CN215804545U - 一种待掘进体 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种待掘进体，属于隧道掘进技术领域。现有硬岩隧道开挖掘进施工过程中对掘进体开挖掘进采用的方法效率低，成本高，本实用新型提供的一种待掘进体，包括掘进体上设置的各种钻孔，有效降低硬岩隧道掘进中遇到的高硬度岩体的硬度，提高了施工效率，降低了施工成本。

Description

一种待掘进体

技术领域

本实用新型涉及一种待掘进体，属于隧道掘进技术领域。

背景技术

一般采用钻爆法开挖硬岩隧道，但钻爆法振动大、噪声大，对周边环境影响大。对于对振动、噪声要求高的区域，不能采用钻爆法时，常采用非爆法开挖隧道。

目前，常用的非爆破开挖技术有胀裂法、冲击破碎法、切割法、截割法、掘进机法等。胀裂法需要开挖胀裂临空面，临空面开挖常采用钻孔、取芯等方法，效率低、空间小，影响后续液压胀裂效果；冲击破碎法包括人工风镐破碎和液压冲击锤破碎两种方式，产生一定的冲击振动，施工噪音大，效率低，开挖面平顺性低；切割法多应用于石材开采，技术要求高，效率极低，不适于隧道施工；截割法是利用机械截割齿破岩，一般应用于岩石强度小于60MPa的情况，破岩效率高，当岩石强度过高时，截齿消耗大，经济性差，甚至无法破岩；掘进机法能够高效破除硬岩，但其断面单一，施工成本高，一般应用于圆形断面的长大隧道。

综上，现有的硬岩隧道非爆破开挖技术不能实现高效率、低成本，且对周边环境不产生影响的施工效果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种待掘进体，用于提供一种硬岩隧道开挖时降低岩体硬度、易于开挖，能提高开挖效率、降低施工成本的的待掘进体。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种待掘进体，其掘进面的边界线为轮廓线，其特征在于，包括截割区、轮廓修饰区和胀裂区，所述轮廓修饰区位于掘进面上距轮廓线设定距离的区域内，所述截割区和胀裂区位于掘进面上轮廓修饰区以外的区域；所述胀裂区位于截割区外围；

截割区内均匀设置有截割钻孔，轮廓修饰区沿轮廓线设置有修饰钻孔，胀裂区内围绕截割区设置有一排或多排胀裂钻孔，所述胀裂钻孔及修饰钻孔的孔间距小于最小胀裂抵抗线。

本实用新型的有益效果是：一种待掘进体，即硬岩隧道开挖施工时的施工对象，在掘进面上分区设置，并在截割区上设置相应钻孔来降低硬岩的岩体硬度，便于对该区域截割为后续胀裂创造临空面，进一步在截割区周围设置多层胀裂钻孔便于依次胀裂该胀裂钻孔进而剥离实现开挖空间扩大，在轮廓修饰区设置防止欠挖的修饰钻孔，对其胀裂后并修饰不平整位置使临空面光滑，本实用新型的待掘进体便于开挖，可以提升掘进过程中的破岩效率、降低隧道施工成本。

进一步的，所述截割区位于掘进面水平方向上的中间位置或靠近中间的位置。

进一步地，在上述待掘进体中，掘进面宽度小于等于8m，高度小于等于6.5m时，设置1个截割区；掘进面宽度大于8m，高度大于6.5m时，掘进面上至少设置2个截割区，截割区对称设置或均布设置。

进一步地，在上述待掘进体中，所述截割区的宽度为1m-2.5m，高度为2m-4.5m。

这样做的有益效果是：根据待掘进体的宽度和高度，调整截割区的数量和位置，并调整其宽度和高度，可为硬岩隧道开挖提供一种节省成本、增加效率的被掘进对象。

进一步地，在上述待掘进体中，所述胀裂区还包括补充孔，所述补充孔位于截割区和与截割区相邻的一排胀裂钻孔间或任意两排胀裂钻孔间或轮廓修饰区和与轮廓修饰区相邻的一排胀裂钻孔间。

