硬岩隧道机械开挖方法与流程

1.本发明涉及一种硬岩隧道机械开挖方法，属于隧道工程开挖技术领域。

背景技术：

2.一般采用钻爆法开挖硬岩隧道，但钻爆法振动大、噪声大，对周边环境影响大。对于对振动、噪声要求高的区域，不能采用钻爆法时，常采用非爆破方式的机械法开挖隧道。

3.目前，常用的机械法开挖技术有胀裂法、冲击破碎法、切割法、截割法、掘进机法等。胀裂法需要开挖胀裂临空面，临空面开挖常采用钻孔、取芯等方法，效率低、空间小，影响后续液压胀裂效果；冲击破碎法包括人工风镐破碎和液压冲击锤破碎两种方式，产生一定的冲击振动，施工噪音大，效率低，开挖面平顺性低；切割法多应用于石材开采，技术要求高，效率极低，不适于隧道施工；截割法是利用机械截割齿破岩，一般应用于岩石强度小于60mpa的情况，破岩效率高，当岩石强度过高时，截齿消耗大，经济性差，甚至无法破岩；掘进机法能够高效破除硬岩，但其断面单一，施工成本高，一般应用于圆形断面的长大隧道。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种硬岩隧道机械开挖方法，用于解决开挖硬岩隧道成本高、效率低的问题。

5.为了实现上述目的，本发明提供了一种硬岩隧道机械开挖方法，包括如下步骤：

6.1)分区，将待开挖硬岩隧道的待开挖掌子面划分为：

7.轮廓修饰区，所述轮廓修饰区沿待开挖掌子面轮廓边缘设置，用于形成待开挖掌子面的结构轮廓；

8.截割区，所述截割区设置在待开挖掌子面的结构中心或临近结构中心位置处，用于通过机械式截割装置进行截割作业形成截割开挖空间，所述截割开挖空间为后续胀裂作业创造临空面；

9.胀裂区，所述胀裂区位于所述轮廓修饰区和截割区之间的结构区域内，用于待开挖掌子面的胀裂作业；

10.2)钻孔，通过硬岩钻孔装置在轮廓修饰区、截割区和胀裂区内均布设置修饰区钻孔、截割区钻孔和胀裂区钻孔，所述胀裂区钻孔的钻孔间距小于最小胀裂抵抗线；

11.3)岩体截割，通过机械式截割装置对截割区内的岩体进行截割作业，形成截割开挖空间；

12.4)岩体胀裂，通过胀裂装置对胀裂区钻孔由截割区朝向轮廓修饰区的方向分层进行胀裂，以对胀裂区内的岩体进行胀裂作业，直到完成胀裂区岩体的开挖；

13.5)轮廓修正，通过胀裂装置对修饰区钻孔进行胀裂，然后通过机械式截割装置对胀裂作业后的轮廓修饰区进行截割作业，形成平滑的开挖轮廓面结构；

14.6)对开挖后的硬岩隧道进行支护作业；

15.7)重复上述步骤2)～步骤6)对待开挖硬岩隧道的待开挖掌子面进行循环作业,直

到完成整个待开挖硬岩隧道的开挖。

16.本发明的有益效果是：一种硬岩隧道机械开挖方法，对硬岩隧道掌子面进行分区设计，在截割区上设置相应钻孔来降低岩体硬度，便于对该区域截割为后续开挖行车开挖空间，围绕截割区设置多层胀裂钻孔，对其逐层胀裂剥离胀裂区岩体，不断扩大开挖空间，在轮廓修饰区钻设修饰钻孔进行胀裂并对不平整的位置进行切削修饰，使临空面光滑便于后续支护施工，对开挖后的硬岩隧道进行支护作业，满足开挖设计强度要求。采用本发明的开挖方法能实现硬岩隧道的快速掘进，提高隧道开挖效率，同时降低施工成本和施工周边环境影响。

17.进一步地，所述硬岩钻孔装置包括地质钻机、凿岩台车；所述胀裂装置包括楔形劈裂器、岩石胀裂器、液压胀裂器。

18.进一步地，在上述方法中，所述机械式截割装置包括：

19.设备本体，所述设备本体是机械式截割装置的承载基础；

20.截割部，所述截割部设置在设备本体的前端，采用硬质合金刀具或高压水射流破岩，用于硬岩的截割作业。

21.进一步地，在上述方法中，所述设备本体包括：

22.行走部，所述行走部设置在设备本体的底部，为机械式截割装置自由运动提供动力；

23.除尘部，所述除尘部设置在设备本体上，用于清理硬岩截割过程中产生的粉尘；

24.渣土运输部，所述渣土运输部设置在设备本体上，用于截割硬岩后渣土的清理运输。

25.这样做的有益效果是：通过地质钻机、凿岩台车等硬岩钻孔装置进行钻孔，通过楔形劈裂器、岩石胀裂器、液压胀裂器等胀裂装置胀裂钻孔，通过机械式截割装置进行截割作业时，通过设备本体上的行走部实现自由移动，通过截割部进行岩体截割，通过除尘部清理截割过程中的粉尘，通过渣土运输部清理运输截割产生的渣土，可以实现对待开挖硬岩隧道的高效、安全开挖。

26.进一步地，在上述方法中，截割区设置为单个且位于掌子面的空间中心位置处；或截割区在待开挖掌子面至少设置两个且对称设置或均布设置。

27.这样做的有益效果是：小断面掌子面上的截割区设计在中心线上，便于钻孔设备和截割设备工作，大断面掌子面上的截割区设计分布在中心线两侧，可同时由两台钻孔设备或截割设备进行工作，提升了隧道掘进效率。

28.进一步地，在上述方法中，所述胀裂区还包括补充孔，所述补充孔通过硬岩钻孔装置设置。

29.进一步地，在上述方法中，所述胀裂区钻孔与补充孔组成胀裂孔系组合，所述胀裂孔系组合呈矩阵结构排列设置或等间距排列设置。

30.这样做的有益效果是：在胀裂区增加补充孔，补充孔与胀裂区钻孔组成胀裂孔系组合，通过硬岩钻孔装置进行钻设，可以提高胀裂区钻孔的胀裂效率。

31.进一步地，在上述方法中，所述截割区钻孔在截割区逐行或逐列设置，相邻两行或两列的截割区钻孔交错布置。

32.这样做的有益效果是：截割钻孔是为了降低截割区岩体硬度，交错布置有助于进

一步降低截割区岩体硬度，方便对硬度要求低的截割设备开挖，降低了施工成本。

33.进一步地，在上述方法中，所述修饰区钻孔沿开挖轮廓线进行钻设，与开挖轮廓线形成的外插角α为3

°?5°

。

34.进一步地，在上述方法中，截割区钻孔和胀裂区钻孔的深度l

′

为开挖进尺l的n倍，n＝1、2、3、4、

···

；修饰区钻孔深度l"满足如下条件：n*l/cosα≤l"≤n*l/cosα+0.5，其中n＝1、2、3、4、

···

，α为3

°?5°

。

35.这样做的有益效果是：根据施工的开挖进尺钻设具有一定深度的钻孔，钻孔与掌子面正交，可减少钻孔在岩体内部交叉带来的效率降低的问题，修饰钻孔与开挖轮廓线成一定角度钻设，可尽量减少欠挖带来的施工损失，保证了施工效率。

