岩石地质的顶管工程技术研究

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摘要：顶管工程技术是当前一种非明挖施工技术，具有较强的性能优势，以保证工程有效开展，提升工程质量。文章以实际案例为例，深入分析现阶段的岩石地质顶管工程技术难点，并结合实际情况提出合理的解决策略，以供参考。

关键词：岩石地质；顶管工程；施工技术

0前言

顶管施工技术在我国工程施工中应用较为常见，具有几十年的发展历史，灵活利用其技术优势可以降低在特殊施工环境难度，减少环境对施工产生的影响，提升施工质量。与此同时，顶管工程技术还有助于降低工作量，降低施工成本。

1顶管工程技术概述

顶管工程技术是指当前一种非开挖或少开挖的施工方法，利用顶进设备产生的作用力将管道按照实际的设计坡度顶入土中，克服管道与土的摩擦力，将土方运走，实现最终的管道施工。该方法被广泛的应用在特殊环境中，如地下管线复杂、地面上建筑物较多、河流山川、公路铁道等施工环境中，降低施工环境产生的施工困难，提升施工效率。以岩石地质为例，在施工过程中，如果采用人工挖掘施工方式，施工人员存在安全风险高、粉尘污染严重问题，不仅影响施工人员的安全，其施工效率与施工质量也难以保证。因此，需要工作人员灵活选择岩石地质顶管工程施工技术，充分发挥出施工技术优势，克服岩石地质对施工产生的影响，保证工程有效的开展[1]。

2岩石地质顶管工程技术应用

在进行岩石地质顶管工程施工过程中，主要是利用现有的顶管机刀盘进行工作，通过滚刀对岩石进行施工，利用产生的载荷促使岩石破碎，其工作原理是在岩石表面施加超过岩石承受能力的载荷，破碎后进行顶管施工。施工前，施工刀盘中的滚刀与开挖面进行相互接触，并受到推进力的作用，与岩石进行接触，刀盘的旋转促使刀盘滚刀围绕刀盘中心进行公转，并按照轴线进行自转，在转矩与刀盘作用力的共同作用下对岩石进行破碎，以满足实际的需求。例如，在该过程中，刀盘旋转滚刀对岩石产生剪切、积压、拉裂等一系列的作用力，实现合理的施工，对整体进行完善，保证工程有效的开展。针对岩石地质，可以选择偏心破碎泥水式掘进机，该型号具有较强的头部优势，刀盘坚固耐磨，可以有效的将岩石扎碎，提升工作质量与效率。

2.1岩石地质顶管刀盘的布局与二次破碎

实际上，在进行岩石地质顶管工程施工过程中，岩石地质顶管刀盘的布置是重点内容，直接影响施工的整体质量与进度，同时其二次破碎也是关键技术，属于当前的重点难题。因此，工作人员在施工前应合理对当前的施工进行分析，如岩石的实际硬度、地质的特性、岩石需要破碎程度、刀具的选择以及岩石对刀具的研磨性等，合理进行施工设计，创新其整体效果，提升工作质量。对岩石顶管机刀盘的滚刀布进行控制，保证其具有良好的对称性，在顶管机破岩工作过程中，需要保证刀盘受力平衡，尤其是在倾覆力矩与平行于刀盘面上的力分别为零时才能有效进行布置，以满足实际的施工需求，同时其也是当前刀盘设计的最基础原则。具体来说，可以从以下几方面开展。

首先，合理设定刀盘滚刀刀刃间距值，该因素直接影响滚刀刀具的磨损程度，因此工作人员必须保证其间距合理。实际上，对于滚刀来说其位置的不同产生的线性速度也存在较大的不同，如在掘进相同长度时其产生的轨迹不同，进而造成滚刀的磨损程度相差较大，甚至其发生的不均匀磨损程度存在明显的差别。以实际为例，在刀盘旋转过程中，滚刀刀刃的切入深度为P,可以利用当前的剪切破岩理论进行计算，明确其破裂宽度，公式为a=P/tanɑ，想要保证同一半径的的盘型滚刀旋转一周的切深相等情况下，其破岩量相同应保证期间刀刃间距在合理的范围内，为S≤2a+b，其中b为切割宽度，与刀圈形式、刀圈直径以及切入深度存在明显的关联。滚刀间距在确定过程中主要是利用当前的岩石挖掘情况与种类强度等因素影响，合理进行设计，保证其满足当前的需求[2]。

其次，二次破碎机构主要是对岩石进行二次的破碎，利用二次破碎仓进行，其位置在顶管机的前端，充分发挥出自身的功能对岩石进行二次的破碎，以满足当前的需求。以实际为例，刀盘开口的最大颗粒直径为200mm,将体积较大的石块经过刀盘开口进入二次破碎仓，利用自身的功能进行破碎，减小石块的体积。

