钻爆设计（共8篇）
钻爆设计 篇1
1 工程简介
渡口坝水电站为混合式电站, 位于重庆市奉节县新政乡梅溪河上游河段, 是梅溪河梯级规划的第一级, 坝址区控制流域面积765km2, 多年平均流量18.2m3/s。是一座以发电为主、兼有旅游、防洪等综合效益的Ⅲ等中型水库工程。水库总库容9854万m3, 有效库容7011万m3, 属年调节水库。坝址位于奉节县新政乡上游7km处, 距奉节县城90km;厂址位于公平镇打烂沟处, 距奉节县城54km。梅溪河属中亚热带暖湿季风气候区, 由于受地形地貌的影响, 局部小气候特征明显。流域内降水丰沛, 但年内分配不均, 多年平均降水量为1437.2mm, 最大年降水量1815.5mm, 最小年降水量894.1mm, 倍比系数为2.03。暴雨多发生在5月~9月, 一次大暴雨过程多为1d~3d, 其中大部分雨量集中在24h以内, 受大巴山暴雨影响, 暴雨常在建楼、尖山、渡口坝一带出现。渡口坝水电站工程主要建筑物包括挡 (泄) 水建筑物、取水建筑物、引水建筑物和电站厂房, 电站共装机容量129MW (2×64.5MW) 。引水隧洞沿左岸布置, 长600m, 圆形, 洞径4.2m, 采用全断面混凝土衬砌。
2 渡口水电站钻爆工程施工特点
2.1 施工场地狭小, 临时设施布置困难, 坝址两岸山体陡峭, 石方开挖厚度大, 灌浆平洞、传力洞及交通平洞等沿不同高程布置较多, 本工程大坝两岸山体煤洞及采空区较多, 处理工程量较大且施工困难。
2.2 本工程大坝两岸山体位于煤矿产区, 隧洞部分开挖区穿越富含瓦斯区域, 处理工程复杂。
3 渡口水电站钻爆工程设计
3.1 仓储系统
炸药库设在坝址左岸上游, 在左岸1#公路开阔处修建, 并严格按SD286-88规程, 炸药与雷管分库存放, 建筑面积100m2, 其中雷管库20m2, 炸药库55m2, 值班室25m2, 占地200m2。库区用砖砌墙和铁丝网封闭, 以利安全和管理。
3.2 爆破试验。
3.2.1爆破方法选择及参数的确定。爆破方法选择:试验地点选在左右坝肩约497m高程以上的突出部位, 选取三处作为试验部位。利用突出山体具有较好临空面特点, 采用梯段台阶爆破, 潜孔钻机钻孔, 孔径为φ90。爆破试验所选参数见表1。3.2.2试验施工方法。由试验人员在现场按布孔设计图放样, 并在炮孔位置做上明显的标记。用YQ-100型钻机钻孔, 孔径为φ90mm。炸药选用卷装乳化炸药, 孔内用导爆索, 孔外联毫秒电雷管, 用起爆器起爆。3.2.3爆破振动观测。在做爆破试验时安排专业人员进行振动观测试验。每一次爆破之前, 在距离爆破中心15m、25m、35m等处放置振动数字观测仪。爆破之后读取结果值, 将单段起爆药量、距离与质点振动速度进行分析, 量化本工程地质与爆破有关的参数。并根据实测结果值与有关规范规定值进行比较, 观测和检查爆破对周围建筑物及工程本身的振动危害, 适当调整爆破参数。3.2.4试验结果及分析。每一次爆破完成之后, 对现场进行取样筛分, 取样按每一次爆破量的3%-5%中取2-3个点, 通过实际筛分统计值进行判断分析, 统计结果是否与预期结果相符。根据试验结果调整或确定爆破参数。实际施工中, 由于岩石本身性质的变化, 如节理发育, 破碎带增加、开挖设备不同, 因此, 试验结果与设计值相近或者是误差不太大时, 方可认为试验就是成功的。
3.3 隧洞工程钻爆设计。
本工程隧洞开挖采用全断面一次爆破开挖施工。钻孔设备选用YT-28凿岩机钻孔。爆破采用导爆管分段起爆, 光面孔用传爆线起爆, 自内向外依次分段毫秒微差起爆。爆破后通风排烟。然后作业面安全检查排险后开始出渣, 隧洞石方开挖出渣采用装载机装渣配10t自卸汽车运输。3.3.1钻爆设计。本标段隧洞开挖长度600m, 从地质资料上看, 对穿越瓦斯的洞挖区, 加强瓦斯的检测, 加强排烟和通风, 做好安全预防措施, 确保洞挖施工安全。由于地质变化, 当隧洞穿越软弱围岩或断层时, 及时调整爆破方法, 同时采用钢筋格构架 (φ2mm) 加强初期支护。爆破开挖采用垂直桶形掏槽, 掏槽孔孔深3.0m, 爆破孔孔深2.5m, 周边采用光面爆破, 孔深2.5m, 孔距0.5m。初拟爆破参数如下:a.掏槽孔。钻孔直径:Φ45mm;钻孔深度:3m;间距:0.8m;排距:0.8m;药卷直径:Φ32mm;单孔装药量:1.6Kg/孔。b.崩落孔。钻孔直径φ45mm, 间排距80cm, 钻孔深度2.5m, 药卷直径φ32mm, 单孔药量1.0kg/孔。c.周边光爆孔。钻孔直径:Φ45mm;钻孔深度:2.5m;间距:0.5m;药卷直径:Φ25mm;单孔装药量:0.75Kg/孔。3.3.2测量布孔。了取得良好的爆破效果, 炮孔的开孔误差对掏槽孔和周边孔不大于3cm, 其余孔不大于5cm, 所有炮孔的方向偏差不大于3cm/m。采用TAPS隧道激光极坐标断面测量仪, 精确测量中线水平。用TAPS激光断面仪自动布孔。3.3.3钻孔。隧洞开挖钻孔采用YT-28凿岩机钻孔设备钻孔, 掏槽孔孔深3.0m, 爆破孔孔深2.5m, 周边采用光面爆破, 孔深2.5m, 孔距0.5m。允许超钻20cm。3.3.4验收、装药。YT-28凿岩机钻孔完成后, 由专业质量人员逐一检查孔深、孔距、孔位等造孔质量, 检查合格后方能进行装药施工。爆破材料选用乳化炸药。装药完成后采用炮泥堵孔。3.3.5联网、起爆。爆破采用塑料非电雷管微差起爆网路起爆, 光面孔用传爆线起爆, 自内向外依次分段毫秒微差起爆。3.3.6通风、排烟。由于隧洞较长, 每次爆破完成后每循环通风排烟时间为0.5h。3.3.7出渣。隧洞石方开挖出渣采用装载机装渣配10吨自卸车汽车运输出渣。
4 结论
渡口水电站隧洞开挖区山体位于煤矿产区, 地质条件复杂, 周边有较多煤洞, 部分地层富含瓦斯, 因此该地区实施钻爆作业尤其需要注意。在渡口水电站钻爆工程设计时, 对钻爆试验和工程实践中的布孔和装药提出了更高的要求。同时本设计对钻爆过程中的送风和出渣做出了专项设计, 确保了爆破全过程中的安全可控, 取得了良好的效果。渡口水电站钻爆工程的成功实施, 可为今后复杂地质条件下富瓦斯地区的钻爆工程设计提供设计参考, 具有较高的工程实践价值。
摘要：渡口坝水电站位于重庆市奉节县新政乡梅溪河上游, 其隧洞所处山体位于煤矿产区, 隧洞部分开挖区穿越富含瓦斯区域, 钻爆作业难度较大, 本文就渡口坝水电站隧洞开挖钻爆工程进行专项分析设计。
关键词：渡口水电站,隧洞,钻爆工程,爆破试验
参考文献
[1]袁光裕, 胡志根.水利工程施工 (第四版) [M].北京:中国水利水电出版社, 2005.
