CN116066134A - 一种基于平行出渣的隧道施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供了一种基于平行出渣的隧道施工工艺，涉及隧道施工领域。该基于平行出渣的隧道施工工艺，采用机械开挖的方式开挖，并在开挖过程中通过开挖设备侧方的出渣设备，对开挖产生的渣料或渣块进行出渣作业。本发明通过在开挖设备侧方布置出渣设备，使得开挖作业和出渣作业可以同时进行，避免在出渣的同时导致开挖发生停滞，进而提高了隧道开挖速度，解决了隧道开挖效率低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工领域，具体而言，涉及一种基于平行出渣的隧道施工工艺。
背景技术
目前隧道开挖基本采用非平行出渣，如图3所示，由开挖设备先进行开挖作业，待渣料堆积到一定量时，开挖设备退出，再让装载车和运渣车进入清运渣料，出渣作业和开挖作业无法同时进行，导致开挖效率受到影响。因此，现有技术存在隧道开挖效率低的问题。
发明内容
本发明提供了一种基于平行出渣的隧道施工工艺，其能够解决现有技术中隧道开挖效率低的问题。
本发明的实施例可以这样实现：
本发明的实施例提供了一种基于平行出渣的隧道施工工艺，采用机械开挖的方式开挖，并在开挖过程中通过开挖设备侧方的出渣设备，对开挖产生的渣料或渣块进行出渣作业。
可选地，开挖设备包括第一掘进机，第一掘进机设置有传渣机构，传渣机构用于将第一掘进机开挖时产生的渣料输送至第一掘进机远离掌子面的一侧，并通过出渣设备对传渣机构输出的渣料进行转运。
可选地，开挖设备包括第二掘进机，出渣设备包括装载车和运渣车，第二掘进机和装载车在掌子面前并排作业，并将渣料或渣块转运至运渣车中。
可选地，运渣车位于开挖设备和/或装载车的后侧。
可选地，开挖设备、装载车以及运渣车并排设置。
可选地，
具体的施工步骤包括：
开挖底层并形成临空面；
开挖左右拱脚并保证拱脚深度；
采取分步逐层方式开挖中间层；
开挖顶层及拱顶；
上述开挖过程中，由装载车和运渣车配合进行出渣作业，使得开挖作业与出渣作业同步进行；
在对底层、中间层和顶层开挖之后，继续对开挖形成的隧道壁进行修整作业。
可选地，开挖临空面时，第二掘进机从左向右或者从右向左开挖，装载车和运渣车在第二掘进机位置变动后进场出渣。
可选地，开挖左侧拱脚时，装载车和运渣车将挖右侧临空面产生的渣块运出，挖右侧拱脚时，装载车和运渣车将挖掘左侧拱脚产生的渣块运出。
可选地，修整作业时，先对一侧的隧道壁进行修正，待该侧修整完成之后再修整另一侧的隧道壁，并在修整另一侧的隧道壁的时候让拱架及拱架安装台车进场至已修整的隧道壁处。
本发明实施例的基于平行出渣的隧道施工工艺的有益效果包括：
本发明针对机械开挖隧道施工工艺，通过在开挖设备侧方布置出渣设备，在开挖过程中通过出渣设备对开挖产生的渣料或渣块进行出渣作业，使得开挖作业和出渣作业可以同时进行，避免在出渣的同时导致开挖发生停滞，进而提高了隧道开挖速度，解决了隧道开挖效率低的问题。
另外，本发明的隧道施工工艺，不仅适用于未集成传渣机构的开挖设备，同时也适用于集成传渣机构的开挖设备，使用范围广泛，便于施工方灵活选择。当开挖设备为未集成传渣机构的设备时，也能够对体型更大的渣块进行正常出渣，不会影响出渣效率。
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它相关的附图。
图1为本发明的实施例中提供的待开挖的隧道掌子面的结构示意图；
图2为本发明的实施例中提供的基于平行出渣的隧道施工工艺的流程示意图；
图3为现有技术中隧道开挖和出渣的工作示意图；
图4为本发明的实施例中提供的基于平行出渣的隧道施工工艺的工作示意图一；
图5为本发明的实施例中提供的基于平行出渣的隧道施工工艺的工作示意图二；
图6为本发明的实施例中提供的基于平行出渣的隧道施工工艺的工作示意图三；
图7为本发明的实施例中提供的基于平行出渣的隧道施工工艺的工作示意图四；
图8为本发明的实施例中提供的斗齿的结构示意图。
图标：100-掌子面；110-拱脚；120-底层；130-拱腰；131-下拱腰；132-上拱腰；140-中间层；141-中下层；142-中上层；150-顶层；160-拱顶；170-临空面；200-开挖设备；210-第一掘进机；220-传渣机构；230-第二掘进机；235-斗齿；300-出渣设备；310-装载车；320-运渣车；400-渣料；500-渣块。
