CN110924398B - 一种保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，其特征在于，包括：步骤一、在待施工区域内，沿边坡的坡面搭设并固定防护排架；步骤二、将待施工区域根据爆破安全距离从左至右依次划分为第一施工区、第二施工区和第三施工区，将任一施工区根据爆破深度从上至下划分为多个施工层；步骤三、按照从左至右，从上至下的原则对多个施工层进行施工，其中，第一施工区的施工层采用松动爆破法进行施工，第二施工区的施工层采用气体致裂法进行施工，第三施工区的施工层采用静力切割法进行施工。本发明通过对施工区域进行分类，并运用组合工艺对不同施工区域进行施工，在保证既有交通安全运营的前提下，提高了高强岩质路堑拓宽施工的效率。

Description

一种保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法

技术领域

本发明涉及路基施工领域。更具体地说，本发明涉及一种保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法。

背景技术

近年来，国内外高速公路改扩建工程中，对于高强岩质边坡拓宽开挖施工，根据不同的地质条件，主要采取的施工方法有：爆破施工、气体致裂、静态破碎及机械开挖。在实际施工过程中，对于石质坚硬的深挖路堑：爆破施工法威力大，可快速破除坚硬的岩石，但爆破施工产生的沙石飞溅会影响既有交通流，且存在安全风险；气体致裂较爆破威力小，且随着爆破距离增加能量衰减较大，难以破除坚硬岩石，需要多次施工且在边坡外层进行气体致裂同样存在垮塌、滚石等风险；静态破碎法一次开裂时间较长，且孔距小，钻孔工作量大，经济成本高，进度慢及产出量低，不适合大方量的石方开挖；机械凿除法效率低，难以满足现场的施工要求。

综上所述，采用不同的现有施工方法对高强岩质边坡进行拓宽开挖施工分别存在影响交通安全、施工效率低等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，通过对施工区域进行分类，并运用组合工艺对不同施工区域进行施工，在保证既有交通的安全运营的前提下，提高了涉路高强岩质路堑拓宽施工的效率。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，包括：

步骤一、在待施工区域内，沿边坡的坡面搭设并固定防护排架；

步骤二、将所述待施工区域根据爆破安全距离从左至右划分为三个施工区，依次为第一施工区、第二施工区和第三施工区，将任一施工区根据爆破深度从上至下划分为多个施工层；

步骤三、按照从左至右，从上至下的原则对所述待施工区域的所述施工层进行施工，其中，所述第一施工区的施工层采用松动爆破法进行施工，所述第二施工区的施工层采用气体致裂法进行施工，所述第三施工区的施工层采用静力切割法进行施工。

优选的是，所述保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，所述步骤一中，所述防护排架为双层防护排架，其从下至上逐级搭设。

优选的是，所述保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，所述步骤二中，所述第一施工区的爆破安全距离为50m，所述第二施工区的爆破安全距离为2.5m；所述第一施工区为所述待施工区域内距离既有高速公路水平距离大于50m的区域，所述第三施工区为所述坡面和所述坡面向内延伸至少2.5m的区域，所述第二施工区为所述第一施工区与所述第三施工区中间的区域。

优选的是，所述保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，所述步骤二中，所述第一施工区的爆破深度大于所述第二施工区和所述第三施工区的爆破深度，所述第一施工区的施工层数量小于所述第二施工区和所述第三施工区的施工层数量。

优选的是，所述保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，所述步骤三中，所述松动爆破法为采用深孔台阶松动爆破法和光面爆破法同时进行爆破。

优选的是，所述保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，所述步骤三中，所述气体致裂法为采用液态二氧化碳相变致裂法爆破。

优选的是，所述保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，所述步骤三中，所述静力切割法施工具体为：先用切割机沿竖直方向切割竖向切割面，再切割横向切割面，循环施工，所述横向切割面为外高内低的倾斜面。

优选的是，所述保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，所述步骤三中，在任一施工层施工完成后使用运输设备对该施工层进行弃土，所述运输设备包括：挖掘机、装载机、渣土机。

优选的是，所述保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，所述步骤三中，在保证所述爆破安全距离，且相邻施工区的施工层的高度差大于预设值的条件下，所述松动爆破法施工、所述气体致裂法施工和所述静力切割法施工可同时进行。

优选的是，所述保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，所述第一施工区的施工层与所述第二施工区的施工层的预设值为30米，所述第二施工区的施工层与所述第三施工区的施工层的预设值为15米，且所述第一施工区的施工层、所述第二施工区的施工层和所述第三施工区的施工层的高度依次升高。

