CN109958448A - 一种复合地层顶管施工破岩方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合地层顶管施工破岩方法，首先判断顶管施工掘进面为无水地层或含水地层；当顶管施工掘进面为无水地层时，采用静态爆破法进行岩石破除；将静态爆破孔的分布与岩石硬度进行结合考虑，提高了静态爆破的效率，在实际的施工中更具有合理性。在掘进面截面位置2/3以上采用与掘进面垂直的静态爆破孔，在掘进面截面位置2/3以下使用向下倾斜的静态爆破孔，提高了静态爆破效率。当顶管施工掘进面为含水地层时，采用劈裂法进行岩石破除。根据顶管施工掘进面的岩土含量采取不同的掘进方式，施工方法更加细化，全面提高破岩效率。本发明对工作面周围扰动较小，破岩速度快，效率高，对小断面敏感地段复合地层顶管施工的破岩具有重要的意义。

Description

一种复合地层顶管施工破岩方法

技术领域

本发明属于顶管施工技术领域，具体涉及一种复合地层顶管施工破岩方法。

背景技术

顶管施工是一种不开挖或者少开挖的管道设施施工技术。顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。随着城市化进程的进一步加快，我国的地下管线的需求量也在逐年增加。加之人们对环境保护意识的增强，顶管技术在我国地下管线的施工中起到越来越重要的作用。

现有技术在顶管施工时一般采用采用松动爆破的开挖方法，其操作简单，施工效率高。但遇到地质条件不均匀、地理环境复杂工程时，受到客观因素制约，无法或很难进行爆破松动开挖掘进作业，严重影响工程建设时间。在不能进行爆破开挖的施工现场一般选用岩石顶管机进行顶管施工，岩石顶管机具有独立的转盘与驱动，后方设计有主推装置和防偏转装置，可更换刀具、传动力矩大、能在硬土层、沙土层、砾石层、岩石层中间进行掘进，但该设备价格十分昂贵，在顶管距离较短的复合地层中也显示不了设备的优越性，对于软土地层极不适用。对于短距离的复杂地层顶管施工，只能采用人工掘进配合顶管的方式施工，现有人工掘进顶管施工破岩一般采用风镐进行人工破岩掘进或者静态爆破剂进行破岩，风镐人工破岩效率极低，顶管速度慢，很难满足工程进度要求，静态爆破方法采用通用的逐排固定孔间距的静态爆破法进行爆破，爆破方法单一，爆破效率低，严重影响顶管施工的工程进度。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的复合地层顶管施工破岩方法

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合地层顶管施工破岩方法以至少解决目前顶管过程中遇高强度岩石地层且不允许爆破时破岩方式单一、破岩效率低、顶管速度慢等问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种复合地层顶管施工破岩方法，所述破岩方法包括如下步骤：

判断顶管施工掘进面为无水地层或含水地层；

当顶管施工掘进面为无水地层时，采用静态爆破法进行岩石破除；

当顶管施工掘进面为含水地层时，采用劈裂法进行岩石破除。

如上所述的复合地层顶管施工破岩方法，优选，所述静态爆破法具体包括如下操作步骤：

首先根据顶管施工工作面岩石情况，确定静态爆破孔的分布；

其次逐步钻设静态爆破孔并填装静态爆破剂进行逐层爆破，然后对静态爆破后的掘进洞口周向的围岩进行修边破除，使掘进洞口截面尺寸满足顶管要求；

最后将产生的岩土清运出顶管施工面。

如上所述的复合地层顶管施工破岩方法，优选，静态爆破孔的分布的确定具体包括如下步骤：

a11，确定临空面，当掘进面为全断面岩石时，在掘进面的中心钻孔取芯作为临空面，当掘进面为岩土复合断裂面时，挖除土层作为临空面；

a12，布孔，根据所述步骤a11中确定的临空面进行布孔，当临空面位于全断面岩石掘进面的中心处时，在所述全断面岩石掘进面上布置多圈静态爆破孔，多圈静态爆破孔形成以临空面为圆心的同心圆，相邻两圈静态爆破孔之间层距相同，每圈静态爆破孔的孔间距相同；当掘进面为岩土复合断裂面时，在岩土复合断裂面的岩石上布置多排静态爆破孔，多排静态爆破孔的排布均与岩土交界面平行，相邻两排静态爆破孔之排距相同，每排静态爆破孔内的孔间距相等；

