李業(yè)波

[摘要]地鐵車站工程多為淺埋地下結(jié)構(gòu)，施工條件具備情況下一般采用明挖法爆破施工，但部分車站基坑因所處環(huán)境抗震要求較高，在無法采用常規(guī)爆破情況下，如何選擇合適的靜壓法成為工程推進(jìn)是否成功的關(guān)鍵。本文以江蘇某城市鐵路鄰營區(qū)域地鐵石方基坑為例，闡述巖石分裂機(jī)的應(yīng)用方法，供類似工程參考。

[關(guān)鍵詞]地鐵基坑;非爆開挖;巖石分裂機(jī).

文章編號(hào)：2095-4085（2019）03-0138-02

1工程概況

1.1總體概況

本車站基坑位于京滬高鐵某車站東廣場(chǎng)，沿高鐵線路南北向布置。車站為地下雙層島式站臺(tái)車站，全長347m，標(biāo)準(zhǔn)段寬為23.3m。采用明挖順作法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)放采用坡開挖+砂漿錨桿+掛網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)，局部采用圍護(hù)樁+錨索支護(hù)型式。1.2水文特征

本區(qū)地下水主要為巖溶裂隙水，埋深約0.20m～12.80m，平均10.44m，水位標(biāo)高約28.79m～32.31m，平均30.35m。因本區(qū)覆蓋層厚度薄，無隔水粘性土層分布，巖溶屬裸露—淺覆蓋型巖溶，接受大氣降水直接補(bǔ)充，基巖巖溶裂隙水類型劃分為潛水。

1.3巖土分層及其特性

本區(qū)處無名山腳下，地下伏基巖為寒武系石灰?guī)r，本車站開挖范圍主要為中風(fēng)化石灰?guī)r，強(qiáng)度為70～114MPa，基本區(qū)位于背斜的核部，南側(cè)巖層傾向南東，傾角最大約為30°左右，中部巖層較為平緩，北側(cè)傾向北西，傾角最大約為50°，均含有巖溶，溶洞主要以充填型為主，充填物以硬～可塑狀褐黃黏土為主，夾石灰?guī)r碎塊。

1.4難點(diǎn)分析

（1）為了防止基坑開挖對(duì)高鐵站臺(tái)及京滬高鐵線路，汽車客運(yùn)站，公交大樓產(chǎn)生振動(dòng)，沖擊波，飛石等影響，基坑開挖必須采用非爆破方式，但巖石強(qiáng)度高，普通的破碎錘難以保證施工效率。

（2）受在建高鐵站房和路基建設(shè)工期要求，本車站總工期僅8個(gè)月，基坑開挖時(shí)間僅3～4個(gè)月，工期緊，開挖石方量近25萬m。通常使用的靜態(tài)破碎法存在施工效率低，施工成本高等缺點(diǎn)，這恰巧與工期互相制約。

2液壓巖石分裂機(jī)施工方法

2.1分裂機(jī)簡介

該設(shè)備主要由1臺(tái)動(dòng)力油站和4～6臺(tái)液壓劈裂棒組成，輔以單鉤挖掘機(jī)，破碎錘共同施工。工作時(shí)泵站經(jīng)主管路供油到分配器上，由分配器向各分裂機(jī)供油。主油管及各分裂機(jī)油管纏在油管卷筒上。工作時(shí)，操作工可將油管卷筒連同油管一起從小車上抬下，放在被分裂的孔洞附近，即可進(jìn)入分裂作業(yè)。

2.2施工原理

巖石抗壓強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度低。在巖石分裂前，首先在巖石中打設(shè)分裂孔，將劈裂棒放入孔中，分裂機(jī)機(jī)體上的柱塞軸線指向巖石欲裂開方向，分裂機(jī)實(shí)質(zhì)上是共缸體的并聯(lián)小油缸，當(dāng)高壓油進(jìn)入小油缸的大腔時(shí)，驅(qū)動(dòng)劈裂棒中的液壓活塞外伸脹裂巖石。超高壓分裂機(jī)瞬間可將油壓提高到150MPa，使分裂棒同時(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。

2.3選擇理由

安全性：分裂機(jī)在靜態(tài)液壓環(huán)境下可控制性的工作，不會(huì)像爆破一樣產(chǎn)生較多的安全隱患。

環(huán)保性：分裂機(jī)工作時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，沖擊，噪音，粉塵，飛屑等，周邊環(huán)境不會(huì)受到影響，即使在人口稠密區(qū)域，以及精密設(shè)備邊也可無擾工作。

易操作性：應(yīng)用方法簡單易學(xué)，維護(hù)保養(yǎng)便捷，重量輕，搬運(yùn)方便。

適用性：因無需化學(xué)反應(yīng)，受地下水和氣溫影響小。

效率高：采用物理方式漲裂，無需化學(xué)反應(yīng)時(shí)間，且體積小，可多工作面同時(shí)作業(yè)。

2.4工藝流程

開設(shè)臨空面→潛孔鉆打孔→劈裂棒吊裝→加壓漲裂→鉤機(jī)松動(dòng)→破碎錘解小裝運(yùn)。

2.5施工方法

根據(jù)比選結(jié)果結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)水文情況，本基坑開挖主要采用巖石分裂機(jī)法，局部坑邊和操作面受限區(qū)域采用膨脹劑漲裂。

2.5.1分裂機(jī)施工參數(shù)