[2]蒋键, 高必华.地下洞室开挖爆破综述[J].长江科学院院报, 2003, S1.
[3]张顺民, 张云彪, 葛鸿飞.高边坡多层次一次性爆破的探讨[J].山西水利科技, 2003, 4.
钻爆设计 篇2
【关键词】反井钻机；钻爆法；大断面煤仓；应用
1.反井钻机联合钻爆法概述
目前，我国煤炭企业在水平井底煤仓中使用的施工方法主要包括反井钻机施工和普通反井施工两种，这两种方法在不同时期在在水平井底煤仓施工中取得了广泛的应用。伴随着经济的发展，科学技术快速发展的影响下，反井钻机联合钻爆法在水平井底煤仓施工中取得了广泛的应用。反井钻机联合钻爆法通过反井钻机从上到下完成导向孔操作，导向孔确定后，从上至下完成矸井设置。反井钻机联合钻爆法施工具有施工速度快、安全性高以及施工简单等特点。但是，在实际应用过程中，反井钻机和钻爆设备的选购、租赁以及后期维修等工作需要煤炭企业投入大量经费，由于设备体积大，施工现场还必须安排合理的置放空间，同时采取多种有效措施提高设备操作人员的综合素质。与普通反井施工法相比，放进钻机联合钻爆法摒弃了传统反井施工法人工强度大、施工效率低以及施工速度慢等问题，该方法以自身优势的水平井底煤仓中取得广泛应用。
2.反井钻机联合钻爆法在大断面煤仓施工中的注意事项
在社会主义市场经济快速发展的大环境下，煤炭企业越来越注重自身发展水平和施工人员综合素质的提升。水平井底煤仓施工是煤炭企业的重要施工项目，该施工项目的实际效益直接决定煤炭企业的经济状况和发展情况。要想提高反井钻机联合钻爆法在大断面煤仓施工中的应用水平，煤炭企业首先应该对反井钻机联合钻爆法在大断面煤仓施工中的注意事项进行研究。笔者结合多年工作经验，对反井钻机联合钻爆法在大断面煤仓施工中的注意事项做了以下总结：第一，反井钻机设备运输及巷道断面要求。反井钻机联合钻爆法在大断面煤仓施工中的应用首先应该确定合理的运输路线，运输通道必须采用钢轨材料铺设；施工人员在浇筑混凝土之前必须确定钻孔位置，混凝土浇筑以钻孔为中心进行；第二，供水系统设置要求。钻机设备中使用的水源必须是清洁的水资源，设备中的压力必须超过12kg/cm2；第三，压风系统要求。风压通常控制在0.6MPa以内；第四，供电系统要求。反井钻机联合钻爆机在实际应用过程中使用的电气线路十分简单，在保障电网系统安全运行的前提下，应该采用启动器启动电机，电气设备类型必须以防爆型为主；第五，工作人员还应该在煤仓巷道以下位置设置出渣运输通道，为提高煤炭开采效率提供动力保障。
3.反井钻机联合钻爆法在大断面煤仓施工中的应用
反井钻机联合钻爆法在大断面煤仓施工中具有广泛的应用，并在实际应用过程中发挥着良好的效益。笔者结合多年工作经验，从施工流程、反井钻机施工溜矸井、钻爆法刷大煤仓及永久支护施工以及施工安全技术措施等方面着手，对该技术的应用做了总结分析。
3.1施工流程
反井钻机联合钻爆法在大断面煤仓施工使用中的流程如下介绍：第一，使用反井钻机顺着煤仓中心位置从上往下开孔，孔洞的半径控制在122mm左右，孔洞的深入不超过30cm；第二，使用大钻头沿着规定的顺序完成扩孔操作，扩孔过程中必须形成溜矸井，溜矸井的直径控制在60mm左右；第三，联合使用普通钻爆法完成煤仓内部断面操作，以泡网喷作为临时支护；第四，煤仓刷施工结束后，在仓口位置上设置永久支护，最后完成上锁操作。
3.2反井钻机施工溜矸井
（1）钻机基础施工。钻机基础施工是反井钻机施工溜矸井的基础，实际施工过程中首先应该安装钻机，接着在煤仓中心设置十字线，用标记笔在煤仓中心位置标示出中心点。
（2）安装钻机。钻机安装操作要求企业首先选择专业性强的安装人员，工作人员必须严格按照操作流程进行安装操作，安装结束后必须进行设备调试处理。
（3）导孔钻进。工作人员在确保钻机处于正常运行状态的前提下，从上到下完成导向孔开挖工作，导向孔半径控制在122mm左右。
（4）扩孔施工。当煤仓内部巷道中导孔钻头顺利拆除后，利用扩孔钻头从上往下扩孔。
3.3钻爆法刷大煤仓及永久支护
（1）钻眼爆破。选择合适的气动凿岩机完成打眼施工。爆破的材料必须有严格控制，通常情况下选用胶水炸药和毫秒烟气电雷管作为爆破材料，起爆之前确定电容式发爆器质量。煤仓全断面炮眼数量不能超过4个，炮眼深入控制在1.5m左右，循环进尺1.4m，每循环装药量不能超过123kg。
（2）装岩出矸。爆落的矸石由工作人员运输到溜矸井内，最后选用规格合适的耙斗装岩机将其运出煤仓。
（3）临时支护。临时支护是采煤安全性的基础保障。掘进两个循环后工作人员应该完成一次临时支护施工，减少施工中片帮现象。
（4）永久支护。永久支护的材料以混凝土材料为主，通常选用组合式金属模板完成浇筑操作，组合式金属模板的高度控制在1.5m以内。煤仓内部开采工作结束后，及时完成混凝土永久支护施工，最后完成浇筑煤仓上部密封操作。
3.4施工安全技术措施
安全施工技术措施是保障施工人员安全和提高煤炭企业经济效益和社会效益的重要手段。施工安全技术措施必须从以下方面着手：第一，煤仓以上位置必须设置数量和规格合理的工资钢梁；第二，导向孔钻进施工过程中，必须合理控制油压，减少施工中安全事故；第三，仓体刷大过程中必须合理控制爆破参数；第四，煤仓施工过程中必须在煤仓上方位置设置调度绞车，采用钢丝绳悬挂煤仓内部的气压管和水管等设置。
4.结束语
众所周知，煤炭企业是我国国民经济中的支柱型产业之一，煤炭企业经营状况直接决定我国国民经济的发展状况。水平井底煤仓具有断面面积大、施工困难以及危险性高等问题，实际施工过程中必须综合施工所在地状况采取最优的施工方法才能进一步提高我国煤炭企业的整体发展水平。在综合多年实践研究后，煤炭领域一致认为反井钻机联合钻爆法能够满足水平井底煤仓工作需求。反井钻机联合钻爆法在大断面煤仓施工中的应用具有机械化水平高、安全、施工速度快以及施工效率高等特点，值得在煤炭企业发展建设过程中进行全面推广使用。 [科]
【参考文献】
[1]许传峰.反井钻机联合钻爆法在大断面煤仓施工中的研究与应用[J].煤炭工程，2013，（07）：42-44.
