基于无声破碎剂的隧洞开挖方法

摘要

本发明提供基于无声破碎剂的隧洞开挖方法，包括：步骤1.确定循环进尺，并在设计掏槽部位钻空孔；步骤2.在空孔内进行扩挖形成沿轴向排列并且间隔设置的多个柱腔；封堵孔口，仅留灌浆管的出入通道；步骤3.将无声破碎剂与水调和制作浆体；步骤4.将浆体由孔底往孔口的顺序注入到柱腔及空孔中；浆体膨胀产生巨大压力，破裂并挤出临近掌子面预掏槽部位的岩体；步骤5.在破裂岩体中钻孔，插入锚杆，拉拔锚杆，将破裂岩体拔出，完成该循环进尺掏槽施工，步骤6.在第一个循环进尺爆破开挖完成后，形成新的掌子面，后续循环进尺的掏槽施工仅需执行步骤5；步骤7.当孔深范围内岩体R全部开挖完成后，再执行步骤1～6，进行下一段隧洞的开挖。

权利要求

1.一种基于无声破碎剂的隧洞开挖方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.根据隧洞断面大小，确定循环进尺L1，并在设计掏槽部位钻孔径为D2并且孔深L2的空孔，L2＝n×L1，n＞1，n为整数；

步骤2.用扩底钻在空孔内进行扩挖形成沿轴向排列并且间隔设置的多个柱腔，第一个柱腔设置在第一段循环进尺的中部或后部处，后续柱腔均等间隔设置，每个柱腔的孔径为D3，长为L3，D3＞D2，柱腔的孔径D3＝10～30cm，长L3＝20～40cm，并且L3：L1＝1：2～8；然后用封口器封堵孔口，仅留灌浆管的出入通道；

步骤3.将无声破碎剂与水调和制作填充浆体；

步骤4.利用灌浆设备将填充浆体由孔底往孔口的顺序注入到柱腔及空孔中；填充浆体膨胀产生巨大压力，破裂并挤出临近掌子面预掏槽部位的岩体；

步骤5.利用手风钻在破裂岩体中钻孔，插入自锚式锚杆，利用装载机拉拔锚杆，将破裂岩体拔出，形成槽形空腔，完成该循环进尺掏槽施工，步骤6.在第一个循环进尺爆破开挖完成后，形成新的掌子面，其附近岩体的掏槽自动完成，后续循环进尺的掏槽施工仅需执行步骤5即可；

步骤7.当孔深范围内岩体R全部开挖完成后，再执行上述步骤1～6，进行下一段隧洞T的开挖。

2.根据权利要求1所述的基于无声破碎剂的隧洞开挖方法，其特征在于：其中，在步骤1中，循环进尺L1＝80～150cm。

3.根据权利要求1所述的基于无声破碎剂的隧洞开挖方法，其特征在于：其中，在步骤1中，空孔的孔径D2＝5cm～13cm，孔深L2＝6～15m。

4.根据权利要求1所述的基于无声破碎剂的隧洞开挖方法，其特征在于：其中，在步骤4中，填充浆体产生的膨胀压力为60～90MPa、初凝时间15分钟以上。

说明书

基于无声破碎剂的隧洞开挖方法

技术领域

[0001] 本发明属于隧洞开挖的施工方法技术领域，具体涉及一种基于无声破碎剂的隧洞开挖方法。技术背景

[0002] 随着社会经济的发展，交通拥堵、城市建设用地紧张等问题日益突出，地下空间开发作为解决交通拥堵、提高土地资源利用率的重要手段，越来越得到人们的重视。目前，在岩体隧洞开挖中最经济的方法是爆破法。隧洞断面爆破开挖主要包括掏槽孔掏槽、崩落孔和周边孔的开挖，其中，为增加临空面，提高爆破效果，在进行隧洞开挖时，需预先进行掏槽孔的开挖，由于隧洞爆破掏槽时临空面少，单孔装药量也较大，相对于隧洞崩落孔和周边孔的爆破开挖，掏槽爆破会产生很大的振动和噪音。在经过居民区、城市地底等复杂环境下，采用爆破掏槽进行隧洞开挖时，过大的振动和噪声会影响附近建筑物和构筑物的安全以及居民的身心健康。为解决这些问题，人们进行了一系列的探索研究。

