本發(fā)明涉及隧道施工工法技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種硬巖隧道開挖施工方法。

背景技術(shù)：

巖石工況下，隧道開挖常用的方法有兩大類，第一類為鉆爆法，即鉆孔安放炸藥，利用炸藥引爆后形成的沖擊波能量將巖體破碎，該方法因施工效率高而被廣泛使用；第二類方法為非爆破機(jī)械法，及采用大型tbm掘進(jìn)機(jī)、懸臂掘進(jìn)機(jī)、破碎錘等設(shè)備進(jìn)行開挖，機(jī)械開挖的顯著優(yōu)點(diǎn)為振動、噪聲小，對周邊擾動小，沿隧道輪廓開挖超欠挖控制好，安全環(huán)保。但是，大型掘進(jìn)機(jī)存在成本高、運(yùn)輸不便利、僅適用于長距離隧道等大型工程，對于大量的中小隧道不適用。懸臂式隧道掘進(jìn)機(jī)、破碎錘等小型開挖設(shè)備作業(yè)能力有限，對于普氏硬度系數(shù)超過f6的硬巖工況，施工效率低、機(jī)具磨損快，施工經(jīng)濟(jì)性差，造成該方法在硬巖工況的使用受到限制。

然而，隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的密度越來越大，穿越或緊鄰既有建筑物進(jìn)行施工的隧道工程越來越多，采用炸藥的鉆爆法因超欠挖控制差、振動噪聲大、粉塵濃度高、釋放有害氣體而被限制使用。采用懸臂式隧道掘進(jìn)機(jī)等非爆破機(jī)械法能夠有效解決以上問題，但是針對硬巖，掘進(jìn)機(jī)施工效率低是其顯著的缺點(diǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種硬巖隧道開挖施工方法，能夠解決硬巖隧道開挖施工效率低，超欠挖控制性差的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種硬巖隧道開挖施工方法，其包括以下步驟：

s1：沿隧道掌子面的底部開鑿臨空面；

s2：在臨空面以上的掌子面中部區(qū)域鉆多個爆破孔；

s3：在各爆破孔均設(shè)置爆破器，進(jìn)行爆破；

s4：對爆破區(qū)域以外至掌子面開挖輪廓線之間的區(qū)域的巖體進(jìn)行機(jī)械截割，完成隧道的開挖。

在一優(yōu)選或可選實施例中，步驟s1中的臨空面的深度根據(jù)單循環(huán)開挖進(jìn)尺以及爆破器的長度設(shè)定，具體為大于二者中的數(shù)值小者5cm～10cm。

在一優(yōu)選或可選實施例中，步驟s2中的爆破孔傾斜向下。

在一優(yōu)選或可選實施例中，爆破孔與臨空面的銳角夾角的角度小于30度。

在一優(yōu)選或可選實施例中，步驟s2中的爆破孔的深度與臨空面的深度相等。

在一優(yōu)選或可選實施例中，步驟s3中的爆破器為高壓氣體爆破器。

在一優(yōu)選或可選實施例中，高壓氣體爆破器中的氣體為無毒惰性氣體。

在一優(yōu)選或可選實施例中，步驟s3中的各爆破器同時爆破。

在一優(yōu)選或可選實施例中，步驟s4中采用掘進(jìn)機(jī)自底向上截割。

在一優(yōu)選或可選實施例中，掘進(jìn)機(jī)為懸臂式隧道掘進(jìn)機(jī)。

在一優(yōu)選或可選實施例中，步驟s2中設(shè)置爆破孔的區(qū)域占整個掌子面的比例大于步驟s4中進(jìn)行截割的區(qū)域占整個掌子面的比例。

基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

本發(fā)明實施例提供的硬巖隧道開挖施工方法將鉆爆法與非爆破機(jī)械法相結(jié)合對硬巖隧道進(jìn)行開挖施工，其中，采用鉆爆法開挖掌子面的中部區(qū)域，能夠提高開挖效率，且能夠降低采用機(jī)械設(shè)備開挖帶來的設(shè)備消耗成本；通過機(jī)械設(shè)備對爆破區(qū)以外至整個隧道開挖輪廓線之間的區(qū)域的巖體進(jìn)行截割，能夠比較好的控制超欠挖，使開挖作業(yè)面形狀規(guī)則，減少因超挖而造成的噴射混凝土的浪費(fèi)。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實施例提供的硬巖隧道開挖施工方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的硬巖隧道開挖施工方法對應(yīng)的硬巖隧道掌子面各分區(qū)的示意圖。

