水钻掘进法在岩石层顶管中的应用

赵广广

摘要：随着城市化进程的不断推进，地下工程的建设越来越普遍。而岩石层顶管是地下工程中的一种常见施工工艺，其施工过程中需要进行开挖孔洞或加固地基等工作，具有复杂性特点。因此，寻找一种新型的、高效的工程施工方法成为了当前地下工程建设的重要课题。水钻掘进法在岩石层顶管的应用备受瞩目。对此，本文对水钻掘进法及岩石层顶管的概述进行了分析，分享了水钻掘进法在岩石层顶管中的应用。谨以此与相关研究者共勉。

关键词：水钻掘进法；岩石层顶管；应用

引言

地下工程的建设越来越受到人们的关注，而岩石层顶管是地下工程中的一种常见施工工艺，可以保证地面上建筑物的安全。在岩石层顶管的过程中，开挖孔洞或者加固地基是必不可少的步骤。传统的钻进方法存在一些问题，如施工速度慢、噪音大、环境污染等。而水钻掘进法则具有施工速度快、噪声小、污染少等优点。因此，加强对水钻掘进法在岩石层顶管中的应用探究具有必要意义。

一、水钻掘进法与岩石层顶管的相关概述

岩石层顶管是指在地下工程中，为了保证地面上建筑物的安全而采取的一种防止地面塌陷的措施[1]。在地下工程中，开挖地下空间会对周围环境和地质构造产生影响，而岩石层顶管则可以起到支护岩石层的作用，避免因地下开挖导致的地面沉降、坍塌等问题。岩石层顶管管材通常由钢筋混凝土构成，具有较高的承载能力和稳定性。在地铁、道路、水利等地下工程中，岩石层顶管是一种常见的施工工艺，对工程的稳定和安全起着至关重要的作用。水钻掘进法是一种利用高压水流作为钻进动力的工程施工方法。它采用高压水射流对岩石进行冲击和切割，将岩石磨碎并带走，从而实现钻进的目的。水钻掘进法具有施工速度快、噪声小、污染少等优点，广泛应用于地下工程、采矿、石油开采和环保等领域。在水钻掘进法中，水流速度可以达到1000米/秒以上，因此不仅能够切割软岩，也能够在硬岩中进行有效的钻进。同时，水钻掘进法还可以减少对周围环境的影响，保护环境。由此可知，将水钻掘进法应用与岩石层顶管中能更好的提升地下工程建设效率及效果，促进我国建筑工程及城市的发展[2]。

图一  水钻取芯

二、水钻掘进法在岩石层顶管中的应用及施工

水钻掘进法在岩石层顶管中的应用工序具有复杂性，其中包含了测量工作、顶进工作坑、管节吊装、水钻掘进施工、管道顶进、管道接口防水、管周注浆等。具体分析如下：

（一）测量工作

在岩石层顶管的施工过程中，测量是一个重要的工序，可以确保施工的精度和质量。测量主要包括地面控制点、孔洞位置、顶管坐标等方面。其中，地面控制点的设置需要考虑地面建筑物的位置、地下管线的走向和深度等因素。孔洞位置的测量需要使用激光测距仪或者全站仪等精密仪器，以确保孔洞的位置准确无误。顶管坐标则需要根据设计要求进行精确计算。

（二）顶进工作坑

顶进工作坑是岩石层顶管施工的第一步，其目的是为钻进孔洞做好准备工作。在顶进工作坑的施工中，需要先进行地面开挖，然后铺设支护材料，如钢板、钢架等，以保证工作坑的稳定和安全。同时，还需要考虑工作坑的排水和通风问题，以确保施工环境的安全和舒适。

（三）管节吊装

管节吊装是指将顶管的管节通过起重设备吊装到孔洞中的过程。在管节吊装的过程中，需要确保吊装设备的安全和稳定，同时还需要考虑孔洞的位置和尺寸，以确保管节能够准确无误地放入孔洞中。此外，还需要注意管节的防护和保养，以确保其完好无损。

（四）水钻掘进施工

水钻掘进施工是岩石层顶管施工的核心工序之一，其施工质量直接关系到岩石层顶管的稳定性和安全性。在施工过程中需要考虑水钻头和喷嘴的选择、水压和水流量的控制、钻进孔洞的清理和排水处理等方面。