这样做的有益效果是：在胀裂区上胀裂钻孔排间距较大的中间区域设置补充孔，方便胀裂，防止胀裂排孔的排间距太大，难以一次就实现有效胀裂，可进一步降低胀裂区的胀裂难度，方便开挖。

进一步地，在上述待掘进体中，所述截割钻孔在截割区逐行或逐列设置，相邻两行或两列的截割钻孔交错布置。

这样做的有益效果是：截割钻孔时为了降低截割区岩体硬度进行设置的，交错布置可进一步降低截割区岩体硬度，方便采用对硬度要求低的截割设备开挖掘进，降低了施工成本。

进一步地，在上述待掘进体中，在胀裂区设置多排胀裂钻孔时，相邻两排胀裂钻孔的排间距为50cm-100cm。

进一步地，在上述待掘进体中，所述截割钻孔、修饰钻孔、胀裂钻孔和补充孔的孔径为42mm-140mm。

进一步地，在上述待掘进体中，截割钻孔的孔间距为50mm-100mm，修饰钻孔的孔间距为100mm，胀裂钻孔的孔间距为100mm-300mm，补充孔的孔间距为50mm-100mm。

进一步地，在上述待掘进体中，所述截割钻孔、修饰钻孔和胀裂钻孔与待掘进体的掘进面正交，所述修饰钻孔沿轮廓线布设，与轮廓线形成的外插角为3°-5°。

进一步地，在上述待掘进体中，截割钻孔、胀裂钻孔和补充孔的深度一致，修饰钻孔的深度大于截割钻孔深度。

这样做的有益效果是：根据施工要求，自由设置钻孔深度，但需要保证截割钻孔、胀裂钻孔和补充孔与掘进面正交，使其不会再掘进体内部形成交叉；修饰钻孔沿轮廓线设置，形成一定的角度，保证待掘进体在掘进过程中的掘进效率。

附图说明

图1为本实用新型的待掘进体的掘进面分区示意图；

图2为实施例1的待掘进体的掘进面示意图；

图3为实施例2的待掘进体的掘进面示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

实施例1：

如图1所示的待掘进体的掘进面分区示意图，包括截割区1、轮廓修饰区2、胀裂区3和轮廓线5。待掘进体被开挖掘进的一面为掘进面，掘进面的边界线为轮廓线，即隧道开挖掘进时的最小设计开挖轮廓线，截割区1位于掘进面上的中心位置或靠近中心的位置，应远离掘进面的左右边缘，使得沿截割区1向掘进面的其他区域胀裂开挖时能同时对掘进面水平方向上左右两侧进行作业，能提高施工效率；轮廓修饰区2沿轮廓线5分布，其形成区域包括轮廓线5，对轮廓修饰区2进行开挖截割时，可减少欠挖出现的概率，节省施工时间和人力；掘进面上除截割区1和轮廓修饰区2以外的其他区域为胀裂区3。

具体的，如图2所示，当待掘进体的掘进面宽度不大于8m，高度不大于6m时，在掘进面的中心线所在位置设置一个截割区11，掘进面的中心线指垂直于地面将掘进面左右平分的中线，截割区11用于在开挖掘进时以此为基础，对胀裂钻孔逐层胀裂来不断扩大截割区形成的开挖空间。考虑到施工效率和成本，截割区11的宽度设置为1m-1.5m，高度设置为2m-3.5m最佳。

截割区11上钻设有多行或多列截割钻孔，为降低硬岩(待掘进体)的硬度，将相邻两行或两列的截割钻孔交错布置，截割钻孔的钻孔净间距为50mm-100mm。为使截割钻孔不在掘进体内部出现交叉的情况，影响后续施工时循环开挖的进度，截割钻孔要与掘进面正交。

设置有截割钻孔的截割区可以采用铣挖设备对其进行截割作业，铣挖设备的截割头破碎设置有截割钻孔的截割区，来形成具有一定深度的开挖空间。截割后形成的开挖空间具有一定的临空面，在后续岩体开挖时对此开挖空间相邻的钻孔进行胀裂使其不断扩大，可有效提高掘进效率。