鉆孔直徑：250mm;底孔最小深度：大于1150mm;最大油壓：145MPa;劈裂力：1150t/條。

2.5.2開設(shè)臨空面

為保證巖石在劈裂過程中有個(gè)卸力的方向，預(yù)先根據(jù)基坑分區(qū)情況利用旋挖鉆在基坑橫向開設(shè)4～6條臨空槽，孔徑80cm，孔距70cm，開槽深度結(jié)合基坑開挖“豎向分層”的要求，每次開槽深度不大于3m，直至基坑開挖至基底為止。在已經(jīng)成孔的臨空槽上蓋1x2m鐵篦子，周圍設(shè)置硬防護(hù)，并做好警示標(biāo)志。在不具備旋挖鉆施工區(qū)域采用液壓破碎錘強(qiáng)行下挖、膨脹劑漲裂開槽或采用分裂機(jī)開槽，槽深比正常鉆孔深50cm左右。

2.5.3潛孔鉆打孔

根據(jù)劈裂棒的規(guī)格采用潛孔鉆按照設(shè)計(jì)的破巖孔位打孔，本基坑孔徑250mm，孔深1m。雖裂石為逐層施工，但為提高現(xiàn)場(chǎng)效率，可一次性做5～6排孔，為避免前次裂石對(duì)未劈裂孔洞造成破壞影響劈裂棒吊運(yùn)，孔位均按600*600mm梅花形布置。鉆孔過程中為避免粉塵污染，潛孔鉆配備吸塵裝置并濕法作業(yè)。鉆孔施工完成后報(bào)相關(guān)單位對(duì)孔位，孔徑，孔深進(jìn)行驗(yàn)收并形成過程資料。

2.5.4劈裂棒吊裝

提前將分裂機(jī)運(yùn)送至施工面，待孔位驗(yàn)收合格后，逐根將劈裂棒從支架上吊運(yùn)入孔，吊裝劈裂順序自臨空面向內(nèi)依次進(jìn)行，劈裂棒就位時(shí)需人工采用撬棍等工具糾正方向，確保活塞方向朝向凌空面。

3巖石分裂機(jī)在本工程中的應(yīng)用分析

針對(duì)本站所處區(qū)域地層條件，技術(shù)攻關(guān)小組人員提出巖石分裂機(jī)進(jìn)行本地鐵基坑施工的方案，解決了地下水，氣溫，工期對(duì)常規(guī)非爆開挖方式干擾較大的難題。創(chuàng)造性地提出將主要應(yīng)用于礦山開采的施工工藝應(yīng)用到地鐵基坑施工并進(jìn)行試驗(yàn)。

3.1解決了常規(guī)分裂機(jī)輸出壓力不足問題

目前市場(chǎng)上的巖石分裂機(jī)直徑都在100mm以下，泵站輸出壓力60～70MPa，僅有重慶一家采用直徑160mm巖石分裂機(jī)（泵站輸出壓力100MPa）根據(jù)本基坑巖性及工期要求，目前市場(chǎng)已有的巖石分裂機(jī)產(chǎn)生的壓力不能滿足本站基坑石方的開挖，需增大巖石分裂機(jī)的輸出壓力。增大巖石分裂機(jī)輸出壓力分兩個(gè)方面，一是加大裂石棒的直徑，二是提高液壓泵站的輸出壓力。通過與徐工集團(tuán)，三一重工等液壓設(shè)備單位的溝通，計(jì)算，針對(duì)本基坑這種堅(jiān)石，泵站輸出壓力需達(dá)到120MPa以上，裂石棒直徑需達(dá)到180mm以上。具備加工此類設(shè)備的設(shè)施，但沒有關(guān)于這方面的技術(shù)。經(jīng)與長沙某廠家的仔細(xì)協(xié)商，雙方簽署了研發(fā)協(xié)議，約定廠家負(fù)責(zé)超高壓巨型巖石分裂機(jī)（250mm/150MPa）的研發(fā)，并即時(shí)投入基坑施工。

3.2使用情況分析

本基坑從兩端向中間進(jìn)行施工，南北各一個(gè)作業(yè)面。單個(gè)作業(yè)面產(chǎn)量為690m3。單臺(tái)分裂機(jī)日產(chǎn)量約95m3，為此每個(gè)作業(yè)面配置250mm裂石機(jī)8臺(tái)，可滿足開挖要求。根據(jù)實(shí)際開挖過程中現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，兩個(gè)工作面石方開挖日產(chǎn)量可達(dá)到1500m，滿足基坑工期要求。

4需改進(jìn)問題

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，由于巖石分裂機(jī)長期高負(fù)荷工作，損耗嚴(yán)重。根據(jù)統(tǒng)計(jì)250mm裂石機(jī)每開挖30000m3，設(shè)備基本報(bào)廢，核心部件全部損壞，故維修要求較高，本基坑施工現(xiàn)場(chǎng)修建巖石分裂機(jī)維修站，廠家派專業(yè)技術(shù)人員常駐現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)巖石分裂機(jī)的維修及改進(jìn)。但如何提高巖石分裂機(jī)的使用壽命是下步需研究解決的問題。

5結(jié)語

在本基坑不允許爆破作業(yè)，地下水豐富并工期緊張的前提下，利用巖石分裂機(jī)成功解決了大方量非爆破巖石基坑開挖的難題，杜絕了爆破擾動(dòng)和飛石對(duì)在營鐵路的安全，也實(shí)現(xiàn)了最終要求工期。這種工藝具有高效，多用途，多樣化施工特點(diǎn)，在某些對(duì)振動(dòng)有特殊要求的巖石破除場(chǎng)合，如隧道，溝渠，路基，房基，豎井等，或者素混凝土，鋼筋混凝土構(gòu)件的拆除，巖石荒料開采過程中的分裂分離作業(yè)中還能有更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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