CN111350510A - 中等断面岩溶隧道微台阶一次爆破施工方法 - Google Patents

中等断面岩溶隧道微台阶一次爆破施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了中等断面岩溶隧道微台阶一次爆破施工方法,包括以下步骤:步骤S1:在所述的岩溶隧道中开挖形成微台阶;步骤S2:将悬臂式整体台架放置在适当位置;步骤S3:钻眼前,施工人员采用全站仪确定出岩溶隧道中心线和拱顶面高程,设置所述的岩溶隧道的开挖轮廓线;步骤S4:布置掏槽眼、辅助眼及周边眼的炮眼位置;通过自动钻孔装置进行钻孔操作以获取爆破孔;步骤S5:在所述的爆破孔内设置爆破材料,并将所述的爆破孔联结起来;步骤S6:移除悬臂式整体台架,并对所述的爆破孔执行爆破操作以获得爆破后的隧道;步骤S7:响炮后,进行通风。本发明在岩溶隧道中用台阶法一次全断面爆破施工,上台阶和下台阶(仰拱)同时爆破开挖。

Description

中等断面岩溶隧道微台阶一次爆破施工方法
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域,具体涉及一种中等断面岩溶隧道微台阶一次爆破施工方法。
背景技术
岩溶(又称喀斯特Karst)是指可溶性岩层,如碳酸盐类岩层(石灰岩、白云岩)、硫酸盐类岩层(石膏)和卤素类岩层(岩盐)等受水的化学和物理作用产生沟槽、裂隙和空洞,以及由于空洞顶板塌陷使地表产生陷穴、洼地等现象和作用的总称在本发明中所提到的岩溶主要指岩溶溶洞,是指在隧道建设中处于隧道围岩之中,对隧洞的施工产生一定影响的岩溶洞穴。而处于此类地质条件下的隧道称之为岩溶隧道。
随着中国大陆工程技术的高速发展以及交通等基础设施见着标准的提高,工程线路选线中不可避免的选择隧道方式穿越复杂地形,使隧道在线路中的占比越来越大,长大隧道越来越多,地质情况也更加复杂多变。特别是在岩溶发育区的隧道建设中,岩溶隧道量大面光,灾害频发。在岩溶隧道建设中,无论围岩的稳定性如何,采用长台阶法施工,都难以满足上述工序安全距离的强制性规定。
目前国内外岩溶地区的岩溶隧道施工中,V级围岩段均采用三台阶法等分布开挖的方法;在断面面积小于50平方米的中等断面时,采用带临时仰拱的上下台阶法施工,临时仰拱在施工下台阶时逐步拆除。该种施工工艺临时支护量大,施工效率低,且下台阶和上台阶需要拉开一段距离,仰拱不能及时封闭。
发明内容
本发明针对上述存在的技术问题,提出了一种中等断面岩溶隧道微台阶一次爆破施工方法,其中,中等断面的面积为10~50㎡。
本发明采用的技术方案是:
中等断面岩溶隧道微台阶一次爆破施工方法,
步骤S1:在所述的岩溶隧道中开挖形成微台阶,并对所述微台阶进行预加固操作;
步骤S2:将悬臂式整体台架放置在预设位置,以便后续人工划线、机械钻孔和装药作业;
步骤S3:钻眼前,施工人员采用全站仪确定出岩溶隧道中心线和拱顶面高程,设置所述的岩溶隧道的开挖轮廓线;
步骤S4:根据所述的开挖轮廓线,布置掏槽眼、辅助眼及周边眼的炮眼位置,炮眼间距、角度、深度符合爆破深度要求;通过自动钻孔装置对所述的掏槽眼、辅助眼及周边眼进行钻孔操作以获取爆破孔;
步骤S5:在所述的爆破孔内设置爆破材料,并将所述的爆破孔联结起来;
步骤S6:移除悬臂式整体台架,并对所述的爆破孔执行爆破操作以获得爆破后的隧道;
步骤S7:响炮后,进行通风,通风15分钟以上,空气质量检测达标方可进入,对所述爆破后的隧道进行开挖操作;
步骤S8:对循环开挖后的掌子面进行地质素描,并立即判定开挖循环掌子面的稳定性,若存在溶洞,对其溶洞进行填充,施做开挖循环已爆破开挖后上下台阶周边的初期支护,初期支护采用湿喷机械手进行初喷混凝土,喷射的混凝土为早期强度较高的混凝土,同时封闭掌子面;若存在岩溶水,采用抽水设备,并结合开挖排水通道,使岩溶水安全排出,再进入开始新一轮的爆破工作。
优选的,在上述步骤S2中,所述的悬臂式整体台架包括下台架以及与下台架活动连接的上台架,所述下台架由两根下台架前立柱、两根下台架后立柱和上下数根下台架横梁固定连接成的固定矩形框架结构,在同一侧相邻的下台架前立柱和下台架后立柱的底部设置有底梁,底梁的下方安装有行走轮,在同一侧相邻的下台架前立柱和下台架后立柱之间还设置有下台架支撑柱,下台架支撑柱的底部与底梁连接,且在下台架支撑柱与其两侧的下台架后立柱和下台架前立柱之间各设置有一组相互对称的斜梁;在下台架横梁上焊接有花纹钢板形成下台架工作台;
上台架由两根上台架前立柱、两根上台架后立柱和数根上台架横梁构成,沿着岩溶隧道长度方向的两根上台架横梁的两端分别与其下方的上台架前立柱和上台架后立柱的顶部活动连接;两根上台架前立柱的底部分别通过活动铰与下台架上的两根下台架前立柱顶部连接,两根上台架后立柱的底部分别通过复合铰与下台架上的两根下台架支撑柱顶部连接,在同一侧的上台架前立柱和上台架后立柱之间设置有一伸缩拉杆,伸缩拉杆通过设置的伸缩控制器实现伸缩功能,伸缩拉杆的一端与上台架前立柱顶部铰接,其另一端活动连接在复合铰上,在上台架横梁上焊接有花纹钢板形成上台架工作台。
优选的,在上台架工作台上还设置有两组牵引支撑机构,该牵引支撑机构包括固定于上台架工作台上的支撑板座、连接于支撑板座与上台架后立柱之间的可伸缩支撑杆;
在底梁上设置有第一驱动电机,在第一驱动电机的驱动轴上固定有轮轴,轮轴通过第一驱动链条与行走轮连接,通过第一驱动电机驱动轮轴转动,进而通过第一驱动链条的传动引起行走轮运动。
优选的,在上述步骤S3中,在钻眼前,对岩溶隧道进行超前地质预报,其包括以下步骤:
步骤S301:地质扫描:每次循环开挖后对掌子面和左右边墙进行素描、数码摄像,分析其地质情况;
步骤S302:地质探测:通过红外探水、地质雷达探测以及地震反射波法中任一一种方法或组合方法对岩溶隧道的地质进行探测;
