CN111119909A - 一种隧道开挖方法 - Google Patents

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刘飞香
刘在政
廖金军
易达云
蒋海华
郝蔚祺
赵贵生
成飞
甘士瑜
胡及雨
陈猛
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  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)

Abstract

本发明公开了一种隧道开挖方法,包括:沿掌子面的轮廓边缘进行钻孔;将掌子面由左至右依次划分为N个分掌子面;将每个分掌子面由上至下依次划分为M个区域;将分掌子面按照由两侧至中间的开挖进度进行开挖,以使中间位置的分掌子面的开挖进度慢于位于两侧的分掌子面;在同一分掌子面内由上至下对各个区域进行开挖,以使同一分掌子面内上部区域的开挖进度快于下部区域;判断是否开挖至所需深度;若是,则结束开挖,若否,则继续开挖。本发明提供的隧道开挖方法在开挖的过程中,使掌子面内的不同区域具有不同的进度,在隧道内形成中间支撑梁,对隧道起到支撑的作用,且台阶状的开挖方式,使隧道内的稳固性提高,可以避免异形大断面隧道发生坍塌。

Description

一种隧道开挖方法
技术领域
本发明涉及隧道开挖技术领域,更具体地说,涉及一种隧道开挖方法。
背景技术
在隧道施工过程中,大多采用钻爆法施工,由爆破技术和地质条件的限制,经常存在超、欠挖难以控制的问题,这不仅增加了支护工作量,降低了施工效率,存在较大的安全风险,还使隧道的建设费用大幅上升。
另外,在城市隧道浅埋地段及穿越敏感建筑物、洞顶构筑物较多地段或者地表抗震等级低不允许采用爆破开挖的地段,不得不采用非爆开挖的方式进行施工。
异形大断面隧道开挖,洞室截面超大,中间无立柱支撑,跨度大,开挖过程中存在围岩坍塌的潜在可能,目前传统施工方法是采用破碎机械,人工在隧道洞内进行破除施工。人工作业强度高,施工风险大,施工效率低,施工成本高。
综上所述,如何提供一种降低隧道开挖过程中施工风险的隧道开挖方法,是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提供一种隧道开挖方法,可以在开挖的过程中形成支撑梁,对隧道进行支撑,避免隧道坍塌的风险。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种隧道开挖方法,包括:
步骤S1,沿掌子面的轮廓边缘进行钻孔、以形成周边临空面;
步骤S2,将所述掌子面由左至右依次划分为N个分掌子面,其中N为大于或等于3的正整数;将每个所述分掌子面由上至下依次划分为M个区域,其中M为大于或等于2的正整数;
步骤S3,将所述分掌子面按照由两侧至中间的开挖进度进行开挖,以使中间位置的所述分掌子面的开挖进度慢于位于两侧的所述分掌子面的开挖进度;
在同一所述分掌子面内由上至下对各个所述区域进行开挖,以使同一所述分掌子面内上部区域的开挖进度快于下部区域的开挖进度;
步骤S4,判断是否开挖至所需深度;
若是,则结束开挖,若否则重复上述步骤S3。
优选的,所述将所述分掌子面按照由两侧至中间的开挖进度进行开挖,以使中间位置的所述分掌子面的开挖进度慢于位于两侧的所述分掌子面的开挖进度;在同一所述分掌子面内由上至下对各个所述区域进行开挖,以使同一所述分掌子面内上部区域的开挖进度快于下部区域的开挖进度,包括:
在每个所述区域的侧边缘处打侧边孔,在所述区域的下边缘处打底面孔,所述侧边孔和所述底面孔的深度方向均垂直于所述掌子面。
