CN109296378A - 潜孔钻配合破碎锤掘进开挖施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了潜孔钻配合破碎锤掘进开挖施工方法，包括以下步骤：步骤一、用全站仪在掌子面布设周边轮廓孔、掏槽孔和破碎孔，并做标记；步骤二、利用履带式液压潜孔钻钻孔，钻孔顺序按照先钻周边轮廓孔，在掌子面中下断面的中间区域布设掏槽孔，在掌子面其余部位设置破碎孔；步骤三、用破碎锤对掌子面进行破碎，破碎按竖直方向至下而上进行，先破碎下部孔间距密集区域，凿出临空面，再逐层往上开挖，破碎顺序为：下、上、左、右、周边。本发明减少了对周边建筑物干扰，控制施工噪音，加快了隧道洞身掘进，达到了设计目标，取得了显著的社会效益和经济效益。

Description

潜孔钻配合破碎锤掘进开挖施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工领域。更具体地说，本发明涉及一种潜孔钻配合破碎锤掘进开挖施工方法。

背景技术

由于地表土地面积的局限性，地下空间的开发也因此得到了越来越多的重视。城市隧道作为地下空间开发利用的典型例子，在缓解城市交通拥堵的问题上做出了很大贡献。对于城市隧道周边建筑密集、房屋老旧、隧道埋深较浅、围岩完整性好、环保要求高等施工条件限制的情况下，一般采用机械开挖的方式进行掘进；目前隧道机械开挖的方式有以下几种：

一种是采用常规履带式破碎锤的开挖，即根据测量放样的隧道开挖轮廓线，采用履带式破碎锤直接在掌子面围岩凿打的开挖方式，此方法的优点是施工振动小，对周边房屋的影响较小，造价低，施工组织及工序简单，缺点是对完整性较好的岩层，凿打过程中会出现“打滑”的现象，间接增加开挖时间、减缓开挖速度，且施工过程中噪音较大，产生的粉尘较多，对周边环保影响较大。

一种是采用盾构机(TBM)开挖，即使用盾构法的隧道掘进机，具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响地面交通等特点，在隧道线路较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。

发明内容

本发明的目的是提供了潜孔钻配合破碎锤掘进开挖施工方法，对围岩完整性好、岩石强度、临近建筑物及环保要求高等复杂环境下隧道洞身机械开挖的施工方式，减少了对周边建筑物干扰，控制施工噪音，加快了隧道洞身掘进，达到了设计目标，取得了显著的社会效益和经济效益。。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了潜孔钻配合破碎锤掘进开挖施工方法，包括以下步骤：

步骤一、用全站仪在掌子面布设周边轮廓孔、掏槽孔和破碎孔，并做标记，所述掏槽孔区域位于掌子面底部的中间，掏槽孔区域为长方形，掏槽孔区域与掌子面的宽度比为3:6～8，掏槽孔区域与掌子面的高度比为3:12～14；

步骤二、利用履带式液压潜孔钻钻孔，钻孔顺序按照先钻周边轮廓孔，深度2.2m，间距0.3m，孔径11cm；在掌子面中下断面的中间区域布设掏槽孔，深度为2m，间距为0.3*0.3m，孔径为11cm；在掌子面其余部位设置破碎孔，深度为2m，间距为0.5*0.5m，孔径11cm；

步骤三、用破碎锤对掌子面进行破碎，破碎按竖直方向至下而上进行，先破碎下部孔间距密集区域，凿出临空面，再逐层往上开挖，破碎顺序为：下、上、左、右、周边。

优选的是，所述步骤二中，钻孔过程中进行喷水降尘。

优选的是，所述履带式液压潜孔钻包括：

履带式车体，其上设置有第一液压缸；

大臂，其铰接于履带式车体上，且通过第一液压缸驱动大臂绕铰接点转动，所述大臂的端头铰接有第一连接件；

第二液压缸，其固定于大臂的中部，所述第二液压缸的驱动端与所述第一连接件的一端连接以驱动第一连接件绕铰接点转动；

第三液压缸，其与第一连接件的另一端固定；

潜孔钻液压钻杆，其通过第二连接件与第三液压缸的驱动端固定以驱动潜孔钻液压钻杆前后运动，所述潜孔钻液压钻杆通过空压机驱动其工作，所述潜孔钻液压钻杆的一端设置有钻头。