本发明至少包括以下有益效果：

1、施工过程安全可靠。在采用双层防护排架对既有高速公路进行防护的前提下，应用不同工艺方法对高边坡分步分区开挖，严格保证了施工的安全距离，提高了施工安全性。

2、施工效率高。本发明按照松动爆破、气体致裂、静力切割的顺序对待施工区域进行施工，因各工序不冲突，可形成流水作业，且在不影响施工安全距离的条件下，满足对相邻施工层的高度差要求后可在各作业面同时施工，提高了施工效率。

3、经济性好。相比单一的边坡拓宽开挖工艺方法，本发明将不同的工艺方法根据其特性进行了分区组合，形成了新型组合工艺，其针对性强，对于不同硬度的边坡岩石，所采取的开挖工艺不同，避免了单一工艺的低效率开挖和大量的设备投入。

4、不影响既有高速公路运营。当爆破距离大于飞石飞行距离时，采用松动爆破法在安全可控情况下快速破除坚岩；采用气体致裂法时在第二施工区外侧留有至少2.5m厚的岩石层作为防护；采用静力切割法时控制横向切割外高内低，使切割下来的岩石向远离既有高速公路的方向滚落；且有防护排架作为安全储备，不影响既有高速公路运营，确保了车辆的安全通行。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明一个实施例的保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工区域示意图；

图2为上述实施例中所述第三施工区的施工示意图；

图3为上述实施例中所述深孔台阶松动爆破法的施工示意图；

图4为上述实施例中所述深孔台阶松动爆破法的布孔示意图；

图5为上述实施例中所述光面爆破法的炮孔结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-5所示，本发明提供一种保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，包括：

步骤一、在待施工区域内，沿边坡的坡面搭设并固定防护排架1；

步骤二、将所述待施工区域根据爆破安全距离从左至右划分为三个施工区，依次为第一施工区2、第二施工区3和第三施工区4，将任一施工区根据爆破深度从上至下划分为多个施工层；

步骤三、按照从左至右，从上至下的原则对所述待施工区域的所述施工层进行施工，其中，所述第一施工区2的施工层采用松动爆破法进行施工，所述第二施工区3的施工层采用气体致裂法进行施工，所述第三施工区4的施工层采用静力切割法进行施工。

上述技术方案中，定义所述边坡的位置在所述既有高速公路5的左侧，所述待施工区域的范围根据设定的既有高速公路5的拓宽距离进行确定。施工过程中，先使用松动爆破法在所述施工区域左上方打开槽口，在第一施工区2和第二施工区3之间形成临空面，然后使用气体致裂法对所述第二施工区3的施工层进行爆破，在第二施工区3和第三施工区4之间形成临空面，最后采用静力切割的方法完成第一个循环的施工，其中，松动爆破中存在化学反应，爆破产生的威力较大，气体致裂为物理反应，爆破影响较小并可控，静力切割为通过机械运动进行切割的方法，可较准确的控制切割的精度。

本发明根据设定的施工安全距离对待施工区域进行分区，并选用松动爆破、气体致裂、静力切割三种不同的施工方法从左至右、从上至下循环对多个施工层进行施工，首先采用可快速破除坚岩的松动爆破法对远离高速公路一侧的边坡进行爆破施工，在快速推进施工进度的同时，第一施工区外侧的第二施工区作为缓冲区减小了爆破施工对既有高速公路产生的影响；同样，在使用气体致裂法对第二施工区进行施工时，第二施工区外侧的第三施工区作为防护层减小了气体致裂产生的影响，在保证边坡稳定性的情况下，提高了整体的施工效率。施工过程中，松动爆破和气体致裂后在不同施工区之间形成的临空面保证了施工过程中整体边坡结构的稳定性；同时，采用防护排架对既有高速公路进行防护，可防止施工过程中的飞石滚落到正在运营的公路上，进一步保证了施工的安全性。

在另一技术方案中，所述的保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，所述步骤一中，所述防护排架1为双层防护排架，其从下至上逐级搭设。所述防护排架1的设置高度需根据选用的具体施工方法和施工层高度进行选择，以保证施工过程中飞石不会越过防护栏滚落至既有高速公路上，双层防护排架可进一步加强防护排架的稳定性。