胀裂钻孔设置在围绕截割区11的胀裂区3中，在胀裂区3上沿截割区11由内向外设置的4层胀裂钻孔，分别为胀裂钻孔31层、32层、33层和34层，任意两层相邻的两排胀裂钻孔的排间距为50cm-100cm。具体的，如图2中31层和32层胀裂钻孔沿竖直方向的各列之间的距离为50cm，沿水平方向的各行之间的距离为100cm，每行或每列中的相邻两个胀裂钻孔的净间距为100mm-300mm，每一个胀裂钻孔均与掘进面正交，防止在掘进体内部发生交叉。

在胀裂区3中，对截割区11挖空形成开挖空间后，通过对胀裂区3中距离截割区最近的一层的胀裂钻孔(31)进行胀裂，由于胀裂钻孔的孔间距小于最小胀裂抵抗线，因此胀裂后待掘进体硬岩延胀裂钻孔开裂形成胀裂裂缝，将31层胀裂钻孔的胀裂裂缝到截割区11临空面之间的硬岩剥离，然后依次剥离各层胀裂钻孔与开挖空间之间的硬岩。

此外，由于考虑到不同层胀裂钻孔之间的排间距不均匀，如图2所示，在胀裂区3上排间距较大的各行胀裂钻孔之间还设置有若干补充孔41，用于实现胀裂区的可靠剥离，补充孔41设置在截割区11与胀裂钻孔31层的排间，胀裂钻孔31层和胀裂钻孔32层、胀裂钻孔32层和胀裂钻孔33层、胀裂钻孔33层和胀裂钻孔34层、胀裂钻孔34层和修饰钻孔21之间较宽的区域，补充孔41根据需要灵活设置，既要尽可能的多设置补充孔，使得岩体硬度有效降低，保证对应层胀裂钻孔能有效剥离，还要考虑施工成本和效率，本实施例中补充孔的净间距设置为50mm-100mm，且与掘进面正交，不与任何其他钻孔在掘进体内部交叉。

为了防止欠挖，以及保证开挖后的隧道临空面的平整程度，还设置轮廓修饰区，轮廓修饰区沿轮廓线5设置，通常在实际掘进过程中表现为一段包括轮廓线5在内的环形区域，轮廓修饰区要设置至少一层修饰钻孔，故轮廓修饰区的宽度大于修饰钻孔的孔径。

轮廓修饰区上的修饰钻孔21沿轮廓线5设置，与轮廓线5的外插角为3°-5°，即轮廓修饰区上的修饰钻孔21沿轮廓线5向远离掘进面中心(即掘进面中心线与地面的交点)的方向倾斜设置，与待掘进体的轴线(即沿隧道开挖方向的矢量线)形成3°-5°的夹角。为尽可能多的设置修饰钻孔，同时考虑到施工成本和效率，修饰钻孔21的净间距设置为100mm。对修饰钻孔21进行胀裂后，对于胀裂后的临空面进行平整修饰，具体可以采用截割设备将突出临空面高度达到设定值的岩石凸起进行切削修正，保证平整度。

钻孔的孔径根据钻孔设备的钻头直径确定，截割钻孔、修饰钻孔、胀裂钻孔和补充孔的钻孔直径一般为42mm-140mm，为提升工序衔接和施工效率，在本实施例所提到的待掘进体上设置的所有钻孔孔径均为89mm。

截割钻孔、胀裂钻孔和补充孔的深度一致，一般与待掘进体的厚度相等，修饰钻孔的深度大于截割钻孔的深度，如截割钻孔的深度为5m，修饰钻孔的深度为5.1m-5.3m。

实施例2：

根据图1所示的待掘进体的掘进面分区示意图，当待掘进体的掘进面宽度大于8m，高度大于6.5m时，对其进行设置。

具体的，如图3所示，在掘进面的中心线两侧各设置有一个截割区，掘进面的中心线指垂直于地面将掘进面左右平分的中线，在掘进面的中心线右侧设置有一个截割区121，在掘进面的中心线左侧设置有一个截割区122，在开挖掘进时以截割区121和截割区122为基础，对胀裂钻孔逐层胀裂来不断扩大截割区形成的开挖空间。考虑到施工效率和成本，截割区121和截割区122的宽度设置为1m-2.5m，高度设置为2m-4.5m最佳。