优选的是，所述履带式液压潜孔钻上设置有降尘装置，其包括：

水箱，其设置于中空的大臂内；

高压喷头，其固定于潜孔钻液压钻杆上且高压喷头位于钻头上方，且喷射方向朝向钻头的方向，所述高压喷头与水箱连通；

第一高压水泵，其将水箱的水泵入高压喷头中。

优选的是，还包括清渣组件，其包括：

拱形滑轨，其架设于掌子面的周边；

碎石箱，其固定于潜孔钻液压钻杆下方靠近钻头的一端，潜孔钻液压钻杆上设置有第三连接件，所述碎石箱的两侧固定有连接杆，所述连接杆与所述第三连接件可转动的连接；所述碎石箱的底面由钻头向钻杆的方向呈向下的倾斜面，倾斜夹角为20°～30°，当潜孔钻液压钻杆未工作时，所述碎石箱朝向钻头的一端凸出于所述钻头，碎石箱位于钻头下方的部分高度低于碎石箱位于潜孔钻液压钻杆下方的部分，且两部分为圆弧过渡；

橡胶条，其围设于碎石箱朝向掌子面的边侧；

移动组件，其包括一对固定于碎石箱两侧的伸缩杆、固定于伸缩杆另一端的第四连接件以及固定于第四连接件上的滑轮，所述滑轮滑动连接于拱形滑轨上。

优选的是，所述碎石箱朝向履带式车体的一侧的底部开设有出料口；

出料管，其为弯管结构，所述出料管的一端与出料口连接，所述出料管的另一端竖直向下；

储料箱，其沿隧道的宽度方向延伸设置于出料管的下方；

喷淋组件，其具有多个同圆心的圆形喷管通过支架设置于出料管的下端，所述圆心喷管的下方向下向内倾斜设置有多个间隔设置的喷头，所述喷头与竖直方向的夹角为15°；所述圆形喷管通过管道与水箱连接，且通过第二高压水泵将水泵入。

本发明至少包括以下有益效果：

1、采用改装的潜孔钻设备的机械开挖方式，振速均小于0.4cm/s，较高效完成了暗挖隧道的掘进，并有效解决了对既有建、构筑的保护及降尘、降噪的要求。

2、日掘进1.6m/d，相比对比例1掌子面的布孔方式以及劈裂机进行劈裂(日掘进约0.8m/d)，工期节省了120d，成功地完成了施工通道任务，为主线隧道的施工提供了通道及作业面。

3、采用履带式液压潜孔钻钻孔，然后配合破碎锤进行掘进即可满足施工，与传统破碎锤机械开挖相比较，有效地降低了施工难度、施工风险及施工投入，极大的提高了施工工效，缩短了工期，直接节省施工成本约230万元。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是掌子面布孔示意图；

图2是履带式液压潜孔钻的结构示意图；

图3是移动组件示意图；

图4是履带式液压潜孔钻设置了清渣组件的结构示意图；

图5是喷淋组件示意图；

图6是曾家岩大桥施工周边环境示意图。

1-周边轮廓孔，2-破碎孔，3-掏槽孔，41-履带式车体，42-大臂，43-第一液压缸，44-第二液压缸，45-潜孔钻液压钻杆，46-钻头，47-第一连接件，48-第三液压缸，49-第二连接件，5-掌子面，61-碎石箱，62-拱形滑轨，63-伸缩杆，64-滑轮，65-连接杆，66-第三连接件，71-储料箱，72-出料管，73-圆形喷管，74-喷头，75-支架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

对于城市隧道施工过程中，隧道围岩完整性好、岩石强度高，且线路周边有老旧密集建筑物、居民小区、市政设施等，对建筑物保护和环保要求高。设计要求隧道洞身开挖采用机械开挖、施工振速控制须小于1cm/s、地表及房屋沉降须小于5mm，隧道建设过程中不得对周边的建筑物和周边环境造成较大破坏。

实施例1

如图1～6所示，将潜孔钻配合破碎锤掘进开挖施工方法应用于曾家岩大桥，其连接重庆江北区和渝中区，位于嘉陵江大桥和黄花园大桥之间，由于施工通道周边老旧居民房众多，为保证施工安全，采用机械开发掘进方式施工。

