繩鋸切割配合破碎錘在巖石開挖中的應(yīng)用

莫大源，閆志勇，謝世班

（廣西建工集團(tuán)海河水利建設(shè)有限責(zé)任公司，南寧 530000）

1 工程概況

賀州市金泰湖水生態(tài)綜合治理工程位于賀州市中心城區(qū)，黃田鎮(zhèn)排洪河上游的分支上，生態(tài)新城核心區(qū)中部，金泰湖總占地面積為0.35 km2。工程建設(shè)內(nèi)容：新建金泰湖一座、金泰湖護(hù)岸、整治育才河、新建育才河護(hù)岸、新建育才河液壓升降壩一座。工程區(qū)出露地層變化較大，主要有泥盆系（D）、石炭系下統(tǒng)（C1）、下侏羅統(tǒng)（J1）、下第三系（E）和第四系（Q4），主要為砂巖、灰?guī)r、白云巖和花崗巖。工程施工重點(diǎn)、難點(diǎn)為石方開挖，石方開挖量達(dá)70 多萬m3，平均開挖深度3.7 m。石方開挖區(qū)附近有加油站、居民區(qū)、城市主干道，附近建筑物距離石方開挖區(qū)最近處不到30 m。根據(jù)城市管理要求，該區(qū)域?yàn)榻瑓^(qū)。因此，石方開挖只能采用靜態(tài)爆破或機(jī)械破碎開挖。

2 石方開挖方案選擇

傳統(tǒng)的禁爆區(qū)石方開挖方法有機(jī)械破碎法、劈裂機(jī)開挖法、膨脹劑靜態(tài)爆破法等。機(jī)械破碎法效率低，成本高（90～150元/m3）[1]，噪音大，容易擾民。劈裂機(jī)開挖法鉆孔機(jī)械投入多，劈裂機(jī)開挖分層厚度小于0.8 m，需要大量的鉆孔設(shè)備，湖底開挖高程、平整度均難以控制，前期采用了劈裂機(jī)開挖法，工效低（200 m3/ d）、成本高，嚴(yán)重影響了工程施工進(jìn)度。膨脹劑靜態(tài)爆破法主要是需鉆孔多，每平方米大約需要鉆孔25 個(gè)左右[2]，效率較低，爆破周期長，污染較大，成本高。結(jié)合地質(zhì)勘測資料和現(xiàn)場實(shí)際開挖情況，考慮巖石的整體性、巖石硬度較高、地下水及熔巖滲透水等因素，通過比較分析，采用繩鋸切割機(jī)結(jié)合破碎錘開挖巖石的施工方法。繩鋸切割是先把巖體切割成一塊塊大巖石，然后再用破碎錘進(jìn)行破碎分解，巖體經(jīng)切割后，破碎錘破碎分解難度大大減少，大大提高了開挖效率，且噪音也明顯降低，開挖成本也相應(yīng)降低；該方法避免了爆破對周邊建筑、油庫、車輛及行人安全的影響，施工過程安全可靠，開挖基礎(chǔ)面平整，且適用于大部分巖石地質(zhì)條件。

3 繩鋸切割機(jī)的施工原理和特點(diǎn)

（1）繩鋸切割機(jī)的施工原理。施工原理是先進(jìn)行水平孔和垂直孔的鉆孔（水平鉆機(jī)和手風(fēng)鉆鉆孔），再用金剛石繩索穿過鉆好的水平孔和垂直孔，然后把金剛石繩索連接繩鋸切割機(jī)，金剛石繩在馬達(dá)驅(qū)動下繞切割面高速研磨切割體，最后完成切割作業(yè)。金剛石繩索穿過兩個(gè)水平孔時(shí)切割的是水平面，穿過一個(gè)水平孔和一個(gè)垂直孔時(shí)切割的是垂直平面。切割出大塊巖體后，采用的液壓破碎錘進(jìn)行巖塊破碎，破碎成適當(dāng)?shù)男K后即可進(jìn)行裝運(yùn)，完成開挖運(yùn)輸作業(yè)。

