一种硬岩地层竖井内环形盾构与核心爆破分步掘进方法与流程

本发明属于竖井盾构掘进的，具体涉及一种硬岩地层竖井内环形盾构与核心爆破分步掘进方法。

背景技术：

1、我国城市发展迅速，但在发展数十年过程中，由于各阶段发展理念改变、城市规划不合理、经济成本和人口增长等，造成城市空间利用率和布局不合理、以及老破改造等，城市发展不能满足人民需求，城市更新改造成为未来发展趋势。随着我国城市更新进度加快，地下空间利用问题日益突出。各大城市建造了竖井车库用于缓解停车难问题，地下储蓄水池调节洪涝灾害及水资源回收利用，采用竖井作为地下能源储存及地下储能空间，山岭隧道通风竖井等。竖井施工方法分为人工开挖施工、半机械开挖施工以及机械开挖施工。盾构因其开挖速度快、安全性高、周边环境影响小等优势而普遍应用。

2、大直径竖井机械化施工一直是地下工程领域面临的难题，目前施工多采用人工开挖竖井，在地面建造好井筒后，随开挖下沉，施工速度慢，而且井筒在下沉时容易存在偏斜、下沉不顺利、需添加助沉剂等问题。近年来，随着科技的发展逐步出现了一些机械化施工设备，但存在机械化程度低、出渣速度慢影响施工进度等问题。特别是硬岩地层，通常采用单一的钻爆法或盾构施工，存在施工效率低、施工人员安全、刀具磨损严重频繁换刀等问题，无法综合利用盾构安全性高、周边环境影响小和钻爆法开挖硬岩效率高等特点。

技术实现思路

1、本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种硬岩地层竖井内环形盾构与核心爆破分步掘进方法，利用到环形刀盘盾构机，该环形刀盘盾构机由刀盘组件、伸缩组件、驱动组件和护盾组成，驱动组件设于护盾内，伸缩组件安装在驱动组件上并同刀盘组件连接，伸缩组件驱动刀盘组件进行升降运动，驱动组件驱动伸缩组件进行旋转运动。首先在硬岩竖井掘进过程中环形刀盘盾构形成环形导洞，为大直径硬岩竖井钻爆开挖提供预裂面和增加爆破临空面，然后在核心硬岩掌子面岩体采用钻爆法施工，不仅实现精准控制消除超欠挖，还能减少爆破药卷数量，节省成本。

2、本发明目的实现由以下技术方案完成：

3、一种硬岩地层竖井内环形盾构与核心爆破分步掘进方法，所述掘进方法包括以下步骤：

4、s1：利用环形刀盘盾构机在竖井内的硬岩地层的掌子面上开挖环形导洞；

5、其中，所述环形刀盘盾构机包括刀盘组件、伸缩组件、驱动组件和护盾，所述驱动组件设于所述护盾内，所述伸缩组件安装在所述驱动组件上并同所述刀盘组件连接；启动所述伸缩组件和所述驱动组件，所述伸缩组件驱动所述刀盘组件向下运动，所述驱动组件驱动所述伸缩组件进行旋转；

6、s2：所述环形导洞开挖完成后，关闭所述环形刀盘盾构机的所述伸缩组件和所述驱动组件；

7、s3：在未被开挖的所述掌子面上开设炮孔，并在所述炮孔内安装药卷；

8、s4：启动所述伸缩组件，所述伸缩组件驱动所述刀盘组件向上运动，使所述刀盘组件回退至所述掌子面上；

9、s5：起爆所述药卷，并清除所述药卷爆破后产生的岩渣；

10、s6：重复步骤s1至步骤s5，开挖下一所述掌子面，直至所述竖井开挖完成。

11、所述驱动组件包括反力架、行星电机和齿轮，所述行星电机沿所述反力架周向布置有多个，所述行星电机的行星电机轴上设有齿轮。

12、所述反力架由扇形支撑板、反力板、径向肋板和弧形肋板组成，所述反力板为圆环状，所述扇形支撑板沿所述反力板周向布置有多个，所述径向肋板和所述弧形肋板分别沿所述扇形支撑板的径向和弧向布置。

