专利名称：一种大型卸荷松弛岩质边坡的台阶式开挖施工方法
技术领域：
本发明涉及一种台阶式开挖施工方法，尤其是涉及一种大型卸荷松弛岩质边坡的台阶式开挖施工方法，属于土建施工的边坡开挖技术领域。
背景技术：
我国属多山国家，许多水利水电、铁路、公路和矿山等基础设施工工程往往处于高山峡谷地区，这些工程的建设过程中往往涉及岩质边坡的开挖。然而，地表附近的边坡岩体在地质构造和漫长的物理、化学和生物的风化侵蚀作用下，往往变的软弱破碎、强度低、遇水易软化，同时，边坡内部还常发育有断层、岩脉、卸荷裂隙等软弱结构面。因此，边坡开挖时常常会导致质量原本就较差的岩体进一步发生劣化，尤其是采用预裂爆破方式进行边坡开挖时，爆炸产生的气体和地震效应以及进一步引起的滚石等不利作用，将使岩体发生一定程度松动和开裂，可能严重削弱开挖面的成形质量、影响开挖边坡的稳定与安全。因此边坡开挖过程中常出现已开挖或未开挖坡体坍滑的事故，造成人员伤亡和财产损失。如湖北大冶铁矿东露天采场的开采生产过程中，由于常年的开采爆破，致使高边坡中已有的断层发生滑动，形成了巨大的潜在滑体，严重威胁矿区的生产安全。又如，爆破振动使荥河电站六管段管沟的第四系堆积层的下部淤泥质亚粘土产生触变、稀释，抗剪强度降低，进而诱发堆积层滑坡。因此，边坡预裂爆破开挖过程中，如何减少爆破开挖对岩体的损伤和扰动，进而保证边坡的整体性和稳定性是边坡开挖技术领域难题之一。目前，岩质边坡的开挖主要采用台阶预裂爆破方式进行施工，预裂爆破开挖完成后再对边坡进行加固，这种传统的边坡开挖施工方法存在以下问题( I)传统的边坡预裂爆破开挖方法将造成松散破碎岩体的进一步松动，使边坡的稳定性降低；(2)传统的边坡预裂爆破开挖方法在开挖结束后再进行挂网、喷射混凝土、锚杆等护坡措施的施工，由于支护施工时间较长使无支护边坡长时间暴露，进一步导致坡面岩体的劣化；(3)当边坡岩体较为破碎时，传统边坡预裂爆破开挖方法的爆破成孔施工较为困难，容易掉钻和卡钻，而采用跟管钻孔则造价高昂；(4)当边坡岩体较为破碎时，传统的边坡预裂爆破开挖方法易造成超挖和欠挖，坡面成形质量不好，甚至需进行二次处理，事倍功半；(5)当边坡岩体较为破碎时，坡面开挖后的锚杆或锚索支护成孔也较困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种采用现有的预裂爆破开挖技术对大型卸荷松弛岩质边坡进行开挖时，既能有效提高所述大型卸荷松弛岩质边坡表层岩体的整体性和稳定性，同时，又可有效预防边坡表层岩体因预裂爆破施工而导致垮塌事故发生的大型卸荷松弛岩质边坡的台阶式开挖施工方法。
为解决上述技术问题所采用的技术方案是一种大型卸荷松弛岩质边坡的台阶式开挖施工方法，包括以下步骤，I)打灌浆孔，从最上一级待开挖边坡台阶的天然坡面线向边坡的设计开挖轮廓线方向，倾斜的钻设深度超过设计开挖轮廓线的灌浆孔；2)保护性灌浆，自灌浆孔向设计开挖轮廓线以里的岩体内灌入保护性浆液，并使所述保护性浆液在岩体内扩散形成固结保护层；3)开挖边坡，待步骤2)中的固结保护层的强度达到设计要求后，采用预裂爆破开挖技术对已形成固结保护层的边坡进行开挖；4)边坡支护，对步骤3)开挖完成的边坡进行支护，这样便完成了所述大型卸荷松弛岩质边坡的一个台阶层的开挖工作；5)重复I)至4)的步骤，由上往下按设计确定的台阶级数，逐级进行边坡的打灌浆孔、保护性灌浆、预裂爆破开挖和支护，直到完成整个需要进行开挖施工的大型卸荷松弛岩质边坡的台阶式开挖工作。