專利名稱：：隧道及地下工程非爆破開挖方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及隧道及地下工程，特別涉及一種用于隧道及地下工程開挖的非爆破開挖方法。
背景技術(shù)：
：在隧道及地下工程施工中，常常需要采用非爆破開挖，其原因有以下幾個方面(1)隧道及地下工程采用爆破開挖會引起周圍地層和地表的振動，當(dāng)?shù)叵禄虻乇淼慕?構(gòu))筑物離爆破現(xiàn)場的距離不能滿足振動限制要求時，采用爆破開挖會危及到既有建(構(gòu))筑物的安全，尤其是在城鎮(zhèn)附近施工，地表建(構(gòu))筑物密集，居民眾多，隧道及地下工程埋深通常較淺，爆破開挖產(chǎn)生的振動常常造成地表房屋變形開裂，引起居民恐慌，對社會安定產(chǎn)生不利影響。(2)隧道及地下工程采用爆破開挖會產(chǎn)生較大的爆破聲，且持續(xù)時間較長，對生態(tài)環(huán)境影響大，尤其是在城鎮(zhèn)附近，居民眾多或靠近醫(yī)院、學(xué)校、風(fēng)景區(qū)等敏感區(qū)域，爆破開挖常常難以實(shí)施。(3)當(dāng)周圍有易燃易爆物品時，常常不允許采用爆破法施工，如開挖工程位于在油罐、油庫等設(shè)施附近時。目前，常用的非爆破開挖方法有靜態(tài)破碎法、液壓沖擊錘法和銑挖法。靜態(tài)破碎法的破碎原理是利用裝在炮眼中的靜態(tài)破碎劑的水化反應(yīng)，使晶體變形，產(chǎn)生體積膨脹，從而緩慢地和靜靜地將此膨脹壓力施加給炮眼壁，由于受到炮眼壁的約束，這種膨脹壓力轉(zhuǎn)化為拉伸應(yīng)力。由于巖體的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度，所以巖體在這種拉伸應(yīng)力作用下，容易引起破碎。靜態(tài)破碎劑的破碎效果除了與破碎劑的性能、介質(zhì)的強(qiáng)度和破碎條件有關(guān)以外，還取決于破裂參數(shù)和炮孔的排列。液壓沖擊錘法，即采用挖掘機(jī)攜帶的液壓沖擊錘(俗稱"啄木鳥，，)進(jìn)行分部鑿巖開挖。液壓沖擊錘法最適用于有裂縫的和層理分明的地層。節(jié)理發(fā)育的和層理分明的以及層理和節(jié)理之間有軟弱夾層的堅硬巖層是有利于使用液壓沖擊成功地進(jìn)行隧道掘進(jìn)的典型條件。在后一種條件下，開挖過程主要受控于巖塊之間的結(jié)合強(qiáng)度，而且是有利于在液壓沖擊錘上使用鑿式設(shè)備進(jìn)行隧道開挖的條件。銑挖法，是通過采用一種叫銑挖機(jī)的設(shè)備，安裝在普通的液壓挖掘機(jī)上，高效替代挖斗、破碎錘、液壓鉗等通用配置，應(yīng)用于隧道掘進(jìn)及輪廓修整、渠道溝槽銑掘、建筑物拆除、瀝青混凝土路面銑刨，巖石凍土銑挖、樹根銑削等多個領(lǐng)域。靜態(tài)破碎法、銑挖法、液壓沖擊錘等非爆破開挖法各有優(yōu)點(diǎn)，同時也具有自身的缺陷。單獨(dú)采用某種非爆破開挖法在工程實(shí)際中往往很難實(shí)施，這是由于在隧道施工中遇到的地質(zhì)條件十分復(fù)雜，特別是巖石強(qiáng)度跨度很大，且在同一斷面并不是均一體，如像硬巖中常常夾有軟巖俘虜體。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可有效地加快施工進(jìn)度、并降低成本的隧道及地下工程非爆破開挖方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明的隧道及地下工程非爆破開挖方法，在隧道軟質(zhì)巖地段采用以液壓破碎錘為主、靜態(tài)破碎為輔進(jìn)行開挖；在硬質(zhì)巖地段采用以靜態(tài)破碎為主、液壓沖擊錘配合進(jìn)行開挖。上述隧道及地下工程非爆破開挖方法，包括如下步驟①在掌子面外輪廓線上間隔鉆設(shè)一定間距的周邊孔；②用液壓沖擊錘鑿除掌子面上的軟質(zhì)巖段，以及硬質(zhì)巖體中的巖體破碎部分，在硬質(zhì)巖體中制造出至少一個臨空面；③在臨空面輪廓外的硬質(zhì)巖體上鉆孔布設(shè)藥孔，裝藥后對硬質(zhì)巖體進(jìn)行靜態(tài)破碎。采用上述技術(shù)方案，可有效地避免爆破振動對周邊環(huán)境的影響，軟質(zhì)巖段采用液壓沖擊錘鑿除，施工中雖有一定噪聲，但具有對周邊環(huán)境影響較小，具有施工進(jìn)度較快，工程投資較省的優(yōu)點(diǎn)；硬質(zhì)巖體，采用靜態(tài)破碎法施工，施工中采用液壓沖擊錘預(yù)先對硬質(zhì)巖體中的巖體破碎部分局部鑿除，盡量形成較多臨空面，提高靜態(tài)破碎效果。