方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)、将本刃角装置运至施工现场，并利用吊车将其上的后端连接板3吊放在工具管8上部外圆周面上，然后利用连接螺栓6贯穿相应螺栓孔的方法将后端连接板3和工具管8相互固定，并在后端连接板3和工具管8上每对预留注浆孔7内插入一根两端封闭的pvc管，以防堵塞；
2)、利用顶镐进行顶管顶进，首先主体钢板上的两个钢刃角4切入前方土体，之后前端盖板1也随之切入前方土体，每镐顶进0.8m-1m；初次切土顶进过程中应严密关注顶进压力值和前端盖板1的稳定性，连接螺栓6的紧固程度；顶进过程中遇到顶进压力升高，顶管未正常前进的情况时，应及时停止作业，排除本刃角装置前方的障碍物后方可继续顶进，以防止前端盖板(1)撅起或者压弯，从而影响其功能的正常发挥；
3)、每镐顶进完成后，停止顶进，施工人员进入工具管8内，在前端盖板1的保护下，人工开挖前方土体，并及时出土，直至开挖至无前端盖板1保护位置，保留两个钢刃角4尖端插在前方土体内的状态；
4)、遇到不良地质情况时，停止顶进，拔出预留注浆孔7内的pvc管并插入注浆用小导管，然后通过小导管向外侧不良土体进行注浆，以对土体进行固化改良；注浆结束后，拔出小导管，清理预留注浆孔7，然后再插入两端封闭的pvc管，以备预留注浆孔7下次使用；
5)、人工开挖出土完成后继续顶进，重复步骤2)－5)，直至顶管施工全部完成；
6)、松开连接螺栓6，拆除工具管8上的刃角装置，清洗干净以备下次使用。