一种硬质岩层隧道非爆破开挖施工方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 109681223 A(43)申请公布日 2019.04.26

(21)申请号 201811563821.0(22)申请日 2018.12.20

(71)申请人 中铁二局集团有限公司

地址 610031 四川省成都市金牛区通锦路

16号

申请人 中铁二局第四工程有限公司(72)发明人 赵玉印　尚友磊　熊志富　姚泽善　

龚文川　(74)专利代理机构 四川力久律师事务所 51221

代理人 刘童笛(51)Int.Cl.

E21D 9/10(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图7页

CN 109681223 A(54)发明名称

一种硬质岩层隧道非爆破开挖施工方法(57)摘要

本发明公开了一种硬质岩层隧道非爆破开

A将隧道掌子面划分挖施工方法，包括以下步骤：

为上掌子面和下掌子面，在上掌子面和下掌子面的分界线上沿隧道纵向钻取若干个钻孔一，所有钻孔一形成临空面；B在上掌子面沿隧道纵向钻取若干个钻孔二，并由靠近临空面的钻孔二开始逐步劈裂剥离上掌子面的岩石，掘进上掌子面，形成上台阶；C在上台阶底面沿隧道竖向钻取若干个钻孔三，并由靠近下掌子面的钻孔三开始逐步劈裂剥离下掌子面的岩石，完成全掌子面的开挖掘进。采用该施工方法，利用岩石的脆性，钻孔劈裂岩石，极大提升了施工效率，该方法由点到面逐层剥离，操作灵活、简单便捷，效果良好，施工投入小，节约成本。

CN 109681223 A

权　利　要　求　书

1/1页

1.一种硬质岩层隧道非爆破开挖施工方法，其特征在于，包括以下步骤：A、将隧道掌子面划分为上掌子面(1)和下掌子面(2)，在所述上掌子面(1)和所述下掌子面(2)的分界线上沿隧道纵向钻取若干个钻孔一(3)，所有所述钻孔一(3)形成临空面；

B、在所述上掌子面(1)沿隧道纵向钻取若干个钻孔二(4)，并由靠近所述临空面的所述钻孔二(4)开始逐步劈裂剥离所述上掌子面(1)的岩石，掘进所述上掌子面(1)，形成上台阶；

C、在所述上台阶底面沿隧道竖向钻取若干个钻孔三(5)，并由靠近所述下掌子面(2)的所述钻孔三(5)开始逐步劈裂剥离所述下掌子面(2)的岩石，完成全掌子面的开挖掘进。

2.根据权利要求1所述的硬质岩层隧道非爆破开挖施工方法，其特征在于，采用劈裂机由所述钻孔二(4)和所述钻孔三(5)分别劈裂剥离所述上掌子面(1)和所述下掌子面(2)的岩石。

3.根据权利要求1所述的硬质岩层隧道非爆破开挖施工方法，其特征在于，所述步骤B中，所述上掌子面(1)每掘进2-5m，随即支护，并执行所述步骤C。

4.根据权利要求1所述的硬质岩层隧道非爆破开挖施工方法，其特征在于，所有所述钻孔一(3)沿所述分界线的中部设置。

5.根据权利要求1所述的硬质岩层隧道非爆破开挖施工方法，其特征在于，每个所述钻孔一(3)的直径等于或者大于150mm。

6.根据权利要求1所述的硬质岩层隧道非爆破开挖施工方法，其特征在于，每次钻取的所述钻孔一(3)的长度为15-30m。

7.根据权利要求1所述的硬质岩层隧道非爆破开挖施工方法，其特征在于，每个所述钻孔二(4)的直径和每个所述钻孔三(5)的直径分别为30-70mm。

8.根据权利要求1-7任一项所述的硬质岩层隧道非爆破开挖施工方法，其特征在于，所有所述钻孔二(4)呈阵列设置，所有所述钻孔三(5)呈阵列设置。

9.根据权利要求8所述的硬质岩层隧道非爆破开挖施工方法，其特征在于，所有所述钻孔二(4)和所有所述钻孔三(5)分别呈梅花形设置。

10.根据权利要求8所述的硬质岩层隧道非爆破开挖施工方法，其特征在于，相邻两个所述钻孔二(4)和相邻两个所述钻孔三(5)的间距分别为300-500mm。

2

CN 109681223 A

说　明　书

一种硬质岩层隧道非爆破开挖施工方法

1/3页

技术领域

[0001]本发明涉及工程施工领域，特别涉及一种硬质岩层隧道非爆破开挖施工方法。背景技术

[0002]在某些城市建设施工中，硬质岩层隧道开挖施工要求采用非爆破开挖，减小对建筑和环境的扰动；目前传统施工方法是采用破碎机械、人工在洞内直接进行破除施工，此方法在洞内掌子面开挖时，由于地层硬度较高、设备及人工直接对围岩进行破除，导致破除效率不高、设备投入利用率小、损耗较大，严重影响正常施工组织。发明内容

