超高壓巖石分裂機(jī)開挖硬質(zhì)巖石開挖法研究

牛自強(qiáng)

摘要：項(xiàng)目部結(jié)合徐州地鐵6號(hào)線預(yù)留工程深基坑不能采用常規(guī)爆破開挖的特點(diǎn)，進(jìn)行了對(duì)硬質(zhì)巖石如何高效開挖且不能影響臨近建（構(gòu)）筑物進(jìn)行了研究，并總結(jié)形成了超高壓巖石分裂機(jī)硬質(zhì)巖石開挖法。該工法不僅在安全及質(zhì)量控制上達(dá)到了城市軌道交通工程驗(yàn)收的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，而且提高了開挖效率，更重要的是對(duì)周圍建筑物不產(chǎn)生不可逆破壞。

Abstract： The project department combined with the characteristics that the deep foundation pit of the reserved project of Xuzhou Metro Line 6 can not use the conventional blasting excavation， and carried out research on how to excavate hard rock efficiently and can not affect the adjacent building （structure）. The hard rock excavation method by ultra-high pressure rock splitter is formed. This method not only meets the technical standards for urban rail transit engineering acceptance in terms of safety and quality control， but also improves the efficiency of excavation. More importantly， it does not cause irreversible damage to surrounding buildings.

關(guān)鍵詞：基坑；硬巖；超高壓巖石分裂

Key words： foundation pit；hard rock；ultra-high pressure rock splitting

中圖分類號(hào)：TU94+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）33-0128-02

1 工程概況

徐州東站站位于徐宿淮鹽鐵路徐州東站站房正下方，沿南北方向布設(shè)，車站石方開挖量237257m3，為硬質(zhì)灰?guī)r，飽和單軸抗壓強(qiáng)度為70-114MPa，天然密度2.71kg/m3。

車站采用明挖法施工，合同工期要求2018年3月底主體結(jié)構(gòu)封頂，最遲12月底基坑開挖局部見底，開始主體結(jié)構(gòu)施工，2018年2月初基坑開挖全部完成。倒排工期，平均每天石方開挖至少1300m3。

2 巖石分裂機(jī)法開挖特點(diǎn)

①施工方便。采用潛孔鉆車鉆孔，利用巖石分裂機(jī)開挖硬質(zhì)巖石。成孔速度快、應(yīng)用靈活、操作方便。②安全可靠。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要由液壓泵站、液壓棒及高壓油管組成，采用常用的挖機(jī)即可吊裝液壓棒，施工過程安全系數(shù)較高。③硬質(zhì)巖石開挖效率高。在不能采取常規(guī)爆破開挖的石方工程，相比于其他非爆破方法（靜態(tài)破碎劑法、破碎類設(shè)備、繩鋸、盤鋸和水切割設(shè)備）在硬質(zhì)巖深基坑開挖過程中工序循環(huán)周期短、環(huán)?？刂品奖恪㈤_挖效率高、采用設(shè)備對(duì)地形要求低，更適應(yīng)于空間狹長(zhǎng)的深基坑硬質(zhì)巖石開挖。④較靜態(tài)破碎劑法的優(yōu)點(diǎn) 該設(shè)備使用便捷，硬質(zhì)巖開挖過程中相比傳統(tǒng)靜態(tài)破碎劑法施工方法每循環(huán)可節(jié)省時(shí)間5小時(shí)。很大程度上提高了其它設(shè)備（挖掘機(jī)、液壓破碎錘、運(yùn)輸車等）的利用率。

3 適用范圍

本工法適用于不能采用爆破法施工的巖石開挖工程。

4 工藝原理

巖石抗壓強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度低。巖石分裂機(jī)以液壓油傳遞能量，由液壓動(dòng)力站輸出高壓液壓油經(jīng)增壓器加壓后，形成超高壓液壓油使液壓棒的油缸內(nèi)產(chǎn)生巨大推動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)液壓棒中的液壓頂向外伸出脹裂巖石。超高壓巖石分裂機(jī)瞬間可將油壓提高到150MPa，使液壓棒同時(shí)產(chǎn)生近2000t的推力，從巖石內(nèi)部將堅(jiān)硬巖石分裂，并使巖石按預(yù)定方向分裂，達(dá)到開挖的目的。

5 工藝流程及操作要點(diǎn)

