本发明型属于隧道施工的技术领域，具体涉及一种超浅埋穿越敏感建筑物地区硬质岩隧道开挖施工方法。

背景技术：

随着城市轨道交通的迅速发展，岩石隧道施工日益增加，复杂的施工工况不断涌现，对施工技术提出更高要求，目前针对超浅埋及穿越敏感建筑物、临近重要建筑物地区的隧道施工，对扰动及震动要求高，不允许爆破施工，对于超硬质岩隧道开挖仍未有较好的施工方法，因此提出一种超硬质岩隧道水钻配合液压劈裂开挖施工方法，降低了对周围围岩的扰动，提高了隧道掘进速度，提高了施工工效，降低施工风险。

技术实现要素：

本发明型为了解决超硬质岩、超浅埋、穿越敏感建筑物隧道开挖工效低下，施工成本高，对周围建筑物及构造物影响大等难题，故提出了一种超硬质岩隧道水钻配合液压劈裂开挖施工方法。

本发明采用如下技术方案：

一种超硬质岩隧道水钻配合液压劈裂开挖施工方法，其特征在于，是采用周边利用水磨钻钻孔取芯+中心打孔液压劈裂开挖上断面，岩石切割锯分段拉槽开挖下段面的方法进行隧道开挖，具体施工过程如下：

先采用水磨钻沿开挖轮廓线以相临圆方式按水平方向施钻取芯，在周边形成连续槽道，为上断面岩体开挖提供临空面；

在上断面岩体开挖区域内使用风钻在水平方向钻劈裂孔，再利用周边槽道开挖形成的临空面，用液压劈裂机自周边向内逐层进行劈裂岩体；

上断面开挖完成后，利用岩石切割机拉槽、切割，开挖下断面岩体。

利用岩石切割机开挖下断面岩体时，先沿隧道侧墙开挖线切割岩石，使中部岩体与基岩分离，然后在平行于线路方向，按等间距依次进行切割，将中部开挖岩体平均切分成若干等份，切割完成后对中部岩体进行钻孔劈裂处理。

中部岩体按每隔50cm进行一次切割，每次切割深度50cm。

水磨钻施钻取芯时，每个周向循环的取芯孔数为45-60个，相邻取芯点搭接设置。

在上断面岩体开挖区域内钻劈裂孔时，相邻孔间距40cm，孔径4.2cm，钻孔数45～50个。

一种超硬质岩隧道开挖用水磨钻取芯作业装置，包括脚手架、电机、钻头和滑轮行走机构，滑轮行走机构包括滑轮、调节滑链、转轴和行走杆，转轴由脚手架支撑沿隧道纵向设置于隧道开挖轮廓线中心，行走杆和转轴平行设置并通过支撑杆连接固定，钻头安装于行走杆上并和电机相连，钻头由电机驱动沿行走杆垂直推进钻孔取芯；调节滑链的两端分别与滑轮和行走杆相连，滑轮固定于脚手架上，行走杆以及安装于行走杆上的钻头、电机在调节滑链作用下整体绕转轴旋转定位旋转钻孔取芯点。

本发明是利用水钻配合液压劈裂开挖的施工方法，来降低了对周围围岩的扰动，提高了隧道掘进速度，提高了施工工效，降低施工风险。且水钻取芯施工时采用了特定的水磨钻取芯作业装置，通过该装置可快速准确的选取钻孔取芯位置，且该装置的行走杆具有导向作用，钻孔质量更精确。

附图说明

图1为孔位布置图；

图2为水磨钻取芯作业示意图；

图3为水磨钻支撑结构立面图；

图中：1-水磨钻孔位（取芯点）、2-劈裂临空孔孔位、3-滑轮、4-脚手架、5-开挖轮廓线、6-水磨钻支撑架、7-调节滑链、8-电机、9-钻头、10-进水孔、11-支撑杆、12-转轴、13-行走杆。

具体实施方式

本发明的施工原理是：水钻+液压劈裂开挖上断面，岩石切割锯开挖下断面开挖方案是采用“周边钻孔取芯+中心打孔液压劈裂开挖上断面，岩石切割锯分段拉槽开挖下段面”的方法进行隧道开挖。采用水磨钻沿开挖轮廓线以相临圆方式按水平方向施钻取芯，在周边形成连续槽道，为上断面岩体开挖提供临空面。在上断面岩体开挖区域内使用风钻按一定间距在水平方向钻劈裂孔，利用周边槽道开挖形成的临空面，用液压劈裂机自周边向内进行劈裂岩体。上断面开挖完成后，利用岩石切割机拉槽、切割，开挖下断面岩体。先沿隧道侧墙开挖线切割岩石，使中部岩体与基岩分离，然后在平行于线路方向，每隔50cm进行一次切割，将中部开挖岩体平均切分成若干等份，每次切割深度50cm，切割完成后对中部岩体进行钻孔劈裂处理。

