钻孔胀裂法在隧道掘进工程中的应用
曹晓立，马瑞”，高文学，叶春琳”
（1.北京工业大学建筑工程学院，北京100024：2.北京市波路桥股份有限公司，北京100068）
[摘要】岩质隧道钻孔账裂法是一种新型的破岩方法.该方法可以很好地避免传统爆法环境影响大、施工破坏严重的缺陷，充分利用岩石本身的力学特点，环保、无尘，可控地完成岩石破驳，同时具有成本低和灵活性好的优 点，在复杂环境下的隧道破岩作业中得到充分应用.以111国道古石隧通为背景，通过对钻孔账裂法的使用效果进行现场试验研究，验证该方法在岩质隧道开挖中的适用性，同时为复杂环境下隧道开挖地工提供新的设计思路和施工工法.
[关键词]隧道工程；岩质隧道：钻孔胀裂：搬动控制；施工技术
[中图分类号]U455 [文献标识码]人 [文章编号]1002-8498（2017）05-0126-03
Application of Borehole Burst Method in Tunnel Excavation Engineering
Cao Xiaoli Ma Rui² Gao Wenxue' Ye Chunlin²(1. Colle of Arhaetre and Cn Enginring Bejing Uieiy f TechologyBejing100124 Chin;2. Bejing Municipal Road & Bridge Greup Co. Lad. Beijing 100068 China)
Abstract;Borehole burst method of rock tannels is a new kind of method of rock fragmentation. Thismethod can avoid the shorting of the traditional drilling and blasting method very well such asenvironmental impact and construction badly damaged. The method of tunsel construction in plexBased on No. 111 National Tunnel through the use of borehole burst method effect for field test research environment is often used because of the environmental proteetion clean and controllable rock bursting.the method in rock tunnel excavation of applicability is validated at the same time new design ideas andconstruction methods are provided for the tunnel excavation under plicated environment.
Key words;tunnels;rock tunnels ;borehole burst method ;vibration control; construction
本文以111国道的古石隧道作为背景工程，对钻爆法是目前山岭隧道修建时使用最多的方钻孔账裂法在岩质隧道开挖中的使用效果进行分
0引言
法，但其缺点也较为明显，安全环保、风险大、社会析，探讨了该方法在隧道施工中的普适性，并为复环境影响大等问题使得传统的爆破开挖在很多工杂环境下道开挖提供新的设计思路和施工工法.一种新型的破岩技术一钻孔胀裂法，以其良好的可控性和环保性，在复杂环境隧道掘进工程中应运而生.钻孔胀裂法利用岩石抗拉强度远小于抗压强度的特点，先在岩体中成孔，借助大功率胀裂设 备，通过液压传动、多棒同步对孔壁施加压力，当压力大于岩石的抗拉强度时，岩体发生破裂，该方法灾害，真正达到安全可靠、节能环保、提高效率、保工间题，取得较好的工程效益和经济效益.证工期要求1].
程中不能顺利实施，严重影响施工进度.近年来，1工程背景
111国道（汤河口一市界段）改建工程第一标段古石道工程，前期采用传统的钻爆法进行施工.由于该方法存在火工器材运输、储存、使用等环节破产生的振动、粉尘、噪声等引起周边居民时常阻 的安全隐患，爆破审批手续长达数月之久，同时爆工，导致整个施工进度拖延1年有余.因此，该段隧可以很大程度避免爆破产生的振动、飞石和噪声等道采用钻孔账裂法施工，有效解决钻爆法带来的施
2施工工艺
隧道掘进施工，掌子面上只有一个自由面，采用机械胀裂法破碎岩石，至少需要创造一个新的自由面.此外，机械胀裂器破岩只是将掌子面上的岩
3现场试验研究
3.1钻孔设计
万方数据
在一起，不可能像钻爆法施工那样将岩块抛掷出孔施工→二次破碎→初期支护、进入下一循环.
钻孔胀裂法采用的柱塞式胀裂器是一种新型14个小活塞.胀裂棒工作时，棒体安置在钻孔内， 破岩装置，其结构如图1所示.账裂棒体布置10-2）或H形.油压泵提供超高油压时，小活塞伸出棒体直接对钻孔内壁产生作用力.胀裂棒相关设备参数如下：账棒长1m或1.4m，活塞间距70mm，活塞直径46mm，伸缩进程45mm，胀裂力130~180MPa.
图1孔内柱式胀裂器Fig.1Hole pillar burst equipment
柱式胀裂棒的特点是活塞产生的作用力不经棒，钻孔抵抗线取0.6m，孔间距为0.75m.大，所需钻孔超深较小，账裂棒可安放于钻孔内的面附近开始，然后逐层将掌子面上的岩体分裂开 了破岩能量利用率.此外，柱式胀裂棒的行程较任意位置，并且实现多台胀裂棒同时作业，从面增加胀裂力和胀裂深度“].