[2]党庆业.浅析麦垛山大断面井底煤仓施工技术[J].广东科技，2012，（13）：161+114.
[3]赵耀光，李泽文，赵国旺.反井钻机联合钻爆法在煤仓施工中的应用[J].陕西煤炭，2012，（04）：135-136.
钻爆设计 篇3
西(安)—合(肥)西部大通道陕西境商州到陕豫界高速公路是陕西省境内一条三车道高速公路。三车道隧道施工，在陕西省尚属首次，要求标准高，技术难度大。
DJN8合同段承建的关家台隧道，左洞全长850 m，右洞全长843 m，合同工期20个月，采用单方向掘进施工。本隧道是全线第三长隧。隧道最大埋深200 m，围岩为石英片岩，灰色、青灰色，细粒鳞片状变晶结构，片状构造。隧道建筑界限净宽14 m，净高5 m，设计行车速度100 km/h。
本隧道主要为Ⅲ级围岩，Ⅲ级围岩全长1 280 m。在Ⅲ级围岩中，设计只有15 cm的初期支护厚度，为了严格控制超欠挖，对光面爆破的要求就非常的高。所以做好钻爆设计，就成为了本隧道的控制性工序。本隧道的围岩主要为石英片岩，节理较发育。岩石坚硬，经过试验检测，抗压强度高达120 MPa以上。
由于本隧道Ⅲ级围岩设计无钢拱架，且宽高比非常大，全断面开挖具有一定的危险性，因此，现场采用上下断面法施工。
2 主要施工工艺
2.1 根据围岩状况进行钻爆设计
钻爆设计根据设计图纸、规范、施工经验和其他相关技术要求进行。
2.2 技术放线
技术人员根据隧道设计图纸和钻爆设计，标出每个炮眼的位置，要做到放线准确，否则影响光面爆破效果。
2.3 凿岩台架就位
要根据隧道的断面，制作合理、施工方便的凿岩台架，凿岩台架利用装载机就位，就位后做风、电、水的连接准备工作。
2.4 打眼
进行打孔作业，打孔时要做到“对位准、方向正、角度精”三要点。钻孔角度是爆破岩面光滑、平整的保证，尤其是周边眼。
2.5 装药
打眼完毕后，清孔，开始装药，无水地段采用硝铵炸药，按照钻爆设计装药，周边眼采用导爆索，间隔装药。
2.6 连线
装药完毕后，连线采用“一把抓”方式连接，最后采用火雷管起爆。
2.7 起爆后的检查
起爆后立即进行通风，出碴作业，找顶，初喷。然后，详细观察爆破效果，根据爆破效果，调整钻爆设计，直到最终确定钻爆设计方案。在各级围岩施工中，钻爆设计方案各不相同，要根据围岩情况对各级围岩进行不同的钻爆设计。
3 钻爆设计
总体设计原则是:周边采用光面爆破，掏槽采用直眼抛掷爆破的成型施工技术。尽可能减轻对围岩的扰动，以维护围岩自身的稳定性，达到良好的光爆效果。
3.1 爆破器材
由于本隧道涌水较少，主要采用2号岩石硝铵炸药，有水地段采用乳化炸药。周边眼采用专用光爆炸药(2号光爆炸药及2号低爆速炸药)或导爆索结合普通卷状2号岩石硝铵炸药。雷管采用非电毫秒雷管，段位采用1,3,5,7,9,11,13,15,17,19共10个段别。起爆雷管采用8号工业雷管，导爆索起爆。非电毫秒雷管和火雷管采用一把抓的方式。为了防止火雷管失效并保证安全正常起爆，每次起爆采用2个火雷管。
3.2 炮眼布置原则
先布置掏槽眼:掏槽区布置下方偏离中心线1.5 m～1.8 m，且距底板线1.5 m～1.8 m，采用1段～20段毫秒雷管。再按光面爆破原则布置周边眼;然后是底板眼、内圈眼、二台眼;最后布置掘进眼(均匀布置)。内圈眼比掘进眼密一些，比周边眼稀一些，其间距为周边眼间距的1.5倍左右，抵抗线为间距的0.7倍左右。并适当加密二台眼，底板眼间距与内圈眼差不多。
3.3 爆破参数
1)循环进尺:Ⅲ级围岩掏槽眼深度为3.4 m，掘进眼和周边眼的深度为3 m，循环进尺为2.8 m左右。
2)钻眼直径:炮眼采用42的钻杆进行钻孔。
3)炮眼数目:单位面积钻眼数目为1.5个/m2～4.5个/m2，光面爆破时增加20%左右。
4)光爆炮眼:光爆周边眼间距为E=(8～12)D=30 cm～70 cm，抵抗线为W=(1.0～1.5)E，装药集中度为0.1 kg/m～0.45 kg/m(硝铵炸药)，本隧道取用0.4 kg/m。
5)一次爆破总药量:
其中，K为单位炸药消耗量，kg/m3;L为钻孔深度;S为爆破面积。
6)单眼装药量:
其中，q为单眼装药量，kg;a为炮眼间距，m;W为抵抗线，m;L为炮眼深度;λ为炮眼部位系数(掏槽眼2～3，扩槽眼1.5～2，掘进眼0.8～1.2，内圈眼0.5～0.8，二台眼1.2～1.5，底板眼1.5～2)。光爆单眼装药集中度为0.1 kg/m～0.45 kg/m;预裂爆破单眼装药集中度为0.15 kg/m～0.4 kg/m。
3.4 装药结构
除光爆眼(周边眼)采用间隔装药导爆索起爆，其余炮眼均采用连续装药，起爆采用非电毫秒雷管“一把抓”式连接。
下台阶:炮眼间距1.0 m～1.1 m，层距1.0 m～1.1 m，循环进尺2.0 m。
装药量:掘进眼1.2 kg/个，周边眼0.9 kg/个，底板眼1.5 kg/个。
预裂爆破要求:
1)预裂缝要贯通且在地表有一定的开裂宽度。对于中等坚硬的岩石，预裂缝宽度应大于1.0 cm;坚硬岩石的预裂缝宽度应达到0.5 cm左右;但在松软岩石上预裂缝宽度达到1.0 cm以上时，减振作用并没有显著提高，这时应做一些现场试验，以便总结经验。
2)预裂面开挖后的不平整度不宜大于15 cm。预裂面不平整度是指预裂孔所形成的预裂面的凹凸程度，不平整度是衡量钻孔和爆破参数是否合理的重要指标，可根据此参数验证、调整设计数据。
3)预裂面上的炮孔痕迹保留率应大于80%，并且炮孔附近的岩石不应出现严重的爆破裂隙。
4 光面爆破效果控制
隧道开挖的超欠挖指开挖处至设计开挖轮廓线的垂直距离，及该点到设计圆心的距离与设计半径之差。
超欠挖检测宜采用操作简单且方便快捷的悬高法和支距法，但要求测点距离不能过大，局部要加密。
施工过程中要严格控制刚拱架的加工尺寸和比样误差，在安装过程中须对拱架安设尺寸及误差进行严格控制，且每个工作循环和各步序都须对拱架平面位置、拱顶高程、垂直度、偏位等工序严格检查。