优选地，所述步骤a12中静态爆破孔的直径为42mm。

如上所述的复合地层顶管施工破岩方法，优选，所述步骤a12中，在掘进面截面位置2/3以下分布的静态爆破孔，所述静态爆破孔沿洞口掘进方向向下倾斜15°，在掘进面截面位置2/3以上分布的静态爆破孔，静态爆破孔方向水平设置；

优选地，所述步骤a11中在掘进面的中心钻孔取芯确定的临空面钻孔方向沿洞口掘进方向向下倾斜15°。

如上所述的复合地层顶管施工破岩方法，优选，在静态爆破时，根据所述步骤a12中确定的布孔方案，以临空面为起始点，逐圈或逐排钻设静态爆破孔并填装静态爆破剂进行静态爆破，直至整个掘进面静态爆破孔完全钻设并静态爆破完毕。

如上所述的复合地层顶管施工破岩方法，优选，在掘进面截面位置2/3以下分布的静态爆破孔的静态爆破剂填装过程中，使用加有重量比为22％-60％水的流质状的拌合静态爆破剂添加在静态爆破孔中并确保静态爆破剂在静态爆破孔内处于密实状态。

如上所述的复合地层顶管施工破岩方法，优选，在掘进面截面位置2/3以上分布的静态爆破孔的静态爆破剂填装过程中，使用高强度长纤维纸袋装入静态爆破剂并浸水至充分浸透，将充分浸透的袋装静态爆破剂填装入静态爆破孔并捅实装入静态爆破孔内的静态爆破剂。

如上所述的复合地层顶管施工破岩方法，优选，所述劈裂法具体包括如下操作步骤：

首先根据顶管施工工作面岩石情况，确定劈裂孔的分布；

其次逐步钻设劈裂孔并进行逐步劈裂，然后对静态爆破后的掘进洞口周向的围岩进行修边破除，使掘进洞口截面尺寸满足顶管要求；

最后将产生的岩土清运出顶管施工面。

如上所述的复合地层顶管施工破岩方法，优选，劈裂孔的分布的确定具体包括如下步骤：

b11，确定临空面，使钻孔方向与临空面平行，当掘进面为全断面岩石时，在掘进面的中心钻孔取芯作为临空面；当掘进面为岩土复合断裂面时，在掘进面底部150°的圆心角范围内，在掘进面的轮廓线钻孔取芯并使各孔连通成为带状孔洞，形成临空面；

b12，布孔，根据所述步骤b11中确定的临空面进行布孔，当临空面位于全断面岩石掘进面的中心处时，在所述全断面岩石掘进面上布置多圈劈裂孔，多圈劈裂孔形成以临空面为圆心的同心圆；当临空面位于掘进面的轮廓线底部时，在掘进面岩石上布置多排劈裂孔，相邻两排劈裂孔之排距相同，每排劈裂孔内的孔间距相等。

如上所述的复合地层顶管施工破岩方法，优选，在劈裂时，根据所述步骤b12中确定的布孔方案，以临空面为起始点，逐圈或逐排钻设劈裂孔并填装劈裂器进行劈裂，直至整个掘进面劈裂孔完全钻设并劈裂完毕。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

本发明提供的复合地层顶管施工破岩方法根据顶管施工掘进面有无水地层和含水地层进行分别施工，在无水地层掘进面破岩施工时，采用静态爆破法进行岩石爆破，优化了静态爆破孔的布置方式，将静态爆破孔的孔距和排距与岩石硬度进行结合考虑，最大限度的提高了静态爆破的效率，在实际的施工中更具有合理性。在掘进面截面位置2/3以上采用与掘进面垂直的静态爆破孔，在掘进面截面位置2/3以下使用向下倾斜的静态爆破孔，在便于施工的同时提高了静态爆破效率。细化了静态爆破剂的填装和施工时间，提高了静态爆破成功率，确保施工安全。在含水地层掘进面破岩施工时，根据顶管施工掘进面的岩土含量采取不同的掘进方法，施工方法更加细化，全面提高破岩效率。本发明采用非爆破的方法进行顶管施工破岩，对工作面周围扰动较小，破岩速度快，效率高，对小断面敏感地段复合地层顶管施工的破岩具有重要的意义。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

