CN109723444A - 一种软弱围岩隧道机械化全断面快速开挖成环钻眼爆破施工工法 - Google Patents

Abstract

一种软弱围岩隧道机械化全断面快速开挖成环钻眼爆破施工工法，包括下面的步骤：步骤一、掌子面超前预加固；步骤二、掌子面开挖：对掌子面进行机械化钻眼、装药、爆破开挖，钻眼时，除仰拱外掌子面钻眼方式采用直眼爆破，仰拱钻眼采用“无后置仰拱初支+底眼斜眼爆破”技术，底眼斜眼钻孔方向沿隧道掘进方向向下，且采用长短眼结合，同时抬高长眼起眼高度，控制隧道超挖；采用外插短眼，控制隧底欠挖。采用全断面开挖，断面一次开挖成形，减少工序重复作业时间，便于施工组织与管理，改善劳动条件，工效高。

Description

一种软弱围岩隧道机械化全断面快速开挖成环钻眼爆破施工 工法

技术领域

本发明涉及一种施工工法，更具体的说涉及一种软弱围岩隧道机械化全断面快速开挖成环钻眼爆破施工工法，属于隧道施工技术领域。

背景技术

目前，随着我国高铁的飞速发展，隧道工程的发展已经取得了突破性进展。伴随着机械化的施工步伐，新掘进的隧道一般采用机械化初期支护来保护新开挖的临空面,防止围岩变形和破坏的持续发展。

传统的三台阶、上下台阶及机械化作业的微台阶开挖工法，掌子面开挖均分为2～3片区域钻眼爆破，易导致沉降变形大；且由于该传统开挖工法均是基于小型机械研究得出的施工工艺，不能较好的适用于大型机械化作业，无法突出大型机械化作业的特点，因此为实现掌子面全断面爆破、开挖一次成型、减少对围岩的扰动作业，研究基于大型机械化的开挖工艺至关重要。同时，由于传统风枪小且灵活，掌子面采用直眼钻眼爆破较容易实现，而大型机械规模大且缺乏灵活性，掌子面局部区域无法实现直眼钻眼爆破；所以研究一套基于大型机械全断面开挖的钻眼爆破技术成为重中之重。

发明内容

本发明的目的在于针对传统的开挖工法存在的易导致沉降变形大、不能较好的适用于大型机械化作业等问题，提供一种软弱围岩隧道机械化全断面快速开挖成环钻眼爆破施工工法。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种软弱围岩隧道机械化全断面快速开挖成环钻眼爆破施工工法，包括下面的步骤：步骤一、掌子面超前预加固；步骤二、掌子面开挖：对掌子面进行机械化钻眼、装药、爆破开挖，钻眼时，除仰拱外掌子面钻眼方式采用直眼爆破，仰拱钻眼采用“无后置仰拱初支+底眼斜眼爆破” 技术，底眼斜眼钻孔方向沿隧道掘进方向向下，且采用长短眼结合，同时抬高长眼起眼高度，控制隧道超挖；采用外插短眼，控制隧底欠挖。

所述步骤一中的掌子面超前预加固采用超前管棚支护和锚杆支护方式。

所述步骤二中采用三臂凿岩台车对掌子面进行机械化钻眼、装药、爆破，具体包括下面流程：S11、挖机扒渣，平整场地，地面标高控制在内规顶下1.24m；S12、三臂凿岩台车定位：三臂凿岩台车就位，水电接通；S13、三臂凿岩台车扫描仪定位：启动三臂凿岩台车扫描仪，输入2点坐标数据，通过三臂凿岩台车扫描仪测量定位三臂凿岩台车实时位置，定位完成后通过三臂凿岩台车扫描仪测量另一点坐标，并与测量坐标校对复核三臂凿岩台车扫描仪的准确性；S14、导入钻爆设计图：将围岩钻爆设计图导入三臂凿岩台车车载电脑，显示屏实时显示钻臂在炮眼布置图中的位置，炮眼布置图中，除正常炮眼位置外，同时标记周边眼和底眼长眼起眼位置和终眼位置、短眼的起眼位置和终眼位置；S15、调整外插角：通过三臂凿岩台车电脑系统虚拟钻进界面和进尺深度，通过摆臂查看三臂凿岩台车显示屏显示的孔深的钻进里程，通过里程差和孔深计算三臂凿岩台车臂架角度，将三臂凿岩台车臂架角度与设计钻臂角度对比查看是否一致，待三臂凿岩台车臂架角度与设计钻臂角度一致后锁定臂架、保证三臂凿岩台车臂架角度；S16、钻眼：输入进尺深度和起止里程，确定钻眼数量、优化钻臂钻眼顺序，钻眼顺序按照提前布置好的设计图施作，三臂凿岩台车开始眼；钻眼过程中，由于钻杆与岩面作用导致的角度偏差，通过孔深和里程偏差实时计算角度，实时调整。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

