水磨钻非爆破石方洞挖施工的方法与流程

本发明属于石方洞挖的施工领域，尤其涉及一种水磨钻非爆破石方洞挖施工的方法。

背景技术

目前国内外对石方洞挖施工时，通常采取的办法主要钻爆法和盾构法。钻爆法，即是通过钻孔、装药、爆破开挖岩石的方法，这一方法从早期由人工手把钎、锤击凿孔，用火雷管逐个引爆单个药包，发展到用凿岩台车或多臂钻车钻孔，应用毫秒爆破、预裂爆破及光面爆破等爆破技术。钻爆法施工过程中会产生震动、冲击、噪音、粉尘飞屑；产生有毒气体和其它有害废弃物，对周围环境很大影响；另外目前国家对炸药管控严格，不好批炸药。

盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。利用盾构进行隧道开挖，衬砌等作业的施工方法。盾构是一种带有护罩的专用设备，利用尾部已装好的衬砌块作为支点向前推进，用刀盘切割土体，同时排土和拼装后面的预制混凝土衬砌块。盾构法开挖和衬砌安全、掘进速度快及施工劳动强度低，同时也不影响地面交通与设施，不影响地下管线等设施，但还是存在有一些缺点，比如断面尺寸多变的区段适应能力差，并且新型盾构购置费昂贵，对施工区段短的工程来讲成本过高。

随着我国经济的快速发展，工程建设将更多的向人口密集或环境安全条件要求较高的地区发展，爆破开挖施工对周围环境和建（构）筑物造成的负面影响越来越受到重视。采用非爆破方式进行石方开挖，则成为避免产生爆炸伤害的有效途径。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有石方洞挖施工钻爆法产生的有害废弃物对周围环境造成污染及盾构法断面尺寸多变的区段适应能力差、费用高等的缺点而提供一种施工便捷、无需大型施工机械、工序简单的水磨钻非爆破石方洞挖施工的方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种水磨钻非爆破石方洞挖施工的方法，该方法包括：

1）测量：由测量人员对隧洞的轴线、方向、轮廓线进行测量放线，并将测量数据提供给现场技术人员，以便进行钻孔的控制；

2）钻分离孔：采用水磨钻进行分离孔施工，钻孔孔径150~180mm，单孔深50~80cm，分离孔紧密布置，保证钻孔有效连接成槽，有效分离周转岩层；上半洞分离孔钻孔方向沿洞轴线方向保持5~10°夹角，沿径向向外扩散，下半洞分离孔沿轮廓线与竖直方向保持5~10°夹角向洞外倾斜，确保循环进尺过程中；

3）钻预裂孔：预裂孔采用水磨钻进行取芯开槽分离周围岩石，下半洞底部轮廓预裂孔可采用手风钻进行钻孔施工，钻孔孔径32~40mm，单孔深度为50~80cm；周边孔成槽从两侧由下向上施钻，以利于岩芯断裂捞取；

4）上半洞分层预裂破除：预裂孔施工结束后，利用液压预裂设备按照自上而下、自左向右的顺序，进行分层逐孔岩石预裂；

5）下半洞分层预裂破除：上半洞开挖8~12m后，开始下半洞开挖施工，先按设计轮廓线进行钻孔取芯成槽，分割岩体后，沿最外侧临空面由外向内分段分块进行分层预裂开挖；

6）弃渣：分层破除工作完成后，在已成型的平洞内铺设轨道，安装运料斗车，将洞内渣料运出。

施钻上半洞周边孔时，确保水磨钻机就位准确，主机轨道与隧洞竖轴线保持一致，施工钻心应与隧洞轮廓中心重合，施工过程中禁止移动钻机；分离孔由两台水磨钻机由上至下对称进行同时施工。

施工过程中，保持钻具前端冷却水充足，在保证加速钻具切割岩石的同时，起至除尘降噪作用。

局部欠挖部位，用手风钻钻预裂孔，插入钢楔，按顺序用重锤击打预裂孔内的钢楔，致使岩石按照分层预裂线被楔形破胀开，已被分层胀开的较大岩块可根据运输需要，再次再进行解小，降低块体单个重量，利于出渣。

对开挖岩石面进行检查，并根据揭露岩石的类别、裂隙发育情况对三类围岩进行临时支护，支护形式可挂网喷射混凝土形式进行；若需要随机支护，待支护完成后再进行下一步骤的施工。

装载石渣的斗车通过安装在洞处的卷扬机牵引至洞外，或者利用其它小型机具，运载洞内石渣，可根据运输能力和容量进一步解压石块大小。

本发明的技术方案产生的积极效果如下：本发明采用“周边钻孔取芯切割围岩＋中心钻孔分块劈裂”的方法进行隧洞的非爆破法石方开挖方法，在不干扰围岩原始条件下，采用水磨钻沿平洞上半洞设计轮廓线进行连续水平钻孔取芯，钻孔直径150~180mm，单孔深50~80cm，通过连续钻孔成槽，使掌子面岩石和山体围岩分离，形成开挖轮廓，同时为掌子面内岩体劈裂提供临空面；掌子面内岩石分区域施钻预裂孔，预裂钻孔采用仍采用水磨钻进行，钻孔深50~80cm，钻孔自上而下分层分列布置，把掌子面上岩石根据岩石硬度分成大小均匀块体，具体块体大小可根据出渣运输条件和设备确定。掌子面内所有预裂钻孔结束后，利用液压预裂设备插入预裂孔内，通过施加外力，按照由上至下、由外内向的涨裂顺序，由液压预裂设备通过膨胀预裂孔撑开岩石，达到分层分块开挖平洞目的。

