一种定向钻孔劈岩成硐法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钻孔方法，尤其涉及一种定向钻孔劈岩成硐法，属于隧道施工技术领域。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展，各种大型项目的开发，各种大型建设工程日益扩大，铁路、轻轨、公路、引水工程等建设项目蓬勃突起，另城市规模的扩大，土地及其他资源的匮乏，给地铁的发展带来了新的飞跃高度。从而隧道和硐室工程在发展中不可避免。目前这样的工程主要采取矿山法和盾构法。矿山法即为爆破法，以钻孔、爆破工法为主，辅以装运机械出渣等工序而完成的。施工过程中的爆破、衬砌、支护、通风、防尘、防瓦斯、防有害气体，对施工都有着严格的控制和要求，难度和风险系数相对都较高。另极易对围岩、地下设施及林木造成扰动。盾构法是切削岩体、输送岩碴、拼装隧道衬砌的施工方法，施工时占地面积比较大，盾构设备代价高昂，切削刀具及密封件寿命短，由于施工原理的缺陷，造成切削岩体不可进行二次利用，形成极大的资源浪费。另环境因素有时成为选择施工方法的决定性因素，但是在硐口现场平面狭窄，无法组拼大型掘进机的环境下，限制了大型掘进机的施工。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提出一种定向钻孔劈岩成硐法，安全可靠、科学高效的完成隧道掘进工作。
[0004]本发明通过以下技术方案解决技术问题:一种定向钻孔劈岩成硐法，包括以下步骤:
[0005]第一步、设计硐体仿形轨迹，设硐室的宽度为D，硐室的水平高度为B，钻具的钻孔直径为d，按照硐室的总高度为H=D/2+B，钻具布置宽度A = D-d，设计成底部水平，底部两端具有向上延伸垂边，两垂边的延伸端经半圆弧连接的仿形轨迹；
[0006]第二步、削平工作面，按设计硐室纵向中心线定位激光靶心，在硐体前固定钻孔装置和劈岩装置，按照设计好的硐体仿形轨迹进行钻孔和劈岩;使用激光经玮仪定位。激光发射器与激光靶位置可按设定路径分段更改，以确保硐室按设定路线前进直至贯通；
[0007]第三步、向钻孔装置和劈岩装置内注入冷却液，启动液压系统，按照硐体仿形轨迹进行钻孔，取出孔中的岩芯，形成环状沟槽即为芯圈，芯圈内是硐体，芯圈外是基岩；
[0008]第四步、按所需石材的外形尺寸在硐体内划线，并按划线形状钻出劈岩孔，劈岩装置劈开硐体，对硐体内解体的岩石进行出料，直至硐室形成，即完成。
[0009 ]本发明通过以下技术方案进一步解决技术问题:
[0010]钻孔装置为两个以上独立的岩芯钻具，由于相互独立工作，可以使岩层掘进的速度得到大幅度的提高。
[0011]所述第三步中，芯圈的宽度为150-250mm，深度为500-1000mm。
[0012]所述第三步中，先钻两垂边和半圆弧形的孔，再钻底部水平孔。
[0013]所述第四步中，钻孔装置在硐体内的岩块上钻孔，将胀裂器伸入钻好的孔洞后将岩块分解，最后将分解后的岩块从硐室内运出。
[0014]钻孔时，钻孔装置与硐室的水平面具有夹角。所述夹角为3°-5°，以保证钻具一步一步连续不断地向前推进时没有阻碍，并有助于保证硐室的周岩的强度。
[0015]所述劈岩孔直径是40-50mm。
[0016]劈岩分为两次，第一次劈上、下两部分的岩石，第二次劈中部的岩石。
[0017]工程开始，硐室尚未形成，不能按以上所述固定钻具，则需采用单机工作岩芯钻具。钻孔开始前削平工作面，然后按设计硐室纵向中心线选定位置定位激光靶心，可固定数台单机同时作业；
[0018]在硐形范围内使用劈岩器将岩石切割成所需形状后出料，使石材资源得到充分利用，极大提高了经济效益。