优选的,所述在每个所述区域的侧边缘处打侧边孔,在所述区域的下边缘处打底面孔,所述侧边孔和所述底面孔的深度方向均垂直于所述掌子面之后,包括:
在所述底面孔和所述侧边孔内进行劈裂作业。
优选的,所述在所述底面孔和所述侧边孔内进行劈裂作业之后,包括:
将劈裂作业之后产生的岩石剥离,并运送出所述隧道。
优选的,所述将所述分掌子面按照由两侧至中间的开挖进度进行开挖,以使中间位置的所述分掌子面的开挖进度慢于位于两侧的所述分掌子面的开挖进度,包括:
由左至右第K个所述分掌子面与第H个所述分掌子面的开挖进度相同,其中H=N-K+1;
其中K为大于或等于1的正整数。
优选的,所述将所述分掌子面按照由两侧至中间的开挖进度进行开挖,以使中间位置的所述分掌子面的开挖进度慢于位于两侧的所述分掌子面的开挖进度,包括:
相邻所述分掌子面的开挖进度差相同。
优选的,所述在同一所述分掌子面内由上至下对各个所述区域进行开挖,以使同一所述分掌子面内上部区域的开挖进度快于下部区域的开挖进度,包括:
同一所述分掌子面内,同一所述区域内具有统一的开挖进度。
优选的,所述在同一所述分掌子面内由上至下对各个所述区域进行开挖,以使同一所述分掌子面内上部区域的开挖进度快于下部区域的开挖进度,包括:
同一所述分掌子面内相邻所述区域的开挖进度差相同。
优选的,所述将所述分掌子面按照由两侧至中间的开挖进度进行开挖,以使中间位置的所述分掌子面的开挖进度慢于位于两侧的所述分掌子面的开挖进度;
在同一所述分掌子面内由上至下对各个所述区域进行开挖,以使同一所述分掌子面内上部区域的开挖进度快于下部区域的开挖进度,包括:
任意所述区域均开始开挖之后,任意所述区域的开挖速度相同,且每开挖设定尺寸深度之后,均需对所述隧道进行支护。
优选的,所述设定尺寸深度为2m至5m。
本发明提供的一种隧道开挖方法,包括:
步骤S1,沿掌子面的轮廓边缘进行钻孔、以形成周边临空面;
步骤S2,将掌子面由左至右依次划分为N个分掌子面,其中N为大于或等于3的正整数;将每个分掌子面由上至下依次划分为M个区域,其中M为大于或等于2的正整数;
步骤S3,将分掌子面按照由两侧至中间的开挖进度进行开挖,以使中间位置的分掌子面的开挖进度慢于位于两侧的分掌子面的开挖进度;
在同一分掌子面内由上至下对各个区域进行开挖,以使同一分掌子面内上部区域的开挖进度快于下部区域的开挖进度;
步骤S4,判断是否开挖至所需深度;
若是,则结束开挖,若否,则重复上述步骤S3。
在开挖的过程中,由于按照由两侧至中间的开挖进度进行开挖,掌子面内位于两侧的分掌子面的开挖进度快于位于中间的分掌子面的开挖进度,因此,可以在隧道的中间位置形成中间支撑梁,对隧道起到支撑作用,避免隧道坍塌;另外,在同一分掌子面内,不同区域按照由上至下的开挖进度进行开挖,使上部区域的开挖进度快于下部区域的开挖进度,可以形成阶梯状的台阶,提到隧道的稳固性。
相比于现有技术,本发明提供的隧道开挖方法在开挖的过程中,使掌子面内的不同区域具有不同的进度,在隧道内形成中间支撑梁,对隧道起到支撑的作用,且台阶状的开挖方式,使隧道内的稳固性提高,可以避免异形大断面隧道发生坍塌。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的隧道开挖方法的具体实施例中隧道的横截面示意图;
图2为本发明所提供的不同分掌子面的结构示意图;
图3为本发明所提供的不同区域的结构示意图;
图4为本发明所提供的隧道开挖方法的具体实施例的流程示意图。
图1-4中:
1为掌子面、11为第一分掌子面、12为第二分掌子面、13为第三分掌子面、14为第四分掌子面、15为第五分掌子面、16为第六分掌子面、2为周边临空面、3为区域。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种隧道开挖方法,可以在开挖的过程中形成中间支撑梁,对隧道起到支撑作用,避免异形大断面隧道在开挖过程中发生坍塌。
请参考图1-4,图1为本发明所提供的隧道开挖方法的具体实施例中隧道的横截面示意图;图2为本发明所提供的不同分掌子面的结构示意图;图3为本发明所提供的不同区域的结构示意图;图4为本发明所提供的隧道开挖方法的具体实施例的流程示意图。
本具体实施例提供的一种隧道开挖方法,包括:
步骤S1,沿掌子面1的轮廓边缘进行钻孔、以形成周边临空面2;
步骤S2,将掌子面1由左至右依次划分为N个分掌子面,其中N为大于或等于3的正整数;将每个分掌子面由上至下依次划分为M个区域3,其中M为大于或等于2的正整数;
步骤S3,将分掌子面按照由两侧至中间的开挖进度进行开挖,以使中间位置的分掌子面的开挖进度慢于位于两侧的分掌子面的开挖进度;
在同一分掌子面内由上至下对各个区域3进行开挖,以使同一分掌子面内上部区域3的开挖进度快于下部区域3的开挖进度;
步骤S4,判断是否开挖至所需深度;
若是,则结束开挖,若否,则重复上述步骤S3。
需要进行说明的是,步骤S2中,将掌子面1由左至右依次划分为N个分掌子面,其中各个分掌子面的形状尺寸可以相同,也可以不同,由于此方法大多适用于异形大断面隧道的开挖,形状的划分需要根据实际情况确定,在此不做赘述。
在步骤S3中,将分掌子面按照由两侧至中间的开挖进度进行开挖,是指先开挖位于最左侧和最右侧的两个分掌子面,这两个分掌子面开挖移一定深度之后,再开挖与其相邻的内侧两侧分掌子面,以此类推,直至开挖至最中间的分掌子面;需要进行说明的是,由于同一分掌子面内的不同区域3是由上至下进行开挖,因此可以在最左侧的分掌子面中最上部的区域3开挖一定深度之后,接着对相邻分掌子面内最上部的区域3进行开挖,也可以是最左侧的分掌子面中最上部的两个或多个区域3开挖一定深度之后,或者是全部区域3开挖一定深度之后在对相邻的分掌子面内的区域3进行开挖,具体根据实际情况确定,在此不做赘述。
在步骤S4中,判断是否开挖至所需深度,是指整个隧道是否开挖至所需深度,即掌子面1内的各个部位均开挖至所需区域3。
在开挖的过程中,由于按照由两侧至中间的开挖进度进行开挖,掌子面1内位于两侧的分掌子面的开挖进度快于位于中间的分掌子面的开挖进度,因此,可以在隧道的中间位置形成中间支撑梁,对隧道起到支撑作用,避免隧道坍塌;另外,在同一分掌子面内,不同区域3按照由上至下的开挖进度进行开挖,使上部区域3的开挖进度快于下部区域3的开挖进度,可以形成阶梯状的台阶,提到隧道的稳固性。
相比于现有技术,本发明提供的隧道开挖方法在开挖的过程中,使掌子面1内的不同区域3具有不同的进度,在隧道内形成中间支撑梁,对隧道起到支撑的作用,且台阶状的开挖方式,使隧道内的稳固性提高,可以避免异形大断面隧道发生坍塌。
在上述实施例的基础上,可以使步骤S3包括:
步骤S31,在每个区域3的侧边缘处打侧边孔,在区域3的下边缘处打底面孔,侧边孔和底面孔的深度方向均垂直于掌子面1。
需要进行说明的是,侧边孔为相邻分掌子面之间的边缘部分所打的孔,底面孔为同一分掌子面内相邻区域3边缘部分所打的孔;优选的,可以使用排钻进行钻孔,以提高钻孔效率。
上述步骤S31之后,包括:
步骤S32,在底面孔和侧边孔内进行劈裂作业。
需要进行说明的是,劈裂作业的过程中使用的是劈裂机构,以使排钻钻孔区域3的岩石能够掉落。
优选的,可以将排钻与劈裂机构设置于同一装置上。
上述步骤S32之后,包括:
步骤S33,将劈裂作业之后产生的岩石剥离,并运送出隧道。
