CN117189154A - 一种狭小隧洞机械施工开挖方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种狭小隧洞机械施工开挖方法，其技术方案要点包括：根据狭小隧洞内围岩的强弱，将围岩强度划分为3个等级，分别为第一等级、第二等级和第三等级，其中第一等级为围岩强度小于30MPa，第二等级的围岩强度区间为30MPa～70MPa，第三等级的围岩强度大于70MPa；对于第一等级的围岩开挖，采用挖掘机和破碎锤进行开挖，辅以超前加固；对于第二等级的围岩开挖，采用悬臂掘进机进行开挖；对于第三等级的围岩开挖，采用静态爆破和悬臂掘进机进行开挖；本申请具有可有效针对围岩强度软硬不均地层中狭小隧洞的机械开挖方法做出适应性选择的优点。
Description
技术领域
本申请涉及地下工程施工技术领域，尤其涉及一种狭小隧洞机械施工开挖方法。
背景技术
随着我国城市化速度不断提升，城市建设规模越来越大，供水等地下隧洞的建设工程日益增多，在城市中进行隧洞的施工，为减少爆破对周边环境的影响，采用机械施工开挖成为隧洞施工较为理想的选择。
供水隧洞的开挖断面小，围岩强度也并不均匀，各种机械开挖方法的适应性不同，当前悬臂掘进机由于其较大的功率，施工效率较高，但是其围岩强度的适宜范围为40～70MPa，当强度较高或较低时，其效率均有不同程度的降低；而小型挖掘机等机械，其适用于围岩强度较低的情况，当前隧洞的开挖主要依据围岩分级进行设定，并未考虑机械的效率及适应性问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本申请实施例提供一种狭小隧洞机械施工开挖方法，以解决相关技术存在的问题，技术方案如下：
本申请实施例提供了一种狭小隧洞机械施工开挖方法，包括：根据狭小隧洞内围岩的强弱，将围岩强度划分为3个等级，分别为第一等级、第二等级和第三等级，其中第一等级为围岩强度小于30MPa，第二等级的围岩强度区间为30MPa～70MPa，第三等级的围岩强度大于70MPa；对于第一等级的围岩开挖，采用挖掘机和破碎锤进行开挖，辅以超前加固；对于第二等级的围岩开挖，采用悬臂掘进机进行开挖；对于第三等级的围岩开挖，采用静态爆破和悬臂掘进机进行开挖。
在一种实施方式中，所述对于第一等级的围岩开挖包括：在围岩强度为小于10MPa的情况下，采用挖掘机进行开挖。
在一种实施方式中，所述对于第一等级的围岩开挖还包括：在围岩强度为大于10MPa的情况下，先用破碎锤对较硬的岩体进行破碎，再采用挖掘机进行开挖。
在一种实施方式中，所述对于第二等级的围岩开挖包括：在围岩强度为大于50MPa的情况下，对悬臂掘进机的截割头进行改装，使改装后截割头的开挖强度与围岩强度对应适配。
在一种实施方式中，所述对悬臂掘进机的截割头进行改装包括：提高截齿的合金强度、增加截齿的焊接强度和范围、及调整截齿的锥角。
在一种实施方式中，所述对于第二等级的围岩开挖还包括：当围岩强度较高时，减少截割头的截齿数量、加大截割头的锥角并减缓截割头的转速。
在一种实施方式中，所述对于第三等级的围岩开挖包括：在围岩掌子面上均匀布设钻孔，并在钻孔中布设膨胀剂；待膨胀剂发挥作用使围岩出现显著裂缝后，采用悬臂掘进机进行围岩开挖。
在一种实施方式中，在所述围岩掌子面上均匀布设钻孔的孔距为60cm～80cm。
在一种实施方式中，所述均匀布设钻孔包括：最外侧一圈钻孔与轮廓线钻孔之间的距离控制在30cm～50cm。
上述技术方案中的优点或有益效果至少包括：
本申请的施工方法根据围岩强度划分为三个不同的等级，每个等级采用不同的开挖方法，可有效针对围岩强度软硬不均地层中狭小隧洞的机械开挖方法做出适应性选择，对于狭小隧洞在非爆破情况下开挖具有指导作用，保证施工安全，加快施工速度。
