阅读说明：本技术 隧洞硬岩非爆破开挖方法 (Non-blasting excavation method for hard rock of tunnel ) 是由 陈明 赵逢泽 卢文波 叶志伟 严鹏 朱子晗 于 2021-08-03 设计创作，主要内容包括：本发明提供隧洞硬岩非爆破开挖方法,不需要采用掘进机等大型开挖设备,就能够实现完整或者较完整硬岩的高效开挖,其特征在于,包括：步骤1.沿着掌子面轮廓线钻设轮廓孔,从而确定隧洞开挖范围,根据开挖范围确定钻孔成槽的位置,然后在临近该位置的部位布置并钻设多个扩腔孔；步骤2.在轮廓孔与扩腔孔之间,钻设多排导引孔；步骤3.在确定的钻孔成槽的位置处,钻设相互咬合重叠的成槽孔,最终形成槽腔；步骤4.对槽腔附近的扩腔孔进行冲击破碎,从而对槽腔进行扩挖；步骤5.按照一定的开挖顺序,从靠近扩挖后的槽腔附近的导引孔开始,利用液压破碎锤对导引孔进行冲击破碎,从而完成主体部分岩体的开挖；步骤6.对轮廓孔进行冲击破碎。(The invention provides a tunnel hard rock non-blasting excavation method, which can realize the high-efficiency excavation of complete or more complete hard rock without adopting large-scale excavation equipment such as a heading machine and the like, and is characterized by comprising the following steps: step 1, drilling contour holes along a tunnel face contour line so as to determine a tunnel excavation range, determining a position for drilling holes into grooves according to the excavation range, and then arranging and drilling a plurality of cavity expansion holes at a position close to the position; step 2, drilling a plurality of rows of guide holes between the contour holes and the cavity expanding holes; step 3, drilling slotted holes which are mutually occluded and overlapped at the determined positions for drilling the drilled holes to form the slotted holes, and finally forming a slot cavity; step 4, carrying out impact crushing on the cavity expanding hole near the groove cavity, so as to expand and dig the groove cavity; step 5, according to a certain excavation sequence, starting from a guide hole close to the expanded and excavated groove cavity, carrying out impact crushing on the guide hole by using a hydraulic crushing hammer, thereby completing excavation of a main body part rock mass; and 6, carrying out impact crushing on the contour holes.)

隧洞硬岩非爆破开挖方法

技术领域

本发明属于隧洞开挖施工方法领域，具体涉及一种对隧洞完整、较完整硬岩进行非爆破开挖的方法。

技术背景

隧洞岩体的开挖通常采用钻爆法进行施工。钻爆法，即通过钻孔、装药、爆破开挖岩石的方法，钻爆法所产生的振动、噪音、粉尘等有害效应，对环境有很大的影响。当周边环境复杂，如临近于居民密集区时，对于爆破有害效应有严格的控制要求。因此对于需要严格控制爆破有害效应的地段的隧洞开挖中采用钻爆法无法满足施工要求，需要采用非爆破开挖方法。

目前采用最多的隧洞非爆破开挖方法中，铣挖法是采用铣挖机结合配套的挖掘机对掌子面围岩进行切削掘进的开挖方法，具有低振动、低噪音、安全性好等特点，但是一般只用于隧洞轮廓或者中低硬度的岩层开挖；隧洞掘进机法是是用特制的大型切削设备，将岩石剪切挤压破碎，然后，通过配套的运输设备将碎石运出的开挖方法，具有施工速度快开挖面平整等特点，但一般只用于隧洞较长且地质条件变化不大的地段；液压冲击锤法是先在掌子面开挖轮廓线周边孔然后在采用挖掘机携带的液压冲击锤进行分部开挖的方法，一般适用于中低硬度的岩层开挖，且同样会产生一定的振动；二氧化碳致裂法是利用液态的二氧化碳瞬间气化产生高压冲击波从而进行破岩的方法，具有振动、噪音小的特点，但是生产效率不高且会对环境产生污染。

专利号为“CN 102392650 A”的“一种隧道非爆破开挖施工方法”首次将取芯成孔法应用到了隧道掘进施工中，该方法首先利用水磨钻在开挖区域的周边内钻设劈裂孔，然后在在开挖区域周边利用钻孔取芯技术开挖轮廓线形成临空面，最后按照一定顺序对劈裂孔进行劈裂，从而对岩体进行开挖。该方法首次利用钻孔劈裂的方法进行隧道岩体的开挖，但是在制造临空面时所需的钻孔数目众多，影响施工效率。