在另一技术方案中，所述的保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，所述步骤二中，所述第一施工区2的爆破安全距离a为50m，所述第二施工区3的爆破安全距离b为2.5m；所述第一施工区2为所述待施工区域内距离既有高速公路5水平距离大于50m的区域，所述第三施工区4为所述坡面和所述坡面向内延伸至少2.5m的区域，所述第二施工区3为所述第一施工区2与所述第三施工区4中间的区域。上述技术方案中，根据不同的施工方法设定了不同施工区域的安全距离，当爆破距离大于50m时，由于远超出飞石的飞行距离，采用松动爆破法不会对施工区域外产生影响；当爆破距离在50m以内时，由于爆破安全距离不可控，通过采用爆破时间短但能量较低的气体致裂法，在2.5m厚度的第三施工区4保护下即可控制致裂临空面，避免边坡产生裂缝、垮塌等现象；当爆破距离在2.5m范围内时，松动爆破与气体致裂均有造成边坡发生垮塌滚石的风险，选用静力切割的方法可控制边坡稳定性。通过以上方法，在保证安全距离的基础上进行区域划分可保证施工过程安全可靠，不会影响既有高速公路的正常运营。

在另一技术方案中，所述的保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，所述步骤二中，所述第一施工区2的爆破深度大于所述第二施工区3和所述第三施工区4的爆破深度，所述第一施工区2的施工层数量小于所述第二施工区3和所述第三施工区4的施工层数量。从而，在循环施工过程中，第一施工区2的施工深度大于第二施工区3和第三施工区4的施工深度，按照从左至右的施工顺序原则，第二施工区3的施工层施工时，其左侧为临空面，爆破施工时对右侧的第三施工区4影响较小。

在另一技术方案中，所述的保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，所述步骤三中，所述松动爆破法为采用深孔台阶松动爆破法和光面爆破法同时进行爆破，在快速爆破深处岩层的同时，可在第一施工区2左侧迅速形成新的坡面，加强了施工区域的稳定性，不易发生滑坡垮塌，并节省了处理爆破后不平整坡面的施工步骤，提高了施工效率。

在另一技术方案中，所述的保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，所述步骤三中，所述气体致裂法为采用液态二氧化碳相变致裂法爆破，其爆破设备的组装过程安全可靠，爆破准备时间短且二氧化碳致裂器可重复利用，降低了施工成本。

在另一技术方案中，所述的保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，所述步骤三中，所述静力切割法施工具体为：先用切割机沿竖直方向切割竖向切割面41，再切割横向切割面42，循环施工，所述横向切割面42为外高内低的倾斜面，使被切下的岩石向边坡的内侧滚落，施工过程不会影响到既有高速公路5的运营。

在另一技术方案中，所述的保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，所述步骤三中，在任一施工层施工完成后使用运输设备对该施工层进行弃土，所述运输设备包括：挖掘机、装载机、渣土机。上述技术方案中，对任一施工层施工完成后进行弃土，对于需要进行多次爆破作业的同一施工层，当施工区域内渣石量达到设定的数值后，进行提前弃土，以免影响相邻施工层的正常施工。

在另一技术方案中，所述的保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，所述步骤三中，在保证所述爆破安全距离，且相邻施工区的施工层的高度差大于预设值的条件下，所述松动爆破法施工、所述气体致裂法施工和所述静力切割法施工可同时进行，其中，最多同时对三个施工层进行施工，所述三个施工层分别为所述三个施工区的最上方的未施工层，从而实现了多个施工层的同时施工，提高了整体工程施工效率。

在另一技术方案中，所述的保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，所述第一施工区2的施工层与所述第二施工区3的施工层的预设值为30米，所述第二施工区3的施工层与所述第三施工区4的施工层的预设值为15米，且所述第一施工区2的施工层、所述第二施工区3的施工层和所述第三施工区4的施工层的高度依次升高，在多个施工层同时施工时，足够的高差度使不同施工区中的施工互相不产生干扰，并提高了施工安全性。

下面对上述实施例中所述的松动爆发法、气体致裂法和静力切割法的具体施工方式进行说明。

松动爆破法：

1、钻孔：深孔台阶松动爆破采用垂直与倾斜向下相结合的钻孔方式，炮孔倾角根据施工图确定。炮孔布孔方式为梅花型布孔。

其中，H为台阶高度，L为炮孔长度，W为炮孔最小抵抗线，B为台阶上眉线至前排孔口的距离，L1为填塞长度，L2为装药长度，h为超深，d为排间距，c为孔间距，复杂环境深孔台阶爆破参数如表1所示。

表1复杂环境深孔台阶爆破参数汇总表

2、装药：对钻好的炮孔进行炸药填充，炸药类型采用2#岩石乳化炸药，药卷直径Ф70。

为了能获得较好的爆破效果和确保预留边坡稳定性满足要求，对靠近边坡的炮孔采用光面爆破法进行爆破，炮孔内包括：填塞段6，空气间隔段7，装药段8和起爆药包9。施工时。所述炮孔的装药量减少为正常装药量的20～30﹪，采用空气间隔不耦合装药，空气间隔段可采用毛竹、空气垫等作为间隔物，空气间隔段设置在炮孔的中间偏上部位，空气间隔段7的长度为1.5～2m。

