CN111101520A - 红层岩土体低扰动开挖施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种红层岩土体低扰动开挖施工方法，包括以下步骤：边坡开挖前对于全风化和强风化的红层直接采用机械开挖；开挖到弱风化面以后，在弱风化面上人工开挖渗水沟，通过在渗水沟内注满水加速浅层弱风化红层软化；同时在弱风化面上开挖定向注水孔，在孔内注水来达到软化深层弱风化红层。本发明充分利用红层岩体遇水易软化，失水易崩解的特性，在开挖过程中通过定向注水、人工渗水沟等措施来达到软化岩体强度，降低开挖强度，同时控制施工顺序，最大程度软化开挖部分岩土体强度，从而形成一种基于红层地质灾害水‑力环境调控的低扰动路堑边坡施工工艺，节省了施工周期，降低了施工成本。

Description

红层岩土体低扰动开挖施工方法

技术领域

本发明涉及一种土体开挖方法，具体涉及一种红层岩土体低扰动开挖施工方法。

背景技术

红层是外观以红色为主色调的中、新生代碎屑岩沉积地层，广泛分布于我国的西南、西北、华中及华南地区。从工程地质学角度，我国红层划分为西南地区红层、西北地区红层、中南、东南地区红层和其他地区红层，其中西南地区红层在我国分布最广泛、最具有代表性。红层岩体的力学性质与岩体结构极为复杂，红层岩体易风化、遇水易软化，失水易崩解，强度低、具有流变性。在铁路、公路工程建设与运营中，红层地区的坡体开挖经常因施工不当等诱发规模较大的坡体塌滑灾害，影响工程安全。

目前红层路堑路堑边坡开挖对于表层全风化和强风化强度较低岩土体直接采用机械开挖，而对强度较高的弱风化及未风化的岩土体，主要采用爆破施工开挖。

目前红层中强度较高岩体开挖工序为先爆破后采用机械开挖。爆破施工主要存在以下缺点：

（1）爆破开挖虽然可使开挖部分岩土体松动，但同时对设计的边坡岩土体造成扰动、形成裂隙、甚至破坏，在边坡成型后导致稳定性降低，易引起工程滑坡或者崩塌。

（2）爆破开挖存在安全隐患、且爆破对施工工艺要求较高，需要专门的爆破人员进行施作；另外爆破过程会产生噪音污染和有毒气体。在靠近城市的开挖施工中限制使用。

（3）爆破通常需要先打孔、装药、连接起爆装置、疏散设备及人员、起爆、安全排查，然后才可以进行机械开挖施工。工序复杂且成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种红层岩土体低扰动开挖施工方法，基于红层岩体的特性设计施工步骤，降低开挖强度。

本发明所采用的技术方案为：

红层岩土体低扰动开挖施工方法，其特征在于：

包括以下步骤：

边坡开挖前对于全风化和强风化的红层直接采用机械开挖；

开挖到弱风化面以后，在弱风化面上人工开挖渗水沟，通过在渗水沟内注满水加速浅层弱风化红层软化；

同时在弱风化面上开挖定向注水孔，在孔内注水来达到软化深层弱风化红层。

红层岩层不断软化，当饱和单轴抗压强度低于20Mpa后采用机械开挖。

渗水沟纵向开挖，沟宽度2～3m，深度0.5～1m，横向和纵向间隔距离不大于2倍的沟宽。

定向注水孔采用正方形布设，注水孔位于两沟之间，孔径0.1～0.5m，深度为6～10m。

地面处全风化或强风化红层岩土体机械开挖后，采用逐层开挖施工渗水沟和定向注水孔的方式开挖下方土体。

逐层开挖施工的具体过程为：

机械开挖地面处全风化或强风化红层岩土体，完成后达到第一级机械开挖线，人工开挖渗水沟和定向注浆孔，向渗水沟内排水，同时向定向注水孔中注水，红层岩土体浸水膨胀后再排掉渗水沟中水；

等红层岩土体失水软化后，采用机械开挖，开挖到第二级机械开挖线，继续人工开挖渗水沟向渗水沟内排水，向定向注水孔中注水，红层岩土体浸水膨胀后，排掉渗水沟中水，等红层岩土体失水软化后，采用机械开挖，开挖到第三级机械开挖线；