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“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发明和简化描述，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发明的限制。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
目前隧道开挖基本采用非平行出渣，如图3所示，由开挖设备200先进行开挖作业，待渣料400堆积到一定量时，开挖设备200退出，再让装载车310和运渣车320进入清运渣料400，出渣作业和开挖作业无法同时进行，为了提高前述非平行出渣的效率，有人提出让开挖设备200集成传渣机构220，如果开挖设备200(例如盾构机、悬臂式掘进机)开挖产生的渣料400较小，集成传渣机构220的方法确实可以提高出渣效率，然而当开挖设备200开挖产生渣块500(渣块500的体积明显大于渣料400)时，受限于传渣机构220集料口、转运皮带的尺寸，面对体型更大的渣块500则可能会出现无法转运的情况，此时集成传渣机构220的方法不但不能够提高出渣效率，甚至还会降低出渣效率，导致开挖效率受到影响。因此，现有技术存在隧道开挖效率低的问题。
请参考图1-图8，本实施例提供了一种基于平行出渣的隧道施工工艺，本发明的实施例中提供的基于平行出渣的隧道施工工艺可以解决上述问题，接下来将对其进行详细的描述。
该基于平行出渣的隧道施工工艺包括：采用机械开挖的方式开挖，并在开挖过程中通过开挖设备200侧方的出渣设备300，对开挖产生的渣料400或渣块500进行出渣作业。
开挖设备200用于对掌子面100进行开挖作业，通过将隧道施工过程中的开挖作业和出渣作业同时进行，避免在出渣的同时导致开挖发生停滞，进而提高了隧道开挖速度，解决了隧道开挖效率低的问题。
具体地，出渣设备300可以位于开挖设备200的左侧、右侧以及后侧，使得出渣设备300和开挖设备200可以同时作业即可。
可选地，开挖设备200包括第一掘进机210，第一掘进机210设置有传渣机构220，传渣机构220用于将渣料400输送至第一掘进机210远离掌子面100的一侧，并通过出渣设备300对传渣机构220输出的渣料400进行转运。并且，出渣设备300位于第一掘进机210远离掌子面100的一侧。
具体地，第一掘进机210可以是悬臂式掘进机，用于在开挖作业过程中产生体型较小的渣料400，进而方便传渣机构220进行渣料400传送。
可选地，开挖设备200包括第二掘进机230，第二掘进机230和出渣设备300在掌子面100前并排作业，第二掘进机230用于开挖产生渣块500。
具体地，第二掘进机230使用高频破碎锤开挖。高频破碎锤上并排设置有多个斗齿235，且中间的斗齿235的高度大于两侧的斗齿235的高度。斗齿235的具体数量为至少三个，其中间斗齿235的数量为至少一个。当对较软岩层进行掘进时，由于中间的斗齿高于两侧的斗齿，所以中间的斗齿先凿入岩石，而两侧的斗齿后续跟进，实现对岩石的分解，致使大块岩石(即渣块)掉落，提高开挖效率。
当然了，第二掘进机230为破碎锤式掘进机，相比悬臂式掘进机，在开挖过程中会产生渣块500，渣块500相对于渣料400的体积更大。而破碎锤式掘进机并未设置传渣机构220，传渣机构220的进口尺寸具备一定的限制，在传输体积更大的渣块500时存在一定的局限性，反而会影响出渣效率。因此，开挖过程中产生的渣块500会堆积在第二掘进机230和掌子面100之间。
本例以高频破碎形式的第二掘进机230为例进行说明，高频破碎形式的第二掘进机230的现有结构可参见专利号为202220508710.5的专利方案，破岩部分具体为高频破碎锤，具备多齿结构，具体可以是三齿、四齿等，可以将岩石进行切分下料，并且还配置有喷淋除尘系统，用于在开挖过程中进行喷淋除尘作业。并且第二掘进机230的悬臂结构具有前后伸缩、左右旋转功能，方便适用于不同空间大小并且修边精度要求高的隧道。
可选地，出渣设备300包括装载车310和运渣车320，出渣作业时装载车310位于开挖设备200的侧方，并将渣料400或者渣块500转运至运渣车320中。
当采用第二掘进机230进行开挖作业时，出渣设备300的至少部分与开挖设备200并排布置，即至少确保装载车310与第二掘进机230并排布置。
上述技术方案中，通过装载车310和运渣车320的配合实现渣块的快速装车，有助于提高出渣作业效率。并通过并排布置装载车310和第二掘进机230，渣块的出渣更加高效，并且出渣作业和开挖作业互不干扰。
值得注意的是，运渣车320可根据实际隧道宽度选择与装载车310并排布置，或者布置于装载车310的后侧。
