[发明专利]隧道掘进用防岩爆掌子面结构及防岩爆隧道掘进方法

权利要求书

1.一种隧道掘进用防岩爆掌子面结构，包括隧道掘进过程中用于爆破、挖掘作业的掌子面，其特征在于：所述掌子面表面形状为球面或椭球面与地面相截所形成的异形面。

2.根据权利要求1所述的隧道掘进用防岩爆掌子面结构，其特征在于：所述掌子面采用球面与地面相截所形成的异形面时，球面的球心高度低于隧道高度的一半、高于地面；所述掌子面采用椭球面与地面相截所形成的异形面时，椭球面所在的椭球体的实轴与隧道掘进方向平行，且实轴的水平高度低于隧道高度的一半、高于地面。

3.根据权利要求2所述的隧道掘进用防岩爆掌子面结构，其特征在于：所述掌子面上设置有掏槽眼阵列和多个爆破眼；所述掌子面采用球面与地面相截所形成的异形面时，掏槽眼阵列的轴向中心线与隧道掘进方向平行且与所述球面的球心相交；所述掌子面采用椭球面与地面相截所形成的异形面时，掏槽眼阵列的轴向中心线与椭球面所在的椭球体的实轴重合；所述掌子面在隧道掘进方向上的投影形成一半球形的投影面；所述轴向中心线在投影面上的投影形成原点，多个爆破眼在投影面上以原点为圆心按环形阵列形式分布。

4.一种防岩爆隧道掘进方法，包括：隧道掘进过程中，围岩体内存在岩爆隐患的区域与预设的隧道路径相互重叠的区段形成岩爆隐患段，预设的隧道路径上的其余区段形成普通隧道段，在普通隧道段的掘进过程中，采用常规手段进行掘进；常规手段进行掘进时，所采用的掌子面定义为常规掌子面（1）；其特征在于：当隧道掘进至普通隧道段和岩爆隐患段的交界区域时，按如下方法进行掘进：

1）在常规掌子面（1）上设置多个钻孔（2），多个钻孔（2）分别形成掏槽眼阵列和爆破眼，多个钻孔（2）的孔底所在的轮廓面形状为：球面或椭球面与地面相截所形成的异形面；

2）在爆破眼内装填爆破管，装填完毕后实施引爆；爆炸后，爆炸作用范围内的围岩体向掏槽眼阵列方向坍塌，常规掌子面（1）被破坏掉，新暴露出的围岩体即形成第一防岩爆掌子面，第一防岩爆掌子面的表面形状为，球面或椭球面与地面相截所形成的异形面；

3）在第一防岩爆掌子面（3）上设置多个钻孔（2），多个钻孔（2）分别形成掏槽眼阵列和爆破眼，多个钻孔（2）的孔底所在的轮廓面形状为：球面或椭球面与地面相截所形成的异形面；

4）在爆破眼内装填爆破管，装填完毕后实施引爆；爆炸后，爆炸作用范围内的围岩体向掏槽眼阵列方向坍塌，第一防岩爆掌子面（3）被破坏掉，新暴露出的围岩体即形成第二防岩爆掌子面，第二防岩爆掌子面的表面形状为，球面或椭球面与地面相截所形成的异形面；

5）重复步骤4），采用防岩爆掌子面的掘进方式继续向前掘进，直至通过岩爆隐患段，然后换用常规手段进行掘进。

5.根据权利要求4所述的防岩爆隧道掘进方法，其特征在于：所述钻孔（2）内设置有超前段（2-1），超前段（2-1）的深度大于爆破管的爆破位置，超前段（2-1）内填充有炮泥。

6.根据权利要求4所述的防岩爆隧道掘进方法，其特征在于：所述爆破管由壳体（4）、封装在壳体（4）内的炸药和设置于壳体（4）表面的环状聚能罩（5）组成。

7.根据权利要求6所述的防岩爆隧道掘进方法，其特征在于：所述环状聚能罩（5）为环形槽，环形槽的轴向与爆破管轴向呈一定夹角；环形槽的轴向与异形面上该爆破位置处的切面垂直。

8.根据权利要求4所述的防岩爆隧道掘进方法，其特征在于：引爆时，采用微差爆破方式引爆。