CN117514189A - 一种小直径顶管在硬岩层中的掘进方法 - Google Patents
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Abstract
一种小直径顶管在硬岩层中的掘进方法，通过地质勘探获得地质条件信息，根据接收井与始发井之间顶管路径上的地质条件选择以下两种小直径顶管的掘进方法：当于接收井与始发井之间顶管路径上的地质条件为中间部分是连续硬岩层或孤岩，两头部分为连续土层时，采取冲孔桩超前破岩的施工方式对硬岩层或孤岩进行处理，从而普通机械顶管可穿过该硬岩层或孤岩区域；当于接收井与始发井之间顶管路径上的地质条件为一边是连续硬岩层，另一边为连续土层时，采取人工洞室掘进的施工方式，对硬岩层进行处理，从而普通机械顶管可穿过该硬岩层区域。本发明保证小直径顶管在硬岩层中安全、有效、快速、经济、绿色的进行掘进施工，属于市政施工领域。
Description
技术领域
本发明涉及市政施工领域，具体涉及一种小直径顶管在硬岩层中的掘进方法，适用于在顶管工程中遇到的硬岩层时，普通机械顶管无法有效掘进，且顶管直径较小(小于800mm)，人工掘进空间不足的情况。
背景技术
在进行小直径顶管顶进时遇到硬岩层，用普通机械顶管施工会导致顶进困难甚至无法顶进；采用岩石顶管机顶进则易发生卡钻、埋钻等事故，且采用岩石顶管机会增加成本，不利于施工成本控制；采用人工开挖掘进时，由于小直径管洞室狭小，无法进行人工挖掘且人工横向洞室掘进时用风镐，冲击钻施工方式会扰动周围土体，不利于安全施工。
上述施工方式都无法有效进行小直径顶管在硬岩层的顶进施工。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种小直径顶管在硬岩层中的掘进方法，实现小直径顶管在硬岩层中的施工。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种小直径顶管在硬岩层中的掘进方法，通过地质勘探获得地质条件信息，根据接收井与始发井之间顶管路径上的地质条件选择以下两种小直径顶管的掘进方法：当于接收井与始发井之间顶管路径上的地质条件为中间部分是连续硬岩层或孤岩，两头部分为连续土层时，采取冲孔桩超前破岩的施工方式，对硬岩层或孤岩进行处理，从而普通机械顶管可穿过该硬岩层或孤岩区域；当于接收井与始发井之间顶管路径上的地质条件为一边是连续硬岩层，另一边为连续土层时，采取人工洞室掘进的施工方式，对硬岩层进行处理，从而普通机械顶管可穿过该硬岩层区域。
作为一种优选，当于接收井与始发井之间顶管路径上的地质条件为中间部分是连续硬岩层或孤岩，两头部分为连续土层时，掘进方法包括如下步骤：(1)测量放线；(2)地质勘探；(3)冲孔桩机破岩施工或冲入钢板桩支护后用潜孔钻机打出梅花型孔再用破碎锤机破岩施工；(4)覆土；(5)泥水平衡顶管施工。
作为一种优选，步骤(3)中，因硬岩层硬度高，使用冲孔桩机破岩施工时，为了增强冲孔桩机锤头的耐磨耗能力，在冲孔桩机锤头加焊高铬铸铁，按照所探的岩层情况，放出需要破除的岩层范围，分为两排冲孔桩机，每台桩机错位25cm施工；在两台冲孔桩机的右侧位置做好泥浆池，安装好桩机及做好前期准备工作，按照正常的冲孔灌注桩施工打成1500mm孔，成孔后回填泥土成桩，保证后续机械顶管能够正常开顶；若施工钢板桩无法打入岩层，采用拉森钢板桩，经过洒白灰的形式进行放线。