其中：

图1为本发明实施例的无水地层全断面岩石静态爆破孔分布图；

图2为本发明实施例的无水地层岩土复合断面岩石静态爆破孔分布图；

图3为本发明实施例的含水地层全断面岩石劈裂孔分布图；

图4为本发明实施例的含水地层岩土复合断面岩石劈裂孔分布图；

图5为本发明实施例的出渣系统示意图。

图中：1、土层；2、岩石；3、静态爆破孔；4、劈裂孔；5、扒渣机；6、运渣车；7、顶管；8、运输轨道。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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而不是要求本发明必须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。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

根据本发明的具体实施例，如图1至图5所示，本发明提供一种复合地层顶管施工破岩方法，破岩方法包括：

判断顶管7施工掘进面为无水地层或含水地层。

当顶管7施工掘进面为无水地层时，采用静态爆破法进行岩石2破除；该步骤具体包括如下操作方法：

首先，根据顶管7施工工作面岩石2情况，确定静态爆破孔3的分布。该步骤具体包括：

a11，确定临空面，布孔前首先要确定至少有一个以上的临空面，钻孔方向要尽可能做到与临空面平行，临空面越多，单位破石量越大，经济效益也更高。当掘进面为全断面岩石2时，在掘进面的中心钻孔取芯作为临空面，当掘进面为岩土复合断裂面时，挖除土层1作为临空面。

a12，布孔，根据步骤a11中确定的临空面进行布孔。

在小断面顶管7掘进施工中，掘进面为圆形，工作面有限，因此静态爆破孔3采用手持风钻钻设，静态爆破孔3直径与破碎效果有直接关系，孔径过小，不利于静态爆破剂充分发挥效力；孔径太大，易冲孔(即静态爆破剂从静态爆破孔3内冲出)，在本发明的实施例中使用直径为42mm的钻头钻设直径为42mm的静态爆破孔3。

当临空面位于全断面岩石2掘进面的中心处时，在全断面岩石2掘进面布置多圈静态爆破孔3，多圈静态爆破孔3形成以临空面为圆心的同心圆，相邻两圈静态爆破孔3之间层距相同，每圈静态爆破孔3的孔间距相同。

当掘进面为岩土复合断裂面时，在岩土复合断裂面的岩石2上布置多排静态爆破孔3，多排静态爆破孔3的排布均与岩土交界面平行，相邻两排静态爆破孔3之排距相同，每排静态爆破孔3内的孔间距相等。在掘进面截面位置2/3以下分布的静态爆破孔3，沿洞口掘进方向向下倾斜15度，这样设计静态爆破孔3倾斜的目的是在便于钻孔的同时方便静态爆破剂的填装。在掘进面截面位置2/3以上分布的静态爆破孔3，静态爆破孔3方向水平设置；在掘进面截面位置2/3以上的岩石2上因为位置局限，不便钻设向下倾斜的静态爆破孔3，此时可以钻设水平的静态爆破孔3，这样比较容易操作。为了提高静态爆破效率，临空面与静态爆破孔3尽量平行，在步骤a11中在掘进面的中心钻孔取芯确定的临空面钻孔方向沿洞口掘进方向向下倾斜15度。静态爆破孔3的层/排距、孔间距的大小与岩石2硬度有直接关系，岩石2硬度越大时，层距与孔间距距越小，反之则大。

在静态爆破布孔设计时，为了更好的设计静态爆破孔3的孔径、排距、相邻孔距、孔深以及静态爆破剂的使用量，本发明提供不同硬度岩石2布孔设计参照表见下表1：

表1静态爆破剂布孔设计参数表

破碎目标	孔深:L	相邻孔距:a(cm)	排距:b	孔径:d(mm)	使用量kg/m3
						低硬度岩石	1.0H	40～100	(0.6～0.9)a	38～50	5～10
中硬度岩石	1.05H	30～40	(0.6～0.9)a	38～50	12～22
						坚硬花岗岩石	1.05H	25～40	30～80	38～50	18～25