经检测导洞隧道掌子面5围岩Ⅲ级，以砂岩、砂质泥岩为主，完整性较好。岩石单轴抗压强度达70MPa。由于导洞下穿长安厂老旧厂区、精密加工厂、长安医院等，施工振动对其影响较高。

潜孔钻配合破碎锤掘进开挖施工方法，包括以下步骤：

步骤一、用全站仪在掌子面5布设周边轮廓孔1、掏槽孔3和破碎孔2，并做标记，所述掏槽孔3区域位于掌子面5底部的中间，掏槽孔3区域为长方形，掏槽孔3区域与掌子面5的宽度比为3:7.48，掏槽孔3区域与掌子面5的高度比为1.5:6.54。

步骤二、利用履带式液压潜孔钻钻孔，钻孔顺序按照先钻周边轮廓孔1，深度2.2m，间距0.3m，孔径11cm；在掌子面5中下断面的中间区域布设掏槽孔3，深度为2m，间距为0.3*0.3m，孔径为11cm；在掌子面5其余部位设置破碎孔，深度为2m，间距为0.5*0.5m，孔径11cm。钻孔过程中进行喷水降尘。

步骤三、用破碎锤对掌子面5直接进行破碎，破碎按竖直方向至下而上进行，先破碎下部孔间距密集区域，凿出临空面，再逐层往上开挖，破碎顺序为：下、上、左、右、周边。具体见图1，利用履带式破碎机(破碎锤直径155mm)对掏槽孔3区域①部进行破碎，形成先行临空面，无需特定规则，直接用破碎机在掏槽孔3区域进行破碎。掏槽孔3区域凿除完成后，先逐层破碎掏槽孔3两侧围岩②-⑤、⑥-⑨区域，然后根据围岩破碎孔2位置，由下而上逐层破碎掌子面5围岩，完成掌子面5的洞身掘进。钻孔同时利用设置在了钻头46的喷淋洒水装置对掌子面5进行洒水降尘，降低洞内扬尘污染。

在本实施例中，采用的履带式液压潜孔钻包括：

履带式车体41，其上设置有第一液压缸43，履带式车体41作为现有技术其车体本身可以相对履带转动，例如型号为CAT320挖机的车体就具有这一功能。

大臂42，其铰接于履带式车体41上，且通过第一液压缸43驱动大臂42绕铰接点转动从而带动潜孔钻液压钻杆45上下移动进行竖直面的粗调，所述大臂42的端头铰接有第一连接件47。

第二液压缸44，其固定于大臂42的中部，所述第二液压缸44的驱动端与所述第一连接件47的一端连接以驱动第一连接件47绕铰接点转动，从而带动潜孔钻液压钻杆45上下移动对钻头46的上下位置精调。

第三液压缸48，其与第一连接件47的另一端固定。

潜孔钻液压钻杆45，其通过第二连接件49与第三液压缸48的驱动端固定以驱动潜孔钻液压钻杆45前后运动，所述潜孔钻液压钻杆45通过空压机驱动其工作，所述潜孔钻液压钻杆45的一端设置有钻头46。

所述履带式液压潜孔钻上设置有降尘装置，其包括：水箱，其设置于中空的大臂42内，大臂42外侧开设有窗口供管路穿过，将水箱设置于大臂42内，可节省空间。高压喷头74，其固定于潜孔钻液压钻杆45上且高压喷头74位于钻头46上方，且喷射方向朝向钻头46的方向，所述高压喷头74与水箱通过水管连通。第一高压水泵，其将水箱的水泵入高压喷头74中。降尘装置在钻进过程中喷水有效防尘，保证施工作业人员视线。

清渣组件，其包括：

拱形滑轨62，其架设于掌子面5的周边；

碎石箱61，其固定于潜孔钻液压钻杆45下方靠近钻头46的一端，潜孔钻液压钻杆45上设置有第三连接件66，所述碎石箱61的两侧固定有连接杆65，所述连接杆65与所述第三连接件66可转动的连接；所述碎石箱61的底面由钻头46向钻杆的方向呈向下的倾斜面，倾斜夹角为20°～30°，当潜孔钻液压钻杆45未工作时，所述碎石箱61朝向钻头46的一端凸出于所述钻头46，碎石箱61位于钻头46下方的部分高度低于碎石箱61位于潜孔钻液压钻杆45下方的部分，且两部分为圆弧过渡；

