論凍土爆破鉆孔機(jī)械的選用及發(fā)展現(xiàn)狀

肖煒清 季方宇 喬文澤

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論凍土爆破鉆孔機(jī)械的選用及發(fā)展現(xiàn)狀

肖煒清 季方宇 喬文澤

（沈陽理工大學(xué) 遼寧沈陽 110159）

土爆破具有一定特殊性,其一直是困擾施工的一個(gè)技術(shù)難題,一般的挖掘技術(shù)和鉆孔機(jī)械很難滿足其需求。本文結(jié)合凍土爆破的施工實(shí)踐,對(duì)凍土爆破鉆孔機(jī)械的選用原則進(jìn)行了闡述,期為凍土爆破提供一些鉆孔機(jī)械選用的參考。

凍土爆破；鉆孔機(jī)械；選用原則

一、引言：

在我國北方地區(qū)的冬季施工中和為滿足某些特殊工藝要求而進(jìn)行的人工凍結(jié)土施工中經(jīng)常會(huì)遇到凍土開挖,特別是在西部高原地區(qū)的工程施工中,凍土開挖更為常見。凍土開挖方法一般有:機(jī)械開挖法、加溫融化法、爆破開挖法。從工程實(shí)踐結(jié)果來看,機(jī)械開挖法和加溫融化法對(duì)開挖較薄的凍土層比較有效,對(duì)較厚的多年凍土開挖能力有限,且加溫融化法存在影響環(huán)保和成本高的問題。較厚的多年凍土的開挖宜采用爆破開挖法。

凍土開挖在我國是十分常見的,特別是在高原地區(qū)的施工中,由于凍土層較厚,需要進(jìn)行凍土的爆破開挖。在凍土的爆破開挖中,鉆孔機(jī)械的選用十分重要,正確選用鉆孔機(jī)械可以控制成本,控制施工時(shí)間。雖然許多學(xué)者對(duì)凍土爆破鉆孔機(jī)械進(jìn)行了各方而的研究,但這個(gè)難題依舊沒有得到解決,特別是高海拔地區(qū)的凍土爆破仍然是一個(gè)難題。

二、凍土鉆孔機(jī)械研究情況

（一）鉆孔機(jī)械爆破

在進(jìn)行表層凍土爆破時(shí)，可以選用沖擊破碎方式的鉆孔機(jī)械進(jìn)行凍土爆破。這種方式也有弊端，沖擊破碎式的鉆孔機(jī)械在使用中凍土碎屑得不到及時(shí)的排出，在鉆孔機(jī)械的鉆頭處常常會(huì)有大量的泥土殘留，在凍土層下15cm—20cm左右就不能再進(jìn)行鉆孔。所以，如果凍土的強(qiáng)度較高，就不適合選用沖擊破碎方式的鉆孔機(jī)械，而須改用風(fēng)動(dòng)鉆孔機(jī)械。

（二）強(qiáng)度較高的凍土層爆破

對(duì)于強(qiáng)度較高的凍土層，或者土層脆化比較嚴(yán)重的，選用風(fēng)動(dòng)鉆孔機(jī)械；對(duì)于強(qiáng)度較低的凍土層，或者有黏性的軟弱土層，選用煤電鉆孔機(jī)械。

（三）凍土方量特殊的土層爆破

在碰到凍土方量大于平常時(shí)，可以選用簡易的鉆孔機(jī)械，比如風(fēng)動(dòng)潛孔鉆孔機(jī)械，隨著風(fēng)力的增強(qiáng)，鉆機(jī)鉆孔的直徑可達(dá)到80mm——100mm，臺(tái)班的作業(yè)效率達(dá)到30m——50m，整體達(dá)到施工的預(yù)期值；方量大，并且凍土集中的施工點(diǎn)，鉆孔機(jī)械可以采用國內(nèi)凍土爆破效率最高的地質(zhì)鉆機(jī)——駝牌WTZ-100M/S型，其運(yùn)作速度快、移動(dòng)便捷，保證凍土爆破的施工質(zhì)量。

在碰到凍土方量小，凍土四處分布時(shí)，鉆孔機(jī)械需要選用直徑在40mm——60mm的小孔徑風(fēng)動(dòng)鉆孔機(jī)械，在具體使用過程中還需要注意，當(dāng)凍土強(qiáng)度在正常范圍內(nèi)，就不需要結(jié)合其他鉆機(jī)機(jī)械進(jìn)行凍土爆破；當(dāng)凍土強(qiáng)度低于或者高于平常，需要將風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)與煤電鉆機(jī)相結(jié)合進(jìn)行凍土的爆破。

（四）根據(jù)實(shí)際情況選擇爆破方法

在凍土的表層除了采用沖擊破碎方式的鉆孔機(jī)械外，還可以根據(jù)表層土分布的形態(tài)判斷是否可以運(yùn)用鉆削式的鉆孔機(jī)械進(jìn)行凍土爆破。若表層土呈片狀的泥片，那么這種情況的凍土就適合運(yùn)用鉆削式鉆孔機(jī)械；若表層土呈小顆粒狀，表示其凍土強(qiáng)度大，不適合用此鉆孔機(jī)械，可使用風(fēng)動(dòng)鉆孔機(jī)械進(jìn)行深層鉆孔；若表層土呈泥漿狀，表示其凍土強(qiáng)度低，應(yīng)選用轉(zhuǎn)速較低的鉆孔機(jī)械，如螺旋式鉆孔機(jī)械，臺(tái)班的作業(yè)效率可達(dá)到25m——35m。