步骤S303:加深炮孔:每排炮设置6-13个加深炮孔,所述的加深炮孔主要布置在掌子面周边,并以40°外插角分布,用于预测掌子面前方地层和地下水;其中,所述的加深炮孔深度比爆破孔深3m以上,孔径与爆破孔相同;通过加深炮孔进行超前深孔探测,为后续爆破孔的布置计划做准备。
优选的,在上述步骤S3中,在测量放线的同时,需要对上次爆破断面进行检查,及时调整爆破参数;设置开挖轮廓线时要考虑二衬净空施工误差和围岩预留变形量,围岩预留变形量为10-15cm,围岩预留变形量根据监控量测所得信息进行及时调整。
在上述步骤S4中,先布置掏槽眼,其方向在岩层层理明显时应尽量垂直与层理,掏槽眼要比周边眼和辅助眼深20cm,掏槽眼眼口间距和眼底间距的允许误差为±5cm;辅助眼眼口间距允许误差为±10cm;周边眼眼口位置允许误差为±5cm,眼底不得超出开挖断面轮廓线15cm;且所述的周边眼开眼位置设计在断面轮廓线上的间距误差小于5cm;周边眼外斜率保持一致,确保轮廓圆顺。
优选的,在上述步骤S4中,自动钻孔装置包括设置于上台架工作台上第一钻孔机构以及设置于下台架上的第二钻孔机构,所述第一钻孔机构包括与岩溶隧道断面形相同的弧形支撑框架和梭型移动结构,在弧形支撑框架底部设置有一矩形支撑框架,
所述弧形支撑框架包括第一弧形支撑板和第二弧形支撑板,第一弧形支撑板和第二弧形支撑板上各设置有沿其弧长方向的弧形齿轮滑轨,在第一弧形支撑板和第二弧形支撑板上的弧形齿轮滑轨内搭设有第一圆轴,第一圆轴的两端设置有第一齿轮,两个第一齿轮分别位于第一弧形支撑板和第二弧形支撑板上的弧形齿轮滑轨中,所述第一弧形支撑板和第二弧形支撑板的底部分别固定于矩形支撑框架的四个顶点上;
矩形支撑框架由四根支撑立柱和上下第一横梁连接而成,位于矩形支撑框架上方的前后两根第一横梁上分别设置一通孔,且两个通孔同轴设置,并分别位于前后第一横梁的中间位置,所述两个通孔之间设置有第二圆轴,在第二圆轴的两端设置有轴承,且两个轴承分别位于两个通孔内;
所述梭型移动结构的一个梭口端设置有安装孔,安装孔贯穿在第一圆轴上,其另一个梭口端设置有定位孔,定位孔贯穿在第二圆轴上,梭型移动结构通过驱动机构带动第一齿轮在弧形齿轮滑轨内做圆环位移;
梭型移动结构的中间部位由四根第一外立柱构成的外框架,在每根第一外立柱上各设置有沿其长度方向的条形滑轨,第一风钻装置可沿条形滑轨移动。
优选的,所述的驱动机构包括固定板、弧形板、弧形凹槽和万向球头安装座,所述固定板固定在上台架工作台上,并位于弧形支撑框架后方,弧形板固定在固定板上,且弧形板与弧形支撑框架同轴设置,在弧形板上沿其弧长方向设置有弧形导向孔,第二驱动电机设置在弧形板外侧上,并通过联轴器与第一圆轴连接,第二驱动电机底部的弧形安装座通过弧形导向孔设置在弧形板内壁上,在固定板上还设置有一弧形凹槽,弧形凹槽与弧形板同圆心设置,万向球头安装座设置在弧形凹槽内,万向球头安装座上设置有一支撑柱,支撑柱另一端固定在弧形安装座底部,在支撑柱外侧设置有沿其长度方向的压缩弹簧。
优选的,第二钻孔机构设置于由两根下台架支撑柱和两根下台架前立柱构成的矩形外框架内,在每根下台架支撑柱和下台架前立柱内侧各设置有沿其长度方向的齿条;
第二钻孔机构为由四根第二外立柱及上下第二横梁连接成的移动矩形框架结构,在每根第二外立柱外侧各设置有第二齿轮,第二齿轮通过第二驱动链条与第三驱动电机连接,第三驱动电机固定在移动矩形框架结构上方的两组相互平行的第二横梁上,且第二齿轮与齿条相配合,在上下第二横梁的内侧上各设置有沿其长度方向的条形滑轨,第二风钻装置可沿着条形滑轨移动。
优选的,第一风钻装置和第二风钻装置的结构相同,其中,第一风钻装置由内框架和工作台构成,风钻安装在工作台上,内框架为由四根内立柱及上下第三横梁连接而成,内框架的八个顶点处各设置有一组移动导轨结构,移动导轨结构包括滑轮套和滑轮,滑轮套固定在内框体上,滑轮安装于滑轮套上,且滑轮与第一外立柱上的条形滑轨相配合。
本发明的有益效果:
本发明的中等断面岩溶隧道微台阶一次爆破施工方法主要应用于岩溶隧道建设中,考虑隧道施工工艺的力学效应,变V级围岩上台阶临时仰拱为隧道下台阶初期支护(永久)仰拱,增加了V级围岩初期支护的整体稳定性;同常规带仰拱的台阶开挖法相比,施工进度明显加快,月进度可保证60m;隧道上台阶超前下台阶2-3m,上台阶超前探测和揭露溶洞,在隧道上半洞和下半洞出现溶洞时方便处理,安全、高效,提高了岩溶探测的正确性;且结合超前支护措施以及隧道微台阶两步初支成环开挖工法施工隧道, 用台阶法一次全断面爆破施工,上台阶和下台阶(仰拱)同时爆破开挖;在保证施工在安全的前提,加快了施工进度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例的施工流程图;
图2为本发明实施例的超前地质预报实施流程图;
图3为本发明实施例的悬臂式整体台架的结构示意图;
图4为本发明实施例的悬臂式整体台架变形后的结构示意图;
图5为本发明实施例的第一钻孔机构的结构示意图;
图6为图5中A处的局部放大图;
图7为图5中驱动机构的结构示意图;
图8为第一钻孔机构的侧视图;
图9为本发明实施例的第二钻孔机构的结构示意图;
图10为本发明实施例的弧形支撑框架的结构示意图;
图11为本发明实施例的梭型移动结构与第一风钻装置的结构示意图;
图12为本发明实施例的移动矩形框架结构与第二风钻装置的组合图;
图13为本发明实施例的溶洞填充法中加深边墙基础法的施工图;
图14为本发明实施例的溶洞填充法中支墙内套设涵管法的施工图;
图15a、15b为本发明实施例的溶洞填充法中拱跨法的施工图;
图16为本发明实施例的溶洞填充法中在边墙底及隧底设置桥台架梁的施工图;
图17a、17b为本发明实施例的溶洞填充法中纵横梁跨越法的施工图;
图18为本发明实施例的溶洞填充法中固填封闭、注浆加固的施工图;
图19为本发明实施例的溶洞填充法中隧底固填封闭,上部护拱防护的施工图;
