CN217380545U - 高压气体致裂辅助机械法的硬岩隧道开挖布置结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种高压气体致裂辅助机械法的硬岩隧道开挖布置结构，包括上台阶、中台阶和下台阶，所述上台阶设置位于底层中部的机械开挖区域以及其他部分的气体破岩区域，所述气体破岩区域布设有多圈致裂孔，最后一圈致裂孔沿着隧道的开挖轮廓线布置，其他各圈致裂孔的孔眼布置参数相同，致裂孔的孔深大于所述机械开挖区域，所述中台阶、所述下台阶均布设有多排致裂孔。本实用新型提供的硬岩隧道开挖布置结构安全系数高，施工不会受限，有效解决了特殊工况下不予爆破作业的难题，相比于纯机械法开挖速度有明显的优势，操作灵活简单，地质条件适应性强。
Description
技术领域
本实用新型涉及硬岩破岩技术领域，特别涉及一种高压气体致裂辅助机械法的硬岩隧道开挖布置结构。
背景技术
目前，钻爆法仍是隧道开挖施工的主流方法。随着我国基建的快速发展，公路、铁路网络逐渐加密之后，部分新建隧道需要下穿文明遗址或邻近重要建筑物，该类隧道的建设往往对破岩振动有着极为苛刻的要求。然而，传统的钻爆法施工存在爆破扰动大、对周围岩体及结构物损伤较大等问题，无法满足该类下穿文明遗址或邻近重要建筑物的隧道设计和施工要求。现有技术中还存在纯机械法以及弱扰动爆破法，虽然可在一定程度上降低开挖扰动，但仍存在以下缺陷：
纯机械法：纯机械法虽然可以有效降低开挖扰动，但其存在开挖效率低、开挖速度慢以及开挖成本高等劣势，不适合较长区间段的隧道掘进。
弱扰动爆破法：该种方法依然以炸药爆破为开挖手段，通过将掌子面分区分步爆破以削弱爆破振动，但对于部分工况，炸药难以获得审批使用，无法进行爆破，且该种开挖方式无法有效降低开挖扰动。
实用新型内容
本实用新型的目的是：针对上述背景技术中存在的不足，提供一种下穿文明遗址或邻近重要建筑物的隧道硬岩地层段开挖方式，实现了下穿重要结构物隧道的弱扰动、高效率开挖作业。
为了达到上述目的，本实用新型提供了一种高压气体致裂辅助机械法的硬岩隧道开挖布置结构，包括上台阶、中台阶和下台阶，所述上台阶设置位于底层中部的机械开挖区域以及其他部分的气体破岩区域，所述气体破岩区域布设有多圈致裂孔，最后一圈致裂孔沿着隧道的开挖轮廓线布置，其他各圈致裂孔的孔眼布置参数相同，致裂孔的孔深大于所述机械开挖区域，所述中台阶、所述下台阶均布设有多排致裂孔。
进一步地，所述机械开挖区域的宽度为1.5-2m，高度为1.5-2m，开挖深度为2-3m。
进一步地，气体破岩区域由内向外依次布设第一圈致裂孔、第二圈致裂孔、第三圈致裂孔、第四圈致裂孔以及第五圈致裂孔。
进一步地，所述第一圈致裂孔到机械开挖区域的轮廓线距离为1-1.2m，致裂孔的孔间距为0.8-1m。
进一步地，第五圈致裂孔的孔间距为0.6m。
进一步地，致裂孔的直径为60mm，孔深比机械开挖区域的深度长0.2m。
进一步地，所述中台阶、所述下台阶的致裂孔为竖直孔。
进一步地，所述中台阶、所述下台阶的竖直孔均布设三排，孔径为90mm，孔深为3-5m。
进一步地，第一排竖直孔距离临空面的距离为1-1.2m，孔间距为1.2-1.5m，第二排竖直孔、第三排竖直孔的布孔参数与第一排相同。
本实用新型的上述方案有如下的有益效果：
本实用新型提供的高压气体致裂辅助机械法的硬岩隧道开挖布置结构，安全系数高，施工不会受限，有效解决了特殊工况下不予爆破作业的难题，相比于纯机械法开挖速度有明显的优势，操作灵活简单，地质条件适应性强，一个开挖循环可实现3m以上的进尺，能够在保证低破岩扰动的前提下实现5m以上的深孔破岩作业；
本实用新型的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构布置示意图。
【附图标记说明】
1-机械开挖区域；2-第一圈致裂孔；3-第二圈致裂孔；4-第三圈致裂孔；5-第四圈致裂孔；6-第五圈致裂孔；7-第一排竖直孔；8-第二排竖直孔；9-第三排竖直孔。
具体实施方式
为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本实用新型涉及硬岩破岩技术领域，目前部分新建隧道需要下穿文明遗址或邻近重要建筑物，该类隧道的建设往往对破岩振动有着极为苛刻的要求，而传统的钻爆法施工存在爆破扰动大、对周围岩体及结构物损伤较大等问题，无法满足该类下穿文明遗址或邻近重要建筑物的隧道设计和施工要求。现有技术中还存在纯机械法以及弱扰动爆破法，虽然可在一定程度上降低开挖扰动，但仍存在相应缺陷。基于此，本实用新型的实施例提供了一种高压气体致裂辅助机械法的硬岩隧道开挖布置结构，旨在解决上述问题。