36.一种待掘进体，其掘进面的边界线为轮廓线，包括截割区、轮廓修饰区和胀裂区，所述截割区位于掘进面水平方向上的中间位置或靠近中间的位置，且与地面相接，所述轮廓修饰区位于掘进面上距轮廓线设定距离的区域内，所述胀裂区为掘进面上除截割区和轮廓修饰区以外的区域；

37.截割区内均匀设置有截割钻孔，轮廓修饰区沿轮廓线设置有修饰钻孔，胀裂区内围绕截割区设置有一排或多排胀裂钻孔，所述胀裂钻孔及修饰钻孔的孔间距小于最小胀裂抵抗线。

38.本发明的有益效果是：一种待掘进体，即硬岩隧道开挖施工时的施工对象，在掘进面上分区设置，并在截割区上设置相应钻孔来降低硬岩的岩体硬度，便于对该区域截割为后续胀裂创造临空面，进一步在截割区周围设置多层胀裂钻孔便于依次胀裂该胀裂钻孔进而剥离实现开挖空间扩大，在轮廓修饰区设置防止欠挖的修饰钻孔，对其胀裂后并修饰不平整位置使临空面光滑，本发明的待掘进体便于开挖，可以提升掘进过程中的破岩效率、降低隧道施工成本。

39.进一步地，在上述待掘进体中，掘进面宽度小于等于8m，高度小于等于6.5m时，截割区位于掘进面的中心线上；掘进面宽度大于8m，高度大于6.5m时，掘进面中心线左右两侧各设置一个截割区。

40.进一步地，在上述待掘进体中，所述截割区的宽度为1m

?

2.5m，高度为2m

?

4.5m。

41.这样做的有益效果是：根据待掘进体的宽度和高度，调整截割区的数量和位置，并调整其宽度和高度，可为硬岩隧道开挖提供一种节省成本、增加效率的被掘进对象。

42.进一步地，在上述待掘进体中，所述胀裂区还包括补充孔，所述补充孔位于截割区和与截割区相邻的一排胀裂钻孔间或任意两排胀裂钻孔间或轮廓修饰区和与轮廓修饰区相邻的一排胀裂钻孔间。

43.这样做的有益效果是：在胀裂区上胀裂钻孔排间距较大的中间区域设置补充孔，方便胀裂，防止胀裂排孔的排间距太大，难以一次就实现有效胀裂，可进一步降低胀裂区的胀裂难度，方便开挖。

44.进一步地，在上述待掘进体中，所述截割钻孔在截割区逐行或逐列设置，相邻两行或两列的截割钻孔交错布置。

45.这样做的有益效果是：截割钻孔时为了降低截割区岩体硬度进行设置的，交错布置可进一步降低截割区岩体硬度，方便采用对硬度要求低的截割设备开挖掘进，降低了施工成本。

46.进一步地，在上述待掘进体中，在胀裂区设置多排胀裂钻孔时，相邻两排胀裂钻孔的排间距为50cm

?

100cm。

47.进一步地，在上述待掘进体中，所述截割钻孔、修饰钻孔、胀裂钻孔和补充孔的孔径为42mm

?

140mm。

48.进一步地，在上述待掘进体中，截割钻孔的孔间距为50mm

?

100mm，修饰钻孔的孔间距为100mm，胀裂钻孔的孔间距为100mm

?

300mm，补充孔的孔间距为50mm

?

100mm。

49.进一步地，在上述待掘进体中，所述截割钻孔、修饰钻孔和胀裂钻孔与待掘进体的掘进面正交，所述修饰钻孔沿轮廓线布设，与轮廓线形成的外插角为3

°?5°

。

50.进一步地，在上述待掘进体中，截割钻孔、胀裂钻孔和补充孔的深度一致，修饰钻孔的深度大于截割钻孔深度。

51.这样做的有益效果是：根据施工要求，自由设置钻孔深度，但需要保证截割钻孔、胀裂钻孔和补充孔与掘进面正交，使其不会再掘进体内部形成交叉；修饰钻孔沿轮廓线设置，形成一定的角度，保证待掘进体在掘进过程中的掘进效率。

附图说明

52.图1为本发明的硬岩隧道机械开挖方法的工序流程图；

53.图2为本发明的掌子面分区示意图；

54.图3为本发明中小断面隧道掌子面分区及钻孔示意图；

55.图4为本发明中大断面隧道掌子面分区及钻孔示意图。

具体实施方式

56.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

57.方法实施例1：

58.以一种小断面硬岩隧道的掌子面为例，小断面硬岩隧道掌子面断面宽度≤8.0m，高度≤6.5m，采用如图1所示的本发明开挖方法的工序流程，对其进行开挖设计，包括如下步骤：

59.1)对隧道开挖掌子面进行分区设计，如图2所示，包括钻孔截割区1、轮廓修饰区2和钻孔胀裂区3，采用本发明的开挖方法对隧道掌子面开挖完成后，各分区总和组成的开挖断面包含原设计开挖轮廓线5。

60.具体的，根据隧道掌子面大小不同，钻孔截割区可设计为单个或多个。小断面隧道掌子面的单个钻孔截割区位于掌子面的中心区域,即隧道与地面垂直的垂向中心线所在区域，大断面隧道掌子面可布置多个钻孔截割区。钻孔截割区尽量远离隧道掌子面左右边缘。轮廓修饰区沿掌子面开挖轮廓线分布，其形成区域包含掌子面开挖轮廓线。去除钻孔截割区和轮廓修饰区，掌子面的其他区域均为钻孔胀裂区。

61.上述的钻孔截割区1、轮廓修饰区2和钻孔胀裂区3均设计有钻孔。钻孔截割区设计均匀分布的截割钻孔，钻孔后，岩体强度减弱，适用于截割设备切削岩体。轮廓修饰区的修饰钻孔沿隧道开挖轮廓线布设。钻孔胀裂区按一定排列规则，设计有多排胀裂排孔(即胀裂钻孔)和补充孔。单排胀裂排孔的钻孔等间距排列，孔间距小于最小胀裂抵抗线。补充孔主

