CN113338983B - 适用于高水位岩石地质的大管径泥水平衡顶管施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了适用于高水位岩石地质的大管径泥水平衡顶管施工方法，解决了现有泥水平衡式顶管施工方法无法满足高效地在高水位岩石地质中施工的技术问题。本发明包括步骤：设备安装→始顶→触变泥浆施工→管道顶进→顶至接收井→掏渣及泥浆外运→加注水泥、粉煤灰浆液→拆除设备；在施工的全过程中对触变泥浆、纠偏等进行实时控制，保证施工质量和施工效率。本发明不仅解决了高水位岩石地质的管道开挖，而且减少了干扰、加快了进度，可以保障地面现有大交通流量的正常通行及周边居民的正常出行，避免了开挖施工征地拆迁的投入，工期缩短了30%，节约用地15亩，减少土石方开挖弃置15万方，综合相比相比降低造价15%。

Description

适用于高水位岩石地质的大管径泥水平衡顶管施工方法

技术领域

本发明涉及泥水平衡式顶管机隧道施工的技术领域，特别是指适用于高水位岩石地质的大管径泥水平衡顶管施工方法。

背景技术

国家对市政施工中越来越重视绿色施工，顶管施工相对于大开挖施工，可以很好满足“五节一环保”的要求，提升经济效益，同时能保障施工的进度和安全。特别对改扩建工程、深埋设管道、过路管道、穿越建筑物的管道采用顶管施工技术，以减少拆迁的工程量，减少施工对交通的影响，减少施工对周围居民、行人的影响。但是传统的泥水平衡顶管工法无法对岩石底层进行顶进，无法将岩石转化成碎石，使用排泥泵排出工作井外，这种方法不能进行连续不断的作业。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出适用于高水位岩石地质的大管径泥水平衡顶管施工方法，解决了现有泥水平衡式顶管施工方法无法满足高效地在高水位岩石地质中施工的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：适用于高水位岩石地质的大管径泥水平衡顶管施工方法，包括以下步骤：

设备安装→始顶→触变泥浆施工→管道顶进→顶至接收井→掏渣及泥浆外运→加注水泥、粉煤灰浆液→拆除设备；

所述设备为岩石二次破碎泥水平衡顶管机，岩石二次破碎泥水平衡顶管机的刀盘上设置有高强合金滚刀、贝壳刀，刀盘首先将掌子面的岩石、较大的叩石进行第一次破碎，破碎后的碎石进入刀盘后锥形体和破碎条进行二次破碎，使其卵石或被切削岩石粒径小于3cm后，通过高压砂石泵通过管道将碎屑、泥水输送到井外，包裹渣料的泥浆借助泥水循环和分离系统将渣料运输到地面，筛分出来的碴料用于当做透水性材料进行的回填，掌子面采用高压化学泥浆混同高压水进行平衡，以防地面沉降和隆起；

在顶进的过程中进行长距离导向控制，激光导向系统和监控系统对顶管机的各种工作参数进行实时跟踪，利用纠偏系统对顶进方向进行调整，将管道铺设在预定的位置；

所述触变泥浆施工中的触变泥浆系统包括拌浆装置、注浆装置及浆液管道，触变泥浆系统的泥浆池靠近工作井且采用并联法通过螺杆泵与注浆装置相连；

管道顶进时先检查顶铁安装是否平直，然后按以下程序进行：安装顶铁→开油泵使千斤顶伸出活塞→千斤顶伸出活塞额定长度后开阀门回油→下管。

施工前对地下管线与施工区之间的土体进行注浆加固；管道顶进时顶管连续顶进，暂停时间控制在12小时之内，如果停顶时间超过12小时，必须每隔12小时之内至少注浆一次，注浆量为：每平方米管材表面积0.05~0.01立方米浆液，并在重新开顶前大量注浆，每平方不小于0.2立方米。

管道两侧采用人工开挖，严禁动用任何机械开挖，依次分段开挖，分节悬吊，使每处悬吊点充分承受管线的重量，逐渐把重量转移至工字钢上，管道两侧的杂填土清理干净，尽可能减少工字钢负载重量，悬吊完成后，在管道外侧缠绕一圈海绵+锡箔纸，防止阳光暴晒及风化影响，施工结束后，对管壁或井壁松散土和空隙之间进行注浆充填加固。

