360度旋轉(zhuǎn)水鉆破除風(fēng)化巖人工頂管施工工法

1、360 度旋轉(zhuǎn)水鉆破除風(fēng)化巖人工頂管施工工法廣西建工集團(tuán)第一建筑工程有限責(zé)任公司羅松儉 楊淵 陳少偉 黃耀章 李立強(qiáng)1前言頂管施工就是非開挖施工方法，是一種不開挖或者少開挖的管道埋設(shè)施工技術(shù)，是近年來發(fā)展 較快的一種管道施工技術(shù)，其理論和工藝水平不斷趨于完善。市政工程中采用頂管施工可以將作業(yè) 面移入地下，從而避免了對(duì)地面交通的影響，顯示出頂管施工的優(yōu)越性。頂管施工方法有多種，如 手掘式頂管，機(jī)械式頂管、泥水平衡式、三段兩鉸型水力挖土式、多刀盤土壓平衡式等。手掘式頂 管即平常所說的人工頂管，因設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，施工成本低，施工進(jìn)度快，施工過程易于控制 等特點(diǎn)，在施工中采用較為普遍。隨著城市建設(shè)

2、的發(fā)展，市政管道建設(shè)中，常因道路狹窄、地處鬧市區(qū)、現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜等原因而 必須使用頂管施工。對(duì)于短距離的頂管工程，一般使用人工頂管進(jìn)行施工，即手掘式頂管。手掘式 頂管適用于黏性、砂性或土質(zhì)較好的土層，且無地下水影響，管徑20003000之間的排水工程。但也會(huì)遇到地質(zhì)條件較復(fù)雜的土層，如風(fēng)化巖層。廣西建工集團(tuán)第一建筑工程有限責(zé)任公司通過工程 的施工實(shí)踐，在處理遇風(fēng)化巖的頂管中，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，通過施工中不斷對(duì)該工藝進(jìn)行改進(jìn)和 完善，經(jīng)過總結(jié)，形成了本工法。在公司承建的欽州大欖坪污水管網(wǎng)工程項(xiàng)目中，運(yùn)用本工法，施 工效果好，安全可靠、實(shí)用。2工法特點(diǎn)2.1 采用水鉆機(jī)代替人工挖除風(fēng)化巖，降低了施工

3、的難度和工作強(qiáng)度，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。2.2 該工法彌補(bǔ)了水鉆機(jī)鉆孔精度差、 水鉆機(jī)自重大操作困難的弊端， 水鉆機(jī)安裝在可旋轉(zhuǎn)的 支架上，提高了施工效率。2.3 施工機(jī)具簡(jiǎn)單，施工工藝可操作性強(qiáng)， 施工快捷， 施工質(zhì)量容易得到保證， 降低了施工成 本，縮短了工期。2.4 操作支架可根據(jù)管徑大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，并能調(diào)整水鉆機(jī)鉆進(jìn)的角度。2.5 避免使用風(fēng)炮產(chǎn)生的巨大聲響以及風(fēng)炮破除時(shí)產(chǎn)生的石屑飛濺。3適用范圍本工法適用于人工頂管中遇到較堅(jiān)硬石層的地質(zhì)情況，以及人工挖掘困難的堅(jiān)硬土層的頂管施 工。4工藝原理人工頂管手掘式開挖中，遇到堅(jiān)硬巖層人工挖除困難，且無法使用爆破和風(fēng)炮機(jī)破碎時(shí)，采用 水鉆代替人工挖掘。采用公

4、司研制的可旋轉(zhuǎn)操作支架，水鉆機(jī)安裝在支架上；在待挖除面上沿管徑 內(nèi)側(cè)鉆若干個(gè)孔，孔孔相連，鉆孔后取芯，待所有水鉆鉆孔連成一個(gè)環(huán)后，管芯就和管壁分離了， 形成了管芯的臨空面，之后在管芯巖面上采用沖擊鉆打孔，在孔內(nèi)打入鋼楔，錘擊鋼楔，使巖石受 到剪切力和水平拉力作用，利用巖石抗剪能力差的特點(diǎn)，當(dāng)巖石受到的力大于其抗拉強(qiáng)度時(shí)，巖塊 受拉破壞，巖石碎塊全部運(yùn)出后，進(jìn)行下一輪鉆孔、取芯、破碎、外運(yùn)。循環(huán)施工直至最后將巖層 全部貫通。5 施工工藝流程和操作要點(diǎn)5.1 工藝流程5.2 操作要點(diǎn)5.2.1 施工準(zhǔn)備1、技術(shù)準(zhǔn)備頂管施工前，技術(shù)負(fù)責(zé)人須組織相關(guān)施工人員進(jìn)行安全技術(shù)交底，掌握頂管及水鉆施工的技術(shù)

