本工程Φ1400鋼管，采用巖石機(jī)械頂管法施工。根據(jù)本工程地質(zhì)實(shí)際情況，本工程采用巖石頂管機(jī)進(jìn)行施工，機(jī)頭破碎倉可拆卸，刀盤需加裝破碎刀頭及滾刀，以便在土巖中更好的發(fā)揮作用，加快頂進(jìn)速度。巖石頂管施工工藝見下圖：

　　1.巖石頂管概述

　　所謂巖石頂管是用頂管機(jī)本體前方刀盤邊切削巖體并破碎切削后的巖石，邊由后部頂進(jìn)裝置將頂管機(jī)連同頂進(jìn)用管一起沿著計(jì)劃管線向前推進(jìn)，被切削和破碎后的巖渣，由水力壓送裝置送至地面運(yùn)走的施工方法。

　　2.巖石頂管技術(shù)和特點(diǎn)

　?。?）切削巖層和破碎巖石

　　用於巖層頂管的機(jī)頭，其刀盤正面布置有各種刀具，其中的滾輪刀具由能正反旋轉(zhuǎn)的刀盤帶動(dòng)自轉(zhuǎn)，靠刀盤正面壓力，對(duì)巖層進(jìn)行剪切破碎和研扎。被破碎的碎巖石，進(jìn)入刀盤后方的剪切破碎裝置進(jìn)行二次破碎后，由泥水將殘?jiān)?jīng)排泥管運(yùn)走。

　　該刀盤具有以下二個(gè)特點(diǎn)：

　　1）一次破碎用的滾輪刀，其滾輪上的圓型突出部，呈不均等狀態(tài)布置于滾輪上。該布置，是在充分研究了刀盤旋轉(zhuǎn)過程中，使對(duì)巖盤的前一次切削和后一次切削不重復(fù)在巖盤的同一個(gè)點(diǎn)上的原理，從而大大提高了切削效率和滾刀母體的耐用程度。

　　2）二次破碎，是由刀盤后方的剪切回轉(zhuǎn)破碎裝置，依靠該裝置的外圓錐筒和內(nèi)圓錐轉(zhuǎn)子，進(jìn)行剪切破碎。因該破碎方法，不是依靠刀盤正面加壓，從而起到了既能破碎巖石，又能保持土體平衡及防止頂管機(jī)旋機(jī)轉(zhuǎn)的作用。

　　（2）實(shí)現(xiàn)長距離頂進(jìn)

　　由于頂管是在工作井內(nèi)接續(xù)管子，頂進(jìn)時(shí)整個(gè)管段向前推進(jìn)，故頂進(jìn)時(shí)的推力，主要是克服管外壁與地層間的摩擦力。而管材的軸向耐荷力有一定限度，施工中采用以下方法予以解決：

　　1）在頂管機(jī)后部和各管段內(nèi)通過注漿孔向管外壁和地層間的空隙注入潤滑劑，形成漿套，可大大降低管壁摩阻，其效率在25%?60%（視土層不同而不同）。

　　2）在管段間按一定間隔設(shè)置‘中繼間’的千斤頂組，采用接力方式頂進(jìn)。整個(gè)頂進(jìn)結(jié)束后，撤去千斤頂組，使中繼間閉合形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)。

　?。?）易損件的更換在頂進(jìn)中，刀具（特別是滾輪刀具）是主要易損件之一?？刹捎媚茉陧敼軝C(jī)內(nèi)刀盤后方現(xiàn)場更換刀具的形式，既保證人身安全，又能延長頂進(jìn)距離。

　?。?）巖石頂管施工主要優(yōu)缺點(diǎn)分析

　　1）主要優(yōu)點(diǎn)

　　A施工方法與工藝較可靠；

　　B工期短；

　　C施工用地少，前期工作簡單，費(fèi)用??；

　　D對(duì)自然環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生破壞，污染少，良好的生態(tài)保護(hù)，能夠保持原有的生態(tài)環(huán)境；

　　E施工過程中安全易保障，不存在對(duì)火工品等危險(xiǎn)物品的管理和作業(yè)；

　　F施工作業(yè)工序簡單，作業(yè)人員少，施工現(xiàn)場易管理；

　　G管線完成后維護(hù)費(fèi)用低；

　　H工程綜合費(fèi)用較低。

　　2）缺點(diǎn)

