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基于自动化应力监测的硬岩隧道硐室转换非爆施工工法制造技术

技术编号：44718287 阅读：6 留言：0更新日期：2025-03-21 17:47

本发明专利技术涉及隧道施工领域，尤其是涉及基于自动化应力监测的硬岩隧道硐室转换非爆施工工法，通过小断面辅助通道挑顶进入大断面隧道，采用双层初支拱部结构和非爆机械开挖，结合自动化应力监测技术，实现安全、高效、环保的隧道硐室转换施工。本发明专利技术避免了爆破施工引起的振动和冲击波，减少了对周围岩体和结构的破坏；非爆机械开挖适应硬岩条件，双层初支结构减少换拱施工，提升了整体效率；减少了粉尘和噪音污染，符合环保要求；自动化应力监测确保施工过程的精准控制，提高了隧道稳定性和耐久性。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及隧道施工领域，尤其是涉及基于自动化应力监测的硬岩隧道硐室转换非爆施工工法。

技术介绍

1、在硬岩隧道硐室转换施工中，传统方法多采用爆破开挖，然而，爆破施工存在诸多弊端。首先，爆破施工产生的巨大振动和冲击波会对周围岩体和既有结构造成破坏，影响隧道和周边建筑物的安全稳定性。其次，爆破施工产生的粉尘和噪音污染严重，对施工人员和周边环境造成不利影响。此外，爆破施工对地质条件的适应性较差，特别是在复杂地质条件下，爆破效果难以控制，施工风险较高。

2、为了克服传统爆破施工的不足，近年来非爆破施工方法逐渐受到重视。然而，现有的非爆破施工方法仍然存在一些问题。例如，一些非爆破机械在硬岩隧道中的开挖效率较低，难以满足施工进度的要求；同时，施工过程中对围岩压力和初支应力的监测不够及时和准确，难以及时调整施工工序，保证施工安全和质量。

3、因此，迫切需要一种更加安全、高效、环保的硬岩隧道硐室转换施工方法，以克服现有技术的不足，满足实际工程需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于自动化应力监测的硬岩隧道硐室转换非爆施工工法，旨在通过双层初支拱部结构、非爆机械开挖以及自动化应力监测等关键技术，实现硬岩隧道硐室转换施工的安全、高效和环保。

2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于自动化应力监测的硬岩隧道硐室转换非爆施工工法，包括以下步骤：

3、a.设置小断面辅助通道，并通过挑顶方式进入大断面隧道硐室；

4、b.在挑顶通道内采用双层初支拱部结构，包括挑顶段门架和大断面隧道主体初支，其中挑顶段门架用于初步支护，大断面隧道主体初支用于最终支护；

5、c.挑顶通道底部按照挑顶仰角及大断面硐室拱部高度设置相应的纵坡，以确保初支台车在不改装的前提下的适用性；

6、d.采用非爆机械开挖挑顶通道及大断面硐室，具体采用改装短臂大功率破碎锤进行开挖；

7、e.在硐室转换过程中，结合常规施工监测和自动化应力监测，实时监测围岩压力和初支应力，并根据监测数据调整优化施工工序，实现动态设计和动态施工。

8、可选的，双层初支拱部结构中，挑顶段门架与大断面隧道主体初支之间通过预留空间进行搭接，形成整体支护体系。

9、可选的，非爆机械开挖步骤中，改装短臂大功率破碎锤的大臂长为4.2m，二臂长为2.8m，总功率为300kw，适用于围岩强度在15mpa～60mpa之间的硬岩隧道开挖。

10、可选的，自动化应力监测步骤中，采用振弦式土压力盒和振弦式钢筋应力计作为监测设备，实时监测围岩压力和初支应力，并通过有线或无线方式将监测数据发送至监测中心进行分析处理。

11、可选的，自动化应力监测设备布置在初支与围岩接触面以及钢架上，监测数据用于评估硐室转换过程中的安全稳定性，并根据监测结果及时调整施工工序。

12、可选的，还包括施工质量控制步骤，确保开挖断面尺寸符合设计要求，严格控制每循环进尺，及时进行初期支护，减少土体暴露时间，并对隧道贯通误差、锚杆打设、喷射混凝土施工等进行严格检查。

13、可选的，还包括安全措施，包括组织三级安全交底，设专职安全员现场旁站检查，严格遵守劳动纪律，确保施工机械设备处于安全状态，加强施工过程监控量测，以及设置警示标志与消防器材。

14、可选的，还包括环保措施，包括合理安排施工机械作业，控制噪音污染，处理污水排放，减少扬尘污染，以及设置足够的临时卫生设施。

15、可选的，本工法适用于地铁车站施工通道接入车站主体硐室转换施工、通过施工通道进行隧道主洞或盾构机拆卸洞施工，以及地铁车站由洞外向洞内施工的附属通道接入车站主体施工。

16、本专利技术的有益效果在于：

17、1)本专利技术通过采用非爆机械开挖，避免了爆破施工产生的巨大振动和冲击波，显著降低了对周围岩体和既有结构的破坏风险，提高了施工过程中的安全性；同时，结合自动化应力监测，能够实时监测围岩压力和初支应力，及时发现并处理安全隐患，确保施工安全；