在直线顶管中，采用激光经纬仪测量，激光经纬仪安置在观测台上，激光经纬仪发出的激光束为管道中心线且为顶管导向的基准线，施工开始时将顶管机的测量靶的中心与激光斑点中心重合，当顶管机头出现偏差，相应激光斑点将偏离靶中心，测量靶图像通过视频传送到操作台的监示器上，从而观察出激光斑点将偏离靶中心偏离图像，通过控制纠偏千斤顶的伸缩量，进行顶进方向的纠正，使顶管机始终沿激光束方向前进。

高程控制：

1）根据设计坡度要求，沿线路布设四等水准路线，并在各井口处埋设临时水准点以供顶管高程放样。

2）根据顶管线路所布设的导线点及水准点，标定出井的平面位置及测定其深度，以指导工作井的开挖施工；定出始发井与接收井的管道中心点，并将其投设于地面，记为井口投点，作好标记，由于投点处于井的边缘，事先作好投点的支架搭设与焊接标志工作；

3）以布设的线路导线点中的一个导线点及一条边的方位角，重新精密测定二井间的导线，即贯通导线，并联测二井投点，在有条件的地方，最好将投点作为导线点，以便获得投点的精确坐标，所有导线点应埋设牢固标志，以备复测，根据贯通导线及井口投点，在始发井边缘放样出顶进方向的坐标点，而后与井口投点一起向井下投设方向线，并将高程从井上传至井下，埋设临时水准标点；

4）在工作井下建立控制观测台，在其上配置有强制对中的仪器基座，并设有上下左右可调节的装置，能使架设于其上的仪器调整到中线的位置，或与中线偏离一定距离，并使仪器横轴调整到中线的高度上或与中线偏离一定距离。

纠偏：顶管机的测靶网格为10mm，根据顶管机测量靶激光点的偏移量计算顶管机的斜率，伸出相应的纠偏千斤顶组，使顶管机推进改变方向，从而实现顶进方向的控制；纠正偏量应缓慢进行，使管节逐渐复位，不得猛纠硬调；顶管机头附有测量靶，激光经纬仪安置在观测台上，在工作中，激光经纬仪发出的激光束既为管道中心线，又符合设计坡度要求，实为顶管导向的基准线，施工开始时使测量靶中心与激光光斑中心重合，当掘进机头出现偏差，相应测量靶中心将偏离光斑中心，从而给出偏离信号，通过通过视频传送到操作台的监示器，进行顶进方向的纠正，使机头始终沿激光束方向前进。

在管道顶进过程中应不间断的进行测量管道的垂直高程和侧向位置的偏移情况，掘进机开始顶进5～10m的范围内，允许偏差应为：轴线位置50mm，高程30mm；当超过允许偏差时，应采取措施纠正；掘进机前方有纠偏节，纠偏节中安装有纠偏千斤顶，顶进过程中，根据测量反馈的结果，调整纠偏千斤顶，使工具头改变方向，从而实现顶进方向的控制；如果掘进机的方向偏差超过10mm，即应采用纠偏千斤顶进行纠偏；

管顶出穿墙管及在长度30～40m范围内的偏差是影响全段偏差的关键，特别是出墙洞时，由于管段长度短、工具头重量大，近出洞口土质易受扰动等因素的影响，往往会导致向下偏，此时，应该综合运用掘进机自身纠偏和调整千斤顶的作用力合力中心来控制顶管方向；

每次纠偏的幅度以5mm为一个单元，再顶进1m时，如果根据顶管机的测斜仪及激光经纬仪测量偏位趋势没有减少，增大纠偏力度且以5mm为一个单元；如果根据顶管机的测斜仪及激光经纬仪测量偏位趋势稳定或减少时，保持该纠偏力度，继续顶进，当偏位趋势相反时，则需要将纠偏力度逐渐减少；

纠偏应贯穿在顶进施工的全过程，实时严密监测顶管的偏位情况，并及时纠偏，做到纠偏在偏位发生的萌芽阶段。

在顶进过程中对触变泥浆的控制，在顶进过程中，随着距离的增长，管道的摩阻力也随之增大，为了在施工过程中尽可能地降低管道外侧的阻力，向顶管外侧喷谢触变泥浆；

1）触变泥浆系统设置：顶进过程中，进行压触变泥浆工作；注浆孔的形状及布置：在每节管的前端布置三个触变泥浆注浆孔，注浆孔为预埋直径25mm的镀锌钢管，呈120度布置；泥浆总管采用直径50mm镀锌管，通过泥浆泵将地面泥浆站的泥浆送入总管，再由与总管相连的三通支管联通各个注浆孔，经过不断压浆，在管外壁形成一个泥浆套；总管安装在管道内一侧，支管则把总管内压送过来的浆液输送到每个注浆孔；

