CN110607989A - 一种凿岩台车以及降低围岩扰动的隧道掘进工法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种凿岩台车,包括车体、臂架系统、钻进系统、作业平台系统以及控制钻进系统凿岩的角度和深度的执行端控制系统;臂架系统安装于车体前部,可沿竖直与水平方向摆动,用于调整凿岩位置;钻进系统安装在臂架系统末端;作业平台系统安装于台车车体前端。本发明还提供了一种降低围岩扰动的隧道掘进工法,沿掌子面外围轮廓布置一圈槽孔,分隔了掌子面与周围围岩,使掌子面上因挖掘产生的冲击无法传递到围岩上,从而大幅降低对围岩的扰动,有利于保证围岩稳定性从而可以减少高压注浆固结围岩等工作量和成本。本发明在掌子面上利用排钻连续切槽进一步分割掌子面,可以达到非爆破开挖的效果,进而还能减少由于隧道挖掘而产生的振动和噪音。
Description
技术领域
本发明涉及隧道钻爆法施工及城市建筑施工技术领域,具体涉及一种凿岩台车以及降低围岩扰动的隧道掘进工法。
背景技术
随着国家交通网络的建设,隧道施工日益增多,且施工环境越来越复杂。现阶段隧道开挖施工仍以爆破开挖为主,爆破过程对围岩的扰动危害最大,因为隧道深埋于地下并穿越各种复杂岩层,其和周围的岩体之间存在着密切的关系,岩体的地质因素在很大程度上影响着地下结构的稳定性和安全性。这些因素包括:围岩的完整性,岩体结构面性质,结构面组合状态,岩体初应力,岩体本身强度以及地下水的影响等。爆破扰动的危害包括对邻近建筑的危害和对围岩体的破坏,在隧道爆破时,易对相邻隧道产生危害,造成连锁反应。现有技术中,隧道开挖减震技术多通过在掌子面布置各种减震孔、开槽孔、定位孔等来降低围岩扰动,工序繁琐,钻孔工作量大、爆破器材使用量高、爆破震动大等缺点。
钻爆法对围岩扰动较大,通过周边眼控制爆破巷道断面、形状和方向符合设计要求,会受围岩层理与节理、测量放样误差、炮眼开挖位置的准确性、凿岩机体构造、爆破方法与参数等因素影响,容易造成超欠挖,开挖轮廓不规整。
常规凿岩台车使用凿岩机钻孔,一次只能钻单一孔,钻孔效率低,且不便定位,无法连孔成槽;钻周边孔时钻孔方向沿洞轴线方向存在夹角,导致开挖轮廓会沿径向向外扩散,无法按理想轮廓开挖。
如图9、10所示,利用普通凿岩机8钻孔时,由于凿岩机钻孔中心与凿岩机外壳边缘距离较大,如果要保证凿岩机钻孔方向与开挖隧道轴向方向平行,经过凿岩机第一次开挖钻孔9和凿岩机第二次开挖钻孔10后,使得第三次开挖轮廓17会小于第二次开挖轮廓16,第二次开挖轮廓16会小于第一次开挖轮廓15,从而造成开挖半径逐渐减小,影响隧道质量同时也造成较大的欠挖量。
如图11、12所示,利用普通凿岩机钻孔时,由于凿岩机钻孔中心与凿岩机外壳边缘距离较大,如果要保证隧道轮廓不变,则钻周边孔时钻孔方向沿洞轴线方向会存在一定夹角,导致开挖轮廓会沿径向向外扩散,造成较大的超挖区域18。
综上所述,急需一种凿岩台车以及降低围岩扰动的隧道掘进工法以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种凿岩台车以及降低围岩扰动的隧道掘进工法,以大幅降低开挖过程中施工对围岩的扰动,保证掘进过程中始终按理想轮廓开挖,避免超挖,并且能提高钻孔效率。
为实现上述目的,本发明提供了一种凿岩台车,包括车体、臂架系统、钻进系统、作业平台系统以及控制钻进系统凿岩的角度和深度的执行端控制系统;所述臂架系统安装于车体前部,可沿竖直与水平方向摆动,用于调整凿岩位置;钻进系统安装在臂架系统末端;作业平台系统安装于台车车体前端。
优选地,所述钻进系统包括卷筒、推进梁、排钻、滑动底板、钎杆、钻头;滑动底板安装在推进梁上,排钻固定在滑动底板上,油管通过卷筒与排钻相连,钎杆通过套筒一端与排钻连接,另一端与钻头连接。
