一种基于钻劈台车的隧道零扰动开挖施工方法与流程

本发明涉及隧道开挖，具体涉及一种基于钻劈台车的隧道零扰动开挖施工方法。

背景技术：

1、随着城市的不断发展，城市隧道建设量激增。现阶段比较常用的有化学破岩开挖和机械破岩开挖两种形式。其中机械开挖主要包括悬臂式掘进机、液压破碎锤、tbm掘进机、钻孔劈裂法破岩；化学破岩主要包括炸药爆破、金属膨胀剂爆破、二氧化碳爆破、静态破碎剂。

2、通过对开挖效果的分析主要存在以下问题：岩石强度大于100mpa以上时，基于冲击压碎和铣磨切割原理的机械掘进方法，均存在钎杆、刀盘或截齿的疲劳失效、磨损严重、磨具高温弱化、成本增加、效率降低，振动过大、结构变形等问题；化学破岩技术中，炸药爆破对环境扰动大，金属膨胀剂成本高、振速大，二氧化碳爆破设备复杂、步骤繁琐、能量有限、水平封孔有效率低，静态破碎能量低、作用时间缓慢、需要较大临空面。

3、尤其城市隧道开挖过程，地面环境复杂，临近各类民用建筑物或者保护建筑，开挖过程中对振动和噪声控制要求严格，现有破岩方法难以兼顾对环境的零扰动和开挖效率。由此可见，现有技术中的隧道零扰动控制开挖方法仍需要进一步改进，急需提出一种更为有效的隧道开挖方法。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种基于钻劈台车的隧道零扰动开挖施工方法，解决现有技术中开挖扰动大、开挖效率低、综合成本高的瓶颈问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、一种基于钻劈台车的隧道零扰动开挖施工方法，使用钻劈台车进行开挖作业，所述钻劈台车包括行走装置、旋转油缸、钻机和劈裂器，旋转油缸通过机械臂设在行走装置前侧，旋转油缸的执行端设有直线导轨架，钻机和劈裂器别设在直线导轨架两侧。

4、所述隧道的掌子面为圆形，掌子面由中心下侧的水平分界线分成上台阶和下台阶。

5、上台阶包括大直径中空孔区、轴向劈裂破岩一区、轴向劈裂破岩二区和轴向劈裂破岩三区，轴向劈裂破岩三区为沿掌子面外轮廓线分布的半圆弧形区域，大直径中空孔区位于上台阶作业面下部中间位置的方形区域。

6、轴向劈裂破岩一区有两个，位于大直径中空孔区左右两侧，轴向劈裂破岩二区位于轴向劈裂破岩一区和大直径中空孔区的上方。

7、基于钻劈台车的隧道零扰动开挖施工方法，包括如下步骤：

8、s1、采用全站仪定位，在大直径中空孔区定位出各中空孔的位置，在轴向劈裂破岩一区定位出各第一劈裂孔的位置，在轴向劈裂破岩二区定位出各第二劈裂孔的位置，在轴向劈裂破岩三区定位出各第三劈裂孔的位置。

9、对上台阶的所有定位点进行标记。

10、s2、根据s1中标出大直径中空孔区的定位点，依次钻出所有中空孔，并对各中空孔进行吹清空。

11、s3、在轴向劈裂破岩一区内的各定位点上依次钻出各第一劈裂孔，劈裂器按照由靠近大直径中空孔区的第一劈裂孔依次向外的顺序进行劈裂，完成对两个轴向劈裂破岩一区的破岩作业。

12、s4、根据s1中标出轴向劈裂破岩二区的定位点，依次钻出所有第二劈裂孔。

13、劈裂器按照由下往上的顺序对轴向劈裂破岩二区逐层进行劈裂，完成对整个轴向劈裂破岩二区的破岩作业。

14、s5、根据s1中标出轴向劈裂破岩三区的定位点，依次钻出所有第三劈裂孔，劈裂器插入第三劈裂孔依次对轴向劈裂破岩三区进行破岩作业。

15、上台阶破岩作业完成后，进行碎岩石出渣，检查隧道上台阶轮廓线的平整度，采用凿岩器具对上台阶的轮廓线进行修整。

16、s6、上台阶劈裂破岩超前下台阶一段距离后，对下台阶的顶部清理并定位出各竖向劈裂孔，对各定位点进行标记。

17、钻机在各所述定位点依次钻出所有竖向劈裂孔，劈裂器插入竖向劈裂孔沿隧道掘进方向对下台阶进行逐层劈裂，下台阶破岩作业完成后进行碎岩石出渣，采用凿岩器具对下台阶的轮廓线进行修整。

