CN113431575A - 柱塞式岩石液压劈裂机辅助石方路堑开挖的施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种柱塞式岩石液压劈裂机辅助石方路堑开挖的施工方法。其包括测量开挖边界线并标记出钻孔位置；采用潜孔钻机在上述标记好的钻孔位置进行钻孔施工；组装柱塞式岩石劈裂机；利用柱塞式岩石劈裂棒在钻孔处进行岩体劈裂作业；利用挖掘机开挖岩体及装车运输岩块等步骤。本发明简单易学，设备简单、维修方便。无炸药供应管制和爆破施工时间限制，可控制性强、劈裂尺寸精确，可实现24小时施工，且劈裂机施工时间短，启动后几秒钟就可以劈裂一个孔位，施工效率较高。液压静态施工，无爆破飞石，可以预先确定劈裂方向，劈裂精度高，劈裂后的岩块大小可控。无需施工封闭或采取复杂的安全防护措施，减少了人员盯控防护的资源投入，对临近房屋无破坏。
Description
技术领域
本发明属于铁路工程施工技术领域，特别是涉及一种柱塞式岩石液压劈裂机辅助石方路堑开挖的施工方法。
背景技术
近年来，随着我国高速铁路交通事业的飞速发展，中国高铁已进入快速发展阶段。一般路基的石方路堑施工常采用炸药爆破施工方法，但在某些临近建筑物的区段，这种方法是无法采用的。而且目前针对不具备爆破条件地区岩质路堑施工工艺的研究并不是很多，各种路基施工规范中也未详细提及。其次，若使用破碎锤施工，如果现场岩质非常坚硬，每日破碎开挖量将会较少，因此无法满足施工进度要求。如增加破碎锤数量，由于施工地段临近村民房屋，现场工作面又较小，并不具备多台破碎锤同时施工场地。因此爆破方案与破碎锤施工方案被排除，施工过程中可参考资料较少。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种柱塞式岩石液压劈裂机辅助石方路堑开挖的施工方法。
为了达到上述目的，本发明提供的柱塞式岩石液压劈裂机辅助石方路堑开挖的施工方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)测量开挖边界线并标记出钻孔位置；
利用在施工现场设置的测量控制网，采用全站仪测量，根据设计坡比精确放样出路基边坡线，然后确定出开挖边界线并用石灰做出标记；之后根据开挖边界线的位置标记出靠近开挖边界线内侧5cm的一排钻孔位置；
2)采用潜孔钻机在上述标记好的钻孔位置进行钻孔施工；
施工现场布置1台潜孔钻机、1台空压机和1台发电机；将发电机与潜孔钻机和空压机电连接，并将空压机通过高压风管与潜孔钻机连接；首先由施工人员启动发电机而带动空压机工作，空压机经过高压风管给潜孔钻机提供动力，然后将潜孔钻机上的钻头放在上述标记好的钻孔位置处，利用潜孔钻机上的钻杆带动风动冲击器和钻头一起旋转，通过风动冲击器的活塞冲击钻头来破碎岩石而进行钻孔；如发生卡钻或偏斜，应立即提起潜孔钻机，并重复这一动作，直至钻头开始正常垂直钻进为止；达到钻孔深度后停止钻进；反复提升潜孔钻机，吹净孔底岩粉后切断电源，关闭空压机停止供风；然后移至下一钻孔位置处进行钻孔；
3)组装柱塞式岩石劈裂机；
柱塞式岩石液压劈裂机由液压动力泵、劈裂棒和液压油管组成；其中劈裂棒包括棒体、柱塞、导向套、密封圈、油口、油管和提手；棒体为空心筒状，圆周面上分布有多个导向孔，每个导向孔内利用导向套和密封圈安装一个柱塞；棒体的顶面上形成有两个油口；两根油管的内端分别连接在两个油口上；提手安装在棒体的顶面上；液压动力泵阀体上的两条主油管路油口分别与两条液压油管的一端相连接，其中一条液压油管作为高压输出油管，另一条作为低压返回油管，两条液压油管的另一端分别连接在劈裂棒的两条油管外端上；
