隧道孤石处理技术应用研究|隧道及地下工程 - 领先的岩土技术社区，岩土领域的媒体、社区与应用平台！

离线kqlkj88

实习生

发帖: 16

土币: 189

威望: 15

原创币: 0

只看楼主正序阅读使用道具楼主发表于: 2010-10-31

关键词： 13043404451

[upload=1] [upload=1] 咨询电话：13043404451 ?QQ：1226059831 ?吕工

隧道孤石处理技术应用研究 [upload=1] [upload=1]
祁世亮
(中铁十九局集团有限公司，辽宁辽阳 111000)
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
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，
可为以后类似工程提供借鉴。
关键词：液压劈裂机；孤石处理；浅埋隧道施工
中图分类号：TU 753．3 文献标志码：B 文章编号：1672—741X(2010)O1—0l10—04
Application of Hydraulic Splitter in Boulder Treatment during Tunneling
QI Shiliang
(China Railway 19th Bureau Group Co．Ltd．，Liaoyang 1 1 1000，Liaoning，China)
Abstract：Boulder is a difficult geological problem commonly encountered in shallow tunneling． Conventional boulder
treatment methods，such as hand breaking by steel rods，blasting and expanding by cement expanding agents，have ob—
vious shortcomings．Therefore，a new boulder treatment technology，i．e．，hydraulic splitting technology，is presented in
this paper．The composition，working principle，construction techniques of hydraulic splitters，as well as the comparison
between the hydraulic splitting method and the conventional methods，are discussed．The paper can provide reference for
similar projects in the future．
Key words：hydraulic splitter；boulder treatment；shallow tunneling
O 引言
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
行！
1 工程概述
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。
2 液压劈裂机工作原理
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。
3 液压劈裂机施工工艺
3．1 施工工艺
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。
二
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；
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；
3)插入劈裂枪，将岩石分裂，破坏岩层结构后采用挖机清渣；
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。
3．2 液压劈裂机的使用方法
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。
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
孔和浅孔，不在受力不好的位置打孑L。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
4 与传统方法的比较
与传统方法相比，液压劈裂机处理孤石具有如下
主要特点：
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。
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。
3)经济性：襞裂机数秒钟可完成分裂过程，并且可连续无问断地工作，效率高，运行及保养成本很低，无需象爆破作业那样采取隔离或其他耗时和昂贵的安全措施。
4)精确性：与大多数传统的拆除方法和设备不同，该襞裂机可以预先精确地确定分裂方向，分裂形状以及需要的分裂尺寸，分裂精度高。
5)适用性：襞裂机人性化的外形设计和耐用性结构设计，确保了其使用方法简单易学，仅需单人操作，维护保养便捷，使用寿命长；襞裂机和液压泵站搬运十分方便。
不难看出，在隧道施工中劈裂机占有独到的优势：工作效率高，在安全、环保方面具备很高的实用
性。
5 结论
由于岩石抗压强度与其抗拉强度和抗剪强度具有较大的差异(即大部分的岩石的抗压强度远远大于它的抗拉强度和抗剪强度，其比值约为10：1)，在施工时通过把握这一规律，使用劈裂机从岩石的内部进行劈裂作业，从而可以找到一条省时省力的途径。QL系列液压劈裂机很好地运用了这一特点，先在岩石上钻孔，对钻孔孔壁施加静荷载，工作效率高、工具消耗少，从而更加有效、方便、快捷地解决分解大块岩石的难题。液压劈裂机对场地的要求不高，对周围的环境影响很小，可在室内和狭窄场地进行拆除作业，本工程采用液压劈裂机破除孤石，攻克了隧道施工难题，确保了施工进度。液压劈裂机是一种高效的破岩手段，具有广阔的应用前景。
各种施工法对比：
人工钎：
破开一块20 m 左右的孤石，至少要花费人工打钎 16 h，而且分裂难度非常大，速度缓慢，劳动强度大，进度迟缓大块岩石的二次爆破，危险性较大，安全隐患高，经常出现人身伤亡事故，同时还存在环境污爆破染、资源浪费等问题。在处于繁华的闹市区或者周围有居民区及重要的构筑物时根本不允许采用炸药进行爆破
水泥膨胀剂法：
打孔量大。一块20 m0的岩石至少需要打500个孔，而且在一次膨胀分裂后往往还需要二次打孔分裂，施工效率低，成本高，膨胀分裂过程长，严重影响施工进度；
劈裂机法：
凿岩机打孔与劈裂机配合使用，分裂时间短，1m 的孤石处理只需要2～3 min即可破除，施工成本仅为水泥膨胀剂分裂法的1％，且体积小，重量轻，非常适合隧道内作业空间狭小的局部孤石处理
参考文献：
[1] 唐达昆，彭锋，邹振华．黏土孤石浅埋隧道施工技术
[J]．西部探矿工程，2001(21)：166—168．
[2] 牛凤忠．内昆铁路老官寨浅埋黏土孤石隧道施工预控和
监控量测[J]．铁道建筑技术，2008(2)：40—43．
[3] 童海海．液压劈裂机在石材开采中的应用[J]．石材，
2008(10)：10—13．
[4] 闻德生，潘景升，吕世君，等．多头液压劈裂机性能及应
用[J]．石材，2003(7)：22—24．
中铁隧道集团南水北调穿黄隧道工程顺利贯通
2009年12月22日，中铁隧道集团股份公司承担施工的南水北调中线一期工程穿黄隧洞贯通仪式在工程现场举行。南水北调中线一期穿黄工程是解决中国水资源的战略工程，是南水北调中线总干渠穿越黄河的关键控制性工程，是南水北调工程中投资较大、施工难度最高、立交规模最大的控制工期建筑物，其任务是将中线调水从黄河南岸输送到黄河北岸，向黄河以北地区供水。
自2005年9月27日开工以来，中铁隧道联合体项目部和全体参建人员克服了北岸竖井超深地下连续墙施工等诸多技术难题，从2008年3月至今，实现了复合地质条件下超长距离独头掘进3 450m，进行了高压换刀400余舱次，解决了掘进中出现的刀具磨损、长距离泥水输送、复合地层软硬不均等掘进技术，成功完成了800 m黄河主道的掘进任务，按期顺利实现穿黄隧洞贯通，充分显示了中铁隧道集团的品牌实力和专业水平。
(摘自中国中铁股份有限公司网站 2009—12—31)

咨询电话：13043404451 ?QQ：1226059831 ?吕工