CN116837853A - 基于破碎开裂与浸水软化的泥砂岩开挖施工方法及设备 - Google Patents

基于破碎开裂与浸水软化的泥砂岩开挖施工方法及设备 Download PDF

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杨益文
莫昊
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黄易平
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Abstract

本发明公开了基于破碎开裂与浸水软化的泥砂岩开挖施工方法及设备，包括破碎铁钉机械装置，破碎铁钉机械装置包括破碎铁钉；破碎铁钉包括主筒，主筒的侧壁上开设副撑伸缩槽；副撑设置在副撑伸缩槽内且副撑可沿副撑伸缩槽向主筒外以及主筒内移动；动力伸缩系统的动力端与副撑固定连接；副撑一侧伸出副撑伸缩槽成为主筒上的凸起。通过破碎铁钉机械装置在每个方形区域均匀打孔，形成排布在基坑设计线边缘上的边缘定向孔以及位于边缘定向孔形成的边缘线内的中心定向孔，将破碎铁钉机械装置打入相邻两中心定向孔和相邻两边缘定向孔破碎开裂泥砂岩，然后开挖围堰将每个方形区域包围起来后，进行注水并浸水，达到浸水时长后开挖基坑，保证基坑的精准开挖。

Description

基于破碎开裂与浸水软化的泥砂岩开挖施工方法及设备
技术领域
本发明属于基坑、边坡工程开挖施工领域，涉及基于破碎开裂与浸水软化的泥砂岩开挖施工方法及设备。
背景技术
随着城市建设的发展，新城区建设、旧城区改造等问题使得有限的土地资源与快速增加的用地需求之间的矛盾日益突出，城市建设逐步向地下空间进行扩展。随之发展起来的基坑工程的规模越来越大、开挖深度越来越深、周边环境愈加复杂，基坑成为岩土工程中事故的频发领域。目前，基坑坍塌事故时有发生，较容易造成周边建筑物大范围开裂，经济损失非常严重，因此基坑超挖问题也逐渐被重视。
在实际施工过程中，若遇到大型基岩、成块岩土体，以往的开挖方式为使用单钩机将该大型岩块钩拉出来，然而该施工方式会导致原大型岩块位置会出现孔洞，然后被迫浇筑混凝土进行补填，代价高昂；其次，也有通过先爆破后采取机械开挖的方式对基坑进行开挖，虽然目前具有定向爆破的技术，但是由于岩土体的各向异性，爆破开挖存在不可控的因素，容易出现设计的边坡岩土体扰动、形成裂隙、甚至破坏在边坡成型后导致稳定性降低，甚至引起工程滑坡或者崩塌，不可避免对基坑工程进行破坏，不能作为一种较好的基坑开挖施工方式。在实现本申请的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：
1、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操作；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；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；
2、由于泥砂岩基坑的特殊性，基坑超挖的问题不可避免，采用传统的施工方式(包括)，会增加施工成本，同时会影响施工安全，且当泥砂岩基坑开挖断面小时，不宜采用中心岛式挖土、盆式挖土，泥砂岩基坑在开挖后，其结构稳定性不高，不适合采用放坡挖土的方式，威胁到基坑中的作业人员、作业机械；