[0003] 中国专利说明书CN200910058471.7中公开了一种用于隧洞开挖中的减震爆破方法，该方法采用超前支护，并设置密空孔幕来进行爆破，且在爆破中边爆破边进行支护措施，从而能有效将隧洞开挖中爆破产生的震动减小，使在坚固系数f＝1～2的全～强风化岩土过渡段中进行隧洞开挖爆破作业时，能顺利达到施工要求。该方法需钻设密集空孔，大大增加了作业时间，工序众多，施工周期长，同时也未能解决过大的爆破噪声的问题。

[0004] 中国专利说明书CN200810045117.6中公开了一种隧道及地下工程非爆破开挖方法，用于隧道及地下工程。该方法的技术要点是在隧道软质岩地段采用以液压破碎锤为主、静态破碎为辅进行开挖，在硬质岩地段采用以静态破碎为主、液压冲击锤配合进行开挖。具体步骤为：在掌子面外轮廓线上间隔钻设一定间距周边孔；用液压冲击锤凿除掌子面上的软质岩段，以及硬质岩体中的岩体破碎部分，在硬质岩体中制造出至少一个临空面；在临空面轮廓外的硬质岩体上钻孔布设药孔，装药后对硬质岩体进行静态破碎。该方法旨在全部采用静态破碎方法开挖隧洞，虽能消除爆破带来的振动和噪声，但是相对爆破方法而言，受岩石性质的影响较大，工期较长且成本较高，施工也较为复杂。

发明内容

[0005] 本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于无声破碎剂的隧洞开挖方法，实现隧洞掏槽时的零振动和噪声，适用于经过居民区等复杂环境下的隧洞施工。

[0006] 本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

[0007] 本发明提供一种基于无声破碎剂的隧洞开挖方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.根据隧洞断面大小，确定循环进尺L1，并在设计掏槽部位钻孔径为D2并且孔深L2的空孔，L2＝n×L1，n＞1；步骤2.用扩底钻在空孔内进行扩挖形成沿轴向排列并且间隔设置的多个柱腔，第一个柱腔设置在第一段循环进尺的中部或后部处，后续柱腔均等间隔设置，每个柱腔的孔径为D3，长为L3，D3＞D2，柱腔的孔径D3＝10～30cm，长L3＝20～40cm，并且L3：L1＝1：2～8；然后用封口器封堵孔口，仅留灌浆管的出入通道；步骤3.将无声破碎剂与水调和制作填充浆体；步骤4.利用灌浆设备将填充浆体由孔底往孔口的顺序注入到柱腔及空孔中；填充浆体体积发生膨胀产生巨大压力，破裂并挤出临近掌子面预掏槽部位的岩体；步骤
5.在每个爆破循环工作之前，利用手风钻在破裂岩体中钻孔，插入自锚式锚杆，利用装载机拉拔锚杆，将破裂岩体拔出，形成槽形空腔，完成该循环进尺掏槽施工，步骤6.在第一个循环进尺爆破开挖完成后，形成新的掌子面，其附近岩体的掏槽自动完成，后续循环进尺的掏槽施工仅需执行步骤5即可；步骤7.当孔深范围内岩体R全部开挖完成后，再执行上述步骤1～6，进行下一段隧洞T的开挖。

[0008] 进一步，本发明提供的基于无声破碎剂的隧洞开挖方法，还可以具有以下特征：在步骤1中，循环进尺L1＝80～150cm。

[0009] 进一步，本发明提供的基于无声破碎剂的隧洞开挖方法，还可以具有以下特征：在步骤1中，n为整数，空孔的孔径D2＝5cm～13cm，孔深L2＝6～15m，便于一次填充灌浆能逐步实现6～15m岩体掏槽孔的破碎，减小施工干扰。

[0010] 进一步，本发明提供的基于无声破碎剂的隧洞开挖方法，还可以具有以下特征：柱腔个数视开挖岩体力学性质和循环进尺深度确定，当岩体完整坚硬、夹制作用大时，可在钻孔沿线多扩挖几个柱腔。