表1中H为设计静态爆破面的高度。当设计静态爆破面为岩石2的节理面或断裂面时，静态爆破孔3的钻孔深度L＝0.9H—1.05H。表1中低硬度岩石2对应岩石2硬度等级F为3-4，中硬度岩石2对应岩石2硬度等级F为5-6，坚硬花岗岩石2对应岩石2硬度等级F为8-10。

在小断面顶管7施工过程中，根据断面情况以及断面岩石2硬度，扩大岩石2硬度范围进行静态爆破孔3的不设，本发明还提供静态爆破孔3的排布与岩石2硬度的关系见下表2：

表2静态爆破孔3的层/排距、孔间距与岩石2硬度的关系表

岩石硬度	F＝4	F＝6	F＝8	F＝12
					孔间距(cm)	50～70	40	30	20
层/排距(cm)	80	50	40	30

在岩土复合地层顶管7施工过程中，为防止岩石2掘进后上部岩体(土体)的坍塌，每一循环掘进的进尺不得过长，静态爆破孔3沿洞口的掘进方向的深度不超过1m。每掘进一段后续管道及时跟进顶入，确保掘进面安全性和稳定性。在掘进过程中遇孤立的岩石2时，钻孔深度为目标破碎体的80％～90％；在掘进面为全断面岩石2时，静态爆破孔3沿洞口的掘进方向的深度可根据施工要求在1～2m范围内选择。

其次，逐步钻设静态爆破孔3并填装静态爆破剂进行逐层爆破。具体为根据步骤a12中确定的布孔方案，以临空面为起始点，逐圈或逐排钻设静态爆破孔3并填装静态爆破剂进行静态爆破，直至整个掘进面静态爆破孔3完全钻设并静态爆破完毕。在填装静态爆破剂之前要将静态爆破孔3内的余水和余渣用高压风吹洗干净，静态爆破孔3口旁应干净无土石渣。

在掘进面截面位置2/3以下分布的静态爆破孔3的静态爆破剂填装过程中，使用加有重量比为22％-60％水的流质状的拌合静态爆破剂添加在静态爆破孔3中并确保静态爆破剂在静态爆破孔3内处于密实状态。在本发明的实施例中，静态爆破剂可以选用颗粒状和粉末状，具体的加水量根据静态爆破剂的颗粒大小进行选择，粗颗粒静态爆破剂水灰比调节到0.22～0.25时拌合的静态爆破剂的流动性较好，细粉末静态爆破剂水灰比在0.32左右时流动性较好，也可以不通过捅实过程。

在掘进面截面位置2/3以上分布的静态爆破孔3的静态爆破剂填装过程中，使用高强度长纤维纸袋装入静态爆破剂形成药卷，将药卷浸水至充分浸透，将充分浸透的袋装静态爆破剂填装入静态爆破孔3并逐条捅实装入静态爆破孔3内的静态爆破剂。具体为：按一个操作循环所需要的药卷数量进行装填，将所需数量的药卷放在盆中，倒入洁净水至完全浸泡药卷，30～50秒左右待药卷充分湿润、完全不冒气泡时，取出药卷逐条装入静态爆破孔3并捅紧，密实地装填到孔口。

在本发明的实施例中，为了便于装填，充实的高强度长纤维纸袋的直径略小于静态爆破孔3的直径。考虑到施工的急迫性，也可将静态爆破剂加水拌合后用灰浆泵压入，静态爆破孔3口留5cm用黄泥封堵保证拌合后的静态爆破剂不流出。

静态爆破剂反应的快慢与温度有直接关系，温度越高，反映越快，反之则慢。实际操作中控延长静态爆破剂反映时间有两种方法，一种是在拌合水中加入抑制剂，另一种方法是控制拌合水、干静态爆破剂和岩石2的温度。将拌合水温控制在15℃以下。每次装填时，都要观察确定岩石2、静态爆破剂、水的温度是不是符合要求。灌装填过程中，已经开始发生化学反应的静态爆破剂(表现开始冒气和温度快速上升、温度超过60℃)不允许装填入静态爆破孔3内。从静态爆破剂加水拌合到装填结束，整个装填过程不能超过五分钟，在装填操作时应注意观察装填孔，发现有气体冒出有“嘶嘶”声时，冲孔可能立刻就要发生，要立即停止装药。装静态爆破剂的装填深度为静态爆破孔3深的100％。静态爆破剂/药卷反映过快易发生冲孔伤人事故，可用延缓反映时间的抑制剂。抑制剂放入水中。加入量为水量的5％～6％。冬季加入促发剂和提高拌合水温度。拌合水温度不可超过50度。反映时间一般控制在30～60分钟较好，条件较好的施工现场可根据实际情况缩短反映时间，以利于施工。