[0019]本发明利用钻孔装置按设定的仿形轨迹钻孔将岩石分层;再利用钻孔装置在硐体内的岩块上钻孔;利用钻好的孔洞，使用胀裂器将岩块分解;最后将分解后的岩块从硐室内运送出来。其有益效果是:施工流程简单，设计新颖，提高了效率及降低了成本，适合于市场的大范围推广。
【附图说明】
[0020]图1为本发明方法的流程示意图。
[0021 ]图2为硐体仿形轨迹设计图。
[0022]图3为硐室纵向钻孔截面剖视图。
[0023]图4为第一次钻孔后的作业面形态图。
[0024]图5为第二次钻孔后作业面形态图。
[0025]图6为取芯后形成芯圈的不意图。
[0026]图7为第一次劈岩后的作业面形态图。
[0027]图8为图7劈出的岩石形状。
[0028]图9为第二次劈岩后的作业面形态图。
[0029]图10为图9劈出的岩石形状。
[0030]图11为砸室完成的结构不意图。
【具体实施方式】
[0031 ] 实施例
[0032]本实施例中，定向钻孔劈岩成硐法的施工流程图如图1所示，定向钻孔劈岩成硐法由硐体仿形轨迹设定、岩芯钻机固定、注入冷却液、启动钻机、若干个岩芯钻具按设定的轨迹钻孔、取芯形成芯圈、硐体内岩块钻孔、硐体内岩块分解、出料、出渣等步骤组成。首先根据设计方案要求，对所要求的硐体进行仿形轨迹调整，将作业面分为基岩、芯圈及硐体三部分以满足设计要求。按以下方法进行:第一步、设计硐体仿形轨迹，设硐室的宽度为D，硐室的水平高度为B，钻具的钻孔直径为d，按照硐室的总高度为H = D/2+B，钻具布置宽度A = D-d，设计成底部水平，底部两端具有向上延伸垂边，两垂边的延伸端经半圆弧连接的仿形轨迹；
[0033]第二步、削平工作面，按设计硐室纵向中心线定位激光革El心，在硐体前固定钻孔装置和劈岩装置，按照设计好的硐体仿形轨迹进行钻孔和劈岩，使用激光经玮仪定位。激光发射器与激光靶位置可按设定路径分段更改，以确保硐室按设定路线前进直至贯通；
[0034]第三步、向钻孔装置和劈岩装置内注入冷却液，启动液压系统，按照硐体仿形轨迹进行钻孔，取出孔中的岩芯，形成环状沟槽即为芯圈，芯圈内是硐体，芯圈外是基岩，如图6所示，芯圈的宽度为150-250mm，深度为500-1000mm，先钻两垂边和半圆弧形的孔，再钻底部水平孔，如图4和图5所不；
[0035]第四步、按所需石材的外形尺寸在硐体内划线见图7，并按划线形状钻出劈岩孔，劈岩孔直径是40-50mm。劈岩装置劈开硐体，对硐体内的破碎岩石进行出料，如图7和图9所示劈岩分为两次，第一次劈上、下两部分的岩石10，第二次劈中部的岩石11，第一次劈出的岩石形状见图8，第二次劈出的岩石形状见图10，直至硐室形成，即完成见图11。具体设定方式如下:如图2为硐体仿形轨迹设计图，图中，基岩I，芯圈2，硐体3。设硐室的宽度为D，硐室的水平高度B，钻具的钻孔直径为d，则硐室的总高度为H = D/2+B，仿形轨迹钻具布置宽度A= D-d，其次固定岩芯钻机，保证其施工的稳定性;然后将兼具润滑作用的冷却液注入到钻具内，冷却液有效的延长了钻具的使用寿命，也可避免施工现场的扬尘现象，更好的保护了施工的环境和保障了施工人员的人身安全。确认安全后启动岩芯钻机，具有若干套岩芯钻具按轨迹分布同时启动钻进作业面，钻具推进与旋转切削相配合，对岩层进行钻孔作业。硐室的钻具纵向钻孔截面剖视图如图3所示，钻具在施工过程中，钻具与水平面成一定的α角钻进施工，一般α角设定成3-5°左右，有助于保证硐室的不断向前推进。旋转掘进过程中，钻具在岩石表面钻进时，是在局部侵入的同时使岩石发生剪切破碎。因为岩石的硬度，使钻具在岩石上钻孔相对较难，又因为岩石的脆性，使钻孔后剪切劈岩却较容易。岩芯钻具钻孔后，使用斜楔将岩芯挤断，取出岩芯后硐体四周已与基岩分离，随即使用风镐在硐体内钻劈岩孔。