[0003]本发明的目的在于克服现有技术中所存在的现有方法在洞内掌子面开挖时，由于地层硬度较高、设备及人工直接对围岩进行破除，导致破除效率不高、设备投入利用率小、损耗较大，严重影响正常施工组织的上述不足，提供一种硬质岩层隧道非爆破开挖施工方法。

[0004]为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：[0005]一种硬质岩层隧道非爆破开挖施工方法，包括以下步骤：[0006]A、将隧道掌子面划分为上掌子面和下掌子面，在所述上掌子面和所述下掌子面的分界线上沿隧道纵向钻取若干个钻孔一，所有所述钻孔一形成临空面；[0007]B、在所述上掌子面沿隧道纵向钻取若干个钻孔二，并由靠近所述临空面的所述钻孔二开始逐步劈裂剥离所述上掌子面的岩石，掘进所述上掌子面，形成上台阶；[0008]C、在所述上台阶底面沿隧道竖向钻取若干个钻孔三，并由靠近所述下掌子面的所述钻孔三开始逐步劈裂剥离所述下掌子面的岩石，完成全掌子面的开挖掘进。[0009]相比现有技术直接在掌子面上采用破碎机械和/或人工进行破除施工，采用本发明所述的一种硬质岩层隧道非爆破开挖施工方法，在掌子面中部设置钻孔一形成临空面，利用岩石的脆性，由上掌子面沿临空面的钻孔二依次劈裂岩石形成上台阶，利用已开挖后的空间沿竖向设置的钻孔三依次劈裂下台阶岩石，极大提升了施工效率，该方法由点到面逐层剥离，操作灵活、简单便捷，效果良好，施工投入小，节约成本。[0010]优选地，重复所述步骤A-C，直至完成隧道的开挖掘进。[0011]优选地，采用劈裂机由所述钻孔二和所述钻孔三分别劈裂剥离所述上掌子面和所述下掌子面的岩石。

[0012]采用这种方式，由劈裂机代替了传统的大型设备破除岩石，尤其适用于空间狭小、大型设备操作困难、无法满足空间限制要求的场所，同时采用劈裂机施工污染小、噪音低、排废少，特别适合超深竖井开挖时通风难度较高的地铁隧道施工使用。[0013]劈裂机的液压设备可以布设在竖井环框梁部位，劈裂枪可以悬挂在竖井或者隧道侧墙，大大减少了空间占用率，尤其是在地铁施工中，有着绝对优势，空间利用率高。[0014]优选地，所述钻孔二和所述钻孔三采用风钻成孔。

3

CN 109681223 A[0015]

说　明　书

2/3页

优选地，所有所述钻孔一并排设置形成所述临空面。

[0016]优选地，钻取8-10个所述钻孔一。[0017]优选地，所述步骤B中，所述上掌子面每掘进2-5m，随即支护，并执行所述步骤C。[0018]优选地，所有所述钻孔一沿所述分界线的中部设置。[0019]优选地，每个所述钻孔一的直径等于或者大于150mm。[0020]优选地，每次钻取的所述钻孔一的长度为15-30m。[0021]优选地，每个所述钻孔二的直径和每个所述钻孔三的直径分别为30-70mm。[0022]优选地，所有所述钻孔二呈阵列设置，所有所述钻孔三呈阵列设置。[0023]优选地，所有所述钻孔二和所有所述钻孔三分别呈梅花形设置。[0024]优选地，相邻两个所述钻孔二和相邻两个所述钻孔三的间距分别为300-500mm。[0025]优选地，待挖掘的隧道岩石为硬质岩时，相邻两个所述钻孔二和相邻两个所述钻孔三的间距分别为400-500mm，待挖掘的隧道岩石为软质岩时，相邻两个所述钻孔二和相邻两个所述钻孔三的间距分别为300-400mm。[0026]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：[0027]1、相比现有技术直接在掌子面上采用破碎机械和/或人工进行破除施工，采用本发明所述的一种硬质岩层隧道非爆破开挖施工方法，在掌子面中部设置钻孔一形成临空面，利用岩石的脆性，由上掌子面沿临空面的钻孔二依次劈裂岩石形成上台阶，利用已开挖后的空间沿竖向设置的钻孔三依次劈裂下台阶岩石，极大提升了施工效率，该方法由点到面逐层剥离，操作灵活、简单便捷，效果良好，施工投入小，节约成本；[0028]2、由劈裂机代替了传统的大型设备破除岩石，尤其适用于空间狭小、大型设备操作困难、无法满足空间限制要求的场所，同时采用劈裂机施工污染小、噪音低、排废少，特别适合超深竖井开挖时通风难度较高的地铁隧道施工使用；[0029]3、劈裂机的液压设备可以布设在竖井环框梁部位，劈裂枪可以悬挂在竖井或者隧道侧墙，大大减少了空间占用率，尤其是在地铁施工中，有着绝对优势，空间利用率高。附图说明

