本發(fā)明屬于豎井盾構掘進的，具體涉及一種硬巖地層豎井內(nèi)環(huán)形盾構與核心爆破分步掘進方法。

背景技術：

1、我國城市發(fā)展迅速，但在發(fā)展數(shù)十年過程中，由于各階段發(fā)展理念改變、城市規(guī)劃不合理、經(jīng)濟成本和人口增長等，造成城市空間利用率和布局不合理、以及老破改造等，城市發(fā)展不能滿足人民需求，城市更新改造成為未來發(fā)展趨勢。隨著我國城市更新進度加快，地下空間利用問題日益突出。各大城市建造了豎井車庫用于緩解停車難問題，地下儲蓄水池調(diào)節(jié)洪澇災害及水資源回收利用，采用豎井作為地下能源儲存及地下儲能空間，山嶺隧道通風豎井等。豎井施工方法分為人工開挖施工、半機械開挖施工以及機械開挖施工。盾構因其開挖速度快、安全性高、周邊環(huán)境影響小等優(yōu)勢而普遍應用。

2、大直徑豎井機械化施工一直是地下工程領域面臨的難題，目前施工多采用人工開挖豎井，在地面建造好井筒后，隨開挖下沉，施工速度慢，而且井筒在下沉時容易存在偏斜、下沉不順利、需添加助沉劑等問題。近年來，隨著科技的發(fā)展逐步出現(xiàn)了一些機械化施工設備，但存在機械化程度低、出渣速度慢影響施工進度等問題。特別是硬巖地層，通常采用單一的鉆爆法或盾構施工，存在施工效率低、施工人員安全、刀具磨損嚴重頻繁換刀等問題，無法綜合利用盾構安全性高、周邊環(huán)境影響小和鉆爆法開挖硬巖效率高等特點。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術的不足之處，提供一種硬巖地層豎井內(nèi)環(huán)形盾構與核心爆破分步掘進方法，利用到環(huán)形刀盤盾構機，該環(huán)形刀盤盾構機由刀盤組件、伸縮組件、驅動組件和護盾組成，驅動組件設于護盾內(nèi)，伸縮組件安裝在驅動組件上并同刀盤組件連接，伸縮組件驅動刀盤組件進行升降運動，驅動組件驅動伸縮組件進行旋轉運動。首先在硬巖豎井掘進過程中環(huán)形刀盤盾構形成環(huán)形導洞，為大直徑硬巖豎井鉆爆開挖提供預裂面和增加爆破臨空面，然后在核心硬巖掌子面巖體采用鉆爆法施工，不僅實現(xiàn)精準控制消除超欠挖，還能減少爆破藥卷數(shù)量，節(jié)省成本。

2、本發(fā)明目的實現(xiàn)由以下技術方案完成：

3、一種硬巖地層豎井內(nèi)環(huán)形盾構與核心爆破分步掘進方法，所述掘進方法包括以下步驟：

4、s1：利用環(huán)形刀盤盾構機在豎井內(nèi)的硬巖地層的掌子面上開挖環(huán)形導洞；

5、其中，所述環(huán)形刀盤盾構機包括刀盤組件、伸縮組件、驅動組件和護盾，所述驅動組件設于所述護盾內(nèi)，所述伸縮組件安裝在所述驅動組件上并同所述刀盤組件連接；啟動所述伸縮組件和所述驅動組件，所述伸縮組件驅動所述刀盤組件向下運動，所述驅動組件驅動所述伸縮組件進行旋轉；

6、s2：所述環(huán)形導洞開挖完成后，關閉所述環(huán)形刀盤盾構機的所述伸縮組件和所述驅動組件；

7、s3：在未被開挖的所述掌子面上開設炮孔，并在所述炮孔內(nèi)安裝藥卷；

8、s4：啟動所述伸縮組件，所述伸縮組件驅動所述刀盤組件向上運動，使所述刀盤組件回退至所述掌子面上；

9、s5：起爆所述藥卷，并清除所述藥卷爆破后產(chǎn)生的巖渣；

10、s6：重復步驟s1至步驟s5，開挖下一所述掌子面，直至所述豎井開挖完成。

11、所述驅動組件包括反力架、行星電機和齒輪，所述行星電機沿所述反力架周向布置有多個，所述行星電機的行星電機軸上設有齒輪。

12、所述反力架由扇形支撐板、反力板、徑向肋板和弧形肋板組成，所述反力板為圓環(huán)狀，所述扇形支撐板沿所述反力板周向布置有多個，所述徑向肋板和所述弧形肋板分別沿所述扇形支撐板的徑向和弧向布置。

13、所述伸縮組件包括液壓缸、基座和環(huán)形齒輪，所述環(huán)形齒輪和所述液壓缸分別設于所述基座的上側和下側，所述環(huán)形齒輪與所述驅動組件的齒輪相嚙合，所述液壓缸沿所述基座周向布置有多組并安裝在防護伸縮管內(nèi)，所述液壓缸的底座固定在所述基座上、伸縮桿同所述刀盤組件連接，所述基座下側由內(nèi)至外依次設置有螺旋排渣壁和防護罩。