18、2)本专利技术非爆机械开挖方法适用于硬岩隧道施工，特别是改装短臂大功率破碎锤的应用，提高了在狭小空间内的开挖效率，缩短了施工周期；此外，双层初支拱部结构的设置，减少了换拱施工和超挖回填量，进一步提升了施工效率；

19、3)本专利技术非爆机械开挖减少了粉尘和噪音污染，符合现代工程施工对环保的要求；同时，通过合理安排施工机械作业和控制污水排放等措施，进一步降低了施工对环境的影响；

20、4)本专利技术虽然非爆机械和自动化监测设备的初期投资较高，但长期来看，由于减少了因爆破施工造成的损坏和修复成本，以及对环境的治理费用，整体成本控制更为合理；此外，施工效率的提升也间接降低了人工成本和时间成本；

21、5)本专利技术自动化应力监测技术的应用，使得施工过程中的围岩压力和初支应力数据更加准确和及时，有助于施工人员根据监测结果调整施工工序，确保隧道开挖和支护的质量；同时，双层初支拱部结构也增强了隧道的整体稳定性和耐久性；

22、6)本专利技术工法适用于多种地质条件和施工环境，特别是在复杂地质条件下，非爆机械开挖和自动化应力监测的结合，能够更灵活地应对施工中的不确定性和挑战。

23、本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

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【技术保护点】

1.基于自动化应力监测的硬岩隧道硐室转换非爆施工工法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于自动化应力监测的硬岩隧道硐室转换非爆施工工法，其特征在于：双层初支拱部结构中，挑顶段门架与大断面隧道主体初支之间通过预留空间进行搭接，形成整体支护体系。

3.根据权利要求1所述的基于自动化应力监测的硬岩隧道硐室转换非爆施工工法，其特征在于：非爆机械开挖步骤中，改装短臂大功率破碎锤的大臂长为4.2m，二臂长为2.8m，总功率为300kw，适用于围岩强度在15MPa～60MPa之间的硬岩隧道开挖。

4.根据权利要求1所述的基于自动化应力监测的硬岩隧道硐室转换非爆施工工法，其特征在于：自动化应力监测步骤中，采用振弦式土压力盒和振弦式钢筋应力计作为监测设备，实时监测围岩压力和初支应力，并通过有线或无线方式将监测数据发送至监测中心进行分析处理。

5.如权利要求4所述的基于自动化应力监测的硬岩隧道硐室转换非爆施工工法，其特征在于：自动化应力监测设备布置在初支与围岩接触面以及钢架上，监测数据用于评估硐室转换过程中的安全稳定性，并根据监测结果及时调整施工工序。

6.根据权利要求1所述的基于自动化应力监测的硬岩隧道硐室转换非爆施工工法，其特征在于：还包括施工质量控制步骤，确保开挖断面尺寸符合设计要求，严格控制每循环进尺，及时进行初期支护，减少土体暴露时间，并对隧道贯通误差、锚杆打设、喷射混凝土施工等进行严格检查。

7.根据权利要求1所述的基于自动化应力监测的硬岩隧道硐室转换非爆施工工法，其特征在于：还包括安全措施，包括组织三级安全交底，设专职安全员现场旁站检查，严格遵守劳动纪律，确保施工机械设备处于安全状态，加强施工过程监控量测，以及设置警示标志与消防器材。

8.根据权利要求1所述的基于自动化应力监测的硬岩隧道硐室转换非爆施工工法，其特征在于：还包括环保措施，包括合理安排施工机械作业，控制噪音污染，处理污水排放，减少扬尘污染，以及设置足够的临时卫生设施。

9.根据权利要求1所述的基于自动化应力监测的硬岩隧道硐室转换非爆施工工法，其特征在于：本工法适用于地铁车站施工通道接入车站主体硐室转换施工、通过施工通道进行隧道主洞或盾构机拆卸洞施工，以及地铁车站由洞外向洞内施工的附属通道接入车站主体施工。

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【技术特征摘要】

1.基于自动化应力监测的硬岩隧道硐室转换非爆施工工法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的基于自动化应力监测的硬岩隧道硐室转换非爆施工工法，其特征在于：非爆机械开挖步骤中，改装短臂大功率破碎锤的大臂长为4.2m，二臂长为2.8m，总功率为300kw，适用于围岩强度在15mpa～60mpa之间的硬岩隧道开挖。

5.如权利要求4所述的基于自动化应力监测的硬岩隧道硐室转换非爆施工工法，其特征在于：自动化应力监测设备布置在初支与围岩接触面以及钢架上，监测数据用于评估硐室转换过程中的安全稳定性，并根据监测结果及时调整施...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈铭，曹平，王亮，夏洪波，马昭，王飞，王彦彪，刘文涛，黄波，程剑，彭辉，吕朝辉，谢璟，陈继平，
申请(专利权)人：中国交通建设股份有限公司轨道交通分公司，
类型：发明
国别省市：

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