5、知識(shí)和相關(guān)要求，了解施工場(chǎng)地工程地質(zhì)情況，了解危險(xiǎn)因素和安全防護(hù)的方法。通過沿線調(diào)查研究，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形及交通運(yùn)輸、水源、電源、排水條件，已制定出相應(yīng)的技術(shù) 措施。2、工具準(zhǔn)備施工人員的防護(hù)用品施工機(jī)具：水鉆機(jī)頂管施工所需的機(jī)具：活塞式液壓千斤頂、注漿機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)、水泥攪拌機(jī)、測(cè)量?jī)x(全站儀、水準(zhǔn)儀)5.2.2測(cè)量放線及校準(zhǔn)(1) 使用全站儀、水準(zhǔn)儀等設(shè)備，測(cè)量現(xiàn)狀地面高程及管道軸線，將控制線從工地周邊的水準(zhǔn) 點(diǎn)坐標(biāo)引入。(2) 測(cè)量的精度必須達(dá)到要求， 其測(cè)量結(jié)果和精度將直接影響管道的頂進(jìn)方向和的頂管的質(zhì)量。管道測(cè)量平臺(tái)由地面坐標(biāo)延引下去，后視點(diǎn)精度要求控制在1mm范圍內(nèi)。（3） 在

6、頂進(jìn)過程中認(rèn)真記錄好管道內(nèi)的每次測(cè)量結(jié)果，在初始頂進(jìn)時(shí)應(yīng)每30cm測(cè)量一次，正 常頂進(jìn)時(shí)每50cm測(cè)量一次，及時(shí)準(zhǔn)確掌握管道的走向，以便及時(shí)采取糾偏措施，將管道頂進(jìn)控制在允許范圍內(nèi)。（4）在管道內(nèi)，每次進(jìn)行水鉆鉆孔取芯之前，須使用全站儀進(jìn)行測(cè)量定位，放出管芯位置，并 根據(jù)圖紙和管徑大小，放出管的圓周線，考慮到施工過程的誤差以及鉆孔取芯后與巖壁之間的殘 余巖石，一般開挖管徑要比設(shè)計(jì)管徑稍大一點(diǎn)。5.2.3 搭設(shè)操作支架（1）在工作面搭設(shè)水鉆機(jī)操作支撐架體，水鉆機(jī)支架必須安全，穩(wěn)固。為滿足水鉆機(jī)的鉆孔取 芯要求，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易的操作支架。如下圖所示：誠(chéng)于- -y.'1:>Cr圖5.1支架示

7、意圖（2）測(cè)量放線，在開挖的巖面上定出管道的中心軸線點(diǎn)，用沖擊鉆在巖面上打出一個(gè)小孔，用 于操作支架中心軸 A端的固定。（3）支架中心軸B端，利用管道，采用水平和垂直兩個(gè)方向可調(diào)節(jié)的頂托進(jìn)行頂撐固定。（4） 初步固定好后，再用測(cè)量?jī)x器確定好 B端是否處于管道的軸線上，即中心軸是否與管道軸 線重合，如不重合，則調(diào)整頂托，使支架中心軸與管道軸重合。（5） 臥式水鉆機(jī)固定在繞支架中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的橫向軸上，這樣水鉆機(jī)就能到達(dá)任意指定的鉆孔位置。A端處的鋼圓環(huán)直徑根據(jù)管道的直徑和水鉆機(jī)的尺寸進(jìn)行確定；B端鋼圓環(huán)直徑要比 A端稍小點(diǎn)，這樣水鉆機(jī)就形成一個(gè)向外的角度，為機(jī)具預(yù)留出一定的尺寸。5.2.4 水鉆鉆進(jìn)