3、泥砂岩与普通土质不同，由于泥砂岩是一种沉积岩，主要由各种砂粒胶结而成，砂粒直径在0.05-2mm，主要成分是石英颗粒，工程机械在对其进行开挖时，其挖斗的齿座极易被磨损，磨损过大的齿座和斗齿之间存在较大的间隙，影响工程机械的施工效率，进而拖慢施工进度。
发明内容
为了解决上述问题，本发明实施例提供一种基于破碎开裂与浸水软化的泥砂岩开挖施工方法及设备，以解决传统的基坑开挖方法存在超挖、工序复杂、成本高、存在安全隐患、施工效率低、施工设备磨损严重等问题。
本发明实施例所采用的技术方案是，基于破碎开裂与浸水软化的泥砂岩开挖施工设备，包括破碎铁钉机械装置，破碎铁钉机械装置包括破碎铁钉；
破碎铁钉包括：
主筒，主筒的侧壁上开设有副撑伸缩槽；
副撑，副撑设置在副撑伸缩槽内，且副撑可沿副撑伸缩槽向主筒外以及主筒内移动；
动力伸缩系统，动力伸缩系统的动力端与副撑固定连接；
其中：
副撑一侧伸出副撑伸缩槽成为主筒上的凸起。
进一步的，破碎铁钉机械装置包括两个并排设置的破碎铁钉。
进一步的，副撑设置有四个，四个副撑均匀分布在主筒的侧壁上；
副撑的高度与主筒的高度一致；
副撑伸缩槽的尺寸与副撑的尺寸一致。
进一步的，破碎铁钉底部设置有打孔结构。
本发明实施例所采用的另一技术方案是，基于破碎开裂与浸水软化的泥砂岩开挖施工方法，采用如上所述的基于破碎开裂与浸水软化的泥砂岩开挖施工设备，包括以下步骤：
划定基坑范围，将基坑分成若干个尺寸适宜的方形区域；
通过破碎铁钉机械装置在每个方形区域均匀打孔，形成排布在基坑设计线边缘上的边缘定向孔以及位于边缘定向孔形成的边缘线内的中心定向孔，将破碎铁钉机械装置打入相邻的两个中心定向孔和相邻的两个边缘定向孔，破碎开裂相邻的两个中心定向孔和相邻的两个边缘定向孔之间的泥砂岩；
沿每个方形区域的边缘开挖出围堰，通过围堰将每个方形区域包围起来后，进行注水并浸水一段时间使注水的方形区域的泥砂岩软化；
在某些方形区域达到浸水时长时进行基坑开挖，进行基坑开挖的同时对基坑边坡进行防护，直至基坑开挖施工完成。
进一步的，当打入相邻两中心定向孔时，破碎铁钉上的四个副撑全部做功；
当打入相邻两边缘定向孔且破碎铁钉位于基坑设计线边缘时，破碎铁钉上远离基坑设计线的三个方向的副撑做功；
当打入相邻两边缘定向孔且破碎铁钉机械装置位于基坑设计线转角时，破碎铁钉上远离基坑设计线转角的两个方向的副撑做功。
进一步的，对划分的若干个尺寸适宜的方形区域按照从上到下、从左到右的顺序，对每个方形区域依次实施打中心定向孔和边缘定向孔、开挖围堰和注水并浸水一段时间的操作；
中心定向孔呈阵列排布。
进一步的，泥砂岩浸水后的崩解速率v随相邻两中心定向孔的间隔距离L1的变化满足下式：
通过公式(1)确定相邻两中心定向孔的间隔距离。
进一步的，破碎开裂力F随相邻两边缘定向孔的间隔距离L2的变化满足下式：
通过公式(2)确定相邻两边缘定向孔的间隔距离。
进一步的，泥砂岩的单轴抗压强度K随其浸水时间T的变化满足下式：
K＝27.18T-0.26 R2＝0.98； (3)
通过公式(3)确定泥砂岩的浸水时间。
本发明的有益效果是：