橡胶条，其围设于碎石箱61朝向掌子面5的边侧；

移动组件，其包括一对固定于碎石箱61两侧的伸缩杆63、固定于伸缩杆63另一端的第四连接件以及固定于第四连接件上的滑轮64，所述滑轮64滑动连接于拱形滑轨62上。随着潜孔钻液压钻杆45带动碎石箱61上下左右移动时，与碎石箱61连接的移动组件的滑轮64和伸缩杆63会自动做出适应性位置的调整。

清渣组件主要用于在收集多数掏槽孔3和破碎孔2钻取时的碎石，减轻隧道掘进时的清渣时间，碎石箱61的连接杆65和第三连接件66事可转动的连接，因此当潜孔钻液压钻杆45在转动定位时，碎石箱61在重力作用下基本保持不变，当钻头46在工作时，碎石掉落到碎石箱61，碎石箱61底面是斜面，碎石会朝向斜向下的方向滚动，当碎石箱61右边的重量高于其右边时，碎石箱61和掌子面5的贴合度会更紧密。

所述碎石箱61朝向履带式车体41的一侧的底部开设有出料口；

出料管72，其为弯管结构，所述出料管72的一端与出料口连接，所述出料管72的另一端竖直向下；

储料箱71，其沿隧道的宽度方向延伸设置于出料管72的下方；

喷淋组件，其具有多个同圆心的圆形喷管73通过支架75设置于出料管72的下端，所述圆心喷管的下方向下向内倾斜设置有多个间隔设置的喷头74，所述喷头74与竖直方向的夹角为15°；所述圆形喷管73通过管道与水箱连接，且通过第二高压水泵将水泵入。

为了减少清理碎石箱61中装满碎石的工序，且碎石箱61装满碎石的重量也会增加潜孔钻液压钻杆45承载重量，在碎石箱61上设置出料口，将碎石导入储料箱71，储料箱71可沿隧道宽度方向根据需要的尺寸定制，储料箱71底部也可以设置滚轮，方便托运碎石，当碎石从碎石箱61进入储料箱71时，为了防止起尘，设置了喷淋组件达到降尘的目的。

经监测，采用实施例1的方式开挖，开挖面地表振速平均为0.4cm/s，钻孔平均用时4小时，破碎锤开挖用时10小时，处理欠挖1小时，出渣1个半小时，立架、喷砼6小时，掘进尺长度为1.6m，共用时22.5小时。

经过实施例1的方式施工曾家岩大桥导洞隧道，根据对设置在拱顶的沉降观测点进行监测，支导洞拱顶最大累计沉降2.8mm。根据对设置在边墙的收敛观测点进行监测，支导洞边墙最大累计收敛3mm。根据监测结果、开挖面地表沉降累计最大为3.1mm。根据监测结果、开挖面房屋沉降累计最大为2.9mm。

对比例1

对同一导洞隧道进行三次对比例1的掘进开挖。

步骤一、在掌子面布设周边轮廓孔，布设时是轮廓孔是相互重叠2cm的，孔径是20cm，钻孔间距18cm，形成开挖临空面；再进行劈裂孔的布设，劈裂孔的孔深需要与轮廓孔孔深相同，由于液压劈裂机采用千斤顶的原理，单次劈裂深度为80cm，劈裂孔在掌子面形成若干个菱形、三角形或梯形的劈裂面，且劈裂面在掌子面左右对称分布，相邻劈裂孔之间的孔间距范围为0.3～0.5m。布设完成后采用钻孔取芯钻机钻孔。

步骤二、采用液压劈裂机分块劈裂劈裂面，采用先下面后上面，先周边后中间的开挖顺序劈裂。

经监测，经过对比例1的方式三次开挖，开挖面地表振速平均为0.8cm/s，平均每次开挖时间为：钻孔平均用时8小时，劈裂开挖用时14小时，出渣时间3小时，立架喷砼用时4小时，总用时29小时，进尺长度为80cm。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.潜孔钻配合破碎锤掘进开挖施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、用全站仪在掌子面布设周边轮廓孔、掏槽孔和破碎孔，并做标记，所述掏槽孔区域位于掌子面底部的中间，掏槽孔区域为长方形，掏槽孔区域与掌子面的宽度比为3:6～8，掏槽孔区域与掌子面的高度比为3:12～14；

