专利名称：一种隧道非爆开挖施工方法
技术领域：
本发明涉及地下工程中的一种非爆开挖施工方法，适用于岩石地下工程中的非爆破开挖施工。
背景技术：
随着我国铁路、公路和城市基础建设步伐的加快，隧道多存在着浅埋下穿城乡构筑物和建筑物的情况，这些地段隧道施工采用较多的仍是钻爆法施工。为保证地表居民、构筑物和建筑物安全，钻爆法施工必须采用爆破震动控制技术。但既便是很先进的爆破震动控制技术，也只能是最大限度地降低爆破震动，且爆破震动振速控制波动性较大，易对居民造成影响。在地表建筑物林立的城市环境下进行浅埋隧道掘进施工时，对于下穿地表抗震等级低的构筑物困难地段，或者不允许产生爆破震动的地段，非爆破开挖往往成为一种不得不选用的手段。非爆破岩石开挖的手段有无声破碎剂开挖方法、铣挖机铣挖法、劈裂机劈裂法、盾构法、掘进机(TBM)法、自由断面掘进机法、取芯成孔法等。这些方法的前六种方法，要不是需要临空面，工效低，要不就是设备投入太大，对于短距离的困难地段来说是不经济的。取芯成孔法一般只是用于露天的垂直开挖时使用，如桩基及基坑施工应用较多；还未有将取芯成孔法应用与隧道掘进施工中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种安全经济又工效相对较高的非爆破施工方法，从而适用与下穿地表抗震等级低的构筑物困难地段，或者不允许产生爆破震动的地段和部位的地下工程中。本发明解决上述技术问题采用的技术方案是一种隧道非爆开挖施工方法，具体包括以下步骤首先在开挖区域周边内按设计间距在水平方向钻劈裂孔；然后在洞内搭设作业台架，使用水磨钻沿开挖区域周边以相割圆方式按水平方向施钻取芯，在开挖区域周边形成连续槽道临空面；然后自连续槽道临空面周边向内进行分裂开挖岩体，人工清除劈裂岩体。为更好的实施本发明创造，在开挖区域周边内按30cm 40cm间距在水平方向钻劈裂孔，深度依开挖进尺而定。为更好的实施本发明创造，水磨钻每次钻取深度根据钻头长度而定。为更好的实施本发明创造，水磨钻钻孔后每个钻孔有一定的超挖，若局部欠挖应修正至设计轮廓线。为更好的实施本发明创造，所述作业台架为横杆和竖杆搭成的脚手架，所述作业台架上设有滑轮和支撑架，所述支撑架一端能够绕与作业台架的连接点圆周转动，另一端上设置水磨钻；所述支撑架通过设置在滑轮上的调节滑链牵引。
由于采用上述技术方案，本发明的积极进步效果在于(1)、对水磨钻的定位加固采用常用的脚手架进行即可，设备投入少且设备轻便易维护，易于操作，需用劳动力较少，成本较低。O)、水磨钻及液压劈裂机工作时，不会产生震动、冲击、噪音、粉尘飞屑等，周围环境不会受到影响；即使在人口稠密地区或室内，以及紧密设备旁，都可以无干扰地进行工作，安全可靠，经济适用，工效相对较高。(3)、可达到对地表和周围无震动无干扰开挖，实现应用于无震动安全下穿地表抗震等级低的构筑物困难地段，或者不允许产生爆破震动的地段和部位。0)、应用本工法还可以为隧道超前非爆开挖出导坑，为后续扩挖爆破提供临空面，可起到明显降震的效果。(5)、隧道周边超欠挖易于控制。(6)、本工法施工简单易学，便于推广。
图1是铁路双线隧道超前小导坑水磨钻取芯和劈裂孔布置示意图；图2是水磨钻取芯作业示意图；图3是水磨钻支撑结构示意图；图4是水磨钻隧道开挖轮廓线大样图；图中1-周边取芯控制半径；2-开挖轮廓中心线；3-中间劈裂孔；4-滑轮；5-简易脚手架；6调节滑链；7-竖杆；8-横杆；9-取芯孔；10-支撑架；11-行走杆；12-钻头； 13-电机；14-进水孔；15-旋转轴。
具体实施例方式以下结合附图及实施例对本发明创造进一步说明，本示例仅是说明性的，而不是对本发明的限制。一、隧道情况简介长洪岭隧道(13299m)为渝利铁路第二特长隧道，隧道出口位于重庆市丰都县江池镇。该隧道于DK183+050 DK183+350段下穿江池镇，埋深较浅，地表房屋密集。 DK183+000 DK183+400段施工采用控制爆破，地表振速按不大于1. 5cm/s进行控制。控爆段地质为<8-2>J3s砂岩。地层总体上单斜，岩层倾角较小，节理间距0. 5 2m，延伸长度 2 5m。断面跨度为13. 82m，高11.8^1。全断面开挖高度为9. 98m(边墙脚以上部分)，开挖断面面积116. 82m2。DK183+347处覆盖层厚为35m左右，采用超前小导坑水磨钻非爆破开挖，小导坑为圆形，直径3m，小导坑掘进进尺1. 75m。二、主要资源配置(1)施工设备两台水磨钻LM150，功率4KW，钻筒长度60cm。电动液压劈裂机P40—台。YD8风钻。(2)人员