(1)通过划分区域、中心和边缘打孔、破碎开裂破碎、浸水软化的方式处理泥砂岩后再进行基坑开挖，能够有效的解决传统的开挖施工方法带来的施工成本、施工安全问题，同时避免基坑边坡岩土体扰动出现安全隐患，工序简单且管理方便，解决了传统的基坑开挖方法施工工序复杂、成本高、存在安全隐患的问题；
(2)通过划分区域、中心和边缘打孔、破碎开裂破碎、浸水软化、逐级施工和边缘重点开挖的方式，能有效避免超挖的现象出现，保证基坑的精准开挖，解决了传统的基坑开挖方法存在超挖的问题；
(3)对于特殊的泥砂岩基坑，通过破裂铁钉对划分区域规划定向孔，然后对该岩土体进行分区域浸泡，能大幅度降低岩土体的强度，提高在开挖过程中对施工机械的保护，减少工程机械的损耗率，间接提高施工效率，解决了传统的基坑开挖方法施工效率低、施工设备磨损严重的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为施工平面示意图。
图2为破碎铁钉机械装置侧视图。
图3为破碎铁钉机械装置正视图。
图4为破碎铁钉横截面示意图。
图5为破碎铁钉侧视图。
图6为破碎铁钉装置工作示意图。
图7为泥砂岩崩解速率随间隔距离的变化曲线图。
图8为破碎开裂力随间隔距离的变化曲线图。
图9为泥砂岩单轴抗压强度随时间的变化曲线图。
图中，1.围堰，2.中心定向孔，3.边缘定向孔，4.主筒，5.副撑，6.液压伸缩油缸，7.破碎铁钉，8.液压泵，9.液压管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供基于破碎开裂与浸水软化的泥砂岩开挖施工方法，包括以下步骤：
划定基坑范围，将基坑分成若干个尺寸适宜的方形区域，每个区域不能过大，以保证能够准确控制，也不能过小，以保证浸水开挖的效率；
通过破碎铁钉机械装置在每个方形区域均匀打孔，形成排布在基坑设计线边缘上的边缘定向孔3以及位于边缘定向孔3形成的边缘线内并呈阵列排布的中心定向孔2，将破碎铁钉机械装置打入相邻的两个中心定向孔2和相邻的两个边缘定向孔3，破碎开裂相邻的两个中心定向孔2和相邻的两个边缘定向孔3之间的泥砂岩；任意相邻两中心定向孔2之间的距离为L1，任意相邻两边缘定向孔3之间的距离为L2；
沿每个方形区域的边缘开挖出围堰1，如图1所示，通过围堰1将每个方形区域包围起来后，进行注水并浸水一段时间使注水的方形区域的泥砂岩软化；
在某些方形区域达到浸水时长后进行基坑开挖，以减少机械工时，节省机械施工成本，进行基坑开挖的同时对基坑边坡进行防护，直至基坑开挖施工完成。
在一些实施例中，对划分的若干个尺寸适宜的方形区域按照从上到下、从左到右的顺序，对每个方形区域依次实施打中心定向孔2和边缘定向孔3、开挖围堰1和注水并浸水一段时间的操作。
在一些实施例中，如对工期要求不严格，可对所有划分的方形区域先打孔，对所有方形区域打孔完成后再开挖围堰1，然后对所有方形区域注水并浸水一段时间，最后再在某些方形区域达到浸水时长后进行基坑开挖。
在一些实施例中，在划定基坑范围、将基坑分成若干个方形区域时，特别需要注意基坑的边缘范围，以确保沿图纸的基坑设计线进行划定和开挖，保证施工的准确性，杜绝超挖现象的出现。
中心定向孔2和边缘定向孔3的区别是位置不用，中心定向孔2位于每个方形区域的中间，而边缘定向孔3是沿基坑设计线布置；同时对中心定向孔2和边缘定向孔3的设置密度即间隔也有不同的考虑，中心定向孔2主要侧重于让岩体快速崩解，边缘定向孔3主要侧重于沿基坑设计线破碎开裂，确保沿图纸的基坑设计线进行开挖，保证基坑的精准开挖，杜绝超挖现象的出现。