1、本发明工效高：现有传统台阶法、机械化微台阶法、全断面（不带仰拱）开挖工法均无法实现全断面开挖；而本工法采用全断面开挖，断面一次开挖成形，减少工序重复作业时间，便于施工组织与管理，改善劳动条件，工效高。

、本发明机械化程度高：本发明工序作业均采用大型机械施工，较现有传统机械施工提高了机械的自动化程度、减少了人工，缩短了工期，机械化程度高。

、本发明安全性高、适用性强：本发明通过全断面（带仰拱）开挖，一次成形，减少因爆破开挖对围岩的扰动，有利于围岩稳定，安全性高；本发明适用于多种复杂地质条件下的Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩隧道，因此适用性强。

附图说明

图1是本发明中仰拱钻眼断面图。

图中，初支封闭成环线1，单次循环爆破区2。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

参见图1，一种软弱围岩隧道机械化全断面快速开挖成环钻眼爆破施工工法，适用于Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩隧道机械化施工，尤其是由软弱围岩引起沉降较大的、劳动力紧张或单工作面掘进长度大于1.5km的隧道；其实现全断面初期支护封闭成环，解决了软弱围岩隧道开挖后随时间推移、围岩松弛引起的的变形问题。包括下面的步骤：

步骤一、掌子面超前预加固。施工中，采用三臂凿岩台车对掌子面进行预超前加固；掌子面超前预加固主要采用超前管棚支护和锚杆支护方式。

步骤二、掌子面开挖：掌子面超前预加固完成后，对掌子面进行机械化钻眼、装药、爆破开挖。钻眼时，除仰拱外掌子面钻眼方式采用直眼爆破。仰拱钻眼采用“无后置仰拱初支+底眼斜眼爆破” 技术，即将仰拱钻眼技术由现有的“预留后置仰拱初支+底眼直眼爆破”改为“无后置仰拱初支+底眼斜眼爆破”。底眼斜眼钻孔方向沿隧道掘进方向向下，即底眼斜眼钻孔形成的钻孔与开挖半径之间的角度为锐角；底眼且采用长短眼结合，同时抬高长眼起眼高度，控制隧道超挖；采用外插短眼，控制隧底欠挖。通过以上措施，较好的实现全断面带仰拱一起开挖。

参见图1，本发明中掌子面超前预加固超前预加固和掌子面超前预加固开挖均采用三臂凿岩台车，隧道掘进进尺均根据具体围岩情况和级别而定。

具体的，所述步骤二中采用三臂凿岩台车对掌子面进行机械化钻眼、装药、爆破开挖，具体包括下面流程：

S11、挖机扒渣，平整场地，地面标高控制在内规顶下1.24m。

S12、三臂凿岩台车定位：三臂凿岩台车就位，水电接通；通常采用2台三臂凿岩台车平行作业。

S13、三臂凿岩台车扫描仪定位：启动三臂凿岩台车扫描仪，输入2点坐标数据，通过三臂凿岩台车扫描仪测量定位三臂凿岩台车台车实时位置，定位完成后通过三臂凿岩台车扫描仪测量另一点坐标，并与测量坐标校对复核三臂凿岩台车扫描仪的准确性。

S14、导入钻爆设计图：通过传统的超前地质预报结合三臂凿岩台车3D扫描软件及地质分析软件对上循环开挖断面超欠挖情况及前方围岩情况进行综合分析，动态调整钻爆参数（减小周边眼间距、减小周边眼及辅助眼药量），缩小开挖轮廓线控制隧道超欠挖，将围岩钻爆设计图导入三臂凿岩台车车载电脑。此时显示屏实时显示钻臂在炮眼布置图中的位置，炮眼布置图中，除正常炮眼位置外，同时标记周边眼和底眼长眼起眼位置和终眼位置、短眼的起眼位置和终眼位置。