上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本申请进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。
附图说明
在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本申请公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本申请范围的限制。
图1是本发明的流程示意图；
图2是本发明中悬臂掘进机截割头的结构示意图；
图3是本发明中悬臂掘进机截割头的改装图；
图4是本发明静态爆破的钻孔布置图。
图中：1、截割头；2、焊体；3、截齿；4、开挖轮廓线；5、静态爆破钻孔；6、静态爆破外圈钻孔。
具体实施方式
在下文中，为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本申请的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
如图1至图3所示，本发明提供了一种狭小隧洞机械施工开挖方法，其根据狭小隧洞内围岩的强弱，将围岩强度划分为3个等级，分别为第一等级、第二等级和第三等级，其中第一等级为围岩强度小于30MPa，第二等级的围岩强度区间为30MPa～70MPa，第三等级的围岩强度大于70MPa；对于第一等级的围岩开挖，采用挖掘机和破碎锤进行开挖，辅以超前加固；对于第二等级的围岩开挖，采用悬臂掘进机进行开挖；对于第三等级的围岩开挖，采用静态爆破和悬臂掘进机进行开挖。
在本实施例中，基于狭小隧洞内围岩的强弱，围岩强度划分为3个等级分别为第一等级、第二等级和第三等级(以下简称W-1级、W-2级和W-3级)，其中W-1为围岩强度小于30MPa，W-2的围岩强度区间为30MPa～70MPa，W-3的围岩强度大于70MPa；W-1级中采用挖掘机和破碎锤进行开挖，辅以超前加固，W-2级中采用悬臂掘进机进行开挖，W-3级中采用静态爆破+悬臂掘进机开挖；通过每个等级采用不同的开挖方法，可有效针对围岩强度软硬不均地层中狭小隧洞的机械开挖方法做出适应性选择，对于狭小隧洞在非爆破情况下开挖具有指导作用，保证施工安全，加快施工速度；此外，本申请中围岩强度等级的划分，仅适用于本发明中的开挖方法选择，并不直接和支护结构的安全性及稳定性相关。
进一步地，所述对于第一等级的围岩开挖包括：在围岩强度为小于10MPa的情况下，采用挖掘机进行开挖。所述对于第一等级的围岩开挖还包括：在围岩强度为大于10MPa的情况下，先用破碎锤对较硬的岩体进行破碎，再采用挖掘机进行开挖。
在本实施例中，W-1级中的围岩强度范围在30MPa内，由于围岩强度较低，挖掘机适用于强度小于10MPa的围岩情况，当围岩强度大于10MPa后，先用破碎锤对较硬的岩体进行破碎，然后再采用挖掘机开挖，施工效率更高。
进一步地，所述对于第二等级的围岩开挖包括：在围岩强度为大于50MPa的情况下，对悬臂掘进机的截割头1进行改装，使改装后截割头1的开挖强度与围岩强度对应适配。所述对悬臂掘进机的截割头1进行改装包括：提高截齿3的合金强度、增加截齿3的焊接强度和范围、及调整截齿3的锥角。所述对于第二等级的围岩开挖还包括：当围岩强度较高时，减少截割头1的截齿3数量、加大截割头1的锥角并减缓截割头1的转速。
在本实施例中，W-2级中采用悬臂掘进机进行开挖，当围岩强度大于50MPa时，需要对截割头进行一定的改装，包括提高截齿3合金强度(增加截齿3中稀有金属含量，其中：岩体强度30MPa～50MPa时，采用普通合金截齿，岩体强度为50MPa～70MPa时，采用硬岩耐磨截齿)、增加截齿3的焊接强度及范围、调整锥角等，岩强度较高时，减少截割头1的截齿3数量、加大截割头1的锥角并减缓截割头1的转速，以提高开挖效率。
