CN113932666A - 一种山岭隧道精确施工方法及结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种山岭隧道精确施工方法及结构，该方法将隧道掌子面分为光爆区和铣挖层两个区域，充分利用三臂凿岩台车钻孔存在外插角的特点，掌子面周边孔与设计开挖轮廓线之间预留10cm的空间，控制周边孔外插角，使得孔底与设计轮廓线紧贴，光爆区域完成后，形成的楔形预留层采用铣挖机施工。本发明设计的铣挖机喷淋装置可有效降低铣挖过程中的粉尘。该方法及装置具有少人化、施工速度快、施工成本低、施工效率高、施工风险低、对光爆区域爆破效果要求低、控制质量好和推广应用性强等优点。
Description
技术领域
本发明设计隧道施工领域。更具体的说，本发明涉及一种山岭隧道精确施工方法及结构。
背景技术
近年来，随着我国工程建设的加快，隧道及地下工程建设项目日益增多，铁路、公路、地铁隧道“数量多、长度大、大埋深、大断面”是世界隧道工程发展的总趋势。在山岭隧道开挖过程中，目前仍以钻爆法为主，在高海拔地区智能化、大型机械化施工是隧道施工的必然趋势。但受围岩地质不均匀的影响，光爆效果难以控制；再加上三臂凿岩台车等大型设备自身结构的影响，超欠挖控制难度较大，直接影响施工进度、质量以及施工成本。
铣挖法于2002年被引入中国，尤其是在软岩隧道开挖和隧道轮廓修整施工中得到了广泛的应用，但受铣挖设备自身结构特点，对于大于强度30MPa的岩体，铣挖法施工效率严重降低。因此，提出一种适用于高海拔山岭隧道开挖质量精确施工方法及结构具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是设计一种山岭隧道精确施工方法及装置，此方法及装置在山岭隧道施工中，具有少人化、施工速度快、施工成本低、施工效率高、施工风险低、对光爆区域爆破效果要求低、控制质量好和推广应用性强等优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为大型机械钻爆和铣挖结合的施工方法，该方法在隧道掌子面中间区域采用钻爆施工，周边预留层采用铣挖机施工，以全断面法施工为例。具体实施步骤如下：
S1.施工前，首先对炮眼布置、预留层进行合理设计，按照爆破方案做好炮眼布置，并采用红色油漆标识。
1)周边孔在掌子面布置位置，距离轮廓10cm；周边眼间距40～50cm。
2)周边孔钻孔角度与掌子面夹角约为1～2°，即向外侧倾斜，孔底落于设计开挖边界。
3)周边孔与辅助孔的孔底在同一垂直面上，以保证开挖面平整。
4)周边孔与辅助孔排距取60cm。
5)辅助孔之间的间距取80cm。
6)掏槽孔间距80cm。
S2.装药爆破
1)单循环开挖爆破的炸药消耗量一般根据所爆破的岩石体积计算，单孔装药量按照装药系数计算确定。
2)对于光面爆破孔的填塞长度应不小于0.4m，其他炮孔的填塞长度选取为1.0～1.5m。
3)掏槽孔的单孔装药量一般比平均单孔装药量增大20～40％，且与掏槽孔夹角有关。
4)炮孔按照设计要求的长度进行填塞。
5)使用毫秒延时爆破，每级掏槽孔尽量同时起爆，各级之间时差以50ms为宜。
S3.通风排烟
爆破完成后，对隧道内进行通风排烟，时间不少于15min。
S4.铣挖施工
对隧道设计开挖轮廓线以内的预留层进行铣挖。
1)采用挖掘机对围岩进行清理。
2)采用转换器自动将挖掘机的挖斗转换为铣挖机。
