山岭隧道常规施工方法(工序施工)

第三章 山岭隧道的常规施工方法,第六节 钻爆设计第七节 装渣运输第八节 支护第九节 隧道辅助施工方法第十节 隧道施工辅助坑道第十一节 新奥法施工中的量测技术第十二节 防水隔离层及其铺设,第六节 钻爆设计,隧道爆破的原则是：先做出设计，在掌子面上布置炮眼，而后根据设计的炮眼深度及方向钻眼，然后根据设计装药量及起爆顺序将炸药及不同段别的雷管装入炮眼，待做好安全防护工作后连接导爆网路线并起爆。 对钻爆工作的要求是：钻爆时必须根据围岩状况和开挖方法，合理布置炮眼位置；正确掌握钻眼技术，熟悉爆破方法，做到钻眼速度快、爆破效果好；开挖断面符合设计尺寸，做到不欠挖，少超挖；爆破后的石碴块度大小均匀，炮眼深度及炸药用量力求经济合理；,能集中抛向预定地点，以利装碴；安全有保障；爆破单位体积的岩石所耗工时、机具设备的费用及爆破材料的数量为最小。 一、掏槽技术 (一)小断面浅眼掏槽技术 小断面一般指分部开挖的局部断面或断面面积为 202以下的隧道。炮眼深度小于1.5时，属于浅眼爆破。 小断面浅眼掏槽有以下几种形式。 1.斜眼掏槽 (1)单向掏槽 由数个炮眼向同一方向倾斜组成。炮眼的布置形式有爬眼掏槽、侧向掏槽、插眼掏槽，如图3-6-1所示。,下一张,图3-6-1 单向掏槽,图3-6-2 锥形掏槽,(2)锥形掏槽 由数个共同向中心倾斜的炮眼组成。爆破后槽子呈角锥形。如图3-6-2。 (3)楔形掏槽 楔形掏槽由数对(一般为2-4对)对称相向倾斜的炮眼组成。楔形掏槽根据岩层层理不同，可分成水平楔形掏槽和垂直楔形掏槽两类。 垂直楔形掏槽各对炮眼的倾斜角度及炮眼的距离见表3-6-1。 斜眼掏槽的主要缺点：掏槽的深度受到开挖面宽度和岩层硬度的限制，不易提高每一循环的进尺。因为石质越硬，炮眼倾角越小，在一定的开挖断面宽度内，选用钢钎的长度受到了限制，过长就会碰到导坑侧壁。其次钻凿时的倾斜角度也难以掌握。,下一张,垂直楔形掏槽,返回,2.直眼掏槽 直眼掏槽由若干个彼此距离很近的、垂直于开挖面的、互相平行的炮眼组成。 (1)直眼掏槽的优缺点 直眼掏槽在各种硬度的岩层中都可以使用，一般用于中硬岩层或坚硬岩层；炮眼深度不受开挖断面宽度和高度的限制，适宜钻凿较深的炮眼而提高每循环的进尺；炮眼容易控制，钻眼时干扰少，便于多台凿岩机同时作业，提高凿眼效率；容易控制眼底深度，使眼底在同一垂直面上；炮眼利用率高；石碴抛掷距离较近，不易打坏支护及机具设备等。 直眼掏槽的缺点：炮眼数目较多，需要炸药数量也较多；钻眼要求精确。,(2)直眼掏槽的典型形式 小断面浅眼直眼掏槽的典型形式有：龟裂直眼掏槽、五梅花小直径中空直眼掏槽、螺旋形掏槽、菱形掏槽、无空直眼掏槽、小直径中空直眼掏槽等，如图3-6-3-图3-6-8所示。 3.掏槽形式的选定 (1)选定条件 掏槽形式的选定由以下几方面条件考虑决定：开挖断面的大小及宽度；地质条件；机具器材条件；钻眼爆破技术水平；开挖技术要求等。,下一张,图3-6-3 龟裂掏槽炮眼布置（单位：）,下一张,图3-6-4 五梅花小直径中空直眼掏槽炮眼布置（单位：）,图3-6-5 螺旋形掏槽炮眼布置 （单位：）,下一张,图3-6-6 菱形掏槽炮眼布置（单位：）,图3-6-7 无空直眼掏槽炮眼布置（单位：）,图3-6-8 小直径中空直眼掏槽炮眼布置（单位：）,返回,(2)直眼掏槽与斜眼掏槽的对比 表3-6-2 直眼掏槽与斜眼掏槽的对比 (二)大断面中、深眼掏槽爆破技术 大断面是指单线隧道分上下台阶开挖或全断面开挖，双线隧道分上下台阶开挖，断面积约在20-502的范围内。