一种小断面硐室斜交突变大断面硐室的开挖方法技术

本发明专利技术提供了一种小断面硐室斜交突变大断面硐室的开挖方法：沿交接面开挖临时横通道进入预设大断面硐室；沿预设大断面硐室延伸方向上倾开挖侧壁导洞；侧壁导洞开挖至其拱脚与预设大断面硐室拱脚相切后继续开挖水平导洞；由水平导洞顶部挑顶扩挖拱部I；沿拱部I侧壁开挖拱部II；沿拱部I及拱部II端面交替反向压顶爆破扩刷拱部至侧壁导洞拱部距大断面硐室起拱线拥有足够安全高度；按一次性爆破扩刷拱部、开挖侧壁导洞顶部边墙、开挖侧壁导洞侧边边墙顺序反向推进至预设大断面硐室起始端；分层开挖剩余边墙。本发明专利技术能够提高硐室暗挖作业空间、减少临时支护数量，提高施工效率、节约施工成本；降低爆破频率，加速衬砌封闭，保障围岩稳定。稳定。稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种小断面硐室斜交突变大断面硐室的开挖方法


[0001]本专利技术属于采矿
，涉及一种硐室建造技术，特别是一种小断面硐室斜交突变大断面硐室的开挖方法。

技术介绍

[0002]随着社会高速发展，我国对矿产资源的需求也急剧增加，浅部资源日益开釆殆尽，矿山开采逐渐向深部过渡。开采规模的增大和机械化水平的提高，为地下矿山大硐室的使用提供了可行性空间。硐室是矿山为某种专门用途在井下开凿和建造的空间构筑物，其大小不一，小断面硐室常见的有中央变电硐室、箕斗硐室、水仓及排泥硐室、通风机硐室等，大断面硐室通常有卸矿装矿硐室、破碎机硐室、提升机硐室、井下修理硐室等。小断面硐室通常与大断面硐室相连，形成矿山的开拓运输系统。与小断面硐室相比，大断面硐室具有空间更大、地质条件更复杂等特点，高度和跨度的增加使得其开挖难度提高，特别是在由小硐室向大硐室扩挖支护成型的过程中，存在从较小的截面突然变化到特大截面的情况，一旦施工工法不当，很容易造成塌方等失控局面。因此，如何确保大断面硐室暗挖成型过程中围岩的稳定性、提高开挖效率是目前矿山地下开采工程面临的主要问题之一。
[0003]目前，小断面硐室突变至大断面硐室的方式可分为平行突变和斜交突变，前者为小硐室断面中轴线平行于大硐室断面中轴线，后者为小硐室断面中轴线与大硐室断面中轴线相交。但由于地形和开挖工期等限制原因，斜交突变施工工序更加繁杂，开挖过程中常发生坍塌事故。现有小断面硐室斜交突变大断面硐室的开挖方法有：小导坑爬坡反扩法、横通道大包法、CRD工法转换施工、上挑洞工法转换施工等，这些方法在施工时普遍存在以下缺点：
[0004]1)断面转换时施工空间不足，大型机械无法进洞，影响施工速度，延长施工工期；
[0005]2)临时支护量大，拆除频繁，增加成本的同时影响施工速度；
[0006]3)拱部扩刷次数较多，成型较慢，不利于衬砌早封闭。
[0007]因此，亟需研发可靠的小断面硐室斜交突变大断面硐室开挖技术，以解决现有技术不足之处。