4)利用柱塞式岩石劈裂棒在上述钻孔处进行岩体劈裂作业；
施工时先由两名施工人员分别拉住劈裂棒上提手的一端，合力将劈裂棒的棒体竖直插入一个钻孔内；一次劈裂作业安装4～6个劈裂棒；山体按顺序从上至下，逐层劈裂；劈裂棒安装完成后启动液压动力泵，液压动力泵产生的超高压力的液压油将经液压油管及油管进入棒体的空腔内，在该液压油的驱动作用下，柱塞将向外伸出，由此产生巨大的水平推力；当水平推力大于岩体的极限抗拉力与极限抗剪力之和时，与柱塞相接触的岩体沿竖直面被拉裂并从这部分岩体的底部发生剪切破裂，裂缝越撑越长、越宽，最终迫使被劈裂岩体从内部按预定方向裂开而形成岩块；当确认裂缝已贯通并已达到劈裂效果后，卸去液压动力泵的油压，使柱塞回缩，再由两名施工人员通过提手合力将劈裂棒取出，依次重复；
5)利用挖掘机开挖岩体及装车运输岩块；
岩体劈裂作业完成后，利用挖掘机跟进开挖，沿裂缝将裂开的岩块取出，装入弃渣车并运输至弃渣场外弃；较大的岩块无法直接装车时，用破碎锤二次破碎成较小岩块；按设计要求，遇到堑顶具有截水沟的地段，应先施工截水沟，待截水沟接通、排水通畅后方可进行开挖施工；山体按顺序从上至下逐层开挖清运；开挖边坡时从开挖面往下分级清刷边坡，每下挖2～3m，对新开挖边坡使用挖掘机和破碎锤配合进行刷坡；边坡坡度需满足设计要求，为1:0.75～1:1.25，不得陡于设计值；正确测放边桩线，施工过程中经常检查边坡坡度，及时纠正偏差；石质路堑边坡因超挖而影响上部边坡岩体稳定时，应浆砌片石嵌补,不得长期暴露，直到完成整个开挖过程。
在步骤1)中，相邻钻孔间的孔距为1.5～2m。
在步骤2)中，所述的潜孔钻机采用金科590风动力履带式潜孔钻机。
在步骤2)中，所述的空压机采用DPQ550RH空压机。
在步骤2)中，所述的发电机的发电量为200Kw。
在步骤2)中，所述的钻孔深度为1.3m～1.4m，偏差小于等于5cm。
在步骤4)中，所述的劈裂棒的棒体长1m，比钻孔深度小30～40cm。
本发明提供的柱塞式岩石液压劈裂机辅助石方路堑开挖的施工方法操作方法简单易学，设备简单、维修方便。无炸药供应管制和爆破施工时间限制，可控制性强、劈裂尺寸精确，可实现24小时施工，且劈裂机施工时间短，启动后几秒钟就可以劈裂一个孔位，施工效率较高。液压静态施工，无爆破飞石，可以预先确定劈裂方向，劈裂精度高，劈裂后的岩块大小可控。无需施工封闭或采取复杂的安全防护措施，减少了人员盯控防护的资源投入。对临近房屋无破坏，对周围地质没有大的震动、冲击，也基本不会产生粉尘、噪音等污染，不影响周围环境和附近居民生活，避免了可能的损害赔偿和村民阻工事件。
附图说明
图1为本发明提供的柱塞式岩石液压劈裂机辅助石方路堑开挖的施工方法工艺流程图。
图2为采用本发明提供的柱塞式岩石液压劈裂机辅助石方路堑开挖的施工方法时路堑横断面施工过程示意图。
图3为本发明提供的柱塞式岩石液压劈裂机辅助石方路堑开挖的施工方法所采用的劈裂棒结构示意图。
图4为本发明提供的柱塞式岩石液压劈裂机辅助石方路堑开挖的施工方法所采用的液压劈裂机结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的柱塞式岩石液压劈裂机辅助石方路堑开挖的施工方法进行详细说明。
现以某铁路路基岩质路堑工程为例进行说明：该工程路基施工中，原地面左高右低，左侧有村民房屋紧临施工红线，无法采用爆破方式施工，左右铁路线分幅设置，左侧为路堑，设计为三级边坡，边坡坡度1:1。