要为提高胀裂排孔的胀裂效率，主要设置于钻孔截割区与最内侧胀裂排孔间、相近两排胀裂排孔的排间和最外侧胀裂排孔与开挖轮廓线间。

62.参考上述分区方法和钻孔布设标准，对拟开挖掌子面进行分区设计和钻孔设计，确定钻孔位置和数量。

63.如图3所示为本实施例的小断面硬岩隧道的掌子面分区及钻孔设计示意图，包括位于掌子面中心区域(即中心线所在区域)或靠近中心区域的钻孔截割区11、沿开挖轮廓线5设置的轮廓修饰区和钻孔胀裂区3。掌子面的中心线指垂直于地面将掌子面左右平分的中线，截割区11用于在开挖掘进时以此为基础，对胀裂钻孔逐层胀裂来不断扩大截割区形成的开挖空间。考虑到施工效率和成本，钻孔截割区11的宽设置为1.0

?

1.5m，高设置为2.0

?

3.5m。

64.按照钻孔布设标准对上述3个分区进行钻孔布设，钻孔截割区11内设计有梅花形布置的截割钻孔，即钻孔截割区的钻孔从沿地面向上按行设置，相邻两行之间的钻孔交错布置，也可在截割区沿左右方向设置多列，相邻两列钻孔交错布置，可有效降低截割区岩体硬度，方便采用对硬度要求低的截割设备进行作业。

65.截割区11上钻设的多行或多列截割钻孔的孔间距为50mm

?

100mm。为使截割钻孔不在掘进体内部出现交叉的情况，影响后续施工时循环开挖的进度，截割钻孔要与掌子面正交。

66.胀裂钻孔设置在围绕钻孔截割区11的胀裂区3中，沿截割区11由内向外设置的4层胀裂钻孔，分别为胀裂钻孔31层、32层、33层和34层，任意两层相邻的两排胀裂钻孔的排间距为50cm

?

100cm，具体的，如图3中31层和32层胀裂钻孔沿竖直方向的各列之间的距离为50cm，沿水平方向的各行之间的距离为100cm，每行或每列中的相邻两个胀裂钻孔的净间距为100mm

?

300mm，每一个胀裂钻孔均与掌子面正交，防止在待开挖岩体内部发生交叉。

67.此外，由于考虑到不同层胀裂钻孔之间的排间距不均匀，如图3所示，在胀裂区3上排间距较大的各行胀裂钻孔之间还设置有若干补充孔41，用于实现胀裂区的可靠剥离，补充孔41设置在截割区11与胀裂钻孔31层的排间，胀裂钻孔31层和胀裂钻孔32层、胀裂钻孔32层和胀裂钻孔33层、胀裂钻孔33层和胀裂钻孔34层、胀裂钻孔34层和修饰钻孔21之间较宽的区域，补充孔41根据需要灵活设置，既要尽可能的多设置补充孔，使得岩体硬度有效降低，保证对应层胀裂钻孔能有效剥离，还要考虑施工成本和效率，本实施例中补充孔的净间距设置为50mm

?

100mm，且与掌子面正交，不与任何其他钻孔在待开挖岩体内部交叉。

68.为了防止欠挖，以及保证开挖后的隧道临空面的平整程度，还设置轮廓修饰区，轮廓修饰区沿开挖轮廓线5设置，通常在实际掘进过程中表现为一段包括开挖轮廓线5在内的环形区域，轮廓修饰区要设置至少一层修饰钻孔，故轮廓修饰区的宽度大于修饰钻孔的孔径。

69.轮廓修饰区上的修饰钻孔21沿开挖轮廓线5设置，与开挖轮廓线5的外插角为3

°?5°

，即轮廓修饰区上的修饰钻孔21沿开挖轮廓线5向远离掌子面中心(即掌子面中心线与地面的交点)的方向倾斜设置，与隧道的轴线(即沿隧道开挖方向的矢量线)形成3

°?5°

的夹角。为尽可能多的设置修饰钻孔，同时考虑到施工成本和效率，修饰钻孔21的净间距设置为100mm。对修饰钻孔21进行胀裂后，对于胀裂后的临空面进行平整修饰，具体可以采用截割设备将突出临空面高度达到设定值的岩石凸起进行切削修正，保证平整度。

70.钻孔的孔径根据钻孔设备的钻头直径确定，截割钻孔、修饰钻孔、胀裂钻孔和补充孔的钻孔直径一般为42mm

?

140mm，为提升工序衔接和施工效率，在本实施例所提到的掌子面上设置的所有钻孔孔径均为89mm。

71.截割钻孔、胀裂钻孔和补充孔的深度一致，一般根据施工进度自由设置，修饰钻孔的深度大于截割钻孔的深度。

72.2)钻孔：按照设备作业便利性，依次完成所有设计钻孔。钻孔胀裂区和轮廓修饰区的钻孔钻至设计深度后，清洗岩渣，保证孔内清洁。钻孔截割区的钻孔可不清洗岩渣。钻孔截割区和钻孔胀裂区的钻孔与开挖掌子面正交，轮廓修饰区钻孔与开挖轮廓线外插夹角3

°?5°

。

73.钻孔的孔径可为一种，也可设计为多种，钻孔直径为42

?

140mm。为提升钻孔效率，所有钻孔孔径均为89mm。钻孔截割区与钻孔胀裂区钻孔深度保持一致，深度l

′

为循环开挖进尺l的n倍(n＝1、2、3、4、5、

…

)。轮廓修饰区钻孔深度l"满足条件：n*l/cosα≤l"≤n*l/cosα+0.5(α为外插角，一般为3

°?5°

)。本实施例中截割钻孔的深度为5m，修饰钻孔的深度为5.1m

?

5.3m。

74.本实施例中采用技术成熟的硬岩钻孔设备，如地质钻机、凿岩台车等对步骤1)中设计的钻孔进行钻孔作业。钻孔设备进入施工区域，以方便设备钻孔的工作原则，依次序完成所有设计钻孔的钻设工作。钻孔胀裂区3和轮廓修饰区的钻孔钻至设计深度后，清洗岩渣，保证孔内清洁。钻孔截割区11的钻孔不清洗岩渣。钻孔截割区11和钻孔胀裂区3的钻孔与开挖掌子面正交，修饰钻孔21与开挖轮廓线外插夹角3

°?5°

。钻孔完成后，钻孔设备退出施工场地。

75.3)岩体截割：截割设备按照循环开挖进尺l对截割区岩体切削钻孔，形成一定纵深的开挖空间，截割面不可小于设计钻孔截割区面积，为后续胀裂作业创造临空面，提升胀裂效率。钻孔截割区上设计的钻孔深度l

′

为循环开挖进尺l的n倍，钻孔截割区每次截割深度与循环开挖进尺l一致，可在n次截割作业后重新对掌子面分区和钻孔，截割作业期间或作业完成后，根据现场情况清理运输岩渣，保持掌子面作业区域的平整、空旷。

76.本实施例中采用一种硬岩隧道非爆破开挖施工设备，对钻孔截割区进行截割施工。设备就位启动后，利用设备截割头高速旋转切削钻孔截割区11岩体，形成纵深1.0m、宽1.0

?

