一种硬岩隧道非爆破开挖掌子面分块结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种硬岩隧道非爆破开挖掌子面分块结构，包括隧道掌子面，沿所述隧道掌子面开挖轮廓线设有相互咬合重叠的周边孔，以形成开挖临空面，所述掌子面中设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离排列的劈裂孔构成，每一排劈裂孔排孔形成一个劈裂面，若干个劈裂面将掌子面分割为若干个菱形、梯形或三角形的开挖分块。为硬岩隧道的非爆破开挖提供了一种掌子面开挖分块结构，其利用岩石的抗拉强度和抗剪强度远比抗压强度小的特性，并包含至少一个垂直于掌子面的开挖临空面的掌子面分块结构，以有效利用较小的劈裂力来抵抗岩石的拉力或剪力，可实现掌子面的岩石拉裂和剪切分割的劈裂开挖。本实用新型能够提高硬岩隧道的非爆破开挖施工效率和洞碴的利用率。
【专利说明】 一种硬岩隧道非爆破开挖掌子面分块结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及隧道工程领域，具体涉及一种硬岩隧道非爆破开挖掌子面分块结构。
【背景技术】
[0002]硬岩隧道一般采用钻爆法施工。钻爆法施工会引起隧道围岩和邻近建筑物结构发生爆破振动，会对隧道围岩和邻近建筑物结构力学性能产生不利影响。同时，爆破施工也会发出爆破噪音，会破坏隧道周边的人居环境。即使在爆破施工中采用了控制爆破技术，仍然难以消除爆破振动和噪音的不利影响。因此，对于爆破振动和爆破噪音要求严格的隧道工程，钻爆法施工难以满足工程要求，需要采用非爆破开挖施工技术。
[0003]在现有的非爆破开挖施工技术中，铣挖法和隧道掘进机法可以克服钻爆法的缺点，但铣挖法一般适用在软岩中施工，在硬岩中其洗头磨损大、工作效率低；隧道掘进机法一般适用在硬质围岩、隧道长度较长、隧道断面保持不变的隧道工程中，不适合长度较短、断面变化的隧道工程。人工风镐开挖法和液压冲击锤开挖法，常常适用于软质围岩的隧道施工中,对于硬质围岩，其施工效率较低，且液压冲击锤施工也会产生一定的冲击振动。膨胀剂法存在环境污染问题，且对施工人员会造成人身伤害，施工中须戴防护套。
【发明内容】
[0004]本实用新型针对上述现有技术作出改进，即本实用新型要解决的技术问题是提供一种硬岩隧道非爆破开挖掌子面分块结构，可提高开挖效率，满足隧道周边环境对隧道施工的要求。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是:一种硬岩隧道非爆破开挖掌子面分块结构，其特征在于，包括隧道掌子面，沿所述隧道掌子面开挖轮廓线设有相互咬合重叠的周边孔，以形成开挖临空面，所述掌子面中设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离排列的劈裂孔构成，每一排劈裂孔排孔形成一个劈裂面，若干个劈裂面将掌子面分割为若干个菱形、梯形或三角形的开挖分块。
[0006]进一步的，所述开挖分块中，每两个劈裂面呈大角度的钝角相交，且包含至少一个垂直于掌子面的开挖临空面，以满足先下后上、先周边后中间的劈裂开挖施工顺序的要求。
[0007]进一步的，所述掌子面中部设有斜向且呈掌子面中轴部镜像布置的劈裂孔排孔，所述掌子面两侧的开挖分块呈掌子面中轴部对称布置，所述掌子面顶部的开挖分块均为三角状开挖分块，以便于采用人工风镐或液压冲击锤进行最后一块开挖分块的开挖。
[0008]进一步的，所述劈裂孔的孔轴线互相平行且垂直于所述掌子面，同一排劈裂孔排孔的孔轴线位于同一劈裂面平面内，所述同一排劈裂孔的孔间距小于最小抵抗线，以确保掌子面能够按预定的劈裂面进行劈裂开挖。
[0009]进一步的，所述开挖分块的分块厚度与所述周边孔的深度相同，所述劈裂孔的深度与所述周边孔的若干个作业循环的总的孔深度相等。
[0010]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果:本实用新型为硬岩隧道的非爆破开挖提供了一种掌子面开挖分块结构，其利用岩石的抗拉强度和抗剪强度远比抗压强度小的特性，采用同步劈裂开挖的劈裂面呈大角度的钝角相交、并包含至少一个垂直于掌子面的开挖临空面的掌子面分块结构，以有效利用较小的劈裂力来抵抗岩石的拉力或剪力，可实现掌子面的岩石拉裂和剪切分割的劈裂开挖，同时能够提高硬岩隧道非爆破开挖的施工效率和洞碴的利用率。
[0011]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型第一实施例的施工方法示意图。
[0013]图中:1-开挖轮廓线，2-周边孔，3-劈裂面，4-劈裂孔，5、6、7、……、43_开挖分块编号及施工顺序编号。
【具体实施方式】
[0014]如图1所示，即本实用新型要解决的技术问题是提供一种硬岩隧道非爆破开挖掌子面分块结构，可提高开挖效率，满足隧道周边环境对隧道施工的要求。
[0015]为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是:一种硬岩隧道非爆破开挖掌子面分块结构，包括隧道掌子面，沿所述隧道掌子面开挖轮廓线I设有相互咬合重叠的周边孔2，以形成孔壁状开挖临空面，所述掌子面中设有互相呈平行或相交布置的多排横向劈裂孔4排孔和斜向劈裂孔4排孔，每一排劈裂孔4排孔组成一个劈裂面3，由若干个劈裂面