为保证二次衬砌的混凝土厚度，施工时二衬外轮廓线半径即定为:隧道设计初期支护外轮廓线半径+二次衬砌模板台车预留变形5 cm。
5 施工质量控制
为了加强对质量的控制，我项目部成立了以总工为首的质量领导小组，工程部、质检部各负其责，严把质量关。具体措施主要有:
1)建立24 h值班制度，对现场施工全过程监控，保证施工质量。
2)严格技术交底制度，开挖班要严格按照钻爆设计和技术交底进行打眼、装药、起爆，遇到围岩变化需要部分调整打眼深度、角度、方向的，必须经过工程部批准，大范围的调整钻爆设计，必须报高驻办审核批准。
3)建立定期检查和不定期检查制度，对检查发现的问题严格整改，严肃处理。
4)严格控制钻眼间距和质量，特别是周边眼间距，不得大于50 cm。
5)每一环开挖完毕后，必须进行断面扫描和总结，要不断调整优化钻爆设计，以达到最理想的效果。
6 施工安全措施
为了加强对安全的控制，我项目部制定了相关的安全技术措施，保证钻爆作业的安全。具体措施主要有:
1)建立24 h值班制度，对现场施工全过程监控，保证施工安全。
2)建立定期不定期安全检查制度，现场发现安全隐患，现场纠正消除，同时，对责任人进行批评教育，责令其改正。
3)严格爆破物品管理，按照管理处、丹凤县有关部门的要求设置炸药库、设专人看管。严格领用制度，必须由爆破员来进行。
4)制定安全技术交底，做好安全技术培训。
5)必须由爆破员和安全员检查后方可放炮，并且在各个临界面设监炮人员，以防止过往行人及车辆经过。放炮后由爆破员和安全员检查后方可进行下一道工序。
7 结语
隧道水平岩层钻爆施工技术研究 篇4
关键词：隧道,围岩,光面爆破,稳定
1 工程概况
柳林隧道位于山西省吕梁市柳林县境内,是太(原)中(卫)银(川)铁路重点控制工程之一,全长7 631 m。
柳林隧道全部位于岩层内的地段,岩层覆盖厚度也较薄,并且该岩层均为水平成层,层间夹杂泥层,节理裂隙较为发育。
2 柳林隧道围岩构造及光面爆破研究目的
摸索出水平成层岩层的爆破规律,对既有的爆破设计进行优化,制定出切实可行的爆破设计和方案,确保柳林隧道围岩光面爆破取得良好效果。
3 柳林隧道光面爆破现状
目前柳林隧道光爆效果极其不理想,具体表现在:1)爆破洞身开挖轮廓线不规则,超欠挖较为严重。2)原钻爆设计用药较大,爆破成洞。拱部水平成层围岩掉块频繁,导致部分拱部成为“门”字形,拱部围岩自稳能力差,危及隧道施工安全。3)破现场洞渣抛掷距离较远,洞渣较为破碎,块度较小,最大块径为30 cm。
4 影响柳林隧道光爆效果原因分析
影响柳林隧道光爆效果因素分析归纳起来主要有以下几点:1)依据现有理论,光面爆破的主要设计参数是不耦合装药系数、炮孔间距、线装药密度和最小抵抗线。必须依靠在现场针对不同围岩进行多次试验,对采集的数据进行分析整理后,才能选取合适的参数,以达到较好的光爆效果。2)对于水平成层围岩来说,降低爆破震动效应,减小爆破震动对围岩的影响,是防止拱部掉块和影响拱部光爆效果的重要因素之一。
5 柳林隧道钻爆实践及研究
5.1 柳林隧道光面爆破参数的确定
1)不耦合系数。周边眼装药采用轴向空气间隔不耦合装药。查阅相关资料,引用如下公式进行计算:
将相关数据代入上式得出理论不耦合系数值:KL=1.546。柳林隧道使用的钻头直径42 mm,现场使用的药包直径为35 mm,现场实际KL=1.2,经调整后现场实际KL=1.556,和理论值相当接近。通过现场试验,光爆效果较好。
2)周边眼间距。根据柳林隧道的实际情况和查阅有关资料,我部采用公式:E=54.297kp×di,作为柳林隧道周边眼间距的公式,经计算E=70 cm。
3)最小抵抗线。根据有关资料,采取下列经验公式计算:
经计算最小抵抗线取87 cm。
4)线装药密度。当前较为流行的经验计算法主要有以下两种:
同时将柳林隧道的相关数据代入上述两式中,并进行合理的修正后,求得最终计算出来的周边眼线装药量在0.091 4 kg/m～0.152 3 kg/m之间,配合导爆索一起使用,经施工现场试验,取0.122 kg/m较为合适。
5)周边眼装药结构。
堵塞段:对深孔爆破,该段长一般取0.5 m～1.5 m。
孔底加强段:段长大体等于堵塞段。由于孔底受岩石夹持作用,故需用较大的线装药密度。
均匀装药段:该段一般为轴向间隔不耦合装药,并要求沿孔轴线方向均匀分布,轴向间隔装药须用导爆索串联各药卷起爆。药卷应尽量置于孔的中心。
6)确定其他非周边眼爆破眼数。根据相关经验数据资料,柳林隧道开挖标准断面134 m2左右,不包括周边眼数量约为120个～140个,周边眼个数为48个左右,所以,对于Ⅲ级围岩来说,整个断面为180个～200个。
5.2 减小爆破震动的研究
柳林隧道围岩为砂泥岩水平互层岩层,爆破震动的大小将直接影响围岩的稳定,经现场试验,减震爆破综合考虑以下因素。
1)选择合理的炸药品种。炸药品种与炸药的爆破震动速度有直接影响,根据工程地质和水文地质条件,本工程施工中采用在掏槽眼和辅助眼部位选用防水效果好的乳化炸药,在周边眼部位选用小直径低爆速的光爆炸药。2)选择合理的雷管起爆时差。设计爆破网络为孔内微差,孔外同段的非电微差起爆技术。3)选择合理的掏槽形式。4)选择合理的钻爆参数。
6 柳林隧道Ⅲ级围岩钻爆研究心得
1)周边眼间距比原来扩大10 cm,即由原来的60 cm变为现在的70 cm。开展研究前后对比图见图1～图3。从爆破现场来看,效果较好。
2)扩大掏槽眼的掏槽面积,单层掏槽眼改变为三层掏槽眼,且掏槽眼的位置降低,有利于缓解或减轻首次掏槽爆破时对拱部水平岩层的震动。因水平岩层节理发育,扩大掏槽眼后,洞渣块度也同样较小,不用二次装药改小大块洞渣。同时掏槽眼的范围扩大,每循环总装药量减少,不但有利于减小爆破带来的震动,同时也节约较大的施工成本,据测算,整个隧道算下来,只炸药(不含人工、机械等费用)这一项节约成本130多万元。
3)通过改进钻爆施工,周边轮廓基本符合设计和规范要求,爆破后岩石壁面基本平整,起伏度在10 cm以内。
4)爆破后岩面保留有半眼孔痕,整体性好的围岩半眼率大于85%,较为破碎的围岩半眼率达到70%以上。