1.5m、高2.0

?

3.5m的开挖空间。截割作业完成后，后退截割设备至无影响区域。截割作业期间或作业完成后，根据现场情况清理运输岩渣，保持掌子面作业区域的平整、空旷。

77.4)岩体胀裂：液压胀裂设备胀裂开挖钻孔胀裂区岩体。胀裂顺序由内向外逐步分层开挖，单层胀裂顺序为左右对称、由下向上逐孔顺次开挖。前排排孔胀裂后，胀裂与紧后一排排孔间的补充孔，补充孔胀裂顺序由内向外。胀裂作业采用技术成熟的液压胀裂工装，如楔形劈裂器、岩石胀裂器、液压胀裂管等。

78.钻孔胀裂区钻孔循环胀裂深度与循环开挖进尺一致，按照胀裂原则，可逐孔胀裂作业，也可批次多孔同步胀裂作业。

79.本实施例在采用液压胀裂设备对钻孔胀裂区3进行胀裂作业，胀裂顺序由内向外逐步分层开挖，即按照31层

→

32层

→

33层

→

34层的顺序胀裂开挖，单层胀裂顺序为左右对称、由下向上逐孔顺次开挖。前排排孔胀裂后，胀裂与紧后一排排孔间的补充孔41，补充孔41胀裂顺序由内向外。每次胀裂钻孔5

?

10个，胀裂作业期间，根据现场情况清理运输岩渣，

便于现场胀裂作业。

80.5)开挖轮廓修正：液压胀裂设备胀裂开挖轮廓修饰区岩体，胀裂顺序为左右对称逐孔顺次开挖，轮廓修饰区钻孔循环胀裂深度与循环进尺一致，按照胀裂原则，可逐孔胀裂作业，也可批次多孔同时胀裂作业。胀裂完成后，截割设备截割侵入隧道设计开挖轮廓线的岩体，形成顺滑的开挖轮廓面。

81.本实施例中采用液压胀裂设备胀裂开挖轮廓修饰区岩体，胀裂顺序为左右对称逐孔顺次开挖。胀裂作业完成后，退出胀裂设备，截割设备进场。利用截割设备高速旋转的截割头切削轮廓修饰区内侵入设计开挖轮廓线5的岩体，形成顺滑的开挖轮廓面。然后退出截割设备，清理运输岩渣，为支护作业创造施工条件

82.6)支护：对形成的包含设计开挖轮廓线的开挖空间进行支护作业，包括架设钢架、敷设钢架网片、喷射混凝土、打设锚杆等工作。

83.在小断面硬岩隧道的掘进施工时，可按照步骤3

?

6对掌子面4

?

5次循环作业，之后可根据步骤1)所述的分区及钻孔设计，进行步骤2)再次钻孔，并按照步骤3

?

6进行掘进，直至隧道掘进至设计里程。在步骤2

?

6施工作业时，根据现场情况，清理岩渣。

84.采用本方法的小断面隧道掌子面机械开挖方法，在掌子面上设置截割区和轮廓修饰区，并将掌子面其他区域作为胀裂区，在对应区域设置钻孔来减小岩体硬度，首先将截割区进行截割破碎，并不断通过破碎胀裂区来扩大临空面，在轮廓修饰区先胀裂修饰钻孔，再沿开挖轮廓线进行截割修饰，形成较光滑的开挖轮廓面，保证了施工效率，减少了施工成本，方便后续隧道支护和其他工程有序进行。

85.方法实施例2：

86.以一种大断面硬岩隧道的掌子面为例，大断面硬岩隧道掌子面断面宽度＞8.0m，高度＞6.5m，采用如图1所示的本发明开挖方法的工序流程，对其进行开挖设计，包括如下步骤：

87.1)对隧道开挖掌子面进行分区设计，包括钻孔截割区、轮廓修饰区和钻孔胀裂区，采用本发明的开挖方法对隧道掌子面开挖完成后，各分区总和组成的开挖断面包含原设计开挖轮廓线。

88.具体的，根据隧道掌子面大小不同，钻孔截割区可设计为单个或多个。小断面隧道掌子面的单个钻孔截割区位于掌子面的中心区域，大断面隧道掌子面可布置多个钻孔截割区。钻孔截割区尽量远离隧道掌子面左右边缘。轮廓修饰区沿掌子面开挖轮廓线分布，其形成区域包含掌子面开挖轮廓线。去除钻孔截割区和轮廓修饰区，掌子面的其他区域均为钻孔胀裂区。

89.上述的钻孔截割区、轮廓修饰区和钻孔胀裂区均设计有钻孔。钻孔截割区设计均匀分布的钻孔，钻孔后，岩体强度减弱，适用于截割设备切削岩体。轮廓修饰区的钻孔沿隧道开挖轮廓线布设。钻孔胀裂区按一定排列规则，设计有多排胀裂排孔和补充孔。单排胀裂排孔的钻孔等间距排列，孔间距小于最小胀裂抵抗线。补充孔主要为提高胀裂排孔的胀裂效率，主要设置于钻孔截割区与最内侧胀裂排孔间、相近两排胀裂排孔的排间和最外侧胀裂排孔与开挖轮廓线间。

90.参考上述分区方法和钻孔布设标准，对拟开挖掌子面进行分区设计和钻孔设计，确定钻孔位置和数量。

91.如图4所示为本实施例的大断面硬岩隧道的掌子面分区及钻孔设计示意图，包括在掌子面的中心线两侧各设置有一个截割区，掌子面的中心线指垂直于地面将掌子面左右平分的中线，在掌子面的中心线右侧设置有一个截割区121，在掌子面的中心线左侧设置有一个截割区122，在开挖掘进时以截割区121和截割区122为基础，对胀裂钻孔逐层胀裂来不断扩大截割区形成的开挖空间。考虑到施工效率和成本，截割区121和截割区122的宽度设置为1m

?

2.5m，高度设置为2m

?