现有的技术中在静态爆破施工时首先也是确定临空面，横向分布孔距30cm，纵向间距30cm布置成平排的静态爆破孔3，这种布置适用的环境非常单一，在实际施工中这种装药方式不方便。

然后，对静态爆破后的掘进洞口周向的围岩进行修边破除，使掘进洞口截面尺寸满足顶管7要求；修边以及顶管7底部处理过程中要注意岩体的稳定性，避免伤人，对破岩不够的断面，进行修边，对出现坑面及管床超挖的部分用水泥砂浆找平以符合设计流水标高，确保顶进管节不发生脱节、隆起。

最后，将产生的岩土清运出顶管7施工面。

当顶管7施工掘进面为含水地层时，采用劈裂法进行岩石2破除。主要设备为劈裂器，由泵站和分裂器两大部分组成，由泵站输出的高压油驱动油缸，产生巨大推力，驱动楔块组成中的中间楔块向前驶出，将反向楔块向两边撑开。具体包括如下操作方法：

首先，根据顶管7施工工作面岩石2情况，确定劈裂孔4的分布。劈裂孔4的分布的确定具体包括：

b11，确定临空面，使钻孔方向与临空面平行，当掘进面为全断面岩石2时，在掘进面的中心钻孔取芯作为临空面；当掘进面为岩土复合断裂面时，在掘进面底部150°的圆心角范围内，在掘进面的轮廓线钻孔取芯并使各孔连通成为带状孔洞，形成临空面；

b12，布孔，根据步骤b11中确定的临空面进行布孔。

当临空面位于全断面岩石2掘进面的中心处时，在全断面岩石2掘进面布置多圈劈裂孔4，多圈劈裂孔4形成以临空面为圆心的同心圆。掘进断面直径2.8m，管道外径为2.56m，预扩孔0.12m。用取芯钻机在断面中心钻孔取芯，孔径为100mm，即制造出临空面；第一圈距离断面中心25cm均匀布置10个孔径为42mm的劈裂孔4；第二圈距离断面中心50cm均匀布置20个孔径为42mm的劈裂孔4；第三圈距离断面中心75cm布置30个孔径为42mm的劈裂孔4；第四圈距离断面中心110cm布置40个孔径为42mm的劈裂孔4；第五圈距离断面中心1.4m布置56个孔径为42mm的劈裂孔4，劈裂孔4深度为500mm。

当临空面位于掘进面的轮廓线底部时，在掘进面岩石2上布置多排劈裂孔4，相邻两排劈裂孔4之排距相同，每排劈裂孔4内的孔间距相等，优选地，劈裂孔4的排距为250mm，每排劈裂孔4的孔间距为180mm，劈裂孔4的直径42mm。

其次，逐步钻设劈裂孔4并进行逐步劈裂。具体为根据步骤b12中确定的布孔方案，以临空面为起始点，逐圈或逐排钻设劈裂孔4并填装劈裂枪进行劈裂，直至整个掘进面劈裂孔4完全钻设并劈裂完毕。当临空面位于全断面岩石2掘进面的中心处时，采用取芯钻机围绕临空面的中心钻设第一圈劈裂孔4，再采用劈裂器劈裂岩石2，劈裂岩石2的顺序由上往下进行，每次劈裂采用三枪同时进行，每个劈裂孔4的劈裂约需要三十秒，劈裂完成后，及时用风镐、撬杠将岩石2拨开、搬走，然后按以上顺序再进行第二圈、第三圈、及第四圈的破岩施工。

当临空面位于掘进面的轮廓线底部时，劈裂顺序为从下向上逐层劈裂。先采用取芯钻机，在掘进面底部150°的圆心角范围内，在掘进面的轮廓线钻孔取芯并使各孔连通成为带状孔洞，形成临空面。优选地，钻孔取芯采用钻孔直径100mm的钻头进行钻孔。在已钻孔取芯的临空面上部分层钻劈裂孔4、分层从上向下劈裂。必须采取逐排作业，不得多排同时作业。

