坚石段顶管非爆破水磨钻双向钻进施工方法与流程

本发明属于天然气长输管道施工领域，涉及一种坚石段顶管非爆破水磨钻双向钻进施工方法。

背景技术：

随着我国交通基础设施的发展，在桥梁结构中，水磨钻孔灌注桩将被运用到公路桥梁及其他领域。水磨钻成孔方式为在孔内沿着护壁方向钻周边岩心，贯通后将中间岩层松动，坚石岩层地段的顶管穿越是长输管道施工中需面对的常见穿跨越地质形式，随着国内外对天然气等能源的依赖，天然气业务不断扩展，随之配套的输送能源的长输管道施工任务不断增多，对于长输管道穿越江河、湖泊、公路、铁路机会较多，水磨钻施工较频繁，水磨钻孔快速发展。在传统的非开挖技术中，静态爆破方式往往不被产权单位接受，且安全隐患大；泥水平衡法与土压平衡法限于自身工法特点与原理的局限，无法在山石地区施展，且设备投入大，地下不确定因素多。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种坚石段顶管非爆破水磨钻双向钻进施工方法，可有效解决坚石层地段安全高效完成洞体贯通，施工程序更简便、施工速度快、对地上道路无安全隐患、设备人员投入少。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

坚石段顶管非爆破水磨钻双向钻进施工方法，包括以下步骤：

(1)测量放线，放出中心线和边界线；

(2)在穿越段两端开挖、加固施工满足套管顶进所需强度的操作坑；

(3)利用水磨钻钻进形成环形穿越面与岩体分割；

(4)将石方劈裂后运出洞体。

进一步，步骤(2)中，操作坑的施工流程为，基坑开挖→垫层浇筑→内壁清理→钢筋绑扎→模板安装→坑体混凝土浇筑→底板钢筋绑扎→底板混凝土浇筑→砼养护。

进一步，模板安装过程中，模板使用木模或钢模，板间拼缝用双面胶带粘贴。

进一步，拼接的两块板高差不得超过1mm，板间拼缝不得大于2mm。

进一步，同一截面内的受拉钢筋，其焊接接头的截面积之和不得超过钢筋总截面的50％。

进一步，步骤(3)中，钻进采用双向钻进，分别从作业坑与目标坑向岩体中心钻进。

进一步，在每盘钻进完毕并取芯完成后重新确定凿岩面中心点。

进一步，步骤(4)后，进行套管顶进施工，对洞体内部进行局部修正。

进一步，套管顶进施工的流程为，下管→稳管及接口处理→顶进→测量、校正→顶进收尾。

进一步，顶进过程为安装顶铁→开油泵使千斤顶伸出活塞→注浆→千斤顶伸出活塞额定长度后开阀门回油→下管。

本发明的有益效果在于：

施工效率高：与传统顶管方法比较，无需修筑大体积混凝土后背墙，节省了时间和投资，与泥水平衡、土压平衡法比较，无需大设备吊装、拆卸，无需注浆减磨等措施。

安全稳定性高：坚石层硬度高，充分利用围岩自承能力高特点，无需岩体支护，不存在塌方危险，且水磨钻钻进后，对岩体无扰动，对上方道路无安全隐患。

设备投入少：水磨钻所需设备均为小体积工器具及小型耗材，无需大设备进场。

节能环保、占地少：施工机具均为小功率，对电力及油料需求少，同时无需建立泥浆池等辅助设施，对周边环境无不利影响，同时节约的占地，地貌恢复容易。

施工周期短：采用双向钻进工艺，施工周期较单侧钻进节约一倍，施工机具稳定性高，零配件充足，人员组织合理，显著缩短工期。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明的施工流程图；

图2为墙体模板安装图；

图3为顶管示意图；

图4为本实施例g50高速公路下穿道顶管施工贯通测量的平面图；

图5为本实施例g50高速公路下穿道顶管施工贯通测量的立面图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

1、穿越前准备

核实顶管段的穿越角度、操作坑间距、土质及水文地质情况及顶管段地上、地下构筑物的结构及其基础做法和高程，对顶管需要的顶力进行核算。根据穿越点的地形、地貌情况，确定地下水的排放点及排水方式。

2、测量放线

使用全站仪、经纬仪和水准仪等定出穿越起止点、中心桩和施工作业带边线桩，并用白灰撒出中心线和边界线。在穿越两侧放出管沟中心线，保证管沟中心线与套管中心线在一条直线上。

