隧道及地下工程非爆破開挖方法

2023-06-11 12:14:31

專利名稱：：隧道及地下工程非爆破開挖方法
技術領域：
：本發明涉及隧道及地下工程，特別涉及一種用於隧道及地下工程開挖的非爆破開挖方法。
背景技術：
：在隧道及地下工程施工中，常常需要採用非爆破開挖，其原因有以下幾個方面(1)隧道及地下工程採用爆破開挖會引起周圍地層和地表的振動，當地下或地表的建(構)築物離爆破現場的距離不能滿足振動限制要求時，採用爆破開挖會危及到既有建(構)築物的安全，尤其是在城鎮附近施工，地表建(構)築物密集，居民眾多，隧道及地下工程埋深通常較淺，爆破開挖產生的振動常常造成地表房屋變形開裂，引起居民恐慌，對社會安定產生不利影響。(2)隧道及地下工程採用爆破開挖會產生較大的爆破聲，且持續時間較長，對生態環境影響大，尤其是在城鎮附近，居民眾多或靠近醫院、學校、風景區等敏感區域，爆破開挖常常難以實施。(3)當周圍有易燃易爆物品時，常常不允許採用爆破法施工，如開挖工程位於在油罐、油庫等設施附近時。目前，常用的非爆破開挖方法有靜態破碎法、液壓衝擊錘法和銑挖法。靜態破碎法的破碎原理是利用裝在炮眼中的靜態破碎劑的水化反應，使晶體變形，產生體積膨脹，從而緩慢地和靜靜地將此膨脹壓力施加給炮眼壁，由於受到炮眼壁的約束，這種膨脹壓力轉化為拉伸應力。由於巖體的抗拉強度遠遠小於抗壓強度，所以巖體在這種拉伸應力作用下，容易引起破碎。靜態破碎劑的破碎效果除了與破碎劑的性能、介質的強度和破碎條件有關以外，還取決於破裂參數和炮孔的排列。液壓沖擊錘法，即採用挖掘機攜帶的液壓沖擊錘(俗稱"啄木鳥，，)進行分部鑿巖開挖。液壓衝擊錘法最適用於有裂縫的和層理分明的地層。節理髮育的和層理分明的以及層理和節理之間有軟弱夾層的堅硬巖層是有利於使用液壓衝擊成功地進行隧道掘進的典型條件。在後一種條件下，開挖過程主要受控於巖塊之間的結合強度，而且是有利於在液壓衝擊錘上使用鑿式設備進行隧道開挖的條件。銑挖法，是通過採用一種叫銑挖機的設備，安裝在普通的液壓挖掘機上，高效替代挖鬥、破碎錘、液壓鉗等通用配置，應用於隧道掘進及輪廓修整、渠道溝槽銑掘、建築物拆除、瀝青混凝土路面銑刨，巖石凍土銑挖、樹根銑削等多個領域。靜態破碎法、銑挖法、液壓衝擊錘等非爆破開挖法各有優點，同時也具有自身的缺陷。單獨採用某種非爆破開挖法在工程實際中往往很難實施，這是由於在隧道施工中遇到的地質條件十分複雜，特別是巖石強度跨度很大，且在同一斷面並不是均一體，如像硬巖中常常夾有軟巖俘虜體。
發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種可有效地加快施工進度、並降低成本的隧道及地下工程非爆破開挖方法。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是本發明的隧道及地下工程非爆破開挖方法，在隧道軟質巖地段採用以液壓破碎錘為主、靜態破碎為輔進行開挖；在硬質巖地段採用以靜態破碎為主、液壓衝擊錘配合進行開挖。上述隧道及地下工程非爆破開挖方法，包括如下步驟①在掌子面外輪廓線上間隔鑽設一定間距的周邊孔；②用液壓衝擊錘鑿除掌子面上的軟質巖段，以及硬質巖體中的巖體破碎部分，在硬質巖體中製造出至少一個臨空面；③在臨空面輪廓外的硬質巖體上鑽孔布設藥孔，裝藥後對硬質巖體進行靜態破碎。