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　　巖石頂管機(jī)設(shè)備選型與設(shè)計(jì)

　　本案例工程一次性距離長(zhǎng)，存在溶洞、斷層、軟硬不均、富水、大量淺埋層等不良地質(zhì)，并結(jié)合進(jìn)度、安全要求，進(jìn)行詳細(xì)的分析論證，確定選用泥水平衡式頂管施工方案。為確保安全順利通過(guò)，對(duì)設(shè)備提出如下設(shè)計(jì)要求：

　　1、頂管設(shè)備應(yīng)能滿(mǎn)足一次性頂進(jìn)2km的能力，整機(jī)應(yīng)性能可靠、穩(wěn)定，并確保其成洞質(zhì)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

　　2、滿(mǎn)足切削較大飽和抗壓強(qiáng)度為90MPa巖石的能力。

　　3、泥漿性能應(yīng)能滿(mǎn)足長(zhǎng)距離頂進(jìn)施工要求。

　　4、方向調(diào)整與糾偏能力及導(dǎo)向系統(tǒng)的精度和設(shè)備的可操控性應(yīng)能保證高精度貫通。

　　巖石地層頂管施工潤(rùn)滑減阻問(wèn)題

　　常規(guī)頂管施工中，管節(jié)外壁摩阻力遠(yuǎn)大于正面阻力，摩阻力與頂進(jìn)長(zhǎng)度成正比關(guān)系，適量注入觸變泥漿，變固體間的滑動(dòng)摩擦為固液間的滑動(dòng)摩擦，將極大地減小阻力，所以頂進(jìn)施工中，適量使用觸變泥漿是減小頂進(jìn)阻力的重要措施。

　　由于巖石的自穩(wěn)能力強(qiáng)，隧洞與管節(jié)外壁之間的間隙一直存在并形成前后連通的通道，受地下水及其流動(dòng)性的影響，無(wú)法有效形成泥漿套，且大量膨潤(rùn)土流入刀盤(pán)被循環(huán)泥漿帶走。

　　頂進(jìn)過(guò)程中，掌子面破巖形成的石渣會(huì)通過(guò)超挖間隙向后流動(dòng)進(jìn)入管節(jié)外壁與洞壁間隙，使管節(jié)上浮，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使管節(jié)與拱頂巖面直接接觸。石渣與膨潤(rùn)土混合較長(zhǎng)時(shí)間后，底部石渣與觸變泥漿的混合物長(zhǎng)期受到管道重量擠壓、水分流失后會(huì)形成泥餅，從而使摩阻力急劇增大。

　　圍巖破碎的洞段，觸變泥漿會(huì)滲入到巖石裂隙，在其潤(rùn)滑性的作用下，加大圍巖失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。

　　富水段和裂隙發(fā)育地層中，觸變泥漿漏失嚴(yán)重，無(wú)法提供有效潤(rùn)滑。

　　施工中，觸變泥漿配比需要結(jié)合頂管機(jī)的頂進(jìn)參數(shù)和圍巖情況，在試驗(yàn)分析基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)踐合理調(diào)整。

　　觸變泥漿技術(shù)措施

　　1. 確定觸變泥漿配比

　　觸變泥漿的成分為膨潤(rùn)土、CMC(粉末化學(xué)漿糊)、純堿和水，不同地質(zhì)需要對(duì)應(yīng)的配合比，終于通過(guò)試驗(yàn)確定。

　　2. 控制出渣泥水壓力和觸變泥漿壓力

　　在完整圍巖中頂進(jìn)時(shí)，在確保正常循環(huán)的前提下盡量降低出渣系統(tǒng)掌子面的泥水壓力，采用常壓模式，泥水倉(cāng)水位保持在半倉(cāng)左右，以減少開(kāi)挖石渣回流進(jìn)入管壁與洞壁間隙的幾率。同時(shí)，適當(dāng)降低觸變泥漿的注入壓力，減少其進(jìn)入刀盤(pán)而流失的幾率。

　　3. 監(jiān)控摩阻力指導(dǎo)頂進(jìn)施工

　　通過(guò)監(jiān)測(cè)主頂和中繼間頂力變化，分析不同段落的摩阻系數(shù)：宜控制摩阻力不大于3kN/m2;摩阻力大于5kN/m2時(shí)應(yīng)引起警覺(jué);摩阻力超過(guò)8kN/m2時(shí)，必須采取如清理沉渣等處理措施降低摩阻力。

　　4. 控制觸變泥漿粘度

　　正常洞段觸變泥漿的馬氏粘度約為90s;圍巖破碎洞段觸變泥漿的馬氏粘度不低于120s，以減少漏失量;必要時(shí)添加高分子材料，進(jìn)一步增加粘度，提升保水率，減少漏失量。

　　5. 保持觸變泥漿潤(rùn)滑效果

　　圍巖較好的富水段，根據(jù)實(shí)踐，觸變泥漿流失量大，被稀釋后幾乎失去應(yīng)有的潤(rùn)滑效果，可以選擇性停止注漿或者單純注入高分子材料。

　　結(jié)語(yǔ)

　　長(zhǎng)距離巖石頂管隧道施工技術(shù)在我國(guó)水利工程領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣，同時(shí)工程條件對(duì)頂管機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)與施工技術(shù)的要求會(huì)越來(lái)越高。在如何有效應(yīng)對(duì)斷層破碎帶、高壓富水、圍巖收斂與掉塊、觸變泥漿長(zhǎng)期穩(wěn)定性以及提出適應(yīng)巖石頂管施工的指導(dǎo)理論等問(wèn)題上，仍需結(jié)合后續(xù)工程繼續(xù)系統(tǒng)研究、不斷積累經(jīng)驗(yàn)。只有真正解決了長(zhǎng)距離巖石頂管工程在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中遇到的難題，才能持續(xù)推動(dòng)巖石頂管技術(shù)的發(fā)展，從而為我國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)做出更大貢獻(xiàn)。