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1、石质隧道液压劈裂开挖施工工法一、前言随着国内外建筑行业的快速发展，在坚硬岩石破碎方面也有了大的突破。尤其近年来对文物保护越来越重视，道路在穿越文物、石油管道等设施时，均不允许爆破，在坚硬岩石情况下，普通的岩石破碎方法无法达到良好的破碎效果，因此采用更好的岩石破碎方法则迫在眉睫，而液压劈裂棒法的出现解决了这一问题。二、工法特点与破碎锤相比，可以加快施工进度，缩短工期。可以对坚硬岩石形成预裂破碎。可以减少噪声污染和对围岩的扰动，安全性更高。劈裂棒法破碎岩石在岩石坚硬、且不允许采取爆破作业对周围岩石造成扰动的地方，效果较好。三、适用范围本工法适用于岩石等级较高的隧道、路基等岩石破碎施工。四、工艺原理
2、通过潜孔钻，垂直于岩石表面进行钻孔，将劈裂棒与液压泵连接，连接完成后放入每个孔中，然后施加压力，通过液压棒上的活塞向两侧推动岩石，使岩石按预定方向分裂开来，最后在通过破碎锤将劈裂后的大块岩石破碎成小块，装车外运。五、工艺流程及操作要点5.1工艺流程施工准备布点、钻孔劈裂棒劈裂破碎锤二次破碎挖掘机装车倒运挖掘机清理现场破除至相应标高5.2施工准备5.2.1场地准备施工前将场地平整，清除施工岩石表面浮土及其他杂物，并保证道路畅通，为施工提供良好工作面，并测量现有岩石面标高，控制钻孔深度。5.2.2参数选择涉及的主要参数有：钻孔直径、钻孔间距、钻孔深度、钻孔截面、同一排一次设置劈裂棒数量。（1）钻孔
3、直径常见的潜孔钻钻孔直径为80-260mm，劈裂棒直径也在80-260mm左右，钻孔直径根据岩石完整程度及坚硬情况进行选择，潜孔钻与劈裂棒直径应一致（如劈裂棒直径选取150mm的，相对应的潜孔钻选择150mm直径钻头）。（2）钻孔间距钻孔间距主要根据岩石的特性及液压劈裂棒的推力大小进行选择，横向间距根据具体情况可设置在500-1500mm之间，纵向排距可设置在600-1500mm之间。（3）钻孔深度钻孔深度根据液压劈裂棒性能进行设置，且孔深应一致，同时应结合要劈裂的岩层厚度，孔深设置在400-1400mm间为宜。（4）钻孔截面钻孔的方向应垂直孔所在的岩石表面，并选取岩石完整、受力较好的截面进行
4、钻孔，以防局部岩石较弱，无法形成整体的推动力，达不到将岩石推动裂开的效果。并且同一排孔应在同一轴线上，使推力可以形成一个整体。（5）同一排一次设置劈裂棒数量同一排一次设置劈裂棒数量根据岩石性能进行选择，并匹配足够压力的液压泵，一般一台液压泵配备4-8个劈裂棒。5.3布点、钻孔5.3.1布点根据选定的孔距及岩石性能选取合适的点位，然后在点位上刷漆或洒灰点标示。5.3.2钻孔将潜孔钻与空压机连接，用空压机配合潜孔钻进行钻孔，保证钻孔进度。钻孔前将钻杆中心与点位中心进行对中，保证点位准确，调整钻杆方向，使钻杆与孔位垂直。准备工作调整完成后，开始钻孔，钻孔速度根据岩石坚硬程度和钻机型号确定。一般2-3
5、min左右可完成一个孔。潜孔钻 空压机5.4劈裂棒劈裂钻孔完成后，检查孔内是否完好，有无残渣掉落，检查无误后，用破碎锤或挖掘机辅助将劈裂棒逐个放入孔中，然后将劈裂棒与液压泵连接良好，启动液压泵，开始加压，逐渐加大压力，使劈裂棒内液压活塞在超高压的驱动下向外推动岩石，破坏岩石内部结构，使外侧岩石与主体岩石裂开（因岩石的拉应力远远小于抗压应力，约为其抗压应力的10%左右，因此岩石在此分裂力作用下，可以沿预定的方向分裂开来）。劈裂用时一般3min左右。劈裂照片5.5破碎锤二次破碎劈裂棒劈开的岩石呈大块整体形态，直接装车外运存在困难，因此，将岩石劈开以后，采用破碎锤进行二次破碎，将岩石破碎成小型块状，
6、使其易于外运。将破碎锤的钻杆压在岩石上，并保持一定压力后开动破碎锤，利用破碎锤的冲击力，将岩石破碎。5.6挖掘机装车倒运及清理现场破碎后的岩石采用挖掘机及时装车外运，并将现场岩石清理干净，运输车采用自卸车，运至指定地点堆放或进行利用。5.7破除至相应标高劈裂后剩余的岩石表面，无法完全达到设计所要求的形态，需要用破碎锤进一步修整，使岩石表面达到设计要求的形状及标高。将破碎后的岩石清理干净后，及时复测岩石面标高，然后根据标高差值，控制破碎深度，逐步修整至设计标高。5.8工作效率对于2级到3级坚硬岩石，采用液压劈裂方法进行岩石破碎，每台班可破碎60-80方岩石，相对于破碎锤一天40方左右的速度，工作
