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隧道孤石处理技术应用研究 [upload=1] [upload=1] <mn[-
祁世亮 PQ&*(G
(中铁十九局集团有限公司,辽宁辽阳 111000) 7}kJp%-
摘要:孤石是浅埋隧道开挖中比较常见的复杂地质,传统的孤石处理方法(如人工打钎法、爆破法、水泥膨胀剂法)均有明显的不 xb;{<~`71
足。液压劈裂机技术是一种处理孤石的新技术。通过对液压劈裂机的组成、工作原理、施工工艺以及与传统方法的对比进行探讨, YYe G9yR
可为以后类似工程提供借鉴。 |7|S>h^
关键词:液压劈裂机;孤石处理;浅埋隧道施工 E-z5mX.2
中图分类号:TU 753.3 文献标志码:B 文章编号:1672—741X(2010)O1—0l10—04 Hl$W+e|tj
Application of Hydraulic Splitter in Boulder Treatment during Tunneling Vu$m1,/
QI Shiliang <V&0GAZ
(China Railway 19th Bureau Group Co.Ltd.,Liaoyang 1 1 1000,Liaoning,China) h&>3;Lj
Abstract:Boulder is a difficult geological problem commonly encountered in shallow tunneling. Conventional boulder ?M4o>T%p "
treatment methods,such as hand breaking by steel rods,blasting and expanding by cement expanding agents,have ob— Z 1HH0{q-A
vious shortcomings.Therefore,a new boulder treatment technology,i.e.,hydraulic splitting technology,is presented in 4IeCb?
this paper.The composition,working principle,construction techniques of hydraulic splitters,as well as the comparison :PO./IBX
between the hydraulic splitting method and the conventional methods,are discussed.The paper can provide reference for ot}erC2~
similar projects in the future. ~lj[> |\Oj
Key words:hydraulic splitter;boulder treatment;shallow tunneling 'ITq\1z
O 引言 xuioU
城市地铁施工中常遇到孤石问题,孤石的处理方法与孤石的尺寸、位置、硬度及施工条件密切相关,一般分为洞外处理和洞内处理2种。处理方法有地表钻孔爆破、挖出、地表注浆加固等,在条件许可的情况下,应尽量采用洞外处理方法,其优点是可大大减少对隧道施工的干扰以及节省施工工期。洞内处理方法有直接挤开、微爆破、注浆加固等,一般适用于孤石较小、地表施工条件不容许的情况 。对于富水流砂夹孤石的典型软弱地层,隧道开挖的难度就更大,爆破震动极易使隧道产生坍塌,而用破碎锤分解花岗岩孤石,其拆除效率低、速度慢、成本高。根据工程特点,在研究不同处理方法的基础上,采用了一种新型的液压劈裂机法进行孤石处理,保证了隧道施工的顺利进 yvd)pH<a2
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1 工程概述 [dJ!JT/X{
深圳地铁四号线二期工程上民区间暗挖隧道北出口段(K9+183~+495)穿越富水流砂层,所处地段原始地貌属低山及山间洼地,线路西侧r山体多年前被辟为大型采石场,另外山体中汇水面移、 大,施工段富含地下水,主要有存在于层问的孔隙潜水、赋予风化岩中的基岩裂隙水以及赋予构造裂隙中的构造裂隙水。地下水主要接受大气降水的竖向渗入补给,且与地表水联系紧密。上覆地层中局部有高含水、高压缩性、高触变以及低强度的软土及液化砂土。隧道穿越地层为强风化一全风化粗粒花岗岩,黏聚性差,属于强透水地层,遇水易形成流砂,施工非常困难。特别是隧道斜穿立交群,在K9+222处桥墩桩基距隧道开挖轮廓线最小距离仅为5.46 m,施工难度大,安全风险高。隧道施工过程中,右线K9+223及左线K9+224.6处遇到体积较大的花岗岩孤石,经过钻探发现,左线的孤石宽约2.5 m,高1.5 m,长5 m,考虑到近接桥梁的安全,不允许采用炸药爆破。原设计方案采用膨胀炸药处理,但实施后效果却不理想。经过仔细分析本工程地质和孤石特点,采用了QL—P38劈裂机实现局部孤石的凿除,效果较好。 2HeX( rB