5)爆破后,在围岩壁面上无粉碎损伤,无明显新生裂隙,对围岩破坏轻微。爆破后围岩稳定,基本无剥落现象,拱部较大的危石、浮石少。
6)循环进尺理想。当炮眼深度达3.0 m时,每循环进尺达到2.7 m以上。
7)石渣最大块40 cm,渣堆集中,抛距20 m。
参考文献
钻爆设计 篇5
关键词：小断面长距离隧洞,钻爆法施工,爆破参数,关键技术
0 引言
引水隧洞因其功能多设计为小断面长隧洞。同为地下工程, 小断面长隧洞的施工又区别于常见的公路、铁路隧洞施工。它断面小 (S<20m2) , 受到断面尺寸的限制 , 大型施工设备无法在洞内使用。独头掘进距离长 (一般>1km) , 带来通风、排烟、出碴等一系列困难。单循环工程量小, 生产效率低使成本控制难度加大。
长期以来, 施工单位普遍采用以新奥法为主的钻爆施工方案。在隧洞施工中, 开挖工程所占比重达到总投资的30%以上。开挖质量的好坏又对初支和永久衬砌施工产生直接或间接地影响。可以这么说, 小断面隧洞的施工成败, 很大程度上取决于地下开挖工程的施工水平。因此, 如何有效的对隧洞钻爆法施工进行关键点进行控制, 通过系统化的管理来提高施工水平是值得探究的。本文以目前在建的山西省中部引黄工程引水隧洞施工为研究对象, 从爆破方案选择, 爆破参数确定, 钻爆施工控制要点三方面, 通过对施工经验的分析总结来探索小断面隧洞钻爆法施工的关键技术, 为今后类似工程施工方案的制定提供参考。
1 工程概况
山西中部引黄工程交汾灵支线长51.25km。主要建筑物为2级建筑、次要建筑物为3级建筑。目前施工的交汾灵支线2# 隧洞全长17.5km, 中间设置4个施工支洞。主洞为城门洞形断面 , 净宽2.5m, 净高3.04m, 直墙段高2.2m, 顶拱中心角135度, 半径1.35m。施工支洞为城门洞型, 宽3.65m, 高3.2m。
洞身穿过奥陶系中统峰峰组上段灰岩、白云岩。灰岩、白云岩为中硬岩, 据钻孔揭露, 其采取率及RQD值均较低, 建议围岩单位弹性抗力系数K0=300~500MPa/m, 坚固系数f K=2~3, 泊松比μ=0.29~0.32, 变形模量2~5GPa。围岩工程地质分类为Ⅳ类或Ⅴ类为主, 围岩稳定性差, 洞顶高程大部处在地下水位以下, 隧洞开挖时存在涌水、突水可能性。
2 爆破方案选择
2.1 小断面隧洞常用爆破方法
根据新奥法施工原理, 结合小断面隧洞的施工特点, 要形成平整光滑的开挖面, 并达到开挖面一次成型的效果, 主要依靠预裂爆破和光面爆破来实现。预裂爆破和光面爆破为新奥法施工的“三大支柱“之一, 这两种爆破方法原理相似, 但施工工艺和效果却存在一定差异。究竟哪种方法更加适合, 各自有什么特点, 下面来通过工程案例进行分析。
隧道光面爆破是支撑新奥法原理的重要技术之一, 优点是能有效地控制周边眼炸药的爆破作用, 从而减少对围岩的扰动, 保持围岩的稳定, 充分发挥围岩的自承作用, 同时又能减少超欠挖, 提高工程质量和效率, 节约成本。本隧洞施工中, 主要采用全断面控制网光面爆破技术。从爆破效果来看, Ⅳ类及以上围岩光面效果较好, 残孔率可达到80%以上, Ⅴ类及不良地质洞段效果较差 , 残孔率不足30%, 超欠挖现象较为严重。
预裂爆破在洞室爆破中已不多见。本工程中为解决Ⅴ类围岩洞段光面爆破效果不理想的情况, 对预裂爆破效果做了试验, 发现软弱围岩下欲裂爆破对周边围岩的破坏率更甚于光面爆破。相关研究表明出预裂爆破对周边围岩的所产生的震动破坏要明显大于光面爆破[1]。所以如果单纯的追求开挖轮廓面的优良率, 是不主张采用预裂爆破的。但预裂爆破在减轻震动波传播方面具有一定优势, 预裂缝对主爆区的振动波起到了隔减作用[2]。本隧洞正是利用了它隔震的特点, 顺利穿过了人居村落的浅埋段。
2.2 爆破影响因素分析
隧洞爆破施工方法的选择是一个综合评估的过程, 需要考虑多方面的影响因素, 通过对主要影响因素的分析判断, 来进行爆破方案的比选和决策。在施工方案选取时, 以下几点因素应重点考虑:
1) 水文地质 : 水文地质条件的判定对地下工程施工是十分重要的, 它决定爆破方案的制定和实施。对于地质条件的判定主要有围岩的级别、岩石的种类、地下水的情况、有毒有害气体、不良地质情况判别等。以本工程为例:围岩工程地质分类以Ⅳ类或Ⅴ类为主, 围岩稳定性差, 隧洞开挖时存在涌水、突水可能性。这样的地质条件下, 爆破方法选取时就要侧重于减小围岩扰动, 在计划范围内尽可能缩短开挖进尺, 增加超前地质预报, 减少单孔装药量, 不宜使用烈性炸药, 不能使用导火索及火雷管等。
2) 技术条件 :包括施工队伍的整体素质 , 管理水平 , 炮工的技术经验等方面。就目前行业的施工现状来看, 虽然多数隧洞在施工前做过爆破参数计算, 但实际施工中却是由炮工班组根据自己的经验来施工, 技术和施工“两张皮”。炮工技术的好坏往往成为了爆破成功与否的关键。所以作为施工方, 不得不慎重考虑施工队伍的技术条件水平, 根据技术条件来制定可行性的施工方案。
3) 爆破器材的选取
根据国内民用爆破器材适用情况, 地下洞室爆破常用的炸药有岩石硝铵炸药和矿山乳化炸药等。下面以两种常见炸药对比分析:
本工程主洞独头通风距离最大为2.5km, 通风排烟十分困难, 洞室顶高程大部分处在地下水位以下, 施工中存在涌水、突水可能性。对这两种炸药性能分析后, 最终选定矿山乳化炸药。根据长期使用效果来看, 虽然材料成本有所增加, 但减少了通风设备资金投入的同时还降低了对环境的污染, 并在富水段施工中发挥了其防水性能方面的优势, 综合效益是良好的。
4) 安全及周边环境影响
地下工程因其特殊性, 安全风险控制一直是施工管理的重中之重, 安全问题产生原因主要是人为因素和外界环境两方面。通过制定科学的安全管理体系可将人为因素降到最小化。这里主要分析环境因素:对于小断面隧洞施工, 要考虑隧洞施工产生爆破震动、地表沉降、施工噪音、地下水位等影响程度。本工程一条支洞穿过村落, 隧洞埋深较浅。施工经过该段时爆破震动和噪音影响村民正常生活, 村内有些房屋年久失修, 抗震等级较低, 容易发生危险。为此, 请了专业机构对爆破影响范围进行监测, 对影响范围内房屋耐受性作了评估。根据监测结果调整装药量, 改光面爆破为预裂爆破法, 有效减小了爆破震动范围和幅度, 最终安全通过了该浅埋区。
