一种硬岩隧道高地应力释放装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术关于一种硬岩隧道高地应力释放装置及方法，该装置包括载体，载体上设有电磁炮发射设备和注水设备，载体能够移动至隧道围岩掌子面处，电磁炮发射设备用于发射电磁炮弹冲击破坏待挖掘的岩体，注水设备用于注水冷却待挖掘的岩体。本发明专利技术首次将电磁发射技术和注水组合应用于深埋硬岩隧道应力释放，通过电磁炮发射设备发射电磁炮弹冲击岩体，冲击动能转化为热能对岩体升温破坏，大幅降低岩体应力水平，电磁炮发射设备仍然维持在正常温度范围不易损坏，通过注水设备注水使岩体急剧降温，激发岩体裂隙长度和宽度，还能够冷热循环反复作用，最终使岩体产生疲劳破坏，能够有效减少强烈岩爆和极强岩爆的发生，能够安全有效高速提升隧道掘进效率。升隧道掘进效率。升隧道掘进效率。

【技术实现步骤摘要】
一种硬岩隧道高地应力释放装置及方法


[0001]本专利技术涉及隧道施工建设领域，特别是一种硬岩隧道高地应力释放装置及方法。

技术介绍

[0002]随着我国交通网络基础设施建设的快速发展，铁路、公路和水利隧道规模发展迅速，逐渐向长大、深埋、大跨方向发展，加之工程区地形高差显著、地势起伏大、区域构造作用强烈以及地质条件复杂性，工程区初始应力值极高，深埋长大硬岩隧道岩爆病害问题日益显现，已成为一个严重威胁深埋隧道安全施工的典型地质灾害，造成了严重的人员伤亡、设备损毁、工期延误与施工成本增加。
[0003]在深埋长大硬岩隧道中，区域应力值极高，钻爆法和TBM(Tunnel Boring Machine，隧道掘进机)掘进法很难保证安全高效快速施工，需要在施工前对深埋长大硬岩隧道进行应力释放处理。现有技术中，有直接通过微波加热岩体或液体气化使岩体降温等方式用于隧道应力释放，微波加热能提升一定的破岩效率，但可能会因温度过高导致设备损毁；典型的液体气化如液氮和液体二氧化碳通过降温也能提升一定的破岩效率，但其成本较高，不利于隧道大规模推广使用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于：针对现有技术存在的微波加热破岩可能会因温度过高导致设备损毁，液体气化降温破岩成本较高，不利于隧道大规模推广使用的问题，提供一种硬岩隧道高地应力释放装置及方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种硬岩隧道高地应力释放装置，包括载体，所述载体上设有电磁炮发射设备和注水设备，所述载体能够移动至隧道围岩掌子面处，所述电磁炮发射设备用于发射电磁炮弹冲击破坏待挖掘的岩体，所述注水设备用于注水冷却待挖掘的岩体。
[0007]一般来说，高地应力是地质学的概念，指岩石抗压强度与地应力的比值，电磁炮弹的动能转化为岩体热能能够加热岩体至500～600℃，注水冷却待挖掘的岩体至200～300℃。
[0008]本专利技术所述的一种硬岩隧道高地应力释放装置，首次将电磁发射技术和注水组合应用于深埋硬岩隧道应力释放，通过所述电磁炮发射设备发射所述电磁炮弹冲击岩体，冲击动能转化为热能对岩体升温破坏，大幅降低岩体应力水平，所述电磁炮发射设备仍然维持在正常温度范围不易损坏，通过所述注水设备注水使岩体急剧降温，激发岩体裂隙长度和宽度，还能够冷热循环反复作用，最终使岩体产生疲劳破坏，能够有效减少强烈岩爆和极强岩爆的发生，能够安全有效高速提升隧道掘进效率。
[0009]作为本专利技术优选地技术方案，所述载体上设有控制电路盒和发射单元操作台，所述控制电路盒分别电连接所述电磁炮发射设备和所述发射单元操作台，所述发射单元操作
台用于控制所述电磁炮发射设备工作。
[0010]作为本专利技术进一步优选地技术方案，所述载体上设有测距设备，所述测距设备用于发射激光测定待挖掘的岩体的位置。
[0011]作为本专利技术进一步优选地技术方案，所述测距设备包括激光测距传感器和第一伸缩部件，所述激光测距传感器通过所述第一伸缩部件连接于所述控制电路盒顶部。
[0012]作为本专利技术进一步优选地技术方案，所述载体上设有电源设备，所述电源设备电性连接所述电磁炮发射设备、所述控制电路盒、所述发射单元操作台、所述注水设备和所述测距设备。
[0013]作为本专利技术进一步优选地技术方案，所述电源设备包括发电机、电力储存柜和外接电源切换柜，所述发电机和所述外接电源切换柜分别电连接所述电力储存柜。
[0014]作为本专利技术优选地技术方案，所述注水设备包括储水系统、泵送电机、控制系统和水管，所述水管通过所述泵送电机连接所述储水系统，所述泵送电机电性连接所述控制系统。
[0015]作为本专利技术优选地技术方案，所述电磁炮发射设备包括炮管和第二伸缩部件，所述第二伸缩部件包括至少两个第四液压油缸，所述第四液压油缸与所述炮管铰接，所述第二伸缩部件用于调节所述炮管的高度和/或俯仰角，所述炮管用于填装和发射所述电磁炮弹。
[0016]作为本专利技术优选地技术方案，所述载体为车辆，所述车辆包括从前向后依次连接的车头、车厢和后座翻转厢体，所述后座翻转厢体内设置所述电磁炮发射设备，所述车厢内设置所述注水设备。
[0017]第二方面，本专利技术还提供了一种硬岩隧道高地应力释放方法，应用如以上任一项所述的硬岩隧道高地应力释放装置，该方法包括以下步骤：
[0018]S1、采用钻机在掌子面上钻取超前应力释放孔；
[0019]S2、通过所述电磁炮发射设备向所述超前应力释放孔内发射所述电磁炮弹，冲击破坏待挖掘的岩体，冲击动能转化为热能对岩体升温；
[0020]S3、通过所述注水设备向所述超前应力释放孔注水冷却待挖掘的岩体；
[0021]S4、重复步骤S2和S3，使岩体处于冷热循环过程中，直至岩体出现明显裂隙或破坏。