2 液压劈裂机工作原理 >d + }$dB
液压劈裂机是利用普通物理尖劈和液压传动原理,将轴向液压推力变为横向劈裂力的一种装置 。 xp^RAVXq`
3 液压劈裂机施工工艺 NM3;l}Y8
3.1 施工工艺 e5'I W__
它由液压泵站和分裂器2大部分组成。由泵站输出的超高压油驱动油缸产生巨大推动力,并经机械放大后即可使被分裂物体按预定方向开。液压劈裂机是由劈裂枪、机架(小车)及液压系统所组成,其工作原理为:液压劈裂机是以高压液压油为能量源,劈裂机液压站将60 MPa的压力油供应到劈裂枪上,劈裂枪可产生几百kN的推力,通过劈裂枪端部尖劈分裂器内的楔片(尖劈)向两边扩张,扩张力可达数千kN,运用尖劈原理,使巨大的岩石从内部破裂而分离开。与液压劈裂机活塞相连的尖劈并不直接劈裂岩石,而是在尖劈两侧还有一对楔片,即2个楔片夹着尖劈组成1个40 mm左右的圆柱体分裂器。当分裂器侵入岩石时,楔片对岩石产生垂直于岩石孔壁的合力,在接触处产生剪切破裂,而在其边缘处则引起径向拉应力,使脆性岩石发生纵向劈裂。
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二 , PlH|
1)先从具有凌空面的岩石或具有夹层的岩石部分开始,然后依次向岩层中心推进; . &^p@A~
2)打孔:首先用风枪在岩石上钻垂直孔,孔距宜40~60 cm,孑L深55 cm以上时采用42mm的钻头; =-U0r$sK+F
3)插入劈裂枪,将岩石分裂,破坏岩层结构后采用挖机清渣; }S> 4.8
4)清渣:用挖掘机等机械设备快速清渣,个别岩石经分裂机分裂后仍很紧,挖掘机无法装运时,人工撬松后用风镐进行敲击,可迅速破碎岩石。本次采用劈裂机处理孤石施工的技术参数见表1。 [HILK`@@
3.2 液压劈裂机的使用方法 y!FO
正确使用和规范操作是提高液压劈裂机工作效率和延长设备使用寿命的保证。操作者在操作液压劈裂机之前必须仔细阅读机器使用说明书,了解机器各零部件的作用性能,严格按照操作规程作业。 :G _
1)用风枪在岩石上钻孔,孔径的大小取决于液压劈裂器楔块组件外径的大小,现场施工时钻孑L孔径为42mm;钻孑L深度一般为60~90cm,比楔块组件的插人长度深10~15 cm,孔间距5Ocm。为保证钻孔的效率,根据受力的特征,钻孔时应垂直于岩石表面,严禁打斜 q'mh*
孔和浅孔,不在受力不好的位置打孑L。 2R/|/>T v
2)开机前应检查压力油量是否达到游标指示的2/3以上,当油面低于液位计长度的1/3时,必须加注液压油;理顺油管,避免油管弯曲过大;劈裂枪尖劈两侧斜面均涂高压润滑脂,扣好2片楔片,楔片不歪扭、不开缝,确保楔片工作面中无砂石杂物。 ]m+%y+
3)将劈裂器枪头插人孔中,根据需要适当调整劈裂方向,楔片必须插至枪头底部,避免楔片断裂。 | v!N1+v0
4)启动油泵。注意电机运转方向(电机风扇应按顺时针方向旋转)。 !&:=sA
5)开动油站换向阀,使压力油进入1 (或2 )油管,注意进油方向,手摸进油管可感觉有油压,如进油方向错了,可搬动油站换向阀手柄到另一端位置。注意:油站进油口必须连接枪体进油口(枪体只有1 位为进油口),即油站1 位为进油口时,接枪体1#位;油站2 位为进油口时,仍然接枪体1 位,见图5所示。 (]]hSkE
6)开动枪体上的换向阀手柄到1 位置,此时劈裂器楔片向外伸出,劈裂器开始劈石。当油压达到60MPa,石头仍未完全分离开时,可更换加厚楔片进行二次分离或三次分离。楔片类型见图6所示。禁止把枪头作为撬棍使用。 RAW;ze*"
7)劈开石头后,枪体上的换向阀手柄搬到2 位置,动力头上行回位。当动力头回收到位、油压上升时,手柄搬到中位卸油,从岩石中抽出枪体进行下一次劈裂作业。 *9'3 `^l
4 与传统方法的比较 0AB a&'h
与传统方法相比,液压劈裂机处理孤石具有如下 ofy"SM
主要特点: -|.NwGh
1)安全性:襞裂机在静态液压环境下可控制性的工作,不会像爆破机和其他冲击性拆除及凿岩设备那样,产生一些危险隐患;无需采取复杂地安全措施。 0m_yW$w
2)环保性:襞裂机工作时,不会产生震动、冲击、噪音、粉尘、飞屑等。周围环境不会受到影响,即使在人口稠密地区、室内、精密设备旁,都可以无干扰地工作。 $bTtD<