硬岩泄水洞“取芯 劈裂”非爆法施工技术及改进.pdf

引用格式:陈钰.硬岩泄水洞“取芯+劈裂”非爆法施工技术及改进J.隧道建设(中英文),2023,43(增刊 1):443.CHEN Yu.Construction technology and improvement of coring+splitting non-explosive method for hard rock water releasing tunnelJ.Tunnel Construction,2023,43(S1):443.收稿日期:2023-02-06;修回日期:2023-06-01作者简介:陈钰(1979),男,云南昭阳人,2011 年毕业于西南科技大学,土木工程专业,本科,高级工程师,现从事公路工程质量安全监督管理工作。E-mail:406297972 。硬岩泄水洞“取芯+劈裂”非爆法施工技术及改进陈 钰(昭通市交通建设工程质量安全监督局,云南 昭通 657000)摘要:为解决复杂环境下(不允许爆破)硬岩(如、级围岩)小断面隧洞非爆掘进工法选择难题,基于非爆工法适用性比选,采用“周边取芯+中部劈裂”非爆开挖进行现场施工,分别对其环境影响及施工效果进行分析。研究及试验结果表明:“周边取芯+中部劈裂”非爆开挖技术较适用于复杂环境条件下整体性良好的硬岩或中硬岩(、级围岩)隧洞掘进;小型“周边取芯+中部劈裂”机具施工时,其劳动强度大,施工效率不高,安全性亦不佳,日进尺在 1 m 左右。为提高非爆条件下大断面硬岩或中硬岩(、级围岩)隧道安全快速掘进,研制或应用大型钻劈一体机及其施工工艺势在必行。关键词:非爆开挖;泄水洞;小断面;铁路运营隧道;坚硬岩;取芯劈裂;钻裂一体机DOI:10.3973/j.issn.2096-4498.2023.S1.051中图分类号:U 45 文献标志码:A 文章编号:2096-4498(2023)S1-0443-08C Co on ns st tr ru uc ct ti io on n T Te ec ch hn no ol lo og gy y a an nd d I Im mp pr ro ov ve em me en nt t o of f C Co or ri in ng g+S Sp pl li it tt ti in ng g N No on n-E Ex xp pl lo os si iv ve e MMe et th ho od d f fo or r H Ha ar rd d R Ro oc ck k WWa at te er r R Re el le ea as si in ng g T Tu un nn ne el lCHEN Yu(Zhaotong Municipal Transportation Engineering Quality and Safety Supervision Bureau,Zhaotong 657000,Yunnan,China)A Ab bs st tr ra ac ct t:To select appropriate non-explosive construction technologies for small cross-section tunnel in complex hard rocks,the non-explosive construction technology of peripheral coring and central splitting is adopted and its influence on surrounding environment and construction effect are analyzed.The analytical and test results show the following:(1)The recommended non-explosive construction technology is applicable to tunneling in relatively favorable hard rock or medium-hard rock(Grades and surrounding rocks).