在岩层中顶管的施工总结和研析

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×管长2000mm×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。

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图1-1 顶管穿越平面图

图1-2顶管穿越纵面图

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）。

2.1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石体内部，岩石体图2-1 设计说明

图2-1 石料抗压强度试验报告

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）。

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。原理是充分利用风镐进行钻孔，利用岩石分裂机进行碎石。

图2-3 风镐碎石实景

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）

2.2.2岩石分裂机对钻孔的要求

岩石分裂机对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）。

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。

图2-6 通过扩大垫片加宽裂缝

图2-7 开放空间分裂岩石 图2-8 顶管受限空间，环周钻孔

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（LNG）项目输气管道工程顶管穿越工程的实践，我们探索出了使用风镐和分裂机联合作业的方法，填补了公司在顶管穿越坚硬岩层方面的空白。在此后的施工过程中，我将摸索掌握施工的技巧并进行总结，让这种安全、经济、快速的碎石方法发挥更好的作用。