中、深眼也没有统一的规定，一般将炮眼深度1.5-3.5定为中深眼。 大断面中、深眼隧道爆破有以下几种掏槽类型。 1.“V”型掏槽 图3-6-9为三级复式v形掏槽。,图3-6-9 三级复式v形掏槽（单位：）,图3-4-10 扇形掏槽 （单位：）,2.扇形掏槽 扇形掏槽也就是将其钻眼布置成扇形，如图3-6-10所示。 3.大直径中空直眼掏槽 大直径中空直眼掏槽的中心空眼一般是利用重型凿岩机钻凿成较大直径的中空眼，由此逐渐扩大形成槽腔。常用的有单螺旋掏槽、双螺旋掏槽、对称掏槽等形式，如图3-6-11所示。 采用大直径中空直眼掏槽时，要求钻眼方向精确，尽量减少眼位偏差值；按设计的起爆顺序起爆，最好使用毫秒雷管；控制掏槽眼间距；适用于中硬岩、硬岩整体性好的岩体中，以防止殉爆；控制掏槽眼的炸药用量，以防止“压死”而拒爆。,下一张,图3-6-11 大直径中空直眼掏槽,(三)全断面深眼掏槽爆破技术 大直径中空直眼掏槽的基本类型，一般有菱形、螺旋形及对称形，如图3-6-12所示。,图3-6-12 大直径中空直眼掏槽的基本类型,二、辅助眼的布置 周边眼与掏槽眼之间距离过大时，应适当布置辅助眼，作为扩大槽腔，为周边眼创造临空面。辅助眼的布置主要是根据炮眼间距和最小抵抗线确定。 另外一种布置辅助眼的方法如图3-6-13所示，称为几何作图法。,图3-6-13 几何作图法布眼,三、钻爆设计 (一)导坑钻爆设计 1.炮眼数目 导坑炮眼的数目应根据岩石的强度和地质构造、断面尺寸、炸药性质、炮眼直径、长度及装填结构等因素综合考虑决定。 （1）炮眼数目计算：,式中： N-导坑炮眼数量； -炮眼装填系数(见表3-6-6)； -炸药每长度的质量（kg/）； q-单位炸药消耗量（kg/3）； S -导坑开挖面积（2）。,下一张,隧道双侧壁导坑法施工,下一张,隧道右上导坑施工,返回,(2)炮眼数目常用的经验参考值见表3-6-8。 2.炮眼深度：炮眼深度是指炮眼底至开挖面的垂直距离。而炮眼长度则为顺着炮眼方向的长度。 炮眼利用率：是指炮眼已爆炸部分长度与炮眼实际长度的比值，其值可用下式计算：式中 L -炮眼长度（）； l0-炮眼未爆炸部分的长度（）。 炮眼利用率与导坑断面、掏槽形式、岩石的物理力学性质、钻机类型、临空面的数量以及掘进工人的技术水平和作业循环等有关，一般在80%-90%之间。,确定炮眼深度时，可用下述公式计算后综合考虑选定。 (1)当采用楔形掏槽时，每一循环炮眼深度以进 度l表示，按导坑断面尺寸决定 l=(0.50.7)B () 式中 B-导坑断面宽度()； 0.5、0.7-系数，与围岩条件有关，一般围岩条件好时，采用较小值。 (2)导坑按施工计划要求的每一循环炮眼深度，可按下式计算：,（3）按每一掘进循环中钻眼所占的时间决定： m-钻机数量； v-钻眼速度（m/h）； t-每一掘进循环中钻眼所占的时间（h）； N-炮眼数目。 3.导坑炮眼装药量 导坑每爆破循环的装药量Q按下式计算：式中 V-导坑每一循环爆破的岩石体积(3)； q-爆破每立方岩石所需要的炸药量(kg/3)。,根据计算的装药量(Q)，将它分配到导坑的各炮眼中。掏槽眼及底眼的装药量最多，辅助眼次之，帮眼及顶眼最少。 4.起爆方法和起爆顺序 我国隧道爆破、起爆方法：一般采用导爆管起爆法。 光面爆破起爆顺序是：掏槽眼辅助眼周边眼底板眼。 预裂爆破起爆顺序是：周边眼掏槽眼辅助眼底板眼。 5.炮眼的布置原则和方法： (1)将计算出的炮眼数目均匀或大致均匀地分布到开挖面上；,下一张,图3-6-17 炮眼布置(单位：cm),返回,(2)先布置掏槽眼，其次周边眼，最后辅助眼。