超高边坡液压劈裂开挖技术研究

超高边坡液压劈裂开挖技术研究

许佼

安徽省公路桥梁工程有限公司 安徽合肥 230000

摘要：本文对超高边坡液压劈裂开挖技术进行研究，详细介绍了该技术操作流程。液压劈裂开挖技术克服了超高边坡开挖不利因素，在超高边坡开挖施工具有很大的适应性。

关键词：超高边坡 液压劈裂 分段开挖

1.概述

超高边坡开挖施工中，当作业面遇到岩层厚且坚硬等地质结构，石方开挖成为施工的重难点，若采用常规爆破、顺序式开挖，效率较低，拖延工期，且安全隐患大。

超高边坡液压劈裂开挖施工技术利用潜孔钻等在坚硬岩石钻孔，插入劈裂机，利用液压泵站工作产生高压，驱动劈裂机液压柱向前运动，产生巨大分裂力，此分裂力由岩石内部向外，破坏岩石内部结构，岩石在此分裂力作用下，沿设定的位置根据工程的需要分裂。该技术开挖施工原理简单、成熟、可靠。

2.工艺原理

利用潜孔钻、液压钻等在坚硬岩石钻孔，在钻好的圆孔上插入劈裂机，当启动液压泵站，液压泵站工作产生高压，驱动劈裂机液压柱向前运动，产生巨大分裂力，此分裂力由岩石内部向外，破坏岩石内部结构；岩石在此分裂力作用下，沿设定的位置根据工程的需要分裂；劈裂机构由动力供给系统、控制元件、液压管路、液压缸、劈裂棒组件等构成。同时根据沿道路桩号的土层结构不同，道路边坡全长分3段施工，可以与沟槽开挖、管道铺设和水渠砌筑等工序同步施工。

3.工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程

现场准备→测量放样→清除表土→确定劈裂参数→布点钻孔→劈裂棒及管路安装→加压劈裂→分段开挖→清渣装运→分段合拢→修整岩面→边坡防护

3.2.操作要点

3.2.1测量放样

利用GPS测放出道路红线，并在各边界设置横向及纵向控制桩，每20m设置1个，以控制施工边界，并且测出控制桩的地面高程和水平位置，将每个桩的具体信息标注在控制桩上；边坡开挖首先需要确定原始地面的坡顶线。

3.2.2清除表土

用挖掘机清除上覆土层及岩溶沟槽内土方，使用破碎锤将表层破碎岩层剥离，清理出便道及施工平台，同时挖好截水沟槽。

3.2.3确定劈裂参数

（1）劈裂孔孔径一般为110mm或120mm(根据劈裂棒型号而定)。

（2）钻孔深度 (H) H=2.0m (根据实测地形及局部变化在现场进 行调整) 。

（3）孔距 (a) a=1m (根据岩性调整确定) 。

（4）排距 (b) b=1m (根据岩性调整确定) 。

3.2.4布点钻孔

（1）根据工程特点，岩石性质，台阶高度，临空面间距等分别布置，不同的工程特点，不同的岩石性质，不同的台阶高度布孔的方式也不同，一般选用的布孔方式为直列并排布孔方式，呈梅花布设。

1：临空面2：岩体3：劈裂Ⅰ区4：劈裂Ⅱ区

5：Ⅰ区劈裂线 6：Ⅱ区劈裂线7：劈裂孔

劈裂布孔示意图

（2）采用潜孔钻机进行施工，开口时对于完整的岩面，给小风不加压，应先吹净浮渣，慢慢冲击岩面，钻出空窝后，旋转钻具下钻开孔。当钻头进孔后，逐渐加大风量至全风全压快速凿岩状态。对于硬岩，应选用高质量高硬度的钻头，送全风全 压，但转速不能过高，防止损坏钻头，对于软岩，应送全风加半压，每进尺1.0 ~ 1.5m 提钻吹孔一次，防止孔底积渣过多而卡孔。