(2)The small-scale construction machinery and tools have disadvantages such as high working intensity,low tunneling efficiency,and poor safety,resulting in low advancing speed of 1 m/d.As a result,large-scale drilling-splitting integrated machinery and its construction technology should be developed.K Ke ey yw wo or rd ds s:non-explosive excavation;water releasing tunnel;small cross-section;operation railway tunnel;hard rock;core drilling+splitting;drilling-splitting integrated machinery0 引言当前我国铁路建设方兴未艾,在建设及运营过程中不可避免地会产生新建隧洞近接既有铁路隧道的现象。铁路系统为了保证铁路运营安全,对近接运营铁路线的施工行为进行严格规定与管理,如邻近既有线平面距离 20 m 范围内,严禁爆破施工,并进行 C 类监管。近接既有运营铁路隧道时,如何保证新建隧道安全快速施工,保证既有铁路隧道结构安全稳定,确保既有线正常运营是新建隧洞设计与施工中必须解决的关键问题。关于新建隧洞近接运营既有铁路隧道施工方法,国内外学者进行了大量研究。苟明中1对新建隧道采用 3 层衬砌结构(1 次初期支护+2 次模筑衬砌)、全环设置超长管幕、在隧道掌子面和周边深孔预注浆、双隧道建设(中英文)第 43 卷侧壁导坑 6 部开挖方式施工;彭红霞等2采用数值模拟方法,对宁和城际矿山法区间下穿宁芜货运铁路隧道的影响进行了研究分析;郑鹏武等3依托工程实例,通过理论分析和数值模拟等手段,对下穿段施工方法、施工地表变形、火车荷载对初期支护安全性影响进行了研究。付晓强等4对立交影响段附近新建隧道的施工方案及既有铁路隧道的加固方案进行研究。李军等5对盾构下穿既有运营铁路的施工控制深入开展了研究,提出了包括旋喷桩加固、线路架空加固(横挑纵抬)等针对性的施工控制方案,并进行了数值模拟计算分析。总体看来,新建隧洞围岩为中硬岩或软岩时,近距下穿运营铁路隧道主要的施工方法是盾构法和浅埋暗挖法,但对于硬岩(如、级围岩),需要采用非爆法施工的研究仍不多。国内外对于非爆破岩方法的研究主要集中在 CO2爆破致裂6-7、液压劈裂8、膨胀剂致裂9、铣挖法10和悬臂式掘进机11等。其中,周盛涛等6从工艺原理、致裂荷载特征以及工艺有害效应等方面探究 CO2爆破致裂;夏祥等12以核电厂厂房基坑开挖工程为背景,研究了 CO2爆破致裂过程中地表振动传播规律;崔松等13研究了空孔作用对岩石裂纹扩展及涨裂压力的影响规律;祈世亮14将液压劈裂棒用于隧道内孤石的处理,取得了良好的应用效果;刘军伟等15探究了液压劈裂技术在隧道下穿建筑物时的应用效果;张超等16研究了金属膨胀剂孔网的合理间距及设计要素;李永彪等17研究了膨胀剂破除硬岩的适用条件及效果。曹文贵等18研究了适用于铣挖法的围岩分级方法;林宏等19以新磨溪 2 号隧道为背景,阐述了悬臂掘进机成套机械化作业线设备配套技术及施工组织方案;关则廉20依托广州地铁工程,阐述了悬臂式掘进机在软岩隧道施工中的优势。综上所述,尽管众多学者对各类非爆破岩技术和原理进行了深入研究,但是关于周边取芯+中部劈裂破岩技术在同一工程中的具体应用研究相对较少,特别是对于非爆法近接运营高速铁路隧道施工技术的研究更少见。本文以渝利铁路方斗山泄水洞在硬岩中近接运营铁路隧道为工程背景,通过比选分析各种非爆破岩技术在小断面隧洞中的适用性,优选出适合该工程的非爆破岩技术,即对于整体性良好的硬岩,采取隧洞“周边环向取芯切缝+中部钻孔劈裂掘进”施工方法。