雙刀礦山切割機開挖大型巖石基坑施工工法QBMNJG-SJ-008-

......雙刀礦山切割機開挖大型巖石基坑施工工法工法編號：QB/MNJG—SJ—008—2014完成單位：福建省閩南建筑工程有限公司主要完成人：黃荷山、黃杰龍、邱志祥、林國洪、連泉明1前言采用爆破作業(yè)開挖巖石基坑，造成遠遠就能聽到隆隆的炮聲，看到滾滾的塵埃，巨大的沖擊波及飛石對周圍高大擁擠的建筑物會造成很大的安全隱患,他不僅對建筑物周圍的環(huán)境造成極大的污染和破壞,而且對石材資源造成巨大的浪費。針對這些問題，閩南建工集團通過技術攻關，不采用爆破作業(yè)，利用礦山切割機進行巖石基坑開挖的新工藝，以雙刀礦山切割機為依托，解決了巖石開挖、基坑方料的起吊等難題，有效降低工人的勞動強度，提高巖石的可再利用率。我司自2011年以來經(jīng)過多個工程實踐，對利用礦山切割機進行基礎石方開挖的施工工藝進一步改進、創(chuàng)新，總結形成本工法。工法關鍵技術雙刀礦山切割機開挖大型巖石基坑及風鎬引孔、起吊施工技術通過本公司專家委員會審定，該工法達到國內(nèi)領先水平，并形成二項實用新型專利（一種新型風鎬引孔支架，申請?zhí)?01420619759.3；一種新型鋼軌撐墊裝置，申請?zhí)枺?01420671165.7）。我司在泉州市東海學園泉州一中分校、泉州市公路一公司科技樓、閩南建工總部大廈等多個工程應用了該工法，有效地保證了工程質量、工期及施工安全，受到各方好評。2工法特點2.0.1與傳統(tǒng)爆破方式相比，利用礦山巖石切割機開挖基巖，具有技術先進、功效高，操作簡便、安全，對周邊環(huán)境影響較小。2.0.2切割法處理巖石地基具有成型規(guī)則、幾何尺寸控制精確，不超挖，對周壁不產(chǎn)生擾動，不破壞地基巖石的完整性等優(yōu)點，施工質量可靠。2.0.3石材是一種有限的不可再生的自然資源，切割形成的方塊巖石成型規(guī)整，可再利用率高。2.0.4施工操作方便、施工速度快、減少浪費、降低勞動成本，且占用場地小、可以降低成本且又符合環(huán)保要求。3適用范圍本工法適用于作業(yè)面較大、周邊環(huán)境復雜、繁華市區(qū)、即有建筑群中及類似條件下對噪聲、震動干擾較敏感的巖石基坑中開挖施工。在重要建筑附近或施工環(huán)境要求較高的地區(qū)尤其適用。4工藝原理大型巖石基坑雙刀礦山切割施工技術，是用雙刀礦山切割機對地質基礎進行分段、分層切割，達到建（構）筑物的基坑標高。即在垂直方向采用礦山切割機（見圖4）進行分段、分層切割至一定深度，根據(jù)選擇的切割機械的型號，每皮切割深度最高可達1600mm，寬度綜合考慮巖石的硬度控制在1500mm左右、長度可根據(jù)需要進行任意切割。水平方向采用專用的風鎬機進行引孔，最后在小孔內(nèi)放入鋼楔子，錘擊鋼楔擠壓巖石，給予基巖一個水平拉力和剪切應力，當水平拉力、剪切應力大于巖石的極限抗拉和抗剪切應力時，基巖就會發(fā)生拉裂和剪切破壞，與整體巖石分裂。在切割法施工過程中，切割機械會產(chǎn)生很大的熱量，所以在操作過程中，礦山切割機的刀片必須處于冷卻水中，以保證刀片不致溫度過高而損壞。圖4YZK1360/1900四圓柱雙刀礦山切割機外形圖1-鋸片吊裝機構；2-備用鋸片掛架；3-圓柱升降機構；4-行走軌道；5-外觀鈑金機構；6-行走機構5施工工藝流程及操作要點5.1工藝流程本工法施工工藝流程見圖5.1。