附圖中標(biāo)號：

1-臨空面；2-爆破開挖區(qū)；21-爆破孔；3-切割開挖區(qū)；4-開挖輪廓線。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如1、圖2所示，一種硬巖隧道開挖施工方法，其包括以下步驟：

s1：沿隧道掌子面的底部開鑿臨空面1；

s2：在臨空面1以上的隧道掌子面中部區(qū)域，即爆破開挖區(qū)2，鉆多個爆破孔21；

s3：在各爆破孔21均設(shè)置爆破器，對爆破開挖區(qū)2進(jìn)行爆破；

s4：對爆破開挖區(qū)2以外至隧道掌子面的開挖輪廓線4之間的區(qū)域進(jìn)行機(jī)械截割，完成隧道的開挖。其中，爆破開挖區(qū)2以外至隧道掌子面的開挖輪廓線4之間的區(qū)域即截割開挖區(qū)3。

本發(fā)明實施例提供的硬巖隧道開挖施工方法將鉆爆法與非爆破機(jī)械法相結(jié)合對硬巖隧道進(jìn)行開挖施工，其中，采用鉆爆法開挖掌子面的中部區(qū)域(爆破開挖區(qū)2)，能夠提高開挖效率，且能夠降低采用機(jī)械設(shè)備開挖帶來的設(shè)備消耗成本；通過機(jī)械設(shè)備對爆破開挖區(qū)2以外至隧道掌子面的開挖輪廓線4之間的區(qū)域(截割開挖區(qū)3)的巖體進(jìn)行機(jī)械截割，能夠比較好的控制超欠挖，使開挖作業(yè)面形狀規(guī)則，減少因超挖而造成的噴射混凝土的浪費(fèi)。

本發(fā)明實施例提供的硬巖隧道開挖施工方法，步驟s2中設(shè)置爆破孔21的區(qū)域占整個掌子面的比例可以大于步驟s4中進(jìn)行截割的區(qū)域占整個掌子面的比例，即爆破開挖區(qū)2占整個掌子面的比例相對于截割開挖區(qū)3占整個掌子面的比例大，爆破開挖區(qū)2占整個掌子面的比例大，能夠利于提高開挖效率，截割開挖區(qū)3占整個掌子面的比例小，只要能夠用來形成規(guī)則的軌道形狀，防止超欠挖即可，可以采用小型開挖設(shè)備實現(xiàn)，適用于中小隧道的開挖；當(dāng)然對于大型隧道，也可以采用大型開挖設(shè)備開挖，以提高開挖效率。

本發(fā)明實施例提供的硬巖隧道開挖施工方法，步驟s1中的臨空面1的深度可以根據(jù)單循環(huán)開挖進(jìn)尺以及爆破器的長度設(shè)定，具體為大于二者中的數(shù)值小者5cm～10cm，以利于產(chǎn)生裂隙的巖塊從巖體上脫落。

本發(fā)明實施例提供的硬巖隧道開挖施工方法，步驟s2中的爆破孔21可以傾斜向下。本發(fā)明實施例在掌子面底部設(shè)置臨空面1，爆破孔21斜向下打設(shè)，能夠利于巖體內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)散，同時能夠充分利用巖石的自重力向下脫落，提高硬巖隧道開挖的效率。

在一優(yōu)選或可選實施例中，爆破孔21與臨空面1的銳角夾角的角度可以小于30度，便于鑿巖設(shè)備打設(shè)。

在一優(yōu)選或可選實施例中，步驟s2中采用鑿巖鉆機(jī)在爆破開挖區(qū)2可以鉆多個斜向下的爆破孔21。

本發(fā)明實施例提供的硬巖隧道開挖施工方法，臨近隧道掌子面開挖輪廓線4設(shè)定距離的區(qū)域(截割開挖區(qū)3)可以不設(shè)爆破孔21，在隧道掌子面中部區(qū)域(爆破開挖區(qū)2)可以設(shè)置多個爆破孔21，各爆破孔21的間距與密度可以根據(jù)前期試驗段確定。

本發(fā)明實施例提供的硬巖隧道開挖施工方法，步驟s2中的爆破孔21的深度可以與臨空面1的深度相等。

本發(fā)明實施例提供的硬巖隧道開挖施工方法，步驟s3中的爆破器可以為高壓氣體爆破器。采用高壓氣體爆破器，利用氣體的液-氣相變，瞬間體積膨脹數(shù)百倍，產(chǎn)生數(shù)百兆帕的膨脹力，將巖體脹裂與脫落，能夠顯著提高硬巖隧道的開挖效率。

上述實施例中，高壓氣體爆破器中的氣體為無毒惰性氣體。即高壓氣體爆破器可以為無毒惰性氣體脹裂器。本發(fā)明只是利用氣體的物理變化產(chǎn)生的能量，不產(chǎn)生有毒氣體，同時振動噪聲小。