优选地,多个钻头前后交替并排布置,每个冲击头都能单独控制,钻孔时先钻前排孔,后排钻头接触岩石后在启动钻孔,相邻孔有相交部分,一次钻进过程中,所钻孔会连接成槽。
优选地,所述钻进系统还包括扶钎器,所述扶钎器固定在推进梁上,用于支撑钎杆,防止钎杆在重力作用下弯曲变形。
优选地,所述钻进系统还包括定位装置,所述定位装置固定在推进梁前端,用于插入上一组钻孔中的定位孔中,在钻进下一组孔时起到定位作用。
优选地,所述钻进系统还包括整型装置,所述整型装置布置于钻头后部,随钻进过程一起冲击岩石,去除钻孔过程中的欠挖区域,使开挖内壁光滑且接近理想轮廓。
本发明提供了一种降低围岩扰动的隧道掘进工法,采用了上述一种凿岩台车,沿掌子面外围轮廓布置一圈槽孔,分隔了掌子面与周围围岩,使掌子面上因挖掘产生的冲击无法传递到围岩上,从而大幅降低对围岩的扰动,有利于保证围岩稳定性从而可以减少高压注浆固结围岩等工作量和成本。
优选地,对于采用爆破法施工场所,具体步骤是:
a.利用排钻沿掌子面外围轮廓布置一圈槽孔,槽孔方向与开挖洞轴向方向平行,以分隔掌子面与周围围岩;
b.在掌子面上根据实际地质条件和要求布置掏槽眼和辅助眼,其中掏槽眼用于爆破出新的自由面,为其他炮眼创造有利的爆破条件,辅助眼用来进一步扩大掏槽眼爆破形成的自由面;
c.按要求装药爆破。
优选地,对于不能用爆破法施工场所,具体步骤是:
a.利用排钻沿掌子面外围轮廓布置一圈槽孔,槽孔方向与开挖洞轴向方向平行,以分隔掌子面与周围围岩;
b.在掌子面上利用排钻连续切槽进一步分割掌子面;
c.利用破岩设备分裂岩石,以达到开挖目的。
应用本发明的技术方案,具有以下有益效果:
(1)本发明一种降低围岩扰动的隧道掘进工法,利用排钻设备能快速高效地沿掌子面外围轮廓布置一圈槽孔,将掌子面与周边围岩有效分隔开来,大幅降低了掌子面上的施工对周边围岩的扰动,有利于保证围岩稳定性从而可以减少高压注浆固结围岩等工作量和成本。而在掌子面上利用排钻连续切槽进一步分割掌子面,可以达到非爆破开挖的效果,进而还能减少由于隧道挖掘而产生的振动和噪音。
(2)本发明一种凿岩台车,在掌子面前钻周边槽孔时,推进系统可以始终平行于开挖隧道轴线,并且由于排钻有较小的边心距,即排钻钻孔中心与排钻靠近围岩侧壳体边缘距离较小,所以可以保证掘进过程中,开挖轮廓始终保持不变。同时,整型装置可以冲击掉钻孔外围欠挖的区域,使开挖轮廓内壁光滑。进而使得掘进过程中,施工的超欠挖量较小。
(3)本发明一种凿岩台车,所使用的排钻设备,具有多个独立工作的回转冲击凿岩冲击头,钻头前后交错并列排布,可一次钻多个孔,并且各孔间交错成槽。相较于凿岩机,提高了钻孔效率,成槽效果好。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外,本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图,对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的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。在附图中:
图1为凿岩台车整体布置方案;
图2为推进系统结构;
图3为钻头部分结构;
图4为成槽孔效果;
图5为凿岩台车在掌子面前钻孔施工;
图6为排钻钻周边孔的示意图;
图7为爆破开挖的钻孔开槽方案;
图8为非爆破开挖的钻孔开槽方案;
图9为用凿岩机钻孔方向平行于洞轴线方向;
图10为用凿岩机钻孔两次开挖的周边孔布置;
图11为用凿岩机钻孔方向沿洞轴线方向保持一定夹角;
图12为凿岩机钻孔方向沿洞轴线方向保持一定夹角所造成的超挖情况;
