[发明专利]钻爆施工经济最小超挖方法及其激光精确指向装置

说明书

技术领域

本发明主要应用于水利、水电、交通、铁道、矿山、市政、地铁直线型隧道钻爆施工。

背景技术

直线型隧道钻爆施工是水利、水电、交通、铁道、矿山、市政、地铁直线型隧道钻爆施工普遍采用的施工方式，特别是小洞径与特大洞径的情况、长度不够TBM经济长度的情况、围岩复杂情况、以及隧道出渣需要石料资源化利用情况下(石料资源化是TBM做不到的，大多数情况下全粉碎了)，则更多的被采用。超挖过大二衬混凝土回填量大，超挖过小机具没有足够的空间妨碍顺利钻孔爆破作业，所以要合理确定最小超挖并精确控制，保证生产效率，节约混凝土衬砌超挖回填量；有关施工技术规范，以及合同规定超挖平均不容许大于超挖15cm，而欠挖是工程质量绝不容许的。

在直线型隧道钻爆施工中如何对边孔开孔与钻孔过程的钻杆精确指向、实现精准超挖从而实现经济最小超挖，是目前施工中亟待解决的问题。

发明内容

本发明所解决的技术问题即在提供一种实现经济最小超挖的钻爆施工激光精确指向方法及其激光指向装置。

本发明所采用的技术手段如下。

一种钻爆施工经济最小超挖方法，包含0超挖放样开孔、0超挖线寻线指向，以实现掌子面c超挖，包含如下开孔步骤：

(1)放样0超挖开孔点并选择0超挖线寻线起点：在掌子面上，测量放样确定0超挖钻孔开孔点，选紧邻该钻孔开孔点旁边的任一0超挖点作为0超挖线寻线起点；

(2)0超挖线寻线：激光指向装置尾端顶在0超挖寻线起点，激光指向头在平行与垂直于隧道壁面方向调整寻向，直至激光与隧道平行，或射向机头后方最远端并紧贴隧道壁，此时的激光线指示即为0超挖线；

(3)钻孔开孔指向

钻头顶着开孔点，移动机位使钻机钻杆轴线相对激光指示的0超挖线向隧道轴线方向偏移，开孔距比对点偏移量P通过以下公式计算获得：

P/K＝c/J式1

K为开孔距，即开孔点到钻机轴线上偏移比对点距离在隧道轴线上投影长度，c为机具机位决定的预定掌子面最小超挖量，J为新掌子面进尺长度，按该偏移量P移动机位即完成精确开孔指向。

此外，还包含一种钻爆施工经济最小超挖方法，其包含0超挖放样开孔、δ等欠挖线寻线指向，以实现掌子面c超挖，掌子面超挖不够或产生欠挖但不影响钻孔0超挖放样开孔钻孔时，包含如下开孔步骤：

(1)等欠挖线寻线

掌子面上测量放样0超挖钻孔开孔点、等欠挖线寻线起点，激光指向装置的激光线自掌子面欠挖点指向隧道后方寻线，切贴于最大欠挖处且平行/紧贴的射向机头后方的隧道壁，此时激光线为等欠挖线，该等欠挖线与隧道轴线平行；

(2)钻孔开孔指向

欠挖不影响钻机钻孔开孔作业，钻孔开孔时，钻机钻头顶着开孔点，钻杆轴线上的开孔距比对点相对等欠挖线向隧道轴线方垂直偏移量P'通过以下公式计算获得：

P'＝K/J×c－δ 式2

K为开孔距，即开孔点到钻机轴线与激光指示线比对点连线的隧道轴向投影长度，c为机具机位决定的预定掌子面最小超挖量，δ为等欠挖线寻线的等欠挖值，J为新掌子面进尺长度，按上述偏移量P'进行钻孔开孔指向。

此外，还包含一种钻爆施工经济最小超挖方法，其包含QF欠挖放样开孔、δ等欠挖线寻线指向，实现掌子面c超挖，掌子面与实际洞壁超挖不够或产生欠挖，影响0超挖边孔放样与开孔钻孔作业，并影响0超挖线寻线，则采用开孔QF欠挖放样、δ等欠挖线寻线，包含如下开孔步骤：

(1)等欠挖线寻线

确定寻线后视最大欠挖量，使δ等欠挖寻线，等欠挖量δ>该最大欠挖量，激光指向装置的激光线低于或切贴于最大欠挖量处且平行/紧贴的射向机头后方的隧道壁，此时激光线为等欠挖线，该等欠挖线与隧道轴线平行；

(2)钻孔开孔指向

根据实际情况确定欠挖放样量QF取值，其范围在机具可补刨厚度之内；

欠挖影响掌子面边孔0超挖开孔放样，并影响0超挖线寻线指向作业，钻机钻头顶着欠挖放样QF点，钻杆轴线在开孔距比对点相对等欠挖线向隧道轴线方向上的垂直偏移量P”通过以下公式计算获得

(c+QF)/(P”+δ－QF)＝J/K式3

QF为欠挖放样量，即掌子面开孔点与设计隧道壁的距离，K为开孔距，δ为等欠挖线寻线的等欠挖值，c为机具机位决定的预定掌子面最小超挖量，J为新掌子面进尺长度，确定上述偏移量P”之后进行钻孔开孔指向。