测量出套管管底标高及公路两侧的自然地平标高，以便确定管沟深度。测量作业坑、目标坑中心及开挖标高。

3、作业坑、目标坑施工

a测量放线并修筑进场施工通道，平整施工作业带后，开挖顶管穿越用作业坑和目标坑，制作顶管用后背墙。坚实层地质操作坑通常只需保证坑内空间并对坑体内壁做简单平顺处理，无需钢筋混凝土加固，但若作业坑和目标坑处地质为非坚实层，需按以下方式施工坑体以保证坑内足够强度满足套管顶进。操作坑的施工流程为，基坑开挖→垫层浇筑→内壁清理→钢筋绑扎→模板安装→坑体混凝土浇筑→底板钢筋绑扎→底板混凝土浇筑→砼养护。

若基坑开挖处于含水层，需同时实施抽排水或井点降水，直至管道顶进验收完成后，对路面或原地坪修复回填后拆除井点。基坑设置需便于排水、出土和运输。

b模板施工

如图2为墙体模板安装示意图。模板使用木模或钢模，模板拼缝要紧密,并用双面胶带粘贴,以防漏浆。自制木模表面平整光滑，其长度和宽度误差不得超过3mm，不平整度不得超过5mm，拼接的两块板高差不得超过1mm，板间拼缝不得大于2mm。模板制作检查后应涂抹脱模油整齐堆放备用。

模板支架采用建筑常用扣件和φ48×3.5钢管搭设。

c钢筋工程

钢筋接头直径在16mm以上热轧钢筋接头宜采用闪光接触对焊或用电弧焊，16mm以下可用电焊，也可用铁丝绑扎接头。采用电弧焊的搭接焊或绑条焊时，两搭接钢筋的轴线必须在同一直线上，搭接长度、焊接高度必须符合规范要求。

同一截面内的受拉钢筋，其焊接接头的截面积之和不得超过钢筋总截面的50％。钢筋最小锚固长度：钢筋最小锚固长度考虑砼的标号，钢筋种类、结构的抗震等级等因素，必须达到设计图纸的要求。钢筋最小锚固长度必须大于或等于250mm。

d混凝土浇筑

坑体混凝土采用商品砼泵送浇筑或现场拌制，必须按照规定配合比施工。当采用插入式振捣器时振捣砼的移动间距不得大于振捣器作用半径的1.5倍，并应避免碰撞钢筋、模板、预埋管、吊环等，振捣器插入下层不少于50mm。在砼浇筑过程中，应经常观察模板、支架、钢筋预埋件和预留孔洞情况，当发现有变形、移位时，应及时采取措施进行处理。

4、凿岩施工

坚石层硬度高，围岩具有较强自承能力，凿岩施工采用水磨钻双向钻进方式连续施工形成凿进作业面，若围岩自承能力不足，需加强支护并及时顶进混凝土套管，避免洞体塌陷及路面沉降。

a水钻凿岩施工

水磨钻是电机驱动带合金钢钻齿的钻筒钻进岩层形成环形面，逐层取芯直至洞体贯通。根据设计套管直径大小确定凿进作业面直径，通常较套管直径大150mm。

钻筒直径通常dn150，长度500mm，可根据工程需要调整钻筒长度，但钻筒过长会影响电机驱动钻筒钻进稳定性及造成钻齿的损耗加剧，因此，在钻进初期可通过实验确定适宜的钻筒规格，通常钻筒长度改良至650mm可达到钻筒稳定性与钻进速度最佳结合。

由于每盘凿进长度为约650mm，在每盘钻进完毕并取芯完成后均需重新确定凿岩面中心点。钻架一端固定于中心点，以此为圆心进行下一盘钻进。每次重新定位中心点的过程即是每盘纠偏的过程。

钻进采用双向钻进，分别从作业坑与目标坑向岩体中心钻进。通过勤量测、勤纠偏等手段完全可以实现岩体中心在汇合点处的偏差在规范以内。双向钻进大大缩短了工期，完成人员设备的早日撤场及下道工序的尽早开展。为解决水钻自身的中心定位误差大的实际情况，采取激光指向仪对中代替常规的对中方式，减少掘进偏差的产生。加大纠偏测量频次，保证偏差可控。在实际掘进中，随着掘进深度增加，作业空间、光线受限，难免还会出现一定偏差。因此现场需要增加纠偏频次，采用全站仪、水平仪等仪器随时测量，从10米纠偏一次调整到5米、2米纠偏一次，同时利用激光指向仪进行中心定位，避免光线干扰，提高中心定位准确率。