作为一种优选，步骤(3)中，使用打钢板桩进行基坑支护、潜孔钻机打出梅花型孔和破碎锤机施工时，打钢板桩时两根板桩要密扣咬合，避免流砂；根据安全系数要求采用两道围檩及支撑，围檩在施工平面上0.5米设置一道钢围檩及圆钢支撑；一边开挖土层一边抽水，防止基坑积水坍塌，并采取分段开挖，开挖完成后再进行下一道工序。
作为一种优选，通过冲孔桩机、大功率旋挖钻机成孔，破除顶管路径的岩石，达到超前破岩的目的，后覆土再正常顶管。
作为一种优选，当于接收井与始发井之间顶管路径上的地质条件为一边是连续硬岩层，另一边为连续土层时，掘进方法包括如下步骤：(1)硬岩层工作井开挖；(2)测量放线；(3)混凝土管顶进机械设备安装；(4)利用顶端固定的水磨钻开挖装置进行大直径洞室钻取开挖；(5)顶入直径不小于1.2m的大直径混凝土管；(6)突破岩层后停止人工顶管施工，换普通机械顶管施工，从人工掘进反方向进行直径不大于0.8m的小直径混凝土管顶入，最终小直径混凝土管从土层突破穿过大直径混凝土管最终出洞。
作为一种优选，水磨钻开挖装置包括支撑结构、承接结构、定位结构和水磨钻；支撑结构的数量为两组，两组支撑结构相互平行设置，每组支撑结构包括两根支撑杆和一根连接扣，两根支撑杆均与连接扣伸缩式连接，支撑杆顶在洞室壁；承接结构为一方木，通过钢绞线与两组支撑结构可拆式连接；定位结构安装在承接结构上，端部顶在洞室端部；水磨钻安装在定位结构上；水磨钻开挖装置在洞室掘进过程中安装于已顶进的管节后，通过使用水磨钻开挖的方式减少对岩壁的破坏，把路径上的岩层钻取出来，减少对岩层的扰动，提高了施工的安全性。
作为一种优选，步骤(4)与步骤(5)为人工顶管掘进施工，其中人工开挖时，管前挖土石应在管内操作，以确保安全，土质容易塌方时必须随挖随顶。
作为一种优选，步骤(6)中，当进行人工水磨钻挖土时，出渣不是硬岩石时应停止人工掘进，并改为小直径机械顶进施工，机械顶管顶进方向与人工掘进方向相反，即从普通土层往硬岩层方向顶进；机械顶管穿过土层进入大直径混凝土管，最终穿过大直径混凝土管出洞完成顶管施工。
作为一种优选，步骤(6)中，当进行小直径混凝土管机械顶进施工时，小直径混凝土管下外壁应尽量贴着大直径混凝土管下内壁，在小直径混凝土管顶进完成后应在与大直径混凝土管交接处灌浆形成支座，增强稳定性。
本发明具有如下优点：
1.针对不同的硬岩地质情况，提出不同的小直径顶管施工方式，使得小直径顶管可穿过硬岩地质进行施工，保证小直径顶管在硬岩层中安全、有效、快速、经济、绿色的进行掘进施工。
2.可以安全有效的解决小直径顶管掘进施工在遇到硬岩层时施工成本过高，解决在不同条件下硬岩层小直径顶管施工的施工进度过慢的问题。
3.超前破岩时用冲孔桩机，而不用旋挖桩机，旋挖桩机适用于粘土层、淤泥层、砂石层、强度不高的胶结砂岩层、中风化泥岩和强风化岩，在单轴抗压强度30MPa以下硬岩中成孔速度较理想。针对单轴抗压强度80MPa以上的岩层成孔效率低且成本较高，冲孔桩机成本远低于旋挖桩机，单价差最大为300元/立方米。
4.顶端固定水磨钻开挖装置是指一种采用固定装置固定住水磨钻顶端。该固定装置可方便快捷的固定水磨钻到准确位置，安装拆卸简单，占用空间更少。采用连接扣，通过连接扣的转动控制支撑杆的伸缩，可以较大程度的减少拆卸安装所需要的工作量。通过钢绞线的拆装调节方木的位置。