步骤二、利用履带式液压潜孔钻钻孔，钻孔顺序按照先钻周边轮廓孔，深度2.2m，间距0.3m，孔径11cm；在掌子面中下断面的中间区域布设掏槽孔，深度为2m，间距为0.3*0.3m，孔径为11cm；在掌子面其余部位设置破碎孔，深度为2m，间距为0.5*0.5m，孔径11cm；

步骤三、用破碎锤对掌子面进行破碎，破碎按竖直方向至下而上进行，先破碎下部孔间距密集区域，凿出临空面，再逐层往上开挖，破碎顺序为：下、上、左、右、周边。

2.如权利要求1所述的潜孔钻配合破碎锤掘进开挖施工方法，其特征在于，所述步骤二中，钻孔过程中进行喷水降尘。

3.如权利要求2所述的潜孔钻配合破碎锤掘进开挖施工方法，其特征在于，所述履带式液压潜孔钻包括：

履带式车体，其上设置有第一液压缸；

大臂，其铰接于履带式车体上，且通过第一液压缸驱动大臂绕铰接点转动，所述大臂的端头铰接有第一连接件；

第二液压缸，其固定于大臂的中部，所述第二液压缸的驱动端与所述第一连接件的一端连接以驱动第一连接件绕铰接点转动；

第三液压缸，其与第一连接件的另一端固定；

潜孔钻液压钻杆，其通过第二连接件与第三液压缸的驱动端固定以驱动潜孔钻液压钻杆前后运动，所述潜孔钻液压钻杆通过空压机驱动其工作，所述潜孔钻液压钻杆的一端设置有钻头。

4.如权利要求3所述的潜孔钻配合破碎锤掘进开挖施工方法，其特征在于，所述履带式液压潜孔钻上设置有降尘装置，其包括：

水箱，其设置于中空的大臂内；

高压喷头，其固定于潜孔钻液压钻杆上且高压喷头位于钻头上方，且喷射方向朝向钻头的方向，所述高压喷头与水箱连通；

第一高压水泵，其将水箱的水泵入高压喷头中。

5.如权利要求4所述的潜孔钻配合破碎锤掘进开挖施工方法，其特征在于，还包括清渣组件，其包括：

拱形滑轨，其架设于掌子面的周边；

碎石箱，其固定于潜孔钻液压钻杆下方靠近钻头的一端，潜孔钻液压钻杆上设置有第三连接件，所述碎石箱的两侧固定有连接杆，所述连接杆与所述第三连接件可转动的连接；所述碎石箱的底面由钻头向钻杆的方向呈向下的倾斜面，倾斜夹角为20°～30°，当潜孔钻液压钻杆未工作时，所述碎石箱朝向钻头的一端凸出于所述钻头，碎石箱位于钻头下方的部分高度低于碎石箱位于潜孔钻液压钻杆下方的部分，且两部分为圆弧过渡；

橡胶条，其围设于碎石箱朝向掌子面的边侧；

移动组件，其包括一对固定于碎石箱两侧的伸缩杆、固定于伸缩杆另一端的第四连接件以及固定于第四连接件上的滑轮，所述滑轮滑动连接于拱形滑轨上。

6.如权利要求5所述的潜孔钻配合破碎锤掘进开挖施工方法，其特征在于，所述碎石箱朝向履带式车体的一侧的底部开设有出料口；

出料管，其为弯管结构，所述出料管的一端与出料口连接，所述出料管的另一端竖直向下；

储料箱，其沿隧道的宽度方向延伸设置于出料管的下方；

喷淋组件，其具有多个同圆心的圆形喷管通过支架设置于出料管的下端，所述圆心喷管的下方向下向内倾斜设置有多个间隔设置的喷头，所述喷头与竖直方向的夹角为15°；所述圆形喷管通过管道与水箱连接，且通过第二高压水泵将水泵入。