图20a、20b、20c为本发明实施例的溶洞填充法中溶洞堵填结构示意图;
图21 a、21 b为本发明实施例的溶洞填充法中喷锚加固与浆砌护拱的结构示意图;
图22为本发明实施例的溶洞填充法中设计支撑桩或磨擦桩法的结构示意图;
图23为本发明实施例的岩溶水处理中暗沟排水法的结构示意图;
图24a为本发明实施例的岩溶水处理中管道排水法的平面图;
图24b为图24a中I-I方向的剖视图;
图25为本发明实施例的岩溶水处理中涵洞、泄水洞排水法的结构图;
图26为本发明实施例的岩溶水处理中引排法的结构图。
其中,1-底梁;2-下台架后立柱;3-下台架前立柱;4-下台架支撑柱;5-第二钻孔机构;6-斜梁;7-行走轮;8-第一驱动链条;9-轮轴;10-牵引支撑机构;11-支撑板座;12-可伸缩支撑杆;13-上台架后立柱;14-上台架前立柱;15-上台架横梁;16-伸缩拉杆;17-伸缩控制器;18-杆靴;19-第一钻孔机构; 20-条形滑轨;21-内框架;22-工作台;23-滑轮;24-滑轮套;25-限位孔;26-紧固螺钉;27-齿条;28-活动铰;29-复合铰;
501-第二外立柱;502-第二横梁;503-第二齿轮;504-第二驱动链条;505-第三驱动电机;506-第二风钻装置;
190-弧形支撑框架;191-梭型移动结构;192-驱动机构;193-第一弧形支撑板;194-第二弧形支撑板;195-弧形齿轮滑轨;196-第一圆轴;197-第一齿轮;198-第二圆轴;199-轴承;
1911-安装孔;1912-定位孔;1913-第一外立柱;1914-第一风钻装置;
1921-固定板;1922-弧形板;1923-弧形凹槽;1924-万向球头安装座;1925-弧形导向孔;1926-第二驱动电机;1927-弧形安装座;1928-支撑柱;1929-压缩弹簧。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作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。
参照图1所示,本发明具体公开了一种中等断面岩溶隧道微台阶一次爆破施工方法,其中中等断面的面积10~50㎡。
岩溶地段隧道施工:
(1)施工前对地表进行详细勘查,注意研究岩溶状态估计可能遇到溶洞的地段。(2)了解地表水出水地点的情况,并对地表进行必要的处理,以防止地表水下渗。(3)当施工达到溶洞边缘时,各工序要紧密衔接,上部开挖面适当减小、超前,迅速将拱圈衬砌到适当位置,同时设法探明溶洞的大小、形状及范围,充填物及地下水情况,据以制定施工处理方案及安全措施。(4)当在下坡地段遇到溶洞时,要准备足够数量的排水设备。(5)施工中注意检查溶洞顶板,及时处理危石。当溶洞较高较大时,设置施工防护架或钢筋防护网。(6)在溶蚀地段的爆破作业,尽量多打眼、打浅眼、并控制药量。(7)在溶洞充填物中掘进,如充填物松软,可用超前支护法施工。如充填物为极松散的砾、块石堆积或有水,可于开挖前采取注浆加固。(8)溶洞未做出处理方案前,不得将弃碴随意倾填于溶洞中。(9)处理情况复杂的溶洞,要根据现场具体情况制定安全措施,以确保施工安全。
具体施工方法如下:
步骤S1:在所述的岩溶隧道中开挖形成微台阶,所述的微台阶中上台阶超前下台阶2-3m,上台阶超前探测和揭露溶洞,在隧道上半洞和下半洞出现溶洞时方便处理,其长度为2.0m,考虑到围岩预留变形量,其高度为2*tan(45°+φ/2),其中,45°+φ表示拱顶到周边的直线与上台阶面的夹角,循环进尺1m;并对所述微台阶进行预加固操作;
步骤S2:将悬臂式整体台架放置在预设位置,以便后续人工划线、机械钻孔和装药作业;
步骤S3:钻眼前,施工人员采用全站仪确定出岩溶隧道中心线和拱顶面高程,设置所述的岩溶隧道的开挖轮廓线;
步骤S4:根据所述的开挖轮廓线,布置掏槽眼、辅助眼及周边眼的炮眼位置,炮眼间距、角度、深度符合爆破深度要求;通过自动钻孔装置对所述的掏槽眼、辅助眼及周边眼进行钻孔操作以获取爆破孔;
步骤S5:在所述的爆破孔内设置爆破材料,并将所述的爆破孔联结起来;
步骤S6:移除悬臂式整体台架,并对所述的爆破孔执行爆破操作以获得爆破后的隧道;
步骤S7:响炮后,进行通风,通风15分钟以上,空气质量检测达标方可进入,对所述爆破后的隧道进行开挖操作;
步骤S8:对循环开挖后的掌子面进行地质素描,并立即判定开挖循环掌子面的稳定性,若存在溶洞,对其溶洞进行填充,施做开挖循环已爆破开挖后上下台阶周边的初期支护,初期支护采用湿喷机械手进行初喷混凝土,喷射的混凝土为早期强度较高的混凝土,同时封闭掌子面;若存在岩溶水,采用抽水设备,并结合开挖排水通道,使岩溶水安全排出。
在上述步骤S1中,(2)隧道周边存在岩溶溶洞,围岩较差时,上台阶断面应适当降低高度,以减小上台阶开挖时围岩周边暴露面积,有利于掌子面稳定。
作为本发明的进一步改进在于,参考图3和4所示,上述步骤S2中,所述的悬臂式整体台架包括下台架以及与下台架活动连接的上台架,所述下台架由两根下台架前立柱3、两根下台架后立柱2和数根下台架横梁固定连接成的固定矩形框架结构,在同一侧相邻的下台架前立柱3和下台架后立柱2的底部设置有底梁1,底梁1的下方安装有行走轮7,在同一侧相邻的下台架前立柱3和下台架后立柱2之间还设置有下台架支撑柱4,下台架支撑柱4的底部与底梁1连接,且在下台架支撑柱4与其两侧的下台架后立柱2和下台架前立柱3之间各设置有一组相互对称的斜梁6;在下台架横梁上焊接有花纹钢板形成下台架工作台。
所述的上台架由两根上台架前立柱14、两根上台架后立柱13和数根上台架横梁15构成,沿着岩溶隧道长度方向的两根上台架横梁15的两端分别与其下方的上台架前立柱14和上台架后立柱13的顶部活动连接;两根上台架前立柱14的底部分别通过活动铰28与下台架上的两根下台架前立柱14顶部连接,两根上台架后立柱13的底部分别通过复合铰29与下台架上的两根下台架支撑柱4顶部连接,在同一侧的上台架前立柱14和上台架后立柱13之间设置有一伸缩拉杆16,伸缩拉杆16通过设置的伸缩控制器17实现伸缩功能,伸缩拉杆16的一端与上台架前立柱顶14部铰接,其另一端活动连接在复合铰29上,在上台架横梁15上焊接有花纹钢板形成上台架工作台。
