在岩层中顶管的施工总结和研析

1、在岩层中顶管的施工总结和研析王洪旗0摘要在长输管道建设中，无论是“穿路过河”，还是跨越地下障碍 物，都普遍采用顶管的施工方案进行穿越。本文针对广西地区地质 情况复杂，部分地段岩石坚硬的特点，以广西液化天然气（LNG）项 目输气管道工程顶管穿越宜柳高速工程为例，简要对在岩层中顶管 的施工方案进行总结。1工程概况广西液化天然气（LNG）项目输气管道工程宜柳高速顶管穿越工 程，设计采用顶进钢筋混凝土套管（管径1500mm X管长2000mm X壁 厚150mm的钢筋混凝土圆管）的方式进行穿越。其原理是在公路两侧 放出管道中心线，选择地势较低的一侧作为顶管操作坑，另一侧为 接收坑，确定顶管穿越的进、出

2、口位置，在操作坑内放入第一节穿 越套管和顶管设备。由人工先在套管前端掏土，待套管前端形成略 大于套管外径的圆型空间后，再顶进套管。待套管顶进后再继续人 工掏土，如此循序渐进，直至穿过公路为止（如图1-1、图1-2）。广西液化天然气（LNG）项目输气管道工程宜柳高速顶管穿越工 程设计长度100米，计划工期60天，实际穿越长度为90米，实际 工期为180天，制约工期的主要因素就是顶进介质为坚硬石方，破 碎难度极大，因此解决为了石方破碎的问题，施工进度的问题迎刃 而解。广西液化天然气（LNG ）项目输气管道工程柳州段线路施工中石化胜利油建项目部顶管机组施工平面布置图及紧急逃生图（接受井顶管机组大门施

3、工机具区盘口套管区 00G矽中石化胜利油建工程有限公司图1-1顶管穿越平面图图1-2顶管穿越纵面图2施工方案的选择由于设计单位无法对高速公路下方的地质构造进行勘察，仅仅靠 推理得到的地质数据，对地质情况进行描述，导致设计方案中的地 层特征严重失真。设计单位对地质情况的描述为岩石为风化石，坚 硬程度等级为较坚硬（如图2-1），而我单位对现场石方的取样检测，根据检测中心数据，对照工程岩体分级标准，可得出结论 岩石为坚硬岩石（如图2-2）。层灰岩：灰白色，主要矿物成份为方解石，节理裂隙-般发育，岩芯呈柱状，岩石较 完整，RQD=76-80。岩石风化程度为中风化，岩体完整程度等级为较完整，结构类型为块

4、状, 岩石坚硬程度等级为较硬岩,岩体基本质量等级为III级。该层分布整个场区，伏于层红黏 土之卜，勘察范围内层顶埋深3.60111-7.70111 （标高102.98m-108.13m）,本次勘察钻探揭露层 厚为 5.10-lO.OOnio图2-1设计说明图2-1石料抗压强度试验报告平与166.860.5祇569,165.512.1施工机具的选择由于设计单位地质数据的严重失真，我们开始并没有意识到在受 限空间内进行坚硬石方破碎的难度。首先我们选用传统的手持风镐机进行破碎，其原理是利用压缩空 气推动活塞往复运动，使镐头不断撞击石方表面。经过10天左右的 施工实践，由于石方坚硬，风镐钎头即使进入岩

5、石体内部，岩石体也不会断裂，只是起到了“钻孔”的作用，无法快速的对石方进行 破碎（图2-3）。图2-3 风镐碎石实景然后我们选择采用无声爆破的技术进行破碎。原理是利用风镐钎 头钻出的孔，将无声爆破需要的特殊材料放入孔内，进行爆破。其 核心原理是利用特殊材料，经过化学反应后的膨胀，使岩石体开 裂。经过施工实践，这种方法可以有效的使岩石体开裂，但是这种 材料发生化学反应大约需要24小时，而风镐钎头钻孔的深度约为 20cm-30cm，也就意味着24小时顶进的长度约30cm，效率太低，无 法满足项目对进度的要求。最后，经过咨询各方面的专家，我们选择风镐与岩石分裂机联合 作业的施工方案。原理是充分利用风

6、镐进行钻孔，利用岩石分裂机 进行碎石。2.2岩石分裂机施工实践技巧2.2.1岩石分裂机原理首先，在需要被分裂的物体上钻好相应直径和深度的孔，将楔块 组（一个中间楔块和两个反向楔块）插入钻好的空中（如图2- 4）。图2-4将楔块组插入孔中其次，中间楔块通过液压压力的作用，在两个反向楔块之间向前 运动，通过分裂力将反向楔块向外挤压，被分裂的物体可以在几秒 内产生裂缝（图2-5）图2-5中间楔块向前运动，反向楔块向外挤压最后，如果第一次分裂的效果不理想，可以使用扩大垫片再次对 被分裂物体进行分裂，达到加宽裂缝的效果（图2-6）图2-6 通过扩大垫片加宽裂缝2.2.2岩石分裂机对钻孔的要求岩石分裂机对

7、开放空间内被分裂物可以呈现出巨大的威力，是因 为开放空间内，可以释放物体分裂时的能量（如图2-7）。对于顶 管套管受限空间内的岩石，采用分裂机分裂时，无法释放能量，容 易造成分裂机的损坏。所以应该在顶管内岩石体上面进行环周钻 孔，以便在分裂时，释放能量（如图2-8）。图2-7开放空间分裂岩石图2-8顶管受限空间，环周钻孔岩石分裂机对于孔的直径也是有要求的。孔径不能太小，孔径太 小，分裂枪楔块组无法放入；孔径不宜太大，孔径过大，楔块组接 触不到岩石体，无法完成岩石破碎作业。在施工实践中，孔的方向对岩石分裂机破碎石方的效果具有一定 的影响，短时间的施工实践无法总结出具体的角度对分裂效果影响 的程度。一般情况下，采用向外方向倾斜15至30，可以达到理 想的破碎效果。3施工总结和研析对于长输管道施工过程的“穿路过河”，穿越距离一般在20m- 100m之间，通常没有采用大型顶管机的必要性，目前国内主流对于 此类顶管多采用人工掘进的土方法。人工掘进时，遇到坚硬岩石只 能“望石兴叹”，一点一点的掘进。经过广西液化天然气（L