（2）繩鋸切割機(jī)的特點(diǎn)。繩鋸切割機(jī)體積小，造價(jià)低，操作簡便，對操作技術(shù)要求不高，移動方便，可同時(shí)布置多個(gè)工作面，工期有保證；繩鋸切割可設(shè)計(jì)四方體、長方體、三角體等多個(gè)形體，方便多種結(jié)構(gòu)面的開挖。繩鋸切割機(jī)是使用金剛石單晶做為研磨串珠頭，可以對巖石等堅(jiān)硬物體進(jìn)行切割，污染少。切割是在液壓馬達(dá)驅(qū)動下進(jìn)行，通過油管（高壓）控制，運(yùn)行穩(wěn)定，可以遠(yuǎn)距離操作，連續(xù)作業(yè)。切割操作安全、噪音和震動小。

4 施工資源配置

（1）機(jī)械設(shè)備配置。一般一個(gè)工作面布置2臺水平鉆孔機(jī)、1 臺YT28 手風(fēng)鉆（鉆垂直孔）、1 臺DWS-55AX-6PG 繩鋸機(jī)（切割石塊）、1 臺卡特365型液壓破碎錘（石塊破碎）、1臺1 m3挖掘機(jī)（配合破碎錘石方破碎）及1臺6 m3空壓機(jī)（供手風(fēng)鉆用風(fēng)）。

（2）人員配置。根據(jù)施工設(shè)備配置人員，一個(gè)工作面配置現(xiàn)場管理人員1人，機(jī)械操作人2人，切割工4人，鉆工3人，測量工2人（可與其他工區(qū)配合使用），其他協(xié)助配合工種4人。

5 繩鋸切割施工方法

5.1 施工工藝流程

施工工藝流程圖見圖1

5.2 施工方法

（1）測量放線。①利用經(jīng)復(fù)測的控制網(wǎng)點(diǎn)，實(shí)施開挖范圍內(nèi)的施工放樣。首先，加密控制網(wǎng)點(diǎn)，測放施工控制基準(zhǔn)點(diǎn)；②開挖工程施工放樣使用經(jīng)檢定合格的全站儀，直接由等級控制點(diǎn)或由加密點(diǎn)進(jìn)行放樣；③施工過程中，要經(jīng)常測量基礎(chǔ)輪廓點(diǎn)及散點(diǎn)，檢查開挖部位的超欠挖情況并以實(shí)地標(biāo)出。邊坡放樣，除放出起鉆位置外，還應(yīng)放出鉆孔的平面方向及鉆孔的角度、深度。

（2）切割塊體劃分。測量放線確定開挖區(qū)域后，再將開挖區(qū)域進(jìn)行分塊，最后根據(jù)地形地貌進(jìn)行開挖順序設(shè)計(jì)，若該工作面巖石側(cè)面有兩個(gè)臨空面，則直接采用正方形底面進(jìn)行切割；若在該開挖工作面區(qū)域內(nèi)側(cè)面只有一個(gè)臨空面，則先采用三角形底面在中間掘進(jìn)，給兩邊巖石制造兩個(gè)側(cè)面臨空面，下一塊體再采用正方形底面按階梯式順序進(jìn)行設(shè)計(jì)開挖。

（3）水平孔鉆孔。塊體劃分完成后，用測量儀器放樣出鉆孔中心線及開孔高程。由于鉆機(jī)鉆桿（孔徑Φ75 mm）與底座不在同一平面上，為了水平鉆孔中心線能與設(shè)計(jì)開挖面同一平面上，鉆孔機(jī)具底板安裝高程必須比設(shè)計(jì)開挖面低一定的距離，該距離為多少，根據(jù)具體鉆孔機(jī)具底板與鉆桿中心距來定。在水平鉆孔機(jī)安裝前，在水平鉆孔機(jī)安裝位置用破碎錘開鑿一定深度的條形槽以安放水平鉆孔機(jī)。水平鉆孔機(jī)要安裝牢固，并對其進(jìn)行安全防護(hù)檢查后即可鉆孔。鉆水平孔時(shí)，鉆進(jìn)速度先慢后快，然后保持勻速。每進(jìn)尺1 m，使用測量儀器監(jiān)控糾偏，以確保水平孔能按預(yù)期位置鉆進(jìn)并順利和垂直孔貫通。在鉆孔過程中控制水平孔的進(jìn)尺深度，以確定切割體的長度及寬度，水平度偏差控制在±3 cm以內(nèi)。第一個(gè)水平孔鉆完后，用同樣的方法再在另一側(cè)同一水平面上鉆另一個(gè)水平孔與第一個(gè)水平孔連接。正常情況下，水平鉆孔孔深為12～15 m，水平鉆孔機(jī)鉆孔速度為5 m/h。