上述步骤中,劈裂作业之后掉落的岩石可以通过出渣装置运送出隧道,避免影响正常的开挖。
需要进行说明的是,在开挖的过程中,可以设置多个开挖工具对不同的区域3进行同步开挖作业,只是掌子面1由两侧向中间进行开挖,同一分掌子面由上至下进行开挖。
在上述实施例的基础上,可以对上述步骤S3作进一步的限定,使由左至右第K个分掌子面与第H个分掌子面的开挖进度相同,其中H=N-K+1;其中K为大于或等于1的正整数。
如图2所示,将掌子面1分为第一分掌子面11、第二分掌子面12、第三分掌子面13、第四分掌子面14、第五分掌子面15和第六分掌子面16,在开挖的过程中,首先对第一分掌子面11和第六分掌子面16进行开挖,且第一分掌子面11与第六分掌子面16的开挖进度相同,第一分掌子面11与第六分掌子面16开发至一定深度之后,对第二分掌子面12和第五分掌子面15进行开完,且第二分掌子面12和第五分掌子面15开完进度相同,在对第二分掌子面12和第五分掌子面15进行开完的同时,也会对第一分掌子面11与第六分掌子面16进行开挖,当第二分掌子面12和第五分掌子面15开挖至一定深度之后,可以对第三分掌子面13与第四分掌子面14进行开挖,且对第三分掌子面13与第四分掌子面14进行开挖的过程中,会同时对第二分掌子面12、第五分掌子面15、第一分掌子面11与第六分掌子面16进行开挖。
在上述实施例的基础上,可以对上述步骤S3作进一步的向定,使相邻分掌子面的开挖进度差相同。
开挖进度差是指开挖深度的差值,相邻分掌子面的开挖进度差相同,是指在第一分掌子面11与第六分掌子面16开挖一定值深度之后,对第二分掌子面12与第五分掌子面15进行开挖,然后第二分掌子面12与第五分掌子面15开挖相同的定值深度之后,对第三分掌子面13与第四分掌子面14进行开挖,使相邻的分掌子面一直保持相同的进度差值。
此处需要进行说明的是,由于同一分掌子面内设置有至少两个区域3,且不同的区域3由上至下进行开挖,因此相邻分掌子面的开挖进度差相同是指分掌子面中第一个开挖的区域3、与相邻的分掌子面中第一个开挖的区域3的进度差相同,第二个开挖的区域3、与相邻的分掌子面中德尔格开挖的区域3的进度差相同,当区域3的数量不同时,只对具有数量相同的部分进行比较。
在上述实施例的基础上,可以使同一分掌子面中相邻区域3的开挖进度差相同。
同一分掌子面内相邻的区域3的开挖进度差相同,可以使同一分掌子面内形成稳固的台阶状,以使隧道在开挖的过程中更加稳固。
如图3所示,在开挖的过程中,同一分掌子面内由上至下相邻区域3的开挖进度差相同,且相邻分掌子面的开挖进度差相同,使隧道在开挖的过程中形成中间支撑梁,对隧道起到支撑的作用,避免隧道坍塌。
在上述实施例的基础上,可以使任意区域3均开始开挖之后,任意区域3的开挖速度相同,且每开挖设定尺寸深度之后,均需对隧道进行支护。
设定深度可以为2m至5m之间的任意数值,或者是2m或5m,具体根据实际情况确定,在此不做赘述。
需要进行说明的是,本申请文件中提到的第一分掌子面11、第二分掌子面12、第三分掌子面13、第四分掌子面14、第五分掌子面15和第六分掌子面16中的第一、第二、第三、第四、第五和第六只是为了区分位置的不同,并没有先后顺序之分。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本发明所提供的所有实施例的任意组合方式均在此发明的保护范围内,在此不做赘述。
以上对本发明所提供的隧道开挖方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种隧道开挖方法,其特征在于,包括:
