支撑下硬质岩非爆破开挖施工技术
程月红，张厚斌
（中亿车建设集团股份有限公司，江苏苏州215131）
[摘要】以实际工程为例，总结了施工中采用在岩体上钻孔，然后灌注膨胀剂，利用膨胀压力预裂岩体，再使用镐头机进行破除的方法.对施工中存在的难点进行了分析，提出了相应的解决方案.与传统爆破方法相比，该方法具 有安全性高、噪声小、无污染等优点.
[关键词】地下工程：开挖；非爆破；预裂膨胀；施工技术
[中图分类号]TU753
[文献标识码]A[文章编号]1002-8498（2015）13-0080-03
Non-blastingExcavation Construction Technologyin Hard Rock Under Supports
Cheng Yuehong Zhang Houbin
(Zhongyifeng Coneruction Grp Co. Ld. Suzhou Jianga 215131 China)
Abstract Based on engineering practice the authors summarized the construction technology that drillingin the rock then pouring expansion agent and using pick machine at last. The difficulties in construction p g en u od sen as aos o pe pke atechnology has advantages as high safety small noise and clean.
Key words underground; excavation; non-blasting: pre-crack expansion; construction
为燕山期早期钠长石化黑云母花岗斑岩组成.钻
1工程概况
索山公园地下空间开发项目位于苏州市高新探揭露范围内可划分为13个地层.积约25000m²，总地下建筑面积约40000m²，建筑示，拟建场地内1-5-4层粉质黏土及其以下土层中 区狮山路南侧、长江路东侧的索山公园内.占地面物地下为2层的人防工程，最大开挖深度为9.95m，集水井、电梯井超挖深度0.95~3.45m.
本工程场地不存在不良地质作用.据勘探揭局部存在呈中等风化的花岗斑岩孤石，其分布深度及粒径（厚度）不一，对钻孔灌注桩成孔有不利影响；暗塘及场地北侧的狮山路附近分布的1-1-1层填土（暗塘部位为新近回填面成）成分复杂，土质松散，压密度低，压缩性不均，且夹有较多碎石、块石 等建筑垃圾，工程性能差；暗塘及水塘部位分布的1-1-2层淤泥土质松软~流塑，压缩性高、触变性强，工程性能极差，上述现象对工程施工有一定影响.
拟建场地南侧为索山，山体高度约8.0m，其余区域原为农田，现为索山公园景观树及草坪，北部、中部及东南角部位均有水塘分布（现已回填）.场 地东侧南部紧邻索山，中北部为索山公园内部道路，道路东侧索山公园景观水塘，最近距离约20.0m：南侧20m外为一高档住宅小区；拟建场地西侧为长江路和轨道交通1号线；北侧为狮山路，西北角部位距轨道交通1号线苏州乐园站出人口 约5.0m.
3硬质岩破除
3.1硬质岩分布及工程性质
2工程地质条件
在第2道支撑施工完成，进行土方开挖过程中，在支撑下方基坑内存在自基坑边向坑内延伸的微风化花岗岩.岩石表层为中等风化，内部为微风化，RQD>90%.锤击声清脆，有回弹，不易击碎，饱145MPa>60MPa，属坚硬岩，岩石基本质量等级为I 和单轴抗压强度在120-200MPa，标准值为
拟建场地总体地貌属苏州西部低山丘和太湖堆积相平原地貌.上部为第四纪上更新世-全更新世以来沉积的黏性土间夹粉（砂）性土，下卧基岩
3.2施工难点及解决方案
3.2.1施工难点
3.2.2解决方案
级，岩体剖面如图1所示.为了继续进行地下室底 板浇筑，需要对岩体进行破除.
图1岩体剖面Fig.1 Profile of the rock
1）施工难度大、工期短索山公园地下空间开发基坑围护工程总工期为183d，由于场地深度内存在硬质岩，且勘察阶段确定的岩石强度与实际存在误差，致使嵌岩咬合桩的施工工期超出施工计划，土方工程的工期被严重压缩.且岩体体积大、强度高、完整性高，因此岩石破除施工难度高.
2）硬质岩破除施工噪声和粉尘控制现苏州地区对于施工现场噪声控制、污染源控制检查力度大.噪声污染规定白天≤85dB，夜里≤55dB.针对本工程，噪声污染是指岩石破除时的噪声，环境污染是指岩石破除时粉尘的控制，施工时不得产生粉 尘污染周围环境.
3）已有结构的影响本工程需要开挖的硬质岩体处在第2道支撑下面，竖向围护结构内侧.以往对岩石的破除一般采用爆破方式，爆破时产生的爆破荷载往往会对已有围护和支撑产生不利影响， 因此选择一种合适的破除方式将是本工程的关键.
4）对临近既有建（构）筑物及地铁设施的影响施工场地南侧为一居民小区，距离大约为20m.西侧邻近轨道交通1号线：北侧为狮山路，西北角部位距轨道交通1号线苏州乐园站出人口约5.0m.由于周围既有建（构）筑物多且临近地铁，场地环境 复杂，岩体破除对周围环境的影响必须控制在允许范围内.