值得注意的是，边缘定向孔3并不是完全贴合于基坑边缘，需要预留一定的距离，便于后期进行刷坡施工。
在一些实施例中，破碎铁钉机械装置包括破碎铁钉7，如图2～3所示，破碎铁钉7包括主筒4、副撑5和动力伸缩系统，主筒4上开设有设置在其侧壁上的副撑伸缩槽，副撑5设置在副撑伸缩槽内，在外力带动下，副撑5可沿副撑伸缩槽向主筒4外或主筒4内移动，且副撑5一侧伸出主筒4即副撑伸缩槽成为主筒4上的凸起，以集中破碎开裂力；动力伸缩系统的动力端与副撑5固定连接，动力伸缩系统工作能够带动副撑5沿副撑伸缩槽移动，来改变副撑5伸出主筒4即副撑伸缩槽的长度，如图4所示。
在一些实施例中，动力伸缩系统安装在主筒4上。
在一些实施例中，副撑伸缩槽的尺寸与副撑5的尺寸一致。
在一些实施例中，破碎铁钉机械装置包括两个并排设置的破碎铁钉7，如图3所示，便于同时对相邻的两个中心定向孔2或相邻的两个边缘定向孔3进行打孔，从而在相邻的两个中心定向孔2或相邻的两个边缘定向孔3之间形成裂缝，以破碎开裂相邻的两个中心定向孔2或相邻的两个边缘定向孔3之间的泥砂岩，并能够保证沿图纸的基坑设计线进行划定和开挖，解决了超挖问题。
在一些实施例中，破碎铁钉机械装置的两个并排设置的破碎铁钉7的间距可调。
在一些实施例中，破碎铁钉7具体是主筒4底部设置有打孔结构，以便先打孔，然后再将主筒4打入孔内。
在一些实施例中，主筒4是中间为半镂空的钢结构，除了提供副撑5的伸缩活动空间外，其他都为实心结构。
在一些实施例中，动力伸缩系统采用液压动力系统，液压伸缩系统由液压泵8、液压伸缩油缸6和液压管9组成，如图4所示，液压泵8设置在主筒4上，液压伸缩油缸6水平设置在主筒4内，副撑5与液压伸缩油缸6的伸缩端固定连接，液压泵8通过液压管9驱动液压伸缩油缸6伸缩，从而带动副撑5移动。
在一些实施例中，破碎铁钉7的高为50cm、顶部直径为20cm、底部直径为10cm，可根据施工需求(基坑深度、施工机械的功率等等)改变其尺寸大小。
在一些实施例中，副撑5设置有四个，四个副撑5均匀分布在主筒4的侧壁上，如图4所示。
在一些实施例中，副撑5的高度与主筒4的高度一致，如图5所示。
在打入相邻的两个中心定向孔2或相邻的两个边缘定向孔3时，有多种情况出现：
①当打入相邻两中心定向孔2时，破碎铁钉7上的四个副撑5全部做功；
②当打入相邻两边缘定向孔3时，且破碎铁钉7位于基坑设计线边缘时，破碎铁钉7上远离基坑设计线的三个方向的副撑5做功，避免破碎铁钉7上靠近基坑设计线的副撑5工作使得边缘定向孔3超出基坑设计线；
③当打入相邻两边缘定向孔3时，且破碎铁钉机械装置位于基坑设计线转角时，破碎铁钉7上远离基坑设计线转角的两个方向的副撑5做功，避免破碎铁钉7上靠近基坑设计线转角的两个副撑5工作使得边缘定向孔3超出基坑设计线。
利用破碎铁钉机械装置打中心定向孔2的目的是通过破碎开裂力使泥砂岩中的大直径土块、岩块破碎，更好的进行开挖，提高施工效率，同时不会出现因为大块岩体被迫进行超挖的现象出现。
破碎铁钉7的挤压会使大直径的泥砂岩破碎，随着相邻两中心定向孔2之间的距离L1增长，由于作用力有限，对于泥砂岩的破坏效果下降，泥砂岩在浸水后水分作用下的崩解速率减缓，因此通过以下方法确定泥砂岩崩解速率与相邻两中心定向孔2的间隔距离L1的关系，具体如下：
