一種定向鉆孔劈巖成硐法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鉆孔方法，尤其涉及一種定向鉆孔劈巖成硐法，屬于隧道施工技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著社會的發展，各種大型項目的開發，各種大型建設工程日益擴大，鐵路、輕軌、公路、引水工程等建設項目蓬勃突起，另城市規模的擴大，土地及其他資源的匱乏，給地鐵的發展帶來了新的飛躍高度。從而隧道和硐室工程在發展中不可避免。目前這樣的工程主要采取礦山法和盾構法。礦山法即為爆破法，以鉆孔、爆破工法為主，輔以裝運機械出渣等工序而完成的。施工過程中的爆破、襯砌、支護、通風、防塵、防瓦斯、防有害氣體，對施工都有著嚴格的控制和要求，難度和風險系數相對都較高。另極易對圍巖、地下設施及林木造成擾動。盾構法是切削巖體、輸送巖碴、拼裝隧道襯砌的施工方法，施工時占地面積比較大，盾構設備代價高昂，切削刀具及密封件壽命短，由于施工原理的缺陷，造成切削巖體不可進行二次利用，形成極大的資源浪費。另環境因素有時成為選擇施工方法的決定性因素，但是在硐口現場平面狹窄，無法組拼大型掘進機的環境下，限制了大型掘進機的施工。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是針對現有技術存在的缺陷，提出一種定向鉆孔劈巖成硐法，安全可靠、科學高效的完成隧道掘進工作。
[0004]本發明通過以下技術方案解決技術問題:一種定向鉆孔劈巖成硐法，包括以下步驟:
[0005]第一步、設計硐體仿形軌跡，設硐室的寬度為D，硐室的水平高度為B，鉆具的鉆孔直徑為d，按照硐室的總高度為H=D/2+B，鉆具布置寬度A = D-d，設計成底部水平，底部兩端具有向上延伸垂邊，兩垂邊的延伸端經半圓弧連接的仿形軌跡；
[0006]第二步、削平工作面，按設計硐室縱向中心線定位激光靶心，在硐體前固定鉆孔裝置和劈巖裝置，按照設計好的硐體仿形軌跡進行鉆孔和劈巖;使用激光經瑋儀定位。激光發射器與激光靶位置可按設定路徑分段更改，以確保硐室按設定路線前進直至貫通；
[0007]第三步、向鉆孔裝置和劈巖裝置內注入冷卻液，啟動液壓系統，按照硐體仿形軌跡進行鉆孔，取出孔中的巖芯，形成環狀溝槽即為芯圈，芯圈內是硐體，芯圈外是基巖；
[0008]第四步、按所需石材的外形尺寸在硐體內劃線，并按劃線形狀鉆出劈巖孔，劈巖裝置劈開硐體，對硐體內解體的巖石進行出料，直至硐室形成，即完成。
[0009 ]本發明通過以下技術方案進一步解決技術問題:
[0010]鉆孔裝置為兩個以上獨立的巖芯鉆具，由于相互獨立工作，可以使巖層掘進的速度得到大幅度的提高。
[0011]所述第三步中，芯圈的寬度為150-250mm，深度為500-1000mm。
[0012]所述第三步中，先鉆兩垂邊和半圓弧形的孔，再鉆底部水平孔。
[0013]所述第四步中，鉆孔裝置在硐體內的巖塊上鉆孔，將脹裂器伸入鉆好的孔洞后將巖塊分解，最后將分解后的巖塊從硐室內運出。
[0014]鉆孔時，鉆孔裝置與硐室的水平面具有夾角。所述夾角為3°-5°，以保證鉆具一步一步連續不斷地向前推進時沒有阻礙，并有助于保證硐室的周巖的強度。
[0015]所述劈巖孔直徑是40-50mm。
[0016]劈巖分為兩次，第一次劈上、下兩部分的巖石，第二次劈中部的巖石。
[0017]工程開始，硐室尚未形成，不能按以上所述固定鉆具，則需采用單機工作巖芯鉆具。鉆孔開始前削平工作面，然后按設計硐室縱向中心線選定位置定位激光靶心，可固定數臺單機同時作業；
[0018]在硐形范圍內使用劈巖器將巖石切割成所需形狀后出料，使石材資源得到充分利用，極大提高了經濟效益。
