巖石地質(zhì)的頂管工程技術(shù)研究

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摘要：頂管工程技術(shù)是當(dāng)前一種非明挖施工技術(shù)，具有較強的性能優(yōu)勢，以保證工程有效開展，提升工程質(zhì)量。文章以實際案例為例，深入分析現(xiàn)階段的巖石地質(zhì)頂管工程技術(shù)難點，并結(jié)合實際情況提出合理的解決策略，以供參考。

關(guān)鍵詞：巖石地質(zhì)；頂管工程；施工技術(shù)

0前言

頂管施工技術(shù)在我國工程施工中應(yīng)用較為常見，具有幾十年的發(fā)展歷史，靈活利用其技術(shù)優(yōu)勢可以降低在特殊施工環(huán)境難度，減少環(huán)境對施工產(chǎn)生的影響，提升施工質(zhì)量。與此同時，頂管工程技術(shù)還有助于降低工作量，降低施工成本。

1頂管工程技術(shù)概述

頂管工程技術(shù)是指當(dāng)前一種非開挖或少開挖的施工方法，利用頂進(jìn)設(shè)備產(chǎn)生的作用力將管道按照實際的設(shè)計坡度頂入土中，克服管道與土的摩擦力，將土方運走，實現(xiàn)最終的管道施工。該方法被廣泛的應(yīng)用在特殊環(huán)境中，如地下管線復(fù)雜、地面上建筑物較多、河流山川、公路鐵道等施工環(huán)境中，降低施工環(huán)境產(chǎn)生的施工困難，提升施工效率。以巖石地質(zhì)為例，在施工過程中，如果采用人工挖掘施工方式，施工人員存在安全風(fēng)險高、粉塵污染嚴(yán)重問題，不僅影響施工人員的安全，其施工效率與施工質(zhì)量也難以保證。因此，需要工作人員靈活選擇巖石地質(zhì)頂管工程施工技術(shù)，充分發(fā)揮出施工技術(shù)優(yōu)勢，克服巖石地質(zhì)對施工產(chǎn)生的影響，保證工程有效的開展[1]。

2巖石地質(zhì)頂管工程技術(shù)應(yīng)用

在進(jìn)行巖石地質(zhì)頂管工程施工過程中，主要是利用現(xiàn)有的頂管機刀盤進(jìn)行工作，通過滾刀對巖石進(jìn)行施工，利用產(chǎn)生的載荷促使巖石破碎，其工作原理是在巖石表面施加超過巖石承受能力的載荷，破碎后進(jìn)行頂管施工。施工前，施工刀盤中的滾刀與開挖面進(jìn)行相互接觸，并受到推進(jìn)力的作用，與巖石進(jìn)行接觸，刀盤的旋轉(zhuǎn)促使刀盤滾刀圍繞刀盤中心進(jìn)行公轉(zhuǎn)，并按照軸線進(jìn)行自轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)矩與刀盤作用力的共同作用下對巖石進(jìn)行破碎，以滿足實際的需求。例如，在該過程中，刀盤旋轉(zhuǎn)滾刀對巖石產(chǎn)生剪切、積壓、拉裂等一系列的作用力，實現(xiàn)合理的施工，對整體進(jìn)行完善，保證工程有效的開展。針對巖石地質(zhì)，可以選擇偏心破碎泥水式掘進(jìn)機，該型號具有較強的頭部優(yōu)勢，刀盤堅固耐磨，可以有效的將巖石扎碎，提升工作質(zhì)量與效率。

