几种常见的洞挖爆破方法 洞室爆破

Suidong Kaiwa

隧洞开挖(tunnel excavation)

在土体和岩体中挖掘水工隧洞或其他平洞,将土和岩石松动、破碎、掘进和运渣的工程,称为隧洞开挖工程。它与露天开挖相比,具有工作面狭窄、工序多,干扰大、劳动条件艰苦、不安全因素多,难以投入较多劳力或机械设备等特点。隧洞开挖的主要作业工序是掘进(含钻爆)、出渣、安全支护。

隧洞掘进的方法取决于地质情况、断面大小、支护方式、工期要求、施工机械设备和技术水平等条件。在岩石中普遍采用隧洞钻孔爆破法和全断面隧洞掘进机法;在土体中可用锄、镐或风镐直接开挖,也可采用盾构法或顶管法。隧洞的掘进方式:1、全断面掘进。在隧洞全断面布孔钻爆、出渣,循环推进;2、分步开挖法,按台阶预留部位不同,可分为上台阶法(上导洞)、下台阶法(下导洞)和側台阶法(側导洞)。上、下台阶可同步向前推进,亦可先挖导洞,而后扩大开挖成全断面。导洞扩挖可在导洞全长挖完之后进行,也可和导洞开挖同步进行。此法扩挖速度快,隧洞成型好,保证率高。先挖导洞可预先查清围岩地质、水文情况,不仅为选定临时支护提供依据,还可为洞内通风和排水创造良好条件。但导洞的造价较高,尺寸不宜过大。

通常多采用全断面开挖。当地质条件较差或洞径过大时,可采用分步开挖法。无论用哪种掘进方式,都必须将洞脸、洞口支护,以免导致洞脸二次削坡,造成浪费,甚至酿成事故。洞脸削坡应自上而下进行,做好危石处理,并对坡面进行锚固和挂网喷固,或其他加固措施。同时做好排水工作。洞口一般需设防护棚或挡石栏栅,洞口开挖经验收合格后方可进洞掘进。

出渣包括装渣和运输。装渣一般以机械为主,少数情况下辅以人力。装渣机械以装岩机、装载机和挖掘机等为主。运输以自卸汽车为主,有时洞径较小时,也可使用有轨运输。如弃渣场距离较远,为缩短出渣时间和提高机械利用率,可先将石渣运至洞口附近临时渣场,利用洞内钻孔时间再二次倒运至弃渣场。汽车运输应在洞内设置回转场地,必要时可设汽车转向台。为解决洞内空气污染问题,除加强通风外,可在施工机械上安装净化装置,或选用低污染的机械等。

Quanduanmian Kaiwafa

全断面开挖法(fill-section excavation)

隧洞按设计断面一次性全断面掘进的施工方法称为全断面开挖法。其中又分掘进机法和爆破法两种。掘进机法主要用于中硬以下的岩石开挖。爆破法用于洞径10M左右以下的中硬或坚硬岩石的开挖。

几种常见的洞挖爆破方法 洞室爆破

全断面开挖爆破法,一般采用多臂液压台车钻孔,装药车装药爆破、装载机或挖掘机装渣、自卸汽车运渣全机械化施工法。此法循环进尺快,生产效率高,是目前世界上较为先进的隧洞开挖法。全断面开挖法的循环进尺多在2.5-5.0M之间,遇有地质条件较差的部位,掘进与支护并行,循环进尺一般控制在2.5M以内。

先进的多臂液压台车,设有钻孔定位及操作全自动化控制系统,使掏槽孔、辅助孔和周边孔的钻孔定位能得到有效的控制,从而保证了爆破效果,提高了爆破效率。国内现有的国产与进口多臂液压台车,尚没有配备上述控制系统,有些使用单独的红外线定位器,钻孔位置虽然得到保证,但钻孔时的定位受人的影响因素较大,有时使钻孔不能到位,爆破效果的稳定性较差。

全断面爆破开挖法的掏槽孔、辅助孔和周边孔的作用,属三位一体,任何一部分出现问题都会使钻爆效率受到影响。掏槽孔爆破效率直接控制钻爆循环进尺,是该法的关键所在,也是技术性较高的工作。辅助孔爆破在掏槽取得深度的基础上,扩大断面的开挖面积。周边孔爆破控制隧道断面形状,决定了超欠挖的大小,也是该法的关键技术,它一般采用预裂爆破法或光面爆破法。掏槽孔与周边孔的钻孔精度都要求很高。

全断面爆破开挖法,往往要求锚喷支护及时跟进,在岩石条件较差时,还必须采用不同的行之有效的其他支护措施。在各种支护措施跟进的情况下,应注意爆破规模,必须控制单响爆破药量,以避免损失支护结构。

全断面爆破开挖法,因为爆破作业及装载机、挖掘机及大量汽车在洞内施工,各种有害气体污染较重,应加强通风和设置必要的净化装置。当隧洞较长时,通风显得尤为重要,国内多采用轴流通风措施,必要时应设计支洞或竖井,加强通风。长隧洞开挖的通风费用,有时可能占到洞挖总费用的30%。

掘进机的使用在我国始于20世纪60年代,曾在西耳河一级电站、天生桥二级电站和引大入秦等工程中应用。岩石为石灰岩、砂页岩、砂岩、砂质粘土岩等中硬及软岩。国内使用的掘进机有:MRH-S200型悬臂掘进机、180型双护盾掘进机、SJ-58A型掘进机等。掘进机一般配有扒渣出渣设备,实现掘进、装渣、运渣全程机械化。由于掘进机多在软岩中使用,因此喷混凝土支护必须随时跟进,一般开挖1M多,随即支护,封闭岩面。