在本发明的实施例中，劈裂设备采用如下：

取芯钻机采用LXP160钻机，其机械参数为：主机重量：130KG，电压380V，额定功率5KW，额定频率50HZ，回旋角度360°，电子变速每分钟1440转，最大可钻孔直径200mm。

劈裂器采用QL-30液压劈裂器(一机三枪)，其分裂力为500～700t，分裂宽度为25～50mm，分裂时间为4～12s，预钻孔直径需45～50mm，可劈裂钻孔深度500mm。

空气压缩压机采用BK37-8空压机，排气压力0.8Mpa，排气量6m³/min，电动机功率37KW，重量730kg。

然后，对静态爆破后的掘进洞口周向的围岩进行修边破除，使掘进洞口截面尺寸满足顶管7要求。修边以及顶管7底部处理过程中要注意岩体的稳定性，避免伤人，对破岩不够的断面，进行修边，对出现坑面及管床超挖的部分用水泥砂浆找平以符合设计流水标高，确保顶进管节不发生脱节、隆起。

最后，将产生的岩土清运出顶管7施工面。

在本发明的实施例中，综合考虑顶进管道空间、工期计划等因素，安排满足施工场地要求及保证施工循环时间的出渣机械，再以人工配合的出渣方案。本发明采用的扒渣机5为WZL-60型号挖掘装载机，该机外形尺寸为长×宽×高＝4740mm×1550mm×1720mm，装渣能力约为60m³/h。管道内采用有轨运输，自制简易人力运渣车6出渣，管内扒渣机5将破碎后岩石2装至运渣车6，采用人力推运到顶管7工作井，由垂直提升设备(门式起重机)将渣石运至现场临时堆场，然后用渣土车运输至指定弃土场。施工过程中为了确保施工安全，要求顶管7钢管紧跟开挖面，管道内渣石需要迅速运离工作面，因此采用有轨运输方案。运输轨道8采用22Kg/m钢轨，轨距600mm铺设在管道底部。由于顶管7管径比较小，管道内运输采用单线轨道。采用运渣车6配合轨道使用进行出渣处理，运输效率较高，节省劳动力。

综上所述，本发明提供的复合地层顶管施工破岩方法根据顶管施工掘进面有无水地层和含水地层进行分别施工，在无水地层掘进面破岩施工时，采用静态爆破法进行岩石爆破，优化了静态爆破孔的布置方式，将静态爆破孔的孔距和排距与岩石硬度进行结合考虑，最大限度的提高了静态爆破的效率，在实际的施工中更具有合理性。在掘进面截面位置2/3以上采用与掘进面垂直的静态爆破孔，在掘进面截面位置2/3以下使用向下倾斜的静态爆破孔，在便于施工的同时提高了静态爆破效率。细化了静态爆破剂的填装和施工时间，提高了静态爆破成功率，确保施工安全。在含水地层掘进面破岩施工时，根据顶管施工掘进面的岩土含量采取不同的掘进方法，施工方法更加细化，全面提高破岩效率。本发明采用非爆破的方法进行顶管施工破岩，对工作面周围扰动较小，破岩速度快，效率高，对小断面敏感地段复合地层顶管施工的破岩具有重要的意义。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合地层顶管施工破岩方法，其特征在于，所述破岩方法包括如下步骤：

