1. 引言
随着现代化城市建设的飞速推进, 地铁做为一种“节能环保、快速便捷”的公共交通形式, 其地位在越来越多的城市规划建设中突显。在地铁线路规划建设中, 往往难以避开城市密集的建 (构) 筑物, 在地表建 (构) 筑物林立的城市环境下进行浅埋隧道掘进施工时, 对于下穿抗震等级较低的建 (构) 筑物地段, 非爆破开挖往往成为一种不得不选用的手段。在贵阳轨道交通1号线火车站主变电所电缆通道隧道地层中, 白云岩分布较广, 无法采用普通冷挖法开挖, 鉴于抗滑桩和桩基等基坑开挖中利用水磨钻在垂直方向取芯劈裂开挖应用较多, 将“水磨钻”非爆破开挖引入贵阳轨道交通1号线火车站主变电所电缆通道隧道循环施工中, 使之既能避免掘进施工地震动, 又能克服硬质岩石采用普通冷挖法开挖困难, 达到快速施工的目的。
2.“水磨钻”非爆破开挖施工工艺在隧道施工中的具体应用
2.1 基本概况
贵阳市轨道交通1号线火车站主变电站为1号线两个主变电站之一, 位于火沙区间西侧。变电站与1号线区间之间的连接通过电缆通道相连, 通道起点位于区间隧道YDK26+527.5桩号处, 位于博泰小区西北侧的平房区下方, 通道总长约77.8m。通道横断面采用“竖壁+拱顶”钢筋砼结构, 洞壁尺寸3m×3m。电缆通道拟采用暗挖方式施工, 隧道拱顶覆土10~12m。
2.2 水磨钻在隧道开挖中应用的技术要点
与基坑开挖中利用水磨钻在垂直方向取芯劈裂开挖前需要搭设台架相似, 在隧道开挖中, 应利用水磨钻在水平方向取芯劈裂, 开挖前也需要搭设台架, 台架搭设应牢固, 强度和稳定性满足要求, 尽量减少作业的晃动, 保证施工安全和试钻精度, 台架安装正确与否将直接影响后续工作的进行。同时, 正确采用水磨钻在隧道周边钻孔取芯, 在隧道周边形成连续槽道临空面后, 用凿岩机在隧道中部钻孔, 结合劈裂机劈裂隧道内部的岩块, 是保证隧道开挖顺利进行的关键。
2.3 施工注意事项
1) 本工法开挖作业面小, 开挖时采用人工先将掌子面的危石清除, 在再进行简易台架搭设, 施工员将对其认真仔细检查, 确保安全以后才让工人靠近工作面。
2) 开挖必须遵循“管超前、严注浆、少扰动、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的施工原则, 减少对围岩的扰动, 减少对周围建筑物的影响。
3) 根据监测数据, 及时反馈信息, 以取得合适的参数, 及时进行调整, 保证周边建筑、行人、行车的安全。
4) 加强施工量测。施工时对周边建筑物进行沉降及变形观测, 随时掌握开挖对建筑物的影响程度, 并及时反馈信息, 以便及时调整开挖支护参数指导施工。
3.“水磨钻”非爆破开挖的施工工艺
3.1 施工准备
首先, 根据工程规模组织人员、设备进场, 布置风、水、电等临时施工设施, 同时组织对作业人员进行安全技术交底工作;其次, 在正式开挖施工前, 按照“安全第一、预防为主、综合治理”的原则, 对电缆通道进行超前地质预报、水文地质调查及监测的信息化施工;最后, 根据围岩级别及水文地质情况, 确定支护参数及开挖方法, 并结合现场人员、机械配置情况制定施工方案, 确保施工安全, 施工方案经济、合理。
3.2 开挖轮廓线确定
开挖轮廓线根据通道整体开挖断面及掏槽区大小确定, 同时必须满足作业人员操作需要, 又要便于现场操作。该工程电缆通道断面为拱状门洞型, 开挖成型断面3.1×4.1m, 采用“上下台阶法”进行开挖支护施工, 先开挖支护拱形断面, 再开挖支护下部矩形断面。
3.3 测量放线、布孔
1) 由测量人员根据洞内控制导线, 精确测设出开挖断面的轮廓线。
2) 水磨钻钻孔孔位可沿轮廓线连续布置。由于水磨钻行程仅有60cm, 有效成孔深度在50cm左右, 需多次钻孔才能达到设计循环进尺, 水磨钻钻孔需存在一定外插角, 若开孔处采用相切圆, 则在孔位末端存在楔形岩体, 断面不连续, 因此, 开孔时采用咬合圆的型式, 消除孔末端的楔形岩石, 形成连续的临空面。