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，為最大程度地提高靜態(tài)破碎效果，所述藥孔的鉆孔方向與臨空面平行，同一排藥孔保持在一個平面上。本發(fā)明的有益效果是，能減小對開挖工程周邊環(huán)境的影響，可有效地加快施工進(jìn)度和節(jié)省工程投資，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。本說明書包括如下一幅附圖圖1是本發(fā)明隧道及地下工程非爆破開挖方法的示意圖。圖中部位及所對應(yīng)的標(biāo)記掌子面10、周邊孔11、硬質(zhì)巖體20、巖體破碎部分21、藥孔30。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。參照圖1，本發(fā)明的隧道及地下工程非爆破開挖方法，在隧道軟質(zhì)巖地段采用以液壓破碎錘為主、靜態(tài)破碎為輔進(jìn)行開挖；在硬質(zhì)巖地段采用以靜態(tài)破-碎為主、液壓沖擊錘配合進(jìn)行開挖。該方法包括如下步驟①在掌子面10外輪廓線上間隔鉆設(shè)一定間距的周邊孔11;②用液壓沖擊錘鑿除掌子面10上的軟質(zhì)巖段，以及硬質(zhì)巖體20中的巖體破碎部分21,在硬質(zhì)巖體20中制造出至少一個臨空面；③在臨空面輪廓外的硬質(zhì)巖體20上鉆孔布設(shè)藥孔30,裝藥后對硬質(zhì)巖體20進(jìn)行靜態(tài)破碎。即對軟質(zhì)巖段采用液壓沖擊錘鑿除，對周邊環(huán)境影響較小，施工進(jìn)度較快，工程投資較省。對硬質(zhì)巖體，采用靜態(tài)破碎法施工，施工中采用液壓沖擊錘預(yù)先對硬質(zhì)巖體中的巖體破碎部分局部鑿除，盡量形成較多臨空面，提高靜態(tài)破碎效果。沿掌子面10外輪廓線上間隔布置周邊孔11有利于開挖邊界的規(guī)則成形。IV、V級圍巖以液壓錘沖擊破碎為主，靜態(tài)破碎劑局部碎劑為輔，當(dāng)圍巖強(qiáng)度超3謹(jǐn)Pa后液壓錘施工比較費(fèi)勁，此時應(yīng)充分利用圍巖節(jié)理，從節(jié)理方向開鑿，采用先下后上原則局部圍巖較完整地段則采用靜態(tài)破碎法施工。II、III級圍巖地段以靜態(tài)破碎為主，以液壓錘開鑿臨空面為輔，液壓錘盡量選擇節(jié)理比較發(fā)育，圍巖比較破碎處開鑿，盡可能多制造臨空面。為最大程度地提高靜態(tài)破碎效果，所述步驟③中，藥孔30的鉆孔方向與臨空面平行，同一排藥孔30保持在一個平面上。臨空面越多，單位破石量就越大，經(jīng)濟(jì)效益也更高。藥孔30的孔距與排距的大小與巖石硬度直接關(guān)系，硬度越大、強(qiáng)度越高、時，孔距與排距越小，反之則大，孔距與排距布置見下表<table>complextableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>藥孔30的直徑與破碎效果有直接關(guān)系，鉆孔過小，不利于藥劑充分發(fā)揮效力；鉆孔太大，易沖孔。藥孔30的直徑優(yōu)選為42mm。鉆孔后內(nèi)余水和余渣應(yīng)用高壓風(fēng)吹洗干凈，孔口旁應(yīng)干凈無土石渣。藥孔30的鉆孔深度可根據(jù)施工要求選擇，一般在1.5至2米較好。裝藥深度為孔深的麵。藥孔30裝藥工藝要求如下1、向下和向下傾斜的藥孔，可在藥劑中加入22-32%(重量比)左右的水(具體加水量由顆粒大小決定)拌成流質(zhì)狀態(tài)(糊狀)后，迅速倒入孔內(nèi)并確保藥劑在孔內(nèi)處于密實(shí)狀態(tài)。用藥巻裝填鉆孔時，應(yīng)逐條捅實(shí)。粗顆粒藥劑水灰比調(diào)節(jié)到0.22-0.25時靜態(tài)破碎劑的流動性較好，細(xì)粉末藥劑水灰比在32%左右時流動性較好，也可以不通過捅實(shí)過程。向下灌裝搗實(shí)較方便，如施工條件允許，推薦采用"由上到下，分層破碎"的施工方式，方便工人操作。2、水平方向和向上方向的鉆孔，可用比鉆孔直徑略小的高強(qiáng)長纖維紙袋裝入藥劑，按一個操作循環(huán)所需要的藥巻數(shù)量，放在盆中，倒入潔凈水完全浸泡，30-50秒左右藥巻充分濕潤、完全不冒氣泡時，取出藥巻從孔底開始逐條裝入并捅緊，密實(shí)地裝填到孔口。