[发明专利]三维多阶段隧道掘进方法及其设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种隧道掘进方法；以及特别是涉及一种三维多阶段隧道掘进方法及其设备，其中在通过隧道掘进机(TBM)挖掘引导隧道的期间可以同时实施钻孔和爆破的工作，于是可以减少挖掘的周期和费用。

背景技术

在岩石隧道掘进的工作中，为了解决地面震动的问题和改善隧道掘进率，已经提出了一种隧道掘进机/新奥地利掘进方法(TBM/NATM)。根据这个结合的TBM/NATM方法，在使用NATM方法挖掘用于扩大的隧道剩余部分的同时，使用TBM挖掘一个引导隧道。

对于传统的使用TBM引导隧道的隧道掘进或扩大爆破，通常使用一种用于在掘进方向获得钻孔和爆破的纵向钻孔和爆破方法(在后文中，称为纵向钻孔和爆破方法)来实施钻孔和爆破。在大部分挖掘面上，根据工作环境使用一个腿钻机或一个车装钻机在一个要被挖掘的区域上钻装药孔。

下面结合图1和图2A到2D描述现有的纵向钻孔和爆破方法。

参考图1，根据一个排列钻装药孔4，对于每个装药孔4的每个圆圈中的参考标记指示了爆破的顺序。

图2A到2D是描述现有的纵向钻孔和爆破方法的各个步骤的示意图。参考标记1，2，3、4和5分别代表一个引导隧道、一个上半部分、一个下半部分、装药孔和一个直线钻孔区域。

根据现有的纵向钻孔和爆破方法，首先在图2A所示的上半部分2上钻装药孔4。根据工作的情况，使用立式钻机实施一预定长度隧道的钻掘。或使用车装钻机实施岩栓或装药孔的钻掘。

因此，如图2B所示，实施装药孔4的钻掘。在这个时刻，确定装药孔4的爆破延迟次序。爆破延迟次序用于依次产生爆破，从一个最靠近一个引导隧道1的自由面的区域开始以便获得一个由引导隧道1所提供的一个自由面，该次序被这样确定，即爆破依次从最靠近引导隧道1的最内区域进行到最远离引导隧道1的最外部区域。在这个时刻，也确定了直线钻孔区域5的爆破延迟次序。与引导隧道1的相似，这样确定最外部分的爆破延迟次序，即它对应于一个底部部分、一个下部部分和一个顶部部分的次序。在确定爆破延迟次序的基础上，实施直线钻孔区域5的装药。在这个情况下，预先确定的炸药量被装入到直线钻孔区域5的爆破部分中，要考虑到在如图2B所示在钻孔和爆破之后产生的岩石松动区域。

在完成装药之后，安装计划好的爆破延迟次序实施爆破。在爆破之后清除所产生的碎料，如图2C所示。此后，如图2D所示，在整个区域中钻掘具有一预定长度的装药孔4。重复上述步骤以获得所需要的隧道。

在按照上述的次序挖掘一个隧道的传统的纵向爆破方法中，因为装药孔4是布置在一个隧道掘进的方向，爆破震动将会通过隧道的整个长度传递到地表面。于是，当爆破压力和能量从爆破点传递到岩石上时，就会产生地面的爆破震动。由于这个地面震动，安装在靠近隧道上面部分的区域的结构和其它对震动敏感的设施将受到严重的破坏。

在传统的纵向钻孔和爆破的方法中，只是在去除用于TBM碎料车的轨道之后，在纵向实施TBM引导隧道的扩大爆破。于是限制了依次挖掘的长度。由于挖掘长度的增加，将增加过度断裂和钻孔的时间。在挖掘之后再实施装药孔的钻掘是不便利的，因为隧道表面十分不规则平整，以及限制了在掘进方向用于装药孔的钻掘的长度。此外，在使用TBM完成引导隧道的挖掘的之后，在隧道掘进工作中应当重复实施钻孔—装药—爆破—碎料清除的步骤。于是，引导隧道可以被无效率地使用。这将导致长的建设周期和高的建筑成本。此外，因为堆积的挖掘区域下面的碎料需要使用适合的机械设备逐一地装载到卸载车上，这需要长的时间去除碎料，以便直到去除所有的碎料实施下面的步骤。

在这个去除碎料的步骤中，可支撑的随后的车辆的数量受到限制，借此用作在提高挖掘长度中的阻碍因素。此外，随着挖掘长度的增加，不可避免地要增加过度断裂。尽管在预定区域的过度断裂可以增加挖掘的长度，但是增加了碎料量和去除碎料的时间。因此，考虑到隧道挖掘周期时间，要对挖掘长度的增加进行限制。

为了解决上述的问题，在韩国专利No.98-143712中公开了一种双向钻孔和爆破方法以及装药孔钻掘设备。图3A和3B分别显示了排列的装药孔，图3C分别显示了沿着在图3A和3B中的A-A和B-B线的截面视图。图4A到4D是分别描述双向钻孔和爆破方法的顺序步骤地示意图。

参考图3A到3C，沿着引导隧道7的径向方向钻取网格形状的装药孔，接着在一个最外的隧道部分中沿着纵向进行钻掘。在这个时候，分配给每个装药孔9的圆圈中的参考数字代表爆破次序。