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1、暗挖岩石地质地铁车站非爆破开挖设备选型【摘要】针对在城市复杂环境条件下施工暗挖地铁车站,当遇到石质地层时, 又无法采用爆破方式进行开挖施工,如何通过非爆破开挖确保施工安全及质量,并 加快施工进度，本文主要对几种非爆破开挖方法等进行比选及优缺点分析,为今 后类似施工提供参考。【关键词】地铁车站；暗挖；岩石地层；非爆破开挖；机械设备引言随着我国国民经济的发展和城市化进程的加快，城市人口急剧增加,交通堵 塞现象尤为严重，发展城市轨道交通已成为解决该问题的主要方法。然而城市轨 道交通线路多穿梭于人口建筑较为密集的地区，这就必然产生部分地铁车站、出 入口、通风竖井等地面建筑物施工场地窄小与既有建筑物距离
2、较短、地下管路多 等问题，较多地铁选用暗挖法施工，如何在岩石地层保证安全及质量的前提下高 效完成施工任务，并确保周围建筑物的安全及有效控制建筑物基础、地下管路沉 降变形等问题就显得尤为重要。采用非爆破开挖就是其中的解决方式之一，而岩 石地层非爆破开挖与爆破开挖效率相差甚大，所以开挖机械设备的选用就显得尤 为重要。1几种常用岩石非爆破开挖方法简介目前，非爆破开挖隧道技术主要有以下几种全断面掘进机法(TBM)、悬臂掘 进法、劈裂法、静态破碎法等。全断面掘进机法(TBM)采用全断面掘进机，实现掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业，是机 电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备，具有掘进速
3、度快、利 于环保、综合效益高等优点，可实现传统钻爆法难以实现的复杂地理地貌深埋长 隧洞的施工。悬臂掘进法悬臂掘进法，可用于任何断面形状的隧道，掘进速度受掘进机利用率影响很 大，在最优条件下利用率可达 60%左右，但若岩石需要支护或其它辅助工作跟不 上时，其利用率更低，连续开挖、无爆破震动、能更自由地决定支护岩石的适当 时机;可减少超挖;可节省岩石支护和衬砌的费用，在隧道中有较大的灵活性，能 用于任何支护类型。劈裂法劈裂法是在静态液压环境下可控性的工作，不会像爆破和其他冲击性拆除、 凿岩设备那样，产生一些危险隐患，无需采取复杂的安全措施，不会产生震动、 冲击、噪音、粉尘飞屑等，周围环境不会受到影
4、响，可以做到无干扰地进行工作 可以连续无间断地工作，效率高，运行及维护保养成本很低。静态破碎法静态破碎法的破碎原理是将膨胀剂放入爆孔内，利用产生的膨胀力，缓慢地 作用于孔壁，经过数小时至24小时达到300-500MPa的压力，使介质裂开，安全 可靠，没有爆破产生的公害，效率低，开裂时间长。2几种常用施工方法的初步经济比选2.1 工程概况以蒙华铁路余家坪车站为例，车站全长696m，由主体结构和配线组成，主体 结构长为271m，配线长425m，标准段宽为26.15m。车站主体、配线采用暗挖法 施工，车站主体拱顶埋深为19.9m，配线段拱顶埋深为21.926.86m，因周边建 筑物密集，且有学校等敏
5、感建筑，拟采用静态破碎法开挖。2.2 几种常用非爆破开挖方法的经济比选以该车站岩层开挖横通道、小导洞（开挖面积约20m2,开挖进尺均按lm考虑）为例，我们做了几种常用非爆破开挖方法（静态破碎膨胀剂、劈裂机、悬臂掘进机、BROKK机器人）的初步调研和经济指标测算，其对比情况见下表：表 l 非爆破开挖方法对比表2劈裂机5 BROKK 机此为采用租赁方式，自行组织施器人408.24工的单价，新购设备单价达478.87元/m3。注：表中测算成本单价均以湖南地区人工、材料等的概算定额测算的。从上表中可看出，静态破碎（膨胀剂）与劈裂机开挖成本相对较低，而静态 破碎需要钻孔装膨胀剂，等待膨胀剂发生作用后才能
6、产生开挖效果，同时还与孔 眼的密封效果有关，效率很低，所以成本也较高，现在基本淘汰了此种开挖方法。 而悬臂掘进机、BROKK机器人开挖效率虽然有较大提高，但因前期购置一次性投 入较大，计入设备摊销费用后，成本明显高于另两种开挖方式。可考虑几种开挖 方式配合使用。2.3悬臂掘进机和BROKK机器人初步应用结论结合现场实际施工情况，通过对悬臂掘进机和BROKK机器人的调研，对非爆 破开挖设备选型进行组合使用进行优化。2. 3. 1悬臂掘进机的使用分析针对余家坪车站的施工特点及工法，通过前期的调研，对悬臂掘进机的使用 提出以下建议：每台EBZ260悬臂掘进机工作面需安装1台矿用630kVA10/1.