为对上述岩体进行破除，决定采用先清除表层体，再使用镐头机进行破除的方案. 中等风化岩石，然后利用化学药剂微膨胀预裂岩
剂的产品介绍，采用每层80cm时，预裂效果最好. 1）竖向分层层厚确定根据现场试验及膨胀根据现场需破除部分的岩体厚度，将岩体自上而下分5层施工（见图1），先膨胀预裂，然后在支撑下使用短臂大功率镐头机进行破除.
2）排距及孔距的确定（见表1）
表1孔距与排距布置
Table 1The distance of holes and rows cm岩石普氏 F-4 F=6F=8F=12 钢筋硬度 极土 干孔距 排距 50-10040 80 50 30 40 30 30 30 40 20 30
根据现场试验，决定采用30cm孔距及30cm排距，如图2所示.
图2钻孔布置及施工示意（单位：cm）Fig. 2 Layout of drilling and construction( unit: cm)
3）药剂使用量确定（见表2）
4静态爆破工艺原理与施工
4.1工艺原理
凿岩机引孔后，将静态破碎剂灌人孔中，膨胀剂产生的膨胀压力破坏岩石、产生裂缝，然后再使用短臂大功率镐头机破除已开裂的岩块，从面达到开挖的目的.
为其抗压强度的1/10，岩土工程勘察报告所提供的 根据岩土工程资料可知，花岗岩抗拉强度一般本支撑梁下岩石抗压强度为120~200MPa，计算可知该区域岩石的抗拉强度值为12~20MPa.静态破裂剂可达到30MPa的膨胀压力，现场42mm钻孔，深度为1m.
根据岩石强度计算可得，在均匀受力的情况下可承受12000-20000kN/m²的拉应力.根据膨胀剂可产生的膨胀力以及钻孔侧向面积计算，单个钻孔膨胀力F=ps=1420kN.
集中现象，静裂从钻孔应力集中处向岩石深度发 钻孔内膨胀应力对岩石的作用存在一个应力
表2布孔设计及药剂使用参数
Table 2Holes layout and parameters of reagent破碎目标 孔深L 相邻孔距 a/cm 排距b/cm 孔径d/mm 使用量/（kg*m-²）低硬度岩石 中硬度岩石 1.05H 1.0W 40 ~100 (0.6 ~0.9)a (0.6 ~0.9)a 38 ~50 38 ~50 5-10 12 -22坚硬花岗岩石 石材切割 1. 05H 0.9H 25-40 20-40 (0.6 -0.9)a 30 ~80 38~50 38 ~50 18 ~25 12 -18家凝土 0.8H 0E-07 (0.6 -0.9)a 38-50 12 -18钢第混凝士 0.9H 15 30 (0.6 ~0.9)a 38 ~50 18 ~25
其中水平方向的分力所产生的弯矩将会断影响. 岩石；面垂直方向的分力为轴力，不会产生破坏
展，最终形成一条贯通的劈裂线.岩体内应力分布如图3所示.
块岩所能承受的最大弯矩根据其极限抗拉强度、受力面积以及受力特点进行计算：
M = FL =163.125kNm <208.9kNm 在镐头机所产生的破坏弯矩及应力集中效应双重作用下，岩石将在既有裂纹底部沿水平方向产生脆性破坏. Fig. 3 Stress distribution in the rock ( unit: cm) 图3岩体内应力分布示意（单位：cm） 4.3工法特点 4.2破除机械选择 会对已有的结构产生动荷载，不影响周围既有建筑 本工程所选用的方法安全、噪声小、无污染、不设施.膨胀剂无毒无公害，运输保管方便，使用简单，极大地提高了施工效率，节省了人力物力. 硬质岩位于支撑梁下，作业空间较小，且岩石硬度大.故选用短臂大功率镐头机进行岩石的破除.施工时，在岩体上裂缝产生后，将层状岩块按照每2m为1个单元宽度进行破除，进一步减小施工难度，增大施工效率.先用镐头机将表面裂纹进 行破碎扩大，然后再利用镐头机的作用力所产生的弯矩，将岩石断，以达到破除的目的. 4.4施工工艺流程 位一钻进成孔一装药反应→机械破除→进人下一 工艺流程如下：布孔设计→施工准备一测量定层循环施工. 查阅资料可知，现场采用的200型镐头机可产生140kN的竖向力，由于裂缝两边受力相等，故待 破除岩块上承受的竖向力为70kN.镐头的力垂直于裂缝斜面（现场扩缝所成斜面与水平方向夹角大致为70°~80°），将作用力进行分解.岩块破坏前受力分析如图4所示.计算得：F，=0.5×140=70kN;F .F tan75° =261. 2kN. 4.5操作要点 1）设计布孔在钻孔排距与孔距确定前，需要度等.硬度越大、节理越不发育则所布置的孔距和 了解岩石硬度、主要节理、节理走向、节理密度、宽排距越小.进行现场试验，在试验效果的基础上，结合施工条件确定孔距和排距. 2）施工准备在施工前对施工人员进行指导，准备好施工所需要的机械、物品、药剂使用量以及 应急处理物资.因为药剂反应时间较长，且与气温密切相关，因此施工前要查询好天气情况. 