岩石基础中的应用
程志
（广州供电局系统规划研究中心，邮编：510610）
【摘要】
岩石基础是送电线路中广泛使用的基础形式。目前，送电线路施工对于岩石基础开挖多采用炸药爆破的方式，这种粗矿的施工方式已延续多年。本文提出一种全新的岩石基础的施工方法（已获得专利）,通过对取芯机的改良,用于岩石地质下的人工挖孔桩基础开挖,施工效率高,环保节能,同时避免使用炸药,提高了工程的安全生产可靠度。
【关键字】
取芯 顶部固定 爆破 环保
The top fixed hole drilling method was applied in transmission line in rock
foundation
Cheng-zhi
(Guangzhou Power Supply Bureau System Planning Research Center, zip code: 510610) 【Abstract】
The rock foundation is widely used in power transmission line. At present, the construction of power transmission lines for rock foundation excavation by blasting, construction method of the coarse ore has lasted for many years. This paper presents a new construction method of rock foundation (patented), by improving the core machine, used for rock and geological condition of artificial excavation hole pile foundation construction, high efficiency, energy saving and environmental protection, at the same time, to avoid the use of dynamite, to improve the safety in production engineering reliability.
【Keyword】
Drilling Top fixed Blast Environmental protection
.
1.问题的提出
输电线路岩石基础的成孔施工一直都是线路施工的难点，杆塔基础都位于崇山峻岭中，大型施工机械难以到达，目前基本采用人工挖孔，炸药爆破的施工方法，由于需要使用炸药，其审批手续办理复杂、监管、存储以及操作过程都存在安全隐患。
山区采用爆破施工尽管在主炮眼周围都要布置防震孔，如图1，但依然对周围的岩石完整性造成破坏，不利于铁塔基础边坡的稳定。爆破产生大量噪音和粉尘，有悖于绿色环保建设的理念，输电线路施工因为使用炸药而遭到当地村民的阻扰的现象屡次发生。而采用风镐、人工凿岩的方法进行开
挖，存在开挖速度慢、人工成本高等问题。
图1 爆破防震孔布置图
2.技术背景
在建筑和水电行业，使用混凝土钻孔取芯机实现钻孔已非常普遍。取芯机主要由机座、立柱、摇臂、电机、电器、控制、升降
减速机构、工作台夹具等组成。钻机由合金钢材料制造螺旋齿轮，齿面高频淬火，能经久耐用，通过一对三角带轮，带动人造金刚石钻头旋转工作，升降结构采用先进滚珠丝杠轻松方便，立柱采用厚壁无缝钢管，经精密磨削后镀硬铬表面处理，使钻头作逆时针旋转并作上下移动达到钻孔或取芯之目的。混凝土取芯机可以钻穿坚硬的混凝土，即使里面布满大直径的螺纹钢筋，钻入中、微风化的岩石也不也可以轻松将其切断。因此可以利用取芯机来实现对岩石基础的挖掘工作，钻孔后用钢钎翘断取芯，待钻取一定数量的孔洞后，可以利用风镐或锤子轻松的破裂孔洞之间的岩石，实现掘进。由于钻芯过程，机械振动非常大，传统的取芯工作需要在底部打入膨胀螺栓进行固定，即难于操作，又费工时。结合输电线路工程野外作业的特点，考虑基坑开挖的时效性，采用顶部压杆固定，取消底部固定的膨胀螺栓，方便批量钻孔，具有方便、快捷、稳固的特点，大幅度提高施工效率。钻头与岩石或混凝土高速摩擦过程中会产生的大量热量，一般用水冷却，因此这种施工方法称为“顶部固定水钻法”，该施工方法已获得国家专利。
3. 顶部固定“水钻”工艺介绍
与传统的取芯机相比，本工艺最大的特点就是取消了取芯机底座用于固定的膨胀螺栓，改为顶部固定的支撑系统，即保证钻孔时的稳定性，又使钻机能快速移动。根据钻孔的阶段，分为孔外支撑法固定和孔外内支撑法固定。当刚开始掘进工作时，需要在孔口固定孔外支撑系统，该系统可以进行取芯机械的固定，也兼做以后转运孔内块石的绞磨支架。在掘进达到一定深度后，可以利用孔内壁安装可调控式孔内支撑顶管。
当孔深较小时，采用外支撑法固定水钻钻机。通过固定支架（5）将钢管支架（1）固定在坑口，在搭设好的钢管支架平面上固定带轨道的环形托梁（2），环形托梁中心安装轴承（3），在轴承和环梁间安装旋转移臂（6），转动移臂（6）及其上的滑动小车（9）可使钻机到达基坑内任何位置。滑动小车并与可伸缩刚臂（8）连接，在可伸缩刚臂（8）端部安装可转动固定杆（10），将改装过的
