[发明专利]一种高铁隧道工程液压凿岩台车机械化光面爆破掘进法

说明书

技术领域

本发明属于钻爆法凿岩掘进领域。

背景技术

如图1所示，传统的钻爆方法，爆破时的崩落与崩抬区基本相同，各占凿岩截面的1/2。同时，传统的凿岩断面钻爆控制较弱，启动爆破时，炮孔间的爆破应力会产生相互抵消和干扰，因而造成爆破炸药的威力不能发挥和爆破效率低，而对隧道周边围岩的应力破坏和扰动等爆破负面效应还比较大，特别是凿岩断面的地质比较复杂的情况时，就有可能造成较严重的后果。

此外，传统的楔形掏槽方式的钻爆方法，是较易掌握的并具有普遍性的一种施工方式，其适用性较强，但在实际运用过程中，这种方式对地质条件不加区分，存在以下现象：大角度大抵抗线、加大掏槽高度、加大掏槽深度、加大孔装药量、加大掏槽炮孔同段装药量、最大段装药量难控制等；在爆破时对隧道周围岩石的应力破坏和扰动比较大，特别是凿岩断面的地质比较复杂的情况时，就有可能造成较严重的后果。

此外，现有钻爆法掘进工程，涉及凿岩断面的钻眼成孔施工过程中，对于凿岩断面周边眼钻眼成孔的施工(如图1所示)，主要有两种施工方式，一种是传统的风钻手手工钻，另一种是相对更现代的凿岩台车机械钻。

传统风钻手手工钻主要存在的问题：

超欠挖范围大，如图2-5所示。

铁道部发布的《铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南》对超欠挖的规定见下表：

超欠挖应符合表4.3.13的规定；

表4.3.13 隧道允许超挖值

注：表所列参数适用于炮眼深度1.0～3.5m，炮眼直径40～50mm，药卷直径20～25mm。

由于传统风钻手操作风钻时，与凿岩边缘必须存在一般在15cm左右操作距离，即须有3°～5°的外插角。因此造成了风钻手在钻眼成孔时，由于空间小加上角度难把握，不可能将钻杆贴凿岩断面边缘平行进行钻眼，钻眼成孔爆破后，常会有+15～20cm的超挖，如图4、5所示；如果风钻手在钻眼操作时，其钻头在凿岩断面距凿岩边缘0～10cm的位置切入，则钻眼成孔爆炸后会出现+15～20cm的欠挖，如图2、3所示。

凿岩断面爆破后的光面效果差，如图6所示：

由于风钻手存在的操作死角，以及在凿岩断面两边垂直面操作时，除了无法克服的操作死角外，还可能出现上下摆动的问题；在凿岩断面的顶部与底操部作时，也可能出现左右摆动的问题。这样当钻眼成孔爆炸后形成的表面是不可能保持平整和相对的光面。

而相对更先进的现有凿岩台车机械钻也依然存在着类似的问题：

隧道常用凿岩台车的液压推进梁，钻杆长度达5530mm，有效孔深达5268mm，由于在推进梁完全靠帮的情况下，钻杆离帮有0.25米左右的距离，不可能将钻杆贴隧道轮廓线延伸方向平行切入钻眼，即钻进方向不能平行于隧道前进方向，常规技术凿岩台车采用钻爆法施工周边成孔时，是以3°～5°的外插角钻进至指定位置，成孔爆破后，离轮廓线也有+20～+30cm左右的超挖距离，所以国外对超欠挖的控制水平也也只能控制在+30cm范围内，难以达到国内对隧道超欠挖控制的严格要求。

钻进角度难控制：

由于大型凿岩台车液压大臂有效举升后，操作人员距离掌子面距离12m以上，钻进方向需要的3°～5°的外插角由于距离远，难以掌握和控制。

采用现有的两种施工方法，在钻爆法掘进隧道时，严重的超欠挖将影响隧道的长期的安全稳定和施工成本。超欠挖控制达不到要求，主要影响为：

a)影响隧道安全稳定；

b)增加了工程量；

c)需要更多砼；

d)拖延了工程时间；

e)增加综合成本费用。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种高铁隧道工程液压凿岩台车机械化光面爆破掘进法，是一种用于地下大断面凿岩工程，具有控制爆破震动和改善爆破效果的一种工程爆破掘进方法。同时，在凿岩断面的钻眼成孔施工过程中，对于凿岩断面周边眼的钻眼成孔的施工，相对现有技术大幅缩小超欠挖的范围，同时确保隧道周边光面效果，且节约资源，缩短时间，降低成本费用。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种高铁隧道工程液压凿岩台车机械化光面爆破掘进法，依次包括钻孔和爆破，钻孔和爆破步骤依次为：

1)分区钻孔：将凿岩工作面分为掏槽区、上下扩槽区、辅助崩落区、辅助崩抬区和光爆区，并在各区域钻眼成孔，钻孔采用凿岩台车，其中周边眼的钻孔步骤依次为：

1.1)依据钻爆方案，确定需要进行周边眼钻眼成孔的数量与位置；