如图1至图4所示，本发明提供的柱塞式岩石液压劈裂机辅助石方路堑开挖的施工方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)测量开挖边界线并标记出钻孔位置；
利用在施工现场设置的测量控制网，采用全站仪测量，根据设计坡比精确放样出路基边坡线，然后确定出开挖边界线并用石灰做出标记，允许误差±5cm；之后根据开挖边界线的位置标记出靠近开挖边界线内侧5cm的一排钻孔位置，钻孔直径、钻孔纵横向孔距随劈裂棒型号而定。
2)采用潜孔钻机在上述标记好的钻孔位置进行钻孔施工；
施工现场布置1台潜孔钻机11、1台空压机和1台发电机；将发电机与潜孔钻机11和空压机电连接，并将空压机通过高压风管与潜孔钻机11连接；本发明中的潜孔钻机11采用金科590风动力履带式潜孔钻机；空压机采用DPQ550RH空压机；发电机的发电量为200Kw；首先由施工人员启动发电机而带动空压机工作，空压机经过高压风管给潜孔钻机11提供动力，然后将潜孔钻机11上的钻头放在上述标记好的钻孔位置处，利用潜孔钻机11上的钻杆带动风动冲击器和钻头一起旋转，通过风动冲击器的活塞冲击钻头来破碎岩石而进行钻孔；钻孔要尽量保持垂直，如发生卡钻或偏斜，应立即提起潜孔钻机11，并重复这一动作，直至钻头开始正常垂直钻进为止。本发明中的钻孔深度为1.3m～1.4m，偏差不宜大于5cm；达到钻孔深度后停止钻进；反复提升潜孔钻机11，吹净孔底岩粉后切断电源，关闭空压机停止供风；然后移至下一钻孔位置处进行钻孔；
3)组装柱塞式岩石劈裂机；
柱塞式岩石液压劈裂机由液压动力泵9、劈裂棒和液压油管10组成；其中劈裂棒包括棒体1、柱塞2、导向套3、密封圈4、油口5、油管6和提手7；棒体1为空心筒状，圆周面上分布有多个导向孔，每个导向孔内利用导向套3和密封圈4安装一个柱塞2；棒体1的顶面上形成有两个油口5；两根油管6的内端分别连接在两个油口5上；提手7安装在棒体1的顶面上；液压动力泵9阀体上的两条主油管路油口分别与两条液压油管10的一端相连接，其中一条液压油管10作为高压输出油管，另一条作为低压返回油管，两条液压油管10的另一端分别连接在劈裂棒的两条油管6外端上。劈裂棒规格型号如下表所示。
劈裂棒规格型号对照表
| 项目 | 单位 | 110型 | 130型 | 150型 | 180型 | 220型 |
| 额定工作压力 | MPa | 120～150 | 120～150 | 120～150 | 120～150 | 120～150 |
| 钻孔直径 | mm | 110 | 130 | 150 | 180 | 220 |
| 棒体长度 | m | 0.9 | 0.9 | 1 | 1 | 1.12 |
| 劈裂力 | t | 2500 | 3600 | 4800 | 6700 | 8000 |
| 柱塞数量 | 个 | 8 | 9 | 8 | 8 | 7 |
| 柴油动力功率 | 匹 | 8 | 8 | 15 | 15 | 15 |
| 电动功率 | Kw | 4 | 4 | 7.5 | 7.5 | 7.5 |
| 临空面 | m | 1～1.5 | 1～1.5 | 1～1.5 | 1.5～2 | 2～2.3 |
| 孔距 | m | 1～1.5 | 1.5～2 | 2～2.5 | 2.5～3 | 3～3.5 |
4)利用柱塞式岩石劈裂棒在上述钻孔处进行岩体劈裂作业；
