本工程Φ1400钢管，采用岩石机械顶管法施工。根据本工程地质实际情况，本工程采用岩石顶管机进行施工，机头破碎仓可拆卸，刀盘需加装破碎刀头及滚刀，以便在土岩中更好的发挥作用，加快顶进速度。岩石顶管施工工艺见下图：

　　1.岩石顶管概述

　　所谓岩石顶管是用顶管机本体前方刀盘边切削岩体并破碎切削后的岩石，边由后部顶进装置将顶管机连同顶进用管一起沿着计划管线向前推进，被切削和破碎后的岩渣，由水力压送装置送至地面运走的施工方法。

　　2.岩石顶管技术和特点

　　（1）切削岩层和破碎岩石

　　用於岩层顶管的机头，其刀盘正面布置有各种刀具，其中的滚轮刀具由能正反旋转的刀盘带动自转，靠刀盘正面压力，对岩层进行剪切破碎和研扎。被破碎的碎岩石，进入刀盘后方的剪切破碎装置进行二次破碎后，由泥水将残渣经排泥管运走。

　　该刀盘具有以下二个特点：

　　1）一次破碎用的滚轮刀，其滚轮上的圆型突出部，呈不均等状态布置于滚轮上。该布置，是在充分研究了刀盘旋转过程中，使对岩盘的前一次切削和后一次切削不重复在岩盘的同一个点上的原理，从而大大提高了切削效率和滚刀母体的耐用程度。

　　2）二次破碎，是由刀盘后方的剪切回转破碎装置，依靠该装置的外圆锥筒和内圆锥转子，进行剪切破碎。因该破碎方法，不是依靠刀盘正面加压，从而起到了既能破碎岩石，又能保持土体平衡及防止顶管机旋机转的作用。

　　（2）实现长距离顶进

　　由于顶管是在工作井内接续管子，顶进时整个管段向前推进，故顶进时的推力，主要是克服管外壁与地层间的摩擦力。而管材的轴向耐荷力有一定限度，施工中采用以下方法予以解决：

　　1）在顶管机后部和各管段内通过注浆孔向管外壁和地层间的空隙注入润滑剂，形成浆套，可大大降低管壁摩阻，其效率在25%〜60%（视土层不同而不同）。

　　2）在管段间按一定间隔设置‘中继间’的千斤顶組，采用接力方式顶进。整个顶进结束后，撤去千斤顶组，使中继间闭合形成一个标准管节。

　　（3）易损件的更换在顶进中，刀具（特別是滾轮刀具）是主要易损件之一。可采用能在顶管机内刀盘后方现场更换刀具的形式，既保证人身安全，又能延长顶进距离。

　　（4）岩石顶管施工主要优缺点分析

　　1）主要优点

　　A施工方法与工艺较可靠；

　　B工期短；

　　C施工用地少，前期工作简单，费用省；

　　D对自然环境不会产生破坏，污染少，良好的生态保护，能够保持原有的生态环境；

　　E施工过程中安全易保障，不存在对火工品等危险物品的管理和作业；

　　F施工作业工序简单，作业人员少，施工现场易管理；

　　G管线完成后维护费用低；

　　H工程综合费用较低。

　　2）缺点

　　A初期设备投资高；

　　B作为新技术、新工艺，目前国内使用的相对比较少，没有形成非常成熟的完整的施工规范，施工往往无成熟的经验可以借鉴；

　　3.顶管机选择

　　本工程具有以下特点：根据地质报告，顶管断面有60m的岩石层，为第⑦层绿泥角闪岩：中风化，较硬，较完整；饱和单轴抗压强度平均值33.1Mpa，属较坚硬岩，岩体基本质量等级属Ⅳ类.另外有50m，的淤泥质粉质黏土.施工管道为钢管，钢管接口焊接时间比砼管接口时间长的多，要求设备形式施工速度要快。

　　根据以上特点及业主要求，采用泥水平衡顶管法进行施工

　　4.岩石顶管机特点

　　(1)专门用于对付岩石及混合地层为主的地质。

　　(2)采用加强型刀盘，可耐土压达300kPa；

　　(3)顶管掘进机在任何状态下所有铰接处的密封装置应能够承受0.3MPa的水压，保证在顶管掘进机顶进时不漏水；

　　(4)具有2次破碎功能

　　(5)地面操作式，用电视摄像系统监视顶管机内状况，各类参数的表示和操作通过电气控制系统实现，使操作员远离机头；

　　(6)刀盘钮矩系数α为3.15。

　　(7)正常岩石顶管顶进速度为4－6m/天。

　　正常淤泥质粉质黏土顶管顶进速度为10－12m/天。.

