CN112282802A - 一种大跨径地下洞室无爆破切割开挖施工方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种大跨径地下洞室无爆破切割开挖施工方法，涉及大跨径开挖技术领域，包括以下步骤：(1)顶拱层爆破开挖；(2)作业面清理；(3)测量放点；(4)轨道安装；(5)圆盘锯切割；(6)基槽取料；(7)石料分解；(8)石料运输存放。本发明通过采用两种切割方式，分别为圆盘锯切割与绳锯切割，圆盘锯的锯片及绳锯的金刚石串珠绳通过机械作用，产生强大的切割力量作用在岩石上，通过锯片的不断旋转及金刚石串珠绳的回转切割将石料割裂、分解，达到开挖施工的目的，具有降低洞室开挖爆破作业风险、缩短工期、提高洞室开挖质量、降低施工成本的有益效果。
Description
技术领域
本申请涉及大跨径开挖技术领域，具体涉及一种大跨径地下洞室无爆破切割开挖施工方法。
背景技术
目前抽水蓄能电站地下洞室开挖仍采用传统的新奥法或者矿山法施工。图1是现有技术中洞室爆破开挖示意图，如图1所示，主要采用手风钻、多臂钻凿岩台车等设备钻孔爆破开挖；缺点为：传统爆破开挖受雷管炸药管理约束不能进行24h循环作业。爆破震动大，对下部岩层的整体性影响较大，开挖过程中经常出现因爆破震动影响增加补强支护，甚至造成洞室坍塌。开挖的工艺质量难以达到设计要求。安全风险高、施工效率低、作业环境差，施工人员投入较多且施工组织复杂。
发明内容
为解决传统开挖方法中的问题和缺陷，本发明提供一种抽水蓄能电站大跨径地下洞室无爆破切割开挖施工方法，适用于开挖断面宽度大于20米的大跨径地下洞室，降低洞室开挖爆破作业风险、缩短工期、提高洞室开挖质量、降低施工成本。
本申请提供一种大跨径地下洞室无爆破切割开挖施工方法，包括以下步骤：
顶拱层爆破开挖：地下洞室顶拱层需采用爆破开挖，为圆盘锯切割及石料运输创造空间；
作业面清理：在切割施工前，对施工作业面表面一些岩石的碎渣及时进行清理，同时对凹凸不平区域进行整平，同时对一些积水区域废水及时进行引排，确保切割作业面平整满足轨道铺设要求；
测量放点：切割前，测量人员利用全站仪准放样出场地切割线位置，并用红漆标出轨道铺设线位，确保切割边线满足洞室设计开挖轮廓线要求；
轨道安装:根据放样位置及需要切割深度进行圆盘锯轨道定位安装；轨道铺设时采用水平尺调平，每个3米打设一根0.5米深地锚，并用连接筋与轨道固定牢固，轨道安装必须平、顺、直，以保证圆盘锯行走过程中的稳定与切割的质量；
圆盘锯切割：切割顺序须按照小锯片切割→大锯片切割顺序；根据不同的现场情况，采用适当的切割方式，所述切割方式包括纵切和横切；
基槽取料：大跨径洞室采用无爆破切割开挖，在切割完成后，人工配合机械先对第一块岩块进行分解取料，形成施工基槽，为下步取料施工提供工作面；
石料分解：石料底部采用人工锤击分解料原石，或者采用绳锯切割石料分解料原石底部；
石料运输存放：石料分解完成后，采用30t重叉车将料原石装至20t自卸平板车上，采用插销进行固定运至指定场地进行存放。
优选的，圆盘锯切割采用以下步骤：在试验区域布置两台圆盘锯，沿纵向垂直锯缝切割两道纵缝，在中间采用圆盘锯沿横向垂直锯缝进行横向套切，切割后形成荒料，然后对底部进行钻孔劈裂，每隔20cm打设20cm深钻孔，采用劈裂器进行劈裂分解，在岩石顶部每隔1.5m或2.4m打设5个深20cm孔，将岩石分别分解成长×宽×高尺寸为1.5m×1.5m×1.45m，体积为3.26m3，重量为8.2t和长×宽×高尺寸为2.4m×1.5m×1.45m，体积为5.22m3，重量为13.05t。
优选的，所述地下洞室顶拱层的开挖高度为h，h大于6米；
优选的，轨道安装时，圆盘锯轨道的底部可下垫枕木。
优选的，小锯片切割方式为：在轨道安装完成后安装圆盘锯，并立即检查切割边线是否符合设计要求，并进行圆盘锯空机行走，确定轨道安装平整度和牢固；复核无误后安装直径2.4米小锯片，进行先导缝切割，有效切割深度80厘米。