施工时先由两名施工人员分别拉住劈裂棒上提手7的一端，合力将劈裂棒的棒体1竖直插入一个钻孔内；本发明中采用的劈裂棒的棒体1长1m，以比钻孔深度小30～40cm为宜。一次劈裂作业安装4～6个劈裂棒。山体按顺序从上至下，逐层劈裂；劈裂棒安装完成后启动液压动力泵9，液压动力泵9产生的超高压力的液压油将经液压油管10及油管6进入棒体1的空腔内，在该液压油的驱动作用下，柱塞2将向外伸出，由此产生巨大的水平推力；当水平推力大于岩体的极限抗拉力与极限抗剪力之和时，与柱塞2相接触的岩体沿竖直面被拉裂并从这部分岩体的底部发生剪切破裂，裂缝越撑越长、越宽，最终迫使被劈裂岩体从内部按预定方向裂开而形成岩块；劈裂棒劈裂岩体用时较短，启动液压动力泵9开始工作后，几秒钟内即可完成劈裂作业，裂缝宽度2～5cm，裂缝深度在1m以上，裂缝长度以棒体1为中心、向两侧各延伸1～2m。一般情况下，相邻钻孔间的孔距为1.5～2m时，各个劈裂棒劈裂出来的裂缝能够相互连接；多个劈裂棒同时插入相应的钻孔内时，宜保持在同一直线，偏差不宜大于5cm，柱塞2的轴线应垂直于上述直线，朝向被劈裂岩体，以便于各个劈裂棒劈裂出来的裂缝能够相互连接、形成合力，更加促进被劈裂岩块从岩体中脱离。当确认裂缝已贯通并已达到劈裂效果后，卸去液压动力泵9的油压，使柱塞2回缩，再由两名施工人员通过提手7合力将劈裂棒取出，依次重复；
5)利用挖掘机开挖岩体及装车运输岩块；
岩体劈裂作业完成后，利用挖掘机跟进开挖，沿裂缝将裂开的岩块取出，装入弃渣车并运输至弃渣场外弃；较大的岩块无法直接装车时，用破碎锤二次破碎成较小岩块；按设计要求，遇到堑顶具有截水沟的地段，应先施工截水沟，待截水沟接通、排水通畅后方可进行开挖施工；山体按顺序从上至下逐层开挖清运；开挖边坡时从开挖面往下分级清刷边坡，每下挖2～3m，对新开挖边坡使用挖掘机和破碎锤配合进行刷坡；边坡坡度需满足设计要求，一般为1:0.75～1:1.25，不得陡于设计值。岩体开挖后的边坡，应顺直、平滑，大面平整，符合验收标准要求。边坡上无松石、危石，石块凸出尺寸不大于20cm，凹进尺寸不大于10cm。正确测放边桩线，施工过程中经常检查边坡坡度，及时纠正偏差。石质路堑边坡因超挖而影响上部边坡岩体稳定时，应浆砌片石嵌补,不得长期暴露，直到完成整个开挖过程。
Claims (7)
1.一种柱塞式岩石液压劈裂机辅助石方路堑开挖的施工方法，其特征在于：所述的柱塞式岩石液压劈裂机辅助石方路堑开挖的施工方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)测量开挖边界线并标记出钻孔位置；
利用在施工现场设置的测量控制网，采用全站仪测量，根据设计坡比精确放样出路基边坡线，然后确定出开挖边界线并用石灰做出标记；之后根据开挖边界线的位置标记出靠近开挖边界线内侧5cm的一排钻孔位置；
2)采用潜孔钻机在上述标记好的钻孔位置进行钻孔施工；
施工现场布置1台潜孔钻机(11)、1台空压机和1台发电机；将发电机与潜孔钻机(11)和空压机电连接，并将空压机通过高压风管与潜孔钻机(11)连接；首先由施工人员启动发电机而带动空压机工作，空压机经过高压风管给潜孔钻机(11)提供动力，然后将潜孔钻机(11)上的钻头放在上述标记好的钻孔位置处，利用潜孔钻机(11)上的钻杆带动风动冲击器和钻头一起旋转，通过风动冲击器的活塞冲击钻头来破碎岩石而进行钻孔；如发生卡钻或偏斜，应立即提起潜孔钻机(11)，并重复这一动作，直至钻头开始正常垂直钻进为止；达到钻孔深度后停止钻进；反复提升潜孔钻机(11)，吹净孔底岩粉后切断电源，关闭空压机停止供风；然后移至下一钻孔位置处进行钻孔；
3)组装柱塞式岩石劈裂机；
