360度旋轉水鉆破除風化巖人工頂管施工工法

1、360 度旋轉水鉆破除風化巖人工頂管施工工法廣西建工集團第一建筑工程有限責任公司羅松儉 楊淵 陳少偉 黃耀章 李立強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施工技術，是近年來發(fā)展 較快的一種管道施工技術，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，因設備簡單，操作方便，施工成本低，施工進度快，施工過程易于控制 等特點，在施工中采用較為普遍。隨著城市建設

2、的發(fā)展，市政管道建設中，常因道路狹窄、地處鬧市區(qū)、現(xiàn)場條件復雜等原因而 必須使用頂管施工。對于短距離的頂管工程，一般使用人工頂管進行施工，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。但也會遇到地質(zhì)條件較復雜的土層，如風化巖層。廣西建工集團第一建筑工程有限責任公司通過工程 的施工實踐，在處理遇風化巖的頂管中，積累了豐富的經(jīng)驗，通過施工中不斷對該工藝進行改進和 完善，經(jīng)過總結，形成了本工法。在公司承建的欽州大欖坪污水管網(wǎng)工程項目中，運用本工法，施 工效果好，安全可靠、實用。2工法特點2.1 采用水鉆機代替人工挖除風化巖，降低了施工

3、的難度和工作強度，經(jīng)濟實用。2.2 該工法彌補了水鉆機鉆孔精度差、 水鉆機自重大操作困難的弊端， 水鉆機安裝在可旋轉的 支架上，提高了施工效率。2.3 施工機具簡單，施工工藝可操作性強， 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)管徑大小進行調(diào)節(jié)，并能調(diào)整水鉆機鉆進的角度。2.5 避免使用風炮產(chǎn)生的巨大聲響以及風炮破除時產(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硬石層的地質(zhì)情況，以及人工挖掘困難的堅硬土層的頂管施 工。4工藝原理人工頂管手掘式開挖中，遇到堅硬巖層人工挖除困難，且無法使用爆破和風炮機破碎時，采用 水鉆代替人工挖掘。采用公

4、司研制的可旋轉操作支架，水鉆機安裝在支架上；在待挖除面上沿管徑 內(nèi)側鉆若干個孔，孔孔相連，鉆孔后取芯，待所有水鉆鉆孔連成一個環(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，當巖石受到的力大于其抗拉強度時，巖塊 受拉破壞，巖石碎塊全部運出后，進行下一輪鉆孔、取芯、破碎、外運。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5.1 工藝流程5.2 操作要點5.2.1 施工準備1、技術準備頂管施工前，技術負責人須組織相關施工人員進行安全技術交底，掌握頂管及水鉆施工的技術

5、知識和相關要求，了解施工場地工程地質(zhì)情況，了解危險因素和安全防護的方法。通過沿線調(diào)查研究，結合現(xiàn)場地形及交通運輸、水源、電源、排水條件，已制定出相應的技術 措施。2、工具準備施工人員的防護用品施工機具：水鉆機頂管施工所需的機具：活塞式液壓千斤頂、注漿機、鼓風機、空氣壓縮機、水泥攪拌機、測量儀(全站儀、水準儀)5.2.2測量放線及校準(1) 使用全站儀、水準儀等設備，測量現(xiàn)狀地面高程及管道軸線，將控制線從工地周邊的水準 點坐標引入。(2) 測量的精度必須達到要求， 其測量結果和精度將直接影響管道的頂進方向和的頂管的質(zhì)量。管道測量平臺由地面坐標延引下去，后視點精度要求控制在1mm范圍內(nèi)。（3） 在

6、頂進過程中認真記錄好管道內(nèi)的每次測量結果，在初始頂進時應每30cm測量一次，正 常頂進時每50cm測量一次，及時準確掌握管道的走向，以便及時采取糾偏措施，將管道頂進控制在允許范圍內(nèi)。（4）在管道內(nèi)，每次進行水鉆鉆孔取芯之前，須使用全站儀進行測量定位，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計管徑稍大一點。5.2.3 搭設操作支架（1）在工作面搭設水鉆機操作支撐架體，水鉆機支架必須安全，穩(wěn)固。為滿足水鉆機的鉆孔取 芯要求，設計簡易的操作支架。如下圖所示：誠于- -y.'1:>Cr圖5.1支架示