14、所述刀盤組件包括弧形塊刀盤、滾刀和刮刀，所述弧形塊刀盤沿周向設置有多個，相鄰所述弧形塊刀盤之間形成有進渣口，所述弧形塊刀盤的弧向兩側各設有一組所述刮刀，所述弧形塊刀盤中部設有一組所述滾刀。

15、本發(fā)明的優(yōu)點是：

16、(1)首先在硬巖豎井掘進過程中環(huán)形刀盤盾構形成環(huán)形導洞，為大直徑硬巖豎井鉆爆開挖提供預裂面和增加爆破臨空面，然后在核心硬巖掌子面巖體采用鉆爆法施工，不僅實現(xiàn)精準控制消除超欠挖，還能減少爆破藥卷數(shù)量，節(jié)省成本；

17、(2)盾構掘進安全性高但存在硬巖地層刀具磨損嚴重維護費用高問題，而鉆爆法成本低但安全性較低，結合盾構法與鉆爆法優(yōu)缺點，僅采用環(huán)形刀具形成豎井預裂面與增加爆破臨空面，減少刀具數(shù)量和使用時長，減少刀具磨損，節(jié)省成本；

18、(3)利用環(huán)形刀盤盾構機施工豎井，可在豎井井壁周圍形成臨時支護，保證豎井施工安全；

19、(4)螺旋排渣壁可利用螺旋結構的旋轉，將巖渣從環(huán)形導洞內(nèi)排出。

技術特征：

1.一種硬巖地層豎井內(nèi)環(huán)形盾構與核心爆破分步掘進方法，其特征在于所述掘進方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的一種硬巖地層豎井內(nèi)環(huán)形盾構與核心爆破分步掘進方法，其特征在于所述驅動組件包括反力架、行星電機和齒輪，所述行星電機沿所述反力架周向布置有多個，所述行星電機的行星電機軸上設有齒輪。

3.根據(jù)權利要求2所述的一種硬巖地層豎井內(nèi)環(huán)形盾構與核心爆破分步掘進方法，其特征在于所述反力架由扇形支撐板、反力板、徑向肋板和弧形肋板組成，所述反力板為圓環(huán)狀，所述扇形支撐板沿所述反力板周向布置有多個，所述徑向肋板和所述弧形肋板分別沿所述扇形支撐板的徑向和弧向布置。

4.根據(jù)權利要求2所述的一種硬巖地層豎井內(nèi)環(huán)形盾構與核心爆破分步掘進方法，其特征在于所述伸縮組件包括液壓缸、基座和環(huán)形齒輪，所述環(huán)形齒輪和所述液壓缸分別設于所述基座的上側和下側，所述環(huán)形齒輪與所述驅動組件的齒輪相嚙合，所述液壓缸沿所述基座周向布置有多組并安裝在防護伸縮管內(nèi)，所述液壓缸的底座固定在所述基座上、伸縮桿同所述刀盤組件連接，所述基座下側由內(nèi)至外依次設置有螺旋排渣壁和防護罩。

5.根據(jù)權利要求2所述的一種硬巖地層豎井內(nèi)環(huán)形盾構與核心爆破分步掘進方法，其特征在于所述刀盤組件包括弧形塊刀盤、滾刀和刮刀，所述弧形塊刀盤沿周向設置有多個，相鄰所述弧形塊刀盤之間形成有進渣口，所述弧形塊刀盤的弧向兩側各設有一組所述刮刀，所述弧形塊刀盤中部設有一組所述滾刀。

技術總結
本發(fā)明公開了一種硬巖地層豎井內(nèi)環(huán)形盾構與核心爆破分步掘進方法，包括以下步驟：S1：利用環(huán)形刀盤盾構機在豎井內(nèi)的硬巖地層的掌子面上開挖環(huán)形導洞；S2：環(huán)形導洞開挖完成后，關閉環(huán)形刀盤盾構機的伸縮組件和驅動組件；S3：在未被開挖的掌子面上開設炮孔，并在炮孔內(nèi)安裝藥卷；S4：啟動伸縮組件，伸縮組件驅動刀盤組件向上運動，使刀盤組件回退至掌子面上；S5：起爆藥卷，并清除藥卷爆破后產(chǎn)生的巖渣；S6：重復步驟S1至步驟S5，開挖下一掌子面，直至豎井開挖完成。本發(fā)明的優(yōu)點是：不僅實現(xiàn)精準控制消除超欠挖，還能減少爆破藥卷數(shù)量，節(jié)省成本。

技術研發(fā)人員：趙璐,李冰,姚鐵軍,李文兵,?？?殷騰宗
受保護的技術使用者：中鐵十五局集團有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6