一种用于上软下硬地层机械开挖联合爆破施工结构的制作方法

1.本实用新型涉及地铁车站施工技术领域，尤其涉及一种用于上软下硬地层机械开挖联合爆破施工结构。

背景技术：

2.现阶段地铁车站施工范围越来越广，开挖断面也越来越大，面临的施工环境越来越复杂，我国部分地区的浅埋地层以杂填土、黏土、砂土以及风化程度不同的花岗岩、凝灰岩为主，整体呈现明显的上软下硬特征，然而在地铁车站隧道施工过程中经常会遇到各种不同岩层组合出现，例如围岩软弱不匀、浅埋偏压地貌、土石混合地质等情况层出不穷。铁路、公路隧道工程施工过程中，受地质条件限制及影响，在施工过程中给施工造成较大影响和困难。然而在实际进行隧道施工时，土石分界地层内隧道开挖施工时存在岩土软硬不均，下部风化岩层爆破易造成上部土层坍塌，对施工人员形成危害的问题。

技术实现要素：

3.本实用新型提供一种用于上软下硬地层机械开挖联合爆破施工结构，以克服在实际进行隧道施工时，土石分界地(上软下硬)层内隧道开挖施工时存在岩土软硬不均，下部风化岩层爆破时易造成上部土层坍塌，对施工人员形成危害的问题。
4.为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：
5.一种用于上软下硬地层机械开挖联合爆破施工结构，包括位于土石分接地层内的施工隧道，所述施工隧道的上导洞设置有临空层与施工隧道的下导洞设置的爆破区，所述临空层位于土地质层内，所述爆破区位于石地质层上；
6.所述临空层为依次对施工隧道内的第一开挖槽部、第二开挖槽部以及第三开挖槽部开挖形成的洞体结构，所述洞体结构的内壁设有初期支护，且所述临空层内设有核心土；
7.所述爆破区包括爬坡通道与作业平台；所述核心土位于作业平台上，且爬坡通道用于悬臂掘进机移动至作业平台上，并开挖所述核心土形成临空面；
8.所述爬坡通道设有若干掏槽眼、若干周边眼以及若干辅助眼，所述周边眼设置在隧道开挖轮廓线上，所述周边眼位于辅助眼的外侧，所述掏槽眼的外侧设有辅助眼；
9.所述掏槽眼、周边眼以及辅助眼均为炮眼。
10.进一步的，所述掏槽眼对称设置在爬坡通道上形成掏槽眼组，所述掏槽眼组的两侧对称布设有两组所述辅助眼，且所述掏槽眼组的底端布设两组辅助眼，所述周边眼布设在所述辅助眼的外侧。
11.进一步的，所述初期支护层为拱形结构，所述初期支护层包括型钢钢架、钢筋网片及混凝土，所述钢筋网片布置于所述型钢钢架两侧，所述混凝土填充于所述型钢钢架、钢筋网片与施工隧道内壁之间，所述混凝土包裹所述型钢钢架与钢筋网片，所述型钢钢架由钢拱架之间焊接纵筋组成。
12.进一步的，所述施工隧道外侧的土地质层内均布设置若干超前支护小导管。
13.进一步的，所述掏槽眼采用楔形掏槽，掏槽眼包括掏槽与掏眼，且所述掏槽眼位于掏槽的一端，水平设置的相邻两个掏眼的距离为800mm，垂直设置的相邻两个掏眼的距离为300mm，且水平设置的相邻掏槽的一端距离为240mm。
14.进一步的，所述施工隧道底端设有仰拱结构与底部平台，所述仰拱结构为弧形，且所述仰拱结构与底部平台之间设有填充层。
15.进一步的，还包括二次衬砌，所述二次衬砌设置在初期支护层的内壁上。
16.有益效果：本实用新型提供了一种用于上软下硬地层机械开挖联合爆破施工结构，通过机械开挖将上软下硬底层分为临空面与爆破区，进而上软下硬地层的分离，本实用新型采用分区爆破方式，对软质底层通过机械开挖进行去除施工隧道内的软质层，通过机械开挖可以避免施工隧道软地质层开挖时带来较大的扰动，再对硬地质层的爆破区进行炮眼的布设，大大降低了直接爆破带来的振动影响，有效控制了因施工震动引起的上部软弱地层的变形和对既有建筑物的影响。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本实用新型公开的一种用于上软下硬地层机械开挖联合爆破施工结构示意图；