（3）劈裂孔验收与保护：

1）检查劈裂孔深度与孔网参数；

2）复核抵抗线；

3）在验收过程中发现堵孔、深度不够，应及时补钻

4）孔口的岩石清理干净，防止掉入孔内；

5）每个劈裂孔钻完后立即将孔口用塑料或编织袋等材料堵塞好，防止雨水或其他杂物进入劈裂孔；

3.2.5劈裂棒及管路安装

（1）劈裂棒安装

1）根据劈裂孔深度将各节劈裂棒的装入孔内。根据临空面高度H及孔深L调整劈裂棒入孔深度位置。

2）根据临空面位置调整劈裂棒活塞方向，活塞顶推方向应垂直于临空面；采用多孔联合劈裂时，活塞方向应与相临两个孔的夹角平 分线重合，确保顶推应力效果最大化。

（2）劈裂管线连接固定

高压油路管线均采用国标螺栓连接，各节劈裂棒油路并联后接入 供油泵站，一次劈裂一般由一台油泵供应；当采用多台油泵同时供油 劈裂时，应有压力同步控制器进行多台油泵联动控制，确保劈裂施工 效果。

3.26 加压劈裂

根据布设孔，先进行劈裂Ⅰ区作业，与正常液压顶升基本一样，先进行油泵加压，压力达到5MPa后保持压力，检查各油管线路、劈裂棒位置方向是否正常；检查无误后，继续加压直至岩体破坏，压力回落。每一循环劈裂后对于大块石头，采用二次劈裂或破碎锤二次 破碎解小，破碎锤破碎施工时，将破碎锤的钎杆压在岩石上，并保持 一定压力后开动破碎锤，利用破碎锤的冲击力，将岩石破碎。完成Ⅰ区劈裂并解小后，可同步进行Ⅱ区劈裂作业。

3.2.7 分段开挖

每20m设一中桩，易于开挖段，开挖方式从上向下，严格控制坡度。不易于开挖段，采用劈裂工艺施工，沿设计向下开挖，采用挖掘机和破碎机配合施工的方式，机械破碎作业时，每破碎一层，对该层高程及时测量，严格控制破碎开挖的高程，既不超深又必须达到设计开挖标高。

3.2.8 清渣装运

二次解小石料可做为回收料条石挡墙及浆砌块石等；破碎锤破碎时挖掘机配合，清除破碎岩体，并将已破碎的岩体装车，运输车辆采用自卸车，运至指定地点。

3.2.9 分段合拢

在边坡土石方开挖过程中，按照地质和现场情况分3段进行，最终在边坡开挖完成后进行各段合拢，在每段边坡合拢之前每级边坡需要预留3 ~ 4m的操作空间，能够让挖掘机顺利的刷坡，合拢之前需要测量合拢段两侧的水平位置和高程，并将合拢段两侧的水平位置和高程误差控制在允许的范围内。

3.2.10 修整岩面

岩体即将破除至设计坡面时，采用人工、风镐进行整修；第一级施工平台上的岩层破到位并采用挖掘机将坡面修正平整后，然后进行下一施工平台岩体的破碎施工，直至该段路基坡面成型并且路基标高达到设计要求。

5.2.11 边坡防护

边坡部位的劈裂作业应对劈裂孔距进行加密，确保劈裂后的坡面平整度，不符合要求部位应进行二次修整，一级边坡坡面修整成型后，即可按设计边坡防护形式进边坡防护施工。

4、结论

液压劈裂开挖技术采用液压顶推致岩石劈裂，装置可重复使用，同时劈裂的石料尺寸规整，可回收直接作为挡土墙、砌体的原材，经济性好；采用边坡分段开挖最终合拢的施工方式，根据沿道路桩号的土层结构不同，道路边坡全长分3段施工，可以与沟槽开挖、管道铺设和水渠砌筑等工序同步施工，提高施工进度。劈裂棒在静态液压环境下可控制性的工作，避免了爆破及其它冲击性拆除、凿岩设备工艺产生一些危险隐患。劈裂棒可以预先精确的确定劈裂方向，劈裂形状，劈裂精度高，工作效率高，无粉尘、无噪音、无震动，解决了石方开挖使用民爆产品，所需的火工品使用运输、储存等审批的繁琐程序与公安监管问题。

参考文献

[1] 程刚.成孔液压涨裂破岩机理研究[D].中国矿业大学硕士学位论文,2018.

[2] 王玉松.岩质高陡边坡开挖稳定性分析及支护优化设计[D].贵州大学硕士学位论文,2021.