技术实现思路

[0008]针对以上技术问题，本专利技术提出一种小断面硐室斜交突变大断面硐室的开挖方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0009]S1：沿小断面硐室与预设大断面硐室的交接断面测线放量，并开挖临时横通道进入预设大断面硐室；
[0010]S2：由临时横通道的末端边墙沿预设大断面硐室延伸方向上倾开挖爬坡段侧壁导洞，爬坡段侧壁导洞的断面尺寸与临时横通道的断面尺寸一致；
[0011]S3：爬坡段侧壁导洞开挖至其拱脚与预设大断面硐室拱脚相切后，继续沿爬坡段侧壁导洞的末端断面中轴线开挖水平导洞至预设大断面硐室末端；
[0012]S4：拆除水平导洞内的临时支护，将水平导洞顶部作为打眼平台，继续挑顶扩挖至预设大断面硐室的拱部轮廓线，将拱部I扩刷成型并按硐室支护参数进行初期支护；
[0013]S5：将拱部I的侧壁作为打眼平台开挖拱部II，再将拱部II扩刷成型并按硐室支护参数进行初期支护；
[0014]S6：将拱部I及拱部II的端面作为打眼平台，从拱部I及拱部II端面进行交替反向压顶爆破作业开挖剩余拱部，其中单次交替完成后开挖对应边墙；
[0015]S7：按一次性爆破扩刷拱部、开挖爬坡段侧壁导洞顶部边墙、开挖爬坡段侧壁导洞侧边边墙的顺序反向推进至预设大断面硐室的起始端；
[0016]S8：剩余边墙分层开挖。
[0017]在上述的小断面硐室斜交突变大断面硐室的开挖方法中，所述步骤S1中，临时横通道宽度为大断面硐室宽度的一半，临时横通道高度与大断面硐室拱高相同。
[0018]在上述的小断面硐室斜交突变大断面硐室的开挖方法中，所述步骤S2中，爬坡段侧壁导洞的位置根据临时横通道的掘进深度确定，爬坡段侧壁导洞的起始开挖面位于临时横通道边墙，施工之前先按照开挖轮廓线测量放线，再对临时横通道拱部的两侧区域进行爆破修平，然后沿开挖轮廓线开挖爬坡段侧壁导洞，爬坡段侧壁导洞的坡度按下式计算得到：
[0019][0020]式中，θ表示爬坡段侧壁导洞的坡度；H表示大断面硐室高度；L表示大断面硐室长度；h表示大断面硐室拱高；d表示小断面硐室宽度；l表示爬坡段侧壁导洞末端水平导洞长度；h'表示爬坡段侧壁导洞拱高；l”表示临时横通道与大断面硐室近端断面距离。
[0021]在上述的小断面硐室斜交突变大断面硐室的开挖方法中，所述步骤S1中，临时横通道掘进深度根据爬坡段侧壁导洞所在位置确定；当所处地带岩石性质较差时，爬坡段侧壁导洞应按就近原则放置于大断面硐室近端侧墙处，此时临时横通道开挖深度应与爬坡段侧壁导洞宽度一致；当所处地带岩石性质较好时，爬坡段侧壁导洞应掘进至大断面硐室远端侧墙，此时临时横通道开挖深度与大断面硐室宽度一致。
[0022]在上述的小断面硐室斜交突变大断面硐室的开挖方法中，所述步骤S6中，在交替反向压顶爆破作业过程中，首先拆除单位爆破深度爬坡段侧壁导洞拱部临时支撑，再对爬坡段侧壁导洞拱部的两侧区域进行爆破修平，然后按设计要求扩刷拱部I和拱部II并进行临时支护，最后扩刷边墙III，边墙III扩刷从上至下进行，单次扩刷高度不超过2m。
[0023]在上述的小断面硐室斜交突变大断面硐室的开挖方法中，所述步骤S6中，在一次交替反向压顶爆破作业中爆破两次加快大断面硐室拱部成型效率，然后再对其进行支护，从而加速大断面硐室拱部衬砌的早封闭。
[0024]在上述的小断面硐室斜交突变大断面硐室的开挖方法中，所述步骤S6中，交替反向压顶爆破作业n次后，爬坡段侧壁导洞拱部轮廓线与大断面硐室起拱线相切时，再进行n'次交替反向压顶爆破作业，使剩余拱部后续分段一次性爆破成型时，爬坡段侧壁导洞拱部距离大断面硐室起拱线拥有足够安全高度h”，从而降低爆破对爬坡段侧壁导洞的扰动程度，保障其稳定性；其中安全高度h”可由下式计算得到：
[0025]h”＝n'l'tanθ
[0026]其中，n'需满足下列条件：
