一种向斜核部地质带的开挖方法与流程

本发明涉及地下工程施工技术领域，具体而言，涉及一种向斜核部地质带的开挖方法。

背景技术：

传统水利水电工程隧洞的开挖方法多采用钻孔爆破法，需经过钻孔、装药起爆、通风散烟、出渣排险等工序，施工工序复杂繁琐，且施工安全风险极高，爆破冲击波对隧洞围岩的扰动大、超欠挖难以控制。在地壳运动的强大的挤压作用下，岩层产生一系列波状弯曲的塑性变形，从而在岩层底部形成的倾斜坚硬岩石带，其为向斜核部地质带，该地质带的硬度远高于周围岩层的硬度，若在向斜核部地质带上使用钻孔爆破法进行隧洞开挖容易导致地质塌方、岩石掉块等风险，施工不可控因素较多，存在较多弊端。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明

技术实现要素：

本发明解决的问题是向斜核部地质带上开挖容易发生地质塌方、岩石掉块中的至少一个方面。

为解决上述问题，本发明提供一种向斜核部地质带的开挖方法，所述方法包括如下步骤：

s100：测量放样，确定隧洞的位置结构；

s200：掘进机的截割头从所述隧洞底部的一侧为起始开挖点，采用从下而上，左右循环的开挖方式进行切割；

s300：在遇到向斜核部地质带时，所述截割头沿着所述向斜核部地质带的走向运动。

优选地，所述隧洞为直线型，且长度大于30m时，在所述隧洞的顶部、腰线、边墙和拱脚部位共设置有7-9个激光导向仪。

优选地，所述掘进机在开挖前，所述截割头在掌子面底部水平处切割出一条底槽。

优选地，所述截割头的起始开挖点的中心与所述底槽中线的距离介于10-200mm之间。

优选地，所述截割头未遇到所述向斜核部地质带时的开挖路径为近似s型或z型。

优选地，所述隧洞开挖的掌子面面积介于40m²-60m²之间。

优选地，所述截割头在遇到节理结构时，沿着节理方向运行

相对于现有技术，本发明所述的端子板安装架具有以下优势：

本发明在使用的向斜核部地质带的开挖方法，采用从隧洞底部一侧起，由下往上，左右循环的方式进行挖掘，在截割头遇到向斜核部地质带时，掘进机的截割头沿着向斜核部地质带的方向进行运动，即截割头将向斜核部地质带上的坚硬岩石沿着其走向进行一层层的切割，即使向斜核部地质带上的岩石异常坚硬，也能轻易的切下，同时均匀的对向斜核部地质带上的坚硬岩石进行均匀的切割，也大大降低了向斜核部地质带开挖过程中产生地质塌方、掉块的风险。

附图说明

图1为向斜核部地质带的开挖方法流程图；

图2为开挖的隧洞结构。

附图标记说明：

1-隧洞；2-向斜核部地质带。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

另外，在本发明的实施例中所提到的涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明的实施例中所提到的文中所有的方向或位置关系为基于附图的位置关系，仅为了方便描述本发明和简化描述，而不是暗示或者暗示所指的装置或元件必须具有的特定的方位，不能理解为对本发明的限制。若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

本发明适用于穿过向斜核部地质带2的工程的使用，例如在千岛湖配水工程12标的西坞山主洞下游，西坞山主洞下游输水隧洞1处于“志留系上统唐家坞组”--“泥盆系上统西湖组”之间，其具有一条较长的向斜核部地质带2，该工程需要挖穿该条向斜核部地质带2，其采用单头掘进的方式进行工作，掘进长达2200余米，在西坞山主洞下游开挖过程中，原采用常规的钻爆法进行施工，但是在施工过程中发现效果不容乐观，爆破时产生的冲击波对隧洞1围岩的扰动非常大，隧洞1上方极易产生掉块，对工作人员具有较大的威胁，甚至地质出现塌方的风险也大大的提高，威胁到整个隧洞1内的人员安全，并且严重拖累工程的开挖进度，于是该工程中更换采用了本发明的方法，使得工程的挖掘进度大幅提升，同时也有效的降低了工程中的地质塌方、掉块的风险。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

本发明提供一种向斜核部地质带的开挖方法，在本实施例中，结合图1和图2所示，所述方法包括如下步骤：

测量放样，确定隧洞1的位置结构；

掘进机的截割头从隧洞1底部的一侧为起始开挖点，采用从下而上，左右循环的开挖方式进行切割；

在遇到向斜核部地质带2时，所述截割头沿着向斜核部地质带2的走向运动。

本发明中使用的向斜核部地质带的开挖方法，采用从隧洞1底部一侧起，由下往上，左右循环的方式进行挖掘，在截割头遇到向斜核部地质带2时，掘进机的截割头沿着向斜核部地质带2的方向进行运动，即截割头将向斜核部地质带2上的坚硬岩石沿着其走向进行一层层的切割，即使向斜核部地质带2上的岩石异常坚硬，也能轻易的切下，同时均匀的对向斜核部地质带2上的坚硬岩石进行均匀的切割，也大大降低了向斜核部地质带2开挖过程中产生地质塌方、掉块的风险。