专利号为“CN 104314574 A”的“一种硬岩非爆破开挖分块方法机施工方法”，该方法利用钻孔取芯的技术对掌子面轮廓线进行开挖形成了临空面并利用钻孔对掌子面进行分块，最终通过液压劈裂器对隧洞进行开挖，该方法程序复杂，且在掌子面较大的情况下，所需钻孔数目极多，对施工效率影响较大。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种隧洞硬岩非爆破开挖方法，不需要采用掘进机等大型开挖设备，就能够实现完整或者较完整硬岩的高效开挖。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

本发明提供一种隧洞硬岩非爆破开挖方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.沿着掌子面轮廓线按照一定间距采用钻杆钻设轮廓孔，从而确定隧洞开挖范围，根据开挖范围确定钻孔成槽的位置，然后在临近该位置的部位布置并钻设多个扩腔孔；步骤2.在轮廓孔与扩腔孔之间，按照一定间距用钻杆钻设多排导引孔，导引孔的间距大于扩腔孔的间距；步骤3.在确定的钻孔成槽的位置处，利用大直径钻头及配套的钻机钻设成槽孔，相邻成槽孔相互咬合重叠，最终形成一定宽度和深度的槽腔；步骤4.对槽腔附近的扩腔孔采用液压破碎锤进行冲击破碎，从而对槽腔进行扩挖；步骤5.按照一定的开挖顺序，从靠近扩挖后的槽腔附近的导引孔开始，利用液压破碎锤对导引孔进行冲击破碎，从而完成主体部分岩体的开挖；开挖顺序确定方法：确保每个导引孔在冲击破碎时均存在相邻的临空面；步骤6.对轮廓孔进行冲击破碎。

进一步，本发明提供的隧洞硬岩非爆破开挖方法，还可以具有以下特征：在步骤1中，按照0.4m～0.8m的间距，钻设直径为42mm～76mm的轮廓孔，轮廓孔钻孔深度为1m～5m。

进一步，本发明提供的隧洞硬岩非爆破开挖方法，还可以具有以下特征：在步骤1中，钻孔成槽的位置应尽量取在掌子面中下部的位置。

进一步，本发明提供的隧洞硬岩非爆破开挖方法，还可以具有以下特征：在步骤1中，钻孔成槽的位置为在距离掌子面底部1～2倍导引孔间距的位置处。

进一步，本发明提供的隧洞硬岩非爆破开挖方法，还可以具有以下特征：在步骤1中，按照0.3m～0.5m的间距钻设直径为42mm～76mm的扩腔孔，扩腔孔钻孔深度为1m～5m。

进一步，本发明提供的隧洞硬岩非爆破开挖方法，还可以具有以下特征：在步骤1中，扩腔孔钻设2～3排。

进一步，本发明提供的隧洞硬岩非爆破开挖方法，还可以具有以下特征：在步骤2中，是在轮廓孔与扩腔孔之间沿水平方向逐排钻设导引孔，导引孔的直径为42mm～76mm，钻设深度为1m～5m，孔间距为0.4m～0.8m。

进一步，本发明提供的隧洞硬岩非爆破开挖方法，还可以具有以下特征：在步骤3中，成槽孔直径为76mm～150mm，深度为2m～6m，相邻钻孔相互咬合形成，宽度为0.5m～1.5m的槽腔。

进一步，本发明提供的隧洞硬岩非爆破开挖方法，还可以具有以下特征：在步骤5中，确保每个导引孔在冲击破碎时均存在相邻的临空面，并且导引孔与临空面的间距应不超过0.8m。