[0027][0028]式中，n'为大断面硐室拱部扩刷至爬坡段侧壁导洞拱部轮廓线与大断面硐室起拱线相切时继续反向交替压顶次数；θ表示爬坡段侧壁导洞的坡度；L表示大断面硐室长度；d表示小断面硐室宽度；h'表示爬坡段侧壁导洞拱高；l表示爬坡段侧壁导洞末端水平导洞长度；l'为单次爆破掘进深度；l”表示临时横通道与大断面硐室近端断面距离。
[0029]在上述的小断面硐室斜交突变大断面硐室的开挖方法中，所述步骤S7中，对大断面硐室拱部I+II部分一次爆破成型并进行临时支护，然后拆除爬坡段侧壁导洞的临时支撑，开挖边墙I"+II"部分，最后开挖边墙III'部分，边墙III'扩刷从上至下进行，单次扩刷高度不超过2m。
[0030]在上述的小断面硐室斜交突变大断面硐室的开挖方法中，剩余边墙为一斜坡，首先按高度对其进行分层，再从上而下对其进行分层开挖。
[0031]在上述的小断面硐室斜交突变大断面硐室的开挖方法中，所述步骤S8中，将整体斜坡分为n层斜坡段；再将单层斜坡段本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小断面硐室斜交突变大断面硐室的开挖方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：沿小断面硐室与预设大断面硐室的交接断面测线放量，并开挖临时横通道进入预设大断面硐室；S2：由临时横通道的末端边墙沿预设大断面硐室延伸方向上倾开挖爬坡段侧壁导洞，爬坡段侧壁导洞的断面尺寸与临时横通道的断面尺寸一致；S3：爬坡段侧壁导洞开挖至其拱脚与预设大断面硐室拱脚相切后，继续沿爬坡段侧壁导洞的末端断面中轴线开挖水平导洞至预设大断面硐室末端；S4：拆除水平导洞内的临时支护，将水平导洞顶部作为打眼平台，继续挑顶扩挖至预设大断面硐室的拱部轮廓线，将拱部I扩刷成型并按硐室支护参数进行初期支护；S5：将拱部I的侧壁作为打眼平台开挖拱部II，再将拱部II扩刷成型并按硐室支护参数进行初期支护；S6：将拱部I及拱部II的端面作为打眼平台，从拱部I及拱部II端面进行交替反向压顶爆破作业开挖剩余拱部，其中单次交替完成后开挖对应边墙；S7：按一次性爆破扩刷拱部、开挖爬坡段侧壁导洞顶部边墙、开挖爬坡段侧壁导洞侧边边墙的顺序反向推进至预设大断面硐室的起始端；S8：剩余边墙分层开挖。2.如权利要求1所述的小断面硐室斜交突变大断面硐室的开挖方法，其特征在于，所述步骤S1中，临时横通道宽度为大断面硐室宽度的一半，临时横通道高度与大断面硐室拱高相同。3.如权利要求1所述的小断面硐室斜交突变大断面硐室的开挖方法，其特征在于，所述步骤S2中，爬坡段侧壁导洞的位置根据临时横通道的掘进深度确定，爬坡段侧壁导洞的起始开挖面位于临时横通道边墙，施工之前先按照开挖轮廓线测量放线，再对临时横通道拱部的两侧区域进行爆破修平，然后沿开挖轮廓线开挖爬坡段侧壁导洞，爬坡段侧壁导洞的坡度按下式计算得到：式中，θ表示爬坡段侧壁导洞的坡度；H表示大断面硐室高度；L表示大断面硐室长度；h表示大断面硐室拱高；d表示小断面硐室宽度；l表示爬坡段侧壁导洞末端水平导洞长度；h'表示爬坡段侧壁导洞拱高；l”表示临时横通道与大断面硐室近端断面距离。4.如权利要求3所述的小断面硐室斜交突变大断面硐室的开挖方法，其特征在于，所述步骤S1中，临时横通道掘进深度根据爬坡段侧壁导洞所在位置确定；当所处地带岩石性质较差时，爬坡段侧壁导洞应按就近原则放置于大断面硐室近端侧墙处，此时临时横通道开挖深度应与爬坡段侧壁导洞宽度一致；当所处地带岩石性质较好时，爬坡段侧壁导洞应掘进至大断面硐室远端侧墙，此时临时横通道开挖深度与大断面硐室宽度一致。5.如权利要求1所述的小断面硐室斜交突变大断面硐室的开挖方法，其特征在于，所述步骤S6中，在交替反向压顶爆破作业过程中，首先拆除单位爆破深度爬坡段侧壁导洞拱部临时支...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚军，徐辉，朱爱山，杲加俊，李杰三，黄亮，邱贞波，吴春远，王亦楠，李佳冬，
申请(专利权)人：浙江理工大学杭州国威建设工程有限公司，
类型：发明
国别省市：