如此循环最终达到设计开挖标高。

本发明具有以下优点：

本发明充分利用红层岩体遇水易软化，失水易崩解的特性，在开挖过程中通过定向注水、人工渗水沟等措施来达到软化岩体强度，降低开挖强度，同时控制施工顺序，最大程度软化开挖部分岩土体强度，从而形成一种基于红层地质灾害水-力环境调控的低扰动路堑边坡施工工艺，节省了施工周期，降低了施工成本。

附图说明

图1为传统开挖方式示意图。

图2为本发明低扰动开挖方式示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种红层岩土体低扰动开挖施工方法，包括以下步骤：

边坡开挖前对于全风化和强风化的红层直接采用机械开挖；

开挖到弱风化面以后，在弱风化面上人工开挖渗水沟，通过在渗水沟内注满水加速浅层弱风化红层软化；

同时在弱风化面上开挖定向注水孔，在孔内注水来达到软化深层弱风化红层。

红层岩层不断软化，当饱和单轴抗压强度低于20Mpa后采用机械开挖。

渗水沟纵向开挖，渗水沟纵向开挖，沟宽度2～3m，深度0.5～1m，横向和纵向间隔距离不大于2倍的沟宽。

定向注水孔采用正方形布设，注水孔位于两沟之间，孔径0.1～0.5m，深度为6～10m，通常不超过一级边坡高度。

地面处全风化或强风化红层岩土体机械开挖后，采用逐层开挖施工渗水沟和定向注水孔的方式开挖下方土体，具体过程为：

先机械直接开挖地面处全风化或强风化红层岩土体，完成后达到第一级机械开挖线，人工开挖渗水沟和定向注浆孔，向渗水沟内排水，同时向定向注水孔中注水，红层岩土体浸水膨胀后再排掉渗水沟中水，等红层岩土体失水软化后，采用机械开挖，开挖到第二级机械开挖线，继续人工开挖渗水沟向渗水沟内排水，向定向注水孔中注水，红层岩土体浸水膨胀后，排掉渗水沟中水，等红层岩土体失水软化后，采用机械开挖，开挖到第三级机械开挖线。如此循环最终达到设计开挖标高。

本发明的主要工作原理和方式为浸水膨胀→失水软化→机械开挖→再次浸水→失水软化→继续机械开挖。红层岩土体遇水后，水分子沿岩土空隙、裂隙渗透到矿物颗粒之间，从而使岩石发生物理或化学变化，红层中亲水矿物（蒙脱石和伊利石）含量高，岩石浸水后颗粒之间水膜增厚而引起岩石的膨胀，同时利用岩石是税后易崩解特性来达到降低岩体强度的目的。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.红层岩土体低扰动开挖施工方法，其特征在于：

包括以下步骤：

边坡开挖前对于全风化和强风化的红层直接采用机械开挖；

开挖到弱风化面以后，在弱风化面上人工开挖渗水沟，通过在渗水沟内注满水加速浅层弱风化红层软化；

同时在弱风化面上开挖定向注水孔，在孔内注水来达到软化深层弱风化红层。

2.根据权利要求1所述的红层岩土体低扰动开挖施工方法，其特征在于：

红层岩层不断软化，当饱和单轴抗压强度低于20Mpa后采用机械开挖。

3.根据权利要求2所述的红层岩土体低扰动开挖施工方法，其特征在于：

渗水沟纵向开挖，沟宽度2～3m，深度0.5～1m，横向和纵向间隔距离不大于2倍的沟宽。

4.根据权利要求3所述的红层岩土体低扰动开挖施工方法，其特征在于：

定向注水孔采用正方形布设，注水孔位于两沟之间，孔径0.1～0.5m，深度为6～10m。

5.根据权利要求4所述的红层岩土体低扰动开挖施工方法，其特征在于：

地面处全风化或强风化红层岩土体机械开挖后，采用逐层开挖施工渗水沟和定向注水孔的方式开挖下方土体。

6.根据权利要求5所述的红层岩土体低扰动开挖施工方法，其特征在于：

逐层开挖施工的具体过程为：

机械开挖地面处全风化或强风化红层岩土体，完成后达到第一级机械开挖线，人工开挖渗水沟和定向注浆孔，向渗水沟内排水，同时向定向注水孔中注水，红层岩土体浸水膨胀后再排掉渗水沟中水；

等红层岩土体失水软化后，采用机械开挖，开挖到第二级机械开挖线，继续人工开挖渗水沟向渗水沟内排水，向定向注水孔中注水，红层岩土体浸水膨胀后，排掉渗水沟中水，等红层岩土体失水软化后，采用机械开挖，开挖到第三级机械开挖线；

如此循环最终达到设计开挖标高。

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