1、搭设水钻支架

在施工前，需要先搭设水钻支架，支架的选择和搭设需要根据具体的施工条件和要求进行确定。支架的搭设需要考虑支架的稳固性和安全性，以及支架的高度和角度等因素，以确保施工质量和安全。在水钻掘进施工中，根据不同的岩石类型和钻进要求，需要选择不同类型的水钻头和喷嘴。一般来说，硬岩需要选择尖锐的水钻头，而软岩则需要选择较宽的水钻头。喷嘴的大小和形状也需要根据岩石及水流的具体情况进行选择，以确保水流能够充分冲击和切割岩石，同时还需要考虑喷嘴的防堵和耐磨性能。

2、水钻取芯

在施工过程中，需要使用水钻头进行取芯。取芯是指在钻进岩石的过程中，将岩石样品带出来进行分析和检测。取芯需要根据设计要求进行，同时还需要注意水钻头的选择和喷嘴的调整，以确保取芯效果和质量。

3、桩芯打孔破碎

在取芯完成后，需要进行桩芯打孔破碎。这个过程可以通过水钻头的高压水射流，将岩石破碎成小块，以便后续清理和处理。在桩芯打孔破碎的过程中，需要注意水压和水流量的控制，以确保施工安全和稳定。水压和水流量是水钻掘进施工中需要严格控制的参数之一。一般来说，水压需要根据不同的岩石类型和钻进深度进行调整，以避免因水压过大而导致的岩石破碎不均，或者因水压过小而导致的钻进效率低下。水流量也需要根据钻进深度和岩石类型进行调整，以确保水流能够充分冲击和切割岩石，同时还需要考虑水流量对环境和周围地质构造的影响。

图二  桩芯破碎

4、钻进孔洞的清理和排水处理

在钻进过程中，可能会出现孔洞不规则或者孔壁有裂缝等问题，这些问题需要通过钻洞整修来解决。钻洞整修可以采用注浆、喷涂等方式，以加固孔壁和改善孔洞形状。在钻洞整修的过程中，需要注意注浆材料和喷涂设备的选择，以确保整修效果和质量。另外，在水钻掘进施工过程中，由于岩石的磨碎和带出，会产生大量的碎石和泥浆，这些物质会影响钻进效率和孔洞的通畅性。因此，在施工过程中需要对钻进孔洞进行清理和排水处理。清理可以采用吸尘器等设备，将碎石和泥浆清理出来；排水可以通过泵吸等方式，将孔洞中的水抽排出去，以确保孔洞的通畅性和安全性。施工质量直接关系到岩石层顶管的稳定性和安全性。在施工过程中，需要严格按照设计要求进行操作，选择适当的水钻头和喷嘴，控制水压和水流量，对钻进孔洞进行清理和排水处理，以确保施工质量和安全。

（五）管道顶进

管道顶进是指将管道从孔洞中顶出来的过程。在管道顶进的过程中，需要考虑管道的位置和方向，以确保其能够准确无误地顶出来。同时，还需要控制顶进速度和力度，以避免管道损坏或者变形。

（六）管道接口防水

管道接口防水是岩石层顶管施工中的一个重要工序。在管道接口防水的过程中，需要使用专用的密封材料对管道接口进行处理，以确保其密封性能和防水效果。同时，还需要对接口处进行检测和测试，以确保其质量和可靠性。

（七）管周注浆

管周注浆是指在管道周围进行注浆处理，以提高管道的稳定性和安全性。在管周注浆的过程中，需要选择适当的注浆材料和注浆设备，以确保注浆效果和质量。同时，还需要控制注浆压力和速度，以确保注浆均匀和稳定。在注浆过程中，还需要对注浆情况进行监测和测试，以确保注浆效果符合设计要求。

结语

综上而言，岩石层顶管的施工涉及多个工序，每个工序都有其独特的施工方法和注意事项。在将水钻掘进法应用于岩石层顶管中时，施工人员需要具备专业知识和技能，以应对突发情况和安全风险，确保水钻掘进法在岩石层顶管施工中的顺利应用。

参考文献：

[1]孟宪翚,张建辉,刘庆峰,陈莉莉,彭艺艺. 水钻掘进法在污水管道顶管施工中的应用[J]. 中国给水排水,2016,32(04):105-108.

[2]陈宝军,张晖. 浅析水钻法在顶管岩石层中的施工应用[J]. 居舍,2017,(30):32.

[3赖俊飞.市政污水管道顶管施工技术要点[J].建筑工程技术与设计.2018,(17):3165,3424.