[发明专利]用于隧道施工的悬臂式掘进机及隧道施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及隧道施工方法及设备，特别涉及一种组合使用机械设备和控制爆破技术开挖隧道的施工方法及所采用的设备。

背景技术

在隧道施工领域，硬岩隧道施工多使用爆破开挖的方法。若处于复杂环境下，尤其是经过城市时，隧道上部往往有许多需要保护的建(构)筑物，由于隧道施工产生的爆破振动就会对周边环境的影响非常大。必须采用减振开挖技术以保证隧道的施工安全及快速掘进。

目前，城市浅埋铁路隧道的施工方法主要有以下几种：全断面掘进机法(TBM)、液压冲击锤法、劈裂法、静态爆破法等。

全断面掘进机法采用开挖支护全套机械施工，TBM施工快速、安全、文明、对周围环境影响小，施工时对围岩扰动少，对周围建筑物影响小，但价格昂贵，且设备往往需要进口，后期维护费用高。

劈裂法采用劈裂机，是以高压油为能量源，应用斜契原理，使劈裂力达到几百吨，甚至上千吨，这样就可以将巨石劈裂开，从而使岩石从围岩中分离，但施工成本较高，效率较低。

液压冲击锤法，先于掌子面开挖轮廓线周边钻孔作为预切槽，再采用挖掘机携带的液压冲击锤进行分部凿岩开挖。液压冲击锤法通常仅适用于有裂缝的和层理分明的地层。节理发育的和层理分明的以及层理和节理之间有软弱夹层的坚硬岩层是有利于使用液压冲击成功地进行隧道掘进的典型条件。换言之，液压冲击锤法对其应用场合具有非常严格的限制。

静态破碎法的破碎原理是利用装在上部装药孔中的静态破碎剂的水化反应，使晶体变形，产生体积膨胀，从而缓慢地和静静地将此膨胀压力施加给上部装药孔壁，由于受到上部装药孔壁的约束，这种膨胀压力转化为拉伸应力。对于脆性材料来说，它的抗拉强度，大大小于它的抗压强度，所以材料在这种拉伸应力作用下，容易引起破碎。静态破碎剂的破碎效果除了与破碎剂的性能、介质的强度和破碎条件有关以外，还取决于破裂参数和炮孔的排列，此方法价格昂贵，不适合长大隧道开挖。

如中国专利申请第201110402398.8号公开的一种切槽爆破与光面爆破联合控制爆破法施工工艺，该方法包括以下步骤：(1)对爆破开挖区划定周边轮廓线，并在主体爆破开挖区内布置微差爆破孔；(2)沿爆破开挖区周边轮廓线布置光面爆破孔；(3)在爆破开挖区周边轮廓线之内预留光面层靠主体爆破开挖区的一侧布置切槽爆破孔；(4)对切槽爆破孔进行切槽；(5)对切槽爆破孔进行爆破装药，并布设低段雷管；(6)对微差爆破孔进行爆破装药，并布设微差爆破雷管；(7)对光面爆破孔进行爆破装药，并布设高段雷管；(8)对微差爆破孔、切槽爆破孔和光面爆破孔进行堵塞；(9)连接起爆网路，实施爆破；(10)出渣；(11)重复上述步骤至开挖完毕。此发明的方法工期较慢，工序较复杂，且造价相对较高。

另如中国专利申请第201110207075.3号公开的一种特长黄土堆积岩隧道的施工方法，具体为黄土堆积岩中隧道的施工方法，解决现有此种隧道施工时对于隧道上部结构黄土含河卵石、大型孤石较多时，管超前支护效果差、爆破时对围岩扰动大等问题，包括超前支护、上导坑开挖等工序，超前支护采用φ25mm药包锚杆作为超前支护主体，药卷包装入锚杆后，用风动搅拌机带动锚杆快速旋转，边旋转边徐徐推进；上导坑开挖时采用以机械开挖、人工开挖为主，微震爆破为辅，采用药包锚杆有效增强柔性支护，减小围岩本身变化对已支护段落的影响，减少初期支护表面开裂、掉块、塌方等现象发生，采用微震爆破，避免施工中对围岩扰动，快速施做仰拱、衬砌砼，使隧道断面尽快封闭成环，形成稳定体系。此发明仅适合于黄土地层，对环境影响较大，对于硬岩在30Mpa的隧道，特别是城市浅埋隧道有相对的局限性。

又如中国专利申请第200710050369.3号公开的一种隧道工程非爆破弱扰动开挖施工方法，其施工工序主要包括：(1)建立冻结帷幕模型，对冻结帷幕进行受力分析；(2)根据冻结帷幕模型及其受力分析，实施冻结；(3)分部开挖：采用CRD法，引进自由断面掘进机进行隧道开挖，至少分IV部进行；其它施工工序和施工条件参照现有技术地下工程施工方法。这种隧道施工方法成本高且往往需要采用价格昂贵的进口挖掘设备。