5.1 施工工藝流程 超高壓巖石分裂機(jī)開挖硬質(zhì)巖施工流程圖見圖1。

5.2 操作要點(diǎn) ①測(cè)量布孔。根據(jù)巖層走向、傾向、傾角、巖性、臨空面的位置及方向布孔，孔的位置嚴(yán)格按設(shè)計(jì)參數(shù)定位。②潛孔鉆車打孔。沿著臨空面的方向成排打孔，孔距0.8m，排距1.2m，孔深1.5m。潛孔鉆車打孔平面布置圖見圖2。③巖石分裂機(jī)分裂。從鄰近臨空面的預(yù)裂孔開始吊裝液壓棒、加壓預(yù)裂；每臺(tái)巖石分裂機(jī)配一臺(tái)20t挖機(jī)，吊、裝液壓棒以及巖石分裂機(jī)轉(zhuǎn)場(chǎng)。④松土機(jī)松動(dòng)。巖石分裂機(jī)分裂后，使用松土機(jī)將預(yù)裂后的巖石松動(dòng)、剝離，便于破碎錘破碎，也為分裂下一排創(chuàng)造更好的臨空面。⑤破碎錘解小。為了便于巖石的裝卸、運(yùn)輸，采用液壓破碎錘將大塊巖石進(jìn)行解小。

5.3 施工注意事項(xiàng) ①鉆孔位置、間距、排距、孔深、方向等必須按技術(shù)交底執(zhí)行；②鉆孔時(shí)要注意揚(yáng)塵的控制；③液壓棒需成排連續(xù)布置；④需要有較好的臨空面；⑤液壓棒的油頂方向必須垂直于臨空面；⑥破碎錘解小時(shí)注意飛石傷人；⑦注意機(jī)械傷人。

6 施工材料及機(jī)具設(shè)備

機(jī)具設(shè)備表見表1。

7 質(zhì)量控制

7.1 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn) 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)參照《地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（2003年版）（GB 50299-1999），詳見表2。

7.2 質(zhì)量控制措施 ①開工前組織施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，施工中根據(jù)工程要求召開質(zhì)量管理專題會(huì)議；②根據(jù)巖石強(qiáng)度確定鉆孔間距、排距、孔深；③隨時(shí)檢查施工記錄，控制好邊坡開挖坡度、基底平整度；④按要求控制開挖寬度、長(zhǎng)度、深度；⑤根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙做好邊坡防護(hù)工作；⑥基底有溶洞等問題需提前準(zhǔn)備處理措施。

8 安全措施

①工人入場(chǎng)前必須進(jìn)行三級(jí)教育，經(jīng)考試合格后，方可進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)；②每班作業(yè)前，所有高壓管的接頭易損位置必須檢查合格后方可施工；③工作人員不得靠近挖機(jī)作業(yè)半徑、高壓管接頭薄弱環(huán)節(jié)等；④預(yù)裂縱深到一定距離時(shí)，松土機(jī)、破碎錘及時(shí)跟進(jìn)，為后續(xù)預(yù)裂創(chuàng)造良好的臨空面，破碎錘破碎解小石方時(shí)，操作人員遠(yuǎn)離其工作區(qū)域；⑤夜間石方開挖時(shí)，施工場(chǎng)地應(yīng)有足夠的照明；⑥開挖施工中，施工人員要經(jīng)常注意單排孔預(yù)裂深度，一旦發(fā)現(xiàn)預(yù)裂深度不夠，及時(shí)停止裂石作業(yè)，待松土機(jī)、破碎錘將臨空面修整到位后再進(jìn)行裂石作業(yè)；⑦更換高、低壓油管時(shí)，必須收回活塞并關(guān)閉高壓油泵再進(jìn)行更換；⑧潛孔鉆車鉆孔時(shí)，禁止酒后作業(yè)，嚴(yán)禁嬉戲打鬧；⑨巖石分裂機(jī)高壓油管一定要遠(yuǎn)離松土機(jī)和破碎錘作業(yè)范圍。

9 環(huán)保措施

①加強(qiáng)施工揚(yáng)塵控制，石方及時(shí)采用綠網(wǎng)覆蓋并開啟霧炮保證濕潤(rùn)；②石方裝車時(shí)在挖機(jī)作業(yè)區(qū)布置一臺(tái)除塵霧炮，在門口設(shè)立洗車池、洗車機(jī)，車上的石方全覆蓋并灑水潤(rùn)濕；③鉆孔設(shè)備采用自帶吸塵設(shè)備的潛孔鉆車，并在鉆孔作業(yè)區(qū)布置霧炮。