（4）垂直切割面鉆垂直孔。水平鉆孔完成后，將水平硬質(zhì)管放入已造好的水平孔內(nèi)，孔外露出一定長度。在巖石頂用兩根硬質(zhì)桿件拉線吊鉛坨確定垂直鉆孔位置。然后使用手風(fēng)鉆（孔徑Φ38 mm）鉆垂直孔。鉆垂直孔時(shí)，鉆進(jìn)速度先慢后快，然后保持勻速?？刂拼怪笨椎拇怪倍扰c孔深以確保垂直孔鉆至預(yù)期位置。每進(jìn)尺1 m，利用激光儀、水平管等測量儀器監(jiān)控糾偏，垂直度偏差控制在±3 cm。其開孔鉆進(jìn)深度用硬質(zhì)桿件刻度檢查。最后從底部兩個(gè)水平孔查看是否有氣流流出，有則說明已與水平孔貫通。正常情況下，垂直鉆孔速度為4 m/h。

（5）孔內(nèi)穿接金剛石串珠繩。水平孔和垂直孔鉆孔完成并貫通后，在硬質(zhì)管一端固定上一段鐵件，用硬質(zhì)管帶鐵件一頭從水平孔外伸向垂直孔底部，在垂直孔上用耐磨尼龍繩綁上一塊強(qiáng)力磁鐵往下放，磁鐵吸住鐵件后即可將水平硬質(zhì)管（端頭帶鐵件）帶動尼龍繩拉出孔外，另一個(gè)水平孔也使用同樣方法，然后用兩條已穿孔的尼龍繩綁住金剛石串珠繩兩端分別拉向兩個(gè)水平孔穿過孔內(nèi)，在孔外采用金剛石串珠繩連接器進(jìn)行連接。垂直面切割孔內(nèi)穿接金剛石串珠繩方法與水平面切割孔內(nèi)穿接金剛石串珠繩相同。

（6）安裝繩鋸機(jī)。切割機(jī)導(dǎo)軌水平架設(shè)，并墊平穩(wěn)固。導(dǎo)向輪一定要安裝穩(wěn)固，且保證輪和水平孔在同一高程，嚴(yán)格按精度要求安裝，以確保切割面的精準(zhǔn)度，避免超欠挖，保證切割效率。

（7）金剛石串珠繩與繩鋸機(jī)連接。根據(jù)已設(shè)計(jì)劃分塊體形狀，將金剛石繩索按順序繞在主動輪及輔助輪上，繩子的方向和主動輪驅(qū)動方向相同。采用金剛石繩鋸專用液壓鉗，將鋼質(zhì)活接接頭扣壓緊，接頭和相鄰的串珠要無縫隙。

（8）開機(jī)切割。先切割水平底面，固定導(dǎo)軌，然后將主機(jī)安放至導(dǎo)軌上，確認(rèn)金剛繩活接好后，接通電源即可切割。啟動控制盤調(diào)整主動輪使金剛石繩適當(dāng)繃緊，啟動切割機(jī)，驅(qū)動主動輪帶動金剛石繩索切割。切割時(shí)采用冷卻水冷卻。切割過程中要注意觀察切割機(jī)及導(dǎo)軌的穩(wěn)定情況，如導(dǎo)向輪偏移時(shí)，要及時(shí)調(diào)整，以確保金剛石繩索在同一平面內(nèi)。金剛石繩鋸主機(jī)通過導(dǎo)軌后退進(jìn)行切割，循環(huán)后退，每次進(jìn)尺6 m 后又重新接繩鋸。金剛石繩鋸機(jī)將水平底面切割好后，再切割垂直立面。切割垂直立面時(shí)可先切割一面，待半小時(shí)后，加入另一臺繩鋸機(jī)設(shè)備，即可同時(shí)切割相鄰兩個(gè)垂直面，切割速度8～10 m2/h。

（9）破碎錘破碎。由繩鋸切割機(jī)切割巖石完成后，即可用破碎錘配合液壓反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行破碎開挖，根據(jù)開挖面積進(jìn)行配置破碎錘，一般為1 臺CAT365 液壓破碎錘配合1 臺1 m3斗容的液壓反鏟挖掘機(jī)。破碎錘碎巖石后，由液壓反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行清理出工作面，以增加破碎錘開挖效率。正常情況下破碎錘破碎效率為350 m3/d。