1 工程概况2015 年 6 月 17 日,铁路动检车巡渝利铁路方斗山隧道时,在里程 K1 513+402.37 处发现隧道上行线外侧衬砌边墙原干溶腔处裂损并涌水,导致渝利线动车停运。经过铁路系统组织抢修,将裂损段采取加固措施(并预留临时排水门洞),恢复了线路运营。为永久解决此处溶腔出水排水问题,确保方斗山隧道衬砌及列车运营安全,增设该隧道出口泄水洞。泄水洞位于原方斗山隧道范围内,洞口位于方斗山隧道下行线 K1 513+150.37 处左侧约 150 m 处,距方斗山隧道出口 558.39 m,两者之间由高山相隔,洞口紧邻县级公路(并紧邻农家乐、石场)。泄水洞于渝利铁路 K1 513+150.37 处下穿隧道正线,穿过后采用半径 50 m 曲线与正洞二次衬砌裂损处连接并揭示溶腔。泄水洞下穿段拱顶距正洞仰拱底约 22 m,平行段中线与正洞中线间距约为 30 m。近接溃口段长度约20 m,泄水洞总长 430 m,纵向综合坡度 11.8%,设计断面净空尺寸为3.8 m(宽)3.9 m(高);泄水洞洞身围岩为灰岩,稳定性较好,实测其抗压强度高达 80 MPa 及以上,为 、级围岩,采用锚喷衬砌支护。由于该泄水洞断面小,围岩整体性好,锚喷支护(C25 湿喷混凝土,厚 1020 cm)开挖完成后及时进行,二次衬砌为钢筋混凝土支护(C25,厚 30 cm),待泄水洞全长开挖完成后再进行。按铁路营业线施工有关要求及揭示溶腔安全性需要,近接隧道干溶腔 20 m 不允许爆破施工,采用非爆法开挖。为方便施工,将近接运营铁路非爆段优化为2.8 m 圆形断面,本文以该段工程为背景进行论述。泄水洞洞身段穿越三叠系下统飞仙关组(T1f4T1f3+2)、嘉陵江组(T1j1)等层位的多种类别岩体。隧洞洞身围岩的稳定性主要受到断裂构造发育等地质构造的复杂程度、可溶性碳酸岩类的岩溶发育状况及地下水的活动等有关因素的制约。同时,隧址区主要发育有四组构造节理,与地层走向基本一致,对隧道开挖影响不大;隧洞洞身碳酸盐岩类广布,其中灰岩、灰岩夹页岩、泥质灰岩等层位岩溶化程度较高,洞身全部为可溶岩段,特别是泄水洞与正洞近接处 K1 513+300+950 段位于断裂构造带内,经揭示,断裂带内岩体岩溶化程度极高,因而导水性及富水性较强,地下水十分丰富(K1 513+402.37 处水害涌水量约 25 000 m3/d),会给泄水洞施工带来重大危害,这是近接段采用非爆法施工的原因之一。泄水洞与方斗山隧道正洞连接平面位置关系如图1 所示,近接处横断面位置关系如图 2 所示。图 1 泄水洞与正洞连接平面位置关系(单位:m)Fig.1 Plan relationship between water releasing and main tunnels(unit:m)444增刊 1陈 钰:硬岩泄水洞“取芯+劈裂”非爆法施工技术及改进图 2 泄水洞与正洞近接位置关系(单位:m)Fig.2Cross-sectional relationship between water releasing and main tunnels(unit:m)2 小断面硬岩隧道非爆开挖技术比选目前,隧道非爆开挖技术主要有机械切削或冲击开挖、液压劈裂、CO2爆破致裂和膨胀剂致裂等方式。机械开挖的形式有悬臂式掘进机开挖、挖机液压冲击锤及铣挖破岩。本泄水洞由于断面小、转弯半径小,围岩强度高达 120 MPa,不适合于悬臂掘进机开挖。悬臂掘进机适用于围岩强度在 55 MPa 以下的中硬岩6。因此,只对液压冲击锤法及铣挖法等几种非爆破岩技术进行比选。2.1 非爆破岩开挖方法2.1.1 隧道非爆开挖方法比选本隧洞围岩属于坚硬岩,岩石抗压强度平均在80120 MPa,整体性好,设计为、级围岩。通过分析几种常见的非爆法破岩技术优缺点及适用范围,结合本泄水洞施工特点,比选结果如表 1 所示。