2）浆液配置：拌浆：把注浆材料兑水以后再搅拌成所需的浆液，造浆后应静置24小时后方可使用；注浆：通过注浆泵进行，根据压力表和流量表，控制注浆的压力，压力控制在水深的1.1—1.2 倍，通过计量桶控制注浆量；触变泥浆由膨润土、水、掺和料配置而成，其中水：土=4.5：1，土：掺合料=25：1，膨润土使用抗盐膨润土；搅拌后的触变泥浆应达到以下性能指标：①粘度大于30s；②滤失量小于25ml/30min；③含砂率不大于3%；④稳定性静置24小时无离析水；⑤静切力为100Pa；⑥pH小于10；

3）注浆流程：造浆静置――注浆――顶管推进注浆――顶管停顶――停止注浆；压浆量为管道外围环形空隙的1.5倍，压注压力根据管顶水压力而定。

顶管机顶入接收井，在顶进接近接收井前，先将接收井施工好等待顶管机的接收，当顶进到接收井边时，必须先复测本段管道的长度与设计长度相符，然后通过测量得知顶管机出口的具体位置，将接收井工具头出洞位置的混凝土井壁凿除，当顶管机进入接收井边时，顶管机要快速顶进，直至顶管机完全顶出接收井，如遇地下水丰富时，用棉纱堵塞住管和洞口间的空隙，等顶管机完全出洞后即用水玻璃或水泥浆压住止水。

使用本发明的技术方案与明挖凿除岩石相比，不仅解决了高水位岩石地质的管道开挖，而且减少了干扰、加快了进度，可以保障地面现有大交通流量的正常通行，及周边居民的正常出行，避免了开挖施工征地拆迁的投入，工期缩短了30%，节约用地15亩，减少土石方开挖弃置15万方，有效节约用地和文明施工，综合相比大开挖凿除岩石方法相比降低造价15%。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种适用于高水位岩石地质的大管径泥水平衡顶管施工方法，包括以下步骤：

设备安装→始顶→触变泥浆施工→管道顶进→顶至接收井→掏渣及泥浆外运→加注水泥、粉煤灰浆液→拆除设备。

（1）施工准备

泥水平衡顶管施工前应编制详细的施工组织设计，其中施工方案应包括以下内容：

1、工程概况：危大工程概况和特点、施工平面布置、施工要求和技术保证条件；

2、编制依据：施工方案应依据经过批准的工程文件，地堪资料，相关法律、法规、规范性文件、标准、规范及施工组织设计等；

3、施工计划：包括施工进度计划、材料与设备计划；

4、施工工艺技术：施工过程控制的技术措施主要包括以下内容：工作井内管子的吊运的安装、泥水处理、测量等作业的空间布置以及及平行或交叉作业的安排等；顶管入洞及出洞措施；施工过程中操作室与掘进机头等。及工作井的设计和施工方法主要包括以下内容：工作井的位置及断面形式的选择；工作井的尺寸；工作井的开挖及支撑方法；后背结构的设计及安装方法；洞口密封的设计；工作平台的支搭方法；工作井的降水措施等技术参数、工艺流程、施工方法、操作要求、检查要求等；施工过程控制的技术措施主要包括以下内容：工作井内管子的吊运的安装、泥水处理、测量等作业的空间布置以及及平行或交叉作业的安排等；顶管入洞及出洞措施；施工过程中操作室与掘进机头。

5、质量、安全、文明、季节施工技术措施

质量及安全技术措施主要包括：控制顶进轴线、高程误差及其他质量因素的措施；顶进操作及设备维护的技术与安全措施；控制地面隆起、沉降的措施；穿越重要构筑物的技术与安全措施；现场文明施工保证；季节施工保证措施