[0019]本發明利用鉆孔裝置按設定的仿形軌跡鉆孔將巖石分層;再利用鉆孔裝置在硐體內的巖塊上鉆孔;利用鉆好的孔洞，使用脹裂器將巖塊分解;最后將分解后的巖塊從硐室內運送出來。其有益效果是:施工流程簡單，設計新穎，提高了效率及降低了成本，適合于市場的大范圍推廣。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明方法的流程示意圖。
[0021 ]圖2為硐體仿形軌跡設計圖。
[0022]圖3為硐室縱向鉆孔截面剖視圖。
[0023]圖4為第一次鉆孔后的作業面形態圖。
[0024]圖5為第二次鉆孔后作業面形態圖。
[0025]圖6為取芯后形成芯圈的不意圖。
[0026]圖7為第一次劈巖后的作業面形態圖。
[0027]圖8為圖7劈出的巖石形狀。
[0028]圖9為第二次劈巖后的作業面形態圖。
[0029]圖10為圖9劈出的巖石形狀。
[0030]圖11為砸室完成的結構不意圖。
【具體實施方式】
[0031 ] 實施例
[0032]本實施例中，定向鉆孔劈巖成硐法的施工流程圖如圖1所示，定向鉆孔劈巖成硐法由硐體仿形軌跡設定、巖芯鉆機固定、注入冷卻液、啟動鉆機、若干個巖芯鉆具按設定的軌跡鉆孔、取芯形成芯圈、硐體內巖塊鉆孔、硐體內巖塊分解、出料、出渣等步驟組成。首先根據設計方案要求，對所要求的硐體進行仿形軌跡調整，將作業面分為基巖、芯圈及硐體三部分以滿足設計要求。按以下方法進行:第一步、設計硐體仿形軌跡，設硐室的寬度為D，硐室的水平高度為B，鉆具的鉆孔直徑為d，按照硐室的總高度為H = D/2+B，鉆具布置寬度A = D-d，設計成底部水平，底部兩端具有向上延伸垂邊，兩垂邊的延伸端經半圓弧連接的仿形軌跡；
[0033]第二步、削平工作面，按設計硐室縱向中心線定位激光革El心，在硐體前固定鉆孔裝置和劈巖裝置，按照設計好的硐體仿形軌跡進行鉆孔和劈巖，使用激光經瑋儀定位。激光發射器與激光靶位置可按設定路徑分段更改，以確保硐室按設定路線前進直至貫通；
[0034]第三步、向鉆孔裝置和劈巖裝置內注入冷卻液，啟動液壓系統，按照硐體仿形軌跡進行鉆孔，取出孔中的巖芯，形成環狀溝槽即為芯圈，芯圈內是硐體，芯圈外是基巖，如圖6所示，芯圈的寬度為150-250mm，深度為500-1000mm，先鉆兩垂邊和半圓弧形的孔，再鉆底部水平孔，如圖4和圖5所不；
[0035]第四步、按所需石材的外形尺寸在硐體內劃線見圖7，并按劃線形狀鉆出劈巖孔，劈巖孔直徑是40-50mm。劈巖裝置劈開硐體，對硐體內的破碎巖石進行出料，如圖7和圖9所示劈巖分為兩次，第一次劈上、下兩部分的巖石10，第二次劈中部的巖石11，第一次劈出的巖石形狀見圖8，第二次劈出的巖石形狀見圖10，直至硐室形成，即完成見圖11。具體設定方式如下:如圖2為硐體仿形軌跡設計圖，圖中，基巖I，芯圈2，硐體3。設硐室的寬度為D，硐室的水平高度B，鉆具的鉆孔直徑為d，則硐室的總高度為H = D/2+B，仿形軌跡鉆具布置寬度A= D-d，其次固定巖芯鉆機，保證其施工的穩定性;然后將兼具潤滑作用的冷卻液注入到鉆具內，冷卻液有效的延長了鉆具的使用壽命，也可避免施工現場的揚塵現象，更好的保護了施工的環境和保障了施工人員的人身安全。確認安全后啟動巖芯鉆機，具有若干套巖芯鉆具按軌跡分布同時啟動鉆進作業面，鉆具推進與旋轉切削相配合，對巖層進行鉆孔作業。硐室的鉆具縱向鉆孔截面剖視圖如圖3所示，鉆具在施工過程中，鉆具與水平面成一定的α角鉆進施工，一般α角設定成3-5°左右，有助于保證硐室的不斷向前推進。旋轉掘進過程中，鉆具在巖石表面鉆進時，是在局部侵入的同時使巖石發生剪切破碎。因為巖石的硬度，使鉆具在巖石上鉆孔相對較難，又因為巖石的脆性，使鉆孔后剪切劈巖卻較容易。巖芯鉆具鉆孔后，使用斜楔將巖芯擠斷，取出巖芯后硐體四周已與基巖分離，隨即使用風鎬在硐體內鉆劈巖孔。