論凍土爆破鉆孔機械的選用及發展現狀

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展現狀

肖煒清 季方宇 喬文澤

（沈陽理工大學 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難題,一般的挖掘技術和鉆孔機械很難滿足其需求。本文結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土施工中經常會遇到凍土開挖,特別是在西部高原地區的工程施工中,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，比如風動潛孔鉆孔機械，隨著風力的增強，鉆機鉆孔的直徑可達到80mm——100mm，臺班的作業效率達到30m——50m，整體達到施工的預期值；方量大，并且凍土集中的施工點，鉆孔機械可以采用國內凍土爆破效率最高的地質鉆機——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的小孔徑風動鉆孔機械，在具體使用過程中還需要注意，當凍土強度在正常范圍內，就不需要結合其他鉆機機械進行凍土爆破；當凍土強度低于或者高于平常，需要將風動鉆機與煤電鉆機相結合進行凍土的爆破。

（四）根據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，還可以根據表層土分布的形態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，應選用轉速較低的鉆孔機械，如螺旋式鉆孔機械，臺班的作業效率可達到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。試驗結果表明,在不同的土質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,高含冰量高溫不穩定多年凍土。采用SD 2.0 380 Ⅲ型巖石電鉆(沈陽產)鉆孔,孔徑為40mm,鉆孔效率為16～ 20m/臺班。

風火山隧道進出口端,主要為破碎的泥巖和砂巖,發育有飽冰、富冰凍土,也有含土冰層。采用7655型風動鑿巖機鉆孔,孔徑為40mm,鉆孔效率為25～ 30m/臺班。洞身通過凍泥巖,洞身局部基巖風化層中發育有飽冰、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,高含冰量高溫不穩定多年凍土。采用支架式簡易潛孔鉆機(河北宣化產,風動)鉆孔,配12m 3的空氣壓縮機作為動力,當孔徑為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。在具體選用時應注意,當凍土強度較低時用煤電鉆和巖石電鉆;當凍土強度較高時用風動鉆機。

待開挖的多年凍土方量較大時,爆破鉆孔可選用簡易風動潛孔鉆機,當風動力足夠時,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生變化,單獨用一種鉆機鉆孔不是最佳方案,應考慮用不同鉆機以適應不同強度凍土的鉆孔,特別當隧道穿越凍巖時,用風動鉆機效率較高。隧道進出口段的凍土開挖,適于采用電鉆和風動鉆機聯合作業。

結束語：

在凍土地區修建公路、鐵路等建筑物,除了要考察地域環境、地質條件外,還要充分考慮該地區凍土的特性,對凍土爆破規模、爆破鉆孔機械進行正確分析,根據凍土的特點,結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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K928

B

1007-6344（2017）03-0135-01

肖煒清，專業：機械電子工程，學校：沈陽理工大學

季方宇，專業：通信工程，學校：沈陽理工大學

喬文澤，專業：機械電子工程，學校：沈陽理工大學