　　五岩石顶管技术的应用

　　岩石顶管作为成熟可靠经济的施工工艺和方法，在国外已经得到广泛的应用，在我国自2003年开始，作为新技术、新工艺、新方法，在石油、电力、供水等领域开展应用，并取得了长足的进步，目前可以适合不同岩石强度（50－200Mpa）、不同管径的需求（DN1000－DN2500mm），特别是长距离的岩石顶管的设备、施工工艺、方法已趋成熟可靠。

　　当前国内部分成功采用岩石顶管的工程有：

　　（1）内蒙古黄河镫口供水工程顶管工程，中砂层、砾石层以及中硬岩等复杂地质，Φ1650钢管顶管长度635m。

　　（2）西气东输二线东段摄水河顶管隧道工程，σ＝60～100MPa硬岩石层，DN2200mm混凝土管，顶管长度388m。

　　（3）西气东输二线中线瞭望山顶管隧道工程，σ＝80MPa硬岩石层，DN2200mm混凝土管，顶管长度295m。

　　（4）采用岩石顶管的施工方法在技术上是完全可行的。为安全起见，考虑引进日本原装岩石顶管机械。

　　6岩石顶管施工

　　岩石顶管施工的基本条件：

　　地质情况：σ＝40～50MPa硬岩石层管材：Φ1400钢管δ＝16mm

　　顶进距离：110m

　　选用设备：DH-1200顶管掘进机，外径1450mm

　　基坑深度：26m

　　1.主顶系统的选择

　　主顶系统推荐选用4个***大推力为2000kN的主顶油缸，则其***大推力8000kN小于钢管能承受的***大顶力（15837kN），故主顶系统设定***大推力为的8000kN是合理的。

　　2.结论

　　综上所述，本工程主顶系统配置4个***大推力为2000kN的主顶油缸，***大推力为樟树坑引水工程昌江过河顶管工程施工方案8000kN。

　　4.岩石顶管施工工期

　　1）施工准备期

　　工作井制作与设备安装调试时间：2个月。

　　2）顶进

　　考虑到施工管节按6m，正常每天顶进1节，每天的顶进进度为6m，理论上20天可以完成穿山段110m管线长度的顶管工作，实际按20天考虑。

　　3）工程收尾

　　机头处理，钢管壁后砼注浆，设备撤离，10-15天。总工期为3个月。

　　岩石顶管主要施工组织措施

　　1活络节与转接环

　　钢管顶管机头与转接环焊接后，再通过活络节与后壳体采用承插口方式以内法兰及螺栓群连接。

　　2主顶进系统设置

　　主顶进系统由油缸组、顶环、后靠背及液压泵站等组成，其主要功能是完成管节顶进，是顶管设备系统的主要组成部份。主顶系统的顶进速度由VVVF控制可实施无级变速、启动和停止由电气系统联动控制。

　　①顶进油缸组

　　油缸选用国产的液压千斤项，每只油缸***大推力为2000kN，装备4只，可满足顶管***大允许顶力的要求。油缸行程3.5m，顶进过程中根据管节长度加入行程顶铁可一次连续顶进完成。

　　②液压泵站

　　选用1台63升柱塞泵为主泵，通过VVVF变频调速改变油泵的流量，根据顶进时的工况要求及时控制主顶油缸的顶速。

　　③后靠背

　　管节顶进时油缸的反力，通过钢后靠背均匀地传递到工作井井壁上，避免井壁受力不均或局部受力过大造成井壁结构破坏。钢后靠背安装时，将与顶进轴线保持高度垂直。它与井壁间的后部空隙用素混凝土填实，确保与井壁整体接触。

　　④主顶进装置主要技术参数

　　油缸数量：4只

　　油缸原始尺寸：D×L＝Φ350×2710mm

　　油缸行程：S=3500mm

　　***大推力：Fmax＝8000kN

　　3电气控制系统

　　传递各种操纵指令；调节各执行元件的状态；在顶管机机头内设有监视、通讯系统，顶管机的工作情况可通过电视及PLC互控传递至地面操作台，井内激光经纬仪光束打在机内目标靶上，通过摄像头将画面显示在***操作台的显示屏上，同时还显示动态的泥水仓压力、进排泥水压力、纠偏偏离值等。顶管机的全部操作均可在地面完成。