进一步地，所述对于第三等级的围岩开挖包括：在围岩掌子面上均匀布设钻孔，并在钻孔中布设膨胀剂；待膨胀剂发挥作用使围岩出现显著裂缝后，采用悬臂掘进机进行围岩开挖。在所述围岩掌子面上均匀布设钻孔的孔距为60cm～80cm。所述均匀布设钻孔包括：最外侧一圈钻孔与轮廓线钻孔之间的距离控制在30cm～50cm。
在本实施例中，W-3级中采用静态爆破+悬臂掘进机进行开挖，先根据开挖轮廓线，在围岩的掌子面均匀布设钻孔，孔距60cm～80cm，通过60cm～80cm钻孔间距有利于静态爆破围岩裂缝发展，且整体的钻孔量较小；最外侧一圈钻孔距离与轮廓线的距离控制在30cm～50cm，通过30cm～50cm距离控制可减少对轮廓线外围岩的破坏，在钻孔中布设膨胀剂，静待膨胀剂发挥作用，当出现显著裂缝时，再采用悬臂掘进机进行开挖，以提高开挖效率。
本发明的一种狭小隧洞机械施工开挖方法，实施例各装置中的各模块的功能可以参见上述方法中的对应描述，具有可有效针对围岩强度软硬不均地层中狭小隧洞的机械开挖方法做出适应性选择的优点。
在本说明书的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指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。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种狭小隧洞机械施工开挖方法，其特征在于：
根据狭小隧洞内围岩的强弱，将围岩强度划分为3个等级，分别为第一等级、第二等级和第三等级，其中第一等级为围岩强度小于30MPa，第二等级的围岩强度区间为30MPa～70MPa，第三等级的围岩强度大于70MPa；
对于第一等级的围岩开挖，采用挖掘机和破碎锤进行开挖，辅以超前加固；对于第二等级的围岩开挖，采用悬臂掘进机进行开挖；对于第三等级的围岩开挖，采用静态爆破和悬臂掘进机进行开挖。
2.根据权利要求1所述的狭小隧洞机械施工开挖方法，其特征在于，所述对于第一等级的围岩开挖包括：在围岩强度为小于10MPa的情况下，采用挖掘机进行开挖。
3.根据权利要求2所述的狭小隧洞机械施工开挖方法，其特征在于，所述对于第一等级的围岩开挖还包括：在围岩强度为大于10MPa的情况下，先用破碎锤对较硬的岩体进行破碎，再采用挖掘机进行开挖。
4.根据权利要求1所述的狭小隧洞机械施工开挖方法，其特征在于，所述对于第二等级的围岩开挖包括：在围岩强度为大于50MPa的情况下，对悬臂掘进机的截割头进行改装，使改装后截割头的开挖强度与围岩强度对应适配。
5.根据权利要求4所述的狭小隧洞机械施工开挖方法，其特征在于，所述对悬臂掘进机的截割头进行改装包括：提高截齿的合金强度、增加截齿的焊接强度和范围、及调整截齿的锥角。
6.根据权利要求4所述的狭小隧洞机械施工开挖方法，其特征在于，所述对于第二等级的围岩开挖还包括：当围岩强度较高时，减少截割头的截齿数量、加大截割头的锥角并减缓截割头的转速。
7.根据权利要求1所述的狭小隧洞机械施工开挖方法，其特征在于，所述对于第三等级的围岩开挖包括：在围岩掌子面上均匀布设钻孔，并在钻孔中布设膨胀剂；待膨胀剂发挥作用使围岩出现显著裂缝后，采用悬臂掘进机进行围岩开挖。
8.根据权利要求7所述的狭小隧洞机械施工开挖方法，其特征在于，在所述围岩掌子面上均匀布设钻孔的孔距为60cm～80cm。
9.根据权利要求7所述的狭小隧洞机械施工开挖方法，其特征在于，所述均匀布设钻孔包括：最外侧一圈钻孔与轮廓线钻孔之间的距离控制在30cm～50cm。
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