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，在施工中采用較為普遍。隨著城市建設(shè)的發(fā)展，市

2、政管道建設(shè)中，常因道路狹窄、地處鬧市區(qū)、現(xiàn)場條件復(fù)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(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踐，在處理遇風(fēng)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(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)工程項目中，運(yùn)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(jī)代替人工挖除風(fēng)化巖，降低了施工的難度和工作強(qiáng)度，經(jīng)

3、濟(jì)實用。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(fēng)炮機(jī)破碎時，采用水鉆代替人工挖掘。采用公司研制的可旋轉(zhuǎn)操作支架，水鉆機(jī)安裝在支

4、架上；在待挖除面上沿管徑內(nèi)側(cè)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(dāng)巖石受到的力大于其抗拉強(qiáng)度時，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5.1 工藝流程施工準(zhǔn)備搭設(shè)操作支架測量放線及校準(zhǔn)水鉆鉆進(jìn)取芯巖芯破除清運(yùn)開挖面修整管道頂進(jìn)5.2 操作要點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，

5、掌握頂管及水鉆施工的技術(shù)知識和相關(guān)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(hù)的方法。通過沿線調(diào)查研究，結(jié)合現(xiàn)場地形及交通運(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)、測量儀（全站儀、水準(zhǔn)儀）5.2.2 測量放線及校準(zhǔn)（1）使用全站儀、水準(zhǔn)儀等設(shè)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(zhǔn)點坐標(biāo)引入。（2）測量的精度必須達(dá)到要求，其測量結(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。管道測量平臺由地面坐標(biāo)延引下去，后視點精度要求控制在1mm范

6、圍內(nèi)。（3）在頂進(jìn)過程中認(rèn)真記錄好管道內(nèi)的每次測量結(jié)果，在初始頂進(jìn)時應(yīng)每30cm測量一次，正常頂進(jìn)時每50cm測量一次，及時準(zhǔn)確掌握管道的走向，以便及時采取糾偏措施，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)計管徑稍大一點。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)計簡易的操作支架。如下圖所示：圖5.1 支架示意圖（2）測量放線，在開挖的巖面

7、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(jìn)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(jī)固定在繞支架中心軸轉(zhuǎn)動的橫向軸上，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，這樣水鉆機(jī)就形成一個向外的角度，為機(jī)具預(yù)留出一定的尺寸。5.2.4 水鉆鉆進(jìn)取芯（1）水鉆取芯前再次進(jìn)行測量，確保管道頂

8、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，調(diào)節(jié)水鉆機(jī)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(zhuǎn)動支架，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，同時冷卻水流保有一定壓力對鉆頭直接進(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，對管芯部分的巖體進(jìn)行打孔破碎。（2）巖芯破碎首先使用沖擊鉆打小孔，

9、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清理，使用斗車運(yùn)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(yùn)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(jìn)空間，軸向定位與設(shè)計標(biāo)高一致，為避免頂進(jìn)時破快管道外壁，需要用沖擊鉆鑿平侵

10、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，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(jìn)。如此循環(huán)，直至完成頂管

11、工作。（4）頂管后須及時進(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 測量放線質(zhì)量控制（1）測量定位所用的全站儀、水準(zhǔn)儀等測量儀器及工藝控制質(zhì)量檢測設(shè)備必須經(jīng)過鑒定合格，在使用周期內(nèi)的計量器具按二級計量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計量檢測控制。（2）測量基準(zhǔn)點要嚴(yán)格保護(hù)，避免撞擊、毀壞。在施工期間，要定期復(fù)

12、核基準(zhǔn)點是否發(fā)生位移。（3）總標(biāo)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(shè)必須可靠牢固，以免影響測量結(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)時的中線及高程達(dá)到設(shè)計要求。（2）頂進(jìn)過程中控制好機(jī)頭掘

13、進(jìn)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(yīng)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(jìn)過程中由于施工因素較多，在進(jìn)洞時可能產(chǎn)生偏差，應(yīng)在頂管施工中加強(qiáng)測量糾偏，使管線的中線控制在允許范圍內(nèi)。管道頂進(jìn)的允許偏差檢查項目允許偏差（mm）檢查頻次檢查方法鋼筋砼套管范圍點數(shù)1直線頂管水平軸線頂進(jìn)長度300m50每管節(jié)1點用經(jīng)緯儀，或掛中線用尺量測300m頂進(jìn)長度1000m100頂進(jìn)長度1000mL/102直線頂管內(nèi)底高程頂進(jìn)長度300mD1150030，40用經(jīng)緯

14、儀或水平儀測量300m頂進(jìn)長度1000m60，80用水平儀測量頂進(jìn)長度1000m80，1003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(shù)操作工程，并嚴(yán)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(qiáng)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(fù)責(zé)，嚴(yán)密注意電箱機(jī)械是否漏電。（4）施工過程中，打鉆工人在施工作業(yè)時必須嚴(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必須切斷電源。（6）手持電動工具應(yīng)裝設(shè)漏電保護(hù)器，操作時帶絕緣

15、手套。（7）臨時配電線路必須按規(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”，供電線路要用四芯電纜，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，必須設(shè)兩級漏電保護(hù)裝置，實行分級保護(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(jìn)場作業(yè)須戴好安全帽，穿好工作服、防滑鞋等防護(hù)用品。（11）對現(xiàn)場

16、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)場設(shè)置施工標(biāo)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(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，所有外運(yùn)土方汽車在離開現(xiàn)場前必須通過洗車槽，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(fù)責(zé)，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(yáng)塵。當(dāng)天工作結(jié)束，立即

17、對工地現(xiàn)場及周圍道路進(jìn)行清掃，不污染環(huán)境。（6）施工物資進(jìn)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(biāo)識，堆放整齊.散料必須進(jìn)行圍攔；（7）在施工現(xiàn)場外堆放材料應(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單，操作方便，對于人工頂管中出現(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、工具要求簡單，處理

18、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，且可安排兩臺水鉆同時進(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