7、意圖（2）測量放線，在開挖的巖面上定出管道的中心軸線點，用沖擊鉆在巖面上打出一個小孔，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方向可調(diào)節(jié)的頂托進行頂撐固定。（4） 初步固定好后，再用測量儀器確定好 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） 臥式水鉆機固定在繞支架中心軸轉動的橫向軸上，這樣水鉆機就能到達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的尺寸進行確定；B端鋼圓環(huán)直徑要比 A端稍小點，這樣水鉆機就形成一個向外的角度，為機具預留出一定的尺寸。5.2.4 水鉆鉆進

8、取芯（1）水鉆取芯前再次進行測量，確保管道頂進準確無誤。采用鉆筒直徑為150mm的水鉆機在巖面上鉆孔。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) 當鉆至深度約60cm時，調(diào)節(jié)水鉆機的手動調(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。轉動支架，將水鉆機轉至下一位置，進行下一循環(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，同時冷卻水流保有一定壓力對鉆頭直接進行 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(1) 全部鉆孔及取芯工作完成后，對管芯部分的巖

9、體進行打孔破碎。(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。破碎的石塊由人工及時清理，使用斗車運送至頂管工作井，由工作井上 方的活動式龍門吊吊出工作井運至指定堆場，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空間，

10、軸向定位與設計標高一致，為避免頂進時破快管道外壁， 需要用沖擊鉆鑿平侵占空間的鋸齒狀巖石，使頂管能順利進行。5.2.7 管道頂進（ 1）頂管施工前的各準備工作就緒，如臺背、千斤頂、導軌等的安裝，將機頭由工作井頂入土 體，用龍門吊將管節(jié)吊放入工作井內(nèi)，接于機頭后部，測量管道中心線及前端后端底高程，確認合 格后將第一節(jié)鋼筋混凝土管頂入。（ 2）驗收合格的管材用起重設備吊到工作井的軌道上就位，頂管前應在管材兩端安裝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 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。如此循環(huán)，直至完成頂管工作。（ 4）頂管后須及時進行壓注水泥漿，通過管壁上的預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材料與設備6.1 機具設備抽水機，鼓風機，頂管施工的設備，水鉆機6.2 工具設備全站儀、水準儀燈具，鋼楔，鐵錘，沖擊鉆、鐵鏟，水管，操作支架（鋼管、滑輪、頂托、電焊機）6.3 運輸設備 斗車，龍門吊6.4 防護用品防護眼鏡、口罩、膠鞋、絕緣手套7質(zhì)量控制7.1 測量放線質(zhì)量控制（ 1）測量定位所用的全站儀、水準儀等測量儀器及工藝控制質(zhì)量檢測設備必須經(jīng)過鑒定合格， 在使用周期內(nèi)的計量器具

12、按二級計量標準進行計量檢測控制。（ 2）測量基準點要嚴格保護， 避免撞擊、 毀壞。 在施工期間， 要定期復核基準點是否發(fā)生位移。（ 3）總標高控制點的引測，必須采用閉合測量方法，確保引測精度。（ 4）所有測量觀察點的埋設必須可靠牢固，以免影響測量結果精度。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，否則頂進方向 會產(chǎn)生偏差。（ 2）水鉆機安裝必須穩(wěn)定，鉆進深度盡量控制一致，使開挖面與管道垂直，易于下循環(huán)鉆進工作的進行。(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) 頂管機在頂進前嚴格檢查機頭的中線及高程，確保起初始掘進時的中線及高程達到設計要 求。(2) 頂進過程中控制好機頭掘進時的偏移量，如有偏差及時糾偏。(3) 接口必須密實、順直、不脫落。(4) 頂管接口應對正管縫，管節(jié)不錯口，填料密實、均勻，管底坡度不得有倒落水。(5) 頂管完畢，目測直順、無反坡、清潔、不積水、管節(jié)無裂縫，段間無滲漏。(6) 在頂進過程中由于施工因素較多，在進洞時可能產(chǎn)生偏差， 應在頂管施工中加強測量糾偏, 使管線的中線控制在允許范圍內(nèi)。管道頂進的允許偏差檢查項目允許偏差(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長度V 300m50每管節(jié)1占八、