4.5m最佳。

92.按照钻孔布设标准对上述3种分区进行钻孔布设，在截割区121和截割区122上设置有多行或多列截割钻孔，为降低硬岩的硬度，将相邻两行或两列的截割钻孔交错布置，相邻截割钻孔的净间距为50mm

?

100mm。为使截割钻孔不在掘进体内部出现交叉的情况，影响后续施工时循环开挖的进度，截割钻孔要与掌子面正交。

93.胀裂钻孔设置在环绕截割区121、截割区122的胀裂区3中，在胀裂区上沿截割区121和截割区122由中心向外均设置有4层胀裂钻孔，沿截割区121向外设置的胀裂钻孔分别为胀裂钻孔351层、361层、371层和381层，沿截割区122向外设置的胀裂钻孔分别为胀裂钻孔352层、362层、372层和382层，381层胀裂钻孔和382层胀裂钻孔在掌子面中心线处的钻孔重合，任意两层相邻的两排胀裂钻孔的排间距为50cm

?

100cm，每排胀裂钻孔的净间距为100mm

?

300mm，每一个胀裂钻孔均与掌子面正交，防止在掘进体内部发生交叉，影响后续开挖掘进。

94.此外，由于考虑到不同层胀裂钻孔之间的间距不均匀，如图4中，胀裂区3上还设置有若干补充孔42，补充孔42设置在截割区121和胀裂钻孔351层、截割区122和胀裂钻孔352层，351层和361层、361层和371层、371层和381层、352层和362层、362层和372层、372层和382层、381层和修饰钻孔22、382层和修饰钻孔22之间的区域，补充孔42灵活设置，既要尽可能的多设置补充孔，使得岩体硬度有效降低，还要考虑施工成本和效率，则补充孔的净间距设置为50mm

?

100mm，且与掌子面正交，不与任何其他钻孔在掘进体内部交叉。

95.为了防止欠挖，以及保证开挖后的隧道临空面的平整程度，还设置轮廓修饰区，轮廓修饰区沿轮廓线5设置，通常在实际施工过程中表现为一段包括轮廓线5在内的环形区域，轮廓修饰区要设置至少一层修饰钻孔，故轮廓修饰区的宽度大于修饰钻孔的孔径。对修饰钻孔42进行胀裂后，对于胀裂后的临空面进行平整修饰，具体可以采用截割设备将突出临空面高度达到设定值的岩石凸起进行磨削修正，保证平整度。

96.轮廓修饰区上的修饰钻孔22沿开挖轮廓线5设置，与开挖轮廓线5的外插角为3

°?5°

，即轮廓修饰区上的修饰钻孔22沿开挖轮廓线5向远离掌子面中心(即掌子面中心线与地面的交点)的方向倾斜设置，与隧道的轴线(即沿隧道开挖方向的矢量线)形成3

°?5°

的夹角。为尽可能多的设置修饰钻孔，同时考虑到施工成本和效率，修饰钻孔22的净间距设置为100mm。

97.钻孔的孔径根据钻孔设备的钻头直径确定，截割钻孔、修饰钻孔、胀裂钻孔和补充孔的钻孔直径一般为42mm

?

140mm，为提升工序衔接和施工效率，在本实施例所提到的掌子面上设置的所有钻孔孔径均为102mm。

98.截割钻孔、胀裂钻孔和补充孔的深度一致，一般根据施工进度自由设置，修饰钻孔的深度大于截割钻孔的深度。

99.2)钻孔：按照设备作业便利性，依次完成所有设计钻孔。钻孔胀裂区和轮廓修饰区

的钻孔钻至设计深度后，清洗岩渣，保证孔内清洁。钻孔截割区的钻孔可不清洗岩渣。钻孔截割区和钻孔胀裂区的钻孔与开挖掌子面正交，轮廓修饰区钻孔与开挖轮廓线外插夹角3

°?5°

。

100.钻孔的孔径可为一种，也可设计为多种，钻孔直径为42

?

140mm。为提升钻孔效率，所有钻孔孔径均为102mm。钻孔截割区与钻孔胀裂区钻孔深度保持一致，深度l

′

为循环开挖进尺l的n倍(n＝1、2、3、4、5、

…

)。轮廓修饰区钻孔深度l"满足条件：n*l/cosα≤l"≤n*l/cosα+0.5(α为外插角，一般为3

°?5°

)。本实施例的截割钻孔的深度为3m，修饰钻孔的深度为3.1m

?

3.2m。

101.本实施例中采用技术成熟的硬岩钻孔设备，如地质钻机、凿岩台车等对步骤1)中设计的钻孔进行钻孔作业。为提升作业效率，采用2台钻孔设备同时作业。钻孔设备进入施工区域，以方便设备钻孔的工作原则，依次序完成所有设计钻孔的钻设工作。钻孔胀裂区3和轮廓修饰区22的钻孔钻至设计深度后，清洗岩渣，保证孔内清洁。钻孔截割区1的钻孔不清洗岩渣。钻孔截割区121、钻孔截割区122和钻孔胀裂区3的钻孔与开挖掌子面正交，轮廓修饰区22钻孔与开挖轮廓线5外插夹角3

°?5°

。钻孔完成后，钻孔设备退出施工场地。

102.3)岩体截割：截割设备按照循环开挖进尺l对截割区岩体切削钻孔，形成一定纵深的开挖空间，截割面不可小于设计钻孔截割区面积，为后续胀裂作业创造临空面，提升胀裂效率。钻孔截割区上设计的钻孔深度l

′

为循环开挖进尺l的n倍，钻孔截割区每次截割深度与循环开挖进尺l一致，可在n次截割作业后重新对掌子面分区和钻孔，截割作业期间或作业完成后，根据现场情况清理运输岩渣，保持掌子面作业区域的平整、空旷。

103.本实施例中采用一种以截割头装置削岩的专用或改装的铣挖设备，如悬臂掘进机，对钻孔截割区进行截割施工。铣挖设备就位启动后，利用设备截割头高速旋转切削钻孔截割区121和钻孔截割区122岩体，形成2个纵深1.0m、宽1.0

?

2.5m、高2.0

?

4.5m的开挖空间。截割作业完成后，后退截割设备至无影响区域。截割作业期间或作业完成后，根据现场情况清理运输岩渣，保持掌子面作业区域的平整、空旷。

104.4)岩体胀裂：液压胀裂设备胀裂开挖钻孔胀裂区岩体。胀裂顺序由内向外逐步分层开挖，单层胀裂顺序为左右对称、由下向上逐孔顺次开挖。前排排孔胀裂后，胀裂与紧后一排排孔间的补充孔，补充孔胀裂顺序由内向外。胀裂作业采用技术成熟的液压胀裂工装，如楔形劈裂器、岩石胀裂器、液压胀裂管等。

105.钻孔胀裂区钻孔循环胀裂深度与循环开挖进尺一致，按照胀裂原则，可逐孔胀裂作业，也可批次多孔同步胀裂作业。

106.本实施例在采用2

?