6、施工管理及作业人员配备和分工：施工管理人员、专职安全生产管理人员、特种作业人员、其他作业人员等；

7、验收要求：验收标准、验收程序、验收内容、验收人员等；

8、应急处置措施：进行施工过程中技术、质量、安全的风险分析，制订处理风险事件的应急措施。

9、计算书及相关图纸

计算书包括：顶力的计算、后背承载力的计算、土压力和泥水压力控制值计算、泥水的稠度控制计算、注浆系统的相关计算等。

（2）顶管主要施工设备的安装与调试：

1）机头吊入工作井前应进行详细检查。

2）装、卸机头时应平稳、缓慢，避免冲击、碰撞，并由专人指挥，确保安全。

3）机头安放在导轨上后，应测定前后端的中心的方向偏差和相对高差，高程误差不超过5mm，并做好记录，机头与导轨的接触面必须平稳、吻合。

4）机头必须对电路、油路、气压、泥浆管路等设备进行逐一连接，各部件连接牢固，不得渗漏，安装正确，并对各分系统进行认真检查和试运行。

具体的施工方法为：所述设备为岩石二次破碎泥水平衡顶管机，岩石二次破碎泥水平衡顶管机的刀盘上设置有高强合金滚刀、贝壳刀，刀盘首先将掌子面的岩石、较大的叩石进行第一次破碎，破碎后的碎石进入刀盘后锥形体和破碎条进行二次破碎，使其卵石或被切削岩石粒径小于3cm后，通过高压砂石泵通过管道将碎屑、泥水输送到井外，包裹渣料的泥浆借助泥水循环和分离系统将渣料运输到地面，筛分出来的碴料用于当做透水性材料进行的回填，掌子面采用高压化学泥浆混同高压水进行平衡，以防地面沉降和隆起；

在顶进的过程中进行长距离导向控制，激光导向系统和监控系统对顶管机的各种工作参数进行实时跟踪，利用纠偏系统对顶进方向进行调整，将管道铺设在预定的位置；

所述触变泥浆施工中的触变泥浆系统包括拌浆装置、注浆装置及浆液管道，触变泥浆系统的泥浆池靠近工作井且采用并联法通过螺杆泵与注浆装置相连；

管道顶进时先检查顶铁安装是否平直，然后按以下程序进行：安装顶铁→开油泵使千斤顶伸出活塞→千斤顶伸出活塞额定长度后开阀门回油→下管。

施工前对地下管线与施工区之间的土体进行注浆加固；管道顶进时顶管连续顶进，暂停时间控制在12小时之内，如果停顶时间超过12小时，必须每隔12小时之内至少注浆一次，注浆量为：每平方米管材表面积0.05~0.01立方米浆液，并在重新开顶前大量注浆，每平方不小于0.2立方米。

管道两侧采用人工开挖，严禁动用任何机械开挖，依次分段开挖，分节悬吊，使每处悬吊点充分承受管线的重量，逐渐把重量转移至工字钢上，管道两侧的杂填土清理干净，尽可能减少工字钢负载重量，悬吊完成后，在管道外侧缠绕一圈海绵+锡箔纸，防止阳光暴晒及风化影响，施工结束后，对管壁或井壁松散土和空隙之间进行注浆充填加固。

在直线顶管中，采用激光经纬仪测量，激光经纬仪安置在观测台上，激光经纬仪发出的激光束为管道中心线且为顶管导向的基准线，施工开始时将顶管机的测量靶的中心与激光斑点中心重合，当顶管机头出现偏差，相应激光斑点将偏离靶中心，测量靶图像通过视频传送到操作台的监示器上，从而观察出激光斑点将偏离靶中心偏离图像，通过控制纠偏千斤顶的伸缩量，进行顶进方向的纠正，使顶管机始终沿激光束方向前进。

高程控制：

1）根据设计坡度要求，沿线路布设四等水准路线，并在各井口处埋设临时水准点以供顶管高程放样。

2）根据顶管线路所布设的导线点及水准点，标定出井的平面位置及测定其深度，以指导工作井的开挖施工；定出始发井与接收井的管道中心点，并将其投设于地面，记为井口投点，作好标记，由于投点处于井的边缘，事先作好投点的支架搭设与焊接标志工作；

3）以布设的线路导线点中的一个导线点及一条边的方位角，重新精密测定二井间的导线，即贯通导线，并联测二井投点，在有条件的地方，最好将投点作为导线点，以便获得投点的精确坐标，所有导线点应埋设牢固标志，以备复测，根据贯通导线及井口投点，在始发井边缘放样出顶进方向的坐标点，而后与井口投点一起向井下投设方向线，并将高程从井上传至井下，埋设临时水准标点；

4）在工作井下建立控制观测台，在其上配置有强制对中的仪器基座，并设有上下左右可调节的装置，能使架设于其上的仪器调整到中线的位置，或与中线偏离一定距离，并使仪器横轴调整到中线的高度上或与中线偏离一定距离。