8、取芯（1）水鉆取芯前再次進(jìn)行測(cè)量，確保管道頂進(jìn)準(zhǔn)確無誤。采用鉆筒直徑為150mm的水鉆機(jī)在巖面上鉆孔。鉆芯圓要孔孔相連，圓與圓之間的距離控制在1013cm。圖5.2水鉆鉆孔示意圖(2) 當(dāng)鉆至深度約60cm時(shí)，調(diào)節(jié)水鉆機(jī)的手動(dòng)調(diào)位器慢慢將鉆筒退出，巖芯套入一根鋼絲圈， 在鉆縫處打入鋼楔，將巖芯折斷，拉扯鋼絲，取出巖芯。轉(zhuǎn)動(dòng)支架，將水鉆機(jī)轉(zhuǎn)至下一位置，進(jìn)行下一循環(huán)的鉆孔取芯。(3) 水鉆操作過程中必須保證鉆頭處于冷卻水中，同時(shí)冷卻水流保有一定壓力對(duì)鉆頭直接進(jìn)行 沖洗，使之不淤鉆、卡鉆，能夠保持鉆頭在清潔狀態(tài)下正常穩(wěn)定地工作。5.2.5 巖芯破除清運(yùn)(1) 全部鉆孔及取芯工作完成后，對(duì)管芯部分的巖

9、體進(jìn)行打孔破碎。(2) 巖芯破碎首先使用沖擊鉆打小孔，大約30cm 一排，孔徑2025mm ,孔間距約300mm ; 鉆孔完成后將鋼楔打入孔中，用鐵錘擊打鋼楔使巖體在巨大的沖擊力，巖體受擠壓，在拉力的作用下開始分裂，依次擊打鋼楔進(jìn)行巖體分裂，直至該層巖芯全部破裂成小塊。(3) 碎石塊清理外運(yùn)。破碎的石塊由人工及時(shí)清理，使用斗車運(yùn)送至頂管工作井，由工作井上 方的活動(dòng)式龍門吊吊出工作井運(yùn)至指定堆場(chǎng)，石塊清理干凈后即可開始下一輪的鉆孔取芯。5.2.6 開挖面修整(1) 由于大圓和小圓之間存在間隙，因此水鉆取芯后其與孔壁成鋸齒狀，如下圖所示：圖5.3開挖后巖面示意圖（ 2）為保證由足夠的管道頂進(jìn)空間，

10、軸向定位與設(shè)計(jì)標(biāo)高一致，為避免頂進(jìn)時(shí)破快管道外壁， 需要用沖擊鉆鑿平侵占空間的鋸齒狀巖石，使頂管能順利進(jìn)行。5.2.7 管道頂進(jìn)（ 1）頂管施工前的各準(zhǔn)備工作就緒，如臺(tái)背、千斤頂、導(dǎo)軌等的安裝，將機(jī)頭由工作井頂入土 體，用龍門吊將管節(jié)吊放入工作井內(nèi)，接于機(jī)頭后部，測(cè)量管道中心線及前端后端底高程，確認(rèn)合 格后將第一節(jié)鋼筋混凝土管頂入。（ 2）驗(yàn)收合格的管材用起重設(shè)備吊到工作井的軌道上就位，頂管前應(yīng)在管材兩端安裝3mm 的木層墊板，可以有效緩沖管材相互之間的壓力，這樣可以保護(hù)管材在擠壓的情況下不變形、不破口、 不破裂。（ 3）人工掘土或水鉆施工一定距離后，撤出操作支架，回縮千斤頂，吊入第二節(jié)管道，

11、校直對(duì) 中，接于前一節(jié)管后，安裝回頂鐵和分壓環(huán)，將管節(jié)慢慢頂進(jìn)。如此循環(huán)，直至完成頂管工作。（ 4）頂管后須及時(shí)進(jìn)行壓注水泥漿，通過管壁上的預(yù)留空洞注滿管道外壁與巖石之間的空隙， 起到固定管道，防止?jié)B漏的作用。6材料與設(shè)備6.1 機(jī)具設(shè)備抽水機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)，頂管施工的設(shè)備，水鉆機(jī)6.2 工具設(shè)備全站儀、水準(zhǔn)儀燈具，鋼楔，鐵錘，沖擊鉆、鐵鏟，水管，操作支架（鋼管、滑輪、頂托、電焊機(jī)）6.3 運(yùn)輸設(shè)備 斗車，龍門吊6.4 防護(hù)用品防護(hù)眼鏡、口罩、膠鞋、絕緣手套7質(zhì)量控制7.1 測(cè)量放線質(zhì)量控制（ 1）測(cè)量定位所用的全站儀、水準(zhǔn)儀等測(cè)量?jī)x器及工藝控制質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備必須經(jīng)過鑒定合格， 在使用周期內(nèi)的計(jì)量器具

