CN113107497A - 一种硬岩隧道掘进施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硬岩隧道掘进施工方法，属于隧道施工技术领域，解决传统的全断面掘进机法产生的粉尘浓度高，污染施工环境，切削下来的岩石为石粉，再回收利用率有限，由于是全断面的切削，需要做初支，但由于切割头较长，初支又容易被破坏，施工效率低的问题，本申请提供一种新型的硬岩隧道掘进施工方法，其具体为采用分别对掌子面上半部和下半部通过切削出数个凹槽，形成数个石墙，再将石墙进行粉碎和清除的方式，完成对掌子面的挖掘，减少环境粉尘的产生，延长刀头的使用寿命，提升岩石的回收率，提高施工效率。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种硬岩隧道掘进施工方法。
背景技术
目前在隧道施工领域，隧道施工方法主要有以下几种：传统爆破法、全断面掘进机法、人工风镐开挖法和液压冲击锤开挖法、膨胀法、人工钻孔取芯法等等。
传统爆破法，若处于复杂环境下，尤其是经过城市时，隧道上部往往有许多需 要保护的建筑物，隧道施工产生的爆破振动对周边环境的影响非常大。且炸药存放需专用火工库，爆破过程中可能有哑炮，危险系数高；爆破粉尘较大，炸药爆破开挖法工序繁琐，准备时间长，综合效率低。
全断面掘进机法采用支护全套机械施工，需要将整个掌子面全部切削下来，产生的粉尘浓度高，污染施工环境；切削下来的岩石为石块，再回收利用率有限；由于是全断面的切削，需要做初支，但由于切割头较长，初支又容易被破坏，拉低了施工效率。
铣挖法一般适用于软岩中施工，在硬岩中由于铣头磨损大、工作效率低。
人工风镐开挖法和液压冲击锤开挖法，常常适用于软质围岩的隧道施工，对于硬质围岩，其施工效率较低，且液压冲击锤施工也会产生一定的冲击振动。
膨胀剂法存在环境污染问题，且对施工人员会造成人身伤害。
人工钻孔取芯法需人工操作水磨钻机进行单个成孔，安全风险高、机械化水平低、工效较差。
由以上分析可知，现有技术的各种隧道掘进技术和设备存在着各种各样的缺点和不足。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有隧道机械开挖施工过程中，对硬岩隧道所采用全断面掘进机法存在的问题，提供一种新型的硬岩隧道掘进施工方法，减少环境粉尘的产生，延长刀头的使用寿命，提升岩石的回收率，提高施工效率。
本发明采用的技术方案如下：
1. 一种硬岩隧道掘进施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将掌子面沿中线分为上半部和下半部，采用切割头在中线的中点位置由下至上切削出一条深槽；
步骤二：然后以这条深槽为中心线，向左右两侧由下至上等间距切削出数个深槽，至掌子面上半部形成数个等间距的支撑石墙；
步骤三：在每一个支撑石墙的上端和下端各开设一个与墙宽等直径的孔；
步骤四：用悬臂掘进机或破碎锤击倒支撑石墙沿孔深的上半部分，并出渣，残留的支撑石墙为掌子面起支撑作用；
步骤五：对掌子面的下半部重复前四道工序，至下半部完成开挖；
步骤六：采用破碎头对仰拱进行开挖并搭建支护；
步骤七：用破碎头将掌子面上残留的支撑石墙进一步破碎并清除，完成一次循环；
步骤八：重复前七道工序，直至整个隧道施工完成。
采用上述技术方案，相比于现有技术中的全断面施工，本申请采用分别对掌子面上半部和下半部通过切削出数个凹槽，形成数个石墙，再将石墙进行粉碎和清除的方式，完成对掌子面的挖掘，由于整个掌子面只需要切削一半，大大减少了机头的磨损程度和降低了粉尘产生量，提高了施工效率；同时支撑石墙破碎后的石块由于体积较大，可以用做回填料，也提升了岩石的回收利用率；在施工过程中，切削上半部的时候，残留的支撑石墙为掌子面起支撑作用，可以替代搭建初支的效果，节省了施工工序，提升了施工放率。