进一步的是，所述每一级台阶边坡的高度为9-llm，开挖坡比为I : 0.5。进一步的是，在平面上，步骤I)中的灌浆孔的钻孔位置离开挖台阶坡脚2. 8-3. 2m ;在立面上，步骤I)中的灌浆孔沿铅垂线向坡内偏斜14-16° ;并且每一个灌浆孔的深度深入到设计开挖轮廓线以下不少于3m ;相邻灌浆孔之间的孔距和排距均不大于灌浆用浆液在岩体内扩散的扩散区半径的两倍。进一步的是，所述灌浆孔深入到设计开挖轮廓线以下的深度为3_5m，相邻灌浆孔之间的孔距和排距均为2-3m。进一步的是，在进行步骤3)的保护性灌浆时，采用的浆液为O. 5 I或O. 45 I的低水灰硅酸盐水泥浓浆，灌浆方法采用自下而上的纯压式分段灌浆法，灌浆压力为O. lMPa-0. 3MPa。进一步的是，在采用纯压式分段灌浆法进行保护性灌浆时，相邻灌浆孔内的浆液的扩散区在立面和平面上均形成重叠。进一步的是，在进行步骤4)的边坡支护时，采用挂网喷射混凝土层和打锚杆进行边坡支护。本发明的有益效果是通过先在需要开挖的大型卸荷松弛岩质边坡上打灌浆孔、然后再通过所述的灌浆孔向大型卸荷松弛岩质边坡岩体内灌入保护性浆液，并使所述保护性浆液在岩体内扩散形成固结保护层之后，再进行预裂爆破开挖，最后再对开挖完成的所述一级边坡进行边坡支护，并重复上述的步骤，至到完成整个大型卸荷松弛岩质边坡的开挖工作。由于所述的台阶式开挖施工方法，在进行边坡开挖工作前，先在大型卸荷松弛岩质边坡设计开挖轮廓线以里的岩体进行了灌浆加固，形成固结保护层之后再展开开挖工作，从而最大限度的减小了预裂爆破施工对大型卸荷松弛岩质边坡破坏，保证了被开挖边坡表层岩体的整体性和稳定性。同时，由于在开挖下一级台阶边坡前，先对已开挖完成的上一级边坡进行了支护，从而又可有效的预防了边坡表层岩体因预爆破施工而导致的垮塌事故的发生。而且，采用所述的台阶式开挖施工方法来开挖大型卸荷松弛岩质边坡还可以提高开挖轮廓面的成形质量和施工效率。
图I为本发明开挖完成的最上一级台阶边坡的状态示意图；图2为本发明由上往下的第二级预爆破开挖前保护性灌浆后的边坡状态示意图；图3为本发明由上往下的第二级台阶边坡爆破后形成的开挖轮廓面示意图；图4为本发明图3所示一级台阶边坡爆破后坡面喷锚支护施工后的边坡状态示意图。图中标记为天然坡面线I、设计开挖轮廓线2、灌浆孔3、固结保护层4、扩散区5、挂网喷射混凝土层6、锚杆7。