即"集中浸泡，充分浸透，逐條裝入，分別搗實(shí)"。也可將藥劑拌和后用灰漿泵壓入，孔口留五厘米用黃泥封堵保證水分藥劑不流出。3、巖石剛開裂后，可向裂縫中加水，支持藥劑持續(xù)反應(yīng)，可獲得更好效果。4、每次裝填藥劑，都要觀察確定1、巖石；2、藥劑；3、拌和水的溫度是不是符合要求。灌裝過程中，已經(jīng)開始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的藥劑(表現(xiàn)開始冒氣和溫度快速上升)不允許裝入孔內(nèi)。從藥劑加入拌合水到灌裝結(jié)束，這個過程的時間不能超過五分鐘。藥劑反應(yīng)時間的控制藥劑反應(yīng)的快慢與溫度有直接的關(guān)系，溫度越高，反應(yīng)時間越快，反之則慢。實(shí)際操作中，控制藥劑反應(yīng)時間太快的方法有兩種，一種是在拌合水中加入抑制劑。另一種方法是嚴(yán)格控制拌和水、干粉藥劑和巖石(或混凝土)的溫度。夏季氣溫較高，破碎前應(yīng)對被破碎物遮擋，藥劑存放低溫處，避免曝曬。將拌合水溫度控制在15。C以下。藥劑(巻)反應(yīng)時間過快易發(fā)生沖孔傷人事故，同時也影響施工效果，增加了施工成本。抑制劑放入浸泡藥劑(巻)的拌和水中。加入量為拌合水的O.5%—6%。溫度越高，加入量越多，反之則少。冬季氣溫較低，藥劑反應(yīng)時間會相應(yīng)延長，給施工帶來不便，一般解決辦法是加入激發(fā)劑和提高拌和水溫度。激發(fā)劑加入過多，也會降低藥劑膨脹力。拌和水溫可根據(jù)實(shí)際適當(dāng)提高，但最高不可超過50。C，(否則可能太快沖孔)。反應(yīng)時間一般控制在30-60分鐘較好。權(quán)利要求1.隧道及地下工程非爆破開挖方法，其特征是在隧道軟質(zhì)巖地段采用以液壓破碎錘為主、靜態(tài)破碎為輔進(jìn)行開挖；在硬質(zhì)巖地段采用以靜態(tài)破碎為主、液壓沖擊錘配合進(jìn)行開挖。2.如權(quán)利要求1所述的隧道及地下工程非爆破開挖方法，該方法包括如下步驟①在掌子面(10)外輪廓線上間隔鉆設(shè)一定間距周邊孔(11);②用液壓沖擊錘鑿除掌子面(10)上的軟質(zhì)巖段，以及硬質(zhì)巖體(20)中的巖體破碎部分(21),在硬質(zhì)巖體(20)中制造出至少一個臨空面；③在臨空面輪廓外的硬質(zhì)巖體(20)上鉆孔布設(shè)藥孔(30)，裝藥后對硬質(zhì)巖體(20)進(jìn)行靜態(tài)破碎。3.如權(quán)利要求2所述的隧道及地下工程非爆破開挖方法，其特征是所述步驟③中，藥孔(30)的鉆孔方向與臨空面平行，同一排藥孔(30)保持在一個平面上。4.如權(quán)利要求3所述的隧道及地下工程非爆破開挖方法，其特征是步驟③中，所述藥孔(30)的孔距與排距如下<table>complextableseeoriginaldocumentpage2</column></row><table>5.如權(quán)利要求3或4所述的隧道及地下工程非爆破開挖方法，其特征是所述藥孔(30)直徑為42mm。全文摘要本發(fā)明公開了一種隧道及地下工程非爆破開挖方法，用于隧道及地下工程。該方法的技術(shù)要點(diǎn)是在隧道軟質(zhì)巖地段采用以液壓破碎錘為主、靜態(tài)破碎為輔進(jìn)行開挖，在硬質(zhì)巖地段采用以靜態(tài)破碎為主、液壓沖擊錘配合進(jìn)行開挖。具體步驟為在掌子面外輪廓線上間隔鉆設(shè)一定間距周邊孔；用液壓沖擊錘鑿除掌子面上的軟質(zhì)巖段，以及硬質(zhì)巖體中的巖體破碎部分，在硬質(zhì)巖體中制造出至少一個臨空面；在臨空面輪廓外的硬質(zhì)巖體上鉆孔布設(shè)藥孔，裝藥后對硬質(zhì)巖體進(jìn)行靜態(tài)破碎。本發(fā)明能減小對開挖工程周邊環(huán)境的影響，可有效地加快施工進(jìn)度和節(jié)省工程投資，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。文檔編號E21D9/04GK101196117SQ20081004511公開日2008年6月11日申請日期2008年1月4日優(yōu)先權(quán)日2008年1月4日發(fā)明者嚴(yán)德育,渝喻,曾滿元,楊繼明,濤胖,懷許,鄭長青,陳訓(xùn)武,陳赤坤申請人:中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司