CN110219653A - 一种矿山法隧道矩阵状液压劈裂开挖方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿山法隧道矩阵状液压劈裂开挖方法，它涉及隧道开采技术领域，方法如下：预步骤：采用CRD法将大断面隧道分成4个相对独立的洞室分部施工；步骤一、在Ⅰ区操作劈裂法A；步骤二、直至Ⅰ区施工深度到达L后，在Ⅱ区开始同时操作劈裂法B；步骤三、直至Ⅰ区施工深度到达2L、Ⅱ区施工深度达到L后，在Ⅲ区开始同时操作劈裂法A；步骤四：直至Ⅰ区施工深度到达3L、Ⅱ区施工深度达到2L后、Ⅲ区施工深度达到L后，开始同时在Ⅳ区操作劈裂法B。本发明施工快速、安全、无噪音、无污染、零振动的完成岩石开挖，进而形成隧道洞壁施做初期支护，实现了安全、高效和绿色施工。

Description

一种矿山法隧道矩阵状液压劈裂开挖方法

技术领域：

本发明涉及一种矿山法隧道矩阵状液压劈裂开挖方法，属于隧道施工工程开挖支护技术领域。

背景技术：

在矿山法隧道施工过程中，洞身开挖是隧道施工中风险最大且不可或缺的关键环节。特别是在近距离下穿公路、铁路、高风险管线及毗邻建(构)筑物等高度敏感的环境下，加之工程地质及水文地质复杂，洞身开挖势必引起地下水流失、地层沉降、道路沉陷、轨道和管线及结构变形等一系列不安全因素，如何最大限度地控制施工扰动对工程周边环境的影响，并安全、高效、环保地开展施工，是目前矿山法施工中比较棘手的难题。

发明内容：

为解决现有的矿山法隧道在坚硬岩层中无法采用爆破开挖时安全快速施工且施工扰动大、安全风险高、效率低下且不够环保的问题，本发明提供一种矿山法隧道矩阵状液压劈裂开挖方法。

本发明开挖方法为：

预步骤：采用CRD法将大断面隧道分成4个相对独立的洞室分部施工，分别定义4个洞室为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区，其中Ⅰ区和Ⅲ区位于隧道的上半部，Ⅱ区和Ⅳ区位于隧道的下半部；

步骤一、在Ⅰ区操作劈裂法A；

步骤二、在Ⅰ区重复步骤一，直至施工深度到达L后，在Ⅱ区开始同时操作劈裂法B；

步骤三、在Ⅰ区继续重复步骤一，同时在Ⅱ区重复操作劈裂法B，直至Ⅰ区施工深度到达2L、Ⅱ区施工深度达到L后，在Ⅲ区开始同时操作劈裂法A；

步骤四：在Ⅰ区重复步骤一，同时在Ⅱ区重复操作劈裂法B，以及同时在Ⅲ区重复操作劈裂法A，直至Ⅰ区施工深度到达3L、Ⅱ区施工深度达到2L后、Ⅲ区施工深度达到L后，开始同时在Ⅳ区操作劈裂法B；

步骤五：在Ⅰ区和Ⅲ区重复步骤一，同时在Ⅱ区和Ⅳ区重复操作劈裂法B；直至施工完成全部隧道。

其中劈裂法A：

布置劈裂孔的位置，其中劈裂孔呈矩阵式排列，并布置加密孔的位置；

采用履带式潜孔钻机行走至隧道掌子面位置处，根据布置的劈裂孔和加密孔的孔位，自下而上逐排施钻钻设劈裂孔，当最下面一排钻完后，钻到加密孔的范围时，优先钻加密孔，然后继续按由下而上钻劈裂孔，形成劈裂条件；

人工手持柱塞式劈裂棒塞入加密孔内，调整好劈裂方向，首先劈裂加密孔，为后续劈裂形成临空面；接着人工手持柱塞式劈裂棒塞入劈裂孔内，调整好劈裂方向后，自下而上、先中间后两边，逐层逐圈对称地进行岩石劈裂剥落开挖，形成隧道洞身；