a1.划定8块固定区域作为试验区域，分别编号为A、B、C、D、E、F、G、H，对8块试验区域分别按照L1取0.5、1、1.5、2、2.5、3、4、5m打中心定向孔2；
b1.对每块试验区域注入相同两的水浸泡相同的时间；
c1.达到浸泡目标时间2h后对每一块区域两相邻中心定向孔2、边缘定向孔3中间位置取样，试样大小为150cm×150cm×150cm，擦干每组试样表面的水分，立即利用修正拉力计对每组试样进行试验，即可测量出泥砂岩浸水后的崩解速率v，分别进行记录并绘制泥砂岩浸水后的崩解速率v与相邻两中心定向孔2的间隔距离L1相关的散点图；
d1.对泥砂岩浸水后的崩解速率v与相邻两中心定向孔2的间隔距离L1相关的散点图进行非线性函数拟合，得到泥砂岩浸水后的崩解速率v随相邻两中心定向孔2的间隔距离L1变化的拟合曲线，如图7所示，R2为拟合相关系数，拟合公式如下：
泥砂岩为特殊类岩土体，其抗拉强度远小于抗压强度，在施工时，可以考虑利用其抗拉强度低的特性对其进行破坏，通过本实施例的破碎铁钉机械装置可以将两中心定向孔2间的岩土体破碎开裂，动力伸缩系统驱动副撑5沿应力方向做功，对泥砂岩进行破坏，如图6所示。
考虑到相邻两边缘定向孔3之间的距离会影响到两个副撑中间产生的破碎开裂力，进而影响对泥砂岩的破坏效果，通过下述方法确定破碎开裂力与相邻两边缘定向孔3的间隔距离L2之间的关系，具体如下：
a2.划定8块固定的区域作为试验区域，分别编号为A、B、C、D、E、F、G、H，在8块试验区域内分别按照相邻两边缘定向孔3的间隔距离L2取0.5、1、1.5、2、2.5、3、4、5m，在相邻两边缘定向孔3中间埋入多个测力传感器，再打边缘定向孔3；
b2.边缘定向孔形成后，对每块区域进行取样并制备试样，可使用钻孔的方式进行取样，在取样和试样制备过程中，不允许人为裂隙出现；试样是直径为50mm、高为25mm～50mm(高度为直径的0.5～1.0倍)的标准圆柱体，试样尺寸的允许变化范围不宜超过设计值的5％；试样制成后放在底部有水的干燥器内1～2天，以保持一定的湿度，但试样不得接触水面，以尽可能的保持试样的原始状态，同时避免底部的试样崩解而影响试验结果；
c2.用游标卡尺测量试样尺寸，保留两位小数，对试样进行破碎开裂试验并记录破坏载荷，进行破坏类型描述，具体过程如下：
将试样放置在破碎开裂夹具内，再用V型夹具及两侧夹持螺钉固定好试样；把破碎开裂夹具放入试验机的上、下承压板之间，使试样中心线和试验机的中心线在一条直线上；开动试验机，松开破碎开裂夹具两侧夹持螺钉；然后以0.3～-0.5kPa/s的加载速度均匀加载，直至破坏；记录破坏载荷，进行破坏类型描述；在试验过程中，试样上、下两根垫条应与试样中心面位于同一平面内，以免产生偏心载荷，同时破坏面必须通过上、下两加荷载线，若只产生局部破坏，须重新采样进行实验；
d2.记录每个测力传感器上的数据，将同一组间隔距离中的多个测力传感器上的数据取平均值，将得到的破碎开裂力与单轴抗拉强度进行对比并绘制成破碎开裂力F与间隔距离L2相关的散点图；
e2.对产生的破碎开裂力F与相邻两边缘定向孔3的间隔距离L2相关的散点图进行非线性函数拟合，得到产生的破碎开裂力F随相邻两边缘定向孔3的间隔距离L2变化的拟合曲线，如图8所示，R2为拟合相关系数，拟合公式如下：