S15、调整外插角：通过三臂凿岩台车电脑系统虚拟钻进界面和进尺深度，通过摆臂查看三臂凿岩台车显示屏显示的孔深的钻进里程，通过里程差和孔深计算三臂凿岩台车臂架角度；此处的里程差计算方法如下：刚开始钻进时，三臂凿岩台车上有个显示屏会显示里程，钻进后，屏幕上也有一个里程，两个里程相减，就是里程差。将三臂凿岩台车臂架角度与设计钻臂角度对比查看是否一致，待三臂凿岩台车臂架角度与设计钻臂角度一致后锁定臂架、保证三臂凿岩台车臂架角度。此处把实际物体抽象成理论计算，就是说外插角；则要求操作三臂凿岩台车摆出这个角度，即这个角度是用通过机械臂摆出来的，所以设计的钻臂角度就是理论分析的外插角，臂架角度就是机械臂摆出来的，查看通过摆动三臂凿岩台车后形成的角度看是否与外插角一致，如果一致，那就是对的。

S16、钻眼：输入进尺深度和起止里程，确定钻眼数量、优化钻臂钻眼顺序。钻眼顺序按照提前布置好的设计图施作，三臂凿岩台车开始眼；确保打眼过程中，手臂之间相互不发生碰撞，避免机械臂出现损坏。钻眼过程中，由于钻杆与岩面作用导致的角度偏差，通过孔深和里程偏差实时计算角度，实时调整。通常选择2台三臂凿岩台车采用6只机械臂同时进行钻眼作业。

参见图1，本发明为Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩隧道采用机械化全断面快速开挖成环提供一种新的软弱围岩隧道实现机械化全断面快速开挖成环的钻眼技术，充分发挥大型机械的特点，提高了施工质量。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种软弱围岩隧道机械化全断面快速开挖成环钻眼爆破施工工法，其特征在于，包括下面的步骤：

步骤一、掌子面超前预加固；

步骤二、掌子面开挖：对掌子面进行机械化钻眼、装药、爆破开挖，钻眼时，除仰拱外掌子面钻眼方式采用直眼爆破，仰拱钻眼采用“无后置仰拱初支+底眼斜眼爆破”技术，底眼斜眼钻孔方向沿隧道掘进方向向下，且采用长短眼结合，同时抬高长眼起眼高度，控制隧道超挖；采用外插短眼，控制隧底欠挖。

2.根据权利要求1所述的一种软弱围岩隧道机械化全断面快速开挖成环钻眼爆破施工工法，其特征在于：所述步骤一中的掌子面超前预加固采用超前管棚支护和锚杆支护方式。

3.根据权利要求1所述的一种软弱围岩隧道机械化全断面快速开挖成环钻眼爆破施工工法，其特征在于，所述步骤二中采用三臂凿岩台车对掌子面进行机械化钻眼、装药、爆破，具体包括下面流程：

S11、挖机扒渣，平整场地，地面标高控制在内规顶下1.24m；

S12、三臂凿岩台车定位：三臂凿岩台车就位，水电接通；

S13、三臂凿岩台车扫描仪定位：启动三臂凿岩台车扫描仪，输入2点坐标数据，通过三臂凿岩台车扫描仪测量定位三臂凿岩台车实时位置，定位完成后通过三臂凿岩台车扫描仪测量另一点坐标，并与测量坐标校对复核三臂凿岩台车扫描仪的准确性；

S14、导入钻爆设计图：将围岩钻爆设计图导入三臂凿岩台车车载电脑，显示屏实时显示钻臂在炮眼布置图中的位置，炮眼布置图中，除正常炮眼位置外，同时标记周边眼和底眼长眼起眼位置和终眼位置、短眼的起眼位置和终眼位置；

S15、调整外插角：通过三臂凿岩台车电脑系统虚拟钻进界面和进尺深度，通过摆臂查看三臂凿岩台车显示屏显示的孔深的钻进里程，通过里程差和孔深计算三臂凿岩台车臂架角度，将三臂凿岩台车臂架角度与设计钻臂角度对比查看是否一致，待三臂凿岩台车臂架角度与设计钻臂角度一致后锁定臂架、保证三臂凿岩台车臂架角度；

S16、钻眼：输入进尺深度和起止里程，确定钻眼数量、优化钻臂钻眼顺序，钻眼顺序按照提前布置好的设计图施作，三臂凿岩台车开始钻眼；钻眼过程中，由于钻杆与岩面作用导致的角度偏差，通过孔深和里程偏差实时计算角度，实时调整。