对隧道进行支护施工，形成刚性支护结构；

其中劈裂法B：

布置劈裂孔的位置，其中劈裂孔呈矩阵式排列；

采用履带式潜孔钻机行走至隧道掌子面位置处，根据布置的劈裂孔的孔位，自下而上逐排施钻钻设劈裂孔，形成劈裂条件；

人工手持柱塞式劈裂棒塞入劈裂孔内，调整好劈裂方向，由上而下、先中间后两边、分两层劈裂到底，形成洞身；

对隧道进行支护施工，形成刚性支护结构。

作为优选，L为施工隧道洞径(导洞开挖宽度)的1-1.5倍。

作为优选，劈裂法A或劈裂法B中的劈裂孔的直径比柱塞式劈裂棒直径大1cm，劈裂孔的深度是柱塞式劈裂棒长度的2倍。

作为优选，劈裂法A中加密孔呈3阶矩阵排列，加密孔的间距为15cm，位于最下方的加密孔设在掌子面中间离底部50cm的位置处。

作为优选，柱塞式劈裂棒的直径为10cm、长度为80cm。

作为优选，劈裂法A或劈裂法B中，调整劈裂方向的具体操作步骤是：

人工手持柱塞式劈裂棒塞入劈裂孔内，手工旋转柱塞式劈裂棒，使柱塞式劈裂棒上的活塞对准劈裂的方向，从而达到预定的劈裂方向。

本发明的有益效果为：

1、本方法包括劈裂孔布置设计、劈裂孔放线、劈裂孔钻孔及清孔、岩石依序液压劈裂、清渣、初期支护，采用化整为零的思路，将隧道掌子面岩石钻孔呈矩阵排列，然后采用柱塞式劈裂棒进行岩石劈裂剥落，施工快速、安全、无噪音、无污染、零振动的完成岩石开挖，进而形成隧道洞壁施做初期支护，实现了安全、高效和绿色施工；

2、潜孔钻的快速成孔的功能和柱塞式劈裂棒的高压定向分裂能力充分结合和利用，达到快速、安全、无噪音、无污染、零振动的完成岩石开挖，迅速形成隧道初期支护，全面而有效保护毗邻的管线及建构筑物等工程环境，实现安全、高效和绿色施工。

3、本发明声音来源包括劈裂棒劈裂、岩石剥落，其中劈裂棒劈裂产生声音为18-22分贝，岩石剥落产生声音为35-45分贝，相比现有的液压破碎锤法产生声音为90-120分贝，爆破法产生声音为100-120分贝，本发明噪音小且符合建筑施工场界环境噪声排放标准。本发明劈裂棒劈裂对周边地层及管线属于零振动施工，相比液压破碎锤法产生的振动速度最低为1.5cm/s，爆破法产生的振动速度最低为2cm/s，本发明振动控制优势明显。

附图说明：

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1是隧道分部开挖示意图；

图2是图1中Ⅰ区的局部放大图；

图3是图2的纵剖面示意图；

图4是图2的劈裂作业临空面开辟示意图；

图5是图2的洞身岩石劈裂剥落示意图；

图6是图2的支护示意图；

图7是图1的分部支护示意图；

图8是本发明矿山法硬岩隧道蜂窝状液压劈裂开挖工艺实施例的流程图。

图中：1-劈裂孔，2-永久支护，3-临时支护，4-加密区，5-加密孔，6-劈裂棒，7-劈裂方向。

具体实施方式：

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本具体实施方式采用以下技术方案：

开挖方法为：

预步骤：采用CRD法将大断面隧道分成4个相对独立的洞室分部施工，分别定义4个洞室为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区，其中Ⅰ区和Ⅲ区位于隧道的上半部，Ⅱ区和Ⅳ区位于隧道的下半部；

步骤一、在Ⅰ区操作劈裂法A；

步骤二、在Ⅰ区重复步骤一，直至施工深度到达L后，在Ⅱ区开始同时操作劈裂法B；

步骤三、在Ⅰ区继续重复步骤一，同时在Ⅱ区重复操作劈裂法B，直至Ⅰ区施工深度到达2L、Ⅱ区施工深度达到L后，在Ⅲ区开始同时操作劈裂法A；

步骤四：在Ⅰ区重复步骤一，同时在Ⅱ区重复操作劈裂法B，以及同时在Ⅲ区重复操作劈裂法A，直至Ⅰ区施工深度到达3L、Ⅱ区施工深度达到2L后、Ⅲ区施工深度达到L后，开始同时在Ⅳ区操作劈裂法B；

