一种硬岩隧道施工工法制造技术

本发明专利技术公开了一种硬岩隧道施工工法，包括：根据所需钻进的掌子面的形状，设计电脉冲凿岩机的钻头的排布方式，其中，钻头的高压电极和低压电极具有预设分布，以通过高压电极和低压电极的脉冲放电效应对所述掌子面进行破岩，高压电极和低压电极的整体分布面积大于或等于电脉冲凿岩机的机壳的横截面面积；采用电脉冲凿岩机对掌子面进行破岩施工。在对掌子面破岩时，钻头开挖的轮廓可以完全包容电脉冲凿岩机的机壳，因此可避免超挖和欠挖，确保隧道支护结构体系的稳定性。同时，由于电脉冲凿岩机利用脉冲放电效应进行破岩，在对掌子面进行破岩的过程中，钻头无需旋转，因此，钻头磨损量小，破岩效率高。

A construction method of hard rock tunnel

【技术实现步骤摘要】
一种硬岩隧道施工工法
本专利技术涉及破碎岩石
，更具体地说，涉及一种硬岩隧道施工工法。
技术介绍
在采矿、水电、地质勘探、土建、交通和石油等工程施工中，通常涉及到破碎岩石的施工，施工成本的高低受到破岩效率的直接影响，现有技术中常用的破岩方式包括机械式破岩和炸药爆破破岩。一方面，随着人类对资源开采的深度和广度的不断加深，未来原油、天然气及地热能的获取，需要打深井和超深井等非常规井，而采用传统的机械钻进方式进行钻硬岩或超深井时，钻头容易磨损，钻进效率低，破岩钻进的难度较大。另一方面，在采用传统的钻爆法进行破岩施工时，由于凿岩机钻孔中心与凿岩机外壳边缘距离较大，如果要保证凿岩机钻孔方向与开挖隧道轴向平行，则第二次开挖轮廓会小于第一次开挖轮廓，从而造成开挖半径逐渐减小，影响隧道质量，同时也造成较大的欠挖量。而如果要保证隧道轮廓不变，则钻周边孔时钻孔方向沿洞轴线方向会存在一定夹角，导致开挖轮廓会沿径向向外扩散，造成较大的超挖量。这不仅对隧道支护结构体系的稳定性产生严重影响，而且由于增加了出渣量和回填工量，使隧道的建设费用大幅上升。因此，如何提供一种施工效率高且可有效避免超挖现象的硬岩隧道施工工法，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种硬岩隧道施工工法，施工效率高，可有效避免超挖现象，降低施工成本。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种硬岩隧道施工工法，包括：根据所需钻进的掌子面的形状，设计电脉冲凿岩机的钻头的排布方式，其中，所述钻头的高压电极和低压电极具有预设分布，以通过所述高压电极和所述低压电极的脉冲放电效应对所述掌子面进行破岩，所述高压电极和所述低压电极的整体分布面积大于或等于所述电脉冲凿岩机的机壳的横截面面积；采用所述电脉冲凿岩机对所述掌子面进行破岩施工。优选地，所述的根据所需钻进的掌子面的形状，设计电脉冲凿岩机的钻头的排布方式，包括：根据所述掌子面的横截面的形状，将第一预设数量的第一钻头模组绑定至所述机壳上，以形成整体的所述钻头，使所述钻头适应所述掌子面的横截面的形状，以便对所述掌子面进行整体推进破岩。优选地，所述的根据所需钻进的掌子面的形状，设计电脉冲凿岩机的钻头的排布方式，包括：根据所述掌子面的形状，确定所述掌子面的外轮廓的形状；根据所述外轮廓的形状，设计所述钻头的排布方式；所述的采用所述电脉冲凿岩机对所述掌子面进行破岩施工，包括：采用所述电脉冲凿岩机对所述外轮廓进行破岩钻进，使所述外轮廓之内的中心开挖区域与所述外轮廓之外的外围岩石分隔开；对所述中心开挖区域进行破岩施工。优选地，所述的根据所述外轮廓的形状，设计所述钻头的排布方式，包括：根据所述外轮廓的形状，将第二预设数量的第二钻头模组绑定至所述机壳，以形成整体的所述钻头，使所述钻头适应所述外轮廓的形状，以便对整个所述外轮廓进行同时破岩钻进。优选地，所述的根据所述外轮廓的形状，设计所述钻头的排布方式，包括：将至少一个第三钻头模组绑定至所述机壳，以形成整体的所述钻头，使所述钻头与所述外轮廓的局部弧线相匹配；驱动所述电脉冲凿岩机按所述外轮廓的轨迹进行移动，以通过调整所述电脉冲凿岩机的位置进行多次破岩钻进，相邻两次钻进的钻进槽孔首尾相连，以完成整个所述外轮廓的钻进。优选地，在所述的驱动所述电脉冲凿岩机按所述外轮廓的轨迹进行移动之前，还包括：根据所述外轮廓的形状，设置与所述外轮廓的形状相匹配的轨道；所述的驱动所述电脉冲凿岩机按所述外轮廓的轨迹进行移动，包括：驱动所述电脉冲凿岩机沿所述轨道移动。优选地，所述的对所述中心开挖区域进行破岩施工，包括：采用炸药爆破破岩方式对所述中心开挖区域进行爆破破岩。优选地，所述的对所述中心开挖区域进行破岩施工，包括：采用机械钻进方式或电脉冲钻进方式对所述中心开挖区域进行破碎岩石。优选地，在所述的采用所述电脉冲凿岩机对所述掌子面进行破岩施工的过程中，还包括：利用所述电脉冲凿岩机的钻井液通道进行排渣。本专利技术提供的硬岩隧道施工工法，采用非机械式的电脉冲凿岩机对所需钻进的掌子面进行破岩施工，以利用脉冲放电产生的冲击波、射流或等离子体通道的力学效应对岩石产生破坏，达到开挖掌子面的目的。由于电脉冲凿岩机的钻头的高压电极和低压电极的整体分布面积大于或等于电脉冲凿岩机的机壳的横截面面积，这样，在对掌子面进行开挖时，钻头开挖的轮廓可以完全包容电脉冲凿岩机的机壳，从而可避免超挖和欠挖的现象，确保隧道支护结构体系的稳定性，降低因增加出渣量和回填工量所造成的施工成本。同时，由于电脉冲凿岩机利用脉冲放电效应进行破岩，在对掌子面进行破岩的过程中，钻头无需旋转，因此，钻头磨损量小，破岩效率高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其它的附图。图1为本专利技术具体实施例一所提供硬岩隧道施工工法的流程图；图2为本专利技术具体实施例二所提供硬岩隧道施工工法的流程图；图3为本专利技术具体实施例三所提供硬岩隧道施工工法的流程图；图4为本专利技术具体实施例四所提供硬岩隧道施工工法的流程图；图5为本专利技术所提供的硬岩隧道施工工法采用整体钻进的方式对掌子面进行破岩的施工示意图；图6为本专利技术所提供的硬岩隧道施工工法采用分步钻进的方式对掌子面进行破岩的施工示意图。图5和图6中的附图标记如下：1为外轮廓、2为中心开挖区域、3为外围岩石、4为第三钻头模组、5为轨道。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的核心是提供一种硬岩隧道施工工法，施工效率高，可有效避免超挖现象，降低施工成本。请参考图1，为本专利技术具体实施例一所提供硬岩隧道施工工法的流程图。本专利技术提供一种硬岩隧道施工工法，包括以下步骤：S101：根据所需钻进的掌子面的形状，设计电脉冲凿岩机的钻头的排布方式，其中，钻头的高压电极和低压电极具有预设分布，以通过高压电极和低压电极的脉冲放电效应对掌子面进行破岩，高压电极和低压电极的整体分布面积大于或等于电脉冲凿岩机的机壳的横截面面积。S102：采用电脉冲凿岩机对掌子面进行破岩施工。也就是说，本专利技术采用非机械式的电脉冲凿岩机对所需钻进的掌子面进行破岩施工，以利用脉冲放电产生的冲击波、射流或等离子体通道的力学效应对岩石产生破坏，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硬岩隧道施工工法，其特征在于，包括：/n根据所需钻进的掌子面的形状，设计电脉冲凿岩机的钻头的排布方式，其中，所述钻头的高压电极和低压电极具有预设分布，以通过所述高压电极和所述低压电极的脉冲放电效应对所述掌子面进行破岩，所述高压电极和所述低压电极的整体分布面积大于或等于所述电脉冲凿岩机的机壳的横截面面积；/n采用所述电脉冲凿岩机对所述掌子面进行破岩施工。/n