优选的，所述大锯片切割方式为：先导缝由小锯片达到切割有效深度80厘米后，更换直径3.6米大锯片进行切割，大锯片切割有效深度145厘米。
优选的，石料底部采用人工锤击分解料原石中，首先采用YT-18手风钻在底部劈裂孔与顶部每隔20厘米打设孔深15厘米劈裂孔；单钻打孔速度为1米/分钟，一次分解石料长度20-30米，分解效率为9-12㎡/h。
优选的，采用绳锯切割石料分解料原石底部中，一次切割面积50㎡左右，绳锯切割速度为8～10㎡/h。
优选的，料原石底部切割完成后采用人工按需求尺寸锤击分解料原石；采用人工锤击将条石分解为2.4m*1.5m*1.45m的矩形岩块。
优选的，圆盘锯切割中采用异形锯片，所述异形锯片包括连接杆，连接杆的一端设有连接框，所述连接杆与连接框通过法兰盘相连，所述法兰盘位于连接框内，所述连接框上远离连接杆的一侧设有锯片。
本申请的有益效果在于：
(1)本发明通过采用两种切割方式，分别为圆盘锯切割与绳锯切割，圆盘锯的锯片及绳锯的金刚石串珠绳通过机械作用，产生强大的切割力量作用在岩石上，通过锯片的不断旋转及金刚石串珠绳的回转切割将石料割裂、分解，达到开挖施工的目的。
(2)不采用火工品进行爆破施工，降低了洞室开挖爆破作业的风险；
(3)无爆破切割设备可以进行24h循环作业，人工和爆破设备、材料的投入消耗相对更少；
(4)切割开挖施工可同时设置多台切割锯、多个作业面同时开挖，一次开挖方量大,劳动生产率高，可缩短工期；
(5)采用无爆破切割形成的块状石料成材率高，回收价值大，在目前石材市场的售价约为500元/㎡。石料销售收益可抵消开挖运输费用，降低成本；
(6)采用圆盘锯或绳锯进行切割，可以有效保证洞室开挖面平整度，保证开挖质量，减少支护的投入。
(7)多个作业面同时开挖，进行24h循环作业，提高了工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中洞室爆破开挖示意图。
图2是本申请一个实施例中分层开挖结构示意图。
图3是本申请一个实施例中圆盘锯网状垂直锯缝示意图。
图4是本申请一个实施例中圆盘锯切入相邻的矿体示意图。
图5是现有技术中锯片切割示意图。
图6是本申请一个实施例中异形锯片切割示意图。
图7是本申请一个实施例中异形锯片的结构示意图。
图中，1、连接杆，2、连接框，3、法兰盘，4、锯片，5、矿山锯，6、轨道，7、边墙，8、地面，9、纵向垂直锯缝，10、横向垂直锯缝，11、荒料，12、顶拱层。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
下面对本申请中出现的关键术语进行解释。
本申请提供的大跨径地下洞室无爆破切割开挖施工方法，包括以下步骤：
(1)顶拱层12爆破开挖：如图2所示，为满足无爆破切割施工的需求，地下洞室顶拱层需采用爆破开挖，所述地下洞室顶拱层的开挖高度为h，由于圆盘锯高约4.3米，所以建议开挖高度h大于6米，为圆盘锯切割及石料运输创造空间。
(2)作业面清理：在切割施工前，对施工作业面表面一些岩石的碎渣及时进行清理，同时对凹凸不平区域进行整平，同时对一些积水区域废水及时进行引排，确保切割作业面平整满足轨道铺设要求。
(3)测量放点：切割前，测量人员利用全站仪准放样出场地切割线位置，并用红漆标出轨道铺设线位，确保切割边线满足洞室设计开挖轮廓线要求。
(4)轨道安装:根据放样位置及需要切割深度进行圆盘锯轨道定位安装；轨道铺设时采用水平尺调平，每个3米打设一根0.5米深地锚，并用连接筋与轨道固定牢固，轨道安装必须平、顺、直，轨道安装时，圆盘锯轨道的底部可下垫枕木，以保证圆盘锯行走过程中的稳定与切割的质量。
(5)圆盘锯切割：切割顺序须按照小锯片切割→大锯片切割顺序；根据不同的现场情况，采用适当的切割方式，所述切割方式包括纵切和横切。