　　4顶管机供电系统：

　　根据现场实际情况，接入公共电网或用发电机发电。

　　5机内液压

　　接受控制系统PLC的指令，为机内进排泥阀、旁通阀、纠偏油缸等液压执行元件提供液压能。

　　6钢管进场验收质量控制

　　现场验收包括主要以下内容：

　　①钢管外防腐情况。

　　②钢管圆度、端面垂直度、平面度；内径尺寸、壁厚、长度等尺寸进行复核，确保运输过程中无磨损。

　　③对质量有问题的管节做好标记，及时采取修补或更换措施。

　　7管材堆放安装

　　①钢管堆放于平整场地上，并采用方木固定防止滚动，钢管排列整齐，避免管接口相互碰撞，管节堆放一层。

　　②下管时采用起重吊车，用专用吊具吊起，安放于顶管基坑轨道上，就位后用顶铁顶进。

　　8洞口顶管出工作井措施

　　①将机头迎面洞口岩石面用水泥砂浆抹平，以防岩石面不平整机头刚开始时接触会产生跳动。

　　②洞口安装止水圈。

　　9顶管机水中回收

　　除了顶进过程中应加强轴线测量，确保顶进轴线与实际轴线一致外，顶管顶至距离接收井50米左右时，可对顶管机头部位置进行轴线复测，确保顶进过程中顶管机头部在水平及竖直方向的***大偏差不超过10cm。顶管机顶到水面时，用钢板封闭顶管机后部，保证顶管机内部不漏水.然后在水中切割同顶管机后部连接的钢管，用轮船的浮吊回收顶管机

　　10出渣

　　岩石顶管顶进过程中与泥土顶管不同的是，泥土顶管顶进时注入的是泥水，而岩石顶管顶进时需注入泥浆，顶管顶进打碎的石渣悬浮在泥浆中，通过渣浆泵输送到地面，再用罐车运走。

　　11减摩、注浆

　　顶管时所遇到的摩擦力主要分为机头摩擦力和管壁摩擦力，为了减少摩擦力确保顺利顶进，避免顶管管材外防腐的损坏，因此采取润滑浆减摩措施，根据实际情况，润滑浆减摩以三步制进行：

　　①机尾同步压浆，浆孔3只，环形分部，专门一套压浆系统供给，粘度略高，为60～65s。

　　②沿线补浆，从机头后***节钢管至管道***后一节钢管上布置注浆孔（在顶通后用闷板进行封闭），整段管道12m设置一圈压浆阀管，浆孔外部是一圈钢板厚度为3mm的匀浆套，使膨润土浆向后形成均匀的浆套。每圈设3个压浆孔，每个压浆孔上安装一只l寸球阀，由橡胶软管与压浆总管相连，压浆总管是一根1.5寸白铁管，连接压浆泵，以上压浆系统上设有流量、压力调节阀，粘度55～60s。

　　③顶进施工中，减阻泥浆（触变泥浆）的应用是减小顶进阻力的重要措施。顶进时通过顶管机及管节上预留的注浆孔，向管道外壁压入一定量的减阻泥浆，在管道四周外围形成一个泥浆套，减小管节外壁和土层间的摩阻力，从而减小顶进时的顶力，并对顶管管材形成保护层。泥浆套形成的好坏，直接关系到减阻的效果，关系到工程的成败。

　　④对泥浆原材料进行验收，保证其质量；制定合理的泥浆配比，保证润滑泥浆的稳定；

　　经常对拌好的泥浆进行测试，确保润滑泥浆的质量。

　　⑤减阻泥浆的性能要稳定，施工期间要求泥浆不失水、不沉淀、不固结，既要有良好的流动性，又要有一定的稠度。

　　⑥减阻泥浆的灌注应符合下列规定：采用专门拌浆通拌浆，并保证水质。搅拌均匀的泥浆应24小时发酵后方可灌注；通过马氏漏斗和失水仪检测浆的质量，保证配比准确。对本工程土质，马氏漏斗粘度应在55s～60s。

　　12通风系统

　　在长距离顶管中，通风是一个不容忽视的问题，它直接影响至管内工作人员的安全。为获得理想的通风效果，本工程采用高压鼓风机通风，用一根Φ200PVC管接入，机内风口直达挡土舱***前处。并在管道沿线上方配置若干处轴流风扇，向井内排出浑浊空气。通风量不小于100m3/h。并在管道内设置有毒有害气体检测报警装置。

