接触网石质基坑开挖的技术研究

接触网石质基坑开挖的技术研究

翟红烈

中铁六局集团电务工程有限公司 北京 100070

摘要：电气化铁路改造或新建线路施工中，在某些特殊地质地区，接触网支柱基坑开挖工作常常遇到石坑开挖的情况，施工难度巨大，严重影响整体施工进度，本文通过作者对北京地区京通电气化改造线路的施工经验及文献查阅，运用综合对比分析，总结归纳出特殊地质地区铁路电气化接触网支柱石质基坑施工的最佳施工方式。

关键词：电气化 接触网 基坑 石坑

正文：京通线电气化改造工程中，接触网支柱多采用直埋式预应力钢筋混凝土支柱，由于该地区特殊的地形地貌，线路路基多为山体开凿或挖方修建，而且线路所在位置多为原生岩石地带，该地区地质岩石多为碳酸盐岩，质地坚硬，分布不均且密度较大，因地理条件限制，大型施工机械无法进入，只能采用人工开挖方式，给现场施工带来极大的困难，对整体电气化改造施工进度造成了严重制约。（见图1）

图1 现场人工开挖石坑

根据设计文件对预应力钢筋混凝土支柱的埋设要求，在不同的路基条件下，需满足支柱的有效埋深要求，并根据规定加设上下部横卧板。（见图2）

图2 支柱在填方及挖方地段示意图

由于部分地段线路通过开凿山体修建完成，接触网基坑所在的位置可能处在一个体积巨大的岩石体中，根据设计标准的规定，普通基坑的深度均在3米左右，变更为法兰式基础后深度仍有2米，常规的开挖方法已经不能满足进度要求，且极易造成资源的严重浪费，因此如何采用最为快捷经济的方式完成基坑开挖成型是决定工程进展的关键因素，石质基坑开挖进度的快慢将成为制约后续接触网工序施工的重要卡点。

图3 施工现场的石质基坑

对于岩石地质的基坑开挖，通常会采用如下几种方式：

一、常规爆破法

常规爆破法是通过在岩石体中钻取一定深度、方向及直径的填药洞，在洞中埋入适宜剂量的炸药，按规定程序进行爆破形成岩石本体结构破坏的方式，使所在基坑位置演示破碎，在进行清除的方法形成基坑。由于该项技术存在：对操作技术人员要求较高；容易破坏路基结构稳定性及造成石块飞溅的危险性，致使路基变形，影响列车行进安全，更严重者造成基坑坍塌，造成不必要的交通事故；使用不当很容易造成巨大安全事故及人身伤害事件，因此此种方法只适用于新建大战场内的基坑开挖当中，在繁忙的铁路工程营业线两侧的基坑开挖作业中被禁止使用。

二、锤击破碎法

锤击破碎法是应用破碎锤的振动原理对岩石表层进行逐层破解，分离成块，造成本体破碎，然后将碎石清出，最终形成基坑的开挖方法。由于受现场条件制约，基坑工作面狭小，大型破碎机械无法进入，只能采用人工手持式小功率电锤进行作业，致使此种作业方法进度缓慢，窝工费时，且长时间的锤击作业容易造成人员受伤及设备损坏，对于施工进度的控制收效甚微，因此，此种方法只适用于部分石块密度且基坑数量较少的基坑。（见图4）

图4用电锤进行破碎，进度非常缓慢

三、钻孔+破碎法

根据以往的施工经验，营业线石质基坑开挖多采用凿岩机或风钻钻孔加锤击的方式进行逐层破解，直至达到基坑深度要求，但此种方式会造成人工、物料的资源的严重浪费，成本损耗巨大，施工效率极低，开挖成型一个接触网基坑需10天以上的时间，造成严重的资源浪费和进度制约，因此此项技术只是用与工期不紧张，石质基坑数量较少的工程施工。

图5 前期的水钻施工方式，将整体的岩石进行蜂窝状钻芯，再利用冲击设备逐层破碎

四、药剂胀裂法

药剂胀裂法也称为静裂法，通过在岩石体中钻取一定深度、数量及规定孔距的孔洞，填埋特制的化学药剂，利用药剂的水化反应使材料硬化形成巨大的胀力，当破碎药剂的膨胀压力分解的压应力及拉应力超过岩石体的抗拉强度时，岩石体会形影的产生裂纹，当裂纹产生后，在破碎药剂的的持续作用下，不断产生裂纹，从而形成岩石体的胀裂。（见图6）