施工準備→定位放樣→軌道鋪設→礦山切割機就位→切割→引孔及斷巖→取出巖塊→方料外運→下一循環(huán)→基槽驗收圖5.1施工工藝流程圖5.2操作要點5.2.1施工準備正式施工前，將電源、水源接通，將施工所用的材料、機具運輸?shù)轿?，技術管理人員熟悉圖紙，了解地質情況、基坑外圍尺寸或承臺的尺寸、基底標高等相關參數(shù)，并對操作人員進行技術交底和安全交底，達到開工的條件。施工前要認真查看工程所處地質勘察資料，查明地層巖性、地質構造、基巖風化層厚度、破碎程度、軟弱夾層情況和地下水的狀態(tài)，對施工中常遇到的問題應采取相應的解決辦法，并針對可能出現(xiàn)的問題擬定可行的應急處理措施。開挖至巖石面，用水泵將水抽干，為下一道工序施工做好準備。調(diào)查、確定巖石的巖性、分析可再生利用的價值。5.2.2定位放樣根據(jù)基坑的尺寸使用經(jīng)緯儀或全站儀進行測量定位，根據(jù)設計圖紙放出基坑最高處的切割開挖邊線的位置，并留有充足的施工作業(yè)面及每層切割產(chǎn)生的錯臺面?；幼罡咛幍那懈钸吘€=基礎外邊線+基礎外所需的輔助材料工作面寬度(如磚胎模、支模等)+基礎施工作業(yè)所需的操作面寬度+切割所產(chǎn)生的錯臺面總寬度（為切割層數(shù)×100mm，放樣前應先測定最高切割點的標高與設計基底標高的高差，從而確定所需切割層數(shù)）。注:工作面寬度根據(jù)基礎材料每邊增加：混凝土墊層支模板300mm；混凝土基礎支模板300mm；基礎垂直面做防水層800mm（防水層面）。對于承臺等深度在1500以內(nèi)小型基坑，可按設計尺寸的大小進行切割。深度超過1500mm時，每增加1500mm，每邊需增加工作臺面750mm。3放出基坑的邊線，經(jīng)監(jiān)理單位驗線后方可進行施工。5.2.3軌道鋪設導軌鋪設時，應預先清理導軌支座落點及加固處表面松散雜質土等，保證支座的基礎牢固可靠，地面相對平整。根據(jù)每層切割深度，先安設好第一道切割機的鋼導軌，經(jīng)對切割邊線的直線度、平整度復核無誤后進行加固；以第一道軌道為準，采用水平尺、卡尺進行第二道鋼軌道的安裝，在安裝第二道鋼導軌時，每道鋼導軌間包外寬度均為1200mm，每道導軌的寬度應一致且水平，導軌安裝牢固、可靠。導軌宜采用4米長標準導軌，各節(jié)導軌之間采用螺栓進行連接，用水平儀對兩導軌面找平，使其平行在同一水平面上。為了保證主切割機的水平走刀運行，雙軌必須平行、兩軌面應在同一水平上，誤差應小于0.04/1000。導軌直接鋪設在地面時，宜引孔打入鋼纖與基巖固定、卡緊。巖面較平坦且軌道距地面小于100mm時，采用軌道兩側鉆孔插鋼銷進行固定；距離巖面大于100mm且小于200mm時，宜采用兩軌中間巖石上鉆孔插鋼銷并用兩根?22圓鋼交叉進行焊接固定。水平采用枕木及木楔進行進行調(diào)平。對于高差大于200mm基巖可以采用巖石方料進行墊高或采用千斤頂進行自動微調(diào)。在導軌安裝完成后應再次復核導軌的垂直度、水平度。宜在導軌端部安設激光水平儀對導軌進行自動調(diào)平及調(diào)直。導軌可一次性安裝多道切割導軌，以便進行連續(xù)切割。5.2.4雙刀礦山切割機就位采用鏟車將雙刀礦山切割機底座架設于軌道上。利用雙刀礦山切割機本身底部的輪子及可調(diào)螺栓微調(diào)至軌道的準確位置，后降低螺栓將輪子降落至軌道上。根據(jù)石材荒料的寬度，確定兩主軸箱的位置，以實現(xiàn)兩鋸片之間距離的調(diào)整。