具体实施例方式如图I、图2、图3以及图4所示是本发明提供的一种采用现有的预爆破开挖技术对大型卸荷松弛岩质边坡进行开挖时，既能有效提高所述大型卸荷松弛岩质边坡表层岩体的整体性和稳定性，同时，又可预防边坡表层岩体因预爆破施工而导致垮塌事故发生的大型卸荷松弛岩质边坡的台阶式开挖施工方法。所述台阶式开挖施工方法包括以下步骤，I)打灌浆孔，从最上一级待开挖边坡台阶的天然坡面线I向边坡的设计开挖轮廓线2方向，倾斜的钻设深度超过设计开挖轮廓线2的灌浆孔3 ；2)保护性灌浆，自灌浆孔3向设计开挖轮廓线2以里的岩体内灌入保护性浆液，并使所述保护性浆液在岩体内扩散形成固结保护层4 ；3)开挖边坡，待步骤2)中的固结保护层4的强度达到设计要求后，采用预裂爆破开挖技术对已形成固结保护层4的边坡进行开挖；4)边坡支护，对步骤3)开挖完成的边坡进行支护，这样便完成了所述大型卸荷松弛岩质边坡的一个台阶层的开挖工作；5)重复I)至4)的步骤，由上往下按设计确定的台阶级数，逐级进行边坡的打灌浆孔、保护性灌浆、爆破开挖和支护，直到完成整个需要进行开挖施工的大型卸荷松弛岩质边坡的台阶式开挖工作。上述通过先在需要开挖的大型卸荷松弛岩质边坡上打灌浆孔3、然后再通过所述的灌浆孔3向大型卸荷松弛岩质边坡岩体内灌入保护性浆液，并使所述保护性浆液在岩体内扩散形成固结保护层4之后，再进行预裂爆破开挖，最后再对开挖完成的所述一级边坡进行边坡支护，并重复上述的步骤，至到完成整个大型卸荷松弛岩质边坡的开挖工作。由于所述的台阶式开挖施工方法，在进行边坡开挖工作前，先在大型卸荷松弛岩质边坡设计开挖轮廓线2以里的岩体进行了灌浆加固，形成固结保护层4之后再展开开挖工作，从而最大限度的减小了预裂爆破施工对大型卸荷松弛岩质边坡破坏，保证了被开挖边坡表层岩体的整体性和稳定性。同时，由于在开挖下一级台阶边坡前，先对已开挖完成的上一级边坡进行了支护，从而又可有效的预防了边坡表层岩体因预裂爆破施工而导致的垮塌事故的发生。结合设计和现有所述每一级台阶边坡的高度为9-llm，开挖坡比为I : O. 5的特点，为了使灌浆后形成的固结保护层能最大限度的对大型卸荷松弛岩质边坡形成保护，打灌浆孔3时，在平面上，步骤I)中的灌浆孔3的钻孔位置离开挖台阶坡脚2. 8-3. 2m ;在立面上，步骤I)中的灌浆孔沿铅垂线向坡内偏斜14-16° ;并且每一个灌浆孔3的深度深入到设计开挖轮廓线2以下不少于3m ;相邻灌浆孔3之间的孔距和排距均不大于灌浆用浆液在岩体内扩散的扩散区5半径的两倍。同时，所述的灌浆孔3的最佳布置结构为深入到设计开挖轮廓线2以下的深度为3-5m，相邻灌浆孔之间的孔距和排距均为2-3m ;并且在在进行步骤3的保护性灌浆时，采用的浆液为O. 5 I或O. 45 I的低水灰硅酸盐水泥浓浆，灌浆方法采用自下而上的纯压式分段灌浆法，灌浆压力为O. IMPa-O. 3MPa ;而且在采用纯压式分段灌浆法进行保护性灌浆时，相邻灌浆孔3内的浆液的扩散区5在立面上和平面上均形成重叠。上述实施方式中，为了进一步的防止施工后的台阶式边坡出现滑坡，提高所述台阶式边坡的轮廓面质量，在进行步骤4)的边坡支护时，采用挂网喷射混凝土层6和打锚杆7进行边坡支护。
权利要求