发明的作用与效果

根据掌子面开挖范围确定造腔位置，在造腔位置使用大直径钻杆钻设相互咬合的成槽孔形成槽腔，利用扩腔孔以及液压破碎锤进行冲击破碎，实现槽腔的扩挖，为主体岩体的冲击破碎提供临空面，大大减少了构造临空面时的钻孔数目，且采用扩腔孔和液压破碎锤进行冲击破碎的方式进行槽腔的扩挖，有效地解决了在完整、较完整硬岩隧洞掌子面内制造临空面的难题；进一步，在造腔位置外按照一定间距钻设导引孔，采用钻杆钻设导引孔，利用液压破碎锤对导引孔进行冲击破碎；通过此，能够高效地进行完整、较完整隧洞硬岩的破碎与开挖，使得使用较小的力就能到达破岩的目的，且能够直接破碎岩体，不需要对岩体进行二次破碎；有效克服了钻爆法带来的不利的爆破效应，以及其他非爆破开挖方法开挖成本高、效率低、存在环境污染等问题，也无需采用掘进机等大型开挖设备，从而满足在对振动、噪音等有害效应有严格要求的施工场所进行高效率隧洞开挖的需要。

综上，本发明所提供的隧洞硬岩非爆破开挖方法，开挖效率高、成本低、施工流程简单，具有显著的技术优势和较好的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例中按照隧洞硬岩非爆破开挖方法对隧洞硬岩进行施工后的结构示意图；

图2为图1的剖面图；

图中：1-掌子面，2-开挖轮廓线，3-轮廓孔，4-成槽孔，5-槽腔，6-扩腔孔，7-扩挖后的槽腔，8-导引孔，9，10，11，12-四个阶段的开挖岩体。

具体实施方式

以下结合附图对本发明涉及的隧洞硬岩非爆破开挖方法的具体实施方案进行详细地说明。

如图1所示，某工程隧洞硬岩断面跨度为3.9m，高度为3.9m，断面面积为13.58m²，采用本发明的技术方案进行施工，具体步骤如下：

(1)沿着掌子面轮廓线2与隧洞轴线呈一定外插角钻设轮廓孔，形成一定间距的轮廓孔3，从而确定隧洞开挖范围，在本实施例中，轮廓孔3孔径为76mm，钻孔间距为0.5m，钻孔进尺为4m。

(2)根据开挖范围，选择如图1倒数第三排的位置作为钻孔成槽的位置，并在该位置附近钻设扩腔孔6，在本实施例中，扩腔孔6孔径为76mm，钻孔间距为0.4m，钻孔进尺为4m。

(3)在掌子面中选定的钻孔成槽的位置利用大直径钻头和配套的钻机钻设成槽孔4，相邻钻孔相互咬合重叠，最终形成一定宽度和长度的槽腔5，在本实施例中成槽孔4的孔径为115mm，钻孔间距为90mm，钻孔进尺为4m，槽腔5宽度(图1中水平方向)为1.285m。

(3)在掌子面内按照一定的间距为间距用钻杆钻设导引孔8，在本实施例中导引孔8孔径为76mm，钻孔间距为0.8m，钻孔进尺为4m。

(4)按照一定顺序利用液压破碎锤对扩腔孔6进行冲击破碎从而对槽腔进行扩挖，形成图1中虚线矩形框所示的扩挖后的槽腔7，扩挖后的槽腔7宽度为1.676m、长度(图1中竖直方向)为0.896m，扩腔的进尺需要考虑液压破碎锤的尺寸，对于每个扩腔孔需要开挖出足够的空间后继续进行下一次冲击破碎。

(5)按照一定的顺序，从靠近扩挖后的槽腔7附近的导引孔8开始，利用液压破碎锤进行冲击破碎，完成主体部分岩体的开挖，在本实施例中，选取靠近临空面的导引孔8开始进行冲击破碎，为后续导引孔8冲击破碎形成新的临空面，确保对每个导引孔8都存在临近的临空面，导引孔冲击破碎的进尺需要考虑液压破碎锤的尺寸，对于每个导引孔8需要开挖出足够的空间后继续进行下一次冲击破碎。

(6)对轮廓孔3进行冲击破碎，在本实施例中，对于轮廓孔3之间无法形成完整裂缝的欠挖部分采用机械冲击破碎的方法进行处理。

在本实施例中，利用岩石抗拉强度与抗剪强度低于抗压强度以及在有临空面情况下钻孔冲击破碎时岩体的破坏特性对岩体进行开挖。对于步骤(4)、步骤(5)及步骤(6)中钻孔冲击破碎的进尺，如图2所示，由于液压破碎锤尺寸的限制需要按照9、10、11、12的顺序对导引孔孔进行冲击破碎。

以上实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的隧洞硬岩非爆破开挖方法并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的内容，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。