5.水磨钻开挖装置固定于洞室壁而并非洞口，方便拆卸，可随着洞室掘进深入，可有效支撑全程水磨钻横向施工。
附图说明
图1是实施例一的施工流程图。
图2是实施例二的施工流程图。
图3是实施例二采用水磨钻开挖装置施工的局部放大图。
图4是水磨钻开挖装置的左视图。
其中，1为支撑杆，2为连接扣，3为水磨钻，4为承接结构，5为定位结构，6为管节，7为洞室壁，8为岩层。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
一种小直径顶管在硬岩层中的掘进方法，通过地质勘探获得地质条件信息，根据接收井与始发井之间顶管路径上的地质条件选择以下两种小直径顶管的掘进方法：当于接收井与始发井之间顶管路径上的地质条件为中间部分是连续硬岩层或孤岩，两头部分为连续土层时，采取冲孔桩超前破岩的施工方式，对硬岩层或孤岩进行处理，从而普通机械顶管可穿过该硬岩层或孤岩区域；当于接收井与始发井之间顶管路径上的地质条件为一边是连续硬岩层，另一边为连续土层时，采取人工洞室掘进的施工方式，对硬岩层进行处理，从而普通机械顶管可穿过该硬岩层区域。以下两个实施例分别对应两种地质条件的施工。
实施例一
当于接收井与始发井之间顶管路径上的地质条件为中间部分是连续硬岩层或孤岩，两头部分为连续土层时，普通机械顶管难以穿越岩层或孤岩，通过冲孔桩机或潜孔钻机在岩层或孤岩上进行钻孔施工，岩层或孤岩破碎后使得机械顶管可正常穿过岩层或孤岩，在岩层或孤岩上覆土，土层与岩层连同正常进行机械顶管施工。
具体施工步骤为：(1)测量放线；(2)地质勘探；(3)冲孔桩机安装及破岩施工，包括打钢板桩进行基坑支护、潜孔钻机打出梅花型孔和破碎锤机施工，达到中间岩层或孤岩超前破除的效果；(4)覆土；(5)全线泥水平衡顶管施工。
因硬岩层硬度高，使用冲孔桩机破岩施工时，为了增强冲孔桩机锤头的耐磨耗能力，在冲孔桩机锤头加焊高铬铸铁，按照所探的岩层情况，放出需要破除的岩层范围，分为两排冲孔桩机，每台桩机错位25cm施工；在两台冲孔桩机的右侧位置做好泥浆池，安装好桩机及做好前期准备工作，按照正常的冲孔灌注桩施工打成1500mm孔，成孔后回填泥土成桩，保证后续机械顶管能够正常开顶；若施工钢板桩无法打入岩层，采用拉森钢板桩，经过洒白灰的形式进行放线。
步骤(3)中，使用打钢板桩进行基坑支护、潜孔钻机打出梅花型孔和破碎锤机施工时，打钢板桩时两根板桩要密扣咬合，避免流砂；根据安全系数要求采用两道围檩及支撑，围檩在施工平面上0.5米设置一道钢围檩及圆钢支撑；一边开挖土层一边抽水，防止基坑积水坍塌，并采取分段开挖，开挖完成后再进行下一道工序。
通过冲孔桩机、大功率旋挖钻机成孔，破除顶管路径的岩石，达到超前破岩的目的，后覆土再正常顶管。
实施例二
当于接收井与始发井之间顶管路径上的地质条件为一边是连续硬岩层，另一边为连续土层时，普通机械内直径小于800mm顶管施工难以突破硬岩层。提前在硬岩层侧开挖工作井后采用边挖边顶的人工掘进施工方式进行内直径大于1200mm顶管施工，后在土层侧采取普通机械内直径小于800mm顶管施工穿过直径大于1200mm的混凝土管完成顶管施工。