4套液压胀裂设备以两侧的钻孔截割区为中心进行胀裂作业，胀裂顺序由内向外逐步分层开挖，即351层

→

361层

→

371层

→

381层和352层

→

362层

→

372层

→

382层，单层胀裂顺序为左右对称、由下向上逐孔顺次开挖。前排排孔胀裂后，胀裂与紧后一排排孔间的补充孔42，补充孔42胀裂顺序由内向外。通过胀裂与钻孔截割区相邻的一层胀裂钻孔实现钻孔胀裂区岩层的剥离，不断扩大开挖空间，直至钻孔胀裂区完全被开挖。每套胀裂设备每次胀裂钻孔5

?

10个，胀裂作业期间，根据现场情况清理运输岩渣，便于现场胀裂作业。

107.5)开挖轮廓修正：液压胀裂设备胀裂开挖轮廓修饰区岩体，胀裂顺序为左右对称逐孔顺次开挖，轮廓修饰区钻孔循环胀裂深度与循环进尺一致，按照胀裂原则，可逐孔胀裂

作业，也可批次多孔同时胀裂作业。胀裂完成后，截割设备截割侵入隧道设计开挖轮廓线的岩体，形成顺滑的开挖轮廓面。

108.本实施例中采用液压胀裂设备胀裂开挖轮廓修饰区22岩体，胀裂顺序为左右对称逐孔顺次开挖。胀裂作业完成后，退出胀裂设备，截割设备进场。利用截割设备高速旋转的截割头切削轮廓修饰区22内侵入设计开挖轮廓线5的岩体，形成顺滑的开挖轮廓面。然后退出截割设备，清理运输岩渣，为支护作业创造施工条件

109.6)支护：对形成的包含设计开挖轮廓线的开挖空间进行支护作业，包括架设钢架、敷设钢架网片、喷射混凝土、打设锚杆等工作。

110.在大断面硬岩隧道的掘进施工时，可按照步骤3

?

6对掌子面2

?

3次循环作业，之后可根据步骤1)所述的分区及钻孔设计，进行步骤2)再次钻孔，并按照步骤3

?

6进行掘进，直至隧道掘进至设计里程。在步骤2

?

6施工作业时，根据现场情况，清理岩渣。

111.采用本方法的大断面隧道掌子面机械开挖方法，在掌子面上中心线两侧设置两个截割区，还设置轮廓修饰区，并将掌子面其他区域作为胀裂区，在对应区域设置钻孔来减小岩体硬度，首先将截割区进行截割破碎，并不断通过破碎胀裂区来扩大临空面，在轮廓修饰区先胀裂修饰钻孔，再沿开挖轮廓线进行截割修饰，形成较光滑的开挖轮廓面，保证了施工效率，减少了施工成本，方便后续隧道支护和其他工程有序进行。

112.待掘进体实施例1：

113.根据如图2所示的掌子面分区示意图，对本实施例的待掘进体进行说明，即待掘进体掘进面按照图2中的掌子面分区进行设计，包括截割区1、轮廓修饰区2、胀裂区3和轮廓线5。待掘进体被开挖掘进的一面为掘进面，掘进面的边界线为轮廓线，即隧道开挖掘进时的最小设计开挖轮廓线，截割区1位于掘进面上的中心位置或靠近中心的位置，应远离掘进面的左右边缘，且与地面和掘进面的交线相接，使得对待掘进体开挖时，能够以截割区1开挖后的开挖空间为中心，向掘进面上的其他区域胀裂开挖时能同时对待掘进体左右两侧及上方区域进行作业，能提高施工效率；轮廓修饰区2沿轮廓线5分布，其形成区域包括轮廓线5，对轮廓修饰区2进行开挖截割时，可减少欠挖出现的概率，节省施工时间和人力；掘进面上除截割区1和轮廓修饰区2以外的其他区域为胀裂区3。

114.具体的，根据图3所示的小断面隧道掌子面分区及钻孔示意图，对本实施例的待掘进体进行如下说明，本实施例中提到的的掘进面即为图3中的掌子面：当待掘进体的掘进面宽度不大于8m，高度不大于6m时，在掘进面的中心线所在位置设置一个截割区11，掘进面的中心线指垂直于地面将掘进面左右平分的中线，截割区11用于在开挖掘进时以此为基础，对胀裂钻孔逐层胀裂来不断扩大截割区形成的开挖空间。考虑到施工效率和成本，截割区11的宽度设置为1m

?

1.5m，高度设置为2m

?

3.5m最佳。

115.截割区11上钻设有多行或多列截割钻孔，为降低硬岩(待掘进体)的硬度，将相邻两行或两列的截割钻孔交错布置，截割钻孔的钻孔净间距为50mm

?

100mm。为使截割钻孔不在掘进体内部出现交叉的情况，影响后续施工时循环开挖的进度，截割钻孔要与掘进面正交。

116.设置有截割钻孔的截割区可以采用铣挖设备对其进行截割作业，铣挖设备的截割头破碎设置有截割钻孔的截割区，来形成具有一定深度的开挖空间。截割后形成的开挖空间具有一定的临空面，在后续岩体开挖时对此开挖空间相邻的钻孔进行胀裂使其不断扩

大，可有效提高掘进效率。

117.胀裂钻孔设置在围绕截割区11的胀裂区3中，在胀裂区3上沿截割区11由内向外设置的4层胀裂钻孔，分别为胀裂钻孔31层、32层、33层和34层，任意两层相邻的两排胀裂钻孔的排间距为50cm

?

100cm。具体的，如图3中31层和32层胀裂钻孔沿竖直方向的各列之间的距离为50cm，沿水平方向的各行之间的距离为100cm，每行或每列中的相邻两个胀裂钻孔的净间距为100mm

?