Suidong Zuankong Baopofa

隧洞钻孔爆破法(tunnel blasting method by drilling)

在隧洞掌子面通过钻孔、装药、起爆而破碎介质达到向前推进的方法,称为隧洞钻孔爆破法。它的工序还包括通风散烟和安全检查(包括撬挖松石)等。从第一次钻孔起,经过爆破、通风、出渣,到第二次钻孔开始,称为一个作业循环。

钻孔爆破必须先进行设计,其内容包括:炮孔布置、掏槽方式,炮孔深度、角度和间距、装药量、装药结构,炮孔堵塞方式、起爆网络等。钻孔爆破法的布孔,按其作用分为掏槽孔、辅助孔和周边孔。掏槽孔主要是打开临空面,是控制循环进尺的关键,一般分斜孔掏槽和直孔掏槽两大类。辅助孔是掏槽成型后扩大洞挖的主要手段,带有台阶爆破的性质。周边孔控制隧洞的轮廓,多用预裂爆破法或光面爆破法。

掏槽孔的布置方式,种类繁多,以能爆到设计的开挖循环进尺和打孔量少为原则。直眼掏槽以一至几个空孔为初始临空面,其中又以大空眼(φ60-250mm)的效果最好。常用的直眼掏槽有菱形掏槽、螺旋形掏槽和对称形掏槽等。斜眼掏槽有“V”形掏槽、扇形掏槽等。也有将二种掏槽方式配合使用的混合掏槽法,在钻孔技术稍差时,往往能取得较好效果。

周边孔采用预裂爆破时,应先进行预裂爆破,再钻掏槽与辅助孔。当周边预裂孔与上述孔同时起爆时,预裂孔宜超先于掏槽孔100ms左右起爆,但要注意预裂孔爆破时不应拉坏辅助孔。周边孔光面爆破应尽量选用导爆索网络,为保证它不被辅助孔爆破时拉断,可采用双向环形网络,多个起爆点起爆的方法予以解决。

起爆方法:以塑料导爆管雷管为主的非电起爆系统已逐步替代火雷管和电雷管(包括毫秒延期和半秒延期等)起爆系统,而且事故率大大降低。延期时间:掏槽孔的段间差宜控制在50-100ms。辅助孔及其与掏槽孔的段间时差应控制在100-500ms。上述时差,可基本保证岩石被爆落并抛掷出去,为后续钻孔形成良好的临空面。

隧洞钻孔爆破采用深孔爆破时应注意管道效应的影响,孔径与药径的比值选在1.14-1.15之间,一般可防止管道效应的发生。

Shujing Kaiwa

竖井开挖(shaft excavation)

挖掘垂直或倾角较陡的井洞,将土或岩石松动、破碎、掘进和出渣的工程,称为竖井开挖。它与隧洞开挖相比,受施工条件限制,开挖较为困难。开挖方法分全断面开挖与先导洞后扩挖成型两种。

全断面开挖采用全断面一次爆破成型,一般自上而下进行,称为正挖,反之称为反挖。常用于下部无出渣条件,或有出渣条件而不能满足工期要求的竖井。用钻爆法全断面一次爆破的参数可按全断面开挖法的原则选取,并结合施工通过试验加以调整。采用全断面开挖的,一定要锁好井口,确保井口稳定;提升设备需进行专门设计,并选好井架和提升机械;要有防、排水措施;稳定性差的围岩要及时支护,边开挖边衬砌或预灌浆加固,也可采用预制钢筋混凝土筒逐层下放,筒的下部岩体采用分步开挖法,预留几个支撑岩柱,最后再炸掉支撑岩柱,使井筒下落至下一开挖层。自上而下开挖时,不得使用火雷管爆破法。

导井扩大开挖中的导井开挖使用过普通钻爆法、一次钻孔分段爆破法、钻井法、吊罐法、爬罐法和反井钻机法。1、普通钻爆法。适用于深度较小,工期较长的导井;2、一次钻孔分段爆破法。利用潜孔钻机或地质钻机按设计爆破方案及钻孔深度一次钻至井底,然后从底至顶分段分次爆破,也可分段装药后一次爆破成井。此法适用于断面为4-5m、深30-50m的导井开挖;3、钻井法,在地面架立大型钻机,利用1-2m的大钻头,一次钻成导井;4、吊罐法,通过竖井中心钻孔,用钢丝绳吊吊罐,工人在吊罐内操作,自下而上开挖导井,适用于围岩稳定性较好的岩层,开挖深度为30-100m;5、爬罐法,利用爬罐反挖,爬罐是一种能沿着钢轨罐道爬升,进行竖井或斜洞开挖的专用设备。此法使用劳力少,速度快,适用性强,开挖深度大于100m,是我国目前导井开挖的主要方法;6、反井钻机法,利用反井钻机开挖导井,先自上而下钻导井,再自下而上扩大成井,开挖深度大于100m,该法是20世纪80年代后采用的一种施工法,钻进快、精度高、施工安全、质量好,目前已成为我国导井开挖的一种主要方法。

导井完成后,自上而下扩大开挖,多采用手风钻或钻机钻孔,爆渣用小反铲扒入导井溜下,从底部通道出渣。也可利用吊罐在导井内钻水平孔,自下而上分层爆破。

倾角较大的斜井和竖井开挖相似,但斜井开挖与倾角大小有关,角度大出渣方便,钻爆条件较差,反之出渣较困难。如倾角大于45,可采用导井扩大法开挖;倾角小于25,可采用自上而下全断面开挖法开挖;倾角为25-45,可采用反挖导井,正挖扩大的方法,但应有扒渣和溜渣措施。

  

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