19.图2为本实用新型公开的一种用于上软下硬地层机械开挖联合爆破施工结构的侧视图；
20.图3为本实用新型公开的一种用于上软下硬地层机械开挖联合爆破施工结构的爆破区示意图；
21.图4为现有全断面爆破之后地表振速的监测值；
22.图5为本实用新型公开的一种用于上软下硬地层机械开挖联合爆破施工结构爆破之后地表振速的监测值。
23.图中：1、施工隧道；11、第一开挖槽部；12、第二开挖槽部；13、第三开挖槽部；2、爆破区；21、爬坡通道；211、掏槽眼；2111、掏槽；2112、掏眼；212、周边眼；213、辅助眼，22、作业平台；3、核心土；4、临空层；5、隧道开挖轮廓线；6、初期支护；7、仰拱结构；71、填充层；8、底部平台；81、二次衬砌；10、超前小导管。
具体实施方式
24.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.本实施例提供了一种用于上软下硬地层机械开挖联合爆破施工结构，如图1所示，
包括位于土石分接地层内的施工隧道1，所述施工隧道1设置有临空层4与爆破区2，所述临空层4位于土地质层内，所述爆破区2位于石地质层上；
26.所述临空层4为依次对施工隧道1内的第一开挖槽部11、第二开挖槽部12以及第三开挖槽部13开挖形成的洞体结构，所述洞体结构的内壁设有初期支护6，且所述临空层4内设有核心土3；
27.所述爆破区2包括爬坡通道21与作业平台22；所述核心土3位于作业平台22上，且爬坡通道21用于悬臂掘进机移动至作业平台22上，并开挖所述核心土3形成临空面；
28.所述爬坡通道21设有若干掏槽眼211、若干周边眼212以及若干辅助眼213，所述周边眼212设置在隧道开挖轮廓线5上，所述周边眼212位于辅助眼213的外侧，所述掏槽眼211的外侧设有辅助眼213；
29.所述掏槽眼211、周边眼212以及辅助眼213均为炮眼。
30.本实用新型采用分区爆破方式，对软质底层通过机械开挖进行去除施工隧道内的软质层，通过机械开挖可以避免施工隧道软地质层开挖时带来较大的扰动，再对硬地质层的爆破区进行炮眼的布设，大大降低了直接爆破带来的振动影响，有效控制了因施工震动引起的上部软弱地层的变形和对既有建筑物的影响。
31.在具体实施例中，所述掏槽眼211对称设置在爬坡通道21上形成掏槽眼组，所述掏槽眼组包括四个掏槽眼211，所述掏槽眼组的两侧对称布设有四组所述辅助眼213，每组辅助眼213包括六个辅助眼213，且每三个辅助眼213共线设置为一组，且相邻两组辅助眼213平行设置，所述掏槽眼组的底端布设两组辅助眼213，每三个辅助眼213共线设置为一组，且与掏槽2112平行设置，所述周边眼212布设在所述辅助眼213的外侧，且所述周边眼212的布设路线为弧形设置。
32.在具体实施例中，所述初期支护层6为拱形结构，所述初期支护层6包括型钢钢架、钢筋网片及混凝土，所述钢筋网片布置于所述型钢钢架两侧，所述混凝土填充于所述型钢钢架、钢筋网片与施工隧道1内壁之间，所述混凝土包裹所述型钢钢架与钢筋网片，所述型钢钢架由钢拱架之间焊接纵筋组成。
33.在具体实施例中，所述施工隧道1外侧的土地质层内均布设置若干超前小导管7，开挖前使用超前小导管7注浆注入施工隧道1外侧的土地质层内，防止施工隧道的围岩产生变形。
34.在具体实施例中，所述掏槽眼211采用楔形掏槽，掏槽眼211包括掏槽2111与掏眼2112，且所述掏槽眼211位于掏槽2111的一端，水平设置的相邻两个掏眼2112的距离为800mm，垂直设置的相邻两个掏眼2112的距离为300mm，且水平设置的相邻掏槽2111的一端距离为240mm。
35.在具体实施例中，所述施工隧道1底端设有仰拱结构7与底部平台8，所述仰拱结构7为弧形，且所述仰拱结构7与底部平台8之间设有填充层71，所述填充层填充用于支撑和保护底部平台8避免损坏。