在本实施例中，测量放样采用的是激光导向定位仪结合全站仪进行放样，当开挖的隧洞1为直线型，且长度大于30m时，在隧洞1的顶部、腰线、边墙、拱脚等部位安装7-9个激光导向定位仪，具体的，根据隧洞1的断面尺寸可以适当的减少或增加激光导向定位仪的个数，在其他实施例中，激光导向定位仪设置为至少4个，设置在隧洞1的各个角落。在实际工程的操作中，激光导向定位仪每隔3天需要进行复核检查，保证仪器工作正常，测量放样准确无误。当隧洞1有拐弯，无法使用激光导向定位仪时，需要使用全站仪进行定位放样，全站仪使用费用较高，但精度准确，适合隧洞1转弯时测量。在实际使用中，隧洞1放样轴线水平允许偏差±100mm，洞底高程允许偏差±60mm，隧洞1开挖轮廓线的允许偏差为±50mm，不允许欠挖。

在本实施例中，掘进机在开挖前，所述截割头在掌子面底部水平处切割出一条底槽，具体的，掌子面又称礃子面，是工程施工中的一个常用术语，即开挖隧道工程中不断向前推进的工作面，掘进机在开挖前在掌子面底部切割出一条底槽，并且掘进机向前移动进行就位，较佳的，掘进机的铲板部插入底槽下方，铲板部上的耙爪将岩碴向后导出，并且铲板部置于底槽中，截割头在岩石上切割下来的岩碴直接落在铲板部上，铲板部上的耙爪可以直接将岩碴向后导出，使得开挖效率更高。

截割头的起始开挖点的中心距离底槽中线的距离介于10-200mm之间，具体的，截割头在底槽上方、隧洞1的一侧为起始点进行开挖，若截割头的中心距离底槽中线的距离小于10mm，则截割头在切割的过程与岩层接触过少，切割效果低下，浪费时间，若截割头的中心距离底槽中线的距离大于200mm，则截割头在工作中的切割阻力增大，工作效率反而降低。

在本实施例中，掘进机的开挖路径为近似s型或z型，具体的，掘进机的截割头在未遇到向斜核部地质带2进行切割时，使用近似s型或z型的路径进行位移，较佳的，截割头在工作时每段切割的距离之间均采用直线运动，在切割到隧洞1轮廓线处后会改变方向，截割头两个相邻的方向改变的位置在垂直方向上的位移距离不超过截割头的切割直径。掘进机使用近似s型和z型的切割方式进行切割，切割过程可控，能更好的对隧洞1进行切割。

隧洞1开挖的掌子面面积介于40m²-60m²之间，在掌子面面积介于40m²-60m²时，本方法对隧洞1开挖效率和成本为最优。较佳的，本方法在围岩级别为iv类、v类时优势尤为显著，地质塌方和掉块风险远远小于现有的钻爆法，保护操作人员的安全。

截割头在遇到节理结构时，沿着节理方向运行，节理也称为裂隙，是岩体受力断裂后两侧岩块没有显著位移的小型断裂构造，在实际操作中，岩石层中存在大量节理结构，若沿着原来的方向运动，将对节理处的岩石造成震动和加大裂缝，使得岩石层松动，岩石容易滑落，对操作人员造成风险，而沿着节理方向进行运动，防止截割头在切割时对节理处的岩石造成震动，扩大节理处的缝隙。

在其他实施例中，截割头在切割时若遇到有部分硬岩，不应勉强截割，对有部分露头硬石时，应首先截割其周围部分，使其坠落。对大块坠落体，采用适当办法处理后再进行装载。

本实施例为向斜核部地质带的开挖方法的具体实施案例，工程计划开挖出一条长达3000余米，横断面面积为50m2的隧洞1，隧洞1穿过一条向斜核部地质带2，在隧洞1周围的围岩级别为v类的，掘进机采用的是ebz260悬臂式掘进机，ebz260悬臂式掘进机是利用截割头上下、左右移动截割，截割出初步断面形状，如此截割断面与实际所需要的形状和尺寸有一定的差别，可进行二次修整，以达到断面尺寸的要求。

悬臂掘进机就位后，开始从掌子面底部水平割出一条底槽，向前移动掘进机再一次就位，使掘进机的铲板部置于掌子面下方，隧洞1上切割下来的岩碴直接落于铲板部上，并向后导出，提高工作效率。在一般情况下进行切割时，就位后截割头采取自下而上，左右循环切割的截割方法，当截割到向斜核部地质带2时，截割头改变原来的走向将沿着向斜核部地质带2的走向进行切割，图2中标注的箭头即为切割头在开挖时的走向。

本工程中隧洞断面较大，ebz260悬臂式掘进机无法完成全断面开挖，故可以采用台阶法施工，台阶法为本领域的常用技术，故不再此赘述，按照掘进机技术参数，合理选择上下台阶高度。

虽然本发明披露如上，但本发明的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。