具体施工步骤如下：(1)硬岩层工作井开挖；(2)测量放线；(3)混凝土管顶进设备与顶端固定水磨钻装置安装；(4)利用顶端固定的水磨钻开挖装置进行直径大于1200mm洞室钻取开挖；(5)顶入内直径不小于1200mm的大直径混凝土管；(6)突破岩层后停止人工顶管施工，换普通机械顶管施工，从人工掘进反方向进行直径不大于0.8m的小直径顶管顶入，最终小直径混凝土管从土层突破穿过大直径混凝土管最终出洞。其中小直径排水管指内径小于800mm排水管，大直径排水管指内径大于1200mm排水管。
水磨钻开挖装置包括支撑结构、承接结构、定位结构和水磨钻；支撑结构的数量为两组，两组支撑结构相互平行设置，每组支撑结构包括两根支撑杆和一根连接扣，两根支撑杆均与连接扣伸缩式连接，支撑杆顶在洞室壁；承接结构为一方木，通过钢绞线与两组支撑结构可拆式连接；定位结构安装在承接结构上，端部顶在洞室端部；水磨钻安装在定位结构上；水磨钻开挖装置在洞室掘进过程中安装于已顶进的管节后，通过使用水磨钻开挖的方式减少对岩壁的破坏，把路径上的岩层钻取出来，减少对岩层的扰动，提高了施工的安全性。使用时，水磨钻通过方木进行力的传导，使得水磨钻装置能在不通过底部螺栓固定的条件下达到安装稳定的目的。定位结构为特殊造型杆件，为水磨钻提供定位和支撑，通过承接结构传力至支撑结构。在开挖完一盘岩层后，通过连接扣调整两根支撑杆之间的距离，实现支撑结构的伸缩调节，从而可减少拆卸安装所需要的工作量。水磨钻开挖装置可方便快捷的固定水磨钻到准确位置，安装拆卸简单，占用空间更少，固定于洞室壁，可随着洞室掘进深入，可有效支撑全程水磨钻横向施工。
步骤(4)与步骤(5)为人工顶管掘进施工，其中人工开挖时，管前挖土石应在管内操作，以确保安全，土质容易塌方时必须随挖随顶。
步骤(6)中，当进行人工水磨钻挖土时，出渣不是硬岩石时应停止人工掘进，并改为小直径机械顶进施工，机械顶管顶进方向与人工掘进方向相反，即从普通土层往硬岩层方向顶进；机械顶管穿过土层进入大直径混凝土管，最终穿过大直径混凝土管出洞完成顶管施工。
步骤(6)中，当进行小直径混凝土管机械顶进施工时，小直径混凝土管下外壁应尽量贴着大直径混凝土管下内壁，在小直径混凝土管顶进完成后应在与大直径混凝土管交接处灌浆形成支座，增强稳定性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种小直径顶管在硬岩层中的掘进方法，其特征在于：通过地质勘探获得地质条件信息，根据接收井与始发井之间顶管路径上的地质条件选择以下两种小直径顶管的掘进方法：当于接收井与始发井之间顶管路径上的地质条件为中间部分是连续硬岩层或孤岩，两头部分为连续土层时，采取冲孔桩超前破岩的施工方式对硬岩层或孤岩进行处理，从而普通机械顶管可穿过该硬岩层或孤岩区域；当于接收井与始发井之间顶管路径上的地质条件为一边是连续硬岩层，另一边为连续土层时，采取人工洞室掘进的施工方式，对硬岩层进行处理，从而普通机械顶管可穿过该硬岩层区域。
2.按照权利要求1所述的一种小直径顶管在硬岩层中的掘进方法，其特征在于：当于接收井与始发井之间顶管路径上的地质条件为中间部分是连续硬岩层或孤岩，两头部分为连续土层时，掘进方法包括如下步骤：(1)测量放线；(2)地质勘探；(3)冲孔桩机破岩施工或冲入钢板桩支护后用潜孔钻机打出梅花型孔再用破碎锤机破岩施工；(4)覆土；(5)泥水平衡顶管施工。