10 效益分析

10.1 經(jīng)濟(jì)效益 超高壓巖石分裂機(jī)硬質(zhì)巖石開挖工法，可以快速地將硬質(zhì)巖石劈裂，施工過程中控制方便、受環(huán)境因素影響小、開挖效率高、施工連續(xù)性強(qiáng)、加快了施工進(jìn)度、確保了深基坑開挖施工安全。與靜態(tài)破碎劑法相比有明顯的時(shí)間優(yōu)勢(shì)。每100m3硬質(zhì)巖石開挖時(shí)，靜態(tài)破碎劑法一個(gè)循環(huán)時(shí)間：鉆孔13.5小時(shí)（挖改鉆），裝膨脹劑5小時(shí)，預(yù)裂6～8小時(shí)。超高壓巖石分裂機(jī)法：鉆孔8小時(shí)，劈裂3～4小時(shí)。綜合每開挖100m3節(jié)省時(shí)間鉆孔間節(jié)約10小時(shí)。開挖效率提高約40%，保證施工工期。

10.2 社會(huì)效益 采用超高壓巖石分裂機(jī)硬質(zhì)巖石開挖工法操作簡(jiǎn)單，控制方便，工作高效，裂石效果更好，連續(xù)性更強(qiáng)，且無污染，無噪音，無震動(dòng)，對(duì)環(huán)境影響小，特別適應(yīng)于不能采取爆破開挖的硬質(zhì)巖石深基坑。巖石分裂機(jī)吊運(yùn)采用常規(guī)挖機(jī)，如本工地采用徐工XE215D挖機(jī)，既可以吊巖石分裂機(jī)也可以作為清渣裝車用，也可以為鉆機(jī)墊路，極大地提高了機(jī)械設(shè)備的利用率。巖石分裂機(jī)對(duì)操作人員技能無特殊要求，經(jīng)過簡(jiǎn)單培訓(xùn)就可以上崗。

該工法安全質(zhì)量可靠、硬質(zhì)巖石開挖效率高。巖石分裂機(jī)可以利用挖機(jī)吊運(yùn)至基坑內(nèi)的任何位置，在放坡開挖過程中基坑設(shè)計(jì)邊坡位置可以利用鉆機(jī)按邊坡坡率鉆孔，直接形成邊坡，不需要二次刷坡。極大縮短了開挖后錨噴支護(hù)跟進(jìn)的時(shí)間，確?；娱_挖安全。雖然巖石分裂機(jī)自身較重，相比于傳統(tǒng)靜態(tài)破碎劑法、破碎類機(jī)械（破碎錘）、繩鋸、水切等施工方法，效率、效果都有顯著提高。分裂機(jī)只需要一臺(tái)挖機(jī)（兼清渣裝運(yùn)墊路）配合，安全系數(shù)較高。對(duì)于硬質(zhì)巖石開挖效果、效率，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過膨脹劑等方法。提高了深基坑硬質(zhì)巖石的開挖效率和放坡開挖邊坡成型的質(zhì)量。該工法縮短開挖與錨噴支護(hù)之間的時(shí)間間隔，減少了安全隱患。

10.3 應(yīng)用情況 超高壓巖石分裂機(jī)硬質(zhì)巖石開挖工法在徐州東站站深基坑開挖過程中取得了成功的應(yīng)用。由于車站基坑地質(zhì)情況復(fù)雜，巖石堅(jiān)硬，基坑日涌水量大，且緊鄰京滬高鐵線，環(huán)境要求高，為了保證徐宿淮鹽鐵路工期要求，車站基坑開挖工期緊，且不能采取爆破開挖。超高壓巖石分裂機(jī)硬質(zhì)巖石開挖法及時(shí)地解決了硬質(zhì)巖石不能爆破情況下的開挖效率，無震動(dòng)、無揚(yáng)塵，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，安全隱患低。采用巖石分裂機(jī)一次邊坡成型質(zhì)量好，符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

10.4 推廣前景 近年來，隨著城市地下空間開發(fā)利用，深基坑工程越來越多，城市內(nèi)由于建（構(gòu)）筑物管線復(fù)雜，對(duì)施工技術(shù)的要求也越來越高，城市環(huán)保、大氣環(huán)境要求越來越高。很多石質(zhì)基坑不能采用爆破開挖，因此超高壓巖石分裂機(jī)硬質(zhì)巖石開挖技術(shù)無論在理論研究還是在施工技術(shù)中都取得很大進(jìn)步，將會(huì)大面積地投入到非爆破法石方開挖工程中。

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