机头钻孔机(「省级工法」360度旋转水钻破除风化岩人工顶管施工工法)

Posted 2023-05-29

篇首语：刀不磨要生锈，人不学要落后。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了机头钻孔机(「省级工法」360度旋转水钻破除风化岩人工顶管施工工法)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

机头钻孔机(「省级工法」360度旋转水钻破除风化岩人工顶管施工工法)

360度旋转水钻破除风化岩人工顶管施工工法

1．前言

顶管施工就是非开挖施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术，是近年来发展较快的一种管道施工技术，其理论和工艺水平不断趋于完善。市政工程中采用顶管施工可以将作业面移入地下，从而避免了对地面交通的影响，显示出顶管施工的优越性。顶管施工方法有多种，如手掘式顶管，机械式顶管、泥水平衡式、三段两铰型水力挖土式、多刀盘土压平衡式等。手掘式顶管即平常所说的人工顶管，因设备简单，操作方便，施工成本低，施工进度快，施工过程易于控制等特点，在施工中采用较为普遍。

随着城市建设的发展，市政管道建设中，常因道路狭窄、地处闹市区、现场条件复杂等原因而必须使用顶管施工。对于短距离的顶管工程，一般使用人工顶管进行施工，即手掘式顶管。手掘式顶管适用于黏性、砂性或土质较好的土层，且无地下水影响，管径2000～3000之间的排水工程。但也会遇到地质条件较复杂的土层，如风化岩层。公司通过工程的施工实践，在处理遇风化岩的顶管中，积累了丰富的经验，通过施工中不断对该工艺进行改进和完善，经过总结，形成了本工法。在公司承建的钦州大榄坪污水管网工程项目中，运用本工法，施工效果好，安全可靠、实用。

2．工法特点

2.1 采用水钻机代替人工挖除风化岩，降低了施工的难度和工作强度，经济实用。

2.2 该工法弥补了水钻机钻孔精度差、水钻机自重大操作困难的弊端，水钻机安装在可旋转的支架上，提高了施工效率。

2.3 施工机具简单，施工工艺可操作性强，施工快捷，施工质量容易得到保证，降低了施工成本，缩短了工期。

2.4 操作支架可根据管径大小进行调节，并能调整水钻机钻进的角度。

2.5 避免使用风炮产生的巨大声响以及风炮破除时产生的石屑飞溅。

3．适用范围

本工法适用于人工顶管中遇到较坚硬石层的地质情况，以及人工挖掘困难的坚硬土层的顶管施工。

4．工艺原理

人工顶管手掘式开挖中，遇到坚硬岩层人工挖除困难，且无法使用爆破和风炮机破碎时，采用水钻代替人工挖掘。采用公司研制的可旋转操作支架，水钻机安装在支架上；在待挖除面上沿管径内侧钻若干个孔，孔孔相连，钻孔后取芯，待所有水钻钻孔连成一个环后，管芯就和管壁分离了，形成了管芯的临空面，之后在管芯岩面上采用冲击钻打孔，在孔内打入钢楔，锤击钢楔，使岩石受到剪切力和水平拉力作用，利用岩石抗剪能力差的特点，当岩石受到的力大于其抗拉强度时，岩块受拉破坏，岩石碎块全部运出后，进行下一轮钻孔、取芯、破碎、外运。循环施工直至最后将岩层全部贯通。

5．施工工艺流程和操作要点

5.1 工艺流程

工艺流程图

5.2 操作要点

5.2.1 施工准备

1、技术准备

顶管施工前，技术负责人须组织相关施工人员进行安全技术交底，掌握顶管及水钻施工的技术知识和相关要求，了解施工场地工程地质情况，了解危险因素和安全防护的方法。

通过沿线调查研究，结合现场地形及交通运输、水源、电源、排水条件，已制定出相应的技术措施。

2、工具准备

施工人员的防护用品

施工机具：水钻机

顶管施工所需的机具：活塞式液压千斤顶、注浆机、鼓风机、空气压缩机、水泥搅拌机、测量仪（全站仪、水准仪）

5.2.2 测量放线及校准

（1）使用全站仪、水准仪等设备，测量现状地面高程及管道轴线，将控制线从工地周边的水准点坐标引入。

（2）测量的精度必须达到要求，其测量结果和精度将直接影响管道的顶进方向和的顶管的质量。管道测量平台由地面坐标延引下去，后视点精度要求控制在1mm范围内。

（3）在顶进过程中认真记录好管道内的每次测量结果，在初始顶进时应每30cm测量一次，正常顶进时每50cm测量一次，及时准确掌握管道的走向，以便及时采取纠偏措施，将管道顶进控制在允许范围内。