2.1巖石地質(zhì)頂管刀盤的布局與二次破碎

實際上，在進(jìn)行巖石地質(zhì)頂管工程施工過程中，巖石地質(zhì)頂管刀盤的布置是重點內(nèi)容，直接影響施工的整體質(zhì)量與進(jìn)度，同時其二次破碎也是關(guān)鍵技術(shù)，屬于當(dāng)前的重點難題。因此，工作人員在施工前應(yīng)合理對當(dāng)前的施工進(jìn)行分析，如巖石的實際硬度、地質(zhì)的特性、巖石需要破碎程度、刀具的選擇以及巖石對刀具的研磨性等，合理進(jìn)行施工設(shè)計，創(chuàng)新其整體效果，提升工作質(zhì)量。對巖石頂管機刀盤的滾刀布進(jìn)行控制，保證其具有良好的對稱性，在頂管機破巖工作過程中，需要保證刀盤受力平衡，尤其是在傾覆力矩與平行于刀盤面上的力分別為零時才能有效進(jìn)行布置，以滿足實際的施工需求，同時其也是當(dāng)前刀盤設(shè)計的最基礎(chǔ)原則。具體來說，可以從以下幾方面開展。

首先，合理設(shè)定刀盤滾刀刀刃間距值，該因素直接影響滾刀刀具的磨損程度，因此工作人員必須保證其間距合理。實際上，對于滾刀來說其位置的不同產(chǎn)生的線性速度也存在較大的不同，如在掘進(jìn)相同長度時其產(chǎn)生的軌跡不同，進(jìn)而造成滾刀的磨損程度相差較大，甚至其發(fā)生的不均勻磨損程度存在明顯的差別。以實際為例，在刀盤旋轉(zhuǎn)過程中，滾刀刀刃的切入深度為P,可以利用當(dāng)前的剪切破巖理論進(jìn)行計算，明確其破裂寬度，公式為a=P/tanɑ，想要保證同一半徑的的盤型滾刀旋轉(zhuǎn)一周的切深相等情況下，其破巖量相同應(yīng)保證期間刀刃間距在合理的范圍內(nèi)，為S≤2a+b，其中b為切割寬度，與刀圈形式、刀圈直徑以及切入深度存在明顯的關(guān)聯(lián)。滾刀間距在確定過程中主要是利用當(dāng)前的巖石挖掘情況與種類強度等因素影響，合理進(jìn)行設(shè)計，保證其滿足當(dāng)前的需求[2]。

其次，二次破碎機構(gòu)主要是對巖石進(jìn)行二次的破碎，利用二次破碎倉進(jìn)行，其位置在頂管機的前端，充分發(fā)揮出自身的功能對巖石進(jìn)行二次的破碎，以滿足當(dāng)前的需求。以實際為例，刀盤開口的最大顆粒直徑為200mm,將體積較大的石塊經(jīng)過刀盤開口進(jìn)入二次破碎倉，利用自身的功能進(jìn)行破碎，減小石塊的體積。

最后，嵌接合金刀盤外環(huán)的保徑功能，在巖石地質(zhì)頂管工程施工過程中，主要的施工原理是通過現(xiàn)階段的刀盤滾刀對巖石進(jìn)行載荷施加，通過對巖石的擠壓、剪切以及拉裂，促使巖石承受超過自身載荷的力量而發(fā)生破碎，到達(dá)施工目的。但對于巖石來說，受其自身的性質(zhì)影響，在經(jīng)過滾刀施工后其巖石面的崩裂呈現(xiàn)出凹凸不平情況，尤其是外周部分，存在明顯的尖銳部分，受刀盤自身的性質(zhì)影響在進(jìn)行破碎時其容易磨損，外環(huán)體磨損后對于巖石尖角難以切削，造成最終的卡角情況，影響其整體的運行效果。需要合理的進(jìn)行調(diào)整，增加其外環(huán)的保徑裝置，如工作人員可以在刀盤的外環(huán)體中嵌合多條耐磨合金，靈活應(yīng)用其優(yōu)勢進(jìn)行優(yōu)化，保證其均勻進(jìn)行施工，提升工作效率。

2.2預(yù)糾式穿越軟硬不均巖層技術(shù)