　　13通讯与监视系统

　　①机头与操作台通讯采用对讲机监听及联系。工作面现场通讯采用HE系列自动电话总机，用电话机互相联系。电话设置在压浆棚、中控室、水箱进水泵、机头。

　　②配备2只低照度摄像头，一只安装于机头仪表盘处，监测机头各项数据；一只安装于工作井内，监测主千斤顶的动作。监视器安装***控制室，以利技术人员正确指挥。

　　14供电系统

　　输出端电缆分二路，分别为井内供电系统、井下顶管机头。

　　***路

　　泥浆系统：10kW

　　风机：

　　7.5kW×2

　　电焊机：25kW

　　抽水泵：5.5kW×2

　　第二路

　　主顶泵站：30kW

　　机头70kW

　　排泥泵：37kW

　　进水泵：30kW

　　管内用三相五芯式70mm电缆供电。管内供电系统配备可靠的触电、漏电保护措施。井下管内照明用电采用36v的低压行灯。现场配电间为适应上述要求，安装600A主受电柜一只，分别输入3只配电屏，经2路分送至各用电部门。

　　15测量系统

　　①平面控制网的建立

　　地面上按业主提供的轴线控制桩定位，用托普康全站仪测量。顶管施工时，按工作井和接收井预留孔的实际中心坐标测量放线，定出管道顶进轴线并将轴线投放到周边测量基点和井壁上。在四周建立测量控制网，并定期进行复核各控制点。投放顶管测量始测点和2个后视点，始测点设在顶管后座专用测量平台上，后视点设于前导墙上部的井壁上，定期互相校核。

　　②管道轴线测量

　　通常通过顶管中使用的井内激光经纬仪进行测量作用：由于激光束方向性强、功率密度高，故在顶管施工中通常采用激光经纬仪作为顶进基准点安装在工作井中，对铺设管子的顶进起导向作用。

　　工作原理：由激光经纬仪发射的激光束，照射在顶管机目标靶的中心点上，光束所指为设定顶进方向，此时表明机器方位准确，施工中诺有偏离则需要进行方向修正。

　　16纠偏控制措施

　　顶管要按设计要求的轴线，坡度进行。主要是顶管机头部测量与纠偏的相互配合。纠偏是完成管道线型的主要手段。

　　纠偏措施如下：

　　①勤测勤纠：即每顶进一段距离，测量一次顶管机轴线及标高偏差情况。通知顶管机操作人员，操作人员再根据现在的纠偏角度、各方向上千斤顶的油压值、轴线的偏差值等计算出纠偏方法、数据，再按此进行纠偏。

　　②小角度纠偏：每次纠偏角度要小，每次的纠偏角度变化值一般的都不大于0.3°。

　　③纠偏操作中不能大起大落，如果在某处已经出现了较大的偏差，这时也要保持管道轴线以适当的曲率半径逐步地返回到轴线上来，避免相邻两段间形成的夹角过大。

　　17顶管焊接工艺流程

　　管节在对接前，应对使用的钢管进行几何尺寸的检查，确保无误。钢管表面光滑，无裂纹、结疤、折叠、损伤和划痕，端面及接口连接范围内无影响接口质量的不平整、环向变形等缺陷，且焊缝处余高打磨并平稳过渡。

　　①对合格的钢管进行管端两面的坡口进行打磨除锈和清除污物。

　　②钢管对接拼装应在工作井的对接区内进行，对接时应用钢板定位板和铁铮进行全位子定位，相邻对接钢管的两管外径偏差≤2.5mm，管端端面垂直度≤2.0mm(接管间隙)。

　　③井内相邻两钢管对接定位后，在管外端进行定位焊接（间断焊）。

　　④钢管对接环焊缝，经检验合格后，方可进行防腐处理。检验方式首先是外观质量检查，具体要求：焊缝与热影响区表面不得有裂纹、气孔、断弧、弧坑和灰渣等缺陷；表面要光顺、均匀、焊道与母体应平稳过渡；焊缝余高：0.5mm～3.0mm；咬边：深度≤0.5mm，且长度≤100mm；相邻管节错位不大于2mm，无未焊满现象。检查方法用焊缝量规、钢尺、放大镜测量，每个接口逐条检查（包括管道底部焊缝）。钢管外防腐质量保证措施：1）采用滚动导轨对钢管的防腐层进行保护。2）现场管节堆放处用枕木衬垫确保钢管外防腐不破损。3）落实专人每天对现场管道外防腐进行质检，一旦发现外防腐有破损现象，进行修补。