其中，小锯片切割：在轨道安装完成后安装圆盘锯，并立即检查切割边线是否符合设计要求，并进行圆盘锯空机行走，确定轨道安装平整度和牢固；复核无误后安装直径2.4m小锯片，进行先导缝切割，有效切割深度80厘米。
大锯片切割：先导缝由小锯片达到切割有效深度80厘米后，更换直径3.6m大锯片进行切割，大锯片切割有效深度145厘米。
图5是现有技术中锯片切割示意图。如图5所示，圆盘锯切割层与层间因锯片固定螺帽造成5cm错台，且错台会每层进行积累。不能满足开挖平整度要求。
具体的，如图6和图7所示，锯片切割过程中，采用带有异形锯片的矿山锯5，所述异形锯片包括连接杆(1)，连接杆(1)的一端设有连接框(2)，所述连接杆(1)与连接框(2)通过法兰盘(3)相连，所述法兰盘(3)位于连接框(2)内，所述连接框(2)上远离连接杆(1)的一侧设有锯片(4)。
实际工作过程中，矿山锯5的底部设有轨道6，连接框2紧贴边墙7，边墙7垂直于地面8。本发明通过将螺帽由外凸改为内凹，使切割锯片外侧能够紧贴于边墙岩面，保证层与层之间不会存在错台现象，确保开挖满足设计要求。
如图3和图4所示，圆盘锯切割采用以下步骤：在试验区域布置两台圆盘锯，沿纵向垂直锯缝9切割两道纵缝，在中间采用圆盘锯沿横向垂直锯缝10进行横向套切，切割完成后形成荒料11，然后对底部进行钻孔劈裂，每隔20厘米打设20厘米深钻孔，采用劈裂器进行劈裂分解，在岩石顶部每隔1.5m或2.4m打设5个深20厘米孔，将岩石分别分解成长×宽×高尺寸为1.5m×1.5m×1.45m，体积为3.26m3，重量为8.2t和长×宽×高尺寸为2.4m×1.5m×1.45m，体积为5.22m3，重量为13.05t。
为取得最优施工效果，可按照图3和图4做切割工艺性试验，通过统计各项施工数据统计，验证设备在现场切割施工工作效率，主要验证不同岩石硬度情况下的切割速度、有效切割深度，荒料分解最优尺寸及底部劈裂打孔情况。
无爆破切割施工可以在确保开挖安全和质量的前提下，通过石料回收降低成本，设置多台切割锯、多个作业面同时开挖可兼顾施工进度。
(6)基槽取料：大跨径洞室采用无爆破切割开挖，在切割完成后，人工配合机械先对第一块岩块进行分解取料，形成施工基槽，为下步取料施工提供工作面。
(7)石料分解：石料底部采用人工锤击分解料原石，首先采用YT-18手风钻在底部劈裂孔与顶部每隔20厘米打设孔深15厘米劈裂孔，单钻打孔速度为1m/分钟，一次分解石料长度20-30m，分解效率为9-12㎡/h。
采用绳锯切割石料分解料原石底部，相比人工锤击分解更平整，一次切割面积50㎡左右，绳锯切割速度为8-10㎡/h，底部切割完成后采用人工按需求尺寸锤击分解料原石。采用人工锤击将条石分解为2.4m*1.5m*1.45m的矩形岩块。
(9)石料运输存放：石料分解完成后，采用30t重叉车将料原石装至20t自卸平板车上，采用插销进行固定运至指定场地进行存放。
本发明通过采用两种切割方式，分别为圆盘锯切割与绳锯切割，圆盘锯的锯片及绳锯的金刚石串珠绳通过机械作用，产生强大的切割力量作用在岩石上，通过锯片的不断旋转及金刚石串珠绳的回转切割将石料割裂、分解，达到开挖施工的目的。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本申请进行了详细描述，但本申请并不限于此。在不脱离本申请的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本申请的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本申请的涵盖范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种大跨径地下洞室无爆破切割开挖施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)顶拱层爆破开挖：地下洞室顶拱层需采用爆破开挖，为圆盘锯切割及石料运输创造空间；