在本实施例中,在上台架工作台上还设置有两组牵引支撑机构10,该牵引支撑机构10包括固定于上台架工作台上的支撑板座11、连接于支撑板座11与上台架后立柱13之间的可伸缩支撑杆12。
在本实施例中,通过设置于伸缩拉杆16上的伸缩控制器17控制伸缩杆伸缩,当施工台架正常工作(即不需要调整上台架的高度)时,通过伸缩控制器17调整伸缩拉杆16的长度到适宜位置,通过两组牵引支撑机构10配合,将上台架立柱绷直,用于稳定上台架横梁15,当施工台架变形(作业高度需要低于上层台架高度)时,在微台阶工作过程中,将伸缩拉杆16适量伸长,旋转伸缩拉杆16使其脱离复合铰29,前进方向(即靠近隧道开口方向)的上台架前立柱14上铰接的伸缩拉杆16旋转至垂直于下台架横梁方向的上层台阶面上,并放到杆靴18中,后侧方向(即远离隧道开口方向)通过两组牵引支撑机构10对其进行牵拉稳定,形成了微台阶施工台架,并在实际实用过程中,在不影响上台架横梁15稳定性的基础上,根据工作需要调整上台架横梁15向隧道断面方向延伸的长度,例如:在上台架横梁15前端搭建向前(朝向隧道断面方向)的辅助钢板,并搭建支撑结构,为上台架横梁15后续的工作提供保证,用于后续同时钻孔。
其次,在底梁1上设置有第一驱动电机,在第一驱动电机的驱动轴上固定有轮轴9,轮轴9通过第一驱动链条8与行走轮7连接,通过第一驱动电机驱动轮轴转动,进而通过第一驱动链条8的传动引起行走轮7运动,通过电力驱动行走代替人工反复转点,节省时间。
作为本发明的又一步改进,参照图2所示,在上述步骤S3中,在钻眼前,要对岩溶隧道进行超前地质预报,其步骤如下:
步骤S301:地质扫描:每次循环开挖后对掌子面和左右边墙进行素描、数码摄像,分析其地质情况;
步骤S302:地质探测:通过红外探水、地质雷达探测以及地震反射波法中任一一种方法或组合方法对岩溶隧道的地质进行探测;
步骤S303:加深炮孔:每排炮设置6-13个加深炮孔,所述的加深炮孔主要布置在掌子面周边,并以40°外插角分布,用于预测掌子面前方地层和地下水;其中,所述的加深炮孔深度比爆破孔深3m以上,孔径与爆破孔相同;通过加深炮孔进行超前深孔探测,为后续爆破孔的布置计划做准备。
上述所述的红外探水主要用于含水区域的探测,适用于定性判断开挖面前方及成洞外侧一定范围内有无水体存在及其位置。其预报距离为30m。在掌子面渗水量逐渐增加或拱顶及边墙滴水、渗水增多时采用红外线对隧道进行超前探测。
其具体探测方法为:掌子面上从拱顶至底板等间距布置5行测线,其中第一行测点均匀布置3个测点,其余每行均匀布置5个测点,使测点均匀布满整个掌子面。沿拱顶、底板、左右拱腰、左右边墙布设6条测线,每条测线上共设12个测点,测点间距为5m,共72个测点。从掌子面处开始沿逆掘进方向逐次布设。探测过程中,首先在1号点位置处,分别对拱顶,左右拱腰,左右边墙进行探测,待数据记录好后,再在2号点位置处进行探测,依此类推。直至把12个测点全部探测完。
地质雷达探测法主要用于岩溶探测、断层破碎带、软弱夹层等不均匀地质体或者其它含水地质体的探测。地质雷达探测应满足下列技术要求:
(1)探测目的体与周边介质之间应存在明显介电常数差异,电磁波反射信号特征明显;探测目的体具有足以被探测的规模;不能探测极高电导屏蔽层下的目的体或目的层;测区附近不能有大范围的金属构件、焊接施工或无线电发射等较强的电磁波干扰。
(2)地质雷达法预报距离:在泥质和软弱破碎地层或岩溶发育区,一般每次预报距离应为20m,不宜超过30m;地质雷达连续预报时前后两次重叠长度应不小于5m。
(3)地质雷达探测仪器的天线频率序列可选,由于隧道特殊环境,宜选择屏蔽天线(100~1000 MHz)。
地震反射波法:在软弱破碎地层或岩溶发育区,一般每次预报距离应为100m左右,不宜超过150m;在岩体完整的硬质岩地层每次可预报120~180m,但不宜超过200m;地震波反射法连续预报时,前后两次预报区段重叠长度不应少于10m;仪器可以考虑采用TGP、TSP,单点反射法可采用一般工程地震仪,使用的仪器必须达到出厂规定的技术指标;仪器的记录长度应能够满足预报距离的要求;仪器的采样间隔设置应在30ms~250ms间具有多档选择,以适应不同隧道围岩探测的要求,一般硬岩宜采用小的采样间隔,软岩采用稍大的采样间隔。
在上述步骤S3中,在测量放线的同时,需要对上次爆破断面进行检查,及时调整爆破参数;设置开挖轮廓线时要考虑二衬净空施工误差和围岩预留变形量,围岩预留变形量为10-15cm,围岩预留变形量根据监控量测所得信息进行及时调整。
在上述步骤S4中,钻眼要求:1)钻眼分为上台阶、下台阶(包括仰拱),上台阶钻炮眼按常规台阶法施作。严格控制周边眼的间距及各个炮眼间的外倾角;2)周边眼开眼位置在设计断面轮廓线上的间距误差不得大于5cm;周边眼外斜率要基本一致,确保轮廓圆顺,内圈眼至周边眼的排距误差不得过大;3)周边光爆眼间距控制在45cm以内,光爆层(抵抗线)较硬岩适当加大;4)钻眼装药率调整,当开挖面凹凸较大时,应按实际情况调整炮眼深度并相应调整装药量,力求所有炮眼(除掏槽眼外)眼底在同一垂直面上。
炮眼布置要求:1)先布置掏槽眼,其方向在岩层层理明显时应尽量垂直于层理,掏槽眼应比其他眼加深20cm。掏槽眼眼口间距和眼底间距的允许误差为±5cm;辅助眼眼口间距允许误差为±10cm;周边眼眼口位置允许误差为±5cm,眼底不得超出开挖断面轮廓线15cm;2)当开挖面凹凸较大时,应按实际情况调整炮眼深度及装药量,使周边眼和辅助眼眼底在同一垂直面上;3)周边眼严格按设计开挖轮廓线布置,周边眼的眼口在断面设计轮廓线上,眼底超出轮廓线小于10cm。