300mm，每一个胀裂钻孔均与掘进面正交，防止在掘进体内部发生交叉。

118.在胀裂区3中，对截割区11挖空形成开挖空间后，通过对胀裂区3中距离截割区最近的一层的胀裂钻孔(31)进行胀裂，由于胀裂钻孔的孔间距小于最小胀裂抵抗线，因此胀裂后待掘进体硬岩延胀裂钻孔开裂形成胀裂裂缝，将31层胀裂钻孔的胀裂裂缝到截割区11临空面之间的硬岩剥离，然后依次剥离各层胀裂钻孔与开挖空间之间的硬岩。

119.此外，由于考虑到不同层胀裂钻孔之间的排间距不均匀，如图3所示，在胀裂区3上排间距较大的各行胀裂钻孔之间还设置有若干补充孔41，用于实现胀裂区的可靠剥离，补充孔41设置在截割区11与胀裂钻孔31层的排间，胀裂钻孔31层和胀裂钻孔32层、胀裂钻孔32层和胀裂钻孔33层、胀裂钻孔33层和胀裂钻孔34层、胀裂钻孔34层和修饰钻孔21之间较宽的区域，补充孔41根据需要灵活设置，既要尽可能的多设置补充孔，使得岩体硬度有效降低，保证对应层胀裂钻孔能有效剥离，还要考虑施工成本和效率，本实施例中补充孔的净间距设置为50mm

?

100mm，且与掘进面正交，不与任何其他钻孔在掘进体内部交叉。

120.为了防止欠挖，以及保证开挖后的隧道临空面的平整程度，还设置轮廓修饰区，轮廓修饰区沿轮廓线5设置，通常在实际掘进过程中表现为一段包括轮廓线5在内的环形区域，轮廓修饰区要设置至少一层修饰钻孔，故轮廓修饰区的宽度大于修饰钻孔的孔径。

121.轮廓修饰区上的修饰钻孔21沿轮廓线5设置，与轮廓线5的外插角为3

°?5°

，即轮廓修饰区上的修饰钻孔21沿轮廓线5向远离掘进面中心(即掘进面中心线与地面的交点)的方向倾斜设置，与待掘进体的轴线(即沿隧道开挖方向的矢量线)形成3

°?5°

的夹角。为尽可能多的设置修饰钻孔，同时考虑到施工成本和效率，修饰钻孔21的净间距设置为100mm。对修饰钻孔21进行胀裂后，对于胀裂后的临空面进行平整修饰，具体可以采用截割设备将突出临空面高度达到设定值的岩石凸起进行切削修正，保证平整度。

122.钻孔的孔径根据钻孔设备的钻头直径确定，截割钻孔、修饰钻孔、胀裂钻孔和补充孔的钻孔直径一般为42mm

?

140mm，为提升工序衔接和施工效率，在本实施例所提到的待掘进体上设置的所有钻孔孔径均为89mm。

123.截割钻孔、胀裂钻孔和补充孔的深度一致，一般与待掘进体的厚度相等，修饰钻孔的深度大于截割钻孔的深度，如截割钻孔的深度为5m，修饰钻孔的深度为5.1m

?

5.3m。

124.待掘进体实施例2：

125.根据如图2所示的掌子面分区示意图，对本实施例的待掘进体进行说明，即待掘进体掘进面按照图2中的掌子面分区进行设计，当待掘进体的掘进面宽度大于8m，高度大于6.5m时，对其进行如下设置。

126.具体的，根据图4所示的大断面隧道掌子面分区及钻孔示意图，对本实施例的待掘进体进行如下说明，本实施例中提到的的掘进面即为图4中的掌子面：在掘进面的中心线两侧各设置有一个截割区，掘进面的中心线指垂直于地面将掘进面左右平分的中线，在掘进面的中心线右侧设置有一个截割区121，在掘进面的中心线左侧设置有一个截割区122，在

开挖掘进时以截割区121和截割区122为基础，对胀裂钻孔逐层胀裂来不断扩大截割区形成的开挖空间。考虑到施工效率和成本，截割区121和截割区122的宽度设置为1m

?

2.5m，高度设置为2m

?

4.5m最佳。

127.在截割区121和截割区122上设置有多行或多列截割钻孔，为降低硬岩(待掘进体)的硬度，将相邻两行或两列的截割钻孔交错布置，相邻截割钻孔的净间距为50mm

?

100mm。为使截割钻孔不在掘进体内部出现交叉的情况，影响后续施工时循环开挖的进度，截割钻孔要与掘进面正交。

128.设置有截割钻孔的截割区121和122可以采用铣挖设备对其进行截割作业，铣挖设备的截割头破碎设置有截割钻孔的截割区，来形成具有一定深度的开挖空间。截割后形成的开挖空间具有一定的临空面，在后续岩体开挖时对此开挖空间相邻的钻孔进行胀裂使其不断扩大，可有效提高掘进效率。

129.胀裂钻孔设置在环绕截割区121、截割区122的胀裂区3中，在胀裂区上沿截割区121和截割区122由中心向外均设置有4层胀裂钻孔，沿截割区121向外设置的胀裂钻孔分别为胀裂钻孔351层、361层、371层和381层，沿截割区122向外设置的胀裂钻孔分别为胀裂钻孔352层、362层、372层和382层，381层胀裂钻孔和382层胀裂钻孔在掘进面中心线处的钻孔重合，任意两层相邻的两排胀裂钻孔的排间距为50cm

?

100cm，每排胀裂钻孔的净间距为100mm

?

300mm，每一个胀裂钻孔均与掘进面正交，防止在掘进体内部发生交叉，影响后续开挖掘进。

130.在胀裂区3中，对截割区121和122挖空形成胀裂临空面后，通过对胀裂区3中距离截割区最近的一排的胀裂钻孔(351、352)进行胀裂，由于胀裂钻孔的孔间距小于最小胀裂抵抗线，因此胀裂后待掘进体硬岩延胀裂钻孔开裂形成胀裂裂缝，将351胀裂钻孔的胀裂裂缝到截割区121临空面之间的硬岩剥离，将352胀裂钻孔的胀裂裂缝到截割区122临空面之间的硬岩剥离，然后依次剥离各层胀裂钻孔到临空面之间的硬岩。

131.此外，由于考虑到不同层胀裂钻孔之间的间距不均匀，如图4中，在两排胀裂钻孔之间的排间距较大的区域，为了可靠胀裂实现胀裂区硬岩的剥离，胀裂区3上还设置有若干补充孔42，补充孔42设置在截割区121和胀裂钻孔351层、截割区122和胀裂钻孔352层，351层和361层、361层和371层、371层和381层、352层和362层、362层和372层、372层和382层、381层和修饰钻孔22、382层和修饰钻孔22之间较宽区域，补充孔42根据需要灵活设置，既要尽可能的多设置补充孔，保证对应层胀裂钻孔能够有效胀裂剥离，还要考虑施工成本和效率，本实施中补充孔42的净间距设置为50mm

?

