本发明专利技术提供一种上软下硬地层圆形顶管静爆破岩施工装置及其施工方法，续位隔膜一端封闭，另一端开口，续位隔膜用于套在导药管内部，且在续位隔膜设置膨胀剂，顶管作业面上设置有多个漏斗孔，装有膨胀剂的导药管用于插在漏斗孔中。续位隔膜封闭端还设有具有弹性的扩展区，扩展区褶皱蜷缩在封闭端；扩展区在挤压下扩展舒展。还设有送药器，送药器一端设有手把，另一端设有推板，推板将装有膨胀剂的续位隔膜从导药管内部推入到漏斗孔内部。设计利用隔膜装药结构，克服施工期间水、温环境的影响；通过按一定夹角、间距沿圆形顶管断面中心线斜向水平布设的起拱孔、裂岩孔与破壁孔，高效完成破岩、碎岩任务。碎岩任务。碎岩任务。
【技术实现步骤摘要】
上软下硬地层圆形顶管静爆破岩施工装置及其施工方法
[0001]本专利技术涉及土木工程领域，尤其是涉及一种上软下硬地层圆形顶管静爆破岩施工装置及其施工方法。
技术介绍
[0002]随着人民生活水平提高、环保要求越来越严，城市对地下管道建设的需求愈高，其中顶管法作为一种经济实用的地下管道暗挖工艺，在工程项目的覆盖面极为广泛。但随着建设项目的增多，顶管工程项目的地质背景愈趋复杂，受构造地质、地层变化等因素的影响，顶管常常处于土层与岩层组合的上软下硬地层环境，而在构造应力作用下伸入顶进作业区的岩层，具有硬度高、覆盖长度短的特点，在工程破岩要求与成本控制方面提出了更高的要求。
[0003]顶管施工常在城市地下土层施工，但常受复杂地质构造条件影响，施工中遇到受构造应力作用上移伸入作业区的岩层，形成上软下硬地层条件，此类岩层具有强度高、辐射范围短的特点，因此在前期地勘中容易被忽略，而直接导致施工中按照土层选型的工艺设备难以进尺、换用破岩机头产生的周转工期、设备成本等工程资源消耗严重等问题，使施工面临进退两难的困境。工程上针对空间受限的地下作业环境，常使用水磨钻、膨胀剂静态爆破、分裂机等方式进行破岩施工，其中膨胀剂静态爆破应用评价效果良好，在水工隧道、城市地铁等项目中有着应用，但在顶管作业面应用还较少。随着工程建设背景愈趋复杂，膨胀剂静态爆破这种安全便捷的破岩手段，逐渐应用在工程各领域，但由于现有膨胀剂产品水环境敏感性高的特点，在顶管这种地下湿水环境的应用还极少。
[0004]专利一种复合地层顶管施工破岩方法（申请公布号：CN109958448A）介绍一种含水与不含水地层环境下的复合地层顶管施工方法，对不含水地层在掘进面截面位置2/3以上采用与掘进面垂直的静态爆破孔，在掘进面截面位置2/3以下使用向下倾斜的静态爆破孔，提高了静态爆破效率；对含水地层采用劈裂法破岩。该专利提出了顶管掘进静态爆破+机械破岩的组合工法，但并没有对上软下硬地层提出针对性的静爆破破岩工艺，也并没有提出湿水条件下膨胀剂施工的优化方法。
[0005]传统的膨胀剂静态爆破施工时，按照一定的纵横向间距布孔后，采用钻机钻进圆孔至一定深度，人工搅拌倒入膨胀剂后等待数个小时膨胀破岩，常用于露天或开挖法地下洞室破岩作业，布孔形式单一且受水、温环境限制大，难以在采用非开挖法施工的顶管工程中应用。
[0006]综上所述，随着城市地下施工区段逐步向下深入，上软下硬地层已逐渐成为顶管施工中常遇的问题，针对这种硬而短的拦路岩层，亟需设计一种轻便经济、安全实用的破岩手段，以解决上述问题。
技术实现思路
[0007]本专利技术的主要目的在于提供一种上软下硬地层圆形顶管静爆破岩施工装置及其