安裝鋸片時，鋸片的端面和徑面跳動不得大于0.5mm。同時，檢查刀盤和各緊固部位螺栓有無松動。清除機臺周圍所有阻礙物，檢查鋸片的高度，其最低邊緣離切面的最高點距離應為10mm～20mm。5.2.5切割1以每道巖石的切割寬度為1500mm為例，每層切割時在便于石方裝運地點或離臨時施工道路較近處，在3000mm范圍內(nèi)縱向切割線按750mm間距進行切割，作為該層的開挖缺口及通道，即切割第二道和第三道時，縱向切割寬度控制在750mm以內(nèi)，橫向控制在2000mm左右。其它寬度可根據(jù)用戶的要求進行切割。橫向切割線按要求切割一道，其它切割線采用風鎬引孔，圓鉆斷巖。圖5.2.5基坑切割線平面布置圖用水平儀對切割層巖面進行標高設定，以控制切割的深度?？筛鶕?jù)軌道標高與鋸片外緣的距離準確計算切割深度，從而使斷巖面水平一致。初切時宜采用?2200mm的鋸片，切至800mm深左右時更換?3000mm的鋸片進行切割。(初切時若采用?3000mm的鋸片,極易產(chǎn)生晃動。)應根據(jù)基礎巖石的硬度調(diào)節(jié)降刀速度，以達到所需最佳降刀要求，每行走一次切割最大深度不得超過100mm。切割時冷卻水必須充分，嚴禁無水或少水切割。圓鋸片運轉平穩(wěn)后才能降刀切割。特別注意，刀片與石材抵住時，嚴禁開機。切割到端部時應先停止走刀，繼續(xù)切割需再降刀，在降刀時必須確保主機無抬起現(xiàn)象。停止切割走刀時，鋸片應提出地平面后方可停止電機運轉。荒料切割完畢，必須先將切割機退離端頭，然后方可提刀退出。5.2.6引孔及斷巖每皮寬度在750mm左右的巖石可采用Φ22圓鋼尖鑿子和14鎊大錘對切割縫進行錘擊擠孔，從而產(chǎn)生的水平擠應力，使巖石在切割的底部水平斷裂。Φ22圓鋼鉆可根據(jù)巖石的硬度按間距200mm進行設置。寬度在750mm以上應在巖石底面引孔，采用Φ25圓鋼尖鑿子進行擠孔，產(chǎn)生的垂直方向的應力，將巖石爆裂。水平方向宜制作專用風鉆機持撐架，以提高工作效率和引孔質量；其主要構造是撐架橫向設置，持架的后端向上傾斜設置，持架的斜下端連接于撐架的尾端處；見圖5.2.6。圖5.2.6新型風鎬引孔持撐架1－槽形撐板；2－多根限位柱；3－輪板；4－滾輪；5－輪軸；6－雙架桿；61－把桿；62－防滑套；A－風鉆機體；A1－半圓形凸塊；A2－空壓管；B－串柱。切割完成后，采用專用的風鎬對芯巖水平方向進行引孔，引孔直徑33mm，孔與孔間距宜為200mm左右，鉆孔深度一般為100mm～120mm。鉆孔時，鉆孔的方位應垂直于孔所在的切割面。嚴禁打斜孔和淺孔，不應在巖石受力不好的位置打孔。鉆孔完成后使用鋼楔子打入孔中，鋼楔子直徑25mm，用鐵錘打入風鉆孔中擠孔，基巖沿鉆孔方向開裂，繼續(xù)打孔，使基巖沿水平方向分離。5.2.7取出巖塊在第一塊方料上方進行雙向引孔，使兩孔相通。第二塊方料引單孔，形成吊孔，采用鐵鏈穿孔，用叉車進行起吊。至第一道切割線方料吊離完成。采用這種方式吊運四道左右，以便叉車的通行。其它的可以采用叉車直接叉吊。引孔見圖5.2.7。對于承臺等小型基坑，均采用引孔形成吊孔，鐵鏈穿孔，用叉車進行吊運。圖5.2.7基坑切割透視圖3每皮巖石切割至叉車可以通行情況下，可以直接采用叉車進行叉運。5.2.8方料外運切割完成后，采用專用的叉車將方料搬移至車上，堆放至加工場中轉場地。在運輸過程中應對車輪進行保護，防止尖石破壞輪胎。