12、按二級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)量檢測(cè)控制。（ 2）測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)要嚴(yán)格保護(hù)， 避免撞擊、 毀壞。 在施工期間， 要定期復(fù)核基準(zhǔn)點(diǎn)是否發(fā)生位移。（ 3）總標(biāo)高控制點(diǎn)的引測(cè)，必須采用閉合測(cè)量方法，確保引測(cè)精度。（ 4）所有測(cè)量觀察點(diǎn)的埋設(shè)必須可靠牢固，以免影響測(cè)量結(jié)果精度。7.2 水鉆施工質(zhì)量控制（ 1）操作支架必須安裝牢固，且要有足夠的剛度，中心軸要與管道中心線重合，否則頂進(jìn)方向 會(huì)產(chǎn)生偏差。（ 2）水鉆機(jī)安裝必須穩(wěn)定，鉆進(jìn)深度盡量控制一致，使開挖面與管道垂直，易于下循環(huán)鉆進(jìn)工作的進(jìn)行。(3)環(huán)與環(huán)之間的距離控制好，圓心之間的距離不易過大，且不應(yīng)大于鉆筒直徑，以免增大后 期修整的工作量。7.3 頂管施工質(zhì)量控

13、制(1) 頂管機(jī)在頂進(jìn)前嚴(yán)格檢查機(jī)頭的中線及高程，確保起初始掘進(jìn)時(shí)的中線及高程達(dá)到設(shè)計(jì)要 求。(2) 頂進(jìn)過程中控制好機(jī)頭掘進(jìn)時(shí)的偏移量，如有偏差及時(shí)糾偏。(3) 接口必須密實(shí)、順直、不脫落。(4) 頂管接口應(yīng)對(duì)正管縫，管節(jié)不錯(cuò)口，填料密實(shí)、均勻，管底坡度不得有倒落水。(5) 頂管完畢，目測(cè)直順、無反坡、清潔、不積水、管節(jié)無裂縫，段間無滲漏。(6) 在頂進(jìn)過程中由于施工因素較多，在進(jìn)洞時(shí)可能產(chǎn)生偏差， 應(yīng)在頂管施工中加強(qiáng)測(cè)量糾偏, 使管線的中線控制在允許范圍內(nèi)。管道頂進(jìn)的允許偏差檢查項(xiàng)目允許偏差(mm檢查頻次檢查方法鋼筋砼套管范圍占八、數(shù)1直線頂管水平軸線頂進(jìn)長(zhǎng)度V 300m50每管節(jié)1占八、

14、用經(jīng)緯儀，或 掛中線用尺量 測(cè)300m頂進(jìn)長(zhǎng)度V 1000m100頂進(jìn)長(zhǎng)度 1000mL/102直線頂管 內(nèi)底高程頂進(jìn)長(zhǎng)度V 300mD1 1500+30, - 40用經(jīng)緯儀或水平儀測(cè)量300m頂進(jìn)長(zhǎng)度V 1000m+60, - 80用水平儀測(cè)量頂進(jìn)長(zhǎng)度 1000m+80, - 1003相鄰管間錯(cuò)口鋼筋砼套管15%壁厚，且 20用尺測(cè)量8 安全措施(1) 在施工過程中，堅(jiān)決執(zhí)行建筑安裝工程安全技術(shù)操作工程，并嚴(yán)格遵守現(xiàn)場(chǎng)規(guī)章制度, 服從現(xiàn)場(chǎng)總包單位的安全管理，加強(qiáng)內(nèi)部安全管理(2) 非電工不得擅自接電，接電時(shí)必須請(qǐng)電工操作。(3) 電源電器由專人負(fù)責(zé)，嚴(yán)密注意電箱機(jī)械是否漏電。(4) 施工過程

15、中，打鉆工人在施工作業(yè)時(shí)必須嚴(yán)格做到水、電分離，應(yīng)配備絕緣防護(hù)用品，如 膠鞋、絕緣手套等防護(hù)用品。(5) 水鉆安裝固定必須牢固，更換水鉆鉆頭及換位時(shí)必須切斷電源。(6) 手持電動(dòng)工具應(yīng)裝設(shè)漏電保護(hù)器，操作時(shí)帶絕緣手套。(7) 臨時(shí)配電線路必須按規(guī)范架設(shè)，架空線必須采用絕緣導(dǎo)線，不得采用塑膠軟線，不得成束 架空敷設(shè)，也不得沿地明敷暗設(shè)。(8) 施工中抽水、照明、通風(fēng)等所配電氣設(shè)備應(yīng)“一機(jī)、一箱、一閘、一漏?！保╇娋€路要 用四芯電纜，嚴(yán)禁碘鎢燈使用兩芯線，并經(jīng)常檢查電線和漏電保護(hù)器是否完好、靈敏。(9) 施工現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備和機(jī)具必須做好保護(hù)接零，在采用接地和接零保護(hù)方式的同時(shí)，必須設(shè) 兩級(jí)漏電保護(hù)