（4）在管道内，每次进行水钻钻孔取芯之前，须使用全站仪进行测量定位，放出管芯位置，并根据图纸和管径大小，，放出管的圆周线，考虑到施工过程的误差以及钻孔取芯后与岩壁之间的残余岩石，一般开挖管径要比设计管径稍大一点。

5.2.3 搭设操作支架

（1）在工作面搭设水钻机操作支撑架体，水钻机支架必须安全，稳固。为满足水钻机的钻孔取芯要求，设计简易的操作支架。如下图所示：

图5.1 支架示意图

（2）测量放线，在开挖的岩面上定出管道的中心轴线点，用冲击钻在岩面上打出一个小孔，用于操作支架中心轴A端的固定。

（3）支架中心轴B端，利用管道，采用水平和垂直两个方向可调节的顶托进行顶撑固定。

（4）初步固定好后，再用测量仪器确定好B端是否处于管道的轴线上，即中心轴是否与管道轴线重合，如不重合，则调整顶托，使支架中心轴与管道轴重合。

（5）卧式水钻机固定在绕支架中心轴转动的横向轴上，这样水钻机就能到达任意指定的钻孔位置。A端处的钢圆环直径根据管道的直径和水钻机的尺寸进行确定； B端钢圆环直径要比A端稍小点，这样水钻机就形成一个向外的角度，为机具预留出一定的尺寸。

5.2.4 水钻钻进取芯

（1）水钻取芯前再次进行测量，确保管道顶进准确无误。采用钻筒直径为150mm的水钻机在岩面上钻孔。钻芯圆要孔孔相连，圆与圆之间的距离控制在10～13cm。

图5.2 水钻钻孔示意图

（2）当钻至深度约60cm时，调节水钻机的手动调位器慢慢将钻筒退出，岩芯套入一根钢丝圈，在钻缝处打入钢楔，将岩芯折断，拉扯钢丝，取出岩芯。转动支架，将水钻机转至下一位置，进行下一循环的钻孔取芯。

（3）水钻操作过程中必须保证钻头处于冷却水中，同时冷却水流保有一定压力对钻头直接进行冲洗，使之不淤钻、卡钻，能够保持钻头在清洁状态下正常稳定地工作。

5.2.5 岩芯破除清运

（1）全部钻孔及取芯工作完成后，对管芯部分的岩体进行打孔破碎。

（2）岩芯破碎首先使用冲击钻打小孔，大约30cm一排，孔径20～25mm，孔间距约300mm；钻孔完成后将钢楔打入孔中，用铁锤击打钢楔使岩体在巨大的冲击力，岩体受挤压，在拉力的作用下开始分裂，依次击打钢楔进行岩体分裂，直至该层岩芯全部破裂成小块。

（3）碎石块清理外运。破碎的石块由人工及时清理，使用斗车运送至顶管工作井，由工作井上方的活动式龙门吊吊出工作井运至指定堆场，石块清理干净后即可开始下一轮的钻孔取芯。

5.2.6 开挖面修整

（1）由于大圆和小圆之间存在间隙，因此水钻取芯后其与孔壁成锯齿状，如下图所示：

图5.3 开挖后岩面示意图

（2）为保证由足够的管道顶进空间，轴向定位与设计标高一致，为避免顶进时破快管道外壁，需要用冲击钻凿平侵占空间的锯齿状岩石，使顶管能顺利进行。

5.2.7 管道顶进

（1）顶管施工前的各准备工作就绪，如台背、千斤顶、导轨等的安装，将机头由工作井顶入土体，用龙门吊将管节吊放入工作井内，接于机头后部，测量管道中心线及前端后端底高程，确认合格后将第一节钢筋混凝土管顶入。

（2）验收合格的管材用起重设备吊到工作井的轨道上就位，顶管前应在管材两端安装3mm的木层垫板，可以有效缓冲管材相互之间的压力，这样可以保护管材在挤压的情况下不变形、不破口、不破裂。

（3）人工掘土或水钻施工一定距离后，撤出操作支架，回缩千斤顶，吊入第二节管道，校直对中，接于前一节管后，安装回顶铁和分压环，将管节慢慢顶进。如此循环，直至完成顶管工作。