1.一种大型卸荷松弛岩质边坡的台阶式开挖施工方法，其特征在于包括以下步骤， 1)打灌浆孔，从最上一级待开挖边坡台阶的天然坡面线(I)向边坡的设计开挖轮廓线(2)方向，倾斜的钻设深度超过设计开挖轮廓线(2)的灌浆孔(3)； 2)保护性灌浆，自灌浆孔(3)向设计开挖轮廓线(2)以里的岩体内灌入保护性浆液，并使所述保护性浆液在岩体内扩散形成固结保护层(4 ); 3)开挖边坡，待步骤2)中的固结保护层(4)的强度达到设计要求后，采用预裂爆破开挖技术对已形成固结保护层(4)的边坡进行开挖； 4)边坡支护，对步骤3)开挖完成的边坡进行支护，这样便完成了所述大型卸荷松弛岩质边坡的一个台阶层的开挖工作； 5)重复I)至4)的步骤，由上往下按设计确定的台阶级数，逐级进行边坡的打灌浆孔、保护性灌浆、预裂爆破开挖和支护，直到完成整个需要进行开挖施工的大型卸荷松弛岩质边坡的台阶式开挖工作。
2.根据权利要求I所述的一种大型卸荷松弛岩质边坡的台阶式开挖施工方法，其特征在于所述每一级台阶边坡的高度为9-llm，开挖坡比为I : 0.5。
3.根据权利要求I所述的一种大型卸荷松弛岩质边坡的台阶式开挖施工方法，其特征在于在平面上，步骤I)中的灌浆孔(3)的钻孔位置离开挖台阶坡脚2. 8-3. 2m ;在立面上，步骤I)中的灌浆孔沿铅垂线向坡内偏斜14-16° ;并且每一个灌浆孔(3)的深度深入到设计开挖轮廓线(2)以下不少于3m ;相邻灌浆孔(3)之间的孔距和排距均不大于灌浆用浆液在岩体内扩散的扩散区(5)半径的两倍。
4.根据权利要求3所述的一种大型卸荷松弛岩质边坡的台阶式开挖施工方法，其特征在于所述灌浆孔(3)深入到设计开挖轮廓线(2)以下的深度为3-5m，相邻灌浆孔之间的孔距和排距均为2-3m。
5.根据权利要求I所述的一种大型卸荷松弛岩质边坡的台阶式开挖施工方法，其特征在于在进行步骤3的保护性灌浆时，采用的浆液为O. 5 I或O. 45 I的低水灰硅酸盐水泥浓浆，灌浆方法采用自下而上的纯压式分段灌浆法，灌浆压力为O. IMPa-O. 3MPa。
6.根据权利要求5所述的一种大型卸荷松弛岩质边坡的台阶式开挖施工方法，其特征在于在采用纯压式分段灌浆法进行保护性灌浆时，相邻灌浆孔(3)内的浆液的扩散区(5)在立面上和平面上均形成重叠。
7.根据权利要求I所述的一种大型卸荷松弛岩质边坡的台阶式开挖施工方法，其特征在于在进行步骤4)的边坡支护时，采用挂网喷射混凝土层(6)和打锚杆(7)进行边坡支护。
全文摘要
本发明公开了一种大型卸荷松弛岩质边坡的台阶式开挖施工方法，属于土建施工的边坡开挖技术领域。提供一种采用现有的预裂爆破开挖技术对大型卸荷松弛岩质边坡进行开挖时，既能提高所述岩质边坡表层岩体的整体性和稳定性，又可预防边坡表层岩体因施工而导致垮塌事故发生的大型卸荷松弛岩质边坡的台阶式开挖施工方法。所述施工方法通过先在需要开挖的大型卸荷松弛岩质边坡上打灌浆孔、然后再通过所述的灌浆孔向大型卸荷松弛岩质边坡岩体内灌入保护性浆液，并使所述保护性浆液在岩体内扩散形成固结保护层之后，再进行预裂爆破开挖，最后再对开挖完成的所述一级边坡进行边坡支护，并重复上述的步骤，至到完成整个大型卸荷松弛岩质边坡的开挖工作。
文档编号E02D17/20GK102979103SQ20121053953
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者宋胜武, 周钟, 巩满福, 郑汉淮, 杨静熙, 曾勇, 祝华平, 冯学敏, 孙金山 申请人:中国水电顾问集团成都勘测设计研究院