图6 胀裂剂法

由于铁路接触网基坑尺寸限制及各个地区岩石的构造不同原因，采用钻孔填埋静裂剂的方式存在一定的局限性，一是需要等待药剂反应的时间较长，二是因对岩石体的构造了解不细致的原因，对药剂用量的选用多寡会造成，对周边基石的膨胀压力造成胀裂效果比较差或者没有效果，三是破碎药剂的搅拌及注浆设备的研发并未成熟，使用不当会对人身造成一定的伤害。因此，此种方法并未得到广泛应用。

五、临空面开挖法

水钻临空面开挖法，是采用水钻挖孔的方法，逐层施工，先利用环形钻头绕基坑内壁钻取一定高度的若干柱体岩芯，使基础岩芯与整体岩石分离，形成一个临空面，然后用垂直电钻在基础岩芯上钻若干孔洞，进行振动破碎或者插入钢楔，通过锤击钢楔达到破坏岩石自身的极限应力值，基础岩芯发生断裂分离，最后将破碎的岩石清除基坑，修正基础，按照同样的工序进行下层施工，如此循环，直至基础成型。

临空面开挖法施工的优点在于可以形成岩石结构的中空地带，破坏岩石的环胀应力，无需等待可连续施工，所需机械简单，操作简便，施工所用的作业面小，对原有线路的扰动小，且效率较高，在接触网硬石质基坑中可采用此方法。其缺点在于研磨时间长，操作耗时费力，往往增加较大的人工及材料成本。

通过在京通电气化改造项目的实际应用效果来看，利用钻孔+破碎法，进行接触网石质基坑开挖，施工效率极低，因此在此处推荐利用水钻临空面开挖的方法进行困难地区的石质基坑施工。

图7 水钻临空面开挖法

临空面开挖法施工方法的工艺流程：

1、基坑定位

根据设计图纸进行基坑位置测量，分别测定顺线路方向及垂直线路方向的距离，根据基础型号确定基坑尺寸，标定基础中心。

2、清理工作面

基坑位置确定后，即可清理基坑位置路基表面的道砟及表面已风化的碎石表层，靠近线路侧需用厚度不小于5mm的挡板支护，同时用装满道砟的沙袋进行防护，基坑外围采用彩条布进行施工防护，注意彩条布不能侵入基本建筑限界。

3、临空面开挖

清理完需开挖的基坑表面的道砟后，露出路基面，即可重新复核基坑位置及尺寸，确认无误后进行开挖。如果整个基坑全部位于岩石体中，就要进行临空面开挖。

可以采用成型化的水钻装置架设在基坑上方，采用人工辅助加压的方式进行临空面开挖，保留基础岩芯，当水钻钻头达到使用极限状态时，应及时更换钻头。

4、清除碎石

每形成一个完整连续的临空面，用垂直电钻在基础岩芯上钻若干孔洞，进行振动破碎或者插入钢楔，通过锤击钢楔达到破坏岩石自身的极限应力值，基础岩芯发生断裂分离，清除该层深度的碎石，清理完毕后进行下一层的施工。

5、逐层开挖

采用上述相同的方式进行下层岩体的开挖施工。

6、基坑修正

达到规定要求的基坑深度后，要根据图纸基坑尺寸对基坑进行修正，直至满足标准尺寸的规定要求，基坑开挖完成。

7、施工完成

基坑开挖完成后，通过质量验收，即可进行下一步工序施工。

总结：

通过对以上几种施工方法的对比分析得出一下结论：1、对于大型新建站场，且多数基坑处于完全的是石体中的施工，可已优先使用爆破法或大型机械锤击法施工。2、对于部分石块密度且基坑数量较少的基坑，可采用锤击破碎法。3、对于工期不紧张，石质基坑数量较少的营业线工程，可采用钻孔+破碎法施工。4、对于于工期紧张，石质基坑数量较多的营业线工程推荐使用临空面开挖法。5、药剂胀裂法，虽然应用不太广泛，但是随着科技技术的不断发展，及工匠技术的不断改革，某日此方法必将成为，接触网石质基坑开挖的生力军之一。

通过以上几种方法的综合对比分析，可以明确石质基坑开挖的关键在于破坏岩石自身结构，形成一定的临空面是基坑开挖顺利进行的重要因素。因此，对于线路的前期地质勘测以及适时采取针对性的应用措施成为决定后期施工能否顺利进行的重要环节。

参考文献：

1.艾大利. 浅谈水钻法施工技术的应用[J]. 建材与装饰,2015。

2.乔军亭.临近营业线石质基坑开挖工艺[J]城市建设理论研究，2012年。