本发明通过上述步骤实现了岩溶隧道微台阶一次性爆破,缩短了岩溶隧道开挖时间,爆破后进入除渣作业,先将上台阶的渣用挖掘机挖至下台阶,用挖机将小台架及拱架分别运至上台阶,上台阶开始安装拱架同时下台阶开始出渣;下台阶出渣至仰拱位置,以便于边墙安装钢架时人员操作方便,仰拱部分渣待边墙钢架安装后再挖装运弃。
作为本发明的又一步改进,参考图5~12所示,在上述步骤S4中,自动钻孔装置包括设置于上台架工作台上第一钻孔机构19以及设置于下台架上的第二钻孔机构5,所述第一钻孔机构19包括与岩溶隧道断面形状相同的弧形支撑框架190和梭型移动结构191,在弧形支撑框架190底部设置有一矩形支撑框架。
在本实施例中,所述的弧形支撑框架190包括第一弧形支撑板193和第二弧形支撑板194,第一弧形支撑板193和第二弧形支撑板194上各设置有沿其弧长方向的弧形齿轮滑轨195,在第一弧形支撑板193和第二弧形支撑板194上的弧形齿轮滑轨195内搭设有第一圆轴196,第一圆轴196的两端设置有第一齿轮197,两个第一齿轮196分别位于第一弧形支撑板193和第二弧形支撑板194上的弧形齿轮滑轨195中,所述第一弧形支撑板193和第二弧形支撑板194的底部分别固定于矩形支撑框架的四个顶点上。
上述所述的矩形支撑框架由四根支撑立柱和上下第一横梁连接而成,位于矩形支撑框架上方的前后两根第一横梁上分别设置一通孔,且两个通孔同轴设置,并分别位于前后第一横梁的中间位置,所述两个通孔之间设置有第二圆轴198,在第二圆轴198的两端设置有轴承199,且两个轴承199分别位于两个通孔内;所述梭型移动结构191的一个梭口端设置有安装孔1911,安装孔1911贯穿在第一圆轴196上,其另一个梭口端设置有定位孔1912,定位孔1912贯穿在第二圆轴198上,梭型移动结构191通过驱动机构192带动第一齿轮197在弧形齿轮滑轨195内做圆环位移;梭型移动结构191的中间部位由四根第一外立柱1913构成的外框架,在每根第一外立柱1913上各设置有沿其长度方向的条形滑轨20,且在每根第一外立柱1913的外侧沿其长度方向上设置有若干个限位孔25,限位孔内设置有紧固螺钉26,第一风钻装置19可沿着条形滑轨20移动。
在本实施例中,梭型移动结构191通过第一齿轮1913绕弧形齿轮滑轨195做圆周运动,同时,第一风钻装置19的内框架通过滑轮套24及滑轮23在梭型移动结构191的外框架内移动,通过上述两种移动方式的相互配合,从而实现了风钻在弧形支撑框架190内的由圆心向外放射的不同半径的圆环上的位移。
在本实施例中,上述所述的驱动机构192包括固定板1921、弧形板1922、弧形凹槽和1923万向球头安装座1924,所述固定板1921固定在上台架工作台上,位于弧形支撑框架结构的后方,弧形板1922固定在固定板1921上,且弧形板1922与弧形支撑框架190同轴设置,在弧形板1922上沿其弧长方向设置有弧形导向孔1925,第二驱动电机1926设置在弧形板1922外侧上,并通过联轴器与第一圆轴196连接,第二驱动电机1926底部的弧形安装座1927通过弧形导向孔1925设置在弧形板1922内壁上,在固定板1921上还设置有一弧形凹槽1923,弧形凹槽1923与弧形板1922同圆心,万向球头安装座1924设置在弧形凹槽1923内,万向球头安装座1924上设置有一支撑柱1928,支撑柱1928另一端固定在弧形安装座1927底部,在支撑柱1928外侧设置有沿其长度方向的压缩弹簧1929。
在使用过程中,第二驱动电机1926通过联轴器与第一圆轴196对接,驱动第一齿轮197绕着弧形齿轮滑轨195移动,在第一齿轮197移动的同时,第一驱动电机也沿着弧形导向孔1925移动,设置在第一驱动电机底部的弧形安装座卡合在弧形导向孔上,保证了第二驱动电机1926绕着弧形导向孔1925移动时,不宜脱离弧形板1922表面,并通过设置在弧形安装座1927下方的支撑柱1928对第二驱动电机1926起到稳固的作用,在支撑柱1928的外侧还设置压缩弹簧1929,支撑柱1928通过万向球头安装座1924可早弧形凹槽1923内任意角度旋转,配合第二驱动电机1926的移动。
参照图12所示,第二钻孔机构5设置于由两根下台架支撑柱4和两根下台架前立柱3构成的矩形外框架内,在每根下台架支撑柱4和下台架前立柱3内侧各设置有沿其长度方向的齿条27。
上述所述的第二钻孔机构5为由四根第二外立柱501及上下第二横梁502连接成的移动矩形框架结构,在每根第二外立柱501外侧各设置有第二齿轮503,第二齿轮503通过第二驱动链条504与第三驱动电机505连接,第三驱动电机505固定在移动矩形框架结构上方的两组相互平行的第二横梁502上,且第二齿轮503与齿条27相配合,在上下第二横梁503的内侧上各设置有沿其长度方向的条形滑轨20,第二风钻装置5可沿着条形滑轨20移动。
作为本发明的又一步改进,参照图6所示,第一风钻装置19和第二风钻装置5的结构相同,其中,第一风钻装置由内框架21和工作台22构成,风钻安装在工作台22上,内框架21为由四根内立柱及上下第三横梁连接而成,内框架的八个顶点处各设置有一组移动导轨结构,移动导轨结构包括滑轮套24和滑轮23,滑轮套24固定在内框体21上,滑轮23安装于滑轮套24上,且滑轮23与第一外立柱1913上的条形滑轨相配合。
在两台阶同步钻孔作业过程中,移动矩形框架结构上的四组第二齿轮在驱动电机的带动下,分别沿着两组下台架支撑柱和两组下台架前立柱上的齿条上下移动,实现了第二风钻装置的垂直方向的移动,内框架上的八个顶点上的滑动套和滑轮在上下第二横梁的内侧上各设置的沿其长度方向的条形滑轨上左右移动,实现了第二风钻装置的水平移动;其次,梭型移动结构通过第一齿轮绕弧形齿轮滑轨做圆周运动,同时,第一风钻装置的内框架通过滑轮套及滑轮在梭型移动结构的外框架内移动,通过上述两种移动的相互配合,从而实现了风钻在半圆形框架内的由圆心向外放射的不同半径的圆环上的位移。通过上述两种移动方式的配合,完成了隧道下断面的钻孔,整体装置通过各自轨道滑动的相互配合适应近断面钻孔。若自动钻孔装置工作不到的地方,通过施工人员亲自钻孔,直至所有的爆破孔都完成钻孔要求。