3将掌子面分割为若干个菱形(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)的开挖分块(5……43)。所述开挖分块中，为了采用较小的劈裂力来进行隧道掌子面的拉裂和剪切分割开挖，同步劈裂开挖施工的劈裂面3不超过两个，两个劈裂面3呈大角度的钝角相交(即图示中开挖角β为钝角)，包含至少一个垂直于掌子面的开挖临空面，并且满足先下面后上面、先周边后中间的劈裂开挖施工顺序的要求，以采用较小的劈裂力来进行隧道掌子面的拉裂和剪切分割开挖。
[0016]所述掌子面中设有斜向且呈掌子面中轴部镜像布置的劈裂孔4排孔，所述掌子面两侧的开挖分块呈掌子面中轴部对称布置，所述掌子面顶部的最后几块开挖分块(41、42、43)均采用小几何尺寸的三角状开挖分块，便于采用人工风镐或液压冲击锤进行最后一块开挖分块43的开挖。
[0017]所述劈裂孔4的孔轴线互相平行且垂直于所述掌子面，同一排劈裂孔4排孔的孔轴线位于同一平面内。所述同一排劈裂孔4的孔间距小于最小抵抗线，以确保掌子面能够按预定的劈裂面3进行劈裂开挖。
[0018]所述开挖分块的分块厚度与所述周边孔2的深度相同，所述劈裂孔4的深度与所述周边孔2的若干个作业循环的总的孔深度相等。
[0019]一种硬岩隧道非爆破开挖掌子面分块结构，其施工步骤如下:
[0020]采用钻孔取芯钻机，沿隧道开挖轮廓线I并采用相应的钻孔外插角打设钻孔，相邻钻孔互相咬合重叠，最后形成相邻钻孔互相切割的周边孔2，从而将隧道掌子面与隧道周边围岩截然分来，并在隧道掌子面周边形成钻孔孔壁状的开挖临空面。本实用新型实施例中，周边孔I孔径20cm，钻孔间距18cm，相邻钻孔的咬合重叠厚度2cm。
[0021]采用钻机进行劈裂孔4的钻孔施工，劈裂孔4的孔轴线垂直于掌子面，同一排劈裂孔4的孔轴线互相平行且位于同一劈裂面3平面内，劈裂孔4与周边孔2的钻孔深度互相匹配，劈裂孔4的一个作业循环进尺与周边孔2的若干个作业循环总进尺相等。本实用新型实施例中，周边孔2钻孔深度0.5m，劈裂孔4孔深2m。
[0022]按照先下面后上面、先周边后中间的开挖施工顺序(5、6、7、……、43)，首先，劈裂开挖位于隧道掌子面下面和两侧的开挖分块5，然后，依次劈裂开挖相应的开挖分块(6、7、……、42 )，最后，采用人工风镐或液压冲击锤开挖最后一块开挖分块43 ;在劈裂开挖每一块开挖分块(5或6或7或……或42)时，先将液压劈裂机的劈裂工作件插入劈裂孔4中，并保持劈裂工作件的劈裂张开方向与劈裂面3相垂直，然后再启动劈裂机，对劈裂孔4逐步施加劈裂力，随着劈裂力的逐渐升高，劈裂孔4沿劈裂面3方向会发生开裂，且开裂裂缝长度会不断增长，裂缝宽度也会不断加宽，在相邻劈裂孔4裂缝贯通后便形成了劈裂面3，之后，劈裂面3的裂缝宽度会继续加宽，其长度也会因裂缝向两端延伸而加长，直至整块开挖分块(5或6或7或……或42)被劈裂分割开来；
[0023]采用人工风镐或液压冲击锤进行欠挖部分的修整，直至满足开挖轮廓线I的开挖要求之后，再进行下一个劈裂开挖循环的施工。
[0024]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例子而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，任何未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例子所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种硬岩隧道非爆破开挖掌子面分块结构，其特征在于，包括隧道掌子面，沿所述隧道掌子面开挖轮廓线设有相互咬合重叠的周边孔，以形成开挖临空面，所述掌子面中设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离排列的劈裂孔构成，每一排劈裂孔排孔形成一个劈裂面，若干个劈裂面将掌子面分割为若干个菱形、梯形或三角形的开挖分块。
2.根据权利要求1所述的一种硬岩隧道非爆破开挖掌子面分块结构，所述开挖分块中，每两个劈裂面呈大角度的钝角相交，且包含至少一个垂直于掌子面的开挖临空面，以满足先下后上、先周边后中间的劈裂开挖施工顺序的要求。
3.根据权利要求1所述的一种硬岩隧道非爆破开挖掌子面分块结构，所述掌子面中部设有斜向且呈掌子面中轴部镜像布置的劈裂孔排孔，所述掌子面两侧的开挖分块呈掌子面中轴部对称布置，所述掌子面顶部的开挖分块均为三角状开挖分块，以便于采用人工风镐或液压冲击锤进行最后一块开挖分块的开挖。
4.根据权利要求1所述的一种硬岩隧道非爆破开挖掌子面分块结构，所述劈裂孔的孔轴线互相平行且垂直于所述掌子面，同一排劈裂孔排孔的孔轴线位于同一劈裂面平面内，所述同一排劈裂孔的孔间距小于最小抵抗线，以确保掌子面能够按预定的劈裂面进行劈裂开挖。
5.根据权利要求1所述的一种硬岩隧道非爆破开挖掌子面分块结构，所述开挖分块的分块厚度与所述周边孔的深度相同，所述劈裂孔的深度与所述周边孔的若干个作业循环的总的孔深度相等。
【文档编号】E21D9/10GK204152517SQ201420589461
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年10月13日 优先权日:2014年10月13日
【发明者】陈七林, 刘金福 申请人:福州市规划设计研究院