14、用經(jīng)緯儀，或 掛中線用尺量 測300m頂進長度V 1000m100頂進長度 1000mL/102直線頂管 內(nèi)底高程頂進長度V 300mD1 1500+30, - 40用經(jīng)緯儀或水平儀測量300m頂進長度V 1000m+60, - 80用水平儀測量頂進長度 1000m+80, - 1003相鄰管間錯口鋼筋砼套管15%壁厚，且 20用尺測量8 安全措施(1) 在施工過程中，堅決執(zhí)行建筑安裝工程安全技術操作工程，并嚴格遵守現(xiàn)場規(guī)章制度, 服從現(xiàn)場總包單位的安全管理，加強內(nèi)部安全管理(2) 非電工不得擅自接電，接電時必須請電工操作。(3) 電源電器由專人負責，嚴密注意電箱機械是否漏電。(4) 施工過程

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

16、裝置，實行分級保護，形成完整的保護系統(tǒng)。漏電保護裝置的選擇應符合規(guī)定。（ 10）施工人員進入現(xiàn)場必須經(jīng)過三級安全教育，新工人須經(jīng)安全教育并經(jīng)考核合格后方可上 崗。進場作業(yè)須戴好安全帽，穿好工作服、防滑鞋等防護用品。（ 11）對現(xiàn)場的工作井，在邊沿處設置兩道護身欄桿，懸掛安全警示牌，并應于夜間設紅色標 志燈。（ 12）吊運材料時堆放應分散，不得集中堆放。9環(huán)保措施（ 1）在施工現(xiàn)場設置施工標志牌，現(xiàn)場平面布圖和安全生產(chǎn)、消防保衛(wèi)、環(huán)境保護、文明施工 制度牌。（ 2）施工范圍要嚴格控制，不在范圍以外，搭設、臨設、停放機具、材料等。（ 3）設出口洗車平臺，所有外運土方汽車在離開現(xiàn)場前必須通過洗車槽，

17、沖洗污水統(tǒng)一集中處 理后再排放。（ 4）車輛出門時，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）場內(nèi)外道路清潔工作由專人負責，及時清理卡車掉落的土石方等雜物。施工現(xiàn)場道路實施 撒水防塵措施，以確保道路不揚塵。當天工作結束，立即對工地現(xiàn)場及周圍道路進行清掃，不污染 環(huán)境。（ 6）施工物資進場必須按施工現(xiàn)場平面布置圖布置，分規(guī)格、分品種，做好標識，堆放整齊 散料必須進行圍攔；（ 7）在施工現(xiàn)場外堆放材料應得到有關方面的批準；（ 8）施工垃圾及時堆放在指定的地點，余料及時清理回收；（ 9）現(xiàn)場注意材料的節(jié)約，并做到工完場清.（ 10）采取有效措施控制粉塵、噪聲的排放，減少對周

18、邊居民的干擾。（ 11）嚴格禁污水亂排放，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 本工法工藝簡單，操作方便，對于人工頂管中出現(xiàn)的風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。該工法的材料、工具要求簡單，處 理成本低，具有很強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)濟效益（ 1）從本法應用的實際效果來看，在風化巖地質(zhì)條件下采用該方法進行短距離的人工頂管，施 工進度顯著提高，施工操作方便，且可安排兩臺水鉆同時進行施工，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）風化巖硬度較大，水鉆施工大大降低了人工挖出的工作強度，有明顯的經(jīng)濟效益。10.2 社會效益（ 1）安全性高， 水鉆施工不使用爆破施工， 不會擾動巖層， 很大程度上保證了施工人員的安全。（ 2）對周圍環(huán)境影響較小，施工工序簡單，質(zhì)量容易控制，工期較短，現(xiàn)場清潔，有明顯的社會效益。（ 3）采用水鉆施工，不會產(chǎn)生粉塵，符合建筑環(huán)保的要求。11應用