随着浸水时间的增长，泥砂岩的单轴抗压强度先大幅度降低，当降低到其初始强度15％左右时，降低速率减缓；随着浸水时间的增长，泥砂岩的含水量也不断增大，抗压强度降低，从而对一些松土时无法松动的泥砂岩浸泡，可以降低其抗压强度，从而有助于松土开挖。通过下述方法确定泥砂岩的浸水时间T与其单轴抗压强度K关系的，具体如下：
a3.首先在同一区域高强度泥砂岩处，取10个大小一致的泥砂岩圆柱体；
b3.将某个泥砂岩圆柱体不进行浸水，并通过试验求得该组试块的单轴抗压强度K；同时，将其余9个泥砂岩圆柱体分别放入盛满水的水槽中，浸水时间T依次设置为0.5h、1h、4h、7h、10h、14h、18h、24h、30h；
c3.在每个泥砂岩圆柱体达到设定的浸水时间T时取出，擦去表面水分后立即通过试验求得对应的单轴抗压强度K，根据所得9个泥砂岩圆柱体的单轴抗压强度K，绘制单轴抗压强度K与浸水时间T相关的散点图；
d3.对单轴抗压强度K与浸水时间T相关的散点图进行非线性函数拟合，得到泥砂岩的单轴抗压强度K随其浸水时间T变化的拟合曲线，如图9所示，R2为拟合相关系数，拟合公式如下：
K＝27.18T-0.26 R2＝0.98； (3)
本实施例利用公式(1)～(3)，选择相邻两中心定向孔2之间的距离L1、相邻两边缘定向孔3的间隔距离L2和浸水时间T，为施工提供依据。如不考虑其他施工因素，利用公式(1)～(3)，选择相邻两中心定向孔2之间的距离L1、相邻两边缘定向孔3的间隔距离L2和浸水时间T时，公式(1)取峰值，公式(2)是先假设在破碎开裂过程中，产生作用的应力范围是以相邻两破碎铁钉中间的土体，截面形式为梯形，先将破碎开裂力F换算成应力(破碎开裂力F除以截面面积)，测量泥砂岩的单轴抗拉强度P，将泥砂岩的单轴抗拉强度P与每一组间隔距离所对应的破碎开裂力F换算的应力进行对比，通过对比，可以直接得到在某个间隔距离区间内，可以轻松的破坏泥砂岩，该间隔距离是相邻两边缘定向孔3的间隔距离L2，然后考虑机械成本以及施工速度可取该间隔距离区间的最大值，即取出相邻两边缘定向孔3的间隔距离L2的最优值，实现轻松破碎开裂泥砂岩的同时尽可能的节约机械工时；公式(3)根据工期要求，在工期要求范围内，选择最大浸水时间T；如考虑其他施工因素(流水节拍、机械成本、人工成本等)，综合考虑相邻两中心定向孔2之间的距离L1、相邻两边缘定向孔3的间隔距离L2和浸水时间T，具体计算各项参数(机械成本、人工成本、材料成本)来选取相邻两中心定向孔2之间的距离L1、相邻两边缘定向孔3的间隔距离L2和浸水时间T。其中，考虑选取因素时，相邻两中心定向孔2之间的距离L1优先考虑机械成本；相邻两边缘定向孔3的间隔距离L2优先考虑基坑边缘设计开挖效果和机械成本；浸水时间T优先考虑流水节拍，然后进一步通过公式(1)～(3)，选择相邻两中心定向孔2之间的距离L1、相邻两边缘定向孔3的间隔距离L2和浸水时间T。
本实施例还提供基于破碎开裂与浸水软化的泥砂岩开挖施工设备，包括破碎铁钉机械装置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.基于破碎开裂与浸水软化的泥砂岩开挖施工设备，其特征在于，包括破碎铁钉机械装置，破碎铁钉机械装置包括破碎铁钉(7)；
破碎铁钉(7)包括：
主筒(4)，主筒(4)的侧壁上开设有副撑伸缩槽；
副撑(5)，副撑(5)设置在副撑伸缩槽内且副撑(5)可沿副撑伸缩槽向主筒(4)外以及主筒(4)内移动；