7、140kV变压器;余家坪的车站主体及配线段石方开挖拟采用劈裂开挖为主、悬臂掘进机为 辅进行施工，悬臂掘进机采用租赁的方式，且仅限于台阶法施工的配线段及侧洞 法施工的最下层导洞施工；建议采用工作量法的方式租赁，进行石方开挖；掘进机工作时，掌子面会产生大量粉尘，建议在掌子面安装矿用湿式除尘 风机（功率与掘进机二运功率相匹配）进行抽风、水过滤除尘。2.3.2 BROKK机器人的使用分析从余家坪车站竖井前期测试的效果来看，BROKK机器人开挖效率较低，主要原因为机器人兼有破碎岩层和装渣土的功能，但开挖过程中需频繁换挖斗与破碎 锤，严重影响工作效率。因以上竖井主要为泥质砂岩，遇水软化为泥浆，在测试 过程
8、中还发生了机器人陷入淤泥中不能正常工作的情况，只有停下来等淤泥沉淀 抽水后才恢复工作。综上所述，得出以下建议：(l) BROKK机器人性价比差，投资较大；不宜投入较多，且需劈裂开挖配合；工作方式单一，主要以危险区域破碎作业为主，适应性不强；此设备为国外生产，维修保养费用相当高(2个月开挖方量为 28.4X22=624.8m3，维修费用达110757元，成本增加177.3元/m3)，为保证施 工正常进行，需由专业司机操作并配备专业维保人员，现场准备足够的易损配件因机器人配备的为高频破碎锤且自重较大，其向下破碎作业效果稍好，但 向前作业尚待检验，一旦开挖工法变化时将很被动，巨额的投资对公司不良影响
9、 较大；向前作业效果还需进一步验证；现场通过与挖掘机+破碎锤的对比发现，BROKK机器人在横通道破碎效率比 挖掘机略快一点，但是破碎每方的费用比挖掘机多，如果再用机器人装渣的话频 繁换挖斗与破碎锤又严重影响效率，那就需要再配置一台PC30的挖掘机配合出 渣，费用就会大大增加。3 结论及下步打算目前余家坪车站几种非爆破开挖方式均进行了试验，但均未达到理想的开挖 效率，下一步将引进高频破碎锤、大功率的BROKK机器人、液压岩石锯等进行试 验，并考虑多种开挖方式联合使用，达到提高效率，降低成本的目的。【参考文献】1 王亚锋.城市地铁竖井非爆破开挖施工技术，2012年中铁随道集团低碳环 保优质工程修建技术专题成果交流会论文集，2012年10月，363-367；2 关则廉.悬臂式掘进机在地铁工程暗挖隧道施工中的应用J.现代隧道技 术，2009，46(5):73-75；3 童峥嵘.隧道非爆破开挖施工技术实践.中国高新技术企业，2016 年第11 期(总第 362 期)；4 徐东风.静力破碎技术在某工程中的应用J.淮北职业技术学院学 报,2004,3(1):75-77；5 袁 芳、景晓春、刘兴华.岩石非爆破开挖施工方案的选择与实践，陕西 水利。
暗挖岩石地质地铁车站非爆破开挖设备选型