最后，嵌接合金刀盘外环的保径功能，在岩石地质顶管工程施工过程中，主要的施工原理是通过现阶段的刀盘滚刀对岩石进行载荷施加，通过对岩石的挤压、剪切以及拉裂，促使岩石承受超过自身载荷的力量而发生破碎，到达施工目的。但对于岩石来说，受其自身的性质影响，在经过滚刀施工后其岩石面的崩裂呈现出凹凸不平情况，尤其是外周部分，存在明显的尖锐部分，受刀盘自身的性质影响在进行破碎时其容易磨损，外环体磨损后对于岩石尖角难以切削，造成最终的卡角情况，影响其整体的运行效果。需要合理的进行调整，增加其外环的保径装置，如工作人员可以在刀盘的外环体中嵌合多条耐磨合金，灵活应用其优势进行优化，保证其均匀进行施工，提升工作效率。

2.2预纠式穿越软硬不均岩层技术

在施工过程中，经常遇到软硬不均匀岩层，工作人员应结合实际情况进行合理的控制，并不断进行完善，以满足其实际需求，提升整体施工质量。针对软硬不均匀岩石可以选择刀盘可伸缩式泥水平衡掘进机，其机头略小，可以实现刀盘与削刀架的同步伸缩，具有较强的工作优势，可以合理控制刀盘的土压力，提升施工速度。例如，当前较为常见的预纠式软硬不均匀岩石的轴线控制技术，可以有效的促使当前的整体性能提升，实现顶管施工。通过利用轴线控制技术，可以对顶管掘进机进行控制，促使其方向准确，从根源上避免出现方向偏移情况，尤其是对当前的软土层部分，容易导致其顶管向土层方向偏移，出现施工错误情况。在软硬不均匀岩层中，工作人员应重点注意预纠偏措施，如可以合理在不均匀土层方向设置不均匀方向角，通常情况下为0.2-0.5°的微量角，利用其角度优势对顶进速度进行控制，从根源上避免由于刀盘对岩层的切削不完整而最终导致轴线偏离的情况发生，为施工有效开展奠定良好的基础。如果在施工过程中出现偏离情况，应及时进行合理的修正，以测量系统数据为基础，进行修正纠偏，调控其顶管机器的状态。

2.3穿越软硬不均地层技术

在进行软硬不均匀地层掘进过程中，由于部分岩石硬度较大，而软处岩石硬度较小，硬度大造成刀具的冲击力度增大，硬度小又会造成粘黏作用，造成滚刀的粘连，甚至出现滚死情况，影响整体施工进度，甚至导致掘进失败。因此在施工过程中，工作人员应灵活应用当前的有效措施进行完善，如在进行硬岩石施工过程中应合理调整刀具速度，促使其自身的冲击小于安全载荷，保证刀具的磨损程度降低。而在进行软硬不均匀岩层施工过程中，应合理对其顶进速度进行控制，并及时观察排渣的数量，调整刀盘的切削力，避免出现刀具粘连情况。与此同时，在实际施工过程中，应保证施工的稳定性，尤其是对于软岩石部分来说，受其自身的性质影响，施工中容易出现坍塌情况，需要工作人员针对实际情况对施工进行分析，选择最佳的施工方式，如对刀具进行保护、灵活利用变频器进行循环水泵调速等，优化施工面的稳定性，提升整体施工安全[3]。

3结论

综上所述，在当前的时代背景下，工程施工数量逐渐增大，施工环境也越来越复杂，灵活应用顶管施工技术，可以有效的降低周围环境对施工产生的影响，尤其是地面上建筑物与地下的管线等，充分发挥出岩石地层顶管施工技术与预纠式轴线控制技术优势，提升施工质量，降低施工风险，完成顶管施工，满足当前的需求。

参考文献：

[1]张君,唐小明,游省易,等.雁荡山世界地质公园岩石微观特征及其对地貌景观形成作用[J].科技通报,2018,34(12):16-22+28.

[2]王丙震,张文彪,段太忠,等.深水浊积水道构型及岩石类型划分与三维地质建模———西非下刚果盆地A油田为例[J].科学技术与工程,2018,18(36):26-35.

[3]贾海明,于宏斌,聂立军.吉林东部敦(化)—密(山)断裂带内碱性粗面岩同位素年代学、岩石化学及地质意义[J].世界地质,2018,37(04):

作者：袁良博 单位：安徽中汇规划勘测设计研究院股份有限公司