在开挖隧道的宽度大于开挖设备200和装载车310的宽度之和时，且开挖隧道的宽度小于开挖设备200、装载车310以及运渣车320的宽度之和时，第二掘进机230和装载车310并排设置，第二掘进机230在一侧进行开挖施工，另一侧设置沿隧道延伸方向设置装载车310和运渣车320，运渣车320设置于装载车310的后侧。
在开挖隧道的宽度大于开挖设备200、装载车310以及运渣车320的宽度之和时，开挖设备200、装载车310以及运渣车320并排设置。当一侧的渣块清理完成后，第二掘进机230和装载车310以及运渣车320互换位置施工。当第二掘进机230开挖中间位置时，可将运渣车320停靠在装载车310的后侧进行装料，依次循环，确保开挖作业和出渣作业的连续进行。
可选地，开挖设备200在开挖时沿掌子面100从下至上开挖并形成临空面170。可使开挖过程中位于临空面170上侧的岩土在自身重力作用下具备向下运动的趋势，从而对岩土的开挖分离起到促进作用。
此外，第二掘进机230的开挖位置之间存在间距，并使第二掘进机230的开挖位置与临空面170存在间距。
通过将开挖位置与临空面170间隔，使得开挖作业时能够产生相对于渣料400体型更大的渣块500；在开挖相同面积时，该工艺中的开挖位置更少，第二掘进机230作业更加简便，因此开挖效率更高。
值得注意的是，掌子面100包括从下至上依次设置的底层120、中间层140和顶层150，底层120的两侧通过开挖作业形成拱脚110，中间层140的两侧通过开挖作业形成拱腰130，顶层150的上侧通过开挖作业形成拱顶160。
上述技术方案中，通过设置多层结构用于对掌子面100进行分层作业，减少单次作业高度，提高开挖效率。
此外，在相同高度情况下，由两侧向中间开挖；当然了，也可以由中间向两侧开挖。
并且，开挖拱脚110时需开挖至满足立架深度，方便立架搭设。
本实施例中，拱腰130和中间层140的具体数量均为两层。其中，拱腰130包括上拱腰132和下拱腰131，上拱腰132位于下拱腰131的上侧，上拱腰132与拱顶160接触，下拱腰131与拱脚110接触。中间层140包括中上层142和中下层141，中上层142位于中下层141的上侧，中上层142与上拱腰132接触，中下层141与下拱腰131接触。并且，上拱腰132和下拱腰131的数目均为两个，上拱腰132和下拱腰131分别位于中上层142和中下层141的两侧。
此外，在对底层120、中间层140和顶层150开挖之后，对拱脚110、拱腰130以及拱顶160进行修整作业。
修整作业的主要内容为超欠挖处理，用于满足立架的喷浆要求，提高后续作业的便捷性。
该基于平行出渣的隧道施工工艺的具体操作步骤如下：
S1：开挖设备200到达掌子面100准备施工；S2：开挖底层120并形成临空面170，开挖临空面170时，第二掘进机230从左向右或者从右向左开挖，装载车310和运渣车320在第二掘进机230的位置变动后进场出渣；
S3：开挖左右拱脚110并保证拱脚110深度，开挖左侧拱脚110时，出渣设备300将开挖右侧临空面170产生的渣块500运出，挖右侧拱脚110时出渣设备300将挖掘左侧拱脚110产生的渣500块运出；
S4：采取分步逐层方式开挖中间层140，当中间层140的具体层数为两层时，包括开挖中下层141、下拱腰131、中上层142和上拱腰132，在开挖同一高度的位置时，可以由两侧向中间开挖，也可以由中间向两侧开挖；
S5：开挖顶层150及拱顶160；
值得注意的是，在S2-S5的步骤过程中，采用平行出渣的方式，由装载车310和运渣车320配合进行出渣作业，使得开挖作业与出渣作业同步进行；
S6：出渣完成后，对拱腰130以及拱顶160进行修整作业，修整作业时，可采用半幅修整的方式：先对一侧的隧道壁进行修正，待该侧修整完成之后再修整另一侧的隧道壁，并在修整另一侧的隧道壁的时候让拱架及拱架安装台车进场至已修整的隧道壁处，从而提高整个隧道施工的效率；
S7：修边完成后，再次进行出渣作业；
S8：开挖作业完成，开挖设备200退场，进行拱架安装作业，可通过移动载体将拱架转运至掌子面100，再由拱架安装台车进行施工。具体由测量人员先测量作业，在操作破碎锤进行欠挖和排危处理，处理完成后再分别对不同位置的拱架进行有序安装，安装完成后焊接网片和连接筋。其中，拱架为预制品，减少隧道内的作业时间，提高施工安全性，降低劳动强度。
根据本实施例提供的一种基于平行出渣的隧道施工工艺，基于平行出渣的隧道施工工艺的工作原理如下：
(I)当开挖设备200为第一掘进机210时，第一掘进机210对掌子面100进行开挖，开挖过程中产生的渣料400由传渣机构220输送至第一掘进机210远离掌子面100的一侧，再由出渣设备300进行出渣作业；