[0011] 进一步，本发明提供的基于无声破碎剂的隧洞开挖方法，还可以具有以下特征：在步骤4中，填充浆体产生的膨胀压力为60～90MPa、初凝时间15分钟以上。选用的无声破碎剂应有足够的膨胀压力以保证能充分破碎临近掌子面的岩体，要有15分钟以上的初凝时间，以保证在每个孔灌浆结束之前填充浆体不产生初凝，影响灌浆施工，可以采用市售的产品，例如HSCA-I、II型高效无声破碎剂等。

[0012] 发明的作用与效果

[0013] 1、采用无声破碎剂水化反应产生的膨胀压力进行破碎开挖，不会产生爆生有毒气体，施工绿色环保安全；

[0014] 2、掏槽过程中，不会产生爆破振动和噪声，能消除对隧洞沿线建筑物、构筑物和居民生活的影响，适用于隧洞经过居民区以及城市地铁建设等复杂环境下的隧洞掏槽施工；

[0015] 3、本方法施工简单方便，使用时按无声破碎剂的配比要求用水搅拌后灌入钻孔中即可；

[0016] 4、无声破碎剂膨胀速度快、力量大，且具有可控性。一般装药后0.5～1天内就能实现掏槽孔的开挖。

附图说明

[0017] 图1为本发明实施例中隧洞初始空腔断面示意图；

[0018] 图2为本发明实施例中填充灌浆体破碎岩体示意图；

[0019] 图3为本发明实施例中拔出破碎岩体形成掏槽空腔断面示意图；

[0020] 图4为本发明实施例中一次循环进尺开挖完成后新掌子面临近岩体自动破碎断面示意图；

[0021] 图中各部件标号如下：

[0022] T-隧洞；L-循环进尺；F-掌子面；S-填充浆体；C-裂缝；R-岩体；R1-破裂岩体；10-空孔；11-孔底；20-柱腔；30-封口器；40-自锚式锚杆。

具体实施方式

[0023] 以下结合附图对本发明涉及的基于无声破碎剂的隧洞开挖方法的具体实施方案进行详细地说明。

[0024] 某隧洞工程轴线经过居民区，若采用传统爆破方式进行隧洞掏槽，会产生过大的振动和噪声。为防止产生过大的振动和噪声，减小对周边居民生活和建筑物的影响，现采用本实施所提供的基于无声破碎剂的隧洞掏槽方法进行隧洞掏槽，如图1至4所示，具体步骤为：

[0025] 步骤1.如图1所示，根据隧洞T的断面大小，确定循环进尺L为1.0m，并在设计掏槽部位钻直径110mm、深12m的空孔10，分12个循环进行开挖；

[0026] 步骤2.用扩底钻在空孔10内进行扩挖形成沿轴向排列并且间隔设置的多个柱腔20，第一个柱腔20设置在第一段循环进尺L的中部或后部处，后续柱腔20均等间隔设置，每个柱腔20的长约30cm，孔径约20cm；用封口器30封堵孔口，仅留灌浆管的出入通道；

[0027] 步骤3.选用HSCA-II型高效无声破碎剂与水调和制作填充浆体S；

[0028] 步骤4.如图2所示，利用灌浆设备将填充浆体S由孔底11往孔口的顺序注入到柱腔20及空孔10中；经一段时间后，无声破碎剂发生水化，使得填充浆体S产生巨大膨胀压力，挤压岩体R，使岩体R产生裂缝C，实现临近掌子面F的岩体R1破碎；

[0029] 步骤5.如图3所示，在每个爆破循环工作之前，利用手风钻在破裂岩体R1中钻孔，插入一根自锚式锚杆40，利用装载机拉拔自锚式锚杆40，将破裂岩体R1拔出，形成槽形空腔，完成该段循环进尺L的掏槽施工。

[0030] 步骤6.如图4所示，在第一个循环进尺L爆破开挖完成后，形成新的掌子面F，其附近岩体R的掏槽自动完成，后续循环进尺L的掏槽施工仅需执行步骤5即可。

[0031] 当孔深范围内岩体R全部开挖完成后，再执行上述步骤1～6，进行下一段隧洞T的开挖。

[0032] 以上实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的基于无声破碎剂的隧洞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。