一种控制隧道超挖的周边孔弧形钻孔工法的制作方法

1.本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种控制隧道超挖的周边孔弧形钻孔工法。


背景技术：

2.作为不可或缺的主要隧道破岩方法，钻爆法是通过钻孔、装药、爆破开挖岩石的方法。在钻爆法施工中，须人工手持风钻或使用包括但不限于凿岩台车等工程机械在岩石中进行钻孔后填装炸药，在钻设隧道周边孔时，由于钻孔机具结构的限制导致钻孔必然存在外插角，均会出现一定数量的超挖现象，特别是机械钻孔的超挖现象特别严重，超挖部分须通过回填混凝土以控制隧道尺寸，超挖引起的混凝土回填不但会增加工程费用，在某些软弱破碎围岩中还会影响隧道施工安全与质量、延误工期，因此，如何更有效地控制超挖，是隧道钻爆法施工中亟待解决的重要问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种控制隧道超挖的周边孔弧形钻孔工法，该施工方法可钻出弧形的周边孔，与同进尺长度的直线型周边孔相比，该弧形周边孔可有效减少隧道超挖量。
4.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
5.一种控制隧道超挖的周边孔弧形钻孔工法，其特征在于，包括以下步骤：
6.s1、用钻杆在靠近隧道掌子面开挖轮廓线的位置向隧道前方以与隧道轴线呈外插角θ的方向钻孔，钻入长度l0；
7.s2、在钻杆的尾端和靠近孔口的位置持续施加朝向隧道内侧的外力f1和朝向隧道外侧的外力力f2，使钻杆产生向隧道内壁方向凸出的形变并在外力f1和外力f2的作用下持续钻孔。
8.本方案提供了一种隧道周边孔的钻孔方法，将钻杆从掌子面周边的开挖轮廓线处向隧道内部倾斜角度θ钻设一端距离l0，继续钻设时，持续在钻杆尾施加向隧道内侧的外力f1、在钻杆靠近孔口位置施加朝向隧道外侧的外力f2，由于钻杆具有高强韧性且钻杆的前端约束在钻孔中，则钻孔外部的钻杆在外力f1、f2的组合作用下产生向隧道内壁方向凸出的形变，随着钻杆继续向前钻孔，钻杆不断深入进行钻孔，钻头在弯曲的钻杆的带动下在沿进尺方向移动的同时逐渐向隧道方向偏转，从而将原直线钻孔变成逐渐向开挖轮廓线方向靠近的弧形钻孔，由于钻孔与开挖轮廓线之间为超挖部分，则当钻孔逐渐靠近开挖轮廓线时，可以减小钻孔和开挖轮廓线之间的面积，从而减小超挖量。组合外力f1、f2的大小可据实际施工进行选定，但应保证施加外力f1、f2时钻杆产生向隧道内壁方向凸出的形变。
9.进一步地，在本发明的较佳的实施例中，钻杆设置在风钻上，外插角θ为1.5
°
～3.0
°
。
10.进一步地，在本发明的较佳的实施例中，钻杆设置在凿岩台车上，外插角为2.5
°
～
5.0
°
。
11.当外插角为上述范围时，钻杆向隧道内的岩石中钻孔时，既可保证钻杆操作方便，又保证具有较小的超挖量。
12.进一步地，在本发明的较佳的实施例中，钻入长度l0为30
㎝
～60
㎝
。
13.钻杆先以直线路径向岩石中钻入长度l0以固定钻杆头部，方便对钻杆组合外力f1、f2时，钻杆头部被钻孔约束，从而使钻杆产生弯曲形变，同时钻杆钻入长度l0也会影响最终钻孔与超挖线之间的距离从而影响超挖量，当钻杆钻入长度l0为30
㎝
～60
㎝
时，既可保证钻杆头部在钻孔中固定可靠，又保证具有较小的超挖量。
14.进一步地，在本发明的较佳的实施例中，外力f1的方向指向隧道内侧并与钻杆的轴线垂直，外力f2的方向指向隧道外侧并与钻杆的轴线垂直。
15.当外力f1以及外力f2均垂直钻杆时，外力f1和f2没有沿钻杆轴向的分力，则外力f1和f2完全用于钻杆产生形变，相比于其他方向的外力，外力f1和f2垂直于钻杆时，钻杆产生相同形变所需外力f1和f2为最小值。
