一种砂岩泥岩边坡组合机械协同施工控制方法与流程

本发明涉及边坡开挖施工，尤其涉及一种砂岩泥岩边坡组合机械协同施工控制方法。

背景技术：

1、近年来，随着高速铁路、高速公路、水利水电、矿山及市政基础设施工程建设规模不断扩大，大量路堑边坡、基坑边坡及矿山边坡涉及砂岩、泥岩及砂泥岩互层等复杂岩体的开挖施工。由于该类边坡岩性差异明显，其中泥岩通常裂隙发育、遇水易软化且自稳性较差，砂岩则整体性较好、强度相对较高，砂泥岩互层的层间结合面又容易成为开裂、错动和失稳的薄弱部位。给边坡施工安全及成型质量带来较大挑战。

2、现有边坡开挖常采用爆破方式或单一机械方式。爆破开挖虽然能够快速破碎岩体，但爆破振动和飞石容易影响周边居民房屋、既有构筑物和地下管线，同时可能扩大岩体原生裂隙，降低坡面完整性，并产生较大的粉尘、噪声以及块度不均的岩渣。对于临近居民区、燃气管线等敏感环境的工程，爆破作业的安全距离、审批和警戒要求也会限制施工组织。

3、采用单一挖掘机、鹰嘴钩机或破碎锤进行免爆破施工时，由于缺乏对泥岩层、砂岩层及砂泥岩互层的量化判定和切换依据，容易出现软岩区域扰动过大、超挖或溜塌，硬岩区域剥离效率低、欠挖及坡面凹凸不平，以及互层界面受冲击后开裂错动等问题。不同机械之间若没有明确的超前、滞后及作业范围关系，还会造成破岩、清渣和修坡工序脱节，增加坡面裸露时间。

4、因此，需要一种与上述问题直接对应的砂岩泥岩边坡组合机械协同施工控制方法，通过地质判定、设备匹配、分层分段开挖、实时切换、参数调整、随层修坡以及排水防护，使软岩低扰动施工、硬岩精准剥离和局部硬点辅助松动相互配合，从而提高开挖精度和边坡2稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种砂岩泥岩边坡组合机械协同施工控制方法，以解决现有爆破开挖对周边环境和岩体结构扰动较大，以及单一机械免爆破施工缺乏地质判定、设备切换和协同控制依据而导致超挖、欠挖、坡面失稳和施工效率不均衡的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种砂岩泥岩边坡组合机械协同免爆破施工控制方法，包括如下步骤：

4、s1、对待开挖边坡进行现场勘察，获取岩层分布、岩石单轴饱和抗压强度、风化等级、裂隙发育密度以及周边居民区、既有构筑物和地下管线信息，完成施工场地清理、测量放线和施工设备调试；

5、s2、以岩石单轴饱和抗压强度、风化等级和裂隙发育密度为判定指标，将待开挖区域划分为泥岩层、砂岩层或砂泥岩互层，并依据判定结果匹配挖掘机、鹰嘴钩机和液压破碎锤中的一种或多种；

6、s3、按照分层、分段、自上而下的顺序开挖，其中，对泥岩层采用挖掘机低扰动切削、剥离和清理，对砂岩层或砂泥岩互层采用鹰嘴钩机沿岩层裂隙或层间界面分层剥离，对鹰嘴钩机难以剥离的局部完整致密砂岩采用液压破碎锤定点松动，并由挖掘机跟进清渣、坡面修整及基底找平；

7、s4、在开挖过程中实时探测岩层变化，并依据岩体强度、裂隙发育密度、风化或软化状态以及鹰嘴钩机剥离效率，切换施工设备并调整分层高度、分段长度、单次切削厚度、剥离深度或液压破碎锤作业参数；

8、s5、每完成一层开挖后进行坡面质量检测，并设置坡面临时防护和排水设施，检测合格后进入下一层施工，直至开挖至设计坡底线；

9、s6、完成坡顶、坡底、岩渣及排水系统的收尾清理，并对边坡坡度、坡面平整度、开挖轮廓线、临时防护和排水系统进行验收。

10、优选的，所述泥岩层的判定条件为：单轴饱和抗压强度不大于12.5mpa，以全风化或强风化泥岩为主，裂隙发育密度不小于3条/m；所述砂岩层的判定条件为：单轴饱和抗压强度不大于31.9mpa，以中风化或弱风化砂岩为主，裂隙发育密度小于3条/m；所述砂泥岩互层的判定条件为：同一开挖断面内同时存在砂岩和泥岩夹层，岩层交替厚度为0.2～2.0m，整体强度为12.5～31.9mpa。

11、优选的，当探测到地层强度不大于12.5mpa时，采用挖掘机施工，并停止鹰嘴钩机和液压破碎锤作业；当地层强度为12.5～31.9mpa时，采用鹰嘴钩机为主、挖掘机为辅的协同模式；仅当局部完整砂岩无明显裂隙且鹰嘴钩机剥离效率低于0.3m3/min时，采用液压破碎锤进行局部辅助松动。