（4）顶管后须及时进行压注水泥浆，通过管壁上的预留空洞注满管道外壁与岩石之间的空隙，起到固定管道，防止渗漏的作用。

6．材料与设备

6.1 机具设备

抽水机，鼓风机，顶管施工的设备，水钻机

6.2 工具设备

全站仪、水准仪

灯具，钢楔，铁锤，冲击钻、铁铲，水管，操作支架（钢管、滑轮、顶托、电焊机）

6.3 运输设备

斗车，龙门吊

6.4 防护用品

防护眼镜、口罩、胶鞋、绝缘手套

7．质量控制

7.1 测量放线质量控制

（1）测量定位所用的全站仪、水准仪等测量仪器及工艺控制质量检测设备必须经过鉴定合格，在使用周期内的计量器具按二级计量标准进行计量检测控制。

（2）测量基准点要严格保护，避免撞击、毁坏。在施工期间，要定期复核基准点是否发生位移。

（3）总标高控制点的引测，必须采用闭合测量方法，确保引测精度。

（4）所有测量观察点的埋设必须可靠牢固，以免影响测量结果精度。

7.2 水钻施工质量控制

（1）操作支架必须安装牢固，且要有足够的刚度，中心轴要与管道中心线重合，否则顶进方向会产生偏差。

（2）水钻机安装必须稳定，钻进深度尽量控制一致，使开挖面与管道垂直，易于下循环钻进工作的进行。

（3）环与环之间的距离控制好，圆心之间的距离不易过大，且不应大于钻筒直径，以免增大后期修整的工作量。

7.3 顶管施工质量控制

（1）顶管机在顶进前严格检查机头的中线及高程，确保起初始掘进时的中线及高程达到设计要求。

（2）顶进过程中控制好机头掘进时的偏移量，如有偏差及时纠偏。

（3）接口必须密实、顺直、不脱落。

（4）顶管接口应对正管缝，管节不错口，填料密实、均匀，管底坡度不得有倒落水。

（5）顶管完毕，目测直顺、无反坡、清洁、不积水、管节无裂缝，段间无渗漏。

（6）在顶进过程中由于施工因素较多，在进洞时可能产生偏差，应在顶管施工中加强测量纠偏，使管线的中线控制在允许范围内。

管道顶进的允许偏差

检查项目					允许偏差（mm）	检查频次		检查方法
					钢筋砼套管	范围	点数
1	直线顶管水平轴线	顶进长度＜300m			50	每管节	1点	用经纬仪，或挂中线用尺量测
		300m≤顶进长度＜1000m			100
		顶进长度≥1000m			L/10
2	直线顶管内底高程	顶进长度＜300m		D1≥1500	＋30，－40			用经纬仪或水平仪测量
		300m≤顶进长度＜1000m			＋60，－80			用水平仪测量
		顶进长度≥1000m			＋80，－100
3	相邻管间错口		钢筋砼套管		15%壁厚，且≤20			用尺测量

8．安全措施

（1）在施工过程中，坚决执行《建筑安装工程安全技术操作工程》，并严格遵守现场规章制度，服从现场总包单位的安全管理，加强内部安全管理.

（2）非电工不得擅自接电，接电时必须请电工操作。

（3）电源电器由专人负责，严密注意电箱机械是否漏电。

（4）施工过程中，打钻工人在施工作业时必须严格做到水、电分离，应配备绝缘防护用品，如胶鞋、绝缘手套等防护用品。

（5）水钻安装固定必须牢固，更换水钻钻头及换位时必须切断电源。

（6）手持电动工具应装设漏电保护器，操作时带绝缘手套。

（7）临时配电线路必须按规范架设，架空线必须采用绝缘导线，不得采用塑胶软线，不得成束架空敷设，也不得沿地明敷暗设。

（8）施工中抽水、照明、通风等所配电气设备应“一机、一箱、一闸、一漏保”，供电线路要用四芯电缆，严禁碘钨灯使用两芯线，并经常检查电线和漏电保护器是否完好、灵敏。

（9）施工现场所有设备和机具必须做好保护接零，在采用接地和接零保护方式的同时，必须设两级漏电保护装置，实行分级保护，形成完整的保护系统。漏电保护装置的选择应符合规定。