16.进一步地，在本发明的较佳的实施例中，外力f1和外力f2采用人工和/或机械施加。
17.外力f1和外力f2采用人工和/或机械施加，从而适用于不同的施工方式，如采用风钻或凿岩台车等设备附加的机械钻臂。
18.本发明具有以下有益效果：
19.本发明提供了一种隧道周边孔的钻孔施工方法，该钻孔方法可钻设出弧形的周边孔，与直线型周边孔相比，弧形周边孔在进尺方向不断向开挖轮廓线靠近，从而减小钻孔和开挖轮廓线之间的超挖面积，从而减少混凝土回填量，降低施工成本，缩短施工周期，增强隧道稳定性。
附图说明
20.图1为钻周边孔时钻杆的角度和钻孔的位置关系结构示意图；
21.图2为控制隧道超挖的周边孔弧形钻孔工法的结构示意图；
22.图3为图2在a处的局部放大图。
23.其中：1－钻杆；11－钻杆座；12－钻杆形变后轮廓线；2－掌子面；21－开挖轮廓线；3－弧形钻孔；4－直线钻孔；ⅰ－弧形钻孔对应的超挖面积；ⅱ－弧形钻孔比直线钻孔减少的超挖面积。
具体实施方式
24.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
25.实施例
26.图1和图2均为隧道的横截面方向的示意图，掌子面2周边的开挖轮廓线21以内的岩石需要被移除，参照图1中钻孔装置a，钻杆1的外径远远小于钻杆后端钻杆座11的外径，则由于隧道内壁对钻杆座11的阻挡，在钻设周边孔时，若钻杆1与隧道的开挖轮廓线21平行钻孔，则钻杆1和开挖轮廓线21之间会留有一部分岩石无法被移除，即图中虚线l1与开挖轮廓线21之间的部分，因此在钻设周边孔时需按照图1中钻孔装置b设置钻杆1，即钻杆1以一
定的外插角由开挖轮廓线21向岩石内钻孔，虚线l2以内的岩石被移除后，虚线l2与开挖轮廓线21之间为超挖部分，需要通过回填混凝土来保证隧道尺寸。
27.参照图2和图3，一种控制隧道超挖的周边孔弧形钻孔工法，在本实施例中，采用凿岩台车，凿岩台车的具体型号为阿特拉斯xl3d、boomer2238型三臂全液压凿岩机进行钻孔，该施工方法包括以下步骤：
28.s1、用钻杆1在隧道内由掌子面2周边的开挖轮廓线21向隧道外沿与隧道的内壁呈外插角θ的方向钻入长度l0，在本实施例中外插角θ＝3
°
，钻入长度l0＝40cm，在本发明其他实施例中，外插角θ还可以为2.5
°
～5.0
°
之间的任意值，并且，在本发明的其他实施例中，钻杆1还可以设置在风钻上，钻杆1设置在风钻上时，外插角为1.5
°
～3.0
°
之间的任意值，钻入长度l0还可以为30cm～60cm之间的任意值；
29.s2、在钻杆1远离钻孔的尾部持续施加外力f1，在钻杆1靠近钻孔的位置持续施加外力f2，外力f1朝向隧道的内侧并垂直与钻杆1的轴线，外力f2朝向隧道的外侧并垂直于钻杆1的轴线，外力f1和外力f2使钻杆1产生向隧道内壁方向凸出的形变并持续钻孔，钻杆形变后轮廓线12如图2所示，在钻孔过程中外力f1和f2的大小以及与钻杆1的夹角恒定。
30.若不施加外力f，则钻杆1以直线进入岩石中，钻孔为逐渐远离开挖轮廓线21的直线，即图2中直线钻孔4，当施加外力f1和f2后，钻孔为逐渐靠近开挖轮廓线21的弧形钻孔3，如图2中所示，面积ⅰ为弧形钻3对应的超挖面积，面积ⅰ+ⅱ为原直线钻孔4对应的超挖面积，即面积ⅱ为弧形钻孔3比直线钻孔4减少的超挖面积，由此可知，弧形钻孔3大大减少了超挖面积，从而有利于增强隧道稳定性，减少混凝土回填量，降低施工成本，缩短施工周期。
31.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。