12、优选的，所述组合机械采用错层时序协同作业，鹰嘴钩机负责硬岩及砂泥岩互层界面的松动剥离，且超前工作面0.5～1.0m；液压破碎锤仅针对局部致密砂岩硬点进行定点限位作业，且其作业范围不扩散至泥岩层或层间界面；挖掘机滞后破岩工作面0.3～0.8m进行全覆盖清渣、随层修坡和基底找平。

13、优选的，鹰嘴钩机利用尖形钩头沿开挖轮廓线插入岩层裂隙或层间界面进行分层剥离；液压破碎锤垂直作用于局部砂岩硬点，将岩体破碎或松动为块度不大于30cm的岩渣；挖掘机或鹰嘴钩机清除坡面浮石、松散岩体和浮渣，并将坡面平整度误差控制在不大于5cm/m。

14、优选的，泥岩层的分层开挖高度为0.8～1.0m，分段开挖长度为3～5m，挖掘机单次切削厚度不大于0.3m，作业行驶速度不大于2km/h；当裂隙发育密度不小于5条/m或岩层潮湿软化时，将分层开挖高度调整为0.5～0.6m，分段开挖长度调整为2～3m，单次切削厚度调整为0.2m。

15、优选的，砂岩层的分层开挖高度为1.0～1.2m，分段开挖长度为4～6m，鹰嘴钩机单次剥离深度为0.3～0.5m；液压破碎锤采用冲击频率8～12hz的低频轻锤模式，单次冲击时长不大于0.5s；当砂岩裂隙发育密度不小于3条/m或表层风化严重时，停止液压破碎锤作业，将鹰嘴钩机单次剥离深度调整为0.2～0.3m，并将分层开挖高度调整为0.8m。

16、优选的，砂泥岩互层的分层开挖高度为0.8～1.0m，分段开挖长度为3～4m，优先采用鹰嘴钩机剥离层间界面，且层间界面禁止液压破碎锤作业；当泥岩夹层厚度大于0.5m时按照泥岩层施工参数施工，当砂岩夹层厚度大于0.5m时按照砂岩层施工参数施工。

17、优选的，施工准备阶段选用斗容为0.8～1.2m3的鹰嘴钩机，鹰嘴钩采用高强度耐磨钢材制成且钩头呈尖形；选用功率为15～25kw、冲击频率为1000～1500次/min的破碎锤；测量放线时每隔5～10m设置控制桩，边坡坡度控制为1:0.3～1:0.75。

18、优选的，所述坡面临时防护采用三维网自坡顶向坡脚纵向铺设，网片纵向搭接长度不小于50cm、横向搭接长度不小于30cm，并采用锚钉和绑扎丝固定；所述排水设施包括设置于坡顶的截水沟、设置于坡脚的排水沟、沿坡面每隔5～10m设置的排水槽，以及在存在地下水时设置的坡面排水孔，所述排水孔孔径为50mm、间距为2m×2m、深入岩体1～1.5m。

19、与现有技术相比，本发明提供了一种砂岩泥岩边坡2组合机械协同施工控制方法，具备以下有益效果：

20、1、安全可靠，风险可控：摒弃爆破作业，避免了爆破振动、飞石带来的安全隐患，不会损坏周边居民区、构筑物及地下管线，无需大范围警戒，施工安全系数大幅提升；采用分层、分段、自上而下开挖，配合临时防护措施，有效防止边坡坍塌，进一步提升施工安全性。

21、2、边坡稳定性好，质量可控：鹰嘴钩机与破碎锤协同作业，无爆破冲击力对岩体结构的破坏，能最大限度保留岩体完整性，减少岩体裂隙发育；坡面修整精度高，无超挖、欠挖现象，临时防护及时，有效防止坡面风化、雨水冲刷，提升边坡长期稳定性。

22、3、绿色环保，符合要求：施工过程中无爆破粉尘、噪音污染，不会干扰周边居民生活，满足绿色施工、环保施工的政策要求；开挖产生的岩渣块度均匀，无需二次破碎，清运效率高，减少环境污染与资源浪费。

23、4、施工精准，效率高：采用鹰嘴钩机修整坡面，结合测量放线控制，边坡坡度、坡面平整度、开挖轮廓线精准，误差小；鹰嘴钩机与破碎锤协同作业，分层循环施工，流程简洁，施工效率相比传统人工开挖提升60%以上，相比爆破开挖（含审批、警戒时间）工期缩短15%～20%。

24、5、适配性强，应用广泛：无需办理爆破审批手续，流程简便，适配周边有居民区、既有构筑物、管线等敏感场景；可根据砂岩、泥岩的岩体强度，灵活调整开挖参数与设备作业参数，适配不同高度、不同坡度的砂岩泥岩边坡开挖，应用范围广。

25、6、成本低廉，经济性好：无需爆破器材、爆破专业人员，减少爆破相关成本；无超挖回填、欠挖二次处理的费用，临时防护成本低；设备作业效率高，减少人工投入，整体施工成本相比爆破开挖降低10%～15%。

26、本发明的其他优点、目标和特征，在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述；并且在某种程度上，基于对下文的考察研究，对本领域技术人员而言将是显而易见的；或者，可以从本发明的实践中得到教导。