本工程Φ1400鋼管，采用巖石機械頂管法施工。根據(jù)本工程地質(zhì)實際情況，本工程采用巖石頂管機進行施工，機頭破碎倉可拆卸，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，邊由后部頂進裝置將頂管機連同頂進用管一起沿著計劃管線向前推進，被切削和破碎后的巖渣，由水力壓送裝置送至地面運走的施工方法。

　　2.巖石頂管技術(shù)和特點

　?。?）切削巖層和破碎巖石

　　用於巖層頂管的機頭，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)的刀盤帶動自轉(zhuǎn)，靠刀盤正面壓力，對巖層進行剪切破碎和研扎。被破碎的碎巖石，進入刀盤后方的剪切破碎裝置進行二次破碎后，由泥水將殘渣經(jīng)排泥管運走。

　　該刀盤具有以下二個特點：

　　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，使對巖盤的前一次切削和后一次切削不重復在巖盤的同一個點上的原理，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旋機轉(zhuǎn)的作用。

　?。?）實現(xiàn)長距離頂進

　　由于頂管是在工作井內(nèi)接續(xù)管子，頂進時整個管段向前推進，故頂進時的推力，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。整個頂進結(jié)束后，撤去千斤頂組，使中繼間閉合形成一個標準管節(jié)。

　?。?）易損件的更換在頂進中，刀具（特別是滾輪刀具）是主要易損件之一。可采用能在頂管機內(nèi)刀盤后方現(xiàn)場更換刀具的形式，既保證人身安全，又能延長頂進距離。

　?。?）巖石頂管施工主要優(yōu)缺點分析

　　1）主要優(yōu)點

　　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，費用?。?/p>

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

　　E施工過程中安全易保障，不存在對火工品等危險物品的管理和作業(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管線完成后維護費用低；

　　H工程綜合費用較低。

　　2）缺點

　　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)驗可以借鑒；

　　3.頂管機選擇

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

　　根據(jù)以上特點及業(yè)主要求，采用泥水平衡頂管法進行施工

　　4.巖石頂管機特點

　　(1)專門用于對付巖石及混合地層為主的地質(zhì)。

　　(2)采用加強型刀盤，可耐土壓達300kPa；

　　(3)頂管掘進機在任何狀態(tài)下所有鉸接處的密封裝置應能夠承受0.3MPa的水壓，保證在頂管掘進機頂進時不漏水；

　　(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)實現(xiàn)，使操作員遠離機頭；

　　(6)刀盤鈕矩系數(shù)α為3.15。

　　(7)正常巖石頂管頂進速度為4－6m/天。

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

　　五巖石頂管技術(shù)的應用

　　巖石頂管作為成熟可靠經(jīng)濟的施工工藝和方法，在國外已經(jīng)得到廣泛的應用，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)域開展應用，并取得了長足的進步，目前可以適合不同巖石強度（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雜地質(zhì)，Φ1650鋼管頂管長度635m。

　　（2）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。

　?。?）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，考慮引進日本原裝巖石頂管機械。

　　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

　　頂進距離：110m

　　選用設(shè)備：DH-1200頂管掘進機，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***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***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）施工準備期

　　工作井制作與設(shè)備安裝調(diào)試時間：2個月。

　　2）頂進

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

　　3）工程收尾

　　機頭處理，鋼管壁后砼注漿，設(shè)備撤離，10-15天?？偣て跒?個月。

　　巖石頂管主要施工組織措施

　　1活絡節(jié)與轉(zhuǎn)接環(huán)

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

　　2主頂進系統(tǒng)設(shè)置

　　主頂進系統(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，是頂管設(shè)備系統(tǒng)的主要組成部份。主頂系統(tǒng)的頂進速度由VVVF控制可實施無級變速、啟動和停止由電氣系統(tǒng)聯(lián)動控制。

　?、夙斶M油缸組

　　油缸選用國產(chǎn)的液壓千斤項，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)頂進完成。

　　②液壓泵站

　　選用1臺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)頂進時的工況要求及時控制主頂油缸的頂速。

　?、酆罂勘?/p>

　　管節(jié)頂進時油缸的反力，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，將與頂進軸線保持高度垂直。它與井壁間的后部空隙用素混凝土填實，確保與井壁整體接觸。

　?、苤黜斶M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)；在頂管機機頭內(nèi)設(shè)有監(jiān)視、通訊系統(tǒng)，頂管機的工作情況可通過電視及PLC互控傳遞至地面操作臺，井內(nèi)激光經(jīng)緯儀光束打在機內(nèi)目標靶上，通過攝像頭將畫面顯示在***操作臺的顯示屏上，同時還顯示動態(tài)的泥水倉壓力、進排泥水壓力、糾偏偏離值等。頂管機的全部操作均可在地面完成。

　　4頂管機供電系統(tǒng)：

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

　　5機內(nèi)液壓

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

　　6鋼管進場驗收質(zhì)量控制

　　現(xiàn)場驗收包括主要以下內(nèi)容：

　　①鋼管外防腐情況。

　　②鋼管圓度、端面垂直度、平面度；內(nèi)徑尺寸、壁厚、長度等尺寸進行復核，確保運輸過程中無磨損。

　?、蹖|(zhì)量有問題的管節(jié)做好標記，及時采取修補或更換措施。

　　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，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。