　　A初期設(shè)備投資高；

　　B作為新技術(shù)、新工藝，目前國內(nèi)使用的相對(duì)比較少，沒有形成非常成熟的完整的施工規(guī)范，施工往往無成熟的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒；

　　3.頂管機(jī)選擇

　　本工程具有以下特點(diǎn)：根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，頂管斷面有60m的巖石層，為第⑦層綠泥角閃巖：中風(fēng)化，較硬，較完整；飽和單軸抗壓強(qiáng)度平均值33.1Mpa，屬較堅(jiān)硬巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)屬Ⅳ類.另外有50m，的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土.施工管道為鋼管，鋼管接口焊接時(shí)間比砼管接口時(shí)間長的多，要求設(shè)備形式施工速度要快。

　　根據(jù)以上特點(diǎn)及業(yè)主要求，采用泥水平衡頂管法進(jìn)行施工

　　4.巖石頂管機(jī)特點(diǎn)

　　(1)專門用于對(duì)付巖石及混合地層為主的地質(zhì)。

　　(2)采用加強(qiáng)型刀盤，可耐土壓達(dá)300kPa；

　　(3)頂管掘進(jìn)機(jī)在任何狀態(tài)下所有鉸接處的密封裝置應(yīng)能夠承受0.3MPa的水壓，保證在頂管掘進(jìn)機(jī)頂進(jìn)時(shí)不漏水；

　　(4)具有2次破碎功能

　　(5)地面操作式，用電視攝像系統(tǒng)監(jiān)視頂管機(jī)內(nèi)狀況，各類參數(shù)的表示和操作通過電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，使操作員遠(yuǎn)離機(jī)頭；

　　(6)刀盤鈕矩系數(shù)α為3.15。

　　(7)正常巖石頂管頂進(jìn)速度為4－6m/天。

　　正常淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土頂管頂進(jìn)速度為10－12m/天。.

　　五巖石頂管技術(shù)的應(yīng)用

　　巖石頂管作為成熟可靠經(jīng)濟(jì)的施工工藝和方法，在國外已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，在我國自2003年開始，作為新技術(shù)、新工藝、新方法，在石油、電力、供水等領(lǐng)域開展應(yīng)用，并取得了長足的進(jìn)步，目前可以適合不同巖石強(qiáng)度（50－200Mpa）、不同管徑的需求（DN1000－DN2500mm），特別是長距離的巖石頂管的設(shè)備、施工工藝、方法已趨成熟可靠。

　　當(dāng)前國內(nèi)部分成功采用巖石頂管的工程有：

　?。?）內(nèi)蒙古黃河鐙口供水工程頂管工程，中砂層、礫石層以及中硬巖等復(fù)雜地質(zhì)，Φ1650鋼管頂管長度635m。

　?。?）西氣東輸二線東段攝水河頂管隧道工程，σ＝60～100MPa硬巖石層，DN2200mm混凝土管，頂管長度388m。

　　（3）西氣東輸二線中線瞭望山頂管隧道工程，σ＝80MPa硬巖石層，DN2200mm混凝土管，頂管長度295m。

　?。?）采用巖石頂管的施工方法在技術(shù)上是完全可行的。為安全起見，考慮引進(jìn)日本原裝巖石頂管機(jī)械。

　　6巖石頂管施工

　　巖石頂管施工的基本條件：

　　地質(zhì)情況：σ＝40～50MPa硬巖石層管材：Φ1400鋼管δ＝16mm

　　頂進(jìn)距離：110m

　　選用設(shè)備：DH-1200頂管掘進(jìn)機(jī)，外徑1450mm

　　基坑深度：26m

　　1.主頂系統(tǒng)的選擇

　　主頂系統(tǒng)推薦選用4個(gè)***大推力為2000kN的主頂油缸，則其***大推力8000kN小于鋼管能承受的***大頂力（15837kN），故主頂系統(tǒng)設(shè)定***大推力為的8000kN是合理的。