施工方法，本专利技术解决上述技术问题的技术方案是：设计利用隔膜装药结构，克服施工期间水、温环境的影响；通过按一定夹角、间距沿圆形顶管断面中心线斜向水平布设的起拱孔、裂岩孔与破壁孔，高效完成破岩、碎岩任务；采用漏斗孔在减少狭小空间内工人作业量的同时，控制破岩方向与碎岩级配。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种上软下硬地层圆形顶管静爆破岩施工装置，包括导药管和续位隔膜，续位隔膜一端封闭，另一端开口，续位隔膜用于套在导药管内部，且在续位隔膜设置膨胀剂，顶管作业面上设置有多个漏斗孔，装有膨胀剂的导药管用于插在漏斗孔中。
[0009]优选方案中，续位隔膜封闭端还设有具有弹性的扩展区，扩展区褶皱蜷缩在封闭端；扩展区在挤压下扩展舒展。
[0010]优选方案中，还设有送药器，送药器一端设有手把，另一端设有推板，推板将装有膨胀剂的续位隔膜从导药管内部推入到漏斗孔内部。
[0011]优选方案中，导药管呈漏斗结构，且一端为的横截面为椭圆形，另一端的横截面为圆形结构。
[0012]优选方案中，导药管的材料为PVC、或者为聚乙烯、或者为聚丙烯。
[0013]该方法包括：S1、施工准备，施工前进场检验合格的膨胀剂、水、小型钻孔钻机与外接软管的风枪，检查导药管、续位隔膜、送药器、砂桶、木棒等施工器具完好，检查安全帽、防护镜、防护手段等安全用品完好，并利用送药器人工放置续位隔膜至导药管内；S2、测量放样，清理作业面后采用卷尺、量角器依据管节定位按照设计孔位标记钻孔位置，标识应标出孔中心点与长轴方向，复核检验合格后进行下一步；S3、孔作业，采用手持小型钻孔钻进在稳定作业面按照孔位标识钻孔、扩孔，钻孔完成后采用外接软管的风枪吹孔清理，验孔合格后进行下一步；S4、预装药，清理管节内场地，按照距离作业面由远至近的顺利划分为搅拌区、预装药区，膨胀剂在搅拌区搅拌合格后注入放置在预装药区的导药管内，导药管内应已安设续位隔膜，预装药时将导药管紧贴地面竖直放置，倒入膨胀剂后微微左右晃动以密实装药；S5、药孔装药，将预装药后的导药管短时间内送至作业面插入药孔，然后在缓缓拔出导药管的同时手持送药器推导膨胀剂密实孔洞，最终采用速凝砂浆封堵药孔完成装药，速凝砂浆在搅拌区拌合后用砂桶盛装后与膨胀剂一同送至作业面使用；S6、依据设计布孔要求装药完成后，清理现场离开顶管在顶管外等待8
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10小时左右，可在傍晚施工后离开待第二天返回；S7、检查破岩效果与出渣，进入作业面前观察破岩效果与作业面稳定性，确认安全后采用独轮车运出顶管断面内破碎岩块；S8、动态优化调整，依据上一循环静爆破岩效果，当破岩岩块较大时，采取缩小裂岩孔与起拱孔孔距、提高裂岩孔体积的措施；当岩块位移不明显、出渣取岩较困难时，采取减小起拱孔孔距、提高裂岩孔体积的措施；当断面边坡破岩锯齿明显时，采取缩小破破壁孔设间距的措施。
[0014]起拱孔、裂岩孔和破壁孔分布位置为：A1、拱孔、裂岩孔和破壁孔为设置在顶管断面岩层上的药孔，起拱孔、裂岩孔和破壁孔端面为椭圆形结构，起拱孔、裂岩孔和破壁孔的长轴朝向不同方向，起拱孔和裂岩孔交叉设置；A2、顶管断面的岩层中心线上分别多个起拱孔，起拱孔长轴方向与中心线垂直，中心线两侧的多个起拱孔的长轴方向朝向中心线，且与中心线形成一定的倾角；A3、中心线两侧的多个起拱孔以顶管断面中心线呈V型布设；A4、多个裂岩孔分别在中心线两侧，多个裂岩孔竖直排列，竖直排列的多个裂岩孔分布在两排起拱孔之间；A5、中心线两侧的裂岩孔长轴方向朝向中心线，且与中心线形成一定的倾角，两侧的裂岩孔以顶管断面中心线呈倒V型布设；A6、破壁孔沿顶管断面边线布设，破壁孔长轴方向与顶管断面边线形成相切。
