一種硬巖隧道非爆破開挖掌子面分塊結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種硬巖隧道非爆破開挖掌子面分塊結(jié)構(gòu)，包括隧道掌子面，沿所述隧道掌子面開挖輪廓線設(shè)有相互咬合重疊的周邊孔，以形成開挖臨空面，所述掌子面中設(shè)有互相呈平行或相交布置的多排劈裂孔排孔，所述劈裂孔排孔由等距離排列的劈裂孔構(gòu)成，每一排劈裂孔排孔形成一個(gè)劈裂面，若干個(gè)劈裂面將掌子面分割為若干個(gè)菱形、梯形或三角形的開挖分塊。為硬巖隧道的非爆破開挖提供了一種掌子面開挖分塊結(jié)構(gòu)，其利用巖石的抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度遠(yuǎn)比抗壓強(qiáng)度小的特性，并包含至少一個(gè)垂直于掌子面的開挖臨空面的掌子面分塊結(jié)構(gòu)，以有效利用較小的劈裂力來抵抗巖石的拉力或剪力，可實(shí)現(xiàn)掌子面的巖石拉裂和剪切分割的劈裂開挖。本實(shí)用新型能夠提高硬巖隧道的非爆破開挖施工效率和洞碴的利用率。
【專利說明】 一種硬巖隧道非爆破開挖掌子面分塊結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及隧道工程領(lǐng)域，具體涉及一種硬巖隧道非爆破開挖掌子面分塊結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]硬巖隧道一般采用鉆爆法施工。鉆爆法施工會(huì)引起隧道圍巖和鄰近建筑物結(jié)構(gòu)發(fā)生爆破振動(dòng)，會(huì)對(duì)隧道圍巖和鄰近建筑物結(jié)構(gòu)力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響。同時(shí)，爆破施工也會(huì)發(fā)出爆破噪音，會(huì)破壞隧道周邊的人居環(huán)境。即使在爆破施工中采用了控制爆破技術(shù)，仍然難以消除爆破振動(dòng)和噪音的不利影響。因此，對(duì)于爆破振動(dòng)和爆破噪音要求嚴(yán)格的隧道工程，鉆爆法施工難以滿足工程要求，需要采用非爆破開挖施工技術(shù)。
[0003]在現(xiàn)有的非爆破開挖施工技術(shù)中，銑挖法和隧道掘進(jìn)機(jī)法可以克服鉆爆法的缺點(diǎn)，但銑挖法一般適用在軟巖中施工，在硬巖中其洗頭磨損大、工作效率低；隧道掘進(jìn)機(jī)法一般適用在硬質(zhì)圍巖、隧道長(zhǎng)度較長(zhǎng)、隧道斷面保持不變的隧道工程中，不適合長(zhǎng)度較短、斷面變化的隧道工程。人工風(fēng)鎬開挖法和液壓沖擊錘開挖法，常常適用于軟質(zhì)圍巖的隧道施工中,對(duì)于硬質(zhì)圍巖，其施工效率較低，且液壓沖擊錘施工也會(huì)產(chǎn)生一定的沖擊振動(dòng)。膨脹劑法存在環(huán)境污染問題，且對(duì)施工人員會(huì)造成人身傷害，施工中須戴防護(hù)套。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)作出改進(jìn)，即本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種硬巖隧道非爆破開挖掌子面分塊結(jié)構(gòu)，可提高開挖效率，滿足隧道周邊環(huán)境對(duì)隧道施工的要求。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種硬巖隧道非爆破開挖掌子面分塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括隧道掌子面，沿所述隧道掌子面開挖輪廓線設(shè)有相互咬合重疊的周邊孔，以形成開挖臨空面，所述掌子面中設(shè)有互相呈平行或相交布置的多排劈裂孔排孔，所述劈裂孔排孔由等距離排列的劈裂孔構(gòu)成，每一排劈裂孔排孔形成一個(gè)劈裂面，若干個(gè)劈裂面將掌子面分割為若干個(gè)菱形、梯形或三角形的開挖分塊。
[0006]進(jìn)一步的，所述開挖分塊中，每?jī)蓚€(gè)劈裂面呈大角度的鈍角相交，且包含至少一個(gè)垂直于掌子面的開挖臨空面，以滿足先下后上、先周邊后中間的劈裂開挖施工順序的要求。
[0007]進(jìn)一步的，所述掌子面中部設(shè)有斜向且呈掌子面中軸部鏡像布置的劈裂孔排孔，所述掌子面兩側(cè)的開挖分塊呈掌子面中軸部對(duì)稱布置，所述掌子面頂部的開挖分塊均為三角狀開挖分塊，以便于采用人工風(fēng)鎬或液壓沖擊錘進(jìn)行最后一塊開挖分塊的開挖。