　　2.結(jié)論

　　綜上所述，本工程主頂系統(tǒng)配置4個(gè)***大推力為2000kN的主頂油缸，***大推力為樟樹坑引水工程昌江過河頂管工程施工方案8000kN。

　　4.巖石頂管施工工期

　　1）施工準(zhǔn)備期

　　工作井制作與設(shè)備安裝調(diào)試時(shí)間：2個(gè)月。

　　2）頂進(jìn)

　　考慮到施工管節(jié)按6m，正常每天頂進(jìn)1節(jié)，每天的頂進(jìn)進(jìn)度為6m，理論上20天可以完成穿山段110m管線長度的頂管工作，實(shí)際按20天考慮。

　　3）工程收尾

　　機(jī)頭處理，鋼管壁后砼注漿，設(shè)備撤離，10-15天。總工期為3個(gè)月。

　　巖石頂管主要施工組織措施

　　1活絡(luò)節(jié)與轉(zhuǎn)接環(huán)

　　鋼管頂管機(jī)頭與轉(zhuǎn)接環(huán)焊接后，再通過活絡(luò)節(jié)與后殼體采用承插口方式以內(nèi)法蘭及螺栓群連接。

　　2主頂進(jìn)系統(tǒng)設(shè)置

　　主頂進(jìn)系統(tǒng)由油缸組、頂環(huán)、后靠背及液壓泵站等組成，其主要功能是完成管節(jié)頂進(jìn)，是頂管設(shè)備系統(tǒng)的主要組成部份。主頂系統(tǒng)的頂進(jìn)速度由VVVF控制可實(shí)施無級(jí)變速、啟動(dòng)和停止由電氣系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制。

　?、夙斶M(jìn)油缸組

　　油缸選用國產(chǎn)的液壓千斤項(xiàng)，每只油缸***大推力為2000kN，裝備4只，可滿足頂管***大允許頂力的要求。油缸行程3.5m，頂進(jìn)過程中根據(jù)管節(jié)長度加入行程頂鐵可一次連續(xù)頂進(jìn)完成。

　?、谝簤罕谜?/p>

　　選用1臺(tái)63升柱塞泵為主泵，通過VVVF變頻調(diào)速改變油泵的流量，根據(jù)頂進(jìn)時(shí)的工況要求及時(shí)控制主頂油缸的頂速。

　　③后靠背

　　管節(jié)頂進(jìn)時(shí)油缸的反力，通過鋼后靠背均勻地傳遞到工作井井壁上，避免井壁受力不均或局部受力過大造成井壁結(jié)構(gòu)破壞。鋼后靠背安裝時(shí)，將與頂進(jìn)軸線保持高度垂直。它與井壁間的后部空隙用素混凝土填實(shí)，確保與井壁整體接觸。

　?、苤黜斶M(jìn)裝置主要技術(shù)參數(shù)

　　油缸數(shù)量：4只

　　油缸原始尺寸：D×L＝Φ350×2710mm

　　油缸行程：S=3500mm

　　***大推力：Fmax＝8000kN

　　3電氣控制系統(tǒng)

　　傳遞各種操縱指令；調(diào)節(jié)各執(zhí)行元件的狀態(tài)；在頂管機(jī)機(jī)頭內(nèi)設(shè)有監(jiān)視、通訊系統(tǒng)，頂管機(jī)的工作情況可通過電視及PLC互控傳遞至地面操作臺(tái)，井內(nèi)激光經(jīng)緯儀光束打在機(jī)內(nèi)目標(biāo)靶上，通過攝像頭將畫面顯示在***操作臺(tái)的顯示屏上，同時(shí)還顯示動(dòng)態(tài)的泥水倉壓力、進(jìn)排泥水壓力、糾偏偏離值等。頂管機(jī)的全部操作均可在地面完成。

　　4頂管機(jī)供電系統(tǒng)：

　　根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，接入公共電網(wǎng)或用發(fā)電機(jī)發(fā)電。