在本发明实施例中,所述在所述爆破孔内设置爆破材料,并将所述爆破孔联结起来,包括:基于所述种类信息获取每种爆破孔的装药方式;基于所述装药方式在所述爆破孔内设置爆破材料;根据所述种类信息,采用复式网路连接或串联连接的方式将所述爆破孔联结起来
在本发明实施例中,所述对所述爆破后的隧道进行开挖操作,包括:记录本次爆破的爆破信息;通过排风装置对所述隧道进行排风操作;检查所述隧道内是否存 在未爆炸的爆破孔,在所述隧道内不存在未爆炸的爆破孔的情况下,对所述隧道进行清理 操作;对所述隧道进行预开挖操作,判断所述隧道的预开挖质量是否满足预设要求;在所述 预开挖质量满足所述预设要求的情况下,对所述隧道进行开挖。
在一种可能的实施方式中,施工人员在对隧道进行爆破操作后,首先通过施工人员记录本次爆破的爆破信息,并通过排风装置对爆 破后的隧道进行排风操作,其中排风操作的持续时间大于30分钟,以提高隧道内的空气清洁度;然后通过施工人员检查隧道内是否存在未爆炸的爆破孔,若存在未爆炸的爆破孔则 立即采取对应的安全措施,例如继续引爆或破坏该未爆炸的爆破孔,从而保证后续施工人员的人身安全;在隧道内不存在未爆炸的爆破孔的情况下,施工人员开始对隧道内进行清理操作,例如通过大型运输设备对隧道内的垃圾进行清理运输,从而快速完成隧道的清理操作。
在将爆破后的隧道清理完成后,施工人员还对隧道掌子面进行预开挖操作,以判断当前隧道的预开挖质量是否满足预设要求,若预开挖质量不满足预设要求,则应该根据设计信息继续对隧道结构或隧道掌子面进行调整,并使隧道结构或隧道掌子面的预开挖质量满足预设要求,然后再进行后续的开挖操作。
在上述步骤步骤S8中,溶洞的填充根据岩溶溶洞大小及洞穴与隧道不同部位的关系采取跨越、堵塞、加固及浇避等处理措施。
1.溶洞规模较大,或溶洞虽小但要求不堵塞水流,或溶洞深或填充物松软,基础处理工程修建困难或耗资巨大时,可根据具体条件采用相应的结构形式,如梁跨、板跨、拱跨或加大隧道净空宽度等措施。
具体方法:(1)当隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞,可加深该侧的边墙基础(参照图13)。(2)当隧洞底部遇有较大溶洞并有流水时,可在隧道以下砌筑浆砌片石支墙,支承隧道结构,并在支墙内设涵洞引排溶洞水(参照图14)。(3)当隧道边墙部位遇到较大,较深的溶洞,不宜加深边墙基础时,可在边墙部位或隧底以下筑拱跨过(参照图15a、15b)。(4)当隧道中部及底部遇有深大的溶洞时,可根据情况在边墙底及隧底设置桥台架梁(参照图16)。(5)溶洞上大下小,且有部分充填物时,可将隧道顶部的充填物清除,然后在隧道底部标高以下设置钢筋混凝土横梁及纵梁,横梁两端嵌入岩层(参照图17a、17b))。
2. 已停止发育的干小溶洞,采用混凝土、浆砌片石或干砌片石堵塞、填实,必要时注浆加固以防止塌陷。
具体方法:(1)固填封闭、注浆加固(参照图18)。(2)隧底固填封闭,上部护拱防护(参照图19)。(3)溶洞堵填(参照图20a、20b、20c)。(4)喷锚加固与浆砌护拱(参照如21a、21b)。
3. 溶洞充填物的特点是松软,下沉量大,强度低,稳定性差,当隧道必须通过洞穴填充物地段时,可按不同情况采取如下措施:
(1)桩基:当溶洞中堆积物不易清除且不流失时,可根据地质条件及结构要求,设计支撑桩或磨擦桩作为工程处理措施(参照图22)。(2)注浆:当溶洞内充填大量流塑性粘泥等松散物时,在拱顶、开挖面,拱底进行超注浆加固,固结松散体。同时要注意观察地面塌陷情况必要时进行地面注浆。(3)换填:根据溶洞形态及位置与隧道的关系 ,清除充填物表层软塑质粘土,基础以下换填人工基础,衬砌与岩壁之间空隙用浆砌片石、干砌片石紧密回填,采用有仰拱的衬砌,边墙基础襟边紧抵岩壁。
在上述步骤步骤S8中,对岩溶水的处理原则是宜疏不宜堵,以采取截、排、防、堵综合措施为宜。为防岩溶水突然袭击,施工中采取超前钻孔探测,预备足够的抽水设备,以策施工安全。
1.暗沟排水(参照图23所示):隧道穿过无填充物的溶洞,顶部有常流水沿溶洞通道至消水洞排出。为使不致在修建隧道后阻塞水流,在隧道底设置石砌暗沟,使岩溶水仍沿原有通道自行排出。
2.管道排水:若隧道基底横穿溶蚀裂隙,且裂隙水压力较大,为疏导股状水流,在隧道仰拱采用管子引出。在铺设仰拱时,预埋竖向直径20cm的铸铁管,其下横向放直径30cm的混凝土管(管壁带孔),周围回填碎石,水流进设有孔的混凝土管后,流经铸铁管及横向水沟排入侧沟,参照图24a和图24b所示的隧道基底岩溶上升泉的处理。
3.涵洞、泄水洞排水(参照图25所示):当暗河和溶洞有水流,并且雨季压力很大时,为避免危及隧道安全,在隧道底部设置涵洞和泄水洞将岩溶水排除。
4. (参照图26所示)当水流的位置在隧道上部或高于隧道时,在适当距离外,开凿引水槽,将水位降到隧道底部位置以下,再行引排。
在本实施例中,除渣结束后,进入微台阶两步初支成环施工:
1、安装拱架:(1)上台阶安装拱架时应将拱架中心点画出并与拱部围岩上测量中线标高定位准确,拱架两拱脚位置测量定位,整个拱圈准确定位并固定,上台阶钢格栅准确安装是该工序的核心控制点,为下台阶及仰拱快速安装打好基础;(2)上台阶拱部钢架钢筋网安装,并进行超前小导管钻孔、安装;(3)下台阶边墙钢架与上台阶钢架联接,边墙脚锁脚暂不施作;(4)边墙钢架安装完成挖运仰拱部分渣,立仰拱钢架。(5)仰拱钢架与边墙钢架联接,边墙钢架打锁脚锚管(杆)固定,控制好边墙钢架位置。
