[发明专利]利用水射流的开挖系统及利用它的开挖方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于火药爆破的隧道开挖技术，本发明具体涉及到一种可以把隧道开挖过程中发生的爆破所致冲击或震动的传播加以抑制的技术。更具体地说，本发明的利用水射流(Waterjet)的开挖系统及利用它的开挖方法涉及一种利用水射流沿着隧道的外周面形成一系列的连续空间，即形成所谓的自由面而防止爆破时的震动传播到地表面。

背景技术

建设及土木工程，尤其是进行地下隧道开挖时频繁地采取使用火药的爆破工序。爆破工序可以凭借火药的爆发力有效地清除基岩或其它障碍物，但爆破时必然发生的震动与噪音会传播到地表面而对建筑物或各种结构物造成不良影响。附带一提的是，在爆破工序中从爆破源传播的冲击波虽然会随着距离而显著地衰减，但此时所发生的能量中的一部分以弹性波的形态传播而引起地盘震动(爆破震动，blast vibration)。如果相距爆破源较近处存在着建筑物或地铁设施，有可能造成严重问题。

抑制前述爆破震动的先前技术如下。首先，大韩民国注册专利第0531985号揭示了利用线钻孔的爆破震动遮蔽用开挖结构及工艺，该专利所示技术在待开挖的基岩中的爆破用领域周边钻2列以上的线钻孔(Line drilling hole)并且让各列的线钻孔互相错开地配置。大韩民国注册专利第0599982号隧道爆破工艺则揭示了下列技术，其利用了与隧道外廓部相隔地钻孔的大口径无装药孔、配置在该无装药孔之间地钻孔的龟裂诱导孔、钻到无装药孔的内侧的多个扩展孔。

这些先前技术的共同点是把沿着隧道行进方向钻孔的多个孔作为爆破时的震动抑制手段使用。然而，即使钻了多个孔，也会在孔与孔之间存在着连接区。通过该连接区传播的爆破震动是无法遮蔽的。亦即，先前技术所使用的钻孔是不完整的震动抑制手段。

而且，现有的隧道爆破工艺由于随着爆破而在邻接基岩形成危险区，因此具有导致隧道崩溃的问题(请参阅图21)。尤其是爆破力较大而超出所计划的隧道空间地开挖后形成超挖时，需要在内空的空间浇注很多喷混凝土(shotcrete)。与此相反地，爆破力不足时会发生欠挖而需要利用挖掘机等设备另外进行作业。

现有的隧道开挖技术利用车装式钻机制作多个装药孔并且在该部分放进火药后加以爆发。装药孔一次需要一百多个，装药孔的形成作业由车装式钻机操作员以手动方式操作，因此作业效率亟待改善。

一般来说，开挖隧道时为了防止隧道崩溃等问题而开发了能够针对处于开挖前方区域的基岩状态进行检查的各种前方预测方法，但它们进行的不是实质检查而是诸如根据基岩性质而量测抵抗值的间接检查，因此检查的可靠性较低，在开挖过程中可能会出现隧道崩溃之类的问题。

发明内容

【解决的技术课题】

为了解决上述的现有问题，本发明的目的是提供一种水射流设备及开挖方法，其可以有效地抑制开挖过程中发生的爆破所致冲击、震动及噪音的传播。

而且，本发明的目的防止隧道爆破所导致的欠挖或超挖。

而且，本发明的目的是尽量减少爆破所导致的危险区而得以增强隧道稳定性。

而且，本发明的目的是在开挖隧道时大幅提升作业效率而得以有效地进行作业。

而且，本发明的目的是针对隧道的前方开挖地点进行实质检查。

【解决课题的技术方案】

实现上述技术课题的本发明的利用水射流的开挖系统及利用它的开挖方法如下。

本发明的发明人把先前技术的钻孔间连接区视为必须清除的有害要素，并且把沿着隧道的外周面形成一系列的连续空间自由面的方案定义为最佳方案。实现该最佳方案的主要解决手段则是引进水射流(waterjet)技术及研磨剂。

具体地说，本发明的水射流系统包括：移动单元，为了开挖隧道而朝爆破目标区进行前后移动；多关节机械臂，装载到上述移动单元；水射流喷嘴，装载到上述机械臂的前端；供应单元，把高压水供应到上述水射流喷嘴；控制单元，控制上述移动单元、机械臂及水射流喷嘴。较佳地，水射流喷嘴能够喷射水与研磨剂。

本发明的水射流喷嘴还包括：深度传感器单元，其检测上述高压水所导致的开挖对象面的破碎深度；上述控制单元则利用上述破碎深度控制上述机械臂及供应单元。

而且，上述水射流喷嘴还包括横宽传感器单元，其检测上述高压水所导致的开挖对象面的破碎横宽；上述控制单元则利用上述破碎横宽控制上述机械臂及供应单元。

凭借具有前述结构的水射流系统沿着隧道开挖方向在爆破目标区的外廓形成具有预设深度的自由面。形成了自由面后，在爆破目标区装药并加以爆破。

【有益效果】