巖石地質的頂管工程技術研究

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摘要：頂管工程技術是當前一種非明挖施工技術，具有較強的性能優勢，以保證工程有效開展，提升工程質量。文章以實際案例為例，深入分析現階段的巖石地質頂管工程技術難點，并結合實際情況提出合理的解決策略，以供參考。

關鍵詞：巖石地質；頂管工程；施工技術

0前言

頂管施工技術在我國工程施工中應用較為常見，具有幾十年的發展歷史，靈活利用其技術優勢可以降低在特殊施工環境難度，減少環境對施工產生的影響，提升施工質量。與此同時，頂管工程技術還有助于降低工作量，降低施工成本。

1頂管工程技術概述

頂管工程技術是指當前一種非開挖或少開挖的施工方法，利用頂進設備產生的作用力將管道按照實際的設計坡度頂入土中，克服管道與土的摩擦力，將土方運走，實現最終的管道施工。該方法被廣泛的應用在特殊環境中，如地下管線復雜、地面上建筑物較多、河流山川、公路鐵道等施工環境中，降低施工環境產生的施工困難，提升施工效率。以巖石地質為例，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險高、粉塵污染嚴重問題，不僅影響施工人員的安全，其施工效率與施工質量也難以保證。因此，需要工作人員靈活選擇巖石地質頂管工程施工技術，充分發揮出施工技術優勢，克服巖石地質對施工產生的影響，保證工程有效的開展[1]。

2巖石地質頂管工程技術應用

在進行巖石地質頂管工程施工過程中，主要是利用現有的頂管機刀盤進行工作，通過滾刀對巖石進行施工，利用產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，破碎后進行頂管施工。施工前，施工刀盤中的滾刀與開挖面進行相互接觸，并受到推進力的作用，與巖石進行接觸，刀盤的旋轉促使刀盤滾刀圍繞刀盤中心進行公轉，并按照軸線進行自轉，在轉矩與刀盤作用力的共同作用下對巖石進行破碎，以滿足實際的需求。例如，在該過程中，刀盤旋轉滾刀對巖石產生剪切、積壓、拉裂等一系列的作用力，實現合理的施工，對整體進行完善，保證工程有效的開展。針對巖石地質，可以選擇偏心破碎泥水式掘進機，該型號具有較強的頭部優勢，刀盤堅固耐磨，可以有效的將巖石扎碎，提升工作質量與效率。

2.1巖石地質頂管刀盤的布局與二次破碎

實際上，在進行巖石地質頂管工程施工過程中，巖石地質頂管刀盤的布置是重點內容，直接影響施工的整體質量與進度，同時其二次破碎也是關鍵技術，屬于當前的重點難題。因此，工作人員在施工前應合理對當前的施工進行分析，如巖石的實際硬度、地質的特性、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，合理進行施工設計，創新其整體效果，提升工作質量。對巖石頂管機刀盤的滾刀布進行控制，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行布置，以滿足實際的施工需求，同時其也是當前刀盤設計的最基礎原則。具體來說，可以從以下幾方面開展。

首先，合理設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生的線性速度也存在較大的不同，如在掘進相同長度時其產生的軌跡不同，進而造成滾刀的磨損程度相差較大，甚至其發生的不均勻磨損程度存在明顯的差別。以實際為例，在刀盤旋轉過程中，滾刀刀刃的切入深度為P,可以利用當前的剪切破巖理論進行計算，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一周的切深相等情況下，其破巖量相同應保證期間刀刃間距在合理的范圍內，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聯。滾刀間距在確定過程中主要是利用當前的巖石挖掘情況與種類強度等因素影響，合理進行設計，保證其滿足當前的需求[2]。

其次，二次破碎機構主要是對巖石進行二次的破碎，利用二次破碎倉進行，其位置在頂管機的前端，充分發揮出自身的功能對巖石進行二次的破碎，以滿足當前的需求。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過刀盤開口進入二次破碎倉，利用自身的功能進行破碎，減小石塊的體積。

最后，嵌接合金刀盤外環的保徑功能，在巖石地質頂管工程施工過程中，主要的施工原理是通過現階段的刀盤滾刀對巖石進行載荷施加，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生破碎，到達施工目的。但對于巖石來說，受其自身的性質影響，在經過滾刀施工后其巖石面的崩裂呈現出凹凸不平情況，尤其是外周部分，存在明顯的尖銳部分，受刀盤自身的性質影響在進行破碎時其容易磨損，外環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。需要合理的進行調整，增加其外環的保徑裝置，如工作人員可以在刀盤的外環體中嵌合多條耐磨合金，靈活應用其優勢進行優化，保證其均勻進行施工，提升工作效率。

2.2預糾式穿越軟硬不均巖層技術

在施工過程中，經常遇到軟硬不均勻巖層，工作人員應結合實際情況進行合理的控制，并不斷進行完善，以滿足其實際需求，提升整體施工質量。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機，其機頭略小，可以實現刀盤與削刀架的同步伸縮，具有較強的工作優勢，可以合理控制刀盤的土壓力，提升施工速度。例如，當前較為常見的預糾式軟硬不均勻巖石的軸線控制技術，可以有效的促使當前的整體性能提升，實現頂管施工。通過利用軸線控制技術，可以對頂管掘進機進行控制，促使其方向準確，從根源上避免出現方向偏移情況，尤其是對當前的軟土層部分，容易導致其頂管向土層方向偏移，出現施工錯誤情況。在軟硬不均勻巖層中，工作人員應重點注意預糾偏措施，如可以合理在不均勻土層方向設置不均勻方向角，通常情況下為0.2-0.5°的微量角，利用其角度優勢對頂進速度進行控制，從根源上避免由于刀盤對巖層的切削不完整而最終導致軸線偏離的情況發生，為施工有效開展奠定良好的基礎。如果在施工過程中出現偏離情況，應及時進行合理的修正，以測量系統數據為基礎，進行修正糾偏，調控其頂管機器的狀態。

2.3穿越軟硬不均地層技術

在進行軟硬不均勻地層掘進過程中，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，甚至出現滾死情況，影響整體施工進度，甚至導致掘進失敗。因此在施工過程中，工作人員應靈活應用當前的有效措施進行完善，如在進行硬巖石施工過程中應合理調整刀具速度，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。而在進行軟硬不均勻巖層施工過程中，應合理對其頂進速度進行控制，并及時觀察排渣的數量，調整刀盤的切削力，避免出現刀具粘連情況。與此同時，在實際施工過程中，應保證施工的穩定性，尤其是對于軟巖石部分來說，受其自身的性質影響，施工中容易出現坍塌情況，需要工作人員針對實際情況對施工進行分析，選擇最佳的施工方式，如對刀具進行保護、靈活利用變頻器進行循環水泵調速等，優化施工面的穩定性，提升整體施工安全[3]。

3結論

綜上所述，在當前的時代背景下，工程施工數量逐漸增大，施工環境也越來越復雜，靈活應用頂管施工技術，可以有效的降低周圍環境對施工產生的影響，尤其是地面上建筑物與地下的管線等，充分發揮出巖石地層頂管施工技術與預糾式軸線控制技術優勢，提升施工質量，降低施工風險，完成頂管施工，滿足當前的需求。

參考文獻：

[1]張君,唐小明,游省易,等.雁蕩山世界地質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.

[2]王丙震,張文彪,段太忠,等.深水濁積水道構型及巖石類型劃分與三維地質建模———西非下剛果盆地A油田為例[J].科學技術與工程,2018,18(36):26-35.

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

作者：袁良博 單位：安徽中匯規劃勘測設計研究院股份有限公司