採用上述技術方案，可有效地避免爆破振動對周邊環境的影響，軟質巖段採用液壓衝擊錘鑿除，施工中雖有一定噪聲，但具有對周邊環境影響較小，具有施工進度較快，工程投資較省的優點；硬質巖體，採用靜態破碎法施工，施工中採用液壓沖擊錘預先對硬質巖體中的巖體破碎部分局部鑿除，儘量形成較多臨空面，提高靜態破碎效果。作為本發明的一種優選方案，為最大程度地提高靜態破碎效果，所述藥孔的鑽孔方向與臨空面平行，同一排藥孔保持在一個平面上。本發明的有益效果是，能減小對開挖工程周邊環境的影響，可有效地加快施工進度和節省工程投資，具有顯著的技術經濟效益和社會效益。本說明書包括如下一幅附圖圖1是本發明隧道及地下工程非爆破開挖方法的示意圖。圖中部位及所對應的標記掌子面10、周邊孔11、硬質巖體20、巖體破碎部分21、藥孔30。具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。參照圖1，本發明的隧道及地下工程非爆破開挖方法，在隧道軟質巖地段採用以液壓破碎錘為主、靜態破碎為輔進行開挖；在硬質巖地段採用以靜態破-碎為主、液壓沖擊錘配合進行開挖。該方法包括如下步驟①在掌子面10外輪廓線上間隔鑽設一定間距的周邊孔11;②用液壓衝擊錘鑿除掌子面10上的軟質巖段，以及硬質巖體20中的巖體破碎部分21,在硬質巖體20中製造出至少一個臨空面；③在臨空面輪廓外的硬質巖體20上鑽孔布設藥孔30,裝藥後對硬質巖體20進行靜態破碎。即對軟質巖段採用液壓衝擊錘鑿除，對周邊環境影響較小，施工進度較快，工程投資較省。對硬質巖體，採用靜態破碎法施工，施工中採用液壓衝擊錘預先對硬質巖體中的巖體破碎部分局部鑿除，儘量形成較多臨空面，提高靜態破碎效果。沿掌子面10外輪廓線上間隔布置周邊孔11有利於開挖邊界的規則成形。IV、V級圍巖以液壓錘衝擊破碎為主，靜態破碎劑局部碎劑為輔，當圍巖強度超3謹Pa後液壓錘施工比較費勁，此時應充分利用圍巖節理，從節理方向開鑿，採用先下後上原則局部圍巖較完整地段則採用靜態破碎法施工。II、III級圍巖地段以靜態破碎為主，以液壓錘開鑿臨空面為輔，液壓錘儘量選擇節理比較發育，圍巖比較破碎處開鑿，儘可能多製造臨空面。為最大程度地提高靜態破碎效果，所述步驟③中，藥孔30的鑽孔方向與臨空面平行，同一排藥孔30保持在一個平面上。臨空面越多，單位破石量就越大，經濟效益也更高。藥孔30的孔距與排距的大小與巖石硬度直接關係，硬度越大、強度越高、時，孔距與排距越小，反之則大，孔距與排距布置見下表complextableseeoriginaldocumentpage6藥孔30的直徑與破碎效果有直接關係，鑽孔過小，不利於藥劑充分發揮效力；鑽孔太大，易沖孔。藥孔30的直徑優選為42mm。鑽孔後內餘水和餘渣應用高壓風吹洗乾淨，孔口旁應乾淨無土石渣。藥孔30的鑽孔深度可根據施工要求選擇，一般在1.5至2米較好。裝藥深度為孔深的麵。藥孔30裝藥工藝要求如下1、向下和向下傾斜的藥孔，可在藥劑中加入22-32%(重量比)左右的水(具體加水量由顆粒大小決定)拌成流質狀態(糊狀)後，迅速倒入孔內並確保藥劑在孔內處於密實狀態。用藥巻裝填鑽孔時，應逐條捅實。粗顆粒藥劑水灰比調節到0.22-0.25時靜態破碎劑的流動性較好，細粉末藥劑水灰比在32%左右時流動性較好，也可以不通過捅實過程。向下灌裝搗實較方便，如施工條件允許，推薦採用"由上到下，分層破碎"的施工方式，方便工人操作。2、水平方向和向上方向的鑽孔，可用比鑽孔直徑略小的高強長纖維紙袋裝入藥劑，按一個操作循環所需要的藥巻數量，放在盆中，倒入潔淨水完全浸泡，30-50秒左右藥巻充分溼潤、完全不冒氣泡時，取出藥巻從孔底開始逐條裝入並捅緊，密實地裝填到孔口。