优选的，采用悬臂硬岩掘进机对掌子面进行开设深槽和完成支撑石墙的破碎。采用该优选的技术方案，相比于现有技术的利用链锯切刀进行开设深槽，本申请中采用一个设备即可完成开设深槽和支撑石墙的破碎，节省了设备的投入成本。
为了更好的完成本发明创造，考虑到实际生产的需要，深槽的深度为100～120cm、宽度为50～60cm。
进一步的，所述相邻深槽中间形成一道支撑石墙，所述支撑石墙的宽度与深槽的宽度相同，高度与深槽的深度相同。
进一步的，所述孔的深度为支撑石墙高度的一半，孔的直径与支撑石墙的宽度相同。
另外，本申请中通过自动化技术实时控制悬臂硬岩掘进机切深槽线路及轨迹，从而在满足精度要求的同时节省人工测量所需时间，进一步提高施工效率。
综上所述，本发明的有益效果为：
1. 在施工过程中，切削上半部的时候，残留的支撑石墙为掌子面起支撑作用，可以替代搭建初支的效果，节省了施工工序，提升了施工放率。
2.支撑石墙破碎后的石块由于体积较大，可以用做回填料，提升了岩石的回收利用率。
3.采用悬臂硬岩掘进机对掌子面进行开设深槽和完成支撑石墙的破碎，相比于现有技术的利用链锯切刀进行开设深槽，本申请中采用一个设备即可完成开设深槽和支撑石墙的破碎，节省了设备的投入成本。
4.本申请中通过自动化技术实时控制悬臂硬岩掘进机切深槽线路及轨迹，从而在满足精度要求的同时节省人工测量所需时间，进一步提高施工效率。
5.相比于现有技术中的全断面施工，本申请采用分别对掌子面上半部和下半部通过切削出数个凹槽，形成数个石墙，再将石墙进行粉碎和清除的方式，完成对掌子面的挖掘，由于整个掌子面只需要切削一半，大大减少了机头的磨损程度和降低了粉尘产生量，提高了施工效率。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是步骤2中上半部深槽挖掘完毕后掌子面的结构示意图；
图2是步骤3中孔开设完毕后掌子面的结构示意图；
图3是步骤4中对支撑石墙破碎后掌子面的结构示意图；
图4是本发明中掌子面的结构变化侧视示意图；
附图标记
1-掌子面、2-深槽、3-支撑石墙、4-孔、5-残留的支撑石墙、6-上半部、7-下半部、8-仰拱。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可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申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合图1～图4对本发明作详细说明。
实施例1：
针对质地比较软的围岩，其施工方法为：将掌子面1沿中线分为上半部6和下半部7，采用悬臂掘进机对上台阶上部进行开挖，具体为采用切割头在中线的中点位置由下至上切削出一条深槽2，深槽2的深度为100cm、宽度为50cm，然后以这个深槽2为中心线向两边间隔深槽2宽度的距离再由下至上切削出数个等间距的深槽2，相邻的深槽2中间形成一道支撑石墙3，支撑石墙3的宽度和高度与深槽2的宽度和深度相同，为了防止上半部6的支撑墙进行破碎时影响到仰拱8以及掌子面1下半部7，故在每一个支撑石墙3的上端和下端各开设一个与墙宽等直径的孔4，孔4深约为周边槽深的1/2,用悬臂掘进机破碎锤沿孔4的深度将支撑石墙3击碎，并出渣，大块的岩石残渣可以进行回收利用，上半部6残留的支撑石墙5可以为整个掌子面1起支撑作用，防止因围岩材质较软造成仰拱8垮塌的事故，并且替代现有技术中搭建支护的工序，节省了工序，对掌子面1的下半部7重复前四道工序，至下半部7完成开挖，采用破碎头对仰拱8进行开挖并搭建支护，用破碎头将掌子面1上残留的支撑石墙5进一步破碎并清除，完成一次循环，重复上述工序，直至整个隧道施工完成。
实施例2：