判断顶管施工掘进面为无水地层或含水地层；

当顶管施工掘进面为无水地层时，采用静态爆破法进行岩石破除；

当顶管施工掘进面为含水地层时，采用劈裂法进行岩石破除。

2.如权利要求书1所述的复合地层顶管施工破岩方法，其特征在于，所述静态爆破法具体包括如下操作步骤：

首先根据顶管施工工作面岩石情况，确定静态爆破孔的分布；

其次逐步钻设静态爆破孔并填装静态爆破剂进行逐层爆破，然后对静态爆破后的掘进洞口周向的围岩进行修边破除，使掘进洞口截面尺寸满足顶管要求；

最后将产生的岩土清运出顶管施工面。

3.如权利要求书2所述的复合地层顶管施工破岩方法，其特征在于，静态爆破孔的分布的确定具体包括如下步骤：

a11，确定临空面，当掘进面为全断面岩石时，在掘进面的中心钻孔取芯作为临空面，当掘进面为岩土复合断裂面时，挖除土层作为临空面；

a12，布孔，根据所述步骤a11中确定的临空面进行布孔，当临空面位于全断面岩石掘进面的中心处时，在所述全断面岩石掘进面上布置多圈静态爆破孔，多圈静态爆破孔形成以临空面为圆心的同心圆，相邻两圈静态爆破孔之间层距相同，每圈静态爆破孔的孔间距相同；当掘进面为岩土复合断裂面时，在岩土复合断裂面的岩石上布置多排静态爆破孔，多排静态爆破孔的排布均与岩土交界面平行，相邻两排静态爆破孔之排距相同，每排静态爆破孔内的孔间距相等；

优选地，所述步骤a12中静态爆破孔的直径为42mm。

4.如权利要求书3所述的复合地层顶管施工破岩方法，其特征在于，所述步骤a12中，在掘进面截面位置2/3以下分布的静态爆破孔，所述静态爆破孔沿洞口掘进方向向下倾斜15°，在掘进面截面位置2/3以上分布的静态爆破孔，静态爆破孔方向水平设置；

优选地，所述步骤a11中在掘进面的中心钻孔取芯确定的临空面钻孔方向沿洞口掘进方向向下倾斜15°。

5.如权利要求书4所述的复合地层顶管施工破岩方法，其特征在于，在静态爆破时，根据所述步骤a12中确定的布孔方案，以临空面为起始点，逐圈或逐排钻设静态爆破孔并填装静态爆破剂进行静态爆破，直至整个掘进面静态爆破孔完全钻设并静态爆破完毕。

6.如权利要求书5所述的复合地层顶管施工破岩方法，其特征在于，在掘进面截面位置2/3以下分布的静态爆破孔的静态爆破剂填装过程中，使用加有重量比为22％-60％水的流质状的拌合静态爆破剂添加在静态爆破孔中并确保静态爆破剂在静态爆破孔内处于密实状态。

7.如权利要求书5所述的复合地层顶管施工破岩方法，其特征在于，在掘进面截面位置2/3以上分布的静态爆破孔的静态爆破剂填装过程中，使用高强度长纤维纸袋装入静态爆破剂并浸水至充分浸透，将充分浸透的袋装静态爆破剂填装入静态爆破孔并捅实装入静态爆破孔内的静态爆破剂。

8.如权利要求书1所述的复合地层顶管施工破岩方法，其特征在于，所述劈裂法具体包括如下操作步骤：

首先根据顶管施工工作面岩石情况，确定劈裂孔的分布；

其次逐步钻设劈裂孔并进行逐步劈裂，然后对静态爆破后的掘进洞口周向的围岩进行修边破除，使掘进洞口截面尺寸满足顶管要求；

最后将产生的岩土清运出顶管施工面。

9.如权利要求书8所述的复合地层顶管施工破岩方法，其特征在于，劈裂孔的分布的确定具体包括如下步骤：

b11，确定临空面，使钻孔方向与临空面平行，当掘进面为全断面岩石时，在掘进面的中心钻孔取芯作为临空面；当掘进面为岩土复合断裂面时，在掘进面底部150°的圆心角范围内，在掘进面的轮廓线钻孔取芯并使各孔连通成为带状孔洞，形成临空面；

b12，布孔，根据所述步骤b11中确定的临空面进行布孔，当临空面位于全断面岩石掘进面的中心处时，在所述全断面岩石掘进面上布置多圈劈裂孔，多圈劈裂孔形成以临空面为圆心的同心圆；当临空面位于掘进面的轮廓线底部时，在掘进面岩石上布置多排劈裂孔，相邻两排劈裂孔之排距相同，每排劈裂孔内的孔间距相等。

10.如权利要求书9所述的复合地层顶管施工破岩方法，其特征在于，在劈裂时，根据所述步骤b12中确定的布孔方案，以临空面为起始点，逐圈或逐排钻设劈裂孔并填装劈裂器进行劈裂，直至整个掘进面劈裂孔完全钻设并劈裂完毕。