表 1 坚硬岩小断面隧洞非爆法开挖技术比选Table 1 Comparison and selection of non explosive excavation techniques for small cross-section tunnel in hard rock名称优点缺点适用范围比选结果液压冲击锤开挖 将挖机反铲换装冲击破碎锤即可,设备常见,人工投入少,施工技术成熟、机械易修理 坚硬岩时破岩效率低,振动量大,对反铲机械损伤较大,施工效率低,施工进度缓慢,无法保证工期总体要求 岩质较软或节理裂隙发育的、级围岩,适用于较短隧道开挖使用不适用铣挖法开挖 将挖机反铲换装铣挖头即可,设备较常见,人工投入少,施工成本低 不适用于硬岩隧道长距离掘进。铣挖时粉尘大,洞内作业环境差,有水时容易糊住铣挖头,施工效率低 适用于、级等不宜爆破的软弱围岩以及黄土地段不适用 周边环向取芯切缝+中部液压劈裂掘进技术小型机具较为常见,容易组织施工。低振动,施工成本低 小型取芯钻+液压劈裂破岩技术为人工操作,劳动强度大,施工效率不高 适用于整体性良好的、级硬质围岩,围岩愈完整,节理裂隙愈不发育,则掘进效果较好适用 CO2爆破致裂技术可重复多次使用特殊设备,需要专业队伍及配套设施操作,振动稍大,安全性差,需要 2个及以上临空面才有破岩效果 在具有第 2 临空面的情况下(如隧道下台阶开挖),适用于软质围岩及节理裂隙发育围岩(、级围岩)破岩不适用 静态破碎剂致裂技术 低噪声,低振动。施工成本低,地表房屋不用拆迁 膨胀剂一般在 1 h 左右才发生作用,效率低下。在隧道施工只有 1 个临空面的情况下掘进效果不佳 在具有第 2 临空面的情况下(如隧道下台阶开挖),适用于中硬岩及节理裂隙发育围岩(、级围岩)破岩不适用2.1.2 周边取芯切缝+中部液压劈裂非爆破岩技术周边取芯切缝+中部液压劈裂技术原是重庆地区人工挖孔桩的一种常用非爆方法,由于孔桩断面小,利用小型取芯钻(水磨钻,其能完全可靠地将相邻孔间围岩切断,而不会穿孔残留围岩)垂直向下沿孔桩周边轮廓取出岩芯,然后在孔桩中间用 YT28 人工手持风钻按一定间距钻孔,将小型劈裂器劈裂棒插入后劈裂破岩,而达到向下掘进的目的。根据其破岩原理,将原来的挖孔桩垂直向下开挖技术改进为隧道水平向前掘进工艺,并首次成功应用于渝利铁路长洪岭隧道浅埋下穿某村镇段开挖,并取得成功。采用取芯钻取芯的原因是需要利用取出的岩芯完全分离出掌子面与周边围岩,以保证劈裂时需要的破碎膨胀空间,否则会影响劈裂效果。周边孔当然可采用冲击破碎的方法成孔,但是相邻俩孔容易打穿,达不到完全隔离效果。常用取芯钻如图 3 所示。(a)常用取芯钻(水磨钻)(b)隧道现场施工图图 3 常用取芯钻(水磨钻)及隧道现场施工图Fig.3 Commonly-used core drills(also known as water grinding drills)and on-site construction photograph544隧道建设(中英文)第 43 卷将取芯钻固定在台架上,通过动力驱动取芯钻人造金刚石薄壁钻头,在掌子面上进行通孔式连续钻孔取芯,在隧道轮廓线开挖出一条较深较宽的周边环缝。而传统的整体式钻削钻相邻孔时会偏孔,不能完全将围岩分离。由于断面较小,人工施工隧道轮廓环缝时,常采用外接电源式小型取芯钻,其具有重量轻、运转可靠、操纵简便等优点,小型取芯钻最大钻孔取芯直径200 mm,最大钻孔取芯深度 700 mm。劈裂机又名分裂枪,是一种用于分裂石材的机器,按分裂枪力量大小可分为大型机载式劈裂机、大型液压劈裂棒,人工手持式劈裂枪等。小断面隧道中常用人工手持式劈裂枪,由液压动力站和分裂棒(枪)两大部分组成,利用岩石与混凝土呈脆性特点,由泵站输出的超高压油驱动油缸产生巨大推动力,驱动楔块组中的中间楔块向前驶出,将反向楔块向两边撑开,即可使被分裂物体按预定方向裂开,多用于矿石开采。如某型人工手持式劈裂枪的主要性能参数:分裂力 5005 000 kN;使用压力:60 100 MPa;产生裂纹宽度:10 40 mm;要求钻劈裂孔:深度600 mm,40 60 mm,孔距、排距 400 mm;操作方式:远程无线遥控操作;枪体质量:32 kg。液压劈裂技术是近年来发展较快的一种破岩技术,因其具有安全高效,经济耐用的特点,近些年逐渐被引入到隧道施工领域。小型人工手持式劈裂枪如图 4 所示。