100mm，且与掘进面正交，不与任何其他钻孔在掘进体内部交叉。

132.为了防止欠挖，以及保证开挖后的隧道临空面的平整程度，还设置轮廓修饰区，轮廓修饰区沿轮廓线5设置，通常在实际施工过程中表现为一段包括轮廓线5在内的环形区域，轮廓修饰区要设置至少一层修饰钻孔，故轮廓修饰区的宽度大于修饰钻孔的孔径。对修饰钻孔42进行胀裂后，对于胀裂后的临空面进行平整修饰，具体可以采用截割设备将突出临空面高度达到设定值的岩石凸起进行磨削修正，保证平整度。

133.轮廓修饰区上的修饰钻孔22沿轮廓线5设置，与轮廓线5的外插角为3

°?5°

，即轮廓修饰区上的修饰钻孔22沿轮廓线5向远离掘进面中心(即掘进面中心线与地面的交点)的方向倾斜设置，与待掘进体的轴线(即沿隧道开挖方向的矢量线)形成3

°?5°

的夹角。为尽可能

多的设置修饰钻孔，同时考虑到施工成本和效率，修饰钻孔22的净间距设置为100mm。

134.钻孔的孔径根据钻孔设备的钻头直径确定，截割钻孔、修饰钻孔、胀裂钻孔和补充孔的钻孔直径一般为42mm

?

140mm，为提升工序衔接和施工效率，在本实施例所提到的待掘进体上设置的所有钻孔孔径均为102mm。

135.截割钻孔、胀裂钻孔和补充孔的深度一致，一般与待掘进体的厚度相等，修饰钻孔的深度大于截割钻孔的深度，如截割钻孔的深度为5m，修饰钻孔的深度为5.1m

?

5.3m。

136.本发明用于在硬岩隧道开挖掘进时，采用上述实施例中的待掘进体可有效降低开挖岩体的硬度，可采用能在较低硬度岩体上截割或钻孔的设备进行开挖掘进，降低了施工成本，同时待掘进体上的各钻孔孔径均可根据钻孔设备进行调整，进一步确定钻孔的最佳数量，提高施工效率。技术特征：

1.一种硬岩隧道机械开挖方法，其特征在于，包括如下步骤：1)分区，将待开挖硬岩隧道的待开挖掌子面划分为：轮廓修饰区，所述轮廓修饰区沿待开挖掌子面轮廓边缘设置，用于形成待开挖掌子面的结构轮廓；截割区，所述截割区设置在待开挖掌子面的结构中心或临近结构中心位置处，用于通过机械式截割装置进行截割作业形成截割开挖空间，所述截割开挖空间为后续胀裂作业创造临空面；胀裂区，所述胀裂区位于所述轮廓修饰区和截割区之间的结构区域内，用于待开挖掌子面的胀裂作业；2)钻孔，通过硬岩钻孔装置在轮廓修饰区、截割区和胀裂区内均布设置修饰区钻孔、截割区钻孔和胀裂区钻孔，所述胀裂区钻孔的钻孔间距小于最小胀裂抵抗线；3)岩体截割，通过机械式截割装置对截割区内的岩体进行截割作业，形成截割开挖空间；4)岩体胀裂，通过胀裂装置对胀裂区钻孔由截割区朝向轮廓修饰区的方向分层进行胀裂，以对胀裂区内的岩体进行胀裂作业，直到完成胀裂区岩体的开挖；5)轮廓修正，通过胀裂装置对修饰区钻孔进行胀裂，然后通过机械式截割装置对胀裂作业后的轮廓修饰区进行截割作业，形成平滑的开挖轮廓面结构；6)对开挖后的硬岩隧道进行支护作业；7)重复上述步骤2)～步骤6)对待开挖硬岩隧道的待开挖掌子面进行循环作业,直到完成整个待开挖硬岩隧道的开挖。2.根据权利要求1所述的硬岩隧道机械开挖方法，其特征在于，所述硬岩钻孔装置包括地质钻机、凿岩台车；所述胀裂装置包括楔形劈裂器、岩石胀裂器、液压胀裂器。3.根据权利要求1所述的硬岩隧道机械开挖方法，其特征在于，所述机械式截割装置包括：设备本体，所述设备本体是机械式截割装置的承载基础；截割部，所述截割部设置在设备本体的前端，采用硬质合金刀具或高压水射流破岩，用于硬岩的截割作业。4.根据权利要求3所述的硬岩隧道机械开挖方法，其特征在于，所述设备本体包括：行走部，所述行走部设置在设备本体的底部，为机械式截割装置自由运动提供动力；除尘部，所述除尘部设置在设备本体上，用于清理硬岩截割过程中产生的粉尘；渣土运输部，所述渣土运输部设置在设备本体上，用于截割硬岩后渣土的清理运输。5.根据权利要求1所述的硬岩隧道机械开挖方法，其特征在于，截割区设置为单个且位于掌子面的空间中心位置处；或截割区在待开挖掌子面至少设置两个且对称设置或均布设置。6.根据权利要求1

?

5任一项所述的硬岩隧道机械开挖方法，其特征在于，所述胀裂区还包括补充孔，所述补充孔通过硬岩钻孔装置设置。7.根据权利要求6所述的硬岩隧道机械开挖方法，其特征在于，所述胀裂区钻孔与补充孔组成胀裂孔系组合，所述胀裂孔系组合呈矩阵结构排列设置或等间距排列设置。8.根据权利要求1所述的硬岩隧道机械开挖方法，其特征在于，所述截割区钻孔在截割

区逐行或逐列设置，相邻两行或两列的截割区钻孔交错布置。9.根据权利要求1所述的硬岩隧道机械开挖方法，其特征在于，所述修饰区钻孔沿开挖轮廓线进行钻设，与开挖轮廓线形成的外插角α为3

°?5°

。10.根据权利要求9所述的硬岩隧道机械开挖方法，其特征在于，截割区钻孔和胀裂区钻孔的深度l

′

为开挖进尺l的n倍，n＝1、2、3、4、

···

；修饰区钻孔深度l"满足如下条件：n*l/cosα≤l"≤n*l/cosα+0.5，其中n＝1、2、3、4、

···

，α为3

°?5°

。

技术总结

本发明提供了一种硬岩隧道机械开挖方法，属于隧道工程开挖技术领域。现有的硬岩隧道掘进方法对周围环境影响大，而且效率低，成本高。本发明采用对掌子面分区设计，并在对应分区钻设钻孔来降低岩体硬度，同时采用机械设备进行开挖掘进，减少了对周边环境的影响，降低了施工成本，还提高了施工效率。还提高了施工效率。还提高了施工效率。

技术研发人员：于少辉 白中坤 任韶鹏 毕程程 赵修旺 薛永涛 李应飞 甘雨 李明芳

受保护的技术使用者：中铁工程装备集团有限公司

技术研发日：2021.08.05

技术公布日：2021/11/21