（10）施工人员进入现场必须经过三级安全教育，新工人须经安全教育并经考核合格后方可上岗。进场作业须戴好安全帽，穿好工作服、防滑鞋等防护用品。

（11）对现场的工作井，在边沿处设置两道护身栏杆，悬挂安全警示牌，并应于夜间设红色标志灯。

（12）吊运材料时堆放应分散，不得集中堆放。

9．环保措施

（1）在施工现场设置施工标志牌，现场平面布图和安全生产、消防保卫、环境保护、文明施工制度牌。

（2）施工范围要严格控制，不在范围以外，搭设、临设、停放机具、材料等。

（3）设出口洗车平台，所有外运土方汽车在离开现场前必须通过洗车槽，冲洗污水统一集中处理后再排放。

（4）车辆出门时，做最后检查，并加盖布，防止车辆挡土板松脱，避免掉落造成污染。

（5）场内外道路清洁工作由专人负责，及时清理卡车掉落的土石方等杂物。施工现场道路实施撒水防尘措施，以确保道路不扬尘。当天工作结束，立即对工地现场及周围道路进行清扫，不污染环境。

（6）施工物资进场必须按施工现场平面布置图布置，分规格、分品种，做好标识，堆放整齐.散料必须进行围拦；

（7）在施工现场外堆放材料应得到有关方面的批准；

（8）施工垃圾及时堆放在指定的地点，余料及时清理回收；

（9）现场注意材料的节约，并做到工完场清.

（10）采取有效措施控制粉尘、噪声的排放，减少对周边居民的干扰。

（11）严格禁污水乱排放，防止污染施工环境和附近居民、单位的环境。

10．效益分析

本工法工艺简单，操作方便，对于人工顶管中出现的风化岩等的处理非常有效，施工速度明显提高，效果明显。水钻处理的开挖面较均匀，易于管道的顶进。该工法的材料、工具要求简单，处理成本低，具有很强的使用性和推广意义。相比人工挖掘的施工方法，水钻施工具以下优越性：

10.1 经济效益

（1）从本法应用的实际效果来看，在风化岩地质条件下采用该方法进行短距离的人工顶管，施工进度显著提高，施工操作方便，且可安排两台水钻同时进行施工，节省工期；

（2）保证顶管管道的尺寸，减少后期注浆量，从而节约了材料成本；

（3）风化岩硬度较大，水钻施工大大降低了人工挖出的工作强度，有明显的经济效益。

10.2 社会效益

（1）安全性高，水钻施工不使用爆破施工，不会扰动岩层，很大程度上保证了施工人员的安全。

（2）对周围环境影响较小，施工工序简单，质量容易控制，工期较短，现场清洁，有明显的社会效益。

（3）采用水钻施工，不会产生粉尘，符合建筑环保的要求。

11．应用实例

本工法成功地应用于钦州市大榄坪北片区污水管网工程1标段和防城港市企沙工业区工业南路项目，工程质量满足设计和规范要求。

11.1 钦州市大榄坪北片区污水管网工程1标段

本工程位于钦州市大榄坪北片区。工程起点位于丹寮大街与金鼓大道交叉口，终点至大榄坪污水处理厂。污水主干管道线长约为7.050km，管道管材选用钢筋砼管，顶管段采用顶管专用钢筋混凝土管。因穿越箱涵和多条道路，且管道埋深较大，需采用顶管施工，顶管部分总长合计约120米。

在穿越道路的顶管施工中，有两处顶管，总长约60米，地质条件为微风化岩，人工挖除难度较大，经过公司技术部门、设计单位技术部门讨论后，决定采用本工法进行处理，在保证质量的同时节约成本15%，缩短工期30%。施工全过程处于安全、优质、快速的可控状态，提高了施工功效，缩短了施工工期，大大降低了施工成本，赢得了各方的好评。

11.2 企沙工业区工业南路

本工程位于防城港市企沙工业区，道路总长5.407公里，污水主干管道直径2.8米，管道管材选用钢筋砼管，顶管段采用顶管专用钢筋混凝土管。因穿越多条道路，且管道埋深较大，在穿越的道路采用人工顶管施工，顶管部分总长合计约200米。其中穿越道路的顶管中，有多处地质条件为微风化岩地质，人工挖除难度较大，经过公司技术部门、设计单位技术部门讨论后，决定采用本工法进行处理，在保证质量的同时节约成本25%，缩短工期40%。

工程人需要不断学习、总结、提高！喜欢本文章，请点赞+关注！你的支持，是我乐于分享知识的动力！