图 4 人工手持式岩石劈裂机Fig.4 Artificial handheld rock splitting machine本泄水洞断面小、围岩强度较高、完整性良好、非爆掘进距离不长,采用周边环向取芯切缝+中部液压劈裂掘进施工。2.2 周边取芯切缝+中部劈裂掘进施工方案为方便施工,将泄水洞优化为圆形断面,保证其汇水面积不变。由于断面较小、围岩稳定,采用全断面开挖掘进施工,据统计,单循环耗时平均约 12.45 h,每循环进尺 0.40.6 m,日掘进 0.51.0 m。周边取芯切缝+中部劈裂掘进施工流程如图 5 所示。1)测量放线(15 min)。由测量组根据设计位置画出断面中心线及外轮廓线。2)周边环缝取芯施工(45 h)。人工搭设作业平台,并固定取芯钻,沿开挖轮廓线以相切圆方式施钻取芯(孔径 150 mm,每次钻取深度为 600 mm)。根据断面空间,可上 25 台取芯钻机,每台钻机需 12 人操作,取芯时 1 个孔钻进时间为 1020 min,每循环 6570 个孔,每环取芯 45 h。隧道周边取芯孔布置如图6 所示。图 5 周边取芯切缝+中部劈裂掘进施工流程图(单位:cm)Fig.5 Construction flowchart of peripheral coring+central splitting excavation(unit:cm)图 6 隧道周边取芯孔布置大样(单位:cm)Fig.6 Detailed layout of coring holes around tunnel(unit:cm)3)工作面中部劈裂孔施工(分摊至每循环约30 min)。掌子面中部围岩用 YT28 手持风钻钻孔,孔间距 3040 cm,劈裂孔深 0.50.6 m,即单循环进尺0.5 m 左右。可一次性钻孔深 3 m(孔径 40 mm)以满足多个劈裂循环作业。约 57 个劈裂孔,共长 171 m,钻孔约需 3 h。隧道掌子面周边取芯孔及中部劈裂孔布置如图 7 所示。4)工作面中部劈裂施工(23 h)。取芯与工作面劈裂孔可同时施工。周边取芯后,在泄水洞周边形成一条深约 600 mm 的环缝,即可将 1 个或多个劈裂枪插入钻好的劈裂孔内,启动劈裂机液压动力系统,劈裂枪中间楔块在液压力的推动下伸出,迫使反向楔块向岩石孔洞的两壁撑开,几秒钟内就可以达到破岩目的。644增刊 1陈 钰:硬岩泄水洞“取芯+劈裂”非爆法施工技术及改进随后,缩回中间楔块,拔出劈裂机。劈裂自上而下进行。本泄水洞采用 25 台劈裂机,56 个操作人员,根据围岩裂隙发育情况,劈裂施工每循环 23 h。图 7 隧道掌子面取芯孔、中部劈裂孔布置图Fig.7 Layout of coring and splitng holes on tunnel face5)围岩运输(45 h)。工作面中部围岩劈裂出裂缝后,人工用撬棍或挖机配破碎锤撬落围岩,集中于洞底后用挖机装机外运。为保证操作台架和液压劈裂机管线和下部工作面安全,根据现场条件安排 35 个运碴人员,随时将地面石块用手推车运至距离掌子面10 m 以外临时堆放,后期集中出碴。泄水洞周边取芯+中部劈裂现场施工如图 8 所示。(a)(b)图 8 泄水洞周边取芯+中部劈裂非爆掘进施工Fig.8Construction site of peripheral coring+central splitting non-explosive excavation周边取芯+中部劈裂非爆施工设备配置如表2 所示。表 2 主要施工机械设备配备表Table 2 Main Construction machinery and equipment allocation名称规格、型号数量风动凿岩机YT-2812 台取芯钻J3G-40020 把劈裂机国产5 台挖掘机小型1 台3 周边取芯+中部劈裂破岩效果泄水洞(2.8 m 圆形断面)近接运营线需要非爆开挖约 20 m,每天进尺 0.50.8 m,平均线性超挖在10 cm 以下,基本无欠挖。本泄水洞及参考同期渝利铁路长洪岭隧道非爆施工经验(成功变更),周边取芯+中部劈裂非爆开挖施工成本为控制爆破的 2 3倍。按照铁路系统临近既有线有关要求,泄水洞近接施工时对既有运营隧道进行了监控量测。