[发明专利]一种硬岩隧道施工工法

说明书

本发明公开了一种硬岩隧道施工工法，包括：根据所需钻进的掌子面的形状，设计电脉冲凿岩机的钻头的排布方式，其中，钻头的高压电极和低压电极具有预设分布，以通过高压电极和低压电极的脉冲放电效应对所述掌子面进行破岩，高压电极和低压电极的整体分布面积大于或等于电脉冲凿岩机的机壳的横截面面积；采用电脉冲凿岩机对掌子面进行破岩施工。在对掌子面破岩时，钻头开挖的轮廓可以完全包容电脉冲凿岩机的机壳，因此可避免超挖和欠挖，确保隧道支护结构体系的稳定性。同时，由于电脉冲凿岩机利用脉冲放电效应进行破岩，在对掌子面进行破岩的过程中，钻头无需旋转，因此，钻头磨损量小，破岩效率高。

技术领域

本发明涉及破碎岩石技术领域，更具体地说，涉及一种硬岩隧道施工工法。

背景技术

在采矿、水电、地质勘探、土建、交通和石油等工程施工中，通常涉及到破碎岩石的施工，施工成本的高低受到破岩效率的直接影响，现有技术中常用的破岩方式包括机械式破岩和炸药爆破破岩。

一方面，随着人类对资源开采的深度和广度的不断加深，未来原油、天然气及地热能的获取，需要打深井和超深井等非常规井，而采用传统的机械钻进方式进行钻硬岩或超深井时，钻头容易磨损，钻进效率低，破岩钻进的难度较大。

另一方面，在采用传统的钻爆法进行破岩施工时，由于凿岩机钻孔中心与凿岩机外壳边缘距离较大，如果要保证凿岩机钻孔方向与开挖隧道轴向平行，则第二次开挖轮廓会小于第一次开挖轮廓，从而造成开挖半径逐渐减小，影响隧道质量，同时也造成较大的欠挖量。而如果要保证隧道轮廓不变，则钻周边孔时钻孔方向沿洞轴线方向会存在一定夹角，导致开挖轮廓会沿径向向外扩散，造成较大的超挖量。这不仅对隧道支护结构体系的稳定性产生严重影响，而且由于增加了出渣量和回填工量，使隧道的建设费用大幅上升。

因此，如何提供一种施工效率高且可有效避免超挖现象的硬岩隧道施工工法，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种硬岩隧道施工工法，施工效率高，可有效避免超挖现象，降低施工成本。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种硬岩隧道施工工法，包括：

根据所需钻进的掌子面的形状，设计电脉冲凿岩机的钻头的排布方式，其中，所述钻头的高压电极和低压电极具有预设分布，以通过所述高压电极和所述低压电极的脉冲放电效应对所述掌子面进行破岩，所述高压电极和所述低压电极的整体分布面积大于或等于所述电脉冲凿岩机的机壳的横截面面积；

采用所述电脉冲凿岩机对所述掌子面进行破岩施工。

优选地，所述的根据所需钻进的掌子面的形状，设计电脉冲凿岩机的钻头的排布方式，包括：

根据所述掌子面的横截面的形状，将第一预设数量的第一钻头模组绑定至所述机壳上，以形成整体的所述钻头，使所述钻头适应所述掌子面的横截面的形状，以便对所述掌子面进行整体推进破岩。

优选地，所述的根据所需钻进的掌子面的形状，设计电脉冲凿岩机的钻头的排布方式，包括：

根据所述掌子面的形状，确定所述掌子面的外轮廓的形状；

根据所述外轮廓的形状，设计所述钻头的排布方式；

所述的采用所述电脉冲凿岩机对所述掌子面进行破岩施工，包括：

采用所述电脉冲凿岩机对所述外轮廓进行破岩钻进，使所述外轮廓之内的中心开挖区域与所述外轮廓之外的外围岩石分隔开；

对所述中心开挖区域进行破岩施工。

优选地，所述的根据所述外轮廓的形状，设计所述钻头的排布方式，包括：