[发明专利]一种利用温差效应的隧道超前钻孔破岩方法

说明书

本发明涉及一种利用温差效应的隧道超前钻孔破岩方法，步骤包括确定掌子面布孔位置，由圆心向四周呈放射状共布置四层孔位，布置的孔位使孔位成“米”字分布；采用间隔法按照由内向外的顺序在孔位进行钻孔；利用电磁线圈加热的方法对由内而外第二层以及最外层孔洞处的岩体进行加热升温；在圆心处的孔洞和第三层的孔洞中迅速加入干冰或者液氮；破岩清理工作。本发明运用温差的物理方法使硬岩破裂并逐渐丧失强度，可以有效地加快盾构机的掘进速度，并且采用电磁加热以及干冰降温的方法不仅施工简单而且降低了盾构机在硬岩掘进过程中导致的刀具损坏所引起的成本增加的问题，且整个硬岩破裂过程稳定且不会出现突发情况，提高了施工质量。

技术领域

本发明涉及一种利用温差效应的隧道超前钻孔破岩方法,尤其涉及在盾构机掘进中碰到硬岩的过程中利用温差效应的隧道超前钻孔破岩方法，属于岩土工程技术领域。

背景技术

进入新世纪以来，我国城市的发展规模和人口流入量不断加快，当前，我国的轨道交通业也迎来了高速发展时期，很多一线城市都已经开通了地铁,目前为了加快建设速度，隧道开挖常使用盾构机这一种自动化程度高、安全高效的大型机器，但是在盾构机掘进的过程中，经常遇到类似于花岗岩一类的硬岩，这给盾构机的掘进带来了不小的困难，在硬岩中掘进，盾构机的刀具必须有较高的耐磨性和一定的韧性，否则，刀具磨损快会造成频繁换刀，使成本加大，此外若刀具强度太高遇到硬岩也会崩刃，由于岩层强度高且存在软硬岩不均的现象，因此在掘进中盾构机姿态难以控制，且由于岩石强度高，切削围岩时反力矩大，容易使盾体发生旋转，这些都是盾构机在掘进过程中碰到硬岩时所遇到的问题，这不仅会加大施工的成本，拖延施工的进度，还会给工程质量带来一定的隐患，因此，需要一种行之有效的方法，来破除盾构机掘进过程中所遇到的硬岩，从而使盾构机可以更加顺利的通过硬岩，以达到加快施工速度，提高施工质量，降低施工成本的目的。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种利用温差效应的隧道超前钻孔破岩方法，能够有效地对盾构机掘进过程中掌子面处的硬岩进行破除。本发明运用温差的物理方法使硬岩破裂并逐渐丧失强度，可以有效地加快盾构机的掘进速度，并且采用电磁加热以及干冰降温的方法不仅施工简单而且降低了盾构机在硬岩掘进过程中导致的刀具损坏所引起的成本增加的问题，且整个硬岩破裂过程稳定且不会出现突发情况，提高了施工质量。本发明的技术方案如下：

一种利用温差效应的隧道超前钻孔破岩方法，具体步骤如下：

步骤一：确定掌子面布孔位置，由圆心向四周呈放射状共布置四层孔位，布置的孔位使孔位成“米”字分布，除圆心处的孔位外，其余三层的孔位数均为8个；这样均匀的布置孔位使孔位成“米”字分布，在后续的加热降温的过程中可以最大限度的使温度效应影响到整个掌子面，进而可以使孔位间的岩石由于温度效应产生的裂缝充分发展达到最大，更加有利于破岩。优选的，掌子面直径为7m时，每相邻层孔位的最小距离为2.3m。

步骤二：采用间隔法按照由内向外的顺序在孔位进行钻孔；优选的，钻孔的直径为360mm，钻孔深度为3-5m。

步骤三：钻孔完成之后，利用电磁线圈加热的方法对由内而外第二层以及最外层孔洞处的岩体进行加热升温；根据具体岩石类型选择温度设计值，当温度达到设计值后维持恒温（通常设计值为800℃-1000℃）；

步骤四：在圆心处的孔洞和第三层的孔洞中迅速加入干冰或者液氮，使孔洞范围中的岩体温度急剧下降，从而制造温差效应和温度应力致使岩体破裂；

步骤五：破岩清理工作。