2、喷射混凝土:(1)钢架安装完成后退出作业台架,湿喷机械手就位,根据机械手的作业半径范围确定上、下台阶的喷射作业顺序;(2)喷射混凝土,速凝剂根据边墙和拱部采取不同掺量,边墙掺量为2%,拱部5%左右;(3)先将上台阶拱部喷射一层,后进行下台阶的第一层喷射混凝土,上、下台阶来回循环达到分层喷射施工,减少混凝土掉块现象;(4)喷射混凝土前将上台阶拱架脚端部采用松渣覆盖15~20cm,整平后并覆盖软胶皮进行拱脚联接角钢的保护,以便下台阶施工时,边墙钢架与拱脚钢架联接。(5)喷射作业完成后退出湿喷机械手台架就位进行钻眼作业,进入下一循环。
本发明通过采用微台阶同步开挖爆破法,缩小各工序衔接时间差,加快施工进度,减少了人员、设备窝工。若隧道综合单价以5万元/延米计,采用微台阶同步开挖法爆破后每月可增加产值约100万元,同时节约了单位产值的劳动力和机械成本。
本发明的中等断面岩溶隧道微台阶一次爆破施工方法主要应用于岩溶隧道建设中,考虑隧道施工工艺的力学效应,变V级围岩上台阶临时仰拱为隧道下台阶初期支护(永久)仰拱,增加了V级围岩初期支护的整体稳定性;同常规带仰拱的台阶开挖法相比,施工进度明显加快,月进度可保证60m;隧道上台阶超前下台阶2-3m,上台阶超前探测和揭露溶洞,在隧道上半洞和下半洞出现溶洞时方便处理,安全、高效,提高了岩溶探测的正确性;且结合超前支护措施以及隧道微台阶两步初支成环开挖工法施工隧道, 用台阶法一次全断面爆破施工,上台阶和下台阶(仰拱)同时爆破开挖;在保证施工在安全的前提,加快了施工进度。
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 (10)

1.中等断面岩溶隧道微台阶一次爆破施工方法,其特征在于,该施工方法包括以下步骤:
步骤S1:在所述的岩溶隧道中开挖形成微台阶,并对所述微台阶进行预加固操作;
步骤S2:将悬臂式整体台架放置在预设位置,以便后续人工划线、机械钻孔和装药作业;
步骤S3:钻眼前,施工人员采用全站仪确定出岩溶隧道中心线和拱顶面高程,设置所述的岩溶隧道的开挖轮廓线;
步骤S4:根据所述的开挖轮廓线,布置掏槽眼、辅助眼及周边眼的炮眼位置,炮眼间距、角度、深度符合爆破深度要求;通过自动钻孔装置对所述的掏槽眼、辅助眼及周边眼进行钻孔操作以获取爆破孔;
步骤S5:在所述的爆破孔内设置爆破材料,并将所述的爆破孔联结起来;
步骤S6:移除悬臂式整体台架,并对所述的爆破孔执行爆破操作以获得爆破后的隧道;
步骤S7:响炮后,进行通风,通风30分钟以上,空气质量检测达标方可进入,对所述爆破后的隧道进行开挖操作;
步骤S8:对循环开挖后的掌子面进行地质素描,并立即判定开挖循环掌子面的稳定性,若存在溶洞,对其溶洞进行填充,施做开挖循环已爆破开挖后上下台阶周边的初期支护,初期支护采用湿喷机械手进行初喷混凝土,喷射的混凝土为早期强度较高的混凝土,同时封闭掌子面;若存在岩溶水,采用抽水设备,并结合开挖排水通道,使岩溶水安全排出,再进入开始新一轮的爆破工作。
2.根据权利要求1所述的中等断面岩溶隧道微台阶一次爆破施工方法,其特征在于,在上述步骤S2中,所述的悬臂式整体台架包括下台架以及与下台架活动连接的上台架,所述下台架由两根下台架前立柱、两根下台架后立柱和上下数根下台架横梁固定连接成的固定矩形框架结构,在同一侧相邻的下台架前立柱和下台架后立柱的底部设置有底梁,底梁的下方安装有行走轮,在同一侧相邻的下台架前立柱和下台架后立柱之间还设置有下台架支撑柱,下台架支撑柱的底部与底梁连接,且在下台架支撑柱与其两侧的下台架后立柱和下台架前立柱之间各设置有一组相互对称的斜梁;在下台架横梁上焊接有花纹钢板形成下台架工作台;
上台架由两根上台架前立柱、两根上台架后立柱和数根上台架横梁构成,沿着岩溶隧道长度方向的两根上台架横梁的两端分别与其下方的上台架前立柱和上台架后立柱的顶部活动连接;两根上台架前立柱的底部分别通过活动铰与下台架上的两根下台架前立柱顶部连接,两根上台架后立柱的底部分别通过复合铰与下台架上的两根下台架支撑柱顶部连接,在同一侧的上台架前立柱和上台架后立柱之间设置有一伸缩拉杆,伸缩拉杆通过设置的伸缩控制器实现伸缩功能,伸缩拉杆的一端与上台架前立柱顶部铰接,其另一端活动连接在复合铰上,在上台架横梁上焊接有花纹钢板形成上台架工作台。
3.根据权利要求2所述的中等断面岩溶隧道微台阶一次爆破施工方法,其特征在于,在上台架工作台上还设置有两组牵引支撑机构,该牵引支撑机构包括固定于上台架工作台上的支撑板座、连接于支撑板座与上台架后立柱之间的可伸缩支撑杆;
在底梁上设置有第一驱动电机,在第一驱动电机的驱动轴上固定有轮轴,轮轴通过第一驱动链条与行走轮连接,通过第一驱动电机驱动轮轴转动,进而通过第一驱动链条的传动引起行走轮运动。
4.根据权利要求1所述的中等断面岩溶隧道微台阶一次爆破施工方法,其特征在于,在上述步骤S3中,在钻眼前,对岩溶隧道进行超前地质预报,其包括以下步骤:
步骤S301:地质扫描:每次循环开挖后对掌子面和左右边墙进行素描、数码摄像,分析其地质情况;
步骤S302:地质探测:通过红外探水、地质雷达探测以及地震反射波法中任一一种方法或组合方法对岩溶隧道的地质进行探测;
步骤S303:加深炮孔:每排炮设置6-13个加深炮孔,所述的加深炮孔主要布置在掌子面周边,并以40°外插角分布,用于预测掌子面前方地层和地下水;其中,所述的加深炮孔深度比爆破孔深3m以上,孔径与爆破孔相同;通过加深炮孔进行超前深孔探测,为后续爆破孔的布置计划做准备。
5.根据权利要求4所述的中等断面岩溶隧道微台阶一次爆破施工方法,其特征在于,在上述步骤S3中,在测量放线的同时,需要对上次爆破断面进行检查,及时调整爆破参数;设置开挖轮廓线时要考虑二衬净空施工误差和围岩预留变形量,围岩预留变形量为10-15cm,围岩预留变形量根据监控量测所得信息进行及时调整。