巖石的運輸應采用安放平穩(wěn)牢固、防止掉落的措施。開采出的方料暫未運至加工場時應采用場內(nèi)運輸車運至指定場地，整齊堆放且需穩(wěn)固可靠。5.2.9下一循環(huán)：重復5.2.2～5.2.8施工方法，直至基坑成型。5.2.10基槽驗收：校對承臺位置、平面尺寸、基底標高等是否符合設計要求，并辦理相關的驗收手續(xù)。5.3勞動力組織本工法采用一臺雙刀礦山切割機所需的操作人員主要有：電焊工、電工、機操工、普工，數(shù)量根據(jù)實際工程量進行安排。電焊工、電工、機操工等特殊工種必須持證上崗。每臺切割機配置勞動力組織安排見表5.3。表5.3勞動力組織情況表（單位：人/臺）序號序號工序名稱技工人數(shù)普工人數(shù)1鋪軌212切割213引孔534搬運205鏟車機械工216材料與設備6.1材料6.1.1主要材料有木方枕、木楔、導軌、鋼筋。6.1.2主要材料名稱、規(guī)格、主要技術指標見表6.1.2。表6.1.2主要材料一覽表序序號名稱單位數(shù)量1200×300×500枕木根10020～100×200×200枕木根2003?22鋼筋T0.344米標準導軌節(jié)506.2設備6.2.1主要機具見表6.2.1。表6.2.1主要機具一覽表序序號名稱單位數(shù)量1YZK型四圓柱雙刀礦山機臺12空氣壓縮機臺33叉車輛l4小型后八輪汽車輛25線蠅切割機臺l6焊機臺17撬棍把16.2.2四圓柱雙刀礦山機主要參數(shù)見表6.2.2。表6.2.2四圓柱雙刀礦山機各型號的主要參數(shù)名名稱單位YZK1360/1900YZK1400/1900YZK1500/2000YZK1950/2450YZK2600/3100鋸片直徑mm?2200～?3500?2200～?3500?2200～?3500?2600～?4200?260～?4200鋸片數(shù)量片22222可開荒料深mm950～1600950～1600950～15601110～19001100～1910可開荒料寬mm1360～19001400～19001500～20001950～24502600～3100走刀速度Mm/s0～400～400～400～400～40整機重量Kg8000800080001100011000外形尺寸mm3500×1650×26003500×1650×26003500×1650×26004215×2150×30004215×2800×30007質量要求7.1質量控制標準7.1.1施工時，基坑工程質量控制與驗收應嚴格按照《建筑地基基礎工程施工質量驗收規(guī)范》GB50202-2011、《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007-2011等標準執(zhí)行。7.1.2四圓柱雙刀礦山切割機兩滑板的導軌面水平度應小于0.4/10000（水平儀檢測）。主軸軸向竄動為0.02mm，徑向跳動小于0.04mm(百分表檢測)。7.2質量保證措施7.2.1施工前要認真查看工程處地質勘察資料，查明地層巖性、地質構造、基巖風化層厚......度、破碎程度、軟弱夾層情況和地下水的狀態(tài)，編制對施工中常遇到的問題應采取相應的解決方安案，針對可能出現(xiàn)的問題執(zhí)行可行的應急處理措施。7.2.2為了保證基坑位置準確。每下挖一層一段時應對基坑周壁的清理，校核基礎的尺寸及標高、垂直度，當有偏差時應及時糾正。