3)接通研发的铣挖机喷淋系统。
4)采用铣挖机，从两侧边墙开始，自下而上的顺序对预留层进行铣挖，边铣边喷水，降低粉尘。
一种山岭隧道精确施工结构，包括：光爆区域1、周边孔2、铣挖层3和开挖初支轮廓线4；所述的光爆区域1为山岭隧道施工面，光爆区域1的外轮廓为开挖初支轮廓线4，开挖初支轮廓线4的内层设有周边孔2，周边孔2与开挖初支轮廓线4之间设有铣挖层3；所述的铣挖层3为楔形体结构；铣挖层3的炮孔口断面5尺寸最大，炮孔底断面6尺寸最小。
进一步地，光爆区域1上还设有辅助孔、掏槽孔，对周边孔2、辅助孔、掏槽孔采用全站仪进行辅助精确放样，并采用三臂凿岩台车钻孔，采用钻爆法对光爆区域1进行开挖。
进一步地，基于三臂凿岩台车的结构，周边孔2采用设置外插角α的方式钻孔，α＝arctan(0.1/L)，L为纵向一次爆破长度。
进一步地，铣挖层3为楔形区域采用铣挖机7进行铣挖。
进一步地，铣挖层3的楔形体厚度为10-0cm渐变，即炮孔口断面5处的铣挖层3厚度为10cm，炮孔底断面6处的铣挖层3厚度为0cm。
进一步地，铣挖机7在光爆区1开挖完成之后进行施工。
进一步地，铣挖过程中会产生大量的粉尘，为保证洞内空气质量，在铣挖机7的端部设置喷淋装置8。
进一步地，所述的喷淋装置8采用φ10mm无缝钢管，无缝钢管端头设置为雾状喷头。
本发明的施工方法及结构在山岭隧道软硬不均地质段落，具有具有少人化、施工速度快、施工成本低、施工效率高、施工风险低、控制质量好和推广应用性强等优点。采用本发明的施工方法及结构，较传统施工方法施工质量明显提高，在IV、V级围岩隧道开挖，可将超挖控制在8cm以内，节省了炸药用量，施工材料的超耗大幅降低。
掌子面中间区域采用钻爆法施工，较全部采用铣挖法施工，施工速度更快。同时，由于预留铣挖层的存在，钻爆轮廓质量要求降低，更便于操作。
铣挖法开挖至设计轮廓，采用铣挖头截齿进行破岩，只对目标开挖区域的岩体进行破碎剥落，对设计轮廓线以外的岩体扰动较小，更有利于洞壁围岩的稳定性。
采用铣挖机的截齿开挖，洞壁的平整度和开挖轮廓的超欠挖更容易控制，有利于支护体系的施工质量提高。
铣挖头通过快速接头与挖掘机机械臂连接，操作司机在驾驶室内即可进行铣挖头的快速安装和拆换，同时也可以快速完成挖斗和铣挖头之间的转换，现场施工效率大幅提升。
附图说明
图1为本发明的施工工艺流程框图。
图2为本发明的掌子面区域划分图。
图3为本发明的炮孔底部掌子面断面图
图4为本发明的楔形铣挖层结构图
图5为本发明的铣挖机结构图。
图中：
1—光爆区域； 2—周边孔； 3—铣挖层；
4—开挖初支轮廓线； 5—炮孔口断面； 6—炮孔底断面；
7—铣挖机； 8—喷淋装置；
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合附图叙述本发明。需要说明的是，整个附图，相同的构件用相同或相近的标记来表示。图示中的构件并不反映真实尺寸和形状。
一种山岭隧道精确施工方法及装置，此方法及装置在山岭隧道施工中，具有少人化、施工速度快、施工成本低、施工效率高、施工风险低、控制质量好和推广应用性强等优点。具体实施步骤如下：
S1.施工前，首先对炮眼布置、铣挖层3进行合理设计，按照爆破方案做好炮眼布置，并采用红色油漆标识。
1)周边孔2在掌子面布置位置，距离轮廓10cm；周边孔2间距40～50cm。
2)周边孔2钻孔角度与掌子面夹角约为1～2°，即向外侧倾斜，孔底落于设计开挖边界。