柱塞式岩石液压劈裂机由液压动力泵(9)、劈裂棒和液压油管(10)组成；其中劈裂棒包括棒体(1)、柱塞(2)、导向套(3)、密封圈(4)、油口(5)、油管(6)和提手(7)；棒体(1)为空心筒状，圆周面上分布有多个导向孔，每个导向孔内利用导向套(3)和密封圈(4)安装一个柱塞(2)；棒体(1)的顶面上形成有两个油口(5)；两根油管(6)的内端分别连接在两个油口(5)上；提手(7)安装在棒体(1)的顶面上；液压动力泵(9)阀体上的两条主油管路油口分别与两条液压油管(10)的一端相连接，其中一条液压油管(10)作为高压输出油管，另一条作为低压返回油管，两条液压油管(10)的另一端分别连接在劈裂棒的两条油管(6)外端上；
4)利用柱塞式岩石劈裂棒在上述钻孔处进行岩体劈裂作业；
施工时先由两名施工人员分别拉住劈裂棒上提手(7)的一端，合力将劈裂棒的棒体(1)竖直插入一个钻孔内；一次劈裂作业安装4～6个劈裂棒；山体按顺序从上至下，逐层劈裂；劈裂棒安装完成后启动液压动力泵(9)，液压动力泵(9)产生的超高压力的液压油将经液压油管(10)及油管(6)进入棒体(1)的空腔内，在该液压油的驱动作用下，柱塞(2)将向外伸出，由此产生巨大的水平推力；当水平推力大于岩体的极限抗拉力与极限抗剪力之和时，与柱塞(2)相接触的岩体沿竖直面被拉裂并从这部分岩体的底部发生剪切破裂，裂缝越撑越长、越宽，最终迫使被劈裂岩体从内部按预定方向裂开而形成岩块；当确认裂缝已贯通并已达到劈裂效果后，卸去液压动力泵(9)的油压，使柱塞(2)回缩，再由两名施工人员通过提手(7)合力将劈裂棒取出，依次重复；
5)利用挖掘机开挖岩体及装车运输岩块；
岩体劈裂作业完成后，利用挖掘机跟进开挖，沿裂缝将裂开的岩块取出，装入弃渣车并运输至弃渣场外弃；较大的岩块无法直接装车时，用破碎锤二次破碎成较小岩块；按设计要求，遇到堑顶具有截水沟的地段，应先施工截水沟，待截水沟接通、排水通畅后方可进行开挖施工；山体按顺序从上至下逐层开挖清运；开挖边坡时从开挖面往下分级清刷边坡，每下挖2～3m，对新开挖边坡使用挖掘机和破碎锤配合进行刷坡；边坡坡度需满足设计要求，为1:0.75～1:1.25，不得陡于设计值；正确测放边桩线，施工过程中经常检查边坡坡度，及时纠正偏差；石质路堑边坡因超挖而影响上部边坡岩体稳定时，应浆砌片石嵌补,不得长期暴露，直到完成整个开挖过程。
2.根据权利要求1所述的柱塞式岩石液压劈裂机辅助石方路堑开挖的施工方法，其特征在于：在步骤1)中，相邻钻孔间的孔距为1.5～2m。
3.根据权利要求1所述的柱塞式岩石液压劈裂机辅助石方路堑开挖的施工方法，其特征在于：在步骤2)中，所述的潜孔钻机(11)采用金科590风动力履带式潜孔钻机。
4.根据权利要求1所述的柱塞式岩石液压劈裂机辅助石方路堑开挖的施工方法，其特征在于：在步骤2)中，所述的空压机采用DPQ550RH空压机。
5.根据权利要求1所述的柱塞式岩石液压劈裂机辅助石方路堑开挖的施工方法，其特征在于：在步骤2)中，所述的发电机的发电量为200Kw。
6.根据权利要求1所述的柱塞式岩石液压劈裂机辅助石方路堑开挖的施工方法，其特征在于：在步骤2)中，所述的钻孔深度为1.3m～1.4m，偏差小于等于5cm。
7.根据权利要求1所述的柱塞式岩石液压劈裂机辅助石方路堑开挖的施工方法，其特征在于：在步骤4)中，所述的劈裂棒的棒体(1)长1m，比钻孔深度小30～40cm。
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