在施工過程中，經(jīng)常遇到軟硬不均勻巖層，工作人員應(yīng)結(jié)合實際情況進(jìn)行合理的控制，并不斷進(jìn)行完善，以滿足其實際需求，提升整體施工質(zhì)量。針對軟硬不均勻巖石可以選擇刀盤可伸縮式泥水平衡掘進(jìn)機，其機頭略小，可以實現(xiàn)刀盤與削刀架的同步伸縮，具有較強的工作優(yōu)勢，可以合理控制刀盤的土壓力，提升施工速度。例如，當(dāng)前較為常見的預(yù)糾式軟硬不均勻巖石的軸線控制技術(shù)，可以有效的促使當(dāng)前的整體性能提升，實現(xiàn)頂管施工。通過利用軸線控制技術(shù)，可以對頂管掘進(jìn)機進(jìn)行控制，促使其方向準(zhǔn)確，從根源上避免出現(xiàn)方向偏移情況，尤其是對當(dāng)前的軟土層部分，容易導(dǎo)致其頂管向土層方向偏移，出現(xiàn)施工錯誤情況。在軟硬不均勻巖層中，工作人員應(yīng)重點注意預(yù)糾偏措施，如可以合理在不均勻土層方向設(shè)置不均勻方向角，通常情況下為0.2-0.5°的微量角，利用其角度優(yōu)勢對頂進(jìn)速度進(jìn)行控制，從根源上避免由于刀盤對巖層的切削不完整而最終導(dǎo)致軸線偏離的情況發(fā)生，為施工有效開展奠定良好的基礎(chǔ)。如果在施工過程中出現(xiàn)偏離情況，應(yīng)及時進(jìn)行合理的修正，以測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行修正糾偏，調(diào)控其頂管機器的狀態(tài)。

2.3穿越軟硬不均地層技術(shù)

在進(jìn)行軟硬不均勻地層掘進(jìn)過程中，由于部分巖石硬度較大，而軟處巖石硬度較小，硬度大造成刀具的沖擊力度增大，硬度小又會造成粘黏作用，造成滾刀的粘連，甚至出現(xiàn)滾死情況，影響整體施工進(jìn)度，甚至導(dǎo)致掘進(jìn)失敗。因此在施工過程中，工作人員應(yīng)靈活應(yīng)用當(dāng)前的有效措施進(jìn)行完善，如在進(jìn)行硬巖石施工過程中應(yīng)合理調(diào)整刀具速度，促使其自身的沖擊小于安全載荷，保證刀具的磨損程度降低。而在進(jìn)行軟硬不均勻巖層施工過程中，應(yīng)合理對其頂進(jìn)速度進(jìn)行控制，并及時觀察排渣的數(shù)量，調(diào)整刀盤的切削力，避免出現(xiàn)刀具粘連情況。與此同時，在實際施工過程中，應(yīng)保證施工的穩(wěn)定性，尤其是對于軟巖石部分來說，受其自身的性質(zhì)影響，施工中容易出現(xiàn)坍塌情況，需要工作人員針對實際情況對施工進(jìn)行分析，選擇最佳的施工方式，如對刀具進(jìn)行保護(hù)、靈活利用變頻器進(jìn)行循環(huán)水泵調(diào)速等，優(yōu)化施工面的穩(wěn)定性，提升整體施工安全[3]。

3結(jié)論

綜上所述，在當(dāng)前的時代背景下，工程施工數(shù)量逐漸增大，施工環(huán)境也越來越復(fù)雜，靈活應(yīng)用頂管施工技術(shù)，可以有效的降低周圍環(huán)境對施工產(chǎn)生的影響，尤其是地面上建筑物與地下的管線等，充分發(fā)揮出巖石地層頂管施工技術(shù)與預(yù)糾式軸線控制技術(shù)優(yōu)勢，提升施工質(zhì)量，降低施工風(fēng)險，完成頂管施工，滿足當(dāng)前的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]張君,唐小明,游省易,等.雁蕩山世界地質(zhì)公園巖石微觀特征及其對地貌景觀形成作用[J].科技通報,2018,34(12):16-22+28.

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[3]賈海明,于宏斌,聶立軍.吉林東部敦(化)—密(山)斷裂帶內(nèi)堿性粗面巖同位素年代學(xué)、巖石化學(xué)及地質(zhì)意義[J].世界地質(zhì),2018,37(04):

作者：袁良博 單位：安徽中匯規(guī)劃勘測設(shè)計研究院股份有限公司