纠偏：顶管机的测靶网格为10mm，根据顶管机测量靶激光点的偏移量计算顶管机的斜率，伸出相应的纠偏千斤顶组，使顶管机推进改变方向，从而实现顶进方向的控制；纠正偏量应缓慢进行，使管节逐渐复位，不得猛纠硬调；顶管机头附有测量靶，激光经纬仪安置在观测台上，在工作中，激光经纬仪发出的激光束既为管道中心线，又符合设计坡度要求，实为顶管导向的基准线，施工开始时使测量靶中心与激光光斑中心重合，当掘进机头出现偏差，相应测量靶中心将偏离光斑中心，从而给出偏离信号，通过通过视频传送到操作台的监示器，进行顶进方向的纠正，使机头始终沿激光束方向前进。

在管道顶进过程中应不间断的进行测量管道的垂直高程和侧向位置的偏移情况，掘进机开始顶进5～10m的范围内，允许偏差应为：轴线位置50mm，高程30mm；当超过允许偏差时，应采取措施纠正；掘进机前方有纠偏节，纠偏节中安装有纠偏千斤顶，顶进过程中，根据测量反馈的结果，调整纠偏千斤顶，使工具头改变方向，从而实现顶进方向的控制；如果掘进机的方向偏差超过10mm，即应采用纠偏千斤顶进行纠偏；

管顶出穿墙管及在长度30～40m范围内的偏差是影响全段偏差的关键，特别是出墙洞时，由于管段长度短、工具头重量大，近出洞口土质易受扰动等因素的影响，往往会导致向下偏，此时，应该综合运用掘进机自身纠偏和调整千斤顶的作用力合力中心来控制顶管方向；

每次纠偏的幅度以5mm为一个单元，再顶进1m时，如果根据顶管机的测斜仪及激光经纬仪测量偏位趋势没有减少，增大纠偏力度且以5mm为一个单元；如果根据顶管机的测斜仪及激光经纬仪测量偏位趋势稳定或减少时，保持该纠偏力度，继续顶进，当偏位趋势相反时，则需要将纠偏力度逐渐减少；

纠偏应贯穿在顶进施工的全过程，实时严密监测顶管的偏位情况，并及时纠偏，做到纠偏在偏位发生的萌芽阶段。

在顶进过程中对触变泥浆的控制，在顶进过程中，随着距离的增长，管道的摩阻力也随之增大，为了在施工过程中尽可能地降低管道外侧的阻力，向顶管外侧喷谢触变泥浆；

1）触变泥浆系统设置：顶进过程中，进行压触变泥浆工作；注浆孔的形状及布置：在每节管的前端布置三个触变泥浆注浆孔，注浆孔为预埋直径25mm的镀锌钢管，呈120度布置；泥浆总管采用直径50mm镀锌管，通过泥浆泵将地面泥浆站的泥浆送入总管，再由与总管相连的三通支管联通各个注浆孔，经过不断压浆，在管外壁形成一个泥浆套；总管安装在管道内一侧，支管则把总管内压送过来的浆液输送到每个注浆孔；

2）浆液配置：拌浆：把注浆材料兑水以后再搅拌成所需的浆液，造浆后应静置24小时后方可使用；注浆：通过注浆泵进行，根据压力表和流量表，控制注浆的压力，压力控制在水深的1.1—1.2 倍，通过计量桶控制注浆量；触变泥浆由膨润土、水、掺和料配置而成，其中水：土=4.5：1，土：掺合料=25：1，膨润土使用抗盐膨润土；搅拌后的触变泥浆应达到以下性能指标：①粘度大于30s；②滤失量小于25ml/30min；③含砂率不大于3%；④稳定性静置24小时无离析水；⑤静切力为100Pa；⑥pH小于10；

3）注浆流程：造浆静置――注浆――顶管推进注浆――顶管停顶――停止注浆；压浆量为管道外围环形空隙的1.5倍，压注压力根据管顶水压力而定。

顶管机顶入接收井，在顶进接近接收井前，先将接收井施工好等待顶管机的接收，当顶进到接收井边时，必须先复测本段管道的长度与设计长度相符，然后通过测量得知顶管机出口的具体位置，将接收井工具头出洞位置的混凝土井壁凿除，当顶管机进入接收井边时，顶管机要快速顶进，直至顶管机完全顶出接收井，如遇地下水丰富时，用棉纱堵塞住管和洞口间的空隙，等顶管机完全出洞后即用水玻璃或水泥浆压住止水。