3）钻孔本工程岩石破除计划采用d42mm钻孔，成孔时严格控制孔距及孔径.成孔深度控制在1m左右，已达到最好的预裂效果. 4）装药反应待1排钻孔完成后，统一灌注药剂进行胀预裂.药剂调试完成后要迅速灌人孔中，出现裂纹后要向孔内加水，使药剂能够持续反应，裂缝能够贯穿连通.现场操作人员分组，每组负责3个钻孔的装药与加水. Fig. 4 Force analysis before rock failure ( unit: cm) 图4岩块破坏前受力分析示意（单位：cm） （下转第91页） 万方数据 算结果影响不明显. 3结语 （上接第82页） 4.6质量控制 5实施效果 万方数据 图10最小覆土厚度随水下土体饱和重度 变化关系曲线 Fig.10 Curves of the minimum thickness of coveringsoil which was followed by soil saturationweight under water 算时，需将水下土体饱和重度作为敏感因素考虑. 当考虑结构上浮且计人上覆土体侧摩阻力计当采用其他方法计算时，可不将水下土体饱和重度作为敏感因素. 下水位、结构外径、同步注浆重度、土体重度、土体 通过对盾构隧道最小覆土厚度计算方法中地黏聚力和内摩擦角等影响因素的单变量分析，对各计算方法适用性的总结如下. 1）进行最小覆土厚度计算时，需同时考虑盾构施工和结构抗浮要求，选择最严格的覆土控制要求. 土体黏聚力和内摩擦角是影响最小覆土厚度的敏 2）考虑盾构施工要求计算最小覆土的方法中， 与气湿密切相关，温度越高反应越快，反之则越慢. 药剂反应时间的控制：膨胀剂反应速度的快慢如果气温太低，过慢的反应速度会给施工带来不便.因此需要控制药剂反应时的温度，一般所采用的措施是加人保温剂和提高拌合时的水温. 1）静态爆破剂质量控制对进场材料进行抽样检查，确保材料符合标准，不符合要求的禁止使用. 2）钻孔质量控制编制专项施工方案，根据现场试验确定孔距和排距.成孔时严格控制孔距以 及孔径. 3）装药质量控制严禁一边打孔一边装药，装药要一次完成.不得成孔后立即装药，清理残渣待温度降低后方可装药. 参考文献： 6结语 参考文献： 感因素，地下水位和土体重度为非敏感要素. 3）考虑结构抗浮的简化计算方法中，地下水位、结构尺寸、同步注浆浆液重度是影响最小覆土厚度的敏感因素，土体重度为非敏感要素. 计算方法中，地下水位、结构外径、同步注浆浆液重 4）考虑结构抗浮并计人上覆土体侧摩阻力的度、土体黏聚力、水下土体饱和重度是影响最小覆土厚度的敏感要素，土体摩擦角和水上土体天然重度为非敏感要素. 5）考虑结构抗浮计算方法中，上覆土土质较好且有一定实践经验时，可适当考虑上覆土体的侧摩 阻力，增加隧道经济性；上覆土土质较松散、强度较低时，建议采用简化计算方法确定最小覆土厚度. 6）隧道施工阶段全部考虑同步注浆浆液引起的结构上浮，浆液重度对最小覆土厚度计算结果影响较大.根据浆液凝固时间与统计上浮量的关系， 可选择部分计入浆液浮力作用. [1]上海市隧通工程轨道交通设计研究院，DG/T308-2033-[2]DGJ08-109-2004城市轨道交通设计规范[S].上海，2004. 2008道路隧道设计规葱[S].上海，2008.[3]张庆贺，王慎堂，严长征，等，盾构随道穿越水底浅服土施857-861 工技术对策[J].岩石力学与工程学报，2004 23（5）；[4]戴小平，郭涛，泰建设，盾构机穿越江河浅覆土层最小埋深[5]王新，姜弘，王印昌，等，盾构随道最小覆土厚度的计算研 的研究[J].岩土力学，2006 27（5）：782-786.究[J].防灾减灾工程学报，2013 33（S1）：2260-2269.[6]沈林冲，钟小春，秦建设，等，钱糖江盾构越江隧道最小覆 土厚度的确定[J].岩土力学，2011 32（1）：111-115. 在岩体上进行钻孔，然后再灌人岩石无声破碎剂，利用药剂的膨胀力，顺利地使岩体产生了张拉 裂缝，然后再利用短臂大功率镐头机进行破除，岩体断面完整，破裂情况与假设一致，解决了本工程支撑梁下岩石破除的各项重难点问题. 胀压力使岩石破裂的方法，与传统爆破方法相比， 本文总结了采用先钻孔，再灌膨胀剂，利用膨具有以下优点：不存在对支护结构爆破荷载，保证了结构的安全性；施工过程中噪声小，无污染；操作的安全性高，无飞石，彻底消除硬质岩爆破时的安全隐患. [1]CB50300-2013建筑工程施工质量验收统一标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.[2]上海市基础工程公司.CB50202-2002建筑地基基础工程施 工质量验收规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.