取芯机通过焊接连接件（11）固定在可转动
固定杆（10）上，调节可转动固定杆（10）的角度，可使钻机按任意角度进行钻孔取芯，特别是对基坑端部的扩大头进行开挖，效果明显。
图2 外支撑示意图
当孔深较大时，对为支撑系统的刚度要求加大，不如采用内支撑法固定钻机更有效率，如图3。在由带内丝扣套管（20）焊接手柄（21）然后与带外丝扣钢管（22）连接，固定于孔壁岩石内，并套上固定销钉（23），这样形成内支撑系统的横向顶管，同样由带焊接手柄的套管（20）与带外丝扣连接卡具（24）和带外丝扣顶升卡具（25）连接组成竖向顶管，将竖管一端顶住横向顶管，另一端压住取芯机立柱，便可开始工作。
图3 内支撑示意图
4 方案比较
南方电网金沙江中上游某500kV送电
工程81#塔基位于陡峭山坡上，地质情况为泥质灰岩，岩石完整，中等风化。由于爆破施工扰民，且进度缓慢，改为顶部固定“水钻”法施工后，效果明显。
采用爆破开挖，需要在岩石上用风镐钻炮眼及防震孔，以1.4m直径基础为例，每层需要20个钻孔，均为人力钻孔，加上放置雷管及引爆，需要一天时间；清除坑内石渣，外运石渣用时也要一天；基本上每开挖300mm～500mm深，需要2天时间，开挖1m深需要5天左右。
采用“水钻”成孔法，顶部固定“水钻”机械加工如前所述，钻孔直径取150mm，钻孔深度500~600mm，钻机功率2.5 KW，钻速800转/min，机器重量50kg。如果是熟练工操作，一个人一天可以取芯50个，岩芯直径120～150mm，高度300～500mm。
以1.4m直径，中、微风化岩石基坑为例，采取“水钻”与风镐配合使用，如图4所示，部分取芯，然后用风镐或重锤捶击钢楔分裂中部岩体，以冲击力及撬力使岩石沿锤面破裂，这样一般每层取芯35个即可，一个熟练工1.5天可以开挖1m左右。
图4 顶部固定“水钻”成孔布置图 以实际工作中得数据为基础，对传统的岩石爆破法和顶部固定“水钻法”进行对比，分析结果如表1所示：
表1岩石爆破与顶部固定“水钻法”比较表 传统岩石爆破法施顶部固定“水钻工 法”施工 机炸药、雷管、风镐、取芯机、顶部固械 发电机 定支架、发电机 材炸药20kg、雷管3柴油10升、水10料个、柴油8升 升、钻头2个 消耗 安需要当地公安部门配备防电靴 全批准； 措爆破人员必须单独施 聘请； 炸药运输、存储等安全措施复杂 噪噪音巨大，扰民 钻孔基本噪音很声 小 工1.爆破施工留下大1.施工环境较作量风尘，对施工人好，用水冷却，难员健康不利； 没有粉尘。 易 2.钻炮眼、清理孔2.施工机械重量内残石都需要施工小，材料少，运人员付出较大体输方便。 力。 3.机械化程度3.施工机械化程度高，人员操作轻低，人力占比大； 松。 4.施工工器具较多，重量大，运输困难。 外难度大，需要环保没有外协工作 协部门及当地居民同工意 作 施只能逐个塔腿基础可同时施工杆塔工施工，单个塔腿爆四个塔腿基础； 进破施工时，其他基一个熟练工1.5度 础必须停止； 天可挖掘1.0m多人配合5天挖掘深。 1.0m深。 对原始岩石 地基尽管布置防震孔，钻孔后孔壁岩面的依然会破坏原始岩成规则的半凹波破壁 浪，加大基础坑坏 壁的咬合摩擦力，对基础抗上拔有利。 费1000元 300元 用 注：上表中数据以中~微风化岩石直径1.4m坑径，挖掘深度1.0m为基准 通过表1的分析，可以看到本文介绍的顶部固定“水钻法”所采用设备体积小，重量轻，对水、电、路的要求较低，能够广泛应用于山区、沟谷等交通条件差的山区输电线路杆塔岩石基础施工，由于水钻开孔不使用炸药，相对于常规岩层内的人工挖孔桩成本降低70%左右，对环境的破坏相比传统施工方法大大降低；由于施工过程中没有震动，互相间没有挠动，因此可以多个基坑同时施工，节约了工期，降低了管理成本，提高了经济效益。而且施工机械化程度相比以前提高，可以改变输电线路传统的以人力为主导的粗矿式施工模式，降低了施工过程中安全隐患。
5.结论
本文提出的顶部固定“水钻”成孔这种新型的施工方法通过对常规混凝土取芯机进行适当的修改，使其非常好的适应输电线路中岩石基础的施工。目前该新技术已取得国家专利，并且已在部分工程实践中得到运用，效果明显。总结该新技术，主要有以下几大特点：
（1）通过简单修改，使传统的取芯机成为输电线路岩石基础施工的良好工具，为线路施工的机械化提供新的思路；
（2）实现岩石无炸药开挖，消除安全隐患，减少对周围环境的破坏，真正实现绿色施工；
（3）提高施工效率，节约了工程材料，缩短工期；
（4）减少基坑开挖过程中对原始地质的扰动，采用该法形成的坑壁能提供很好的咬合及摩擦力，对基础承受上拔荷载提供有利作用；
（5）与对安全生产、资源节约及环境保护都有很大积极作用。
目前该技术还没得到广泛推广，工程实践也不多，不同的岩性、顶部支持系统的型式及刚度、钻机的功率和钻速对开孔效果都有很大的影响，如实践中就发现岩石较破碎的钻孔的效能反而不好。因此该技术该有很多需要完善和改进的地方，期待广大的电力施工和设计人员的聪明才智，为实现输电线路的机械化作业共同努力。
作者简介：程志，男（1976-）广州供电局系统规划研究中心，高工工程师，Email:cz042@163.com
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