[发明专利]实现岩爆预处理的组合式TBM及岩爆预处理掘进方法

说明书

一种实现岩爆预处理的组合式TBM及岩爆预处理掘进方法，涉及隧道及地下工程施工领域。实现岩爆预处理的组合式TBM包括超前TBM和扩挖TBM，扩挖TBM包围在超前TBM外侧，超前TBM上搭载有地质钻机、喷水装备、高频振动装备，超前TBM开挖使围岩充分预释放能量，大幅降低岩爆风险，超前TBM上搭载有各种岩爆预处理措施，既能防止自身遭遇岩爆，又能保证扩挖TBM在掘进工作时不再遭遇岩爆，有利于提高破岩效率。本发明实施例的岩爆预处理掘进方法在开挖时进行围岩能量预释放，同时灵活预处理掘进过程中遭遇的岩爆问题，克服因TBM机械系统过于庞大造成的局限性，保障人身安全。

技术领域

本发明涉及隧道及地下工程施工领域，具体而言，涉及一种实现岩爆预处理的组合式TBM(Tunnel Boring Machine，全断面隧道掘进机)及岩爆预处理掘进方法。

背景技术

近年来，我国隧道建设如火如荼，其中采用TBM施工的比例越来越高。TBM是一种利用回转刀具开挖，同时破碎洞内围岩掘进，从而形成整个隧道断面的新型、先进的隧道施工机械。与传统的钻爆法施工相比，TBM具有掘进效率高、成洞质量高、围岩扰动小等优点。

在隧道建设施工过程中，围岩级别为I类围岩中常发生岩爆，岩爆是一种岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下的突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象。国内外对岩爆的预处理措施总的来说有两种方法：第一种是预释放岩体中的高能量；第二种是采用围岩支护技术增强岩体储能能力。但由于TBM机械系统过于庞大，TBM对地质条件的适应性较差，目前搭载于庞大TBM上的岩爆预处理措施对复杂地质洞段岩爆问题的预处理不够灵活，TBM会被迫直接接触高强度的岩爆，往往会造成TBM机械被卡、被埋甚至机械报废的严重事故，对现场施工人员人身安全构成威胁。

如今在隧道等工程中，工程地质条件越来越复杂，高应力、强岩爆隧道增多，TBM及掘进方法应对岩爆问题存有很大局限性，因此研究并优化适用于TBM掘进方法的岩爆预处理措施成为必然。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现岩爆预处理的组合式TBM，其实现超前TBM与扩挖TBM组合开挖形式，超前TBM开挖使围岩充分预释放能量，大幅降低岩爆风险，超前TBM上搭载有各种岩爆预处理措施，既能防止自身遭遇岩爆，又能保证扩挖TBM在掘进工作时不再遭遇岩爆，有利于提高破岩效率。

本发明的另一目的在于提供一种岩爆预处理掘进方法，在开挖时进行围岩能量预释放，同时灵活预处理掘进过程中遭遇的岩爆问题，克服因TBM机械系统过于庞大造成的局限性，保障人身安全。

本发明的实施例是这样实现的：

一种实现岩爆预处理的组合式TBM，其包括掘进方向相同的超前TBM和扩挖TBM，超前TBM沿组合式TBM的中轴线设置，扩挖TBM包围在超前TBM外侧，超前TBM和扩挖TBM之间预留间隙，超前TBM上搭载有用于对掌子面前方或围岩洞壁钻掘超前钻孔或应力释放孔的地质钻机，用于向掌子面前方或围岩喷水的喷水装备，用于向围岩激发振动的高频振动装备。

在本发明较佳的实施例中，上述地质钻机包括钻杆和电机，电机驱动钻杆转动，对掌子面前方或围岩洞壁钻掘超前钻孔或应力释放孔。

在本发明较佳的实施例中，上述喷水装备包括水泵、水管、喷头、喷嘴和止水阀，水管的两端分别连接水泵和喷头，喷头上设置有喷嘴，喷头可以伸入超前钻孔或应力释放孔内。

在本发明较佳的实施例中，上述高频振动装备包括高频振动器和传振杆，高频振动器与传振杆连接，高频振动器可带动传振杆振动，传振杆可伸入围岩洞壁上的应力释放孔内。

在本发明较佳的实施例中，上述扩挖TBM的掘进面包围在超前TBM的掘进面的外侧，超前TBM的刀盘Ⅰ呈圆盘形，扩挖TBM的刀盘Ⅱ呈圆环形，扩挖TBM的刀盘Ⅱ包围在超前TBM的刀盘Ⅰ的外侧。