肖煒清 季方宇 喬文澤

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論凍土爆破鉆孔機械的選用及發(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技術(shù)難題,一般的挖掘技術(shù)和鉆孔機械很難滿足其需求。本文結(jié)合凍土爆破的施工實踐,對凍土爆破鉆孔機械的選用原則進行了闡述,期為凍土爆破提供一些鉆孔機械選用的參考。

凍土爆破；鉆孔機械；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行的人工凍結(jié)土施工中經(jīng)常會遇到凍土開挖,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:機械開挖法、加溫融化法、爆破開挖法。從工程實踐結(jié)果來看,機械開挖法和加溫融化法對開挖較薄的凍土層比較有效,對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,需要進行凍土的爆破開挖。在凍土的爆破開挖中,鉆孔機械的選用十分重要,正確選用鉆孔機械可以控制成本,控制施工時間。雖然許多學(xué)者對凍土爆破鉆孔機械進行了各方而的研究,但這個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難題。

二、凍土鉆孔機械研究情況

（一）鉆孔機械爆破

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

（二）強度較高的凍土層爆破

對于強度較高的凍土層，或者土層脆化比較嚴重的，選用風(fēng)動鉆孔機械；對于強度較低的凍土層，或者有黏性的軟弱土層，選用煤電鉆孔機械。

（三）凍土方量特殊的土層爆破

在碰到凍土方量大于平常時，可以選用簡易的鉆孔機械，比如風(fēng)動潛孔鉆孔機械，隨著風(fēng)力的增強，鉆機鉆孔的直徑可達到80mm——100mm，臺班的作業(yè)效率達到30m——50m，整體達到施工的預(yù)期值；方量大，并且凍土集中的施工點，鉆孔機械可以采用國內(nèi)凍土爆破效率最高的地質(zhì)鉆機——駝牌WTZ-100M/S型，其運作速度快、移動便捷，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，鉆孔機械需要選用直徑在40mm——60mm的小孔徑風(fēng)動鉆孔機械，在具體使用過程中還需要注意，當(dāng)凍土強度在正常范圍內(nèi)，就不需要結(jié)合其他鉆機機械進行凍土爆破；當(dāng)凍土強度低于或者高于平常，需要將風(fēng)動鉆機與煤電鉆機相結(jié)合進行凍土的爆破。

（四）根據(jù)實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械外，還可以根據(jù)表層土分布的形態(tài)判斷是否可以運用鉆削式的鉆孔機械進行凍土爆破。若表層土呈片狀的泥片，那么這種情況的凍土就適合運用鉆削式鉆孔機械；若表層土呈小顆粒狀，表示其凍土強度大，不適合用此鉆孔機械，可使用風(fēng)動鉆孔機械進行深層鉆孔；若表層土呈泥漿狀，表示其凍土強度低，應(yīng)選用轉(zhuǎn)速較低的鉆孔機械，如螺旋式鉆孔機械，臺班的作業(yè)效率可達到25m——35m。

三、鉆孔機械的試驗情況

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

（一）小孔徑(38～ 42mm)炮孔的鉆孔試驗

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

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/臺班。

風(fēng)火山隧道進出口端,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)動鑿巖機鉆孔,孔徑為40mm,鉆孔效率為25～ 30m/臺班。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/臺班。

（二）大孔徑(80～ 150mm)炮孔的鉆孔試驗

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

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(河北宣化產(chǎn),風(fēng)動)鉆孔,配12m 3的空氣壓縮機作為動力,當(dāng)孔徑為100mm時,鉆孔效率為30～ 50m/臺班。

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)鉆機鉆孔,孔徑為80mm時,鉆孔速度為1～ 2.0m/min,孔深小于20m時,日進尺可達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,鉆孔機械可選用煤電鉆、巖石電鉆(螺旋鉆桿)和小孔徑風(fēng)動鉆機。這些鉆機的效率為15～ 30m/臺班,孔徑為40～ 42mm,完全可滿足施工需要。在具體選用時應(yīng)注意,當(dāng)凍土強度較低時用煤電鉆和巖石電鉆;當(dāng)凍土強度較高時用風(fēng)動鉆機。

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

在開挖高原多年凍土隧道時,爆破鉆孔機械也可選用電鉆和風(fēng)動鉆機。需要注意的是,隧道的凍土強度隨隧道的埋深不同而發(fā)生變化,單獨用一種鉆機鉆孔不是最佳方案,應(yīng)考慮用不同鉆機以適應(yīng)不同強度凍土的鉆孔,特別當(dāng)隧道穿越凍巖時,用風(fēng)動鉆機效率較高。隧道進出口段的凍土開挖,適于采用電鉆和風(fēng)動鉆機聯(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,對凍土爆破規(guī)模、爆破鉆孔機械進行正確分析,根據(jù)凍土的特點,結(jié)合多種鉆孔機械的特征進行正確選擇,有效率地進行凍土層的爆破。

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1007-6344（2017）03-0135-01

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