针对质地比较硬的围岩，由于材质较硬，即施工过程中，不容易发生仰拱8垮塌的事故，其施工方法为：将掌子面1沿中线分为上半部6和下半部7，采用悬臂掘进机对上台阶上部进行开挖，具体为采用切割头在中线的中点位置由下至上切削出一条深槽2，深槽2的深度为100cm、宽度为50cm，然后以这个深槽2为中心线向两边间隔深槽2宽度的距离再由下至上切削出数个等间距的深槽2，深槽2铺满整个掌子面1上半部6，相邻的深槽2中间形成一道支撑石墙3，数个平行的深槽2将掌子面1上半部6分割数道支撑石墙3，支撑石墙3的宽度和高度与深槽2的宽度和深度相同，用悬臂掘进机破碎锤将支撑石墙3全部击碎，并出渣，大块的岩石残渣可以进行回收利用，对掌子面1的下半部7重复前四道工序，至下半部7完成开挖，采用破碎头对仰拱8进行开挖并搭建支护，完成一次循环，重复上述工序，直至整个隧道施工完成。
实施例3：
与实施例1不同的是，本实施例中，深槽2的深度为120cm、宽度为60cm，对应支撑石墙3的尺寸为高度120cm、宽度为60cm，孔4的尺寸为深度60cm、宽度为60cm。
实施例4：
与实施例2不同的是，本实施例中，深槽2的深度为120cm、宽度为60cm，对应支撑石墙3的尺寸为高度120cm、宽度为60cm。
需要说明的是，上述实施例中掌子面1的尺寸大小为1479cm×1276cm，故深槽2并列设置数量为【1479÷60－1】÷2≈11个，深槽2的长度始终从中线处延伸至仰拱8边缘处，但不限制于本申请中提及的尺寸大小，具体根据实际施工过程中不同的隧道掌子面1的尺寸，设定挖掘深槽2的尺寸和个数。
相比于现有技术中的全断面施工，本申请采用分别对掌子面1上半部6和下半部7通过切削出数个凹槽，形成数个石墙，再将石墙进行粉碎和清除的方式，完成对掌子面1的挖掘，由于整个掌子面1只需要切削一半，大大减少了机头的磨损程度和降低了粉尘产生量，提高了施工效率；同时支撑石墙3破碎后的石块由于体积较大，可以用做回填料，也提升了岩石的回收利用率；在施工过程中，切削上半部6的时候，残留的支撑石墙5为掌子面1起支撑作用，可以替代搭建初支的效果，节省了施工工序，提升了施工放率，另外，本申请中通过自动化技术实时控制悬臂硬岩掘进机切深槽2线路及轨迹，从而在满足精度要求的同时节省人工测量所需时间，进一步提高施工效率。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
Claims (5)
1.一种硬岩隧道掘进施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将掌子面（1）沿中线分为上半部（6）和下半部（7），在中线的中点位置由下至上切削出一条深槽（2）；
步骤二：然后以这条深槽（2）为中心线，向左右两侧由下至上等间距切削出数个深槽（2），至掌子面（1）上半部（6）形成数个等间距的支撑石墙（3）；
步骤三：在每一个支撑石墙（3）的上端和下端各开设一个与墙宽等直径的孔（4）；
步骤四：用悬臂掘进机或破碎锤击倒支撑石墙（3）沿孔（4）深的上半部（6）分，并出渣，残留的支撑石墙（5）为掌子面（1）起支撑作用；
步骤五：对掌子面（1）的下半部（7）重复前四道工序，至下半部（7）完成开挖；
步骤六：采用破碎头对仰拱（8）进行开挖并搭建支护；
步骤七：用破碎头将掌子面（1）上残留的支撑石墙（5）进一步破碎并清除，完成一次循环；
步骤八：重复前七道工序，直至整个隧道施工完成。
2.根据权利要求1所述的一种硬岩隧道掘进施工方法，其特征在于，采用悬臂硬岩掘进机对掌子面（1）进行开设深槽（2）。
3.根据权利要求1所述的一种硬岩隧道掘进施工方法，其特征在于，所述深槽（2）的深度为100～120cm、宽度为50～60cm。
4.根据权利要求1所述的一种硬岩隧道掘进施工方法，其特征在于，所述相邻深槽（2）中间形成一道支撑石墙（3），所述支撑石墙（3）的宽度与深槽（2）的宽度相同。
5.根据权利要求1所述的一种硬岩隧道掘进施工方法，其特征在于，所述孔（4）的深度为支撑石墙（3）高度的一半，孔（4）的直径与支撑石墙（3）的宽度相同。
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