6 質(zhì)量控制

（1）嚴(yán)格按照相關(guān)施工規(guī)范以及施工圖的要求進(jìn)行施工。

（2）施工前，認(rèn)真察看工程處地質(zhì)勘察資料，查明地質(zhì)構(gòu)造、巖性、巖石風(fēng)化層厚度、風(fēng)化程度、破碎程度、軟弱夾層情況和地下水的狀態(tài)，做好技術(shù)交底。

（3）切割面鉆孔時(shí)，使用測量儀器監(jiān)控垂直度、水平度及進(jìn)尺深度，發(fā)現(xiàn)偏差大于±3 cm時(shí)，及時(shí)糾偏。

（4）切割過程中保證金剛石繩運(yùn)轉(zhuǎn)速度在30 m/s 左右，可通過操作控制盤調(diào)整切割參數(shù)來達(dá)到控制運(yùn)轉(zhuǎn)速度。切割過程中要確保足夠的沖洗液，以確保對切割繩的冷卻，確保能把磨削下來的粉屑帶走。

（5）巖塊清理后要校核分塊基坑的尺寸、深度，出現(xiàn)偏差時(shí)應(yīng)及時(shí)糾正，確保開挖面滿足設(shè)計(jì)要求。

7 安全措施

（1）嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)施工現(xiàn)場安全管理的法律、法規(guī)，針對工程特點(diǎn)、施工方法、施工環(huán)境，編制切實(shí)可行的安全管理制度，做好安全技術(shù)交底。

（2）切割過程中，繩子運(yùn)動方向的前方必須使用安全防護(hù)設(shè)施進(jìn)行安全防護(hù)，并在施工區(qū)域內(nèi)設(shè)置安全警示標(biāo)志。

（3）經(jīng)常對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢查、保養(yǎng)，確保機(jī)械狀況良好，經(jīng)常檢查金剛石串珠連接是否牢固，防止機(jī)械事故發(fā)生。

（4）如遇到發(fā)生卡繩、斷繩等現(xiàn)象要有相應(yīng)應(yīng)急預(yù)案。防止斷掉的金剛石繩串珠傷人。

（5）切割過程中通過操作控制盤調(diào)整切割參數(shù)，確保金剛石繩運(yùn)轉(zhuǎn)線速度在30 m/s 左右，要有一定的富余度，防止鋸繩斷裂傷人。

8 效益分析

8.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

對劈裂機(jī)結(jié)合破碎錘開挖法與繩鋸切割結(jié)合破碎錘開挖法進(jìn)行施工成本對比分析，結(jié)果見表1。

由表1 可知，采用繩鋸切割結(jié)合破碎錘開挖法比采用劈裂機(jī)結(jié)合破碎錘開挖法節(jié)約成本約10元/m3。賀州市金泰湖水生態(tài)綜合治理工程石方開挖量達(dá)70 多萬m3，可節(jié)約成本約700 萬元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

表1 石方開挖施工成本分析對比表

8.2 工期效益分析

劈裂機(jī)結(jié)合破碎錘開挖法每個(gè)作業(yè)面施工效率為200 m3/d，而繩鋸切割結(jié)合破碎錘開挖法每個(gè)作業(yè)面施工效率為350 m3/d。繩鋸切割施工設(shè)備費(fèi)相對較低，且為小型小備，一個(gè)工區(qū)可布置多套切割和鉆孔設(shè)備，繩鋸切割施工方法效率更高、工期更短，工期效益更明顯。

8.3 社會效益分析

禁爆區(qū)采用繩鋸切割結(jié)合破碎錘開挖巖石施工，保證了禁爆區(qū)巖石開挖的施工進(jìn)度和安全，質(zhì)量有保證。鉆孔相對較少，減少了鉆孔粉塵及噪音的污染，降低了對周圍居民及環(huán)境的影響，社會效益顯著。

9 結(jié)語

禁爆區(qū)采用繩鋸切割結(jié)合破碎錘開挖巖石施工方法，操作簡便、安全高效、外觀質(zhì)量高、縮短工期、節(jié)約施工成本，經(jīng)濟(jì)效益、工期效益和社會效益顯著，采用繩鋸切割結(jié)合破碎錘開挖巖石施工方法在禁爆區(qū)施工中有較大的推廣價(jià)值。