其中,1、车体,2、臂架系统,3、钻进系统,301、卷筒,302、推进梁,303排钻,304、滑动底板,305、钎杆,306、扶钎器,307、定位装置,308、钻头,309、整型装置,310、定位孔,311、槽,312、欠挖区域,4、作业平台系统,5、围岩,6、掌子面,7、槽孔,8、普通凿岩机,9、凿岩机第一次开挖钻孔,10、凿岩机第二次开挖钻孔,11、辅助眼,12、掏槽眼,13、切槽,14、理想开挖轮廓,15、凿岩机第一次开挖轮廓,16、凿岩机第二次开挖轮廓,17、凿岩机第三次开挖轮廓,18、超挖区域。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1:
参见图1~图8,一种凿岩台车,包括车体1及驱动车体移动的底盘、置于车体前端用于调整凿岩位置的臂架系统2、设置于臂架系统上的钻进系统3、可配套安装的作业平台系统4、以及可控制钻进系统凿岩的角度和深度的执行端控制系统。其中臂架系统2安装于车体1前部,可沿竖直与水平方向摆动。钻进系统3安装在臂架系统2末端,可绕臂架末端回转轴向偏转一定角度。作业平台系统4以臂架系统2同样的方式安装于台车车体1前端。
如图2所示,所述钻进系统3包括卷筒301、推进梁302、排钻303、滑动底板304、钎杆305、扶钎器306、定位装置307、钻头308、整型装置309及相关管路;滑动底板304安装在推进梁302上,排钻303固定在滑动底板304上,油管通过卷筒301与排钻303相连,钎杆305通过套筒一端与排钻303连接,另一端与钻头308连接。所述扶钎器306固定在推进梁302上,用于支撑钎杆305,防止钎杆305在重力作用下弯曲变形。
如图3、图4所示,所述定位装置307固定在推进梁302前端,用于插入上一组钻孔中的定位孔310中,在钻进下一组孔时起到定位作用。多个钻头前后交替并排布置,每个冲击头都能单独控制,钻孔时先钻前排孔,后排钻头接触岩石后在启动钻孔,并且由于相邻孔有相交部分,所以一次钻进过程中,可钻多个孔,所钻孔会连接成槽311,相较于普通凿岩机,提高了钻孔效率,成槽效果好。同时排钻钻孔中心与排钻靠近围岩侧壳体边缘距离较小,配合合适钻头可以实现钻孔方向与开挖洞轴线方向平行,保证掘进过程中始终按理想轮廓开挖。所述整型装置309布置于钻头后部,随钻进过程一起冲击岩石,去除钻孔过程中的欠挖区域312,使开挖内壁光滑且接近理想轮廓。
如图5、6所示,凿岩台车在掌子面6前钻周边槽孔时,钻进系统3可以始终平行于开挖隧道轴线,由于排钻303具有较小的边心距,即排钻钻孔中心与排钻靠近围岩侧壳体边缘距离较小,所以可以保证掘进过程中,开挖轮廓始终保持不变。同时,整型装置309可以冲击掉钻孔外围欠挖的区域,使开挖轮廓内壁光滑。
一种降低围岩扰动的隧道掘进工法,采用了上述凿岩台车,沿掌子面外围轮廓布置一圈槽孔,分隔了掌子面与周围围岩,使掌子面上因挖掘产生的冲击无法传递到围岩上,从而大幅降低对围岩的扰动,有利于保证围岩稳定性从而可以减少高压注浆固结围岩等工作量和成本。
如图7所示,对于可以用爆破法施工场所,先利用排钻303沿掌子面6外围轮廓布置一圈槽孔7,槽孔7方向与开挖隧道轴向方向平行,以分隔掌子面6与周围围岩;再在掌子面6上根据实际地址条件和要求布置掏槽眼12和辅助眼11,其中掏槽眼12用于爆破出新的自由面,为其他炮眼创造有利的爆破条件,辅助眼11用来进一步扩大掏槽眼爆破形成的自由面,然后按要求装药爆破。由于槽孔7分隔了掌子面6与周围围岩,因此爆破产生的冲击不会传递到围岩上,进而减小了开挖过程中对围岩的扰动。同时因为钻进系统3可以始终平行于开挖隧道轴线施工,所以掘进过程中可以始终保持理想开挖轮廓14。