本发明的水磨钻非爆破石方洞挖施工方法具有施工便捷、无需大型施工机械、工序简单，易于掌握；本发明特别适用于距离住宅较近或者禁止产生振动干扰的施工区域，或者大型施工机械设备无法进场施工的险竣山区和狭窄地带；具有其它石方开挖方法不可比拟优势，施工过程中机械噪声小，无作业粉尘和工作泥浆排放，对周边环境干扰小，安全文明施工易于控制，社会效益明显。

附图说明

图1为本发明周边孔及预裂孔位布置图。

图2为本发明上半洞周边钻孔的顺序图。

图3为本发明下半洞开挖顺序图。

图中标注为：1、周边孔；2、预裂孔；3、上半洞；4；下半洞；5、水磨钻。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的阐述和说明。

一种水磨钻非爆破石方洞挖施工的方法，该施工的方法应用于重庆市江津区卧龙沟水库应急抢险工程，具体工程概况如下：

重庆市江津区卧龙沟水库应急抢险工程左岸灌浆平洞总长50m，断面尺寸3.1m×4.1m，底板坡度1%，洞口底板高程为966.73m，高出坝顶3.70m。该项目处于国家5a级风景区内，属于三类危坝，为克服钻爆施工对原有建筑物产生的扰动和当地旅游业的影响，确保江津区卧龙沟水库除险加固应急抢险工程的顺利进行，我项目部提出采用水磨钻非爆破石方洞挖技术进行施工。利用该施工方法既排除了爆破振动的安全隐患，也解决了施工噪声和环境污染等安全文明施工问题，在满足工程施工需要的同时，也避免了对该风景区的产生不良社会影响，整体经济效益显著。

如图1、2、3所示，本项目施工的方法如下步骤：

步骤1）测量：隧洞开挖钻孔前，由测量人员对隧洞的轴线、方向、轮廓线等进行测量放线，并将测量数据提供给现场技术人员，以便进行钻孔的控制；

步骤2）钻周边分离孔：采用水磨钻进行分离孔施工，钻孔孔径120~150mm（本实施例中选择150mm），小于120mm后造孔效率降低，大于150mm后不易人工操作（开孔难度大）；单孔深50~80cm（本实施例中选择60cm），小于50cm后钻孔进尺效率降低，大于80cm成孔后取芯难度大；分离孔紧密布置，保证钻孔有效连接成槽，有效分离周转岩层；上半洞分离孔钻孔方向沿洞轴线方向保持5~10°（本实施例中选择5°）夹角，这个范围内易控制开挖断面尺寸，超出本范围后会出现欠挖情况；沿径向向外扩散，下半洞分离孔沿轮廓线与竖直方向保持5°夹角向洞外倾斜，确保循环进尺过程中，开挖洞体尺寸符合设计要求；

施钻上半洞周边孔时，确保水磨钻机就位准确，主机轨道与隧洞竖轴线保持一致，施工钻心应与隧洞轮廓中心重合，施工过程中禁止移动钻机（如图2所示）；分离孔由两台水磨钻机由上至下对称进行同时施工；施工过程中，保持钻具前端冷却水充足，在保证加速钻具切割岩石的同时，起至除尘降噪作用；周边孔成槽从两侧由下向上施钻，以利于岩芯断裂捞取。

步骤3）钻预裂孔：预裂孔采用水磨钻进行取芯开槽分离周围岩石，下半洞底部轮廓预裂孔可采用yt-28手风钻进行钻孔施工，钻孔孔径32~40mm（32~40mm中有32、34、36、38、40mm等五个孔径，本实施例中选择32mm的钻孔孔径），单孔深度50~80cm（本实施例中选择60cm，与分离孔孔深相同），预裂孔间距根据岩石条件和预裂效果进行调整。

步骤4）上半洞分层预裂破除：预裂孔施工结束后，利用液压预裂设备按照自上而下、自左向右的顺序，分层逐孔岩石预裂。局部欠挖部位，可用手风钻预裂孔，插入特制钢楔，按顺序用重锤击打预裂孔内的钢楔，致使岩石按照分层预裂线被楔形破胀开；已被分层胀开的较大岩块可根据运输需要，再次再进行解小，降低块体单个重量，利于出渣；

液压预裂设备为液压劈裂机，也叫劈裂器，劈石机，开山机等，按动力站类型可分为：电动型、柴油型、汽油型气动马达四种。按分裂枪材质可分为：钢制分裂枪与铝合金分裂枪两种，由液压泵站和分裂器两大部分组成。

步骤5）下半洞分层预裂破除：上半洞开挖8~12m后，开始下半洞开挖施工，小于8m交叉作业施工难度大（相互干扰）大于12m后资源配置会出现闲置情况；如图3所示；先按设计轮廓线进行钻孔取芯成槽，分割岩体后，沿最外侧临空面由外向内分段分块进行预裂开挖；

步骤6）临时支护：对开挖岩石面进行检查，并根据揭露岩石的类别，裂隙发育情况等确定判断是否进行临时支护，开挖岩石面是由设计方地质工程师现场查看后确定岩石类别、发育情况，iii类围岩以下（包含iii类围岩）均需要临时支护；支护形式可采用挂网喷射混凝土形式进行，若需要随机支护，待支护完成后再进行下一步骤的施工；

步骤7）弃渣：在已成型平洞内铺设轨道和安装运料斗车，装载石渣的斗车通过安装在洞处的卷扬机牵引至洞外；或者利用其它小型机具，运载洞内石渣，可根据运输能力和容量进一步分解石块。

整个施工过程安全有序，质量可控，既没有对周边居住环境发生影响，也保证了现有城市交通的通畅运行，整体施工进度符合合同工期要求，为公司扎根重庆市场，树立了良好的企业形象。