3、填塞：使用合适的填塞材料如沙子、粘土、岩粉、层矿沙等对装药后的炮孔进行填塞，严禁无填塞爆破。

4、爆破网路连接：根据设计好的起爆网路进行联接，并检查线路连接是否正确。

5、起爆与检查：启动起爆器，在爆破完成15分钟后，检查确认边坡稳定性并进行后续施工。

气体致裂法：

1、组装设备：将二氧化碳致裂器的各装置组装在一起，并使用充装机对二氧化碳致裂器充气。

2、钻孔：钻孔设备采用KY130型露天潜孔钻机进行施工，钻孔深度1-3m，钻孔布置采用一字形式。

3、设备运输：将二氧化碳致裂器的储液管在地面灌装液态二氧化碳后，运输至爆破地点。

储液管长1m，外径73mm，灌装液态二氧化碳后质量约为25Kg。储液管采用优质进口钢材加工而成，结实耐用，可重复使用4000次，除了接通电路能启动爆破外，磕碰、撞击、高温都不会对装置产生损坏。

4、爆破：将多根二氧化碳致裂器依次连接后放入钻好的炮孔中，再用干细沙封孔防止飞管，用导线将所有的二氧化碳致裂器连接在一起，通电后进行爆破。

5、回收：爆破结束后即可在施工层回收二氧化碳致裂器，将其内部残渣清理后可重复利用。

静力切割法：

1、选用人工手持凿岩钻机对施工层进行钻孔，便于金刚绳锯穿孔。

2、对竖向切割面采用金刚盘踞切割，对横向切割面采用穿孔绳锯切割；施工时，先切割竖向切割面，切割面严格控制竖直，再切割横向切割面，横向切割面严控倾斜面，必须做到外高内低，切割时为便于取出石体，从一侧向另一侧逐块取出。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，其特征在于，包括：

步骤一、在待施工区域内，沿边坡的坡面搭设并固定防护排架；

步骤二、将所述待施工区域根据爆破安全距离从左至右划分为三个施工区，依次为第一施工区、第二施工区和第三施工区，将任一施工区根据爆破深度从上至下划分为多个施工层；

步骤三、按照从左至右，从上至下的原则对所述待施工区域的所述施工层进行施工，其中，所述第一施工区的施工层采用松动爆破法进行施工，所述第二施工区的施工层采用气体致裂法进行施工，所述第三施工区的施工层采用静力切割法进行施工；

其中，所述第一施工区的爆破安全距离为50m，所述第二施工区的爆破安全距离为2.5m；所述第一施工区为所述待施工区域内距离既有高速公路水平距离大于50m的区域，所述第三施工区为所述坡面和所述坡面向内延伸至少2.5m的区域，所述第二施工区为所述第一施工区与所述第三施工区中间的区域。

2.如权利要求1所述的保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，其特征在于，所述步骤一中，所述防护排架为双层防护排架，其从下至上逐级搭设。

3.如权利要求1所述的保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，其特征在于，所述步骤二中，所述第一施工区的爆破深度大于所述第二施工区和所述第三施工区的爆破深度，所述第一施工区的施工层数量小于所述第二施工区和所述第三施工区的施工层数量。

4.如权利要求1所述的保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，其特征在于，所述步骤三中，所述松动爆破法为采用深孔台阶松动爆破法和光面爆破法同时进行爆破。

5.如权利要求1所述的保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，其特征在于，所述步骤三中，所述气体致裂法为采用液态二氧化碳相变致裂法爆破。

6.如权利要求1所述的保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，其特征在于，所述步骤三中，所述静力切割法施工具体为：先用切割机沿竖直方向切割竖向切割面，再切割横向切割面，循环施工，所述横向切割面为外高内低的倾斜面。

7.如权利要求1所述的保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，其特征在于，所述步骤三中，在任一施工层施工完成后使用运输设备对该施工层进行弃土，所述运输设备包括：挖掘机、装载机、渣土机。

8.如权利要求1所述的保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，其特征在于，所述步骤三中，在保证所述爆破安全距离，且相邻施工区的施工层的高度差大于预设值的条件下，所述松动爆破法施工、所述气体致裂法施工和所述静力切割法施工同时进行。

9.如权利要求8所述的保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法，其特征在于，所述第一施工区的施工层与所述第二施工区的施工层的高度差预设值为30米，所述第二施工区的施工层与所述第三施工区的施工层的高度差预设值为15米，且所述第一施工区的施工层、所述第二施工区的施工层和所述第三施工区的施工层的高度依次升高。

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