如图8所示,对于不能用爆破法施工场所,先利用排钻303沿掌子面6外围轮廓布置一圈槽孔7,槽孔7方向与开挖洞轴向方向平行,以分隔掌子面6与周围围岩;再在掌子面6上利用排钻303连续切槽13进一步分割掌子面,最后利用其它破岩设备分裂岩石,以达到开挖目的。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,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 (9)
1.一种凿岩台车,其特征在于,包括车体(1)、臂架系统(2)、钻进系统(3)、作业平台系统(4)以及控制钻进系统凿岩的角度和深度的执行端控制系统;所述臂架系统(2)安装于车体(1)前部,可沿竖直与水平方向摆动,用于调整凿岩位置;钻进系统(3)安装在臂架系统(2)末端;作业平台系统(4)安装于台车车体(1)前端。
2.根据权利要求1所述的一种凿岩台车以及降低围岩扰动的隧道掘进工法,其特征在于,所述钻进系统(3)包括卷筒(301)、推进梁(302)、排钻(303)、滑动底板(304)、钎杆(305)、钻头(308);滑动底板(304)安装在推进梁(302)上,排钻(303)固定在滑动底板(304)上,油管通过卷筒(301)与排钻(303)相连,钎杆(305)通过套筒一端与排钻(303)连接,另一端与钻头(308)连接。
3.根据权利要求2所述的一种凿岩台车以及降低围岩扰动的隧道掘进工法,其特征在于,多个钻头前后交替并排布置,每个冲击头都能单独控制,钻孔时先钻前排孔,后排钻头接触岩石后在启动钻孔,相邻孔有相交部分,一次钻进过程中,所钻孔会连接成槽(311)。
4.根据权利要求3所述的一种凿岩台车以及降低围岩扰动的隧道掘进工法,其特征在于,所述钻进系统(3)还包括扶钎器(306),所述扶钎器(306)固定在推进梁(302)上,用于支撑钎杆(305),防止钎杆(305)在重力作用下弯曲变形。
5.根据权利要求4所述的一种凿岩台车以及降低围岩扰动的隧道掘进工法,其特征在于,所述钻进系统(3)还包括定位装置(307),所述定位装置(307)固定在推进梁(302)前端,用于插入上一组钻孔中的定位孔(310)中,在钻进下一组孔时起到定位作用。
6.根据权利要求5所述的一种凿岩台车以及降低围岩扰动的隧道掘进工法,其特征在于,所述钻进系统(3)还包括整型装置(309),所述整型装置(309)布置于钻头后部,随钻进过程一起冲击岩石,去除钻孔过程中的欠挖区域(312),使开挖内壁光滑且接近理想轮廓。
7.一种降低围岩扰动的隧道掘进工法,采用了如权利要求1~6任意一项所述的凿岩台车,其特征在于,沿掌子面外围轮廓布置一圈槽孔,分隔了掌子面与周围围岩,使掌子面上因挖掘产生的冲击无法传递到围岩上,从而大幅降低对围岩的扰动,有利于保证围岩稳定性从而可以减少高压注浆固结围岩等工作量和成本。
8.根据权利要求7所述的一种降低围岩扰动的隧道掘进工法,其特征在于,对于采用爆破法施工场所,具体步骤是:
a.利用排钻沿掌子面外围轮廓布置一圈槽孔,槽孔方向与开挖洞轴向方向平行,以分隔掌子面与周围围岩;
b.在掌子面上根据实际地质条件和要求布置掏槽眼和辅助眼,其中掏槽眼用于爆破出新的自由面,为其他炮眼创造有利的爆破条件,辅助眼用来进一步扩大掏槽眼爆破形成的自由面;
c.按要求装药爆破。
9.根据权利要求7所述的一种降低围岩扰动的隧道掘进工法,其特征在于,对于不能用爆破法施工场所,具体步骤是:
a.利用排钻沿掌子面外围轮廓布置一圈槽孔,槽孔方向与开挖洞轴向方向平行,以分隔掌子面与周围围岩;
b.在掌子面上利用排钻连续切槽进一步分割掌子面;
c.利用破岩设备分裂岩石,以达到开挖目的。
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