3)周边孔2与辅助孔的孔底在同一垂直面上，以保证开挖面平整。
4)周边孔2与辅助孔排距取60cm。
5)辅助孔之间的间距取80cm。
6)掏槽孔间距80cm。
S2.装药爆破
1)首先对炮孔进行清孔，确保孔内无杂物。
2)单循环开挖爆破的炸药消耗量一般根据所爆破的岩石体积计算，单孔装药量按照装药系数计算确定。
2)对于光面爆破孔的填塞长度应不小于0.4m，其他炮孔的填塞长度选取为1.0～1.5m。
3)掏槽孔的单孔装药量一般比平均单孔装药量增大20～40％，且与掏槽孔夹角有关。
4)炮孔按照设计要求的长度进行填塞。
5)使用毫秒延时爆破，每级掏槽孔尽量同时起爆，各级之间时差以50ms为宜。
S3.通风排烟
爆破完成后，对隧道内进行通风排烟，时间不少于15min。
S4.铣挖施工
对隧道设计开挖初支轮廓线4以内的铣挖层3进行铣挖。
1)采用挖掘机对围岩进行清理。
2)采用转换器自动将挖掘机的挖斗转换为铣挖机7。
3)接通研发的铣挖机喷淋系统8。
4)采用铣挖机7，从两侧边墙开始，自下而上的顺序对铣挖层3进行铣挖，边铣挖边喷水，降低粉尘。
Claims (5)
1.一种山岭隧道精确施工方法，其特征在于：该方法的具体实施步骤如下：
S1.施工前，首先对炮眼布置、铣挖层进行合理设计，按照爆破方案做好炮眼布置，并采用红色油漆标识；
1)周边孔在掌子面布置位置，距离轮廓10cm；周边孔间距40～50cm；
2)周边孔钻孔角度与掌子面夹角约为1～2°，即向外侧倾斜，孔底落于设计开挖边界；
3)周边孔与辅助孔的孔底在同一垂直面上，以保证开挖面平整；
4)周边孔与辅助孔排距取60cm；
5)辅助孔之间的间距取80cm；
6)掏槽孔间距80cm；
S2.装药爆破；
1)首先对炮孔进行清孔，确保孔内无杂物；
2)单循环开挖爆破的炸药消耗量一般根据所爆破的岩石体积计算，单孔装药量按照装药系数计算确定；
2)对于光面爆破孔的填塞长度不小于0.4m，其他炮孔的填塞长度选取为1.0～1.5m；
3)掏槽孔的单孔装药量比平均单孔装药量增大20～40％，且与掏槽孔夹角有关；
4)炮孔按照设计要求的长度进行填塞；
5)使用毫秒延时爆破，每级掏槽孔尽量同时起爆；
S3.通风排烟；
爆破完成后，对隧道内进行通风排烟，时间不少于15min；
S4.铣挖施工；
对隧道设计开挖轮廓线以内的铣挖层进行铣挖；
1)采用挖掘机对围岩进行清理；
2)采用转换器自动将挖掘机的挖斗转换为铣挖机；
3)接通研发的铣挖机喷淋系统；
4)采用铣挖机，从两侧边墙开始，自下而上的顺序对铣挖层进行铣挖，边铣挖边喷水，降低粉尘。
2.根据权利要求1所述的一种山岭隧道精确施工方法，其特征在于：隧道掌子面划分为光爆区域(1)和铣挖层(3)。
3.根据权利要求2所述的一种山岭隧道精确施工方法，其特征在于：光爆区域(1)的周边孔(2)在炮孔口断面(5)距离开挖轮廓线10cm，在炮孔底断面(6)与开挖轮廓线紧贴。
4.根据权利要求3所述的一种山岭隧道精确施工方法，其特征在于：光爆区域(1)采用三臂凿岩台车钻孔，光面爆破；楔形铣挖层(3)采用铣挖机(7)施工。
5.根据权利要求4所述的一种山岭隧道精确施工方法，其特征在于：铣挖施工过程中，采用研发的喷淋装置(8)进行降尘。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20220114 |