36.在具体实施例中，还包括二次衬砌81，所述二次衬砌81设置在初期支护层6的内壁上，用于施工隧道1的支撑保护，防止施工隧道1外部受力造成变形或坍塌。
37.具体过程为：步骤s1：为机械开挖做开挖准备，设置10m爬坡通道21以及15m作业平台22，下台阶采用中间拉槽施工。
38.步骤s2：对于处于软质地层的上导洞采用机械施工，机械施工具体为施工准备-测量放线-掌子面掘进-掌子面轮廓检查(若不合格，则进行设备移位和风镐凿除、清渣、出渣；若合格，则进行设备移位、清渣、出渣)，而后设置初期支护6，进入下一循环。
39.步骤s3：开挖前使用超前小导管7注浆防止施工隧道围岩产生较大变形，开挖时预留核心土3，采用悬臂式掘进机以切削研磨的方式对一个步距范围内隧道进行分部开挖，在开挖隧道周边围岩时，为了减小对掌子面上方施工隧道围岩的扰动，首先在隧道一侧边墙沿轮廓线切削研磨出第一开挖槽部11，然后在另一侧边缘沿轮廓线切削研磨出第二开挖槽部12，最后沿隧道拱顶边缘轮廓线切削研磨出第三开挖槽部13，完成沿隧道边缘开挖槽的整体开挖，开挖结束后进行初期支护6，之后进行核心土3开挖，避免以往常见钻爆法施工所引起的扰动。
40.步骤s4：所述步骤s3中的核心土3开挖环节中，悬臂掘进机就位后，开始从掌子面底部水平割出一条槽(掘进机身宽)，向前移动掘进机再一次就位，就位后切割头采取自下而上，左右循环切削。在切削同时铲板部耙爪将切削下来的渣装入皮带机，由皮带机送至掘进机后方，由装载机将渣土装车运输至竖井临时存放点。从底部开挖到拱部完成后，进行第二次修整到准确设计断面。悬臂掘进机的切割方式是从扫底开始切割，再按s型或z型左右循环向上的切割路线逐级切割以上部分。选用右旋截割头截割硬岩，按从左至右、自下往上的方式或从右往左、自上而下逐步进行切割。
41.步骤s5：若所述步骤s4中遇到不同硬度的岩石，可制定不同的截齿，设置合理的截齿螺纹线排布，确保机器有更好的掘削能力，并具有自洁功能，可根据实际工况条件选择最佳截割头，提高施工效率。当局部再遇到硬岩时，可以选用小直径切割头，切割力大，破岩能力强，以降低掘进难度及截齿消耗量，预留两侧岩肩宽度不小于1m。机械法开挖支护完成后距掌子面的空间不超过70cm，每循环进尺50cm，施工隧道围岩较差时对开挖轮廓线进行初喷后再进行格栅安装。
42.步骤s6：机械开挖流程完成之后会形成临空面，再进行爆破区2的炮孔布置，以及爆破作业，解决了因爆破带来的振速和地层扰动问题。
43.步骤s7：所述爆破区2处于坚硬地层的下导洞为施工隧道底端的坚硬地层，且所述坚硬地层周边眼212沿隧道开挖轮廓线5布置，周边眼212距离开挖边10cm，以利于钻孔，孔间距为e＝600mm，周边眼212的炮眼密集系数k与最小抵抗线w之间的关系为k＝e/w，且k＝0.83，此时光面爆破效果较好。辅助眼213的排间距根据工程经验b＝700-1000mm，孔间距根据工程经验a＝700-1000mm，周边眼212孔间距根据工程经验a＝650-750mm。
44.步骤s8：如图4至图5所示，经过对青岛香江路～嘉陵江路区段的隧道进行数值模拟，分别用同一模型模拟全断面爆破和上断面机械开挖、下断面爆破两种不同的爆破方式，在地表设置振速监测点进行爆破之后地表振速的监测，并与现场实际监测数据进行对比，分析结果中全断面爆破情况下振速峰值在1cm/s左右，而上断面机械开挖、下断面爆破振速峰值在0.5cm/s，通过数据可以看出，采用上断面机械开挖，下断面爆破施工方式可以降低隧道爆破作业对地表振速的影响、且效果显著。
45.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部
技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