开挖施工流程如下：

测量放样→超前支护→搭设施工平台→布孔→钻孔→上半断面液压劈裂出渣→岩石切割锯分层切割→液压劈裂出渣→循环至开挖完成→施作初期支护。

具体施工过程如下：

①测量放线

施工前由测量班组对开挖断面轮廓线进行放样，将放样点位标识清晰，并设置放样桩，固定牢固，以便过程中检查。

②超前支护

隧道拱部设置φ42mm，壁厚3.5mm，l=3.0m超前小导管，小导管环向间距0.4m，纵向间距1.5m，外插角5～10度。

小导管在钢筋加工场集中加工制作，准确测量放样出小导管位置，采用ty-28钻机钻孔并清理干净虚碴，插打小导管并注射水泥浆液，稳固前方围岩。

③搭设施工平台

水钻钻孔和劈裂的平台采用脚手架搭设。平台顶部距开挖区高80cm、宽2m（左右侧各1m），以便于人员操作和水磨钻悬吊。平台搭设应牢固，强度和稳定性满足要求，尽量减少作业的晃动，保证施工安全和钻进精度。

④布孔

根据测量放样点位，沿开挖轮廓线布孔，布孔原则是保证结构净空，且能够连续钻孔形成整体临空面。

⑤钻孔

水磨钻钻孔：水磨钻钻杆直径15cm，机带钻头长60cm，有效成孔深度约50cm，为减少钻机接杆时间，钻孔开挖循环进尺按50cm控制。水磨钻钻孔时设置一定外插角，保证钻孔后净空满足要求。

液压劈裂孔：液压劈裂孔采用ty-28风钻钻孔，孔横纵间距40cm，沿隧道中线呈梅花形左右对称布置。

具体水磨钻、液压劈裂孔布置详见图1：

将水磨钻利用倒链悬吊在作业台架上，并安装调节水磨钻位置的支撑架，可以上下左右调整水磨钻位置，检查水磨钻能否顺利到位。水磨钻取芯作业装置见图2、图3，包括脚手架、电机、钻头和滑轮行走机构，滑轮行走机构包括滑轮、调节滑链、转轴和行走杆，转轴由脚手架支撑沿隧道纵向设置于隧道开挖轮廓线中心，行走杆和转轴平行设置并通过支撑杆连接固定，钻头安装于行走杆上并和电机相连，钻头由电机驱动沿行走杆垂直推进钻孔取芯；调节滑链的两端分别与滑轮和行走杆相连，滑轮固定于脚手架上，行走杆以及安装于行走杆上的钻头、电机在调节滑链作用下整体绕转轴（旋转定位旋转钻孔取芯点。该装置的工作原理是将行走杆作为钻头的行进导向杆，保证钻孔精度，同时将导向行走杆、电机、钻头作为整体通过调节滑链和滑轮实现对取芯点的快速选择定位，当取芯数量、孔径及间距均设计确定后，可通过取芯点之间的角度及弦长数据换算为调节滑链的滑动量，进而精确控制取芯位置，且施工更便捷。

开机检查水磨钻运转是否正常，然后人工手持取芯钻在隧道轮廓线上钻孔取芯，采用以相割圆方式按水平方向施钻取芯，在周边形成连续槽道临空面。

为了同时保证取芯效率和较小的超挖量，相邻钻孔中心间距13cm，两孔搭接2cm，每循环取芯孔数在45～60个。2～3台钻机，每台钻机需2～3人操作。取芯时一个孔钻进时间约为5～10分钟。

水磨钻取芯到位时，缓慢拉出水磨钻，轻轻敲击芯体，使其与母岩断开，然后将其取出，水磨钻移至下一个孔位处钻孔。

在开挖区域轮廓线取芯的中间部分用yt-28凿岩钻机钻孔，相邻孔间距40cm，孔径4.2cm，钻孔数45～50个；钻劈裂孔也可在搭设简易台架前进行，为方便施工劈裂孔可一次钻进2～4m，满足4～8个劈裂循环作业（一个开挖循环约1.5米，每劈裂循环约0.5米）。

⑥液压劈裂机分裂核心岩体

取芯孔完成后，然后以周边槽道形成的临空面，用液压劈裂机自周边向内进行分裂开挖岩体，劈裂自上而下分裂岩块，人工撬落。

劈裂采用一台劈裂机，3个操作人员，根据围岩裂隙发育情况，小导洞劈裂每循环约1小时。

⑦人工清除劈裂岩体

为保证台架和液压劈裂机管线和下部工作面安全，劈裂机将岩体分裂后，分裂岩块随时由人工用手推车运至距离掌子面10m以外临时堆放，根据现场条件约3个运作人员，开挖完一个循环后用装载机配合大车出渣至弃渣场。

⑧岩石切割机切割，开挖下断面岩体

由测量人员使用全站仪放出岩石切割机切割的位置线。

搭设好岩石切割机导轨，接上主电源，将岩石切割机锯盘底部对准开挖岩体周边控制线，沿开挖位置线进行切割。先沿侧墙开挖线一端缓慢切入岩体，根据岩体硬度按0.5～1米/分钟切割速度进行水平前进切割，使开挖岩体与周边岩体竖向分离。然后在平行于线路方向，按50cm一道将开挖岩体平均切分成若干等份。每次切割深度50cm,再对中部开挖岩体进行钻孔劈裂处理，每取出深50cm的岩石后，循环使用该方法直至开挖完成。

本发明型实施应用降低了隧道开挖对围岩的扰动，降低对上部建筑物及构造物的影响，提高施工工效，降低施工成本。