在截割区121和截割区122上设置有多行或多列截割钻孔，为降低硬岩(待掘进体)的硬度，将相邻两行或两列的截割钻孔交错布置，相邻截割钻孔的净间距为50mm-100mm。为使截割钻孔不在掘进体内部出现交叉的情况，影响后续施工时循环开挖的进度，截割钻孔要与掘进面正交。

设置有截割钻孔的截割区121和122可以采用铣挖设备对其进行截割作业，铣挖设备的截割头破碎设置有截割钻孔的截割区，来形成具有一定深度的开挖空间。截割后形成的开挖空间具有一定的临空面，在后续岩体开挖时对此开挖空间相邻的钻孔进行胀裂使其不断扩大，可有效提高掘进效率。

胀裂钻孔设置在环绕截割区121、截割区122的胀裂区3中，在胀裂区上沿截割区121和截割区122由中心向外均设置有4层胀裂钻孔，沿截割区121向外设置的胀裂钻孔分别为胀裂钻孔351层、361层、371层和381层，沿截割区122向外设置的胀裂钻孔分别为胀裂钻孔352层、362层、372层和382层，381层胀裂钻孔和382层胀裂钻孔在掘进面中心线处的钻孔重合，任意两层相邻的两排胀裂钻孔的排间距为50cm-100cm，每排胀裂钻孔的净间距为100mm-300mm，每一个胀裂钻孔均与掘进面正交，防止在掘进体内部发生交叉，影响后续开挖掘进。

在胀裂区3中，对截割区121和122挖空形成胀裂临空面后，通过对胀裂区3中距离截割区最近的一排的胀裂钻孔(351、352)进行胀裂，由于胀裂钻孔的孔间距小于最小胀裂抵抗线，因此胀裂后待掘进体硬岩延胀裂钻孔开裂形成胀裂裂缝，将351胀裂钻孔的胀裂裂缝到截割区121临空面之间的硬岩剥离，将352胀裂钻孔的胀裂裂缝到截割区122临空面之间的硬岩剥离，然后依次剥离各层胀裂钻孔到临空面之间的硬岩。

此外，由于考虑到不同层胀裂钻孔之间的间距不均匀，如图3中，在两排胀裂钻孔之间的排间距较大的区域，为了可靠胀裂实现胀裂区硬岩的剥离，胀裂区3上还设置有若干补充孔42，补充孔42设置在截割区121和胀裂钻孔351层、截割区122和胀裂钻孔352层，351层和361层、361层和371层、371层和381层、352层和362层、362层和372层、372层和382层、381层和修饰钻孔22、382层和修饰钻孔22之间较宽区域，补充孔42根据需要灵活设置，既要尽可能的多设置补充孔，保证对应层胀裂钻孔能够有效胀裂剥离，还要考虑施工成本和效率，本实施中补充孔42的净间距设置为50mm-100mm，且与掘进面正交，不与任何其他钻孔在掘进体内部交叉。

为了防止欠挖，以及保证开挖后的隧道临空面的平整程度，还设置轮廓修饰区，轮廓修饰区沿轮廓线5设置，通常在实际施工过程中表现为一段包括轮廓线5在内的环形区域，轮廓修饰区要设置至少一层修饰钻孔，故轮廓修饰区的宽度大于修饰钻孔的孔径。对修饰钻孔42进行胀裂后，对于胀裂后的临空面进行平整修饰，具体可以采用截割设备将突出临空面高度达到设定值的岩石凸起进行磨削修正，保证平整度。