【技术特征摘要】
1.一种硬岩隧道施工工法，其特征在于，包括：
根据所需钻进的掌子面的形状，设计电脉冲凿岩机的钻头的排布方式，其中，所述钻头的高压电极和低压电极具有预设分布，以通过所述高压电极和所述低压电极的脉冲放电效应对所述掌子面进行破岩，所述高压电极和所述低压电极的整体分布面积大于或等于所述电脉冲凿岩机的机壳的横截面面积；
采用所述电脉冲凿岩机对所述掌子面进行破岩施工。


2.根据权利要求1所述的硬岩隧道施工工法，其特征在于，所述的根据所需钻进的掌子面的形状，设计电脉冲凿岩机的钻头的排布方式，包括：
根据所述掌子面的横截面的形状，将第一预设数量的第一钻头模组绑定至所述机壳上，以形成整体的所述钻头，使所述钻头适应所述掌子面的横截面的形状，以便对所述掌子面进行整体推进破岩。


3.根据权利要求1所述的硬岩隧道施工工法，其特征在于，所述的根据所需钻进的掌子面的形状，设计电脉冲凿岩机的钻头的排布方式，包括：
根据所述掌子面的形状，确定所述掌子面的外轮廓(1)的形状；
根据所述外轮廓(1)的形状，设计所述钻头的排布方式；
所述的采用所述电脉冲凿岩机对所述掌子面进行破岩施工，包括：
采用所述电脉冲凿岩机对所述外轮廓(1)进行破岩钻进，使所述外轮廓(1)之内的中心开挖区域(2)与所述外轮廓(1)之外的外围岩石(3)分隔开；
对所述中心开挖区域(2)进行破岩施工。


4.根据权利要求3所述的硬岩隧道施工工法，其特征在于，所述的根据所述外轮廓(1)的形状，设计所述钻头的排布方式，包括：
根据所述外轮廓(1)的形状，将第二预设数量的第二钻头模组绑定至所述机壳，以形成整体的所述钻头，使所述钻头适...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞香，廖金军，李雅慧，张双全，蒋海华，徐震，易达云，祝爽，
申请(专利权)人：中国铁建重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43