7.2.3風鎬引孔時應注意引孔位置在同一水平面上，以保證巖石基礎底面的平整度，特別是最底層巖石在切割時，應嚴格控制底面的標高及平整度。7.2.4檢查導軌鋪設是否牢固，如有松動，應做必要的調(diào)整、墊實，確認無松動方可施工，以確保巖石成方料的質量。8安全措施8.0.1作業(yè)人員必須進行三級教育，并在施工前對作業(yè)人員進行安全技術交底。8.0.2對電工、電焊工、機械操作工等特種作業(yè)工人必須經(jīng)過培訓考試合格取證，持證上崗。操作機械設備要嚴格遵守各機械的規(guī)程，嚴格按使用說明書操作，并按規(guī)定配備防護用具。8.0.3施工現(xiàn)場配備標準化的電閘箱，并且設置明顯的標志，所有使用的電器設備必須符合安全規(guī)定。夜間施工照明應良好。8.0.4現(xiàn)場操作人員不得疲勞作業(yè)，不得帶病作業(yè)，不得擅自離崗。8.0.5遇有大風、雷暴雨天氣不進行施工，并注意防止狂風、雷暴雨對人身的傷害。8.0.6操作前須仔細檢查冷卻水路是否通暢，鋸片是否堅固，然后接通電源進行試運轉，并檢查機器走行部分是否正常，起、停按鈕是否靈敏。8.0.7鋸片運動到終端時，后退需等待鋸片全部脫離工作面，方可停機、停水，然后打開封閉門。8.0.8操作時應做到先給水后開機，禁止無水開鋸，鋸片運轉中正面禁止站人，每鋸完一面后，注意隨時停機、關水。8.0.9更換鋸片時應將四個油缸頂住軌道，確保機臺穩(wěn)定。在施工過程中嚴禁更換鋸片。8.0.10在切割過程中若有異常情況發(fā)生，應先按“急?！卑磁?，分析原因，排除異常情況后方可繼續(xù)施工。8.0.11施工機械、電氣設備、儀表儀器等在確認完好后方準使用，并由專人負責使用。8.0.12巖石的運輸過程中應有防止掉落的措施。8.0.13風鎬引孔時應注意機械對人體的傷害。9環(huán)保措施9.0.1使用機械設備時，要盡量減少噪聲、廢氣等對環(huán)境的污染；施工場地的噪聲應符合《建筑施工場地噪聲限值》（GB12523-2011）的規(guī)定。9.0.2成立專門的施工環(huán)境衛(wèi)生管理機構，制定對施工材料、設備、廢水及防火的處理制度，嚴格遵守國家和地方政府下發(fā)的有關環(huán)境保護法律法規(guī)。9.0.3場區(qū)未硬化的地面，要壓實地面和定期灑水，減少灰塵對周圍環(huán)境的污染。9.0.4切割法施工的廢水經(jīng)過工地現(xiàn)場專設的沉淀池沉淀處理后，再排入市政管網(wǎng)；9.0.5可在施工現(xiàn)場適當位置設一切巖漿水收集、沉淀池，對切割水進行循環(huán)利用。9.0.6運轉時有粉塵發(fā)生的施工場地，作業(yè)人員須配備必要的勞保防護用品。9.0.7合理安排施工工序，晚間十點以后禁止進行產(chǎn)生噪聲的施工作業(yè)。9.0.8施工場地外圍進行噪聲監(jiān)測，對于一些噪聲的施工機械，應采取有效的措施，減少噪聲，如設置隔音屏以屏蔽噪聲。9.0.9進入施工現(xiàn)場內(nèi)的車輛及場內(nèi)施工用機械設備不允許鳴笛。9.0.10現(xiàn)場圍墻上布設的燈具原則上不得超過圍墻高度；塔吊及周圍場地照明的大鏑燈，必須調(diào)整照射主場方向，不得直接照射到居民住宅區(qū)，施工場地外圍的照明采用柔光燈，不可采用強光燈具。