CN112610219A - 隧道工程中三臂凿岩台车的超欠挖量最小总体积控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及隧道工程建设技术领域，具体涉及一种隧道工程中三臂凿岩台车的超欠挖量最小总体积控制方法，测定钻孔深度和欠挖段为长度以及炮钎的最大倾角，计算出超挖段长度，按照超欠挖量最小总体积控制法确定出超欠挖总体积与钻孔深度和欠挖段为长度之间的关系，超欠挖总体积为最小值，完成隧道工程中三臂凿岩台车的超欠挖量最小总体积控制；根据钻孔深度和欠挖段为长度以及隧道围岩的欠挖等级所对应的修正系数进而合理确定出超欠挖总体积最优控制方法，有效地控制了隧道的超欠挖，并可根据挖土量准确预判隧道超欠挖情况发生，加快了掘进速度，控制了施工成本，有效避免了隧道开挖受作业人员的业务水平的限制影响。

Description

隧道工程中三臂凿岩台车的超欠挖量最小总体积控制方法
技术领域
本发明涉及隧道工程建设技术领域，具体涉及一种隧道工程中三臂凿岩台车的超欠挖量最小总体积控制方法。
背景技术
隧道超欠挖现象对围岩的稳定性将产生不良影响。隧道开挖出现超欠挖现象使得隧道轮廓面凹凸不平，不圆顺，容易产生应力集中现象，致使隧道易发生坍塌、片帮等危害，还有部分超挖现象为装药量过大造成，此时，爆破产生的冲击作用可能引起围岩的松弛，不利于保护围岩原来的承载能力。当发生超挖现象时，回填质量在实际施工过程难以得到有效的保证。尤其对于隧道拱顶、拱腰部位，由于施工原因很难做到回填密实，其结果是支护与围岩之间接触不密实，存在空隙，甚至较大的空洞。这些空隙和空洞使得围岩与支护处于点接触状态，难以起到限制围岩变形的作用，从而引起围岩的过度变形甚至坍塌。
目前工程中通过以下方法控制隧道超欠挖：
1.及时调整爆破参数；
2.提高钻孔精度；
3.提高测量放线的精度；
4.采用合理的爆破技术。
但是，目前的隧道超欠挖控制很容易造成成本过高，或者对围岩的扰动过大，影响整个工程的进度。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种隧道工程中三臂凿岩台车的超欠挖量最小总体积控制方法，能够根据挖土量准确预判隧道超欠挖情况发生，有效地控制隧道的超欠挖，减少爆破对围岩的扰动，加快了掘进速度。
本发明所采用的技术方案是：
一种隧道工程中三臂凿岩台车的超欠挖量最小总体积控制方法，其包括以下步骤：
(1)根据隧道设计等级确定出欠挖段的横截面积，进而确定出其超欠挖段的体积；
(2)测定钻孔深度L和欠挖段为长度Y以及炮钎的最大倾角θ，计算出超挖段长度＝L-Y；
(3)按照超欠挖量最小总体积控制法确定出超欠挖总体积V与钻孔深度L和欠挖段为长度Y之间的关系为下式(1)所示：
V＝λS1×1+S2×1＝0.5tan θ[(λ+1)Y2-2LY+L2] (1)
其中，S1为欠挖段的面积，cm2；S2为超挖段的的面积，cm2；λ为超欠挖段的修正系数；
(4)用最小值原理求解上式(1)确定出当Y＝L时，超欠挖总体积V为最小值，即完成隧道工程中三臂凿岩台车的超欠挖量最小总体积控制。
进一步限定，所述根据隧道的设计截面确定超欠挖段的修正系数λ：
小断面隧道，截面面积为3～10m2，对应λ＝0.95；
中断面隧道，截面面积为10～50m2，对应λ＝0.9；
大断面隧道，截面面积50～100m2，对应λ＝0.85；
超大断面隧道，截面面积大于100m2，对应λ＝0.8。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明根据钻孔深度L和欠挖段为长度Y以及隧道围岩的欠挖等级所对应的修正系数进而合理确定出超欠挖总体积最优控制方法，有效地控制了隧道的超欠挖，并可根据挖土量准确预判隧道超欠挖情况发生，减少了爆破对围岩的扰动，加快了掘进速度，控制了施工成本，使超欠挖值达到最佳数值，有效避免了隧道开挖受作业人员的业务水平的限制影响。
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Ⅳ级围岩开眼位置及角度示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。
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。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
本发明涉及的一种隧道工程中三臂凿岩台车的超欠挖量最小总体积控制方法，其包括以下步骤：
一种隧道工程中三臂凿岩台车的超欠挖量最小总体积控制方法，包括以下步骤：