　　8洞口頂管出工作井措施

　?、賹C頭迎面洞口巖石面用水泥砂漿抹平，以防巖石面不平整機頭剛開始時接觸會產(chǎn)生跳動。

　?、诙纯诎惭b止水圈。

　　9頂管機水中回收

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

　　10出渣

　　巖石頂管頂進過程中與泥土頂管不同的是，泥土頂管頂進時注入的是泥水，而巖石頂管頂進時需注入泥漿，頂管頂進打碎的石渣懸浮在泥漿中，通過渣漿泵輸送到地面，再用罐車運走。

　　11減摩、注漿

　　頂管時所遇到的摩擦力主要分為機頭摩擦力和管壁摩擦力，為了減少摩擦力確保順利頂進，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)實際情況，潤滑漿減摩以三步制進行：

　?、贆C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沿線補漿，從機頭后***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個壓漿孔，每個壓漿孔上安裝一只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施工中，減阻泥漿（觸變泥漿）的應用是減小頂進阻力的重要措施。頂進時通過頂管機及管節(jié)上預留的注漿孔，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泥漿套，減小管節(jié)外壁和土層間的摩阻力，從而減小頂進時的頂力，并對頂管管材形成保護層。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。

　?、軐δ酀{原材料進行驗收，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)常對拌好的泥漿進行測試，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)，既要有良好的流動性，又要有一定的稠度。

　　⑥減阻泥漿的灌注應符合下列規(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24小時發(fā)酵后方可灌注；通過馬氏漏斗和失水儀檢測漿的質(zhì)量，保證配比準確。對本工程土質(zhì)，馬氏漏斗粘度應在55s～60s。

　　12通風系統(tǒng)

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

　　13通訊與監(jiān)視系統(tǒng)

　　①機頭與操作臺通訊采用對講機監(jiān)聽及聯(lián)系。工作面現(xiàn)場通訊采用HE系列自動電話總機，用電話機互相聯(lián)系。電話設(shè)置在壓漿棚、中控室、水箱進水泵、機頭。

　?、谂鋫?只低照度攝像頭，一只安裝于機頭儀表盤處，監(jiān)測機頭各項數(shù)據(jù)；一只安裝于工作井內(nèi)，監(jiān)測主千斤頂?shù)膭幼?。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)、井下頂管機頭。

　　***路

　　泥漿系統(tǒng)：10kW

　　風機：

　　7.5kW×2

　　電焊機：25kW

　　抽水泵：5.5kW×2

　　第二路

　　主頂泵站：30kW

　　機頭70kW

　　排泥泵：37kW

　　進水泵：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、漏電保護措施。井下管內(nèi)照明用電采用36v的低壓行燈?，F(xiàn)場配電間為適應上述要求，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，按工作井和接收井預留孔的實際中心坐標測量放線，定出管道頂進軸線并將軸線投放到周邊測量基點和井壁上。在四周建立測量控制網(wǎng)，并定期進行復核各控制點。投放頂管測量始測點和2個后視點，始測點設(shè)在頂管后座專用測量平臺上，后視點設(shè)于前導墻上部的井壁上，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)緯儀進行測量作用：由于激光束方向性強、功率密度高，故在頂管施工中通常采用激光經(jīng)緯儀作為頂進基準點安裝在工作井中，對鋪設(shè)管子的頂進起導向作用。

　　工作原理：由激光經(jīng)緯儀發(fā)射的激光束，照射在頂管機目標靶的中心點上，光束所指為設(shè)定頂進方向，此時表明機器方位準確，施工中諾有偏離則需要進行方向修正。

　　16糾偏控制措施

　　頂管要按設(shè)計要求的軸線，坡度進行。主要是頂管機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：

　?、偾跍y勤糾：即每頂進一段距離，測量一次頂管機軸線及標高偏差情況。通知頂管機操作人員，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?、軸線的偏差值等計算出糾偏方法、數(shù)據(jù)，再按此進行糾偏。

　?、谛〗嵌燃m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°。

　?、奂m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，這時也要保持管道軸線以適當?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)在對接前，應對使用的鋼管進行幾何尺寸的檢查，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细竦匿摴苓M行管端兩面的坡口進行打磨除銹和清除污物。

　?、阡摴軐悠囱b應在工作井的對接區(qū)內(nèi)進行，對接時應用鋼板定位板和鐵錚進行全位子定位，相鄰對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)相鄰兩鋼管對接定位后，在管外端進行定位焊接（間斷焊）。

　?、茕摴軐迎h(huán)焊縫，經(jīng)檢驗合格后，方可進行防腐處理。檢驗方式首先是外觀質(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）采用滾動導軌對鋼管的防腐層進行保護。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）落實專人每天對現(xiàn)場管道外防腐進行質(zhì)檢，一旦發(fā)現(xiàn)外防腐有破損現(xiàn)象，進行修補。