另外，关于排泥：本工程采用泥水平衡岩石顶管工艺，进过二次破碎后由排泥泵经排泥管道将泥水送至地面泥浆池，经二级式分离后泥水可重复利用，残渣外运。泥浆池内多余的泥浆或施工完成后的弃置泥浆由项目部统一安排外运，不得随意排放，污染沿途道路环境。

关于管内通风：

顶管施工采用压入式通风，通风机安装在靠近工作井井口的地面上，用硬质PVC通风管道把风送至工作井底部，并用同直径的硬质PVC通风管道，从管内把风送至端部机头处。 通风管固定在工作井侧壁及钢管内壁的侧边，固定要牢靠。在管口处采用风琴式软管，以利风管伸缩，在施工的全过程中风管随着钢管的延伸而不断的接长。在风管末端安装减压消音装置，降低通风口的啸叫噪音。

1、施工人员下井前必须先通风，地下管道内安装良好的通风系统，促使管道内保持有良好的新鲜空气（氧气）。

2、要周期性对管内的气体进行检测，如遇雨天或对管内的空气质量有怀疑应增加检测次数。

关于泥浆置换：

为确保道路安全，顶进结束后需采用泥浆置换工艺把顶进过程注入的膨润土置换出来，以达对管周边土体进行密实。具体方案如下：

1、置换范围：管周与土体的间隙空间（≤6cm）。

2、材料：水泥浆水灰比1:1，根据需求用水泥采用42.5号普通硅酸盐水泥（可以加入适量的粉煤灰）。

3、注浆压力：0.5-1MPa。

4、施工方法：接入DN50mm注浆导管利用管材上预留的注浆孔把浆液输送到每个注浆孔外。

关于施工监测：

施工监测按照《给水排水工程顶管技术规程》、《顶管工程施工规程》和设计图纸的要求进行

监控预警指标：（1）沉井、管道等结构个别出现开裂、位移突变；（2）最大水平位移已大于20mm，或其水平位移速率已连续3日大于2mm/d，道路路面水平位移大于20mm或附近地面裂缝大于10mm；（3）沉井底部或周边土体出现可能导致剪切破坏的迹象或其他可能影响安全的征兆（如少量流砂、涌土、隆起、陷落等）；地面隆起或沉降量大于20mm。

关于顶进过程中的应急措施：

1、地质发生很大的变化，突然间变硬或变软。这可以通过刀盘的转矩来判断，如果突然变硬了，则向土仓内加入水或泥浆，掘进机上设有加泥孔，其目的就是用来加泥的。如果太软，可把第一至第三节管子及工具头都联成了一个整体，以增加它们的刚性，从而可避免机头突然沉陷。

2、在顶管施工过程中，如果出现异常的偏差或纠偏失效，必须在允许偏差标准以内就停下来，分析原因，找出对策再继续顶进，切不可盲目行动。操作人员必须严格遵守这样一条规定:无论何种情况，超过允许偏差一律停下来，并且如实汇报情况，以便分析原因，找准对策。

关于顶管用管道：

泥水平衡顶管施工使用的管材需采用Ⅲ级钢筋混凝土钢承口管，采用橡胶圈接口，嵌缝材料采用聚硫密封膏，质量均应符合国家规范要求。管材对顶管施工质量至关重要，由于机械顶管顶力大，纠偏操作频繁，不合格的管材在顶进过程中有可能发生裂缝、管口破损、甚至会发生管材环向断裂，给施工造成严重后果，因此，施工时应注意如下几点：

（1）必须对运进现场管材进行严格质量检验，不合格的管材严禁用于顶管施工。

（2）顶管用混凝土管宜采用钢承口的接口形式，管材质量应符合下列要求：

1）混凝土管节表面光洁、平整、无砂眼和汽泡；接口尺寸符合规定；

2）钢套环尺寸符合设计规定，接口无疵点，焊接接缝平整，肋部与钢板平面垂直，且应按设计规定进行防腐处理；

3）密封橡胶圈安装前保持清洁，无油污；

4）混凝土管接口处加衬垫，防止管口受力不均匀而被顶坏。

本发明未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.适用于高水位岩石地质的大管径泥水平衡顶管施工方法，其特征在于包括以下步骤：