利用巖石的脆性，通過脹裂設備擴張劈開硐體3的巖石。根據巖石尺寸大小，可對其加工利用。保證了巖石資源的充分利用。出料、出碴后即完成一段硐室。以上為硐室整個施工的一個分段，然后將巖芯鉆機前移固定，重復以上工序，直至整個硐室貫通。在整個施工過程中，一般盾構法切削的受力面積為B*D+3.14*D2/8，定向鉆孔劈巖成硐法的切削受力面積為n3.14*d2/4(省去了硐體(3)的受力面積)，n表示為鉆具的數量，以上公式可明顯比較出巖石在局部切削方面效果更顯著。本發明施工效率高、步驟簡單，大大降級了施工成本，安全系數極高，具有極好的市場推廣價值。
[0036]除上述實施外，本發明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍。
【主權項】
1.一種定向鉆孔劈巖成硐法，包括以下步驟: 第一步、設計硐體仿形軌跡，設硐室的寬度為D，硐室的水平高度為B，鉆具的鉆孔直徑為d，按照硐室的總高度為H=D/2+B，鉆具布置寬度A = D-d，設計成底部水平，底部兩端具有向上延伸垂邊，兩垂邊的延伸端經半圓弧連接的仿形軌跡； 第二步、削平工作面，按設計硐室縱向中心線定位激光靶心，在硐體前固定鉆孔裝置和劈巖裝置，按照設計好的硐體仿形軌跡進行鉆孔和劈巖； 第三步、向鉆孔裝置和劈巖裝置內注入冷卻液，啟動液壓系統，按照硐體仿形軌跡進行鉆孔，取出孔中的巖芯，形成環狀溝槽即為芯圈，芯圈內是硐體，芯圈外是基巖； 第四步、按所需石材的外形尺寸在硐體內劃線，并按劃線形狀鉆出劈巖孔，劈巖裝置劈開硐體，對硐體內的破碎巖石進行出料，直至硐室形成，即完成。2.根據權利要求1所述定向鉆孔劈巖成硐法，其特征在于:所述鉆孔裝置為兩個以上獨立的巖芯鉆具，所述劈巖裝置為液壓劈巖器。3.根據權利要求1所述定向鉆孔劈巖成硐法，其特征在于:所述第三步中，芯圈的寬度為 150-250mm，深度為 500-1000mm。4.根據權利要求1所述定向鉆孔劈巖成硐法，其特征在于:所述第三步中，先鉆兩垂邊和半圓弧形的孔，再鉆底部水平孔。5.根據權利要求1所述定向鉆孔劈巖成硐法，其特征在于:所述第四步中，鉆孔裝置在硐體內的巖塊上鉆劈巖孔，將劈巖器的脹裂器伸入鉆好的孔洞后將巖塊分解，最后將分解后的巖塊從硐室內運出。6.根據權利要求5所述定向鉆孔劈巖成硐法，其特征在于:鉆孔時，鉆孔裝置與硐室的水平面具有夾角。7.根據權利要求6所述定向鉆孔劈巖成硐法，其特征在于:所述夾角為3°-5°。8.根據權利要求5所述定向鉆孔劈巖成硐法，其特征在于:所述劈巖孔直徑是40-50mm。9.根據權利要求5所述定向鉆孔劈巖成硐法，其特征在于:在硐形范圍內使用劈巖器將巖石切割成所需形狀后出料。10.根據權利要求9所述定向鉆孔劈巖成硐法，其特征在于:劈巖分為兩次，第一次劈上、下兩部分的巖石，第二次劈中部的巖石。
【專利摘要】本發明涉及一種鉆孔方法，尤其涉及一種定向鉆孔劈巖成硐法，屬于隧道施工技術領域。本發明的方法包括以下步驟：第一步、設計硐體仿形軌跡；第二步、固定鉆孔裝置和劈巖裝置；第三步、按照硐體仿形軌跡分別進行鉆孔；第四步、鉆孔裝置對硐體內的巖層鉆孔，將巖芯從巖層中分離，出渣；劈巖裝置劈開硐體，對硐體內解體的巖塊進行出料，直至硐室形成。本發明的有益效果是：施工流程簡單，設計新穎，提高了效率及降低了成本，適合于市場的大范圍推廣。
【IPC分類】E21D9/10, E21D9/00, E21C37/04
【公開號】CN105649633
【申請號】
【發明人】施杰, 嚴道友, 陳桂蓮, 謝建新, 嚴尚云, 施洋
【申請人】南京海杰機械制造有限公司, 施杰
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2015年11月26日