10效益分析10.1經(jīng)濟效益10.1.1由于本工法施工工藝不使用炸藥，提高巖石利用率，總體降低了開挖成本，相對于常規(guī)巖石爆破成本降低75%左右；例如1萬立方米的巖石，每立方米的石材爆破費為130元，共計130×10000=130萬元；采用機械切割為每立方米180元，共計180×10000=180萬元；巖石方料可利用率為60%，即1萬立方料方料可利用率為6000立方米。巖石根據(jù)特征出賣每立方米最低為250元（如果巖石的材質較好價錢會更高）。6000×250=150萬元；每萬立方米巖石開挖只需180-150=30萬元，采用機械切割每立方米只需30元。相比較每立方米巖石開挖可節(jié)約100元。其它的毛石、碎石可以做條石、碎石。10.1.2切割形成的方料可以根據(jù)材質加工成不同等級的建筑石板材，其經(jīng)濟效益更高。10.1.3由于施工過程中沒有震動，不發(fā)生臨近建筑物開裂問題，所以不同于爆破施工對周圍建筑物的影響較大，如發(fā)生事故其造成的經(jīng)濟損失是不可估量的。10.2社會效益10.2.1由于是采用切割法處理巖石，減少了爆破對周邊建筑、人員安全的影響，減少了粉塵、噪音的排放，對于保護環(huán)境起到一定的作用，符合國家環(huán)保政策。10.2.2切割產(chǎn)生的巖石方料可以進行再利用，符合國家政策。10.2.3由于巖石采用切割，不同于爆破需要進行炸藥的申請、使用、管理，減少手續(xù)辦理時間，降低炸藥流失對社會的危害。10.2.4因為采用切割施工，對周邊建筑影響較小，一般不會出現(xiàn)居民投訴等現(xiàn)象。11應用實例11.1福建省閩南建工集團總部大廈工程11.1.1工程概況福建省閩南建工集團總部大廈工程位于惠安縣惠黃公路與世紀大道交叉口西南方，北側與惠安縣建筑業(yè)大廈相毗鄰，西側為歸真堂用地，南側為電力大廈用地。建筑性質為辦公樓，地上21層、地下1層，地下室層高為4.8m（局部4.20m）?？偨ㄖ娣e為42798.40㎡。地下室建筑面積為7268.90㎡。工程標高±0.000相當于黃海高程29.00m，室內(nèi)外高差為0.2m～0.6m。結構采用核心筒結構，基礎采用筏板基礎、局部為墩基礎。地下室底板底面的標高為黃海高程23.05m，地質報告所揭露標的中風化花崗巖面的標高為黃海高程3.30～14.80m，中風化持力層的埋深基本上小于15m。本工程于2014年6月10日開工，預計2016年4月20日竣工，其中土方工程量約為38000m3，石方開采約為14000m3，施工工期為110天。11.1.2施工情況工程于2014年7月3日開始進行基坑巖石切割，至2014年10月20日完成整個巖石基坑的切割，總工程量為38000m3，工程實際完成工期為103天，較計劃進度提前7天完成。開工伊始，項目部針對建設方提出的施工要求和基坑地質特點，在前2個工程項目應用的基礎上，調(diào)研了礦山開挖和相關的機械，確定采用雙刀礦山切割機進行基坑開挖施工；在基坑工程施工過程中我們借鑒礦山開挖經(jīng)驗和依據(jù)建設工程的相關標準及規(guī)定制定了相應的施工方案，并對出現(xiàn)的施工特點和難點進行了技術攻關，在前2個工程項目應用雙刀礦山切割機進行基坑開挖工藝的基礎上對相應的工藝和機械做了改進，進一步完善了本施工工法；工程按施工方案和本工法施工未出現(xiàn)任何的施工安全事故，質量優(yōu)良，經(jīng)濟效益顯著。11.1.3工程評價......工程應用該工法進行施工，基坑形成幾何尺寸準確，巖面平整，不易出現(xiàn)超深等現(xiàn)象，