即"集中浸泡，充分浸透，逐條裝入，分別搗實"。也可將藥劑拌和後用灰漿泵壓入，孔口留五釐米用黃泥封堵保證水分藥劑不流出。3、巖石剛開裂後，可向裂縫中加水，支持藥劑持續反應，可獲得更好效果。4、每次裝填藥劑，都要觀察確定1、巖石；2、藥劑；3、拌和水的溫度是不是符合要求。灌裝過程中，已經開始發生化學反應的藥劑(表現開始冒氣和溫度快速上升)不允許裝入孔內。從藥劑加入拌合水到灌裝結束，這個過程的時間不能超過五分鐘。藥劑反應時間的控制藥劑反應的快慢與溫度有直接的關係，溫度越高，反應時間越快，反之則慢。實際操作中，控制藥劑反應時間太快的方法有兩種，一種是在拌合水中加入抑制劑。另一種方法是嚴格控制拌和水、乾粉藥劑和巖石(或混凝土)的溫度。夏季氣溫較高，破碎前應對被破碎物遮擋，藥劑存放低溫處，避免曝曬。將拌合水溫度控制在15。C以下。藥劑(巻)反應時間過快易發生衝孔傷人事故，同時也影響施工效果，增加了施工成本。抑制劑放入浸泡藥劑(巻)的拌和水中。加入量為拌合水的O.5%—6%。溫度越高，加入量越多，反之則少。冬季氣溫較低，藥劑反應時間會相應延長，給施工帶來不便，一般解決辦法是加入激發劑和提高拌和水溫度。激發劑加入過多，也會降低藥劑膨脹力。拌和水溫可根據實際適當提高，但最高不可超過50。C，(否則可能太快衝孔)。反應時間一般控制在30-60分鐘較好。權利要求1.隧道及地下工程非爆破開挖方法，其特徵是在隧道軟質巖地段採用以液壓破碎錘為主、靜態破碎為輔進行開挖；在硬質巖地段採用以靜態破碎為主、液壓衝擊錘配合進行開挖。2.如權利要求1所述的隧道及地下工程非爆破開挖方法，該方法包括如下步驟①在掌子面(10)外輪廓線上間隔鑽設一定間距周邊孔(11);②用液壓衝擊錘鑿除掌子面(10)上的軟質巖段，以及硬質巖體(20)中的巖體破碎部分(21),在硬質巖體(20)中製造出至少一個臨空面；③在臨空面輪廓外的硬質巖體(20)上鑽孔布設藥孔(30)，裝藥後對硬質巖體(20)進行靜態破碎。3.如權利要求2所述的隧道及地下工程非爆破開挖方法，其特徵是所述步驟③中，藥孔(30)的鑽孔方向與臨空面平行，同一排藥孔(30)保持在一個平面上。4.如權利要求3所述的隧道及地下工程非爆破開挖方法，其特徵是步驟③中，所述藥孔(30)的孔距與排距如下complextableseeoriginaldocumentpage25.如權利要求3或4所述的隧道及地下工程非爆破開挖方法，其特徵是所述藥孔(30)直徑為42mm。全文摘要本發明公開了一種隧道及地下工程非爆破開挖方法，用於隧道及地下工程。該方法的技術要點是在隧道軟質巖地段採用以液壓破碎錘為主、靜態破碎為輔進行開挖，在硬質巖地段採用以靜態破碎為主、液壓衝擊錘配合進行開挖。具體步驟為在掌子面外輪廓線上間隔鑽設一定間距周邊孔；用液壓衝擊錘鑿除掌子面上的軟質巖段，以及硬質巖體中的巖體破碎部分，在硬質巖體中製造出至少一個臨空面；在臨空面輪廓外的硬質巖體上鑽孔布設藥孔，裝藥後對硬質巖體進行靜態破碎。本發明能減小對開挖工程周邊環境的影響，可有效地加快施工進度和節省工程投資，具有顯著的技術經濟效益和社會效益。文檔編號E21D9/04GK101196117SQ20081004511公開日2008年6月11日申請日期2008年1月4日優先權日2008年1月4日發明者嚴德育,渝喻,曾滿元,楊繼明,濤胖,懷許,鄭長青,陳訓武,陳赤坤申請人:中鐵二院工程集團有限責任公司