[0008]進(jìn)一步的，所述劈裂孔的孔軸線互相平行且垂直于所述掌子面，同一排劈裂孔排孔的孔軸線位于同一劈裂面平面內(nèi)，所述同一排劈裂孔的孔間距小于最小抵抗線，以確保掌子面能夠按預(yù)定的劈裂面進(jìn)行劈裂開挖。
[0009]進(jìn)一步的，所述開挖分塊的分塊厚度與所述周邊孔的深度相同，所述劈裂孔的深度與所述周邊孔的若干個(gè)作業(yè)循環(huán)的總的孔深度相等。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果:本實(shí)用新型為硬巖隧道的非爆破開挖提供了一種掌子面開挖分塊結(jié)構(gòu)，其利用巖石的抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度遠(yuǎn)比抗壓強(qiáng)度小的特性，采用同步劈裂開挖的劈裂面呈大角度的鈍角相交、并包含至少一個(gè)垂直于掌子面的開挖臨空面的掌子面分塊結(jié)構(gòu)，以有效利用較小的劈裂力來抵抗巖石的拉力或剪力，可實(shí)現(xiàn)掌子面的巖石拉裂和剪切分割的劈裂開挖，同時(shí)能夠提高硬巖隧道非爆破開挖的施工效率和洞碴的利用率。
[0011]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的施工方法示意圖。
[0013]圖中:1-開挖輪廓線，2-周邊孔，3-劈裂面，4-劈裂孔，5、6、7、……、43_開挖分塊編號(hào)及施工順序編號(hào)。

【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1所示，即本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種硬巖隧道非爆破開挖掌子面分塊結(jié)構(gòu)，可提高開挖效率，滿足隧道周邊環(huán)境對(duì)隧道施工的要求。
[0015]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種硬巖隧道非爆破開挖掌子面分塊結(jié)構(gòu)，包括隧道掌子面，沿所述隧道掌子面開挖輪廓線I設(shè)有相互咬合重疊的周邊孔2，以形成孔壁狀開挖臨空面，所述掌子面中設(shè)有互相呈平行或相交布置的多排橫向劈裂孔4排孔和斜向劈裂孔4排孔，每一排劈裂孔4排孔組成一個(gè)劈裂面3，由若干個(gè)劈裂面
3將掌子面分割為若干個(gè)菱形(6......8、10......13,16......18,20......23,26......28,31......33、37)、梯形(9、14、19、24、29、34、36、38、39、40)或三角形(5、15、25、30、35、41、42、43)的開挖分塊(5……43)。所述開挖分塊中，為了采用較小的劈裂力來進(jìn)行隧道掌子面的拉裂和剪切分割開挖，同步劈裂開挖施工的劈裂面3不超過兩個(gè)，兩個(gè)劈裂面3呈大角度的鈍角相交(即圖示中開挖角β為鈍角)，包含至少一個(gè)垂直于掌子面的開挖臨空面，并且滿足先下面后上面、先周邊后中間的劈裂開挖施工順序的要求，以采用較小的劈裂力來進(jìn)行隧道掌子面的拉裂和剪切分割開挖。
[0016]所述掌子面中設(shè)有斜向且呈掌子面中軸部鏡像布置的劈裂孔4排孔，所述掌子面兩側(cè)的開挖分塊呈掌子面中軸部對(duì)稱布置，所述掌子面頂部的最后幾塊開挖分塊(41、42、43)均采用小幾何尺寸的三角狀開挖分塊，便于采用人工風(fēng)鎬或液壓沖擊錘進(jìn)行最后一塊開挖分塊43的開挖。
[0017]所述劈裂孔4的孔軸線互相平行且垂直于所述掌子面，同一排劈裂孔4排孔的孔軸線位于同一平面內(nèi)。所述同一排劈裂孔4的孔間距小于最小抵抗線，以確保掌子面能夠按預(yù)定的劈裂面3進(jìn)行劈裂開挖。
[0018]所述開挖分塊的分塊厚度與所述周邊孔2的深度相同，所述劈裂孔4的深度與所述周邊孔2的若干個(gè)作業(yè)循環(huán)的總的孔深度相等。
[0019]一種硬巖隧道非爆破開挖掌子面分塊結(jié)構(gòu)，其施工步驟如下:
[0020]采用鉆孔取芯鉆機(jī)，沿隧道開挖輪廓線I并采用相應(yīng)的鉆孔外插角打設(shè)鉆孔，相鄰鉆孔互相咬合重疊，最后形成相鄰鉆孔互相切割的周邊孔2，從而將隧道掌子面與隧道周邊圍巖截然分來，并在隧道掌子面周邊形成鉆孔孔壁狀的開挖臨空面。本實(shí)用新型實(shí)施例中，周邊孔I孔徑20cm，鉆孔間距18cm，相鄰鉆孔的咬合重疊厚度2cm。