设备安装→始顶→触变泥浆施工→管道顶进→顶至接收井→掏渣及泥浆外运→加注水泥、粉煤灰浆液→拆除设备；

所述设备为岩石二次破碎泥水平衡顶管机，岩石二次破碎泥水平衡顶管机的刀盘上设置有高强合金滚刀、贝壳刀，刀盘首先将掌子面的岩石、较大的叩石进行第一次破碎，破碎后的碎石进入刀盘后锥形体和破碎条进行二次破碎，使其卵石或被切削岩石粒径小于3cm后，通过高压砂石泵通过管道将碎屑、泥水输送到井外，包裹渣料的泥浆借助泥水循环和分离系统将渣料运输到地面，筛分出来的碴料用于当做透水性材料进行的回填，掌子面采用高压化学泥浆混同高压水进行平衡，以防地面沉降和隆起；

在顶进的过程中进行长距离导向控制，激光导向系统和监控系统对顶管机的各种工作参数进行实时跟踪，利用纠偏系统对顶进方向进行调整，将管道铺设在预定的位置；

所述触变泥浆施工中的触变泥浆系统包括拌浆装置、注浆装置及浆液管道，触变泥浆系统的泥浆池靠近工作井且采用并联法通过螺杆泵与注浆装置相连；

管道顶进时先检查顶铁安装是否平直，然后按以下程序进行：安装顶铁→开油泵使千斤顶伸出活塞→千斤顶伸出活塞额定长度后开阀门回油→下管；

在顶进过程中对触变泥浆的控制，在顶进过程中，随着距离的增长，管道的摩阻力也随之增大，为了在施工过程中尽可能地降低管道外侧的阻力，向顶管外侧喷谢触变泥浆；

1）触变泥浆系统设置：顶进过程中，进行压触变泥浆工作；注浆孔的形状及布置：在每节管的前端布置三个触变泥浆注浆孔，注浆孔为预埋直径25mm的镀锌钢管，呈120度布置；泥浆总管采用直径50mm镀锌管，通过泥浆泵将地面泥浆站的泥浆送入总管，再由与总管相连的三通支管联通各个注浆孔，经过不断压浆，在管外壁形成一个泥浆套；总管安装在管道内一侧，支管则把总管内压送过来的浆液输送到每个注浆孔；

2）浆液配置：拌浆：把注浆材料兑水以后再搅拌成所需的浆液，造浆后应静置24小时后方可使用；注浆：通过注浆泵进行，根据压力表和流量表，控制注浆的压力，压力控制在水深的1.1—1.2 倍，通过计量桶控制注浆量；触变泥浆由膨润土、水、掺和料配置而成，其中水：土=4.5：1，土：掺和料=25：1，膨润土使用抗盐膨润土；搅拌后的触变泥浆应达到以下性能指标：①粘度大于30s；②滤失量小于25ml/30min；③含砂率不大于3%；④稳定性静置24小时无离析水；⑤静切力为100Pa；⑥pH小于10；

3）注浆流程：造浆静置――注浆――顶管推进注浆――顶管停顶――停止注浆；压浆量为管道外围环形空隙的1.5倍，压注压力根据管顶水压力而定；

顶管机顶入接收井，在顶进接近接收井前，先将接收井施工好等待顶管机的接收，当顶进到接收井边时，必须先复测本段管道的长度与设计长度相符，然后通过测量得知顶管机出口的具体位置，将接收井工具头出洞位置的混凝土井壁凿除，当顶管机进入接收井边时，顶管机要快速顶进，直至顶管机完全顶出接收井，如遇地下水丰富时，用棉纱堵塞住管和洞口间的空隙，等顶管机完全出洞后即用水玻璃或水泥浆压住止水。

2.根据权利要求1所述的适用于高水位岩石地质的大管径泥水平衡顶管施工方法，其特征在于：施工前对地下管线与施工区之间的土体进行注浆加固；管道顶进时顶管连续顶进，暂停时间控制在12小时之内，如果停顶时间超过12小时，必须每隔12小时之内至少注浆一次，注浆量为：每平方米管材表面积0.05~0.01立方米浆液，并在重新开顶前大量注浆，每平方不小于0.2立方米。

3.根据权利要求2所述的适用于高水位岩石地质的大管径泥水平衡顶管施工方法，其特征在于：管道两侧采用人工开挖，严禁动用任何机械开挖，依次分段开挖，分节悬吊，使每处悬吊点充分承受管线的重量，逐渐把重量转移至工字钢上，管道两侧的杂填土清理干净，尽可能减少工字钢负载重量，悬吊完成后，在管道外侧缠绕一圈海绵+锡箔纸，防止阳光暴晒及风化影响，施工结束后，对管壁或井壁松散土和空隙之间进行注浆充填加固。