(II)当开挖设备200为第二掘进机230时，可沿掌子面100从下至上开挖并形成临空面170，使得临空面170上侧的岩土在自身重力作用下具备向下运动的趋势，对岩土的开挖分离起到促进作用。控制开挖设备200对临空面170的上侧进行开挖作业并产生渣料400通过产生个体相对较大的渣块500，使得开挖作业更加简便，配合岩土自身重力的促进作用，提高岩土开挖分离速率，进而提高开挖效率。同时出渣设备300对渣块500进行出渣作业，使得开挖作业和出渣作业可同时进行，在隧道开挖过程中也不会存在设备等待的现象，进而提高隧道开挖效率。
本实施例提供的一种基于平行出渣的隧道施工工艺至少具有以下优点：
(1)：开挖设备200和出渣设备300可以同时并行作业，互不干扰，极大地提高了隧道开挖效率。
(2)：本发明的隧道施工工艺适用范围广，不仅适用于未集成传渣机构220的开挖设备200，同时也适用于集成传渣机构220的开挖设备200，使用范围广泛，便于施工方灵活选择。当开挖设备200为未集成传渣机构220的设备时，其相比于现有的平行出渣方式(仅通过开挖设备200上集成的传渣机构220进行同步出渣)，面对渣块500时也不会影响出渣效率，因此出渣时受渣料400体积的影响更小。
(3)：开挖时整体隧道断面的施工过程由下至上，使得高处待开挖的部分可在自身重力的作用下加快下落，可加快挖掘速度，进而提高隧道施工效率。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种基于平行出渣的隧道施工工艺，其特征在于，采用机械开挖的方式开挖，并在开挖过程中通过开挖设备(200)侧方的出渣设备(300)，对开挖产生的渣料(400)或渣块(500)进行出渣作业。
2.根据权利要求1所述基于平行出渣的隧道施工工艺，其特征在于，所述开挖设备(200)包括第一掘进机(210)，所述第一掘进机(210)设置有传渣机构(220)，所述传渣机构(220)用于将所述第一掘进机(210)开挖时产生的所述渣料(400)输送至所述第一掘进机(210)远离掌子面(100)的一侧，并通过所述出渣设备(300)对所述传渣机构(220)输出的所述渣料(400)进行转运。
3.根据权利要求1所述基于平行出渣的隧道施工工艺，其特征在于，所述开挖设备(200)包括第二掘进机(230)，所述出渣设备(300)包括装载车(310)和运渣车(320)，所述第二掘进机(230)和所述装载车(310)在所述掌子面(100)前并排作业，并将所述渣料(400)或所述渣块(500)转运至所述运渣车(320)中。
4.根据权利要求3所述基于平行出渣的隧道施工工艺，其特征在于，所述运渣车(320)位于所述开挖设备(200)和/或所述装载车(310)的后侧。
5.根据权利要求3所述基于平行出渣的隧道施工工艺，其特征在于，所述开挖设备(200)、所述装载车(310)以及所述运渣车(320)并排设置。
6.根据权利要求4或5所述基于平行出渣的隧道施工工艺，其特征在于，具体的施工步骤包括：
开挖底层(120)并形成临空面(170)；
开挖左右拱脚(110)并保证拱脚(110)深度；
采取分步逐层方式开挖中间层(140)；
开挖顶层(150)及拱顶(160)；
上述开挖过程中，由所述装载车(310)和所述运渣车(320)配合进行出渣作业，使得开挖作业与出渣作业同步进行；
在对所述底层(120)、所述中间层(140)和所述顶层(150)开挖之后，继续对开挖形成的隧道壁进行修整作业。
7.根据权利要求6所述基于平行出渣的隧道施工工艺，其特征在于，开挖所述临空面(170)时，所述第二掘进机(230)从左向右或者从右向左开挖，所述装载车(310)和所述运渣车(320)在所述第二掘进机(230)位置变动后进场出渣。
8.根据权利要求6所述基于平行出渣的隧道施工工艺，其特征在于，开挖左侧所述拱脚(110)时，所述装载车(310)和所述运渣车(320)将挖右侧所述临空面(170)产生的所述渣块(500)运出，挖右侧所述拱脚(110)时，所述装载车(310)和所述运渣车(320)将挖掘左侧所述拱脚(110)产生的所述渣块(500)运出。
9.根据权利要求6所述基于平行出渣的隧道施工工艺，其特征在于，修整作业时，先对一侧的隧道壁进行修正，待该侧修整完成之后再修整另一侧的隧道壁，并在修整另一侧的隧道壁的时候让拱架及拱架安装台车进场至已修整的隧道壁处。
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