[0021]采用鉆機(jī)進(jìn)行劈裂孔4的鉆孔施工，劈裂孔4的孔軸線垂直于掌子面，同一排劈裂孔4的孔軸線互相平行且位于同一劈裂面3平面內(nèi)，劈裂孔4與周邊孔2的鉆孔深度互相匹配，劈裂孔4的一個(gè)作業(yè)循環(huán)進(jìn)尺與周邊孔2的若干個(gè)作業(yè)循環(huán)總進(jìn)尺相等。本實(shí)用新型實(shí)施例中，周邊孔2鉆孔深度0.5m，劈裂孔4孔深2m。
[0022]按照先下面后上面、先周邊后中間的開挖施工順序(5、6、7、……、43)，首先，劈裂開挖位于隧道掌子面下面和兩側(cè)的開挖分塊5，然后，依次劈裂開挖相應(yīng)的開挖分塊(6、7、……、42 )，最后，采用人工風(fēng)鎬或液壓沖擊錘開挖最后一塊開挖分塊43 ;在劈裂開挖每一塊開挖分塊(5或6或7或……或42)時(shí)，先將液壓劈裂機(jī)的劈裂工作件插入劈裂孔4中，并保持劈裂工作件的劈裂張開方向與劈裂面3相垂直，然后再啟動(dòng)劈裂機(jī)，對(duì)劈裂孔4逐步施加劈裂力，隨著劈裂力的逐漸升高，劈裂孔4沿劈裂面3方向會(huì)發(fā)生開裂，且開裂裂縫長(zhǎng)度會(huì)不斷增長(zhǎng)，裂縫寬度也會(huì)不斷加寬，在相鄰劈裂孔4裂縫貫通后便形成了劈裂面3，之后，劈裂面3的裂縫寬度會(huì)繼續(xù)加寬，其長(zhǎng)度也會(huì)因裂縫向兩端延伸而加長(zhǎng)，直至整塊開挖分塊(5或6或7或……或42)被劈裂分割開來；
[0023]采用人工風(fēng)鎬或液壓沖擊錘進(jìn)行欠挖部分的修整，直至滿足開挖輪廓線I的開挖要求之后，再進(jìn)行下一個(gè)劈裂開挖循環(huán)的施工。
[0024]以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例子而已，并非對(duì)本實(shí)用新型做任何形式上的限制，任何未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例子所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種硬巖隧道非爆破開挖掌子面分塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括隧道掌子面，沿所述隧道掌子面開挖輪廓線設(shè)有相互咬合重疊的周邊孔，以形成開挖臨空面，所述掌子面中設(shè)有互相呈平行或相交布置的多排劈裂孔排孔，所述劈裂孔排孔由等距離排列的劈裂孔構(gòu)成，每一排劈裂孔排孔形成一個(gè)劈裂面，若干個(gè)劈裂面將掌子面分割為若干個(gè)菱形、梯形或三角形的開挖分塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬巖隧道非爆破開挖掌子面分塊結(jié)構(gòu)，所述開挖分塊中，每?jī)蓚€(gè)劈裂面呈大角度的鈍角相交，且包含至少一個(gè)垂直于掌子面的開挖臨空面，以滿足先下后上、先周邊后中間的劈裂開挖施工順序的要求。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬巖隧道非爆破開挖掌子面分塊結(jié)構(gòu)，所述掌子面中部設(shè)有斜向且呈掌子面中軸部鏡像布置的劈裂孔排孔，所述掌子面兩側(cè)的開挖分塊呈掌子面中軸部對(duì)稱布置，所述掌子面頂部的開挖分塊均為三角狀開挖分塊，以便于采用人工風(fēng)鎬或液壓沖擊錘進(jìn)行最后一塊開挖分塊的開挖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬巖隧道非爆破開挖掌子面分塊結(jié)構(gòu)，所述劈裂孔的孔軸線互相平行且垂直于所述掌子面，同一排劈裂孔排孔的孔軸線位于同一劈裂面平面內(nèi)，所述同一排劈裂孔的孔間距小于最小抵抗線，以確保掌子面能夠按預(yù)定的劈裂面進(jìn)行劈裂開挖。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬巖隧道非爆破開挖掌子面分塊結(jié)構(gòu)，所述開挖分塊的分塊厚度與所述周邊孔的深度相同，所述劈裂孔的深度與所述周邊孔的若干個(gè)作業(yè)循環(huán)的總的孔深度相等。
【文檔編號(hào)】E21D9/10GK204152517SQ201420589461
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】陳七林, 劉金福 申請(qǐng)人:福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院