13、所述伸缩组件包括液压缸、基座和环形齿轮，所述环形齿轮和所述液压缸分别设于所述基座的上侧和下侧，所述环形齿轮与所述驱动组件的齿轮相啮合，所述液压缸沿所述基座周向布置有多组并安装在防护伸缩管内，所述液压缸的底座固定在所述基座上、伸缩杆同所述刀盘组件连接，所述基座下侧由内至外依次设置有螺旋排渣壁和防护罩。

14、所述刀盘组件包括弧形块刀盘、滚刀和刮刀，所述弧形块刀盘沿周向设置有多个，相邻所述弧形块刀盘之间形成有进渣口，所述弧形块刀盘的弧向两侧各设有一组所述刮刀，所述弧形块刀盘中部设有一组所述滚刀。

15、本发明的优点是：

16、(1)首先在硬岩竖井掘进过程中环形刀盘盾构形成环形导洞，为大直径硬岩竖井钻爆开挖提供预裂面和增加爆破临空面，然后在核心硬岩掌子面岩体采用钻爆法施工，不仅实现精准控制消除超欠挖，还能减少爆破药卷数量，节省成本；

17、(2)盾构掘进安全性高但存在硬岩地层刀具磨损严重维护费用高问题，而钻爆法成本低但安全性较低，结合盾构法与钻爆法优缺点，仅采用环形刀具形成竖井预裂面与增加爆破临空面，减少刀具数量和使用时长，减少刀具磨损，节省成本；

18、(3)利用环形刀盘盾构机施工竖井，可在竖井井壁周围形成临时支护，保证竖井施工安全；

19、(4)螺旋排渣壁可利用螺旋结构的旋转，将岩渣从环形导洞内排出。

技术特征：

1.一种硬岩地层竖井内环形盾构与核心爆破分步掘进方法，其特征在于所述掘进方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种硬岩地层竖井内环形盾构与核心爆破分步掘进方法，其特征在于所述驱动组件包括反力架、行星电机和齿轮，所述行星电机沿所述反力架周向布置有多个，所述行星电机的行星电机轴上设有齿轮。

3.根据权利要求2所述的一种硬岩地层竖井内环形盾构与核心爆破分步掘进方法，其特征在于所述反力架由扇形支撑板、反力板、径向肋板和弧形肋板组成，所述反力板为圆环状，所述扇形支撑板沿所述反力板周向布置有多个，所述径向肋板和所述弧形肋板分别沿所述扇形支撑板的径向和弧向布置。

4.根据权利要求2所述的一种硬岩地层竖井内环形盾构与核心爆破分步掘进方法，其特征在于所述伸缩组件包括液压缸、基座和环形齿轮，所述环形齿轮和所述液压缸分别设于所述基座的上侧和下侧，所述环形齿轮与所述驱动组件的齿轮相啮合，所述液压缸沿所述基座周向布置有多组并安装在防护伸缩管内，所述液压缸的底座固定在所述基座上、伸缩杆同所述刀盘组件连接，所述基座下侧由内至外依次设置有螺旋排渣壁和防护罩。

5.根据权利要求2所述的一种硬岩地层竖井内环形盾构与核心爆破分步掘进方法，其特征在于所述刀盘组件包括弧形块刀盘、滚刀和刮刀，所述弧形块刀盘沿周向设置有多个，相邻所述弧形块刀盘之间形成有进渣口，所述弧形块刀盘的弧向两侧各设有一组所述刮刀，所述弧形块刀盘中部设有一组所述滚刀。

技术总结本发明公开了一种硬岩地层竖井内环形盾构与核心爆破分步掘进方法，包括以下步骤：S1：利用环形刀盘盾构机在竖井内的硬岩地层的掌子面上开挖环形导洞；S2：环形导洞开挖完成后，关闭环形刀盘盾构机的伸缩组件和驱动组件；S3：在未被开挖的掌子面上开设炮孔，并在炮孔内安装药卷；S4：启动伸缩组件，伸缩组件驱动刀盘组件向上运动，使刀盘组件回退至掌子面上；S5：起爆药卷，并清除药卷爆破后产生的岩渣；S6：重复步骤S1至步骤S5，开挖下一掌子面，直至竖井开挖完成。本发明的优点是：不仅实现精准控制消除超欠挖，还能减少爆破药卷数量，节省成本。技术研发人员：赵璐,李冰,姚铁军,李文兵,牛俊涛,殷腾宗受保护的技术使用者：中铁十五局集团有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6