[0022]本专利技术所述的一种硬岩隧道高地应力释放方法，首次将电磁发射技术和注水组合应用于深埋硬岩隧道应力释放，通过所述电磁炮发射设备发射所述电磁炮弹冲击岩体，冲击动能转化为热能对岩体升温破坏，大幅降低岩体应力水平，所述电磁炮发射设备仍然维持在正常温度范围不易损坏，通过所述注水设备注水使岩体急剧降温，激发岩体裂隙长度和宽度，还能够冷热循环反复作用，最终使岩体产生疲劳破坏，能够有效减少强烈岩爆和极强岩爆的发生，能够安全有效高速提升隧道掘进效率。
[0023]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0024]本专利技术所述的一种硬岩隧道高地应力释放装置及方法，首次将电磁发射技术和注水组合应用于深埋硬岩隧道应力释放，通过所述电磁炮发射设备发射所述电磁炮弹冲击岩体，冲击动能转化为热能对岩体升温破坏，大幅降低岩体应力水平，所述电磁炮发射设备仍然维持在正常温度范围不易损坏，通过所述注水设备注水使岩体急剧降温，激发岩体裂隙
长度和宽度，还能够冷热循环反复作用，最终使岩体产生疲劳破坏，能够有效减少强烈岩爆和极强岩爆的发生，能够安全有效高速提升隧道掘进效率。
附图说明
[0025]图1为硬岩隧道高地应力释放装置的结构示意图；
[0026]图2为硬岩隧道高地应力释放方法的流程示意图。
[0027]图中标记：1
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围岩，2
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超前应力释放孔，3
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载体，31
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车头，32
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车厢，33
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履带，34
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后座翻转厢体，4
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电源设备，41
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发电机，42
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电力储存柜，43
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外接电源切换柜，5
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电磁炮发射设备，51
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炮管，52
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第二伸缩部件，53
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缓冲垫，54
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固定柱，55
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移动滚轮，56
‑
电磁炮弹，6
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硬岩隧道高地应力释放装置，包括载体(3)，其特征在于，所述载体(3)上设有电磁炮发射设备(5)和注水设备(8)，所述载体(3)能够移动至隧道围岩(1)掌子面处，所述电磁炮发射设备(5)用于发射电磁炮弹(56)冲击破坏待挖掘的岩体，所述注水设备(8)用于注水冷却待挖掘的岩体。2.根据权利要求1所述的硬岩隧道高地应力释放装置，其特征在于，所述载体(3)上设有控制电路盒(6)和发射单元操作台(7)，所述控制电路盒(6)分别电连接所述电磁炮发射设备(5)和所述发射单元操作台(7)，所述发射单元操作台(7)用于控制所述电磁炮发射设备(5)工作。3.根据权利要求2所述的硬岩隧道高地应力释放装置，其特征在于，所述载体(3)上设有测距设备(9)，所述测距设备(9)用于发射激光测定待挖掘的岩体的位置。4.根据权利要求3所述的硬岩隧道高地应力释放装置，其特征在于，所述测距设备(9)包括激光测距传感器(91)和第一伸缩部件(92)，所述激光测距传感器(91)通过所述第一伸缩部件(92)连接于所述控制电路盒(6)顶部。5.根据权利要求3所述的硬岩隧道高地应力释放装置，其特征在于，所述载体(3)上设有电源设备(4)，所述电源设备(4)电性连接所述电磁炮发射设备(5)、所述控制电路盒(6)、所述发射单元操作台(7)、所述注水设备(8)和所述测距设备(9)。6.根据权利要求5所述的硬岩隧道高地应力释放装置，其特征在于，所述电源设备(4)包括发电机(41)、电力储存柜(42)和外接电源切换柜(43)，所述发电机(41)和所述外接电源切换柜(43)分别电连接所述电力储存柜(42)。7.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：周航，张广泽，陈仕阔，周路军，丁文富，李嘉雨，谢荣强，林之恒，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：