利用岩石的脆性，通过胀裂设备扩张劈开硐体3的岩石。根据岩石尺寸大小，可对其加工利用。保证了岩石资源的充分利用。出料、出碴后即完成一段硐室。以上为硐室整个施工的一个分段，然后将岩芯钻机前移固定，重复以上工序，直至整个硐室贯通。在整个施工过程中，一般盾构法切削的受力面积为B*D+3.14*D2/8，定向钻孔劈岩成硐法的切削受力面积为n3.14*d2/4(省去了硐体(3)的受力面积)，n表示为钻具的数量，以上公式可明显比较出岩石在局部切削方面效果更显著。本发明施工效率高、步骤简单，大大降级了施工成本，安全系数极高，具有极好的市场推广价值。
[0036]除上述实施外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
【主权项】
1.一种定向钻孔劈岩成硐法，包括以下步骤: 第一步、设计硐体仿形轨迹，设硐室的宽度为D，硐室的水平高度为B，钻具的钻孔直径为d，按照硐室的总高度为H=D/2+B，钻具布置宽度A = D-d，设计成底部水平，底部两端具有向上延伸垂边，两垂边的延伸端经半圆弧连接的仿形轨迹； 第二步、削平工作面，按设计硐室纵向中心线定位激光靶心，在硐体前固定钻孔装置和劈岩装置，按照设计好的硐体仿形轨迹进行钻孔和劈岩； 第三步、向钻孔装置和劈岩装置内注入冷却液，启动液压系统，按照硐体仿形轨迹进行钻孔，取出孔中的岩芯，形成环状沟槽即为芯圈，芯圈内是硐体，芯圈外是基岩； 第四步、按所需石材的外形尺寸在硐体内划线，并按划线形状钻出劈岩孔，劈岩装置劈开硐体，对硐体内的破碎岩石进行出料，直至硐室形成，即完成。2.根据权利要求1所述定向钻孔劈岩成硐法，其特征在于:所述钻孔装置为两个以上独立的岩芯钻具，所述劈岩装置为液压劈岩器。3.根据权利要求1所述定向钻孔劈岩成硐法，其特征在于:所述第三步中，芯圈的宽度为 150-250mm，深度为 500-1000mm。4.根据权利要求1所述定向钻孔劈岩成硐法，其特征在于:所述第三步中，先钻两垂边和半圆弧形的孔，再钻底部水平孔。5.根据权利要求1所述定向钻孔劈岩成硐法，其特征在于:所述第四步中，钻孔装置在硐体内的岩块上钻劈岩孔，将劈岩器的胀裂器伸入钻好的孔洞后将岩块分解，最后将分解后的岩块从硐室内运出。6.根据权利要求5所述定向钻孔劈岩成硐法，其特征在于:钻孔时，钻孔装置与硐室的水平面具有夹角。7.根据权利要求6所述定向钻孔劈岩成硐法，其特征在于:所述夹角为3°-5°。8.根据权利要求5所述定向钻孔劈岩成硐法，其特征在于:所述劈岩孔直径是40-50mm。9.根据权利要求5所述定向钻孔劈岩成硐法，其特征在于:在硐形范围内使用劈岩器将岩石切割成所需形状后出料。10.根据权利要求9所述定向钻孔劈岩成硐法，其特征在于:劈岩分为两次，第一次劈上、下两部分的岩石，第二次劈中部的岩石。
【专利摘要】本发明涉及一种钻孔方法，尤其涉及一种定向钻孔劈岩成硐法，属于隧道施工技术领域。本发明的方法包括以下步骤：第一步、设计硐体仿形轨迹；第二步、固定钻孔装置和劈岩装置；第三步、按照硐体仿形轨迹分别进行钻孔；第四步、钻孔装置对硐体内的岩层钻孔，将岩芯从岩层中分离，出渣；劈岩装置劈开硐体，对硐体内解体的岩块进行出料，直至硐室形成。本发明的有益效果是：施工流程简单，设计新颖，提高了效率及降低了成本，适合于市场的大范围推广。
【IPC分类】E21D9/10, E21D9/00, E21C37/04
【公开号】CN105649633
【申请号】
【发明人】施杰, 严道友, 陈桂莲, 谢建新, 严尚云, 施洋
【申请人】南京海杰机械制造有限公司, 施杰
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年11月26日