根据隧道围岩特性、临空面形态、胀裂棒性能等确定钻孔布置参数（包括孔间距、孔深和排距岩等级条件下的施工技术参数，根据数值模拟取值径90mm，钻孔应尽可能在同一平面或竖直面上，边界处应沿开挖轮廓线进行钻孔，以保证胀裂效果.只使用人力进行账裂作业，则需消耗大量的人力、工、喷射混凝土等.将胀裂棒安装在挖掘机的支臂前端，实现机械化钻以111国道的古石隧道为背景工程，通过分析裂设备正在研究和分析过程中，并可作为日后的发账裂法这一破岩施工新技术，并取得很好的效果.展方向.
体分裂开来，形成裂隙网，其底部往往还与母岩连3.2新自由面形成
3.3钻孔施工
过形装置转换，而是直接作用于钻孔内壁，提高3.4岩体胀裂
3.5二次破碎
如下：钻孔间距0.7~0.75m，抵抗线0.5~0.6m，孔3.6初期支护
物力和时间，因此，为了提高施工效率和效果，可以4结语
隧道掘进施工，由于只有一个临空面，采用钻去，因此需要进行二次破碎才能清运.由此，隧道孔胀裂法破裂岩石时需要创造新的临空面.现场钻孔胀裂法施工工艺流程主要包括形成新自由面、采用连续钻孔形成临空面.新的临空面布置在隧施工准备一形成新的自由面一连续钻孔切缝一钻面不同的岩层条件，选择软弱岩层布置.采用连续钻孔，一次可形成3~5m深的临空面，因而提高了胀裂器破岩效率.临空面一般布置成一字型（见图
图2形成新的自由面Fig.2A new free surface
根据隧道围岩特性、胀裂器的型号和规格等确定钻孔布置参数（包括孔间距、孔深等），然后进行布孔和钻孔.对于111国道的古石隧道钻孔胀裂
利用径向账裂器，岩体胀裂工作从形成新自由来，形成裂网.对于节理裂隙较发育的岩体，胀裂后的部分岩块会自然脱落.
胀裂过程中横向布孔和纵向布孔时的现场图片以及胀裂力作用下产生的裂隙如图3所示.
利用液压破碎锤，对经过胀裂带有的裂隙网的等），然后进行布孔和钻孔.对于本项隧道工程围岩体或破碎不完全的大块岩石进行二次破碎，将其 破碎为合格的块度，以利于清运.
掌子面破碎的渣土清运完成后，对隧道进行初期支护.根据支护设计进行初支施工.初支一般
岩质隧道钻孔胀裂法作为新的隧道开挖方式，
（上接第76页）
7边跨现浇段施工
8中跨合龙段施工
9结语
万方数据
图3横向与级向裂隙
Fig. 3 Transverse and longitudinal bursting
达到了使隧道周边平整可控的效果，解决了钻爆法超挖、欠挖问题，避免了爆破产生的振动、飞石以及噪声等工程问题，很好地解决了111国道古石隧道开挖过程中出现的问题，使得隧道开挖得以顺利进 行.同时，胀裂棒活塞采用高强钢材为制作材料，在胀裂过程中不会受损，可以重复循环多次使用，超高压液压设备的生产也属于非常成熟的手段，不但在使用过程中基本不会损伤，而且可以重复使 用，远程控制等技术也使得钻孔胀裂施工更加人性化和机械化，大大节省了人力、物力和财力的投人.
不过，在111国道古石隧道开挖过程中，围岩条
7）转体超转或转体轴线控制改进措施，在临时支墩处将梁体中轴线精确放样，并将现浇梁纵轴线在梁端放样，并用墨线弹好，当梁端纵轴线与临时支墩纵轴线重合时转体基本就位.
边跨现浇梁采用碗扣支架和贝雷片相结合的形式进行施工，边跨现浇段（2号块）长13.6m，在转体就位后一次立模浇筑，实现边跨合龙.
体系转换完成后，按照设计要求进行中跨合龙段施工.中跨合龙段采用吊篮法.吊篮由既有线外滑移至跨中.
程，且同时跨越京包线、集包线，技术难度大，安全 1）跨既有线墩顶转体施工是张呼铁路首个工风险高.该工程从2014年8月1开始至2015年6月15日完成跨中合龙，仅用10个多月的时间，缩短工期约3个月.
参考文献：
参考文献：
岩存在，在V级围岩的账裂作业中会出现由于围岩 件复杂，以IV级围岩居多，部分隧道段会有V级围等级较低，破岩胀裂力偏大，在胀裂时，胀裂棒活塞处的岩石产生局部压碎破坏，不能产生贯通的裂从而导致围岩破裂失败.因此，岩质隧道钻孔胀裂 法并不适用于级别的围岩.通过多种围岩和多次胀裂作业可以得出，岩石等级越高，该方法的胀裂效果越好.在V级围岩及等级更低的围岩条件下，机械胀裂法不适用.
陷，与传统的钻爆法相比，钻孔胀裂法施工存在工 同时，岩质隧道钻孔胀裂法也存在很明显的缺作量大以及施工进度慢等缺点.
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封锁60多次，同时还需搭设防护门架，而采用墩顶 2）普通挂篮法连续梁跨越铁路施工需对铁路转体法，将连续梁施工从既有线施工变成临近既有线施工，对铁路封锁只需3次，大大降低了对既有线行车的干扰，安全快速优势明显.
体质量小、转体重心低、牵引力小、施工更安全、造 3）墩顶转体施工与承台转体施工相比，具有转价低等优势.
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