3 爆破参数的选取
3.1 周边眼间距 E、最小抵抗线 W
周边眼间距E是直接控制开挖轮廓面平整度的主要因素, 借助于经验公式:E=Ki×d, 一般情况下E= (8~12) d (d为炮眼直径)
抵抗线W= (1.0~1.5) E
设计炮眼间距E为400~500 (mm) , 炮眼直径D为42mm, 满足对E、W值的要求 , 考虑到隧洞断面小 , 岩壁对爆破有夹制作用。在施工中经过试验调整, 取E=400mm爆破效果较好。
3.2 不耦合系数
本隧洞围岩主要以弱风化灰岩为主, 硬度较低, 周边眼装药采用空气间隔不耦合装药。不耦合装药使药包四周存在空隙, 爆炸时空气对爆炸波有缓冲作用, 既降低了爆炸的峰压, 防止对孔壁的粉碎破坏, 又储存了部分能量, 使爆压作用时间增长, 提高了爆破能量利用率[3]。炮眼直径与药包直径的比值称为不耦合系数, 本隧洞眼炮眼直径取Φ42mm, 药包直径取Φ35mm, 不耦合系数=D/d=42/35=1.2。
3.3 装药密度
光面爆破装药量按照下式确定:
q———单位体积炸药消耗量, 按照定额取1.1kg/m3;
a———炮眼平均间距, 取a=450mm;
W———最小抵 抗线 , 考虑到小 断面夹制 作用 , 取最大值W =600mm;
L———炮眼平均深度 , L=2.5m。
经计算, Q=0.74kg, qL=0.296kg/m, 结果符合中硬岩光面爆破线装药密度0.2~0.3 Kg/m的允许范围, 可以使用。实际施工时根据岩石硬度来适当调整。
3.4 装药形 式
本隧洞以Ⅳ类和Ⅴ类围岩为主, 施工中掏槽眼和辅助眼采用连续装药, 周边眼及底眼采用空气间隔不耦合装药, 由竹片捆绑后送入炮孔内, 将导爆插入中下部药卷, 使炸药均匀分布。但需要特别注意的是药卷间隔装药之间的距离要小于药包的殉爆距离。炮眼用炮泥堵塞, 长度不小于25cm。对于光面爆破采用不耦合装药, 炮眼的堵塞质量应得到重视。装药结构如下图1。
3.5 爆破网络
光面爆破起爆顺序为:掏槽眼→辅助眼→周边眼→底板眼。为了达到精确控制的分层网络起爆效果, 现场采用电雷管激发, 毫秒微差导爆管起爆的控制爆破网络。试验研究表明, 周边眼相邻炮眼的时差越小, 所产生的光爆效果越明显, 相邻炮孔起爆的时差不大于0.1s。采用相同段位的毫秒微差导爆管, 可满足起爆时差要求。另外, 爆破网络各排孔之间的时差不宜过大也不宜过小, 过大则无法利用前一排爆破所产生的作用力, 过小则无法形成层间的自由面, 达不到分层控制爆破的效果。研究表明起爆时差控制在50~100ms之间为宜。本设计爆破网络时层间间隔2个段位 (>50ms) 由里到外递增。
4 钻爆施工控制要点
在小断面隧洞钻爆法施工中, 钻爆施工除了制定合理的爆破参数外, 在施工中还有一些重要的影响因素, 在施工过程中必须对这些因素重点控制。
4.1 测量放线
由测量错误引起的炮孔定位误差在隧道施工中是经常见到的。通过科学的技术管理可规避此类风险。由于客观原因限制测量班如果无法对每一循环测量放样, 可借助隧洞用激光指向仪辅助测量。本隧洞在施工中借助两侧的激光指向仪把方位参照点标注到掌子面上, 对于周边眼定位相对困难的拱顶的圆弧段, 用圆钢按设计轮廓尺寸做好定位模具, 工人利用模具可以方便准确的在开挖面上定位布点, 有效控制拱顶轮廓尺寸。
4.2 钻孔精度
开眼位置和钻孔方向偏差是影响爆破效果的主要原因。由偏位计算公式S=e+Ltanθ可知, 钻孔深度越深, 外偏角越大, 造成的偏差就越大。人工钻爆中使用的气腿式风钻, 在打钻时必须有3°~5°的外插角。隧洞中造成超挖严重的一个主要原因就是工人钻孔技术不过关, 钻杆的外偏角过大。为爆出平整的开挖面, 首先要提高施钻工人的技术水平, 保证钻孔时各炮孔眼底尽量落在同一个平面上, 掏槽眼可在此基础上加深20cm。
4.3 施工工艺
在全断面开挖掘进中, 为了创造出光爆所需的两个临空面, 首先要在开挖面上形成一个足够大的空腔, 这个空腔需要由掏槽眼爆破来产生。小断面爆破一般选择直眼掏槽和斜眼掏槽两种方式, 两种掏槽眼的适用特点见表2。掏槽方式的选择, 要根据开挖面岩层地质结构动态调整。我部在Ⅴ类围岩及不良地质段施工中, 采用菱形直眼掏槽, 施工方便。在Ⅳ类及以上围岩地质段采用“水平八字”斜眼掏槽, 同等药量下掏槽效果好, 更加经济合理。
4.4 地质条件
主要指围岩的节理、裂隙等非主观因素的影响。由于隧洞围岩存在节理、裂隙、软弱夹层、溶洞等, 爆破后围岩不沿周边炮孔的切割线破坏, 而极有可能沿这些结构或软弱面破坏, 形成主观很难控制的施工缺陷。因此, 在施工中对围岩地质情况的判断和预测工作要作为一项常态工作。现场技术人员要通过不断地观察和分析, 来提高对围岩变化的认识。坚持做好地质素描可预测岩层的节理走向和变化规律, 为爆破施工指明方向。虽然小断面隧洞对围岩变化的敏感性相对较弱, 但需要注意的是, 如果开挖面附近有溶洞、采空区等潜在威胁时, 应采取超前地质钻探和施工中加深炮孔相结合的地质预报措施, 确保施工安全。
5 结语
小断面隧洞因开挖面小, 施工效率低下等因素造成成本控制难度加大, 施工企业要想创造效益, 就需要不断提高管理的精细化程度。一方面要通过系统化分析制定合理的爆破方案, 另一方面要加强施工现场的管理。在施工过程中坚持做好开挖断面复测工作, 将复测结果及时交底给工班, 有利于班组随时调整爆破参数。以本工程为例, 通过不断改进技术方法和抓住关键控制点, 在钻爆施工取得了良好的经济效益和安全效益。
参考文献
[1]郭尧, 袁甲.光面与预裂爆破对隧道围岩损伤的试验研究[J].程爆破, 1066-7051{2011}04-0031-05.