b劈岩机取芯

劈岩机利用岩石从内部向外的抗拉强度小，呈脆性的特点，利用楔块原理设计，在最狭窄的孔中向外能够释放出极大的分裂力。

它由泵站和分裂器两大部分组成，由泵站输出的高压油，驱动油缸，产生巨大推力，驱动楔块组中的中间楔块向前驶出，将反向楔块向两边撑开。

通常根据岩层纹理合理选择胀开点，采取双枪头同时使用、均匀受力的胀开方式，可取得很好的应用效果，采用液压劈岩机每盘取芯用时比人工取芯可节约了一半时间。

劈裂作业时，不会产生震动、冲击、噪音、粉尘飞屑等，周围环境不会受到影响。即使在人口稠密地区或室内，以及紧密设备旁，都可以无干扰地进行工作。

5、套管顶进施工

洞体贯通后需将其内部进行局部修正，使其整体内径大于套管外径，尤其洞体底部需用砂浆抹平滑，减少套管顶进时的阻力。

a导轨安装

安装导轨时，用仪器测量并调整导轨，使两导轨中心线与穿越中心线重合，同时还要保证两导轨应顺直、平行、等高。安装后的导轨应牢固，确保在使用中不产生位移，并应经常检查。

b顶管示意图

如图3为顶管示意图，其中1为液压顶管机，2为套管，3为滑车，4为公路，5为接收坑，6为枕木，7为钢板。

c顶管施工

(1)顶管流程

下管→稳管及接口处理→顶进→测量、校正→顶进收尾。

(2)顶管工艺

1)砼管吊装采用吊车，人工配合稳管。第一节管子下到导轨上，应测量管子的中线及前端和后端的管底高程，确认合格后，方可顶进。第一节管子顶进方向准确，是保证整段顶管质量的关键，对顶进方位勤测量，勤检查，并细致操作，轴线允许偏差为顶进长度的1.5％。

顶进开始后缓慢进行，待各接触部位密合后，再按正常顶进速度顶进，顶进中若发现油压突然增高，要立即停止顶进，检查原因并经处理后方可继续顶进。活塞退回时，油压不得过大，速度不得过快。及时注意油泵上压力表的变化，发现压力骤然增大时，应立即停止泵检查原因。千斤顶活塞伸出长度，应在规定的冲程范围内，不要超出，以防损坏设备。

2)顶入管道采用顶管用钢承口式，接口密封材料选用沥青麻丝和1：2防渗水泥沙浆。

3)顶进前先检查顶铁安装是否平直，以防顶进时产生偏心荷载，边顶边注浆。

4)顶进过程为安装顶铁→开油泵使千斤顶伸出活塞→注浆→千斤顶伸出活塞额定长度后开阀门回油→下管。

如图4所示为本实施例g50高速公路下穿道顶管施工贯通测量的平面图；图5为本实施例g50高速公路下穿道顶管施工贯通测量的立面图。其中a，b，d为各测点的位置，g50高速顶管工程经贯通测量，在预计贯通距离11.43m，贯通点k点水平方向偏差0.08m，在误差范围内，可以不纠偏。在预计贯通点k点垂直方向高度偏差0.127m，其中a向b方向偏差0.062m，剩余5.43m，纠偏率为1：0.01；其中b向a方向偏差0.065m，剩余6m，纠偏率为1：-0.011。

6、穿越段管道预制、试压、绝缘支撑安装

穿越段管道预制、试压和绝缘支撑安装穿越管道的预制地点选在穿越端的一侧，长度大于套管长度4m以上。穿越主管段的组对、焊接、焊缝探伤、试压及补口补伤按主线路施工工艺要求进行，并按照设计要求进行穿越段管道试压，安装绝缘支架。

7、主管穿越

主管穿入套管前人工将套管内的泥土、石子等杂物清理干净。主管穿越前做一个拖管头，焊接在管段前部，拖管头处安装滚轮，滚轮和滚轮架的总高度高于滑动支撑高度20mm以上，保证支撑在管段牵引过程中不会损坏。

穿越时用卷扬机或挖掘机牵引钢丝绳带动主管穿入套管，后端用吊管机调整管段中心，辅助发送。穿越管道拖入预定位置后，切下拖管头。牵引过程不宜过快，应缓慢进行，尤其在牵引头露出套管后将牵引速度降到最低限度，保证主管准确就位。

8、套管端部封堵

管道穿越完毕后，进行套管两端的封堵。套管封堵采用mu10机砖，m5水泥砂浆砌筑，砖挡墙与套管接触的内表面清除干净并涂刷水泥砂浆，砌完后用水泥砂浆抹平。管口端部清理干净后，先涂刷沥青一道；再用沥青麻丝密封防水。

9、回填及地貌恢复

顶管穿越完毕，人工拆除发送坑和接收坑，将穿越管道下部的回填土仔细填实，减少穿越管道下沉量。管顶以上300mm采用人工回填细土，其余部分用挖掘机进行原土回填，回填过程中随时注意保护管道绝缘防腐层不受损坏。作业坑回填完后，对施工时占用的地表进行恢复。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。