步骤S1,沿掌子面(1)的轮廓边缘进行钻孔、以形成周边临空面(2);
步骤S2,将所述掌子面(1)由左至右依次划分为N个分掌子面,其中N为大于或等于3的正整数;将每个所述分掌子面由上至下依次划分为M个区域(3),其中M为大于或等于2的正整数;
步骤S3,将所述分掌子面按照由两侧至中间的开挖进度进行开挖,以使中间位置的所述分掌子面的开挖进度慢于位于两侧的所述分掌子面的开挖进度;
在同一所述分掌子面内由上至下对各个所述区域(3)进行开挖,以使同一所述分掌子面内上部区域(3)的开挖进度快于下部区域(3)的开挖进度;
步骤S4,判断是否开挖至所需深度;
若是,则结束开挖,若否则重复上述步骤S3。
2.根据权利要求1所述的隧道开挖方法,其特征在于,所述将所述分掌子面按照由两侧至中间的开挖进度进行开挖,以使中间位置的所述分掌子面的开挖进度慢于位于两侧的所述分掌子面的开挖进度;在同一所述分掌子面内由上至下对各个所述区域(3)进行开挖,以使同一所述分掌子面内上部区域(3)的开挖进度快于下部区域(3)的开挖进度,包括:
在每个所述区域(3)的侧边缘处打侧边孔,在所述区域(3)的下边缘处打底面孔,所述侧边孔和所述底面孔的深度方向均垂直于所述掌子面(1)。
3.根据权利要求2所述的隧道开挖方法,其特征在于,所述在每个所述区域(3)的侧边缘处打侧边孔,在所述区域(3)的下边缘处打底面孔,所述侧边孔和所述底面孔的深度方向均垂直于所述掌子面(1)之后,包括:
在所述底面孔和所述侧边孔内进行劈裂作业。
4.根据权利要求3所述的隧道开挖方法,其特征在于,所述在所述底面孔和所述侧边孔内进行劈裂作业之后,包括:
将劈裂作业之后产生的岩石剥离,并运送出所述隧道。
5.根据权利要求1-4任一项所述的隧道开挖方法,其特征在于,所述将所述分掌子面按照由两侧至中间的开挖进度进行开挖,以使中间位置的所述分掌子面的开挖进度慢于位于两侧的所述分掌子面的开挖进度,包括:
由左至右第K个所述分掌子面与第H个所述分掌子面的开挖进度相同,其中H=N-K+1;
其中K为大于或等于1的正整数。
6.根据权利要求5所述的隧道开挖方法,其特征在于,所述将所述分掌子面按照由两侧至中间的开挖进度进行开挖,以使中间位置的所述分掌子面的开挖进度慢于位于两侧的所述分掌子面的开挖进度,包括:
相邻所述分掌子面的开挖进度差相同。
7.根据权利要求1-4任一项所述的隧道开挖方法,其特征在于,所述在同一所述分掌子面内由上至下对各个所述区域(3)进行开挖,以使同一所述分掌子面内上部区域(3)的开挖进度快于下部区域(3)的开挖进度,包括:
同一所述分掌子面内,同一所述区域(3)内具有统一的开挖进度。
8.根据权利要求7所述的隧道开挖方法,其特征在于,所述在同一所述分掌子面内由上至下对各个所述区域(3)进行开挖,以使同一所述分掌子面内上部区域(3)的开挖进度快于下部区域(3)的开挖进度,包括:
同一所述分掌子面内相邻所述区域(3)的开挖进度差相同。
9.根据权利要求1-4任一项所述的隧道开挖方法,其特征在于,所述将所述分掌子面按照由两侧至中间的开挖进度进行开挖,以使中间位置的所述分掌子面的开挖进度慢于位于两侧的所述分掌子面的开挖进度;
在同一所述分掌子面内由上至下对各个所述区域(3)进行开挖,以使同一所述分掌子面内上部区域(3)的开挖进度快于下部区域(3)的开挖进度,包括:
任意所述区域(3)均开始开挖之后,任意所述区域(3)的开挖速度相同,且每开挖设定尺寸深度之后,均需对所述隧道进行支护。
10.根据权利要求9所述的隧道开挖方法,其特征在于,所述设定尺寸深度为2m至5m。
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