(2)作业面清理：在切割施工前，对施工作业面表面一些岩石的碎渣及时进行清理，同时对凹凸不平区域进行整平，同时对一些积水区域废水及时进行引排，确保切割作业面平整满足轨道铺设要求；
(3)测量放点：切割前，测量人员利用全站仪准放样出场地切割线位置，并用红漆标出轨道铺设线位，确保切割边线满足洞室设计开挖轮廓线要求；
(4)轨道安装:根据放样位置及需要切割深度进行圆盘锯轨道定位安装；轨道铺设时采用水平尺调平，每个3米打设一根0.5米深地锚，并用连接筋与轨道固定牢固，轨道安装必须平、顺、直，以保证圆盘锯行走过程中的稳定与切割的质量；
(5)圆盘锯切割：切割顺序须按照小锯片切割→大锯片切割顺序；根据不同的现场情况，采用适当的切割方式，所述切割方式包括纵切和横切；
(6)基槽取料：大跨径洞室采用无爆破切割开挖，在切割完成后，人工配合机械先对第一块岩块进行分解取料，形成施工基槽，为下步取料施工提供工作面；
(7)石料分解：石料底部采用人工锤击分解料原石，或者采用绳锯切割石料分解料原石底部；
(8)石料运输存放：石料分解完成后，采用30t重叉车将料原石装至20t自卸平板车上，采用插销进行固定运至指定场地进行存放。
2.根据权利要求1所述的大跨径地下洞室无爆破切割开挖施工方法，其特征在于：圆盘锯切割采用以下步骤：在试验区域布置两台圆盘锯，沿纵向各切割两道纵缝，在中间采用圆盘锯进行横向套切，切割完成后对底部进行钻孔劈裂，每隔20厘米打设20厘米深钻孔，采用劈裂器进行劈裂分解，在岩石顶部每隔1.5m或2.4m打设5个深20厘米孔，将岩石分别分解成长×宽×高尺寸为1.5m×1.5m×1.45m，体积为3.26m3，重量为8.2t和长×宽×高尺寸为2.4m×1.5m×1.45m，体积为5.22m3，重量为13.05t。
3.根据权利要求1所述的大跨径地下洞室无爆破切割开挖施工方法，其特征在于：所述地下洞室顶拱层的开挖高度为h，h大于6米。
4.根据权利要求1所述的大跨径地下洞室无爆破切割开挖施工方法，其特征在于：轨道安装时，圆盘锯轨道的底部可下垫枕木。
5.根据权利要求1所述的大跨径地下洞室无爆破切割开挖施工方法，其特征在于：小锯片切割方式为：在轨道安装完成后安装圆盘锯，并立即检查切割边线是否符合设计要求，并进行圆盘锯空机行走，确定轨道安装平整度和牢固；复核无误后安装直径2.4米小锯片，进行先导缝切割，有效切割深度80厘米。
6.根据权利要求1所述的大跨径地下洞室无爆破切割开挖施工方法，其特征在于：所述大锯片切割方式为：先导缝由小锯片达到切割有效深度80厘米后，更换直径3.6米大锯片进行切割，大锯片切割有效深度145厘米。
7.根据权利要求1所述的大跨径地下洞室无爆破切割开挖施工方法，其特征在于：石料底部采用人工锤击分解料原石中，首先采用YT-18手风钻在底部劈裂孔与顶部每隔20厘米打设孔深15厘米劈裂孔；单钻打孔速度为1米/分钟，一次分解石料长度20-30米，分解效率为9-12㎡/h。
8.根据权利要求1所述的大跨径地下洞室无爆破切割开挖施工方法，其特征在于：采用绳锯切割石料分解料原石底部中，一次切割面积50㎡左右，绳锯切割速度为8～10㎡/h。
9.根据权利要求8所述的大跨径地下洞室无爆破切割开挖施工方法，其特征在于：料原石底部切割完成后采用人工按需求尺寸锤击分解料原石；采用人工锤击将条石分解为2.4m*1.5m*1.45m的矩形岩块。
10.根据权利要求1所述的大跨径地下洞室无爆破切割开挖施工方法，其特征在于：圆盘锯切割中采用异形锯片，所述异形锯片包括连接杆(1)，连接杆(1)的一端设有连接框(2)，所述连接杆(1)与连接框(2)通过法兰盘(3)相连，所述法兰盘(3)位于连接框(2)内，所述连接框(2)上远离连接杆(1)的一侧设有锯片(4)。
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