6.根据权利要求1所述的中等断面岩溶隧道微台阶一次爆破施工方法,其特征在于,在上述步骤S4中,先布置掏槽眼,其方向在岩层层理明显时应尽量垂直与层理,掏槽眼要比周边眼和辅助眼深20cm,掏槽眼眼口间距和眼底间距的允许误差为±5cm;辅助眼眼口间距允许误差为±10cm;周边眼眼口位置允许误差为±5cm,眼底不得超出开挖断面轮廓线15cm;且所述的周边眼开眼位置设计在断面轮廓线上的间距误差小于5cm;周边眼外斜率保持一致,确保轮廓圆顺。
7.根据权利要求6所述的中等断面岩溶隧道微台阶一次爆破施工方法,其特征在于,在上述步骤S4中,自动钻孔装置包括设置于上台架工作台上第一钻孔机构以及设置于下台架上的第二钻孔机构,所述第一钻孔机构包括与岩溶隧道断面形状相同的弧形支撑框架和梭型移动结构,在弧形支撑框架底部设置有一矩形支撑框架;
所述弧形支撑框架包括第一弧形支撑板和第二弧形支撑板,第一弧形支撑板和第二弧形支撑板上各设置有沿其弧长方向的弧形齿轮滑轨,在第一弧形支撑板和第二弧形支撑板上的弧形齿轮滑轨内搭设有第一圆轴,第一圆轴的两端设置有第一齿轮,两个第一齿轮分别位于第一弧形支撑板和第二弧形支撑板上的弧形齿轮滑轨中,所述第一弧形支撑板和第二弧形支撑板的底部分别固定于矩形支撑框架的四个顶点上;
矩形支撑框架由四根支撑立柱和上下第一横梁连接而成,位于矩形支撑框架上方的前后两根第一横梁上分别设置一通孔,且两个通孔同轴设置,并分别位于前后第一横梁的中间位置,所述两个通孔之间设置有第二圆轴,在第二圆轴的两端设置有轴承,且两个轴承分别位于两个通孔内;
所述梭型移动结构的一个梭口端设置有安装孔,安装孔贯穿在第一圆轴上,其另一个梭口端设置有定位孔,定位孔贯穿在第二圆轴上,梭型移动结构通过驱动机构带动第一齿轮在弧形齿轮滑轨内做圆环位移;
梭型移动结构的中间部位由四根第一外立柱构成的外框架,在每根第一外立柱上各设置有沿其长度方向的条形滑轨,第一风钻装置可沿条形滑轨移动。
8.根据权利要求7所述的中等断面岩溶隧道微台阶一次爆破施工方法,其特征在于,所述的驱动机构包括固定板、弧形板、弧形凹槽和万向球头安装座,所述固定板固定在上台架工作台上,并位于弧形支撑框架后方,弧形板固定在固定板上,且弧形板与弧形支撑框架同轴设置,在弧形板上沿其弧长方向设置有弧形导向孔,第二驱动电机设置在弧形板外侧上,并通过联轴器与第一圆轴连接,第二驱动电机底部的弧形安装座通过弧形导向孔设置在弧形板内壁上,在固定板上还设置有一弧形凹槽,弧形凹槽与弧形板同圆心设置,万向球头安装座设置在弧形凹槽内,万向球头安装座上设置有一支撑柱,支撑柱另一端固定在弧形安装座底部,在支撑柱外侧设置有沿其长度方向的压缩弹簧。
9.根据权利要求7所述的中等断面岩溶隧道微台阶一次爆破施工方法,其特征在于,第二钻孔机构设置于由两根下台架支撑柱和两根下台架前立柱构成的矩形外框架内,在每根下台架支撑柱和下台架前立柱内侧各设置有沿其长度方向的齿条;
第二钻孔机构为由四根第二外立柱及上下第二横梁连接成的移动矩形框架结构,在每根第二外立柱外侧各设置有第二齿轮,第二齿轮通过第二驱动链条与第三驱动电机连接,第三驱动电机固定在移动矩形框架结构上方的两组相互平行的第二横梁上,且第二齿轮与齿条相配合,在上下第二横梁的内侧上各设置有沿其长度方向的条形滑轨,第二风钻装置可沿着条形滑轨移动。
10.根据权利要求9所述的中等断面岩溶隧道微台阶一次爆破施工方法,其特征在于,第一风钻装置和第二风钻装置的结构相同,其中,第一风钻装置由内框架和工作台构成,风钻安装在工作台上,内框架为由四根内立柱及上下第三横梁连接而成,内框架的八个顶点处各设置有一组移动导轨结构,移动导轨结构包括滑轮套和滑轮,滑轮套固定在内框体上,滑轮安装于滑轮套上,且滑轮与第一外立柱上的条形滑轨相配合。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101761346A (zh) * 2009-12-30 2010-06-30 中铁十二局集团第二工程有限公司 一种变质岩承压水隧道的施工方法
CN104790978A (zh) * 2015-03-10 2015-07-22 中铁九局集团有限公司 小净距立体交叉隧道环形导坑施工方法
CN106194195A (zh) * 2016-07-22 2016-12-07 中铁建大桥工程局集团第五工程有限公司 湿陷性黄土地区大断面隧道三台阶无预留核心土施工方法
CN108286920A (zh) * 2018-01-31 2018-07-17 中铁二十二局集团第工程有限公司 一种隧道爆破和开挖的实施方法
CN109209391A (zh) * 2018-09-10 2019-01-15 中铁二院成都勘察设计研究院有限责任公司 适用于大断面隧道ⅳ-ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101761346A (zh) * 2009-12-30 2010-06-30 中铁十二局集团第二工程有限公司 一种变质岩承压水隧道的施工方法
CN104790978A (zh) * 2015-03-10 2015-07-22 中铁九局集团有限公司 小净距立体交叉隧道环形导坑施工方法
CN106194195A (zh) * 2016-07-22 2016-12-07 中铁建大桥工程局集团第五工程有限公司 湿陷性黄土地区大断面隧道三台阶无预留核心土施工方法
CN108286920A (zh) * 2018-01-31 2018-07-17 中铁二十二局集团第工程有限公司 一种隧道爆破和开挖的实施方法
CN109209391A (zh) * 2018-09-10 2019-01-15 中铁二院成都勘察设计研究院有限责任公司 适用于大断面隧道ⅳ-ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法

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