步骤五：在Ⅰ区和Ⅲ区重复步骤一，同时在Ⅱ区和Ⅳ区重复操作劈裂法B；直至施工完成全部隧道。

其中劈裂法A：

布置劈裂孔1的位置，其中劈裂孔1呈矩阵式排列，并布置加密孔5的位置；

采用履带式潜孔钻机行走至隧道掌子面位置处，根据布置的劈裂孔1和加密孔5的孔位，自下而上逐排施钻钻设劈裂孔1，当最下面一排钻完后，钻到加密孔5的范围时，优先钻加密孔5，然后继续按由下而上钻劈裂孔1，形成劈裂条件；

人工手持柱塞式劈裂棒塞入加密孔5内，调整好劈裂方向，首先劈裂加密孔5，为后续劈裂形成临空面；接着人工手持柱塞式劈裂棒6塞入劈裂孔1内，调整好劈裂方向后，自下而上、先中间后两边，逐层逐圈对称地进行岩石劈裂剥落开挖，形成隧道洞身；

对隧道进行支护施工，形成刚性支护结构(永久支护2和临时支护3)；

其中劈裂法B：

布置劈裂孔1的位置，其中劈裂孔1呈矩阵式排列；

采用履带式潜孔钻机行走至隧道掌子面位置处，根据布置的劈裂孔1的孔位，自下而上逐排施钻钻设劈裂孔1，形成劈裂条件；

人工手持柱塞式劈裂棒6塞入劈裂孔1内，调整好劈裂方向，由上而下、先中间后两边、分两层劈裂到底，形成洞身；

对隧道进行支护施工，形成刚性支护结构(永久支护2和临时支护3)。

进一步的，L为施工隧道洞径(导洞开挖宽度)的1-1.5倍。

进一步的，劈裂法A或劈裂法B中的劈裂孔1的直径比柱塞式劈裂棒6直径大1cm，劈裂孔1的深度是柱塞式劈裂棒6长度的2倍。

进一步的，劈裂法A中加密孔5呈3阶矩阵排列，加密孔5的间距为15cm，位于最下方的加密孔5设在掌子面中间离底部50cm的位置处。

进一步的，柱塞式劈裂棒6的直径为10cm、长度为80cm。

进一步的，劈裂法A或劈裂法B中，调整劈裂方向的具体操作步骤是：人工手持柱塞式劈裂棒塞入劈裂孔内，手工旋转柱塞式劈裂棒，使柱塞式劈裂棒上的活塞对准劈裂的方向，从而达到预定的劈裂方向。

剥落方向的要求为：劈裂法A分为上下两段，下段采取先中间、由下而上逐排的向下劈裂剥落，然后两侧剩余部分逐列向中间剥落，也就是左边的往右剥落，右边的往左剥落，上段采取由下而上逐排的向下劈裂剥落。

劈裂法B分为上下两段，上下段均采取先中间、由上而下逐排的向上劈裂剥落，然后两侧剩余的部分逐列向中间剥落，也就是左边的往右剥落，右边的往左剥落。

劈裂法A的具体施工方法：

第一步：测量画出开挖轮廓线、潜孔钻孔位，潜孔钻孔位竖向、横向间距均为400mm。

第二步：在分部中心线上距底部0.5m高度处41cm*41cm范围内加密布孔，为劈裂作业开辟临空面。

第三步：按照已画出的孔位用潜孔钻钻直径110mm、深度1.5m的劈裂孔，在分部中心线上距底部0.5m高度处41cm*41cm范围内加密布孔(孔直径110mm，孔位横向、竖向间距均为15cm，中间留置4cm岩体，防止串孔)。

第四步：采用柱塞式劈裂棒6劈裂加密区岩石，待劈裂临空面完成后，用柱塞式劈裂棒6以临空面为圆心向周边预裂第一圈岩体。

第五步：用柱塞式劈裂棒6以临空面为圆心向周边预裂第二圈岩体。

第六步：采用作业台架预裂上半段岩石，由下自上单排依次预裂。

第七步：利用已劈裂部位为临空面左右两侧对称施工，开挖下半部岩石。

第八步：采用作业台架，开挖上半部岩石。

第九步：按七、八步开挖剩余岩石。人工配备手持风镐破除劈裂棒施工不到的地方，开挖完成后及时施做永久支护2及临时支护3。

再操作劈裂法B：

第十步：待错开安全步距后，利用劈裂法A已开挖临空面，由中心线向两侧对称，自上而下分台阶依次开挖上半部岩体。

第十一步：采用人工手持柱塞式劈裂棒由中心线向两侧对称，自上而下依次开挖下半部岩体。

第十二步：按九、十步开挖剩余岩石，人工配备手持风镐破除劈裂棒施工不到的地方，开挖完成后及时施做永久支护及临时支护。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种矿山法隧道矩阵状液压劈裂开挖方法，其特征在于：它的开挖方法为：