[2]王梦恕, 等.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京:人民交通出版社, 2010, 5.
[3]梁为民.不耦合装药结构对岩石爆破的影响[J].北京理工大学学报, 2012, 32 (12) .
隧道钻爆法开挖的超欠挖控制 篇6
众所周知,只要是采用钻爆法施工的隧道,超欠挖就不可避免。隧道施工以成败论英雄,最终是以成本和质量两大目标来体现。而超欠挖控制则是此两大目标能否实现的关键。
根据新验标规定,二衬厚度必须确保,对欠挖要求近乎苛刻。超挖会多耗炸材,多装多运洞碴,超挖空间必须用初期喷护和二衬混凝土回填。事实上,对于50 cm以上的超挖部位,要想采用喷混凝土来喷填平顺,是件非常费力的事情。若喷层不平顺,则会给张挂防水板带来困难,使二衬背后存在质量隐患。可以这么说,隧道施工的每道工序都与超欠挖控制有关,超欠挖影响隧道施工全局。
1 隧道超欠挖的主要原因分析
1.1 测量放线
由于测量错误引起的超欠挖,这在隧道施工中将是致命的,必须规避此类风险。要保证中线水平的准确,提高现场放线精度。每茬炮都必须画弧,所画轮廓线要尽量与设计开挖线相重合。
1.2 钻孔精度
开眼位置和施钻方向偏差是产生超欠挖的主要原因。 偏位s=e+Ltanθ可以说明,钻杆越长,外偏角越大,造成的超挖就越大。同时,普通气腿式风钻的结构,决定了在施钻时必须有3°～5°的外插角。鹅蛋形的隧道断面以及不可能尽善尽美的作业平台设计,均会给施钻者的准确定位带来不便。
1.3 爆破技术
一般地,掏槽技术更多的是影响循环进尺,而周边眼的间距、装药结构和装药量,则对超欠挖产生重要影响。非电毫秒雷管的跳段使用,以及周边眼采用小药包连续装药或空气间隔装药结构,使得爆破时周边眼的振动和破坏减小,光面爆破得到有效实施。
1.4 地质条件
对于可以采用全断面开挖的地质情况,虽然围岩开挖后能够自稳,但节理裂隙和岩层走向会产生局部塌落或顺层溜帮,从而造成超挖。此超挖量会随着支护时间的推迟而增加,因此及时封闭的施工原则就显得非常重要,及时初喷、施作锚杆和布设网片,可以充分利用围岩自承能力,减少此类超挖。
对于软弱围岩,或由于高地应力、破碎挤压而产生大变形的地质情况,只能采用分步开挖,及时架立钢架和网喷支护来保证安全。支护预留量成为关键性的问题,预留量太大,则超挖空间全部用二衬混凝土回填;若预留量不够,则必须进行支护置换,这是一项特别危险的工作,应该得到禁止。只有通过现场监控量测,取得可靠数据和现场经验,通过信息反馈,才能准确掌握好预留量。
1.5 现场管理
隧道开挖掌子面狭小,作业空间有限,只能通过多次循环来求得进度,而每一循环都必须进行超欠挖控制。所以,建立一个较为完善、系统的开挖质量保证体系,对作业全过程及相关因素实行严格科学的管理,非常必要。人是施工生产最积极的因素,必须加强人员组织,作业安排,现场指导,质量检测,信息反馈,提高每一位员工的生产责任心。
2 超挖对隧道成本的影响
就超欠挖而言,超挖对隧道成本的影响远大于欠挖。但决不意味着欠挖可以忽略,对于不允许的欠挖,若没有其他辅助设施来消除,而是用钻孔补炮的方法来作处理,则欠挖预示着更大程度的超挖。因为钻孔补炮的钻孔方位和装药量很难控制,往往会爆下比欠挖量多几倍的岩石,造成大量材料和人工装碴费用。
现代隧道的设计理念,将支护和二衬进行了分离,中间隔着防排水结构,并对三者分别进行验收。另外,较为先进的无损检测技术,使得隧道结构的隐蔽性变得荡然无存。这就意味着所有超挖都必须用支护和衬砌来进行回填。按隧道外弧长度30 m计算,平均线性超挖15 cm,则每延米将增加4.5 m3的喷混凝土或回填混凝土量,这对隧道成本的影响是巨大的。事实上,要想控制在15 cm以内的线性超挖,需要付出艰辛的努力才能达到。
这在投标报价时要给予充分考虑。只要是隧道投标,就必须想到超欠挖。要根据统计资料和企业自身施工水平来编制投标预算,否则,会将成本风险转嫁到施工现场,额外增加的欠挖处理和超挖回填混凝土的投入,只能用利润来填补。
3 超挖对隧道质量的影响
隧道施工质量,不仅仅是指二衬混凝土的厚度、强度以及观感质量,它还包括各工序的施工质量。超挖会造成开挖轮廓不圆顺,表面凹凸不平,造成局部应力集中,受力不均,对安全也极为不利,违背了隧道施工“爱护围岩”的原则。事实上,围岩自身的强度和稳定性,往往比回填混凝土好得多。要想将全部超挖用混凝土喷平,操作起来非常费劲,喷混凝土表面的不平顺,会给挂设防水板带来困难,难以掌握防水板富余量,造成衬砌时防水板紧绷而破裂,严重影响防水效果,隧道渗漏水是最难整治的病害之一。另外,大的超挖会在二衬施作时造成台车偏压,或者出现堵头挤爆现象,严重影响衬砌的整体质量。
4 控制超欠挖的措施
4.1 加强技术管理
中线、水平的准确无误,是对现场技术人员最基本的要求。全站仪、激光指向仪的普及和应用,给测量工作带来了诸多方便,但决不能有一劳永逸的思想。激光指向仪会因隧道产生的变形位移及受炮震或其他因素的影响而偏移方向,洞内炮烟和粉尘会影响其射程,各类支护、衬砌构件常常会挡住激光的顺利穿过。所以,必须对激光进行“勤检查、勤测量、勤复核”,确保其方向和坡度准确无误。现场测量及画弧人员要有超前服务意识,随叫随到,工作认真细致,计算准确,避免由于画线不准而引起“光爆超挖”或“光爆欠挖”。技术人员要与施工员、工班长充分沟通,必要时到现场蹲守,指导施钻人员严格按钻爆设计的要求进行操作。