具体如图1所示，将隧道开挖掌子面分为上中下三个台阶面，即上台阶、中台阶和下台阶，上台阶设置位于底层中部的、为城门状的机械开挖区域1以及其他部分的气体破岩区域，气体破岩区域布设有多圈致裂孔，最后一圈致裂孔沿着隧道的开挖轮廓线布置，各圈致裂孔的孔眼布置参数相同，致裂孔的孔深大于机械开挖区域1，中台阶、下台阶均布设有多排致裂孔。
其中，机械开挖区域1的宽度优选为1.5-2m，高度优选为1.5-2m，开挖深度优选为2-3m。
其中，气体破岩区域由内向外依次布设第一圈致裂孔2、第二圈致裂孔3、第三圈致裂孔4、第四圈致裂孔5以及第五圈致裂孔6。
作为优选，第一圈致裂孔2到机械开挖区域1的轮廓线距离为1-1.2m，致裂孔的孔间距为0.8-1m。第五圈致裂孔6的孔间距为0.6m。上述致裂孔的直径为60mm，孔深比机械开挖区域1的深度长0.2m。
当然，上台阶的致裂孔圈数可根据隧道断面尺寸进行相应的调整。
在本实施例中，中台阶、下台阶的致裂孔为竖直孔，即从竖直方向开设，与上台阶的致裂孔垂直。
作为优选，中台阶、下台阶的竖直孔均布设三排，孔径为90mm，孔深为3-5m。其中，第一排竖直孔7距离临空面的距离为1-1.2m，孔间距为1.2-1.5m，第二排竖直孔8、第三排竖直孔9的布孔参数与第一排相同。
采用上述布置结构的具体开挖方法步骤如下：
首先采用破碎锤法或铣挖法在隧道上台阶中间部位开挖一个超前导洞，即机械开挖区域1(区域Ⅰ)，形状为城门形；
采用气腿式凿岩机在区域Ⅱ钻取第一圈致裂孔2，然后对第一圈致裂孔2实施气体破岩；
区域Ⅱ开挖完成后，依次对区域Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ实施前述步骤；
区域Ⅴ开挖完成后，钻第五圈致裂孔6，然后实施气体破岩；
上台阶开挖完成后，以上台阶开挖后的平台为工作面，采用潜孔钻在中台阶钻三排竖向孔，然后逐排实施气体破岩；
中台阶开挖完成后，对下台阶实施气体爆破，同中台阶步骤；
重复前述步骤，即可实现下穿硬岩隧道的高效、快速掘进。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种高压气体致裂辅助机械法的硬岩隧道开挖布置结构，其特征在于，包括上台阶、中台阶和下台阶，所述上台阶设置位于底层中部的机械开挖区域以及其他部分的气体破岩区域，所述气体破岩区域布设有多圈致裂孔，最后一圈致裂孔沿着隧道的开挖轮廓线布置，其他各圈致裂孔的孔眼布置参数相同，致裂孔的孔深大于所述机械开挖区域，所述中台阶、所述下台阶均布设有多排致裂孔。
2.根据权利要求1所述的高压气体致裂辅助机械法的硬岩隧道开挖布置结构，其特征在于，所述机械开挖区域的宽度为1.5-2m，高度为1.5-2m，开挖深度为2-3m。
3.根据权利要求2所述的高压气体致裂辅助机械法的硬岩隧道开挖布置结构，其特征在于，气体破岩区域由内向外依次布设第一圈致裂孔、第二圈致裂孔、第三圈致裂孔、第四圈致裂孔以及第五圈致裂孔。
4.根据权利要求3所述的高压气体致裂辅助机械法的硬岩隧道开挖布置结构，其特征在于，所述第一圈致裂孔到机械开挖区域的轮廓线距离为1-1.2m，致裂孔的孔间距为0.8-1m。
5.根据权利要求4所述的高压气体致裂辅助机械法的硬岩隧道开挖布置结构，其特征在于，第五圈致裂孔的孔间距为0.6m。
6.根据权利要求3所述的高压气体致裂辅助机械法的硬岩隧道开挖布置结构，其特征在于，致裂孔的直径为60mm，孔深比机械开挖区域的深度长0.2m。
7.根据权利要求1所述的高压气体致裂辅助机械法的硬岩隧道开挖布置结构，其特征在于，所述中台阶、所述下台阶的致裂孔为竖直孔。
8.根据权利要求7所述的高压气体致裂辅助机械法的硬岩隧道开挖布置结构，其特征在于，所述中台阶、所述下台阶的竖直孔均布设三排，孔径为90mm，孔深为3-5m。
9.根据权利要求8所述的高压气体致裂辅助机械法的硬岩隧道开挖布置结构，其特征在于，第一排竖直孔距离临空面的距离为1-1.2m，孔间距为1.2-1.5m，第二排竖直孔、第三排竖直孔的布孔参数与第一排相同。
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