3) 中部用于劈裂的钻孔孔间距40cm、排距40cm, 沿隧道中线呈梅花形左右对称布置。
3.4 搭设简易台架
用于钻孔和劈裂的台架采用脚手架搭设。台架顶部开挖区高80cm、宽2m (左右侧各1m) 左右, 以便于人员操作和水磨钻悬吊。
台架搭设应牢固, 强度和稳定性满足要求, 尽量减少作业的晃动, 保证施工安全和试钻精度。
3.5 水磨钻钻孔、取周边岩芯
1) 将水磨钻利用倒链悬吊在作业台架上, 并安装可以调节水磨钻横向位置的支撑架, 然后上下左右调整水磨钻位置, 检查水磨钻能否顺利到位。
2) 开机检查水磨钻运转是否正常, 然后人工手持取芯钻在隧道轮廓线上钻孔取芯, 采用以相割圆方式按水平方向施钻取芯, 在周边形成连续槽道临空面。
3) 为了同时保证取芯效率和较小的超挖量, 相邻钻孔中心间距13cm, 两孔搭接2cm。根据取芯钻筒长度每次钻取深度50cm左右。2~3台钻机, 每台钻机需2~3人操作。取芯时一个孔钻进时间约为5~10min。
4) 水磨钻取芯到位时, 人工缓慢拉出水磨钻, 人工轻轻敲击芯体, 使其与母岩断开, 然后人工将其取出, 水磨钻移至下一个孔位处钻孔。
3.6 钻劈裂孔
在开挖区域轮廓线取芯的中间部分先用YT28凿岩钻机钻孔, 相邻孔间距40cm, 孔径4.2cm;钻劈裂孔也可在搭设简易台架前进行, 为方便施工劈裂孔可一次钻进2~4m, 满足4~8个劈裂循环作业 (一个开挖循环1m, 每劈裂循环约0.5m) 。
3.7 液压劈裂机分裂核心岩体
1) 取芯孔完成后, 然后以周边槽道形成的临空面, 用液压劈裂机自周边向内进行分裂开挖岩体, 劈裂自上而下分裂岩块, 人工撬落。
2) 劈裂采用一台劈裂机, 2个操作人员, 根据围岩裂隙发育情况, 劈裂每循环约2h。
3.8 人工清除劈裂岩体
为保证台架和液压劈裂机管线及下部工作面安全, 劈裂机将岩体分裂后, 分裂岩块随时由人工将石块用手推车运至竖井口渣斗内, 由龙门吊调运至竖井口临时存渣池, 最后采用装载机装车后运至弃渣场。
3.9 检查验收、信息反馈
每循环后检查施工效果, 分析原因及时修正相关参数, 改善技术经济指标, 检查后续开挖是否超过设计要求, 对比开挖前后地表建筑物监测情况, 检查是否对建筑有破坏。
4.“水磨钻”非爆破开挖的优点
1) 本工法无需大型设备, 所需设备成本低, 轻便易维护, 易于操作, 设备和人员方面的投入较小, 施工成本相对较低。
2) 水磨钻及液压劈裂机工作时, 产生震动微小、冲击力小、噪音低、粉尘飞屑极少, 不会产生有毒气体和其它有害废弃物, 对周围环境无影响, 施工作业环境明显改善。
3) 不受炸材供应限制, 能够组织不间断循环作业, 综合效益高。
4) 施工工艺简单, 组织人员进行简单培训即可上岗, 易于学习掌握, 便于推广。
5. 结语
综上所述, 在特定的地质、地貌和水文地质情况下, 在受周边环境影响较大的小断面隧道开挖施工中, 使用比较先进合理的取芯设备, 采取周密可靠的安全保证措施, “水磨钻”非爆破开挖不仅能够降低工程成本, 提高经济效益, 而且能够缩短工程期限, 提高工程质量。对“水磨钻”非爆破开挖法进行认真、全面的技术经济比较后, 有选择地采用, 效果明显。
摘要：在隧道施工中, 由于地理位置、地层条件等多方面因素的限制, 往往会造成爆破开挖方法不适用及普通冷挖法施工困难的情况。本文结合工程实际, 将“水磨钻”非爆破开挖施工工艺应用到小断面地铁隧道施工中。结果表明:在特定的地质、地貌和水文地质情况下, 在受周边环境影响较大的小断面隧道开挖施工中, 使用比较先进合理的取芯设备, 采取周密可靠的安全保证措施, “水磨钻”非爆破开挖不仅能够降低工程成本, 提高经济效益, 而且能够缩短工程期限, 提高工程质量。
关键词：水磨钻,非爆破开挖,小断面隧道,地铁施工
参考文献
[1] 《地下铁道工程施工及验收规范》GB50299-1999 (2003版)
[2] 《建筑施工安全技术统一规范》GB50870-2013