一种各向异性围岩非爆破开挖方法与流程

本发明涉及城市地下工程领域，特别涉及一种各向异性围岩非爆破开挖方法。

背景技术：

地下工程是城市重要组成部分，广泛分布包括地铁，地下给排水、电力通讯、燃气管道，人防工程等地下工程。地下工程建设主要有两种方式，一是明挖，适用于埋深浅，且对交通和人民群众工作生活影响小的地段的地下工程项目。这种开挖方式工程数量大，对人民群众生产生活，以及交通影响大，造价高。二是地下开挖，适用于地下工程埋深大的地段，其工程数量小，对人民群众工作生活影响小，造价低，为此得到广泛应用。

山区城市受地形地貌限制，建筑物密集，不适合采取爆破开挖方式，否则就会对建筑物安全及人民群众生产生活造成严重影响，为此不得不采取非爆破开挖方式。

山区城市地下工程围岩具有不连续、各向异性以及围岩组成材料的非均质性等特征，再加上结构面在围岩不同位置的发育程度和分布规律的差别，不同位置的围岩往往呈现出不同的工程特性。各向异性围岩受成分组成及生成年代不同，其产状不同，力学性质具有各向异性特点，在不同方向其强度不同，且强度差别较大。也存在强度不均一性，在不同位置强度存在差异。同时受结构面发育程度不同的影响，造成不同区域强度分布不同。如果没有科学的施工方法，开挖起来效率很低。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提出一种各向异性围岩非爆破开挖方法，提高开挖效率。

为解决上述技术问题，本发明提出的各向异性围岩非爆破开挖方法，包括以下步骤：

检测挖掘断面各个区域的围岩回弹值，确定回弹值最低区域，作为开挖区域；

在开挖区域处开挖形成掏槽空间；

从掏槽空间开始，先挖掘围岩回弹值低的区域，再挖掘围岩回弹值高的区域，逐步扩展，直到完成整个挖掘断面的挖掘。

进一步优化的是，在检测挖掘断面各个区域的围岩回弹值之前，检查挖掘断面是否存在节理，如果存在节理，则以所述节理作为开挖区域。

更加优化的是，在开挖区域取岩样，进行不同方向抗压强度试验，确定强度最低方向；以强度最低方向作为挖掘时的施力方向。

优选的，采用平口钎头手提式风镐作为掘进工具进行开挖。

最佳的，所述平口钎头手提式风镐的塘口钎头为：刀口宽度为手柄直径的2～6倍。可以扩大作用力区间，提高开挖工效。

本发明的有益效果是：采用本发明的方法开挖，掘进效率提高到2倍以上，工效明显提高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。

图1为平口钎头手提式风镐的塘口钎头的示意图。

图2为实施例1的挖掘断面的掘进开挖点及掘进方向示意图。

图3为实施例1的挖掘断面的掘进工序示意图。

图4为实施例2的挖掘断面的掘进开挖点及掘进方向示意图。

图5为实施例2的挖掘断面的掘进工序示意图。

具体实施方式

本发明提出的各向异性围岩非爆破开挖方法，包括以下步骤：

步骤1、检查挖掘断面是否存在节理，如果存在节理，则以所述节理作为开挖区域。否则，

步骤2、检测挖掘断面各个区域的围岩回弹值，确定回弹值最低区域，作为开挖区域；

步骤3、在开挖区域取岩样，进行不同方向抗压强度试验，确定强度最低方向；以强度最低方向作为挖掘时的施力方向。

步骤4、在开挖区域处开挖形成掏槽空间；

步骤5、采用平口钎头手提式风镐作为掘进工具，从掏槽空间开始，先挖掘围岩回弹值低的区域，再挖掘围岩回弹值高的区域，逐步扩展，直到完成整个挖掘断面的挖掘。平口钎头手提式风镐的塘口钎头为的刀口宽度为手柄直径的2～6倍。

实例1

结合图1、2、3所示，某城市地下排水管道施工，位于人行道和绿化带下部5～12米，管道直径为500cm，长度1200m。由于埋深大，且街道人、车流量大，难以明挖施工。地质为不同风化程度的砂岩。施工单位先前采取从掌子面中部开始开挖，手提式风镐施加作用力方向为与掌子面垂直方向，然后开挖上部，最后开挖下部，日进尺为2.0m。

采用本发明方案：

现场观测，无节理。采用回弹仪检测，掌子面距顶部280cm处回弹强度最小，为135mpa。现场取样试验抗压强度与水平方向成30°角方向抗压强度为120mpa，是最小值，与其垂直方向抗压强度最大，为262mpa。据此选择在掌子面距顶部270～290cm区域开始采用手提式风镐开挖，其平口钎头受力方向为与水平方向成30°角。如果存在节理，节理处的回弹强度最小，则以节理作为开挖区域。

先开挖掏槽孔，长度为480cm，高度10cm，深度50cm。掏槽孔下部围岩回弹值低，上部围岩回弹值高。开挖工序根据先挖掘围岩回弹值低的区域，再挖掘围岩回弹值高的区域，逐步扩展的规则，先挖掏槽孔下部围岩，再开挖上部围岩，最后完成整个掌子面。

改用本发明方法后，日进尺为4.4m，工效明显提高。

实例2

某城市地下排水管道施工，位于人行道和非机动车道下部7～12米，管道直径为300cm，长度800m；地质为不同风化程度的砂岩。施工单位先前采取从掌子面中部开始开挖，手提式风镐施加作用力方向为与掌子面垂直方向，然后开挖上部，最后开挖下部，日进尺为2.4m。

采用本发明方案：

现场观测，无节理。采用回弹仪检测，掌子面距顶部120cm处回弹强度最小。现场取样抗压强度试验，与水平方向成15°角抗压强度最小，为132mpa，与其垂直方向抗压强度最大，为305mpa。据此选择在掌子面距顶部110～130cm区域开始采用手提式风镐开挖，其平口钎头受力方向为与水平方向成15°角。如果存在节理，节理处的回弹强度最小，则以节理作为开挖区域。

先开挖掏槽孔，长度为130cm，高度10cm，深度50cm。掏槽孔上部围岩回弹值低，下部围岩回弹值高。开挖工序根据先挖掘围岩回弹值低的区域，再挖掘围岩回弹值高的区域，逐步扩展的规则，先自下而上开挖掏槽孔上部围岩，再自上而下开挖下部围岩，最后完成整个掌子面开挖。

改用本发明方法后，日进尺为5.2m，工效明显提高到2倍以上。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种各向异性围岩非爆破开挖方法，包括以下步骤：检测挖掘断面各个区域的围岩回弹值，确定回弹值最低区域，作为开挖区域；在开挖区域处开挖形成掏槽空间；从掏槽空间开始，采用平口钎头的手提式风镐，先挖掘围岩回弹值低的区域，再挖掘围岩回弹值高的区域，逐步扩展，直到完成整个挖掘断面的挖掘。采用本发明可提高围岩开挖工效到2倍以上。

技术研发人员：刘松;戴大荣;郑北海;黄家标;翟军;王武科
受保护的技术使用者：湖北公路智能养护科技股份有限公司;宜昌市虹源公路工程咨询监理有限责任公司;宜昌市城建项目管理中心
技术研发日：2019.02.21
技术公布日：2019.08.16