18、s7、重复步骤s1至步骤s6,沿隧道的轴向依次分段进行掘进，直至隧道开挖完成。

19、进一步地，所述上台阶内的各劈裂孔的轴线均与隧道掌子面的轴线平行，其深度相同。

20、中空孔有n列，n为大于3的奇数，每列所述中空孔均包括竖向等间隔布置的多个中空孔。

21、其中一列中空孔布置在掌子面的中线上，其余的n-1列中空孔平均分为两组，在掌子面的中线两侧对称分布。

22、进一步地，中空孔的直径与上台阶内各劈裂孔的直径相等，其深度为上台阶内的各劈裂孔深度的2.3至2.8倍。

23、进一步地，位于掌子面中线同侧的相邻两列中空孔的列距向外依次增大，位于中线上的中空孔的孔距与其相邻两列中空孔的孔距相等，位于中线上的中空孔与其相邻的两列中空孔均错位分布。

24、位于大直径中空孔区最外侧的两列中空孔的孔距均大于其余列中空孔的孔距。

25、进一步地，两个轴向劈裂破岩一区关于掌子面的中线左右对称布置。

26、轴向劈裂破岩一区具有横向依次等间隔布置的多列第一劈裂孔，每列第一劈裂孔均包括竖向等间隔布置的多个第一劈裂孔。

27、最外侧一列中空孔中任意相邻两个中空孔的孔距不大于同列的任意相邻两个第一劈裂孔的孔距。

28、进一步地，在s4中，所述第二劈裂孔有多行，各行第二劈裂孔在轴向劈裂破岩二区内由上到下依次等间隔排布，行第二劈裂孔均包括横向等间隔布置的多个第二劈裂孔。

29、任意相邻两行第二劈裂孔的行距与同行的相邻两个第二劈裂孔的间距均相等，最下层第二劈裂孔与最上方的中空孔的垂直距离不小于700mm。

30、进一步地，位于轴向劈裂破岩三区内的第三劈裂孔有若干个，所有第三劈裂孔在以掌子面的中心为圆心的圆周上等间隔均匀分布，且靠近掌子面外轮廓线的一侧。

31、进一步地，位于所述下台阶顶部的竖向劈裂孔有多行，多行竖向劈裂孔沿隧道的轴向依次等间隔布置，每行竖向劈裂孔均包括横向等间隔排布的若干个竖向劈裂孔。

32、任意相邻两行竖向劈裂孔错位排布，各竖向劈裂孔的下端均延伸至掌子面外轮廓线的底部。

33、进一步地，所述钻机和劈裂器相对滑动设在直线导向机构两侧，直线导轨架的两侧设有能够分别驱动钻机和劈裂器运动的直线驱动机构，旋转油缸驱动钻机和劈裂器绕旋转中心转动。

34、通过采用上述技术方案，本发明的有益技术效果是：本发明提供的隧道钻劈台车零扰动开挖方法，在采用钻劈台车进行钻孔劈裂破岩前，首先选择隧道掌子面中心位置钻设中空孔，为劈裂破岩创造自由面，减小岩石夹制作用，提高劈裂破岩效率。密集设置中空孔区域，为初期钻劈台车破岩提供岩石移动区域，打开掌子面岩石缺口，为后续劈裂破岩提供空间。

35、在中空孔的基础上，采用钻劈台车进行钻孔、劈裂破岩连续交替作业，实现零扰动前提下的高效隧道开挖。此方法综合成本低，降低有害气体和产尘量，环境友好。采用的钻劈台车机械臂同时集成了钻孔及劈裂岩石的功能，可以连续进行破岩作业，提高了开挖效率，相比其他破岩方法，扰动小、损耗低，形成的隧道轮廓平整，对深部岩石的损伤更低，为后续隧道支护提供有利条件。