动力伸缩系统，动力伸缩系统的动力端与副撑(5)固定连接；
其中：
副撑(5)一侧伸出副撑伸缩槽成为主筒(4)上的凸起。
2.根据权利要求1所述的基于破碎开裂与浸水软化的泥砂岩开挖施工设备，其特征在于，破碎铁钉机械装置包括两个并排设置的破碎铁钉(7)。
3.根据权利要求1所述的基于破碎开裂与浸水软化的泥砂岩开挖施工设备，其特征在于，副撑(5)设置有四个，四个副撑(5)均匀分布在主筒(4)的侧壁上；
副撑(5)的高度与主筒(4)的高度一致；
副撑伸缩槽的尺寸与副撑(5)的尺寸一致。
4.根据权利要求1所述的基于破碎开裂与浸水软化的泥砂岩开挖施工设备，其特征在于，破碎铁钉(7)底部设置有打孔结构。
5.基于破碎开裂与浸水软化的泥砂岩开挖施工方法，其特征在于，采用如权利要求1～4任一项所述的基于破碎开裂与浸水软化的泥砂岩开挖施工设备，包括以下步骤：
划定基坑范围，将基坑分成若干个尺寸适宜的方形区域；
通过破碎铁钉机械装置在每个方形区域均匀打孔，形成排布在基坑设计线边缘上的边缘定向孔(3)以及位于边缘定向孔(3)形成的边缘线内的中心定向孔(2)，将破碎铁钉机械装置打入相邻的两个中心定向孔(2)和相邻的两个边缘定向孔(3)，破碎开裂相邻的两个中心定向孔(2)和相邻的两个边缘定向孔(3)之间的泥砂岩；
沿每个方形区域的边缘开挖出围堰(1)，通过围堰(1)将每个方形区域包围起来后，进行注水并浸水一段时间使注水的方形区域的泥砂岩软化；
在某些方形区域达到浸水时长时进行基坑开挖，进行基坑开挖的同时对基坑边坡进行防护，直至基坑开挖施工完成。
6.根据权利要求5所述的基于破碎开裂与浸水软化的泥砂岩开挖施工方法，其特征在于，当打入相邻两中心定向孔(2)时，破碎铁钉(7)上的四个副撑(5)全部做功；
当打入相邻两边缘定向孔(3)且破碎铁钉(7)位于基坑设计线边缘时，破碎铁钉(7)上远离基坑设计线的三个方向的副撑(5)做功；
当打入相邻两边缘定向孔(3)且破碎铁钉机械装置位于基坑设计线转角时，破碎铁钉(7)上远离基坑设计线转角的两个方向的副撑(5)做功。
7.根据权利要求5所述的基于破碎开裂与浸水软化的泥砂岩开挖施工方法，其特征在于，对划分的若干个尺寸适宜的方形区域按照从上到下、从左到右的顺序，对每个方形区域依次实施打中心定向孔(2)和边缘定向孔(3)、开挖围堰(1)和注水并浸水一段时间的操作；
中心定向孔(2)呈阵列排布。
8.根据权利要求1～4任一项所述的基于破碎开裂与浸水软化的泥砂岩开挖施工方法，其特征在于，泥砂岩浸水后的崩解速率v随相邻两中心定向孔(2)的间隔距离L1的变化满足下式：
通过公式(1)确定相邻两中心定向孔(2)的间隔距离。
9.根据权利要求1～4任一项所述的基于破碎开裂与浸水软化的泥砂岩开挖施工方法，其特征在于，破碎开裂力F随相邻两边缘定向孔(3)的间隔距离L2的变化满足下式：
通过公式(2)确定相邻两边缘定向孔(3)的间隔距离。
10.根据权利要求1～4任一项所述的基于破碎开裂与浸水软化的泥砂岩开挖施工方法，其特征在于，泥砂岩的单轴抗压强度K随其浸水时间T的变化满足下式：
K＝27.18T-0.26 R2＝0.98； (3)
通过公式(3)确定泥砂岩的浸水时间。
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