掏槽眼布置在导坑中央偏下方，比其它炮眼深10-25cm，底眼与掏槽眼同深，其他炮眼底部应在同一平面上； (3)周边眼应严格沿设计开挖轮廓线布置，布置应尽量均匀。通常在坚硬岩层中，帮眼间距约为70-80 cm；顶眼约为100 cm，底眼约为80-100 cm，在断面的拐角处应布设一个炮眼； (4)周边眼中的帮眼和顶眼的底部在坚硬岩层中应超出导坑边界10 cm左右，在中硬岩层中应到达导坑的边界，在软岩中应在导坑边界以内10 cm，底眼不论何种情况均应超出边界10 cm。,(5)辅助眼与掏槽眼之间的距离应由最小抵抗线来确定，其深度同周边眼。 (6)当岩层层理明显时，炮眼方向应垂直于层理面，若节理发育，则炮眼位置应避开节理，以防卡钻和影响爆破效果。 例题3-6-1,四、光面、预裂爆破 1.光面爆破和预裂爆破的定义 光面爆破（smooth blasting）：是一种控制硬质岩体开挖轮廓线，使之光滑、平整，通过一系列措施对开挖轮廓周边实施正确的钻眼和装药，并使周边眼最后起爆的爆破方法。 预裂爆破（presplitting blasting）：是一种控制软质岩体开挖轮廓线，使之光滑、平整，在整个爆破循环中要最先起爆周边眼，在岩体中沿着周边炮眼之间要先炸出一道裂缝，减少对保留区围岩产生的扰动和破坏。 2光面爆破和预裂爆破的异同点 a相同点：他们都属于控制爆破，其目的是使开挖轮廓线光滑、平整，减少超欠挖，减少对围岩的扰动。,下一张,光面爆破效果图,下一张,光面爆破效果图,返回,预裂爆破效果图,下一张,预裂爆破效果图,返回,b不同点： （1）光面爆破适用于硬岩，预裂爆破适用于软岩。 （2）起爆顺序不同，光面爆破先起爆掏槽眼，其次辅助眼，最后周边眼，而预裂爆破先起爆周边眼，其次掏槽眼，最后辅助眼。 3.爆破参数 影响光面爆破效果的主要参数有：炮眼间距E、周边眼密集系数（=E/W）、最小抵抗线W、不偶合系数D(D=d/d0，d炮眼直径，d0-药卷直径，D应在1.42.0范围内为好)和装药集中度q。 影响预裂爆破效果的主要参数有：炮眼间距E、不偶合系数D和装药集中度q。,4.光面、预裂爆破的设计方法 设计的内容有：周边眼的间距E、炮眼密集系数、最小抵抗线W、不偶合系数D、装药集中度q、装药结构及起爆方式。具体设计方法有工程类比法、理论计算方法、半经验半试验法等。 5.光面爆破的实施 实施光面爆破必须注意以下几个方面： (1)准确的画线布眼； (2)平行钻眼； (3)正确的装药结构和准确的起爆顺序。,第七节 装渣运输,坑道开挖后，要把开挖的石渣运出洞外,还要把支护材料运进洞内，这种作业叫装渣运输。 装渣运输作业按其采用的装渣运输机具和设备的不同可分为三类。 第一类是有轨装渣有轨运输。 第二类是无轨装渣无轨运输。 第三类是无轨装渣有轨运输。 有采用皮带运输的，将石渣铲装在皮带运输机上，经由皮带运输到洞外石渣仓，再以重型翻斗车运至指定的卸渣场所。有的甚至采用装运卸联合机，实现装、运、卸联动化、自动化。,一、装渣运输机具 装运机具有装渣机械、牵引机车、运输车辆等。 （一）装渣机械 1.有轨装岩机 轨行式装岩机主要有翻斗式和耙斗式。 （1）翻斗式装岩机 翻斗式装岩机又称铲斗后卸式装岩机(简称装岩机)，后卸式不带转载设备的称为装岩机，带转载设备的称为装载机。 装岩机是直接装车式的，如图3-7-4。,下一张,直接装车式装岩机,返回,轨行式挖掘装载机,(2)耙斗式装岩机 耙斗式装岩机简称扒碴机。 2.无轨装岩机 无轨装岩机一般称装载机,按行走部分分为履带式和轮胎式两种。 (1)立爪式装岩机。 (2)蟹爪式装岩机。 (3)轮胎式装岩机。,