　　5機(jī)內(nèi)液壓

　　接受控制系統(tǒng)PLC的指令，為機(jī)內(nèi)進(jìn)排泥閥、旁通閥、糾偏油缸等液壓執(zhí)行元件提供液壓能。

　　6鋼管進(jìn)場驗(yàn)收質(zhì)量控制

　　現(xiàn)場驗(yàn)收包括主要以下內(nèi)容：

　?、黉摴芡夥栏闆r。

　?、阡摴軋A度、端面垂直度、平面度；內(nèi)徑尺寸、壁厚、長度等尺寸進(jìn)行復(fù)核，確保運(yùn)輸過程中無磨損。

　　③對(duì)質(zhì)量有問題的管節(jié)做好標(biāo)記，及時(shí)采取修補(bǔ)或更換措施。

　　7管材堆放安裝

　?、黉摴芏逊庞谄秸麍龅厣?，并采用方木固定防止?jié)L動(dòng)，鋼管排列整齊，避免管接口相互碰撞，管節(jié)堆放一層。

　?、谙鹿軙r(shí)采用起重吊車，用專用吊具吊起，安放于頂管基坑軌道上，就位后用頂鐵頂進(jìn)。

　　8洞口頂管出工作井措施

　　①將機(jī)頭迎面洞口巖石面用水泥砂漿抹平，以防巖石面不平整機(jī)頭剛開始時(shí)接觸會(huì)產(chǎn)生跳動(dòng)。

　?、诙纯诎惭b止水圈。

　　9頂管機(jī)水中回收

　　除了頂進(jìn)過程中應(yīng)加強(qiáng)軸線測量，確保頂進(jìn)軸線與實(shí)際軸線一致外，頂管頂至距離接收井50米左右時(shí)，可對(duì)頂管機(jī)頭部位置進(jìn)行軸線復(fù)測，確保頂進(jìn)過程中頂管機(jī)頭部在水平及豎直方向的***大偏差不超過10cm。頂管機(jī)頂?shù)剿鏁r(shí)，用鋼板封閉頂管機(jī)后部，保證頂管機(jī)內(nèi)部不漏水.然后在水中切割同頂管機(jī)后部連接的鋼管，用輪船的浮吊回收頂管機(jī)

　　10出渣

　　巖石頂管頂進(jìn)過程中與泥土頂管不同的是，泥土頂管頂進(jìn)時(shí)注入的是泥水，而巖石頂管頂進(jìn)時(shí)需注入泥漿，頂管頂進(jìn)打碎的石渣懸浮在泥漿中，通過渣漿泵輸送到地面，再用罐車運(yùn)走。

　　11減摩、注漿

　　頂管時(shí)所遇到的摩擦力主要分為機(jī)頭摩擦力和管壁摩擦力，為了減少摩擦力確保順利頂進(jìn)，避免頂管管材外防腐的損壞，因此采取潤滑漿減摩措施，根據(jù)實(shí)際情況，潤滑漿減摩以三步制進(jìn)行：

　?、贆C(jī)尾同步壓漿，漿孔3只，環(huán)形分部，專門一套壓漿系統(tǒng)供給，粘度略高，為60～65s。

　　②沿線補(bǔ)漿，從機(jī)頭后***節(jié)鋼管至管道***后一節(jié)鋼管上布置注漿孔（在頂通后用悶板進(jìn)行封閉），整段管道12m設(shè)置一圈壓漿閥管，漿孔外部是一圈鋼板厚度為3mm的勻漿套，使膨潤土漿向后形成均勻的漿套。每圈設(shè)3個(gè)壓漿孔，每個(gè)壓漿孔上安裝一只l寸球閥，由橡膠軟管與壓漿總管相連，壓漿總管是一根1.5寸白鐵管，連接壓漿泵，以上壓漿系統(tǒng)上設(shè)有流量、壓力調(diào)節(jié)閥，粘度55～60s。

　?、垌斶M(jìn)施工中，減阻泥漿（觸變泥漿）的應(yīng)用是減小頂進(jìn)阻力的重要措施。頂進(jìn)時(shí)通過頂管機(jī)及管節(jié)上預(yù)留的注漿孔，向管道外壁壓入一定量的減阻泥漿，在管道四周外圍形成一個(gè)泥漿套，減小管節(jié)外壁和土層間的摩阻力，從而減小頂進(jìn)時(shí)的頂力，并對(duì)頂管管材形成保護(hù)層。泥漿套形成的好壞，直接關(guān)系到減阻的效果，關(guān)系到工程的成敗。

