非爆破法地鐵基坑液壓巖石分裂機應用介紹

李業波

[摘要]地鐵車站工程多為淺埋地下結構，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境抗震要求較高，在無法采用常規爆破情況下，如何選擇合適的靜壓法成為工程推進是否成功的關鍵。本文以江蘇某城市鐵路鄰營區域地鐵石方基坑為例，闡述巖石分裂機的應用方法，供類似工程參考。

[關鍵詞]地鐵基坑;非爆開挖;巖石分裂機.

文章編號：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，沿高鐵線路南北向布置。車站為地下雙層島式站臺車站，全長347m，標準段寬為23.3m。采用明挖順作法施工，圍護結構放采用坡開挖+砂漿錨桿+掛網噴射混凝土支護結構，局部采用圍護樁+錨索支護型式。1.2水文特征

本區地下水主要為巖溶裂隙水，埋深約0.20m～12.80m，平均10.44m，水位標高約28.79m～32.31m，平均30.35m。因本區覆蓋層厚度薄，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

本區處無名山腳下，地下伏基巖為寒武系石灰巖，本車站開挖范圍主要為中風化石灰巖，強度為70～114MPa，基本區位于背斜的核部，南側巖層傾向南東，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，夾石灰巖碎塊。

1.4難點分析

（1）為了防止基坑開挖對高鐵站臺及京滬高鐵線路，汽車客運站，公交大樓產生振動，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工期要求，本車站總工期僅8個月，基坑開挖時間僅3～4個月，工期緊，開挖石方量近25萬m。通常使用的靜態破碎法存在施工效率低，施工成本高等缺點，這恰巧與工期互相制約。

2液壓巖石分裂機施工方法

2.1分裂機簡介

該設備主要由1臺動力油站和4～6臺液壓劈裂棒組成，輔以單鉤挖掘機，破碎錘共同施工。工作時泵站經主管路供油到分配器上，由分配器向各分裂機供油。主油管及各分裂機油管纏在油管卷筒上。工作時，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，即可進入分裂作業。

2.2施工原理

巖石抗壓強度高，抗拉強度低。在巖石分裂前，首先在巖石中打設分裂孔，將劈裂棒放入孔中，分裂機機體上的柱塞軸線指向巖石欲裂開方向，分裂機實質上是共缸體的并聯小油缸，當高壓油進入小油缸的大腔時，驅動劈裂棒中的液壓活塞外伸脹裂巖石。超高壓分裂機瞬間可將油壓提高到150MPa，使分裂棒同時產生近2000t的推力，從巖石內部將堅硬巖石分裂，并使巖石按預定方向分裂，達到開挖的目的。

2.3選擇理由

安全性：分裂機在靜態液壓環境下可控制性的工作，不會像爆破一樣產生較多的安全隱患。

環保性：分裂機工作時，不會產生振動，沖擊，噪音，粉塵，飛屑等，周邊環境不會受到影響，即使在人口稠密區域，以及精密設備邊也可無擾工作。

易操作性：應用方法簡單易學，維護保養便捷，重量輕，搬運方便。

適用性：因無需化學反應，受地下水和氣溫影響小。

效率高：采用物理方式漲裂，無需化學反應時間，且體積小，可多工作面同時作業。

2.4工藝流程

開設臨空面→潛孔鉆打孔→劈裂棒吊裝→加壓漲裂→鉤機松動→破碎錘解小裝運。

2.5施工方法

根據比選結果結合現場實際地質水文情況，本基坑開挖主要采用巖石分裂機法，局部坑邊和操作面受限區域采用膨脹劑漲裂。

2.5.1分裂機施工參數

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開設臨空面

為保證巖石在劈裂過程中有個卸力的方向，預先根據基坑分區情況利用旋挖鉆在基坑橫向開設4～6條臨空槽，孔徑80cm，孔距70cm，開槽深度結合基坑開挖“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。在已經成孔的臨空槽上蓋1x2m鐵篦子，周圍設置硬防護，并做好警示標志。在不具備旋挖鉆施工區域采用液壓破碎錘強行下挖、膨脹劑漲裂開槽或采用分裂機開槽，槽深比正常鉆孔深50cm左右。

2.5.3潛孔鉆打孔

根據劈裂棒的規格采用潛孔鉆按照設計的破巖孔位打孔，本基坑孔徑250mm，孔深1m。雖裂石為逐層施工，但為提高現場效率，可一次性做5～6排孔，為避免前次裂石對未劈裂孔洞造成破壞影響劈裂棒吊運，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。鉆孔施工完成后報相關單位對孔位，孔徑，孔深進行驗收并形成過程資料。

2.5.4劈裂棒吊裝

提前將分裂機運送至施工面，待孔位驗收合格后，逐根將劈裂棒從支架上吊運入孔，吊裝劈裂順序自臨空面向內依次進行，劈裂棒就位時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巖石分裂機在本工程中的應用分析

針對本站所處區域地層條件，技術攻關小組人員提出巖石分裂機進行本地鐵基坑施工的方案，解決了地下水，氣溫，工期對常規非爆開挖方式干擾較大的難題。創造性地提出將主要應用于礦山開采的施工工藝應用到地鐵基坑施工并進行試驗。

3.1解決了常規分裂機輸出壓力不足問題

目前市場上的巖石分裂機直徑都在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（泵站輸出壓力100MPa）根據本基坑巖性及工期要求，目前市場已有的巖石分裂機產生的壓力不能滿足本站基坑石方的開挖，需增大巖石分裂機的輸出壓力。增大巖石分裂機輸出壓力分兩個方面，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，三一重工等液壓設備單位的溝通，計算，針對本基坑這種堅石，泵站輸出壓力需達到120MPa以上，裂石棒直徑需達到180mm以上。具備加工此類設備的設施，但沒有關于這方面的技術。經與長沙某廠家的仔細協商，雙方簽署了研發協議，約定廠家負責超高壓巨型巖石分裂機（250mm/150MPa）的研發，并即時投入基坑施工。

3.2使用情況分析

本基坑從兩端向中間進行施工，南北各一個作業面。單個作業面產量為690m3。單臺分裂機日產量約95m3，為此每個作業面配置250mm裂石機8臺，可滿足開挖要求。根據實際開挖過程中現場統計，兩個工作面石方開挖日產量可達到1500m，滿足基坑工期要求。

4需改進問題

根據現場情況，由于巖石分裂機長期高負荷工作，損耗嚴重。根據統計250mm裂石機每開挖30000m3，設備基本報廢，核心部件全部損壞，故維修要求較高，本基坑施工現場修建巖石分裂機維修站，廠家派專業技術人員常駐現場負責巖石分裂機的維修及改進。但如何提高巖石分裂機的使用壽命是下步需研究解決的問題。

5結語

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

參考文獻：

[1]羅銘，郝其昌.CTF-100A巖石分裂機的研制及應用探討[J].金屬礦山，2006，（03）：61-63.

[2]羅銘.利用巖石分裂機處理露天礦采場根底[J].中國礦業大學學報.2005，（10）2：4-25.