水磨钻每台3 4人，劈裂机每台4人，出碴运输3人，分两组每组15人含管理人员，共30人。三、施工步骤和作业(1)施工准备，根据周边取芯控制半径1，由测量人员在作业面画开挖轮廓中心线 2，人员机具就位，利用竖杆7、横杆8搭设简易脚手架5。铁路双线隧道超前小导坑水磨钻取芯和劈裂孔布置示意图如图1。(2)在开挖区域中间使用YD8风钻按间距40cm在水平方向钻Φ42mm劈裂孔，中间劈裂孔3深度约2. 5m，满足4至5个水磨钻循环开挖。(3)如图2、图3所示。水磨钻由支撑杆10、行走杆11、钻头12、电机13组成，取芯钻由固定在脚手架上的滑轮4及调节滑链6调整钻头位置，钻头由电机带动并由进水孔14 对钻头降温，施工时钻头绕旋转轴15旋转，沿开挖区域周边以相割圆方式按水平方向施钻取芯，在周边形成连续槽道临空面，一台钻机可绕旋转轴进行360°旋转，完成一个圆周取芯。每次循环钻取深度50cm左右，孔径15cm，相邻钻孔中心间距13. Ocm,两孔搭接2cm，沿开挖区域周边循环72个孔左右。钻孔后将每个钻孔超挖7cm，局部欠挖采用风镐修至设计轮廓线。水磨钻隧道开挖轮廓线大样图如图4所示。2台钻机，左右各一台，每台钻机需3 4人操作。取芯时一个孔钻进时间约为5 10分钟，每个孔取芯约5 10分钟，每取芯循环时间约5 8小时左右(根据作业面平整度情况，一般第一循环时间较长)。(4)然后以周边槽道形成的临空面，用液压劈裂机自周边向内进行分裂开挖岩体， 人工清除劈裂岩体。小导洞劈裂采用一台劈裂机，4个操作人员，根据围岩裂隙发育情况，小导洞劈裂每循环约2小时。(5)为保证台架和液压劈裂机管线和下部工作面安全，随时由人工将地面石块用手推车运至距离掌子面IOm以外，开挖完一个循环后用装载机配合大车出碴至弃碴场。根据现场条件约3个运砟人员，随时由将地面石块用手推车运至距离掌子面IOm以外临时堆放，后期与扩挖层一起集中出碴。(6)为保证施工安全，在顶部增加防护措施。四、循环时间DK183+347小导坑水磨钻施工
权利要求
1.一种隧道非爆开挖施工方法，其特征是具体包括以下步骤首先在开挖区域周边内按设计间距在水平方向钻劈裂孔；然后在洞内搭设作业台架，使用水磨钻沿开挖区域周边以相割圆方式按水平方向施钻取芯，在开挖区域周边形成连续槽道临空面；然后自连续槽道临空面周边向内进行分裂开挖岩体，人工清除劈裂岩体。
2.根据权利要求1所述的隧道非爆开挖施工方法，其特征是在开挖区域周边内按 30cm 40cm间距在水平方向钻劈裂孔，深度依开挖进尺而定。
3.根据权利要求1所述的隧道非爆开挖施工方法，其特征是水磨钻每次钻取深度根据钻头长度而定。
4.根据权利要求1或3所述的隧道非爆开挖施工方法，其特征是水磨钻钻孔后每个钻孔有一定的超挖，若局部欠挖应修正至设计轮廓线。
5.根据权利要求1所述的隧道非爆开挖施工方法，其特征是所述作业台架为横杆和竖杆搭成的脚手架，所述作业台架上设有滑轮和支撑架，所述支撑架一端能够绕与作业台架的连接点圆周转动，另一端上设置水磨钻；所述支撑架通过设置在滑轮上的调节滑链牵引。
全文摘要
本发明公开的一种隧道非爆开挖施工方法，其特征是具体包括以下步骤首先在开挖区域周边内按设计间距在水平方向钻劈裂孔；然后在洞内搭设作业台架，使用水磨钻沿开挖区域周边以相割圆方式按水平方向施钻取芯，在开挖区域周边形成连续槽道临空面；然后自连续槽道临空面周边向内进行分裂开挖岩体，人工清除劈裂岩体。该施工方法安全经济、工效又相对较高，从而适用与下穿地表抗震等级低的构筑物困难地段，或者不允许产生爆破震动的地段和部位的地下工程中。
文档编号E21D9/00GK102392650SQ20111034115
公开日2012年3月28日 申请日期2011年11月2日 优先权日2011年11月2日
发明者张志和, 彭宇民, 洪开荣, 王小平, 罗琼, 阮清林, 陆少伟, 陈宏宇, 陈海峰 申请人:中铁隧道集团有限公司