技术特征：

1.一种用于上软下硬地层机械开挖联合爆破施工结构，其特征在于，包括位于土石分接地层内的施工隧道(1)，所述施工隧道(1)的上导洞设置有临空层(4)与施工隧道(1)的下导洞设置的爆破区(2)，所述临空层(4)位于土地质层内，所述爆破区(2)位于石地质层上；所述临空层(4)为依次对施工隧道(1)内的第一开挖槽部(11)、第二开挖槽部(12)以及第三开挖槽部(13)开挖形成的洞体结构，所述洞体结构的内壁设有初期支护(6)，且所述临空层(4)内设有核心土(3)；所述爆破区(2)包括爬坡通道(21)与作业平台(22)；所述核心土(3)位于作业平台(22)上，且爬坡通道(21)用于悬臂掘进机移动至作业平台(22)上，并开挖所述核心土(3)形成临空面；所述爬坡通道(21)设有若干掏槽眼(211)、若干周边眼(212)以及若干辅助眼(213)，所述周边眼(212)设置在隧道开挖轮廓线(5)上，所述周边眼(212)位于辅助眼(213)的外侧，所述掏槽眼(211)的外侧设有辅助眼(213)；所述掏槽眼(211)、周边眼(212)以及辅助眼(213)均为炮眼。2.根据权利要求1所述的一种用于上软下硬地层机械开挖联合爆破施工结构，其特征在于，所述掏槽眼(211)对称设置在爬坡通道(21)上形成掏槽眼组，所述掏槽眼组的两侧对称布设有两组所述辅助眼(213)，且所述掏槽眼组的底端布设两组辅助眼(213)，所述周边眼(212)布设在所述辅助眼(213)的外侧。3.根据权利要求1所述的一种用于上软下硬地层机械开挖联合爆破施工结构，其特征在于，所述初期支护(6)为拱形结构，所述初期支护(6)包括型钢钢架、钢筋网片及混凝土，所述钢筋网片布置于所述型钢钢架两侧，所述混凝土填充于所述型钢钢架、钢筋网片与施工隧道(1)内壁之间，所述混凝土包裹所述型钢钢架与钢筋网片，所述型钢钢架由钢拱架之间焊接纵筋组成。4.根据权利要求1所述的一种用于上软下硬地层机械开挖联合爆破施工结构，其特征在于，所述施工隧道(1)外侧的土地质层内均布设置若干超前小导管(10)。5.根据权利要求2所述的一种用于上软下硬地层机械开挖联合爆破施工结构，其特征在于，所述掏槽眼(211)采用楔形掏槽，掏槽眼(211)包括掏槽(2111)与掏眼(2112)，且所述掏槽眼(211)位于掏槽(2111)的一端，水平设置的相邻两个掏眼(2112)的距离为800mm，垂直设置的相邻两个掏眼(2112)的距离为300mm，且水平设置的相邻掏槽(2111)的一端距离为240mm。6.根据权利要求1所述的一种用于上软下硬地层机械开挖联合爆破施工结构，其特征在于，所述施工隧道(1)底端设有仰拱结构(7)与底部平台(8)，所述仰拱结构(7)为弧形，且所述仰拱结构(7)与底部平台(8)之间设有填充层(71)。7.根据权利要求3所述的一种用于上软下硬地层机械开挖联合爆破施工结构，其特征在于，还包括二次衬砌(81)，所述二次衬砌(81)设置在初期支护(6)的内壁上。

技术总结

本实用新型公开了一种用于上软下硬地层机械开挖联合爆破施工结构，包括位于土石分接地层内的施工隧道，施工隧道设有临空层与爆破区，临空层位于土地质层内，爆破区位于石地质层上；临空层为依次对施工隧道内的第一开挖槽部、第二开挖槽部以及第三开挖槽部开挖形成的洞体结构，洞体结构的内壁设有初期支护，爆破区包括爬坡通道与作业平台；爬坡通道设有若干掏槽眼、若干周边眼以及若干辅助眼，周边眼设置在隧道开挖轮廓线上，所述周边眼位于辅助眼的外侧，掏槽眼的外侧设有辅助眼；以克服在实际进行隧道施工时，土石分界地层内隧道开挖施工时存在岩土软硬不均，下部风化岩层爆破时易造成上部土层坍塌，对施工人员形成危害的问题。题。题。