在运营隧道仰拱与边墙交接处(左右侧)间隔 5 m 埋设沉降量测点,左右各 3 个(中间测点位于下穿段正上方),共 6个测点。夜间天窗时间采集数据,共历时约 2.5 个月,监测结果如图 9 所示。图 9 泄水洞开挖期间正洞仰拱沉降历时曲线Fig.9 Settlement curves of main tunnel inverted arch during excavation of water releasing tunnel监测结果表明:泄水洞非爆开挖对相邻运营隧道结构影响甚少,各测点最大沉降均不超出 5 mm,巡查既有隧道结构亦没有产生新裂纹,保证了铁路的运营安全。分析原因是泄水洞非爆开挖没有振动,扰动小;且泄水洞断面小,围岩坚硬,施工对上方隧道的影响较小。泄水洞下穿运营线隧道及贯穿干溶洞现场图片如图 10 和图 11 所示。通过以上施工,可以得出周边取芯+中部劈裂破岩开挖具有以下优点:具有成形好、少扰动,可多人多台机器同时工作,适用于、级硬岩且完整性良好的较小断面隧道开挖。其不足之处:由于小型机械+人744隧道建设(中英文)第 43 卷工作业,施工效率较低,每天只能保证 0.51 m 的进度(约 10 m2的开挖断面)。图 10 泄水洞非爆开挖Fig.10 Photograph of non-explosive of water releasing tunnel 图 11 泄水洞非爆开挖近接干溶腔Fig.11 Photograph of dry tunnel after excavated by non-explosive method4周边取芯+中部劈裂破岩存在的问题及改进方向4.1 存在问题1)要求被破碎的岩体强度较大,整体性良好。一般岩石抗压强度大而抗拉强度小,两者比值大约10 3。当劈裂枪楔块作用于围岩,产生的拉应力大于抗拉强度时,围岩就能被撑开;如果产生的压应力大于抗压强度,而拉应力较小,则炮孔围岩被压碎而撑不开围岩。破岩效果除与围岩强度大小相关外,还与围岩整体性相关,当围岩整体性不佳,节理裂隙稍大或层间存在充填物,会出现劈裂时劈裂孔周围单个岩块被撑开而稍远岩块“纹丝不动”的现象,或劈裂枪楔块行程走完,劈裂孔直径被“撑大”而不能破岩等现象。如近期施工的广州地铁十三号线农林下路站基坑主要为中风化砾岩、级(局部级)。因周边环境限制不能进行爆破作业,采用周边取芯+中部劈裂非爆掘进时,仅劈裂孔直径被“撑大”而不能破岩。又如长沙浏阳河隧道为板岩与砂砾岩互层,层间充填少许泥质黏土,采用周边取芯+中部劈裂非爆法掘进时,仅劈裂孔周围岩体被劈裂,围岩不能破碎。根据本泄水洞围岩情况及周边取芯+中部劈裂法在重庆地区广泛应用,可以得出劈裂法在大理石、花岗岩、砂岩等整体性良好的岩体中掘进中具有较强的技术优势,整体性较好的灰岩亦可采用此法。即周边取芯+中部劈裂法可在、级围岩隧道中开挖施工。2)小型机具施工、劳动强度大,施工效率低。本泄水洞由于非爆掘进距离短(近 60 m),断面较小(小于10 m2),采用人工手持取芯钻+劈裂机开挖时,月开挖进度在 30 m 左右。由于小型机具纯人工施工,劳动强度较大,施工效率低下,特别是人工撬落劈裂后的石块时,安全性差,仅满足小型断面短距离施工。4.2 改进方向断面较大时,采用此法掘进较慢,若能采用大型机械化全断面施工则可提高效率及安全。目前国内已研制出了岩石钻裂一体机,钻裂一体机能将钻孔与劈裂功能集于一体,并能搭载于挖掘机上,依靠其液压系统进行完成钻孔与劈裂作业。该法破岩常应用于露天,应用于隧道施工中并不常见。如湖南某企业生产的钻裂一体机现场照片如图 12 所示。图 12 湖南某企业生产的钻裂一体机Fig.12 Drilling and splitting integrated machine produced by an enterprise in Hunan,China隧道只具有 1 个临空面,围岩夹制性较强,若不进行周边轮廓取芯,产生环缝临空面,掌子面围岩不能被劈裂。故周边环缝的施工非常关键,这亦是采用取芯钻施工环缝的主要原因。冲击钻由于冲击力大,钻相邻孔更易偏斜而串孔,不能形成连续切割孔而形成环缝,需要采取特殊措施才能保证不串孔。