[0015]优选方案中，通过V型起拱孔将破岩拱起方向控制在顶管断面上部软弱地层的土层，最大限度的推移岩体以提供破岩位移空间；利用起拱孔与裂岩孔的交错布设，最大限度的交错切割岩层以取得较好的破岩级配出渣；利用沿顶管断面边线布设的破壁孔串联切割出较光滑的环形断面，阻止破裂向顶管断面外侧延展，控制了圆形顶管开挖质量，利于减小后期顶管顶进的管壁摩阻力。
[0016]本专利技术提供了一种上软下硬地层圆形顶管静爆破岩施工装置及其施工方法，采用的隔膜装药结构中，导药管结构可便于在顶管管节狭小空间内拌药后进本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种上软下硬地层圆形顶管静爆破岩施工装置，其特征是：包括导药管（4）和续位隔膜（2），续位隔膜（2）一端封闭，另一端开口，续位隔膜（2）用于套在导药管（4）内部，且在续位隔膜（2）设置膨胀剂（5），顶管作业面上设置有多个漏斗孔（1），装有膨胀剂（5）的导药管（4）用于插在漏斗孔（1）中。2.根据权利要求1所述一种上软下硬地层圆形顶管静爆破岩施工装置，其特征是：续位隔膜（2）封闭端还设有具有弹性的扩展区（3），扩展区（3）褶皱蜷缩在封闭端；扩展区（3）在挤压下扩展舒展。3.根据权利要求1所述一种上软下硬地层圆形顶管静爆破岩施工装置，其特征是：还设有送药器（6），送药器（6）一端设有手把（601），另一端设有推板（601），推板（601）将装有膨胀剂（5）的续位隔膜（2）从导药管（4）内部推入到漏斗孔（1）内部。4.根据权利要求1所述一种上软下硬地层圆形顶管静爆破岩施工装置，其特征是：导药管（4）呈漏斗结构，且一端为的横截面为椭圆形，另一端的横截面为圆形结构。5.根据权利要求1所述一种上软下硬地层圆形顶管静爆破岩施工装置，其特征是：导药管（4）的材料为PVC、或者为聚乙烯、或者为聚丙烯。6.根据权利要求1
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5任一项所述一种上软下硬地层圆形顶管静爆破岩施工装置的施工方法，其特征是：该方法包括：S1、施工准备，施工前进场检验合格的膨胀剂、水、小型钻孔钻机与外接软管的风枪，检查导药管（4）、续位隔膜（2）、送药器（6）、砂桶、木棒等施工器具完好，检查安全帽、防护镜、防护手段等安全用品完好，并利用送药器人工放置续位隔膜（2）至导药管（4）内；S2、测量放样，清理作业面后采用卷尺、量角器依据管节定位按照设计孔位标记钻孔位置，标识应标出孔中心点与长轴方向，复核检验合格后进行下一步；S3、孔作业，采用手持小型钻孔钻进在稳定作业面按照孔位标识钻孔、扩孔，钻孔完成后采用外接软管的风枪吹孔清理，验孔合格后进行下一步；S4、预装药，清理管节内场地，按照距离作业面由远至近的顺利划分为搅拌区、预装药区，膨胀剂（5）在搅拌区搅拌合格后注入放置在预装药区的导药管（4）内，导药管（4）内应已安设续位隔膜，预装药时将导药管（4）紧贴地面竖直放置，倒入膨胀剂（5）后微微左右晃动以密实装药；S5、药孔装药，将预装药后的导药管（4）短时间内送至作业面插入药孔，然后在缓缓拔出导药管（4）的同时手持送药器（6）推导膨胀剂（5）密实孔洞，最终采用速凝砂浆（7）封堵药孔完成装药...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐庭，陈寒，姚壹星，张俊，胡瑞呈，延连帅，张金宇，方翔，王鹏飞，史鹏飞，鱼伟，陈丹，刘康，易帅，
申请(专利权)人：中交第二航务工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：
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