轮廓修饰区上的修饰钻孔22沿轮廓线5设置，与轮廓线5的外插角为3°-5°，即轮廓修饰区上的修饰钻孔22沿轮廓线5向远离掘进面中心(即掘进面中心线与地面的交点)的方向倾斜设置，与待掘进体的轴线(即沿隧道开挖方向的矢量线)形成3°-5°的夹角。为尽可能多的设置修饰钻孔，同时考虑到施工成本和效率，修饰钻孔22的净间距设置为100mm。

钻孔的孔径根据钻孔设备的钻头直径确定，截割钻孔、修饰钻孔、胀裂钻孔和补充孔的钻孔直径一般为42mm-140mm，为提升工序衔接和施工效率，在本实施例所提到的待掘进体上设置的所有钻孔孔径均为102mm。

截割钻孔、胀裂钻孔和补充孔的深度一致，一般与待掘进体的厚度相等，修饰钻孔的深度大于截割钻孔的深度，如截割钻孔的深度为5m，修饰钻孔的深度为5.1m-5.3m。

本实用新型用于在硬岩隧道开挖掘进时，采用上述实施例中的待掘进体可有效降低开挖岩体的硬度，可采用能在较低硬度岩体上截割或钻孔的设备进行开挖掘进，降低了施工成本，同时待掘进体上的各钻孔孔径均可根据钻孔设备进行调整，进一步确定钻孔的最佳数量，提高施工效率。

Claims (10)

1.一种待掘进体，其掘进面的边界线为轮廓线，其特征在于，包括截割区、轮廓修饰区和胀裂区，所述轮廓修饰区位于掘进面上距轮廓线设定距离的区域内，所述截割区和胀裂区位于掘进面上轮廓修饰区以外的区域；所述胀裂区位于截割区外围；

截割区内均匀设置有截割钻孔，轮廓修饰区沿轮廓线设置有修饰钻孔，胀裂区内围绕截割区设置有一排或多排胀裂钻孔，所述胀裂钻孔及修饰钻孔的孔间距小于最小胀裂抵抗线。

2.根据权利要求1所述的待掘进体，其特征在于，掘进面宽度小于等于8m，高度小于等于6.5m时，截割区设置为单个，且其设置在掘进面的空间中心位置处；掘进面宽度大于8m时，掘进面上至少设置2个截割区，截割区对称设置或均布设置。

3.根据权利要求2所述的待掘进体，其特征在于，所述截割区的宽度为1m-2.5m，高度为2m-4.5m。

4.根据权利要求3所述的待掘进体，其特征在于，所述胀裂区还包括补充孔，所述补充孔位于截割区和与截割区相邻的一排胀裂钻孔间或任意两排胀裂钻孔间或轮廓修饰区和与轮廓修饰区相邻的一排胀裂钻孔间。

5.根据权利要求4所述的待掘进体，其特征在于，所述截割钻孔在截割区逐行或逐列设置，相邻两行或两列的截割钻孔交错布置。

6.根据权利要求5所述的待掘进体，其特征在于，在胀裂区设置多排胀裂钻孔时，相邻两排胀裂钻孔的排间距为50cm-100cm。

7.根据权利要求6所述的待掘进体，其特征在于，所述截割钻孔、修饰钻孔、胀裂钻孔和补充孔的孔径为42mm-140mm。

8.根据权利要求7所述的待掘进体，其特征在于，截割钻孔的孔间距为50mm-100mm，修饰钻孔的孔间距为100mm，胀裂钻孔的孔间距为100mm-300mm，补充孔的孔间距为50mm-100mm。

9.根据权利要求8所述的待掘进体，其特征在于，所述截割钻孔、修饰钻孔和胀裂钻孔与待掘进体的掘进面正交，所述修饰钻孔沿轮廓线布设，与轮廓线形成的外插角为3°-5°。

10.根据权利要求9所述的待掘进体，其特征在于，截割钻孔、胀裂钻孔和补充孔的深度一致，修饰钻孔的深度大于截割钻孔深度。

Images