　　④對(duì)泥漿原材料進(jìn)行驗(yàn)收，保證其質(zhì)量；制定合理的泥漿配比，保證潤滑泥漿的穩(wěn)定；

　　經(jīng)常對(duì)拌好的泥漿進(jìn)行測試，確保潤滑泥漿的質(zhì)量。

　?、轀p阻泥漿的性能要穩(wěn)定，施工期間要求泥漿不失水、不沉淀、不固結(jié)，既要有良好的流動(dòng)性，又要有一定的稠度。

　　⑥減阻泥漿的灌注應(yīng)符合下列規(guī)定：采用專門拌漿通拌漿，并保證水質(zhì)。攪拌均勻的泥漿應(yīng)24小時(shí)發(fā)酵后方可灌注；通過馬氏漏斗和失水儀檢測漿的質(zhì)量，保證配比準(zhǔn)確。對(duì)本工程土質(zhì)，馬氏漏斗粘度應(yīng)在55s～60s。

　　12通風(fēng)系統(tǒng)

　　在長距離頂管中，通風(fēng)是一個(gè)不容忽視的問題，它直接影響至管內(nèi)工作人員的安全。為獲得理想的通風(fēng)效果，本工程采用高壓鼓風(fēng)機(jī)通風(fēng)，用一根Φ200PVC管接入，機(jī)內(nèi)風(fēng)口直達(dá)擋土艙***前處。并在管道沿線上方配置若干處軸流風(fēng)扇，向井內(nèi)排出渾濁空氣。通風(fēng)量不小于100m3/h。并在管道內(nèi)設(shè)置有毒有害氣體檢測報(bào)警裝置。

　　13通訊與監(jiān)視系統(tǒng)

　　①機(jī)頭與操作臺(tái)通訊采用對(duì)講機(jī)監(jiān)聽及聯(lián)系。工作面現(xiàn)場通訊采用HE系列自動(dòng)電話總機(jī)，用電話機(jī)互相聯(lián)系。電話設(shè)置在壓漿棚、中控室、水箱進(jìn)水泵、機(jī)頭。

　?、谂鋫?只低照度攝像頭，一只安裝于機(jī)頭儀表盤處，監(jiān)測機(jī)頭各項(xiàng)數(shù)據(jù)；一只安裝于工作井內(nèi)，監(jiān)測主千斤頂?shù)膭?dòng)作。監(jiān)視器安裝***控制室，以利技術(shù)人員正確指揮。

　　14供電系統(tǒng)

　　輸出端電纜分二路，分別為井內(nèi)供電系統(tǒng)、井下頂管機(jī)頭。

　　***路

　　泥漿系統(tǒng)：10kW

　　風(fēng)機(jī)：

　　7.5kW×2

　　電焊機(jī)：25kW

　　抽水泵：5.5kW×2

　　第二路

　　主頂泵站：30kW

　　機(jī)頭70kW

　　排泥泵：37kW

　　進(jìn)水泵：30kW

　　管內(nèi)用三相五芯式70mm電纜供電。管內(nèi)供電系統(tǒng)配備可靠的觸電、漏電保護(hù)措施。井下管內(nèi)照明用電采用36v的低壓行燈。現(xiàn)場配電間為適應(yīng)上述要求，安裝600A主受電柜一只，分別輸入3只配電屏，經(jīng)2路分送至各用電部門。

　　15測量系統(tǒng)

　?、倨矫婵刂凭W(wǎng)的建立

　　地面上按業(yè)主提供的軸線控制樁定位，用托普康全站儀測量。頂管施工時(shí)，按工作井和接收井預(yù)留孔的實(shí)際中心坐標(biāo)測量放線，定出管道頂進(jìn)軸線并將軸線投放到周邊測量基點(diǎn)和井壁上。在四周建立測量控制網(wǎng)，并定期進(jìn)行復(fù)核各控制點(diǎn)。投放頂管測量始測點(diǎn)和2個(gè)后視點(diǎn)，始測點(diǎn)設(shè)在頂管后座專用測量平臺(tái)上，后視點(diǎn)設(shè)于前導(dǎo)墻上部的井壁上，定期互相校核。

