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20隧道钻爆法开挖设计与施工技术
3-1-20 隧道钻爆法开挖设计与施工技术
1 前言
1.1 概述
钻爆法是工程活动中石方开挖的传统方式,在明山及地下工程施工中广泛使用。
在隧道施工中,钻爆法具有施工组织简单、容易掌握,对地质条件适应性强,开挖成本低的特点。尽管掘进机在许多国家已被广泛使用,但从长远来看,钻爆法仍将是修建岩石隧道的主要方法。
采用钻爆法开挖隧道,其施工进度、工程质量都与爆破技术密切相关。提高爆破循环进尺、降低爆破成本,减少对围岩的扰动是隧道爆破的重点。
隧道爆破是单自由面条件下的岩石爆破,关键技术是掏槽以形成掘进方向的爆破临空面,从而提高爆破循环进尺和炮孔利用率。对工程质量而言,尽量减少对围岩的扰动是十分重要的,因此隧道周边的光面爆破是隧道爆破的另一个关键点。
成功的隧道爆破应该做到:爆破进尺达到预期效果,掌子面平整,岩碴块度适宜装运,周边轮廓平顺,超欠挖符合要求,围岩稳定。
1.2 适用范围
适用于钻爆法施工的隧道开挖。
2 施工工艺
2.1 钻爆法开挖工艺流程
钻爆法开挖工艺流程见图2-1。
2.2 爆破设计
在钻爆方案设计时通常按图2-2程序进行。
图2-2 爆破设计程序图
掏槽类型
选 定
爆破参
数确定
合理起爆顺序
装药结构
孔网参数
确定时差
孔外网路
装药参数
炮孔起爆方式
技术设计
下半断面
上半断面
或全断面
2.2.1 全断面或上半断面掘进爆破设计
隧道爆破开挖根据其断面大小、地质情况,分为全断面一次开挖成型及分部开挖成型。无论采用何种方式,最先爆破开挖的部份都必须进行掏槽爆破,这是隧道爆破的关键。掏槽对钻爆技术要求较高,炮孔数较多,炸药消耗也较大。
循环进尺控制:一般来说,Ⅴ级围岩循环进尺控制在0.8~1.0m、Ⅳ级围岩循环进尺控制在1.5~2.0m;Ⅱ、Ⅲ级围岩采用全断面爆破,炮孔深度以不超过4.0m为宜,手持风钻不宜超过3.5m,液压台车不宜大于4.5m。
隧道爆破炮孔(眼)一般分为:掏槽孔(眼),掘进孔(眼),周边孔(眼)。
优 化 方 案
台车或台架就位
确 定 爆 破 方 案
超前钻孔或预报
钻 孔 作 业
装药堵塞联线
台 车 或 台 架 撤 离
爆 破
通风找顶
或 喷 锚
爆破效果检查
信息反馈
装 运 作 业
图2-1 掘进流程框图
下一循环
⑴ 掏槽眼设计
掏槽方式通常分为直眼掏槽和斜眼掏槽两类。掏槽方式的选定需要考虑以下几方面条件:开挖断面的几何尺寸,地质条件,设备情况,钻眼爆破水平,对开挖的技术要求等。一般来说,手持凿岩机施工常采用斜眼掏槽,凿岩台车施工一般采用直眼掏槽。两种方式的适用条件对比见表2-1。
表2-1 直眼掏槽与斜眼掏槽对照表
序号直眼掏槽斜眼掏槽1断面大小皆宜,小断面更优较大断面适用2韧性岩层不适用各种地质条件均适用3一次爆破深度较大一次爆破深度受隧道宽度限制4技术要求高,钻眼精度对爆破影响大钻眼进度要求相对较低5炸药用量大炸药用量相对较少6需用雷管段数多需用雷管段数少7爆破碴堆较集中爆破抛碴相对较远1) 直眼掏槽
直眼掏槽是借助于不装药空孔作为临空面,掏槽各装药孔向空孔按一定起爆顺序爆破而逐渐形成槽腔,其后掘进孔再向槽腔按一定顺序爆破。
直眼掏槽一般有以下几种形式:龟裂直眼掏槽,五眼梅花小直径中空直眼掏槽,螺旋形掏槽,菱形掏槽,无空眼直眼掏槽以及大直径中空直眼掏槽等。
大直径中空直眼掏槽一般在采用凿岩台车等重型设备钻眼时使用,通过较大直径的中空眼,逐渐扩大形成槽腔。常用的有单螺旋掏槽,双螺旋掏槽,对称掏槽等几种形式,如图2-3所示。
图2-3 大直径中空直眼掏槽布置形式示意图
为避免掌子面因掏槽区过度破碎带来卡钻事故,前后两茬炮的掏槽孔采取绕中线左右交错布置,整个掏槽孔位置布置在掌子面中线一侧略偏下部位。
大直径中空直眼掏槽中心空孔根据岩石的可爆性及孔深等要求,一般设置2~4个,其孔径不小于64mm,装药孔到空孔间距一般控制在1.5~2倍孔径。
根据经验常按表2-2进行设计。
表2-2 中空大直径直眼掏槽爆破参数表
围岩级别空孔直径(mm)空孔个数(个)装药孔至空孔间距(cm)线装药量(kg/m)Ⅱ、Ⅲ76~1022~40.15~0.200.3~0.5Ⅳ、Ⅴ64~851~20.2~0.250.2~0.32) 斜眼掏槽
斜眼掏槽有单向掏槽、锥形掏槽、楔形掏槽等形式,目前常用的是水平楔形掏槽。
水平楔形掏槽通常是利用多对斜向炮孔同时对称爆破而形成楔形临空面,之后各孔向该临空面爆破。如果爆破进尺要求较大,在断面允许的情况下,可以采用多重楔形掏槽。
楔形掏槽参数与炮孔夹角、间距及掏槽眼的对数相关,根据经验常按表2-3进行选择。
表2-3 楔形掏槽参数表
围岩级
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