3.按照权利要求2所述的一种小直径顶管在硬岩层中的掘进方法，其特征在于：步骤(3)中，因硬岩层硬度高，使用冲孔桩机破岩施工时，为了增强冲孔桩机锤头的耐磨耗能力，在冲孔桩机锤头加焊高铬铸铁，按照所探的岩层情况，放出需要破除的岩层范围，分为两排冲孔桩机，每台桩机错位25cm施工；在两台冲孔桩机的右侧位置做好泥浆池，安装好桩机及做好前期准备工作，按照正常的冲孔灌注桩施工打成1500mm孔，成孔后回填泥土成桩，保证后续机械顶管能够正常开顶；若施工钢板桩无法打入岩层，采用拉森钢板桩，经过洒白灰的形式进行放线。
4.按照权利要求2所述的一种小直径顶管在硬岩层中的掘进方法，其特征在于：步骤(3)中，使用打钢板桩进行基坑支护、潜孔钻机打出梅花型孔和破碎锤机施工时，打钢板桩时两根板桩要密扣咬合，避免流砂；根据安全系数要求采用两道围檩及支撑，围檩在施工平面上0.5米设置一道钢围檩及圆钢支撑；一边开挖土层一边抽水，防止基坑积水坍塌，并采取分段开挖，开挖完成后再进行下一道工序。
5.按照权利要求2所述的一种小直径顶管在硬岩层中的掘进方法，其特征在于：通过冲孔桩机、大功率旋挖钻机成孔，破除顶管路径的岩石，达到超前破岩的目的，后覆土再正常顶管。
6.按照权利要求1所述的一种小直径顶管在硬岩层中的掘进方法，其特征在于：当于接收井与始发井之间顶管路径上的地质条件为一边是连续硬岩层，另一边为连续土层时，掘进方法包括如下步骤：(1)硬岩层工作井开挖；(2)测量放线；(3)混凝土管顶进机械设备安装；(4)利用顶端固定的水磨钻开挖装置进行大直径洞室钻取开挖；(5)顶入直径不小于1.2m的大直径混凝土管；(6)突破岩层后停止人工顶管施工，换普通机械顶管施工，从人工掘进反方向进行直径不大于0.8m的小直径混凝土管顶入，最终小直径混凝土管从土层突破穿过大直径混凝土管最终出洞。
7.按照权利要求6所述的一种小直径顶管在硬岩层中的掘进方法，其特征在于：水磨钻开挖装置包括支撑结构、承接结构、定位结构和水磨钻；支撑结构的数量为两组，两组支撑结构相互平行设置，每组支撑结构包括两根支撑杆和一根连接扣，两根支撑杆均与连接扣伸缩式连接，支撑杆顶在洞室壁；承接结构为一方木，通过钢绞线与两组支撑结构可拆式连接；定位结构安装在承接结构上，端部顶在洞室端部；水磨钻安装在定位结构上；水磨钻开挖装置在洞室掘进过程中安装于已顶进的管节后，通过使用水磨钻开挖的方式减少对岩壁的破坏，把路径上的岩层钻取出来，减少对岩层的扰动，提高了施工的安全性。
8.按照权利要求6所述的一种小直径顶管在硬岩层中的掘进方法，其特征在于：步骤(4)与步骤(5)为人工顶管掘进施工，其中人工开挖时，管前挖土石应在管内操作，以确保安全，土质容易塌方时必须随挖随顶。
9.按照权利要求6所述的一种小直径顶管在硬岩层中的掘进方法，其特征在于：步骤(6)中，当进行人工水磨钻挖土时，出渣不是硬岩石时应停止人工掘进，并改为小直径机械顶进施工，机械顶管顶进方向与人工掘进方向相反，即从普通土层往硬岩层方向顶进；机械顶管穿过土层进入大直径混凝土管，最终穿过大直径混凝土管出洞完成顶管施工。
10.按照权利要求6所述的一种小直径顶管在硬岩层中的掘进方法，其特征在于：步骤(6)中，当进行小直径混凝土管机械顶进施工时，小直径混凝土管下外壁应尽量贴着大直径混凝土管下内壁，在小直径混凝土管顶进完成后应在与大直径混凝土管交接处灌浆形成支座，增强稳定性。
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