三、鉆孔機(jī)械的試驗(yàn)情況

在青藏線的不同工點(diǎn),使用不同的鉆機(jī)進(jìn)行了鉆孔試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,在不同的土質(zhì)和不同含冰量條件下,不同鉆機(jī)的穿孔效率差別較大。

（一）小孔徑(38～ 42mm)炮孔的鉆孔試驗(yàn)

DK 1087+ 390 DK 1089+ 250段路塹,富冰、飽冰多年凍土或Ⅳ級(jí)軟石。采用上海八一電機(jī)廠生產(chǎn)的SD 16型煤電鉆鉆孔,孔徑為42mm,鉆孔效率為20～ 30m/臺(tái)班(每臺(tái)班按8h計(jì))。

DK 1210+ 310 DK 1210+ 490段路塹,高含冰量高溫不穩(wěn)定多年凍土。采用SD 2.0 380 Ⅲ型巖石電鉆(沈陽產(chǎn))鉆孔,孔徑為40mm,鉆孔效率為16～ 20m/臺(tái)班。

風(fēng)火山隧道進(jìn)出口端,主要為破碎的泥巖和砂巖,發(fā)育有飽冰、富冰凍土,也有含土冰層。采用7655型風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔,孔徑為40mm,鉆孔效率為25～ 30m/臺(tái)班。洞身通過凍泥巖,洞身局部基巖風(fēng)化層中發(fā)育有飽冰、富冰凍土。在凍泥巖中鉆孔效率為80～ 100m/臺(tái)班。

（二）大孔徑(80～ 150mm)炮孔的鉆孔試驗(yàn)

DK 1087+ 390 DK 1089+ 250段路塹,富冰、飽冰多年凍土或Ⅳ級(jí)軟石。采用沙駝牌WTZ 100M/S型地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔,孔徑為100mm,鉆孔效率為230～ 330m/臺(tái)班。

DK 1210+ 310 DK 1210+ 490段路塹,高含冰量高溫不穩(wěn)定多年凍土。采用支架式簡易潛孔鉆機(jī)(河北宣化產(chǎn),風(fēng)動(dòng))鉆孔,配12m 3的空氣壓縮機(jī)作為動(dòng)力,當(dāng)孔徑為100mm時(shí),鉆孔效率為30～ 50m/臺(tái)班。

DK 984+ 183 DK 984+ 660段路塹(昆侖山口處),高含冰量多年凍土,采用沙駝牌WTZ 100M/S型地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔,孔徑為80mm時(shí),鉆孔速度為1～ 2.0m/min,孔深小于20m時(shí),日進(jìn)尺可達(dá)1 000m以上。

四、發(fā)展建議

在高原多年凍土的爆破施工中,如果施工方量小,比如橋涵基坑開挖、方量小的路塹開挖,鉆孔機(jī)械可選用煤電鉆、巖石電鉆(螺旋鉆桿)和小孔徑風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)。這些鉆機(jī)的效率為15～ 30m/臺(tái)班,孔徑為40～ 42mm,完全可滿足施工需要。在具體選用時(shí)應(yīng)注意,當(dāng)凍土強(qiáng)度較低時(shí)用煤電鉆和巖石電鉆;當(dāng)凍土強(qiáng)度較高時(shí)用風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)。

待開挖的多年凍土方量較大時(shí),爆破鉆孔可選用簡易風(fēng)動(dòng)潛孔鉆機(jī),當(dāng)風(fēng)動(dòng)力足夠時(shí),鉆孔徑80～ 100mm孔的臺(tái)班效率可達(dá)30～ 50m,可滿足施工要求。方量大而且較集中的工點(diǎn),鉆孔可用沙駝牌WTZ 100M/S型地質(zhì)鉆機(jī),此鉆機(jī)不僅鉆孔效率非常高且移動(dòng)快速方便,是目前國內(nèi)凍土爆破鉆孔效率最高的鉆機(jī)。

在開挖高原多年凍土隧道時(shí),爆破鉆孔機(jī)械也可選用電鉆和風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)。需要注意的是,隧道的凍土強(qiáng)度隨隧道的埋深不同而發(fā)生變化,單獨(dú)用一種鉆機(jī)鉆孔不是最佳方案,應(yīng)考慮用不同鉆機(jī)以適應(yīng)不同強(qiáng)度凍土的鉆孔,特別當(dāng)隧道穿越凍巖時(shí),用風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)效率較高。隧道進(jìn)出口段的凍土開挖,適于采用電鉆和風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)聯(lián)合作業(yè)。

結(jié)束語：

在凍土地區(qū)修建公路、鐵路等建筑物,除了要考察地域環(huán)境、地質(zhì)條件外,還要充分考慮該地區(qū)凍土的特性,對(duì)凍土爆破規(guī)模、爆破鉆孔機(jī)械進(jìn)行正確分析,根據(jù)凍土的特點(diǎn),結(jié)合多種鉆孔機(jī)械的特征進(jìn)行正確選擇,有效率地進(jìn)行凍土層的爆破。

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K928

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1007-6344（2017）03-0135-01

肖煒清，專業(yè)：機(jī)械電子工程，學(xué)校：沈陽理工大學(xué)

季方宇，專業(yè)：通信工程，學(xué)校：沈陽理工大學(xué)

喬文澤，專業(yè)：機(jī)械電子工程，學(xué)校：沈陽理工大學(xué)