　?、诠艿垒S線測量

　　通常通過頂管中使用的井內(nèi)激光經(jīng)緯儀進(jìn)行測量作用：由于激光束方向性強(qiáng)、功率密度高，故在頂管施工中通常采用激光經(jīng)緯儀作為頂進(jìn)基準(zhǔn)點(diǎn)安裝在工作井中，對(duì)鋪設(shè)管子的頂進(jìn)起導(dǎo)向作用。

　　工作原理：由激光經(jīng)緯儀發(fā)射的激光束，照射在頂管機(jī)目標(biāo)靶的中心點(diǎn)上，光束所指為設(shè)定頂進(jìn)方向，此時(shí)表明機(jī)器方位準(zhǔn)確，施工中諾有偏離則需要進(jìn)行方向修正。

　　16糾偏控制措施

　　頂管要按設(shè)計(jì)要求的軸線，坡度進(jìn)行。主要是頂管機(jī)頭部測量與糾偏的相互配合。糾偏是完成管道線型的主要手段。

　　糾偏措施如下：

　　①勤測勤糾：即每頂進(jìn)一段距離，測量一次頂管機(jī)軸線及標(biāo)高偏差情況。通知頂管機(jī)操作人員，操作人員再根據(jù)現(xiàn)在的糾偏角度、各方向上千斤頂?shù)挠蛪褐?、軸線的偏差值等計(jì)算出糾偏方法、數(shù)據(jù)，再按此進(jìn)行糾偏。

　　②小角度糾偏：每次糾偏角度要小，每次的糾偏角度變化值一般的都不大于0.3°。

　　③糾偏操作中不能大起大落，如果在某處已經(jīng)出現(xiàn)了較大的偏差，這時(shí)也要保持管道軸線以適當(dāng)?shù)那拾霃街鸩降胤祷氐捷S線上來，避免相鄰兩段間形成的夾角過大。

　　17頂管焊接工藝流程

　　管節(jié)在對(duì)接前，應(yīng)對(duì)使用的鋼管進(jìn)行幾何尺寸的檢查，確保無誤。鋼管表面光滑，無裂紋、結(jié)疤、折疊、損傷和劃痕，端面及接口連接范圍內(nèi)無影響接口質(zhì)量的不平整、環(huán)向變形等缺陷，且焊縫處余高打磨并平穩(wěn)過渡。

　?、賹?duì)合格的鋼管進(jìn)行管端兩面的坡口進(jìn)行打磨除銹和清除污物。

　?、阡摴軐?duì)接拼裝應(yīng)在工作井的對(duì)接區(qū)內(nèi)進(jìn)行，對(duì)接時(shí)應(yīng)用鋼板定位板和鐵錚進(jìn)行全位子定位，相鄰對(duì)接鋼管的兩管外徑偏差≤2.5mm，管端端面垂直度≤2.0mm(接管間隙)。

　?、劬畠?nèi)相鄰兩鋼管對(duì)接定位后，在管外端進(jìn)行定位焊接（間斷焊）。

　?、茕摴軐?duì)接環(huán)焊縫，經(jīng)檢驗(yàn)合格后，方可進(jìn)行防腐處理。檢驗(yàn)方式首先是外觀質(zhì)量檢查，具體要求：焊縫與熱影響區(qū)表面不得有裂紋、氣孔、斷弧、弧坑和灰渣等缺陷；表面要光順、均勻、焊道與母體應(yīng)平穩(wěn)過渡；焊縫余高：0.5mm～3.0mm；咬邊：深度≤0.5mm，且長度≤100mm；相鄰管節(jié)錯(cuò)位不大于2mm，無未焊滿現(xiàn)象。檢查方法用焊縫量規(guī)、鋼尺、放大鏡測量，每個(gè)接口逐條檢查（包括管道底部焊縫）。鋼管外防腐質(zhì)量保證措施：1）采用滾動(dòng)導(dǎo)軌對(duì)鋼管的防腐層進(jìn)行保護(hù)。2）現(xiàn)場管節(jié)堆放處用枕木襯墊確保鋼管外防腐不破損。3）落實(shí)專人每天對(duì)現(xiàn)場管道外防腐進(jìn)行質(zhì)檢，一旦發(fā)現(xiàn)外防腐有破損現(xiàn)象，進(jìn)行修補(bǔ)。