16、裝置，實(shí)行分級(jí)保護(hù)，形成完整的保護(hù)系統(tǒng)。漏電保護(hù)裝置的選擇應(yīng)符合規(guī)定。（ 10）施工人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)必須經(jīng)過三級(jí)安全教育，新工人須經(jīng)安全教育并經(jīng)考核合格后方可上 崗。進(jìn)場(chǎng)作業(yè)須戴好安全帽，穿好工作服、防滑鞋等防護(hù)用品。（ 11）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的工作井，在邊沿處設(shè)置兩道護(hù)身欄桿，懸掛安全警示牌，并應(yīng)于夜間設(shè)紅色標(biāo) 志燈。（ 12）吊運(yùn)材料時(shí)堆放應(yīng)分散，不得集中堆放。9環(huán)保措施（ 1）在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置施工標(biāo)志牌，現(xiàn)場(chǎng)平面布圖和安全生產(chǎn)、消防保衛(wèi)、環(huán)境保護(hù)、文明施工 制度牌。（ 2）施工范圍要嚴(yán)格控制，不在范圍以外，搭設(shè)、臨設(shè)、停放機(jī)具、材料等。（ 3）設(shè)出口洗車平臺(tái)，所有外運(yùn)土方汽車在離開現(xiàn)場(chǎng)前必須通過洗車槽，

17、沖洗污水統(tǒng)一集中處 理后再排放。（ 4）車輛出門時(shí)，做最后檢查，并加蓋布，防止車輛擋土板松脫，避免掉落造成污染。（ 5）場(chǎng)內(nèi)外道路清潔工作由專人負(fù)責(zé)，及時(shí)清理卡車掉落的土石方等雜物。施工現(xiàn)場(chǎng)道路實(shí)施 撒水防塵措施，以確保道路不揚(yáng)塵。當(dāng)天工作結(jié)束，立即對(duì)工地現(xiàn)場(chǎng)及周圍道路進(jìn)行清掃，不污染 環(huán)境。（ 6）施工物資進(jìn)場(chǎng)必須按施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置圖布置，分規(guī)格、分品種，做好標(biāo)識(shí)，堆放整齊 散料必須進(jìn)行圍攔；（ 7）在施工現(xiàn)場(chǎng)外堆放材料應(yīng)得到有關(guān)方面的批準(zhǔn)；（ 8）施工垃圾及時(shí)堆放在指定的地點(diǎn)，余料及時(shí)清理回收；（ 9）現(xiàn)場(chǎng)注意材料的節(jié)約，并做到工完場(chǎng)清.（ 10）采取有效措施控制粉塵、噪聲的排放，減少對(duì)周

18、邊居民的干擾。（ 11）嚴(yán)格禁污水亂排放，防止污染施工環(huán)境和附近居民、單位的環(huán)境。10效益分析 本工法工藝簡(jiǎn)單，操作方便，對(duì)于人工頂管中出現(xiàn)的風(fēng)化巖等的處理非常有效，施工速度明顯 提高，效果明顯。水鉆處理的開挖面較均勻，易于管道的頂進(jìn)。該工法的材料、工具要求簡(jiǎn)單，處 理成本低，具有很強(qiáng)的使用性和推廣意義。相比人工挖掘的施工方法，水鉆施工具以下優(yōu)越性：10.1 經(jīng)濟(jì)效益（ 1）從本法應(yīng)用的實(shí)際效果來看，在風(fēng)化巖地質(zhì)條件下采用該方法進(jìn)行短距離的人工頂管，施 工進(jìn)度顯著提高，施工操作方便，且可安排兩臺(tái)水鉆同時(shí)進(jìn)行施工，節(jié)省工期；（ 2）保證頂管管道的尺寸，減少后期注漿量，從而節(jié)約了材料成本；（ 3）風(fēng)化巖硬度較大，水鉆施工大大降低了人工挖出的工作強(qiáng)度，有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。10.2 社會(huì)效益（ 1）安全性高， 水鉆施工不使用爆破施工， 不會(huì)擾動(dòng)巖層， 很大程度上保證了施工人員的安全。（ 2）對(duì)周圍環(huán)境影響較小，施工工序簡(jiǎn)單，質(zhì)量容易控制，工期較短，現(xiàn)場(chǎng)清潔，有明顯的社會(huì)效益。（ 3）采用水鉆施工，不會(huì)產(chǎn)生粉塵，符合建筑環(huán)保的要求。11應(yīng)用