7、效率提高了1/21/3。六、设备施工前，提前准备好所需的各种机械设备，并对设备进行检查，确保设备状态良好。序号机械名称数量（台）1液压潜孔钻12空压机13液压泵14劈裂棒65破碎锤16挖掘机17自卸车2设备的大小需根据实际情况进行选择，空压机需与潜孔钻匹配，液压泵需为几个劈裂棒同时工作提供足够压力，破碎锤、挖掘机、自卸车根据实际需求进行调配。七、质量控制7.1质量控制实测项目对于隧道仰拱工程，破碎后需要注意的质量控制点为底面高程，具体实测项目见下表：仰拱实测项目序号检查项目允许偏差检验方法和频率1混凝土强度(MPa)在合格标准内按附录D检查2厚度(mm)不小于设计值尺量：每20m检查1个断面，
8、每个断面测5点3钢筋保护层厚度(mm)+10、-5尺量：每20m测5点4底面高程(mm)15水准仪：每20m测5点7.2质量控制要点（1）孔底标高应小于设计底面标高，并考虑劈裂过程中可能产生的劈裂深度大于钻孔深度，留取10-20cm用破碎锤进行破除，保证底面标高，避免超挖。（2）控制钻孔间距及轴线，保证间距一致、且在一条轴线上，使加压时对岩石产生的推力方向、大小一致，使其形成的合力最大。（3）布点避开岩石的局部软弱破碎带，使各点均能有效的对岩石施加推力，避免某个孔内岩石因受力局部破碎，达不到各点同时受力的效果。（4）钻孔时可将同两排孔一次性完成，按组分别劈裂，减少潜孔钻与劈裂棒轮流施工的切换时
9、间。（5）施工前对操作人员进行岗位培训，合格后上岗，并要求操作人员按各机械操作规程严格执行。八、安全措施8.1施工现场用电安全措施（1）施工队伍进场前进行安全技术交底，考核合格后上岗，机具操作人员需持证上岗并进行现场考核，现场安全员及工长对现场安全进行监督检查，如有违反安全操作规程的人员立即停工整改，直至整改合格后方可继续施工。（2）现场临时电路的布设、维修、拆除，均由取得电工证的人员完成，非电工不得从事电工作业。（3）现场电路架设严格按照施工现场临时用电安全技术规范进行，并定时进行检查修复，现场配电箱应设门加锁并设置接地接零保护，非电工不允许其他作业人员私接电线电缆。（4）临时铺设的电路严禁
10、接触导电物体，应搭设绝缘支撑物或埋入地下。8.2机械安全措施（1）现场机具操作人员必须取得相应操作合格证，持证上岗，严禁将设备交由无证人员操作，施工方要对机械操作人员建立档案并由专人管理。（2）现场机械设备应定时保养并具有合格证，无证设备禁止进入施工场地。（3）未施工期间应停放在指定地点禁止乱停乱放，安排专人对设备进行看护。（4）机械施工时安排专人指挥，指挥人员必须站在安全地点，并明确指挥信号。（5）指挥人员及相关技术人员必须佩戴安全帽，穿反光背心。九、环保措施（1）每天施工完毕后要做到活完场清，并由专人对机械设备进行检查。（2）渣土运输车辆驶出现场前必须遮盖严密防止撒漏。项目出口要设置去污池
11、，由专人进行去污，严禁将尘土带出施工现场。（3）现场生活垃圾、污水及废料经处理后运送至指定地点掩埋，防止对当地生态环境造成破坏。（4）钻孔过程中易产生扬尘，采用雾炮车喷洒水雾的方法，防止扬尘易散，现场指挥人员佩戴防尘口罩。十、效益分析采用液压劈裂棒破碎岩石施工工艺，较破碎锤破碎岩石，可以加快施工进度、减少机械浪费、缩短施工工期。该工法应用于国道G102线秦皇岛市区段改建工程D合同段角山隧道工程（岩石坚硬，不允许爆破）有效的降低了项目施工成本。角山隧道工程仰拱部分围岩可达到2级到3级，岩石坚硬，采用液压劈裂方法进行岩石破碎，选取了直径150mm劈裂棒，每台液压泵配备6个劈裂棒，钻孔间距为500m
12、m，纵向排距为800mm，钻孔深度为800mm。采用劈裂办法相较于单纯破碎锤法具有一定的经济效益。经济效益计算表方法机械单价(元/台班)每台班破碎碎石量(m3)破碎每方碎石所需单价(元/m3)隧道仰拱碎石方量(m3)预计总价(元)可节约金额(元)破碎锤法破碎锤2台1088040272990026928001300200劈裂棒法破碎锤1台544060141 99001392600劈裂棒6个800液压泵1台700空压机1台700潜孔钻1台800通过对比分析，采用劈裂棒法相对于破碎锤法可节约成本约130万元。随着近年来集团承接的隧道工程逐渐增多，尤其对于一些文物保护区、石油管道附近等不允许进行爆破的地段，该工法的应用将会为集团带来更高的效益。