4.根据权利要求1-3任一项所述的适用于高水位岩石地质的大管径泥水平衡顶管施工方法，其特征在于：在直线顶管中，采用激光经纬仪测量，激光经纬仪安置在观测台上，激光经纬仪发出的激光束为管道中心线且为顶管导向的基准线，施工开始时将顶管机的测量靶的中心与激光斑点中心重合，当顶管机头出现偏差，相应激光斑点将偏离靶中心，测量靶图像通过视频传送到操作台的监示器上，从而观察出激光斑点将偏离靶中心偏离图像，通过控制纠偏千斤顶的伸缩量，进行顶进方向的纠正，使顶管机始终沿激光束方向前进。

5.根据权利要求4所述的适用于高水位岩石地质的大管径泥水平衡顶管施工方法，其特征在于：高程控制：

1）根据设计坡度要求，沿线路布设四等水准路线，并在各井口处埋设临时水准点以供顶管高程放样；

2）根据顶管线路所布设的导线点及水准点，标定出井的平面位置及测定其深度，以指导工作井的开挖施工；定出始发井与接收井的管道中心点，并将其投设于地面，记为井口投点，作好标记，由于投点处于井的边缘，事先作好投点的支架搭设与焊接标志工作；

3）以布设的线路导线点中的一个导线点及一条边的方位角，重新精密测定二井间的导线，即贯通导线，并联测二井投点，在有条件的地方，最好将投点作为导线点，以便获得投点的精确坐标，所有导线点应埋设牢固标志，以备复测，根据贯通导线及井口投点，在始发井边缘放样出顶进方向的坐标点，而后与井口投点一起向井下投设方向线，并将高程从井上传至井下，埋设临时水准标点；

4）在工作井下建立控制观测台，在其上配置有强制对中的仪器基座，并设有上下左右可调节的装置，能使架设于其上的仪器调整到中线的位置，或与中线偏离一定距离，并使仪器横轴调整到中线的高度上或与中线偏离一定距离。

6.根据权利要求5所述的适用于高水位岩石地质的大管径泥水平衡顶管施工方法，其特征在于：纠偏：顶管机的测靶网格为10mm，根据顶管机测量靶激光点的偏移量计算顶管机的斜率，伸出相应的纠偏千斤顶组，使顶管机推进改变方向，从而实现顶进方向的控制；纠正偏量应缓慢进行，使管节逐渐复位，不得猛纠硬调；顶管机头附有测量靶，激光经纬仪安置在观测台上，在工作中，激光经纬仪发出的激光束既为管道中心线，又符合设计坡度要求，实为顶管导向的基准线，施工开始时使测量靶中心与激光光斑中心重合，当掘进机头出现偏差，相应测量靶中心将偏离光斑中心，从而给出偏离信号，通过视频传送到操作台的监示器，进行顶进方向的纠正，使机头始终沿激光束方向前进。

7.根据权利要求6所述的适用于高水位岩石地质的大管径泥水平衡顶管施工方法，其特征在于：在管道顶进过程中应不间断的进行测量管道的垂直高程和侧向位置的偏移情况，掘进机开始顶进5～10m的范围内，允许偏差应为：轴线位置50mm，高程30mm；当超过允许偏差时，应采取措施纠正；掘进机前方有纠偏节，纠偏节中安装有纠偏千斤顶，顶进过程中，根据测量反馈的结果，调整纠偏千斤顶，使工具头改变方向，从而实现顶进方向的控制；如果掘进机的方向偏差超过10mm，即应采用纠偏千斤顶进行纠偏；

管顶出穿墙管及在长度30～40m范围内的偏差是影响全段偏差的关键，特别是出墙洞时，由于管段长度短、工具头重量大，近出洞口土质易受扰动等因素的影响，往往会导致向下偏，此时，应该综合运用掘进机自身纠偏和调整千斤顶的作用力合力中心来控制顶管方向；

每次纠偏的幅度以5mm为一个单元，再顶进1m时，如果根据顶管机的测斜仪及激光经纬仪测量偏位趋势没有减少，增大纠偏力度且以5mm为一个单元；如果根据顶管机的测斜仪及激光经纬仪测量偏位趋势稳定或减少时，保持该纠偏力度，继续顶进，当偏位趋势相反时，则需要将纠偏力度逐渐减少；

纠偏应贯穿在顶进施工的全过程，实时严密监测顶管的偏位情况，并及时纠偏，做到纠偏在偏位发生的萌芽阶段。