[0030]图1为实施例中所述步骤A时的隧道断面示意图；[0031]图2为图1的俯视图；

[0032]图3为实施例中所述步骤B时的隧道断面示意图；[0033]图4为图3的俯视图；

[0034]图5为实施例中所述步骤C时的隧道断面示意图；[0035]图6为图5的俯视图；

[0036]图7为本发明所述的一种硬质岩层隧道非爆破开挖施工方法的流程示意图。[0037]图中标记：1-上掌子面，2-下掌子面，3-钻孔一，4-钻孔二，5-钻孔三。具体实施方式

[0038]下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

4

CN 109681223 A[0039]

说　明　书

3/3页

实施例

[0040]如图1-7所示，本发明所述的一种硬质岩层隧道非爆破开挖施工方法，用于狭小空间硬质岩层隧道开挖，包括以下步骤：[0041]A、如图1-2所示，将隧道掌子面划分为上掌子面1和下掌子面2，在所述上掌子面1和所述下掌子面2的分界线上沿隧道纵向并排钻取8个直径150mm的钻孔一3，所有所述钻孔一3位于分界线的中部，每个所述钻孔一3深30m，完工后所有所述钻孔一3形成高0.15m、宽1.2m的临空面；[0042]B、如图3-4所示，采用风钻在所述上掌子面1沿隧道纵向钻取若干个直径50mm的钻孔二4，所有所述钻孔二4呈梅花形阵列设置，每个所述钻孔二4深5m，相邻两个所述钻孔二4的间距为500mm；

[0043]如图3中箭头方向所示，采用劈裂机由靠近所述临空面的所述钻孔二4开始逐步劈裂剥离所述上掌子面1的岩石，将所述上掌子面1向前掘进5m，形成上台阶，随即支护；[0044]C、如图5-6所示，采用风钻在所述上台阶底面沿隧道竖向钻取若干个直径50mm的钻孔三5，所有所述钻孔三5呈梅花形阵列设置，相邻两个所述钻孔三5的间距为500mm；[0045]如图6中箭头方向所示，采用劈裂机由靠近所述下掌子面2的所述钻孔三5开始逐步劈裂剥离所述下掌子面2的岩石，随即支护，完成全掌子面向前掘进5m；[0046]D、重复所述步骤B-C，完成与所述钻孔一3深度对应的30m全掌子面掘进；[0047]E、重复所述步骤A-D，直至完成隧道的开挖掘进。[0048]相比现有技术直接在掌子面上采用破碎机械和/或人工进行破除施工，采用本发明所述的一种硬质岩层隧道非爆破开挖施工方法，在掌子面中部设置钻孔一形成临空面，利用岩石的脆性，由上掌子面沿临空面的钻孔二依次劈裂岩石形成上台阶，利用已开挖后的空间沿竖向设置的钻孔三依次劈裂下台阶岩石，极大提升了施工效率，由劈裂机代替了传统的大型设备破除岩石，尤其适用于空间狭小、大型设备操作困难、无法满足空间限制要求的场所，同时采用劈裂机施工污染小、噪音低、排废少，特别适合超深竖井开挖时通风难度较高的地铁隧道施工使用，劈裂机的液压设备可以布设在竖井环框梁部位，劈裂枪可以悬挂在竖井或者隧道侧墙，大大减少了空间占用率，尤其是在地铁施工中，有着绝对优势，空间利用率高，该方法由点到面逐层剥离，操作灵活、简单便捷，效果良好，施工投入小，节约成本。

[0049]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

5

CN 109681223 A

说　明　书　附　图

1/7页

图1

6

CN 109681223 A

说　明　书　附　图

图2

7

2/7页

CN 109681223 A

说　明　书　附　图

3/7页

图3

8

CN 109681223 A

说　明　书　附　图

4/7页

图4

9

CN 109681223 A

说　明　书　附　图

5/7页

图5

10

CN 109681223 A

说　明　书　附　图

6/7页

图6

11

CN 109681223 A

说　明　书　附　图

7/7页

图7

12