(1)根据隧道设计等级确定出欠挖段的横截面积，进而确定出其超欠挖段的体积；
(2)测定钻孔深度L和欠挖段为长度Y以及炮钎的最大倾角θ，计算出超挖段长度＝L-Y；
(3)按照超欠挖量最小总体积控制法确定出超欠挖总体积V与钻孔深度L和欠挖段为长度Y之间的关系为下式(1)所示：
V＝λS1×1+S2×1＝0.5tan θ[(λ+1)Y2-2LY+L2] (1)
其中，S1为欠挖段的面积，cm2；S2为超挖段的的面积，cm2；λ为超欠挖段的修正系数；
根据隧道的设计截面确定超欠挖段的修正系数λ：
小断面隧道，截面面积为3～10m2，对应λ＝0.95；
中断面隧道，截面面积为10～50m2，对应λ＝0.9；
大断面隧道，截面面积50～100m2，对应λ＝0.85；
超大断面隧道，截面面积大于100m2，对应λ＝0.8。
(4)用最小值原理求解上式(1)确定出当Y＝L时，超欠挖总体积V为最小值，即完成隧道工程中三臂凿岩台车的超欠挖量最小总体积控制。
以截面面积为3～10m2的小断面隧道为例，用三臂凿岩台车施挖，参见图1，进行说明本发明的大断面隧道超欠挖最小体积控制方法，主要由以下步骤实现：
(1)根据隧道设计等级确定出欠挖段的横截面积，进而确定出其超欠挖段的体积；
(2)测定钻孔深度L＝350cm和欠挖段为长度Y＝208cm以及炮钎的最大倾角θ＝19.3°，计算出超挖段长度＝L-Y；
(3)按照超欠挖量最小总体积控制法确定出超欠挖总体积V与钻孔深度L和欠挖段为长度Y之间的关系为下式(1)所示：
V＝λS1×1+S2×1＝0.5tan θ[(λ+1)Y2-2LY+L2]
＝0.5tan 19.3°[(0.95+1)×2082-2×350×208+3502]
其中，λ为超欠挖段的修正系数，λ＝0.95；
(4)用最小值原理求解上式(1)确定出当Y＝L时，超欠挖总体积V＝10727cm3为最小值，即完成隧道工程中三臂凿岩台车的超欠挖量最小总体积控制。
以截面面积50～100m2的大断面隧道为例，用三臂凿岩台车施挖，进行说明本发明的超欠挖最小体积控制方法，主要由以下步骤实现：
(1)根据隧道设计等级确定出欠挖段的横截面积，进而确定出其超欠挖段的体积；
(2)测定钻孔深度L＝350cm和欠挖段为长度Y＝208cm以及炮钎的最大倾角θ＝19.3°，计算出超挖段长度＝L-Y；
(3)按照超欠挖量最小总体积控制法确定出超欠挖总体积V与钻孔深度L和欠挖段为长度Y之间的关系为下式(1)所示：
V＝λS1×1+S2×1＝0.5tan θ[(λ+1)Y2-2LY+L2]
＝0.5tan 19.3°[(0.85+1)×2082-2×350×208+3502]
其中，λ为超欠挖段的修正系数，λ＝0.85；
(4)用最小值原理求解上式(1)确定出当Y＝L时，超欠挖总体积V＝9970cm3为最小值，即完成隧道工程中三臂凿岩台车的超欠挖量最小总体积控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种隧道工程中三臂凿岩台车的超欠挖量最小总体积控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据隧道设计等级确定出欠挖段的横截面积，进而确定出其超欠挖段的体积；
(2)测定钻孔深度L和欠挖段为长度Y以及炮钎的最大倾角θ，计算出超挖段长度＝L-Y；
(3)按照超欠挖量最小总体积控制法确定出超欠挖总体积V与钻孔深度L和欠挖段为长度Y之间的关系为下式(1)所示：
V＝λS1×1+S2×1＝0.5tanθ[(λ+1)Y2-2LY+L2] (1)
其中，S1为欠挖段的面积，cm2；S2为超挖段的的面积，cm2；λ为超欠挖段的修正系数；
(4)用最小值原理求解上式(1)确定出当Y＝L时，超欠挖总体积V为最小值，即完成隧道工程中三臂凿岩台车的超欠挖量最小总体积控制。
2.根据权利要求1所述的隧道工程中三臂凿岩台车的超欠挖量最小总体积控制方法，其特征在于，所述根据隧道的设计截面确定超欠挖段的修正系数λ：
小断面隧道，截面面积为3～10m2，对应λ＝0.95；
中断面隧道，截面面积为10～50m2，对应λ＝0.9；
大断面隧道，截面面积50～100m2，对应λ＝0.85；
超大断面隧道，截面面积大于100m2，对应λ＝0.8。
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张勇: "高速铁路隧道三臂凿岩台车开挖应用与探讨", 《科技创新导报》 *

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