预步骤：采用CRD法将大断面隧道分成4个相对独立的洞室分部施工，分别定义4个洞室为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区，其中Ⅰ区和Ⅲ区位于隧道的上半部，Ⅱ区和Ⅳ区位于隧道的下半部；

步骤一、在Ⅰ区操作劈裂法A；

步骤二、在Ⅰ区重复步骤一，直至施工深度到达L后，在Ⅱ区开始同时操作劈裂法B；

步骤三、在Ⅰ区继续重复步骤一，同时在Ⅱ区重复操作劈裂法B，直至Ⅰ区施工深度到达2L、Ⅱ区施工深度达到L后，在Ⅲ区开始同时操作劈裂法A；

步骤四：在Ⅰ区重复步骤一，同时在Ⅱ区重复操作劈裂法B，以及同时在Ⅲ区重复操作劈裂法A，直至Ⅰ区施工深度到达3L、Ⅱ区施工深度达到2L后、Ⅲ区施工深度达到L后，开始同时在Ⅳ区操作劈裂法B；

步骤五：在Ⅰ区和Ⅲ区重复步骤一，同时在Ⅱ区和Ⅳ区重复操作劈裂法B；直至施工完成全部隧道。

其中劈裂法A：

布置劈裂孔的位置，其中劈裂孔呈矩阵式排列，并布置加密孔的位置；

采用履带式潜孔钻机行走至隧道掌子面位置处，根据布置的劈裂孔和加密孔的孔位，自下而上逐排施钻钻设劈裂孔，当最下面一排钻完后，钻到加密孔的范围时，优先钻加密孔，然后继续按由下而上钻劈裂孔，形成劈裂条件；

人工手持柱塞式劈裂棒塞入加密孔内，调整好劈裂方向，首先劈裂加密孔，为后续劈裂形成临空面；接着人工手持柱塞式劈裂棒塞入劈裂孔内，调整好劈裂方向后，自下而上、先中间后两边，逐层逐圈对称地进行岩石劈裂剥落开挖，形成隧道洞身；

对隧道进行支护施工，形成刚性支护结构；

其中劈裂法B：

布置劈裂孔的位置，其中劈裂孔呈矩阵式排列；

采用履带式潜孔钻机行走至隧道掌子面位置处，根据布置的劈裂孔的孔位，自下而上逐排施钻钻设劈裂孔，形成劈裂条件；

人工手持柱塞式劈裂棒塞入劈裂孔内，调整好劈裂方向，由上而下、先中间后两边、分两层劈裂到底，形成洞身；

对隧道进行支护施工，形成刚性支护结构。

2.根据权利要求1所述的一种矿山法隧道矩阵状液压劈裂开挖方法，其特征在于：L为施工隧道洞径(导洞开挖宽度)的1-1.5倍。

3.根据权利要求1或2所述的一种矿山法隧道矩阵状液压劈裂开挖方法，其特征在于：劈裂法A或劈裂法B中的劈裂孔的直径比柱塞式劈裂棒直径大1cm，劈裂孔的深度是柱塞式劈裂棒长度的2倍。

4.根据权利要求3所述的一种矿山法隧道矩阵状液压劈裂开挖方法，其特征在于：劈裂法A中加密孔呈3阶矩阵排列，加密孔的间距为15cm，位于最下方的加密孔设在掌子面中间离底部50cm的位置处。

5.根据权利要求4所述的一种矿山法隧道矩阵状液压劈裂开挖方法，其特征在于：柱塞式劈裂棒的直径为10cm、长度为80cm。

6.根据权利要求1所述的一种矿山法隧道矩阵状液压劈裂开挖方法，其特征在于：劈裂法A或劈裂法B中，调整劈裂方向的具体操作步骤是：

人工手持柱塞式劈裂棒塞入劈裂孔内，手工旋转柱塞式劈裂棒，使柱塞式劈裂棒上的活塞对准劈裂的方向，从而达到预定的劈裂方向。