本發(fā)明實施例提供的硬巖隧道開挖施工方法，步驟s3中的各爆破器可以同時爆破。掌子面爆破開挖區(qū)2的巖體爆破采用整體同時爆破的方式，能夠提高施工效率。

本發(fā)明實施例提供的硬巖隧道開挖施工方法，步驟s4中可以采用掘進(jìn)機(jī)自底向上對爆破開挖區(qū)2以外到掌子面的開挖輪廓線4的區(qū)域(截割開挖區(qū)3)的巖體進(jìn)行截割，有利于控制超欠挖。

在一優(yōu)選或可選實施例中，掘進(jìn)機(jī)可以為懸臂式隧道掘進(jìn)機(jī)，懸臂式隧道掘進(jìn)機(jī)采用電力驅(qū)動，無尾氣排放，比較環(huán)保。

下面列舉本發(fā)明提供的硬巖隧道開挖施工方法的一具體實施例，在該具體實施例中，硬巖隧道開挖施工方法的具體流程如下：

1)掌子面底部開鑿臨空面1：沿掌子面底部開鑿臨空面1，臨空面1的深度根據(jù)設(shè)計單循環(huán)開挖進(jìn)尺以及高壓氣體爆破器的長度而定，具體為略大于二者中數(shù)值小者的長度，比如，對于普氏硬度系數(shù)為f9的花崗巖隧道，單次循環(huán)進(jìn)尺為4m，采用長度為2m的高壓氮?dú)獗破?，那么臨空面1深度可設(shè)置為2.1m，臨空面1深度略大于爆破器長度，利于產(chǎn)生裂隙的巖塊從巖體上脫落；

2)鉆爆破孔21：在臨空面1以上隧道的掌子面的中部采用鑿巖鉆機(jī)鉆多個斜向下的爆破孔21，爆破孔21與臨空面1的銳角夾角的角度小于30度，便于鑿巖設(shè)備打設(shè)，爆破孔21斜向下帶來的好處是，利于巖體深部裂紋的生成。爆破孔21的孔徑依據(jù)高壓氣爆破器的管徑而定。比如：選用管徑為90mm的高壓氮?dú)獗破?，采用鑿巖機(jī)鉆直徑為100mm的爆破孔21，爆破孔21的深度與臨空面1的深度相等。臨近隧道掌子面的開挖輪廓線4周向的區(qū)域不設(shè)爆破孔21，采用懸臂式隧道掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行截割，截割開挖區(qū)3的厚度(即爆破開挖區(qū)2以外至開挖輪廓線4之間的距離)為20cm～50cm，爆破孔21的間距與密度根據(jù)前期試驗段確定，對于普氏硬度系數(shù)為f9的花崗巖隧道，孔距設(shè)置為50cm～100cm；

3)爆破開挖區(qū)2爆破：使用高壓氣體爆破器進(jìn)行隧道掌子面中部巖體爆破，對于普氏硬度系數(shù)為f9的花崗巖隧道，選用管徑為90mm，長度為2m的高壓氮?dú)獗破?，每次爆破進(jìn)尺可達(dá)2m，施工效率大大提高；

4)截割開挖區(qū)3截割：使用掘進(jìn)機(jī)完成隧道掌子面一周未爆破部分巖體的截割，截割順序為自底向上，以提高掘進(jìn)機(jī)的截割效率。充分利用懸臂掘進(jìn)機(jī)開挖超欠挖控制好的優(yōu)點(diǎn)，形成規(guī)則的隧道開挖輪廓，能夠保證施工質(zhì)量，同時減少因超挖造成的噴射混凝土浪費(fèi)，從而降低施工成本。

通過上述各個實施例的描述，可以推導(dǎo)出本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)硬巖隧道開挖效率高：采用高壓氣體爆破器，利用氣體的液-氣相變，瞬間體積膨脹數(shù)百倍，產(chǎn)生數(shù)百兆帕的膨脹力，將巖體脹裂與脫落；掌子面下部設(shè)置臨空面1，爆破孔21斜向下打設(shè)，利于巖體內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)散，同時充分利用巖石的自重力向下脫落。

2)施工質(zhì)量高，經(jīng)濟(jì)性好：采用懸臂式隧道掘進(jìn)機(jī)沿隧道掌子面輪廓線4進(jìn)行巖體截割，超欠挖控制好，開挖作業(yè)面形狀規(guī)則，減少因超挖而造成的噴射混凝土的浪費(fèi)；采用高壓氣體爆破器開挖隧道掌子面中部巖體，降低了用懸臂式隧道掘進(jìn)機(jī)開挖帶來的截齒消耗成本。

3)施工過程綠色環(huán)保：采用高壓氣體爆破器，只是利用氣體的物理變化產(chǎn)生的能量，不產(chǎn)生有毒氣體，同時振動噪聲?。粦冶凼剿淼谰蜻M(jìn)機(jī)采用電力驅(qū)動，無尾氣排放。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行修改或者對部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。