解决措施如图 13 所 示。首 先 利 用 一 体 机 换 装 大 直 径(如100 mm)液压钻头,沿隧道轮廓周边跳孔钻凿 1、3、5号等奇数孔,然后在 1、3 号孔中放置相吻合的钢套管,最后钻凿 2、4 号等偶数孔,孔深 11.5 m。也可直接将大型液压取芯钻机搭载于一体机上进行取芯。844增刊 1陈 钰:硬岩泄水洞“取芯+劈裂”非爆法施工技术及改进图 13 大型液压冲击钻钻凿周边环缝施工顺序示意图Fig.13 Schematic of construction sequence for drilling and chiseling peripheral joints with large-scale hydraulic impact drills“大型液压一体机周边取芯+液压中部劈裂掘进”非爆施工方法如图 14 所示。首先利用一体机在工作面周边或按设计进行密钻孔或取芯,切割周边围岩形成临空面,并在掌子面中间按适当间隔钻劈裂孔,最后采用一体机劈裂棒自下而上进行劈裂,在工作面上形成一定的张拉裂纹,利用冲击破碎锤破碎围岩,达到掘进目的。4.3 应用效果目前,已有施工单位自行研制了隧道用钻劈一体机,并应用于硬岩隧道施工中。相对于小型人工手持式劈裂机,钻劈一体机实验破岩掘进日进尺有较大提高,效率达到 3 倍以上,且安全性高。(a)(b)(c)(d)图 14 钻劈台车非爆施工方法示意图Fig.14 Schematic of non-explosive construction method for drilling and splitting jumbo5 结论与建议通过介绍小断面暗挖隧洞硬岩地层近接运营高速铁路隧道工程实例,对隧洞“周边取芯+中部劈裂”技术进行了深入研究,主要结论与建议如下:1)“周边取芯+中部劈裂”技术适用于复杂环境条件下整体性良好的硬岩或中硬岩(、级围岩),而不适用于软质围岩或节理裂隙发育围岩。2)采用小型“周边取芯+中部劈裂”机具施工时,其劳动强度大,施工效率不高,安全性不佳,只适用于短距离、小断面(10 m2)隧洞掘进,日进尺在 1 m 以内。3)目前炸药使用限制愈来愈多,研制或应用大型钻劈一体机及其施工工艺,对大断面硬岩或中硬岩(、级围岩)隧道进行非爆机械化作业及安全快速掘进势在必行。参考文献(R Re ef fe er re en nc ce es s):1 苟明中.下穿运营铁路超浅埋公路隧道设计及施工关键技术J.隧道建设,2013,33(1):59.GOU Mingzhong.Key technology for design and construction of highway tunnel crossing underneath operating railway lines with small clearance J.Tunnel Construction,2013,33(1):59.2 彭红霞,程云妍,王怀东.宁和城际矿山法隧道下穿国铁隧道影响分析J.隧道建设,2014,34(12):1137.PENG Hongxia,CHENG Yunyan,WANG Huaidong.Analysis on influence of construction of mining tunnel on Nanjing-Hexian intercity railway crossing underneath existing freight railway tunnel J.Tunnel Construction,2014,34(12):1137.3 郑鹏武,万飞.山城轨道交通隧道下穿铁路施工措施研究J.隧道建设,2013,33(6):449.ZHENG Pengwu,WAN Fei.Study on construction technologies for metro tunnel crossing underneath existing railway in mountainous 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