4.2 重视培训
项目部应该多组织培训工作。经验再丰富的开挖工,都不可能什么地质条件都遇到过。必须根据现场地质条件的变化及时调整钻爆参数。可以进行集中或单独培训,培训内容涉及到隧道的设计意图、围岩级别和特性、岩层走向、主要地质灾害、质量要求、开挖特别注意事项等。可以通过各种会议进行培训,也可以在掌子面钻爆平台上边讲解边示范,或组织开挖技能比武活动。总之,不要放过任何能使大家得到提高的机会,毕竟,超欠挖的控制,最终要落实在钻爆人员的手中。
4.3 强化现场施工管理
现场施工管理应坚持以下基本原则:
1)必须实行定人、定机、定位施钻,定眼、定段、定量装药。
2)严格控制钻孔精度,重点控制周边眼的间距、外插角、开孔偏差以及炮眼在断面分布的均匀性。
3)在满足技术经济要求的情况下,应优先考虑采用操作简单且精度高、有良好性能的钻孔机械、测量放线仪器、断面测量仪器以及爆破器材等。
4)必须采用控制爆破,通过工程类比和现场试验,优化爆破参数设计。选用最佳装药结构,严格控制装药量,保证最佳连线和正确的起爆顺序。
5)采用快速、便捷的隧道超欠挖标识方法,对开挖断面进行及时检测和信息反馈,规避欠挖处理给下一步工序带来的严重不利影响。
4.4 树立“少超少欠”的观念
“进度至上,宁超勿欠”的观念早该摒弃,过去由于隧道超挖而没有填充密实地段,越来越经不起时间的检验,运营隧道出现的各种质量通病,整治起来困难重重。
在确保二衬厚度的前提下,应允许一定程度的局部欠挖。改进钻孔施工技术,可以将因风钻引起的方向偏差对超欠挖的影响降到最低。但从实际施工的经验看,控制周边眼的外插角是比较困难的,其主要取决于施钻手的操作水平,而控制周边眼开口位置是可能的,经验丰富的工班长完全能办得到,有意识地使周边眼开口位置略小于设计开挖轮廓线,对减少超挖非常有效。
5 结语
钻爆法隧道施工超欠挖虽然是不可避免的,但可以控制在一定的水平之内。控制好超欠挖就是控制了隧道施工的直接成本。同时,可以使工序间干扰减少,施工进度得到保证,还可以避免一些质量问题,而工期延误和质量缺陷最终都反映在施工成本上。要保证施工总成本可控,只能从施工技术管理、施工现场管理、施工资源配备等多方面予以加强,将众多的影响因素置于可控的状态,从而取得最终效益。
摘要：阐述了钻爆法隧道开挖时超欠挖产生的原因,分析了超欠挖对隧道施工成本和施工工序的影响,提出了控制超欠挖的主要途径,指出只有将施工技术管理、施工现场管理、施工资源配置等因素置于可控状态,才能取得最终的效益。
关键词：隧道,超欠挖,施工影响,控制途径
参考文献
钻爆设计 篇7
平巷钻爆法施工主要包括凿岩、爆破、通风防尘、装载与运转、供气、照明、排水等内容。
(1) 凿岩工作:一般采用凿岩机或掘进钻车凿岩, 钻水平孔。对于大断面平巷, 采用凿岩机凿岩时, 还需要凿岩平台, 为提高凿岩进度, 采取多台凿岩机上下多平台同时作业。普通钻爆法施工时, 钻孔的孔径一般为40~42mm。 (2) 爆破工作:工作面炮孔分陶槽孔、辅助孔、周边孔。陶槽孔爆破后形成一定空间的空洞, 为后面起爆的炮孔提供补偿空间。辅助孔主要为了扩挖平巷。周边孔主要是控制断面形状。爆破器材一般有非电导爆管雷管、导爆索和炸药。起爆点应选择在安全地方, 采用远距离起爆。 (3) 装载与运转工作:平巷掘进使用的装载设备类型和型号很多, 选用装岩机时, 首先应考虑巷道规格, 其次应考虑对掘进速度和机械化程度的要求。一般选用前端式装载机和挖掘机。运输设备采用侧卸式矿车或自卸汽车。 (4) 通风防尘:平巷掘进中均采用局部机械通风, 通风方式有压入式、抽出式和混合式3种, 以混合式通风效果最好。掘进中的防尘工作主要做好减尘、降尘、排尘和个体防护等环节。减尘降尘主要措施是采用湿式凿岩、爆堆洒水等;排尘措施主要是通风;个体防护主要是作业人员佩戴防尘口罩。 (5) 供气:主要是压缩空气的供应。压缩空气主要用于凿岩。压缩空气由空气压缩机提供, 管道输送至凿岩工作面。 (6) 照明:采用电气照明, 掘进工作面采用36V, 其他地方采用220V。
2 平巷钻爆法施工危害分析
平巷钻爆法施工主要危害因素有:片帮冒顶、放炮及火药爆炸、高处坠落、物体打击、车辆伤害、机械伤害、中毒窒息、触电以及职业卫生等。
2.1 片帮冒顶危害分析
冒顶片帮是指由于地质条件、生产技术和组织管理等多方面的主观和客观因素综合作用, 破坏了岩石原有的应力平衡状态, 导致顶板冒落或侧帮片帮的事故。施工中造成冒顶片帮的主要因素有两方面:
2.1.1 不良地质和水文条件
(1) 平巷穿过断层及其破碎带, 或在薄层岩体小曲褶、节理裂屑发育地段。 (2) 平巷穿过地层覆盖过薄地段。 (3) 岩石节理破碎及掌子面渗水引起拱顶坍塌。
2.1.2 施工方法与措施不当
(1) 施工方法与地质条件不适应。 (2) 初期支护不当。 (3) 喷锚支护不及时, 喷锚混凝土质量、厚度不符合要求。 (4) 爆破技术不合理、爆破药量过大;平巷围岩的平整性太差, 超欠挖太大。 (5) 对危石检查不重视、不及时, 处理危石措施不当。
2.2 物体打击危害分析
物体打击是指物体在重力或其他外力的作用下产生运动, 打击人体造成人身伤亡事故。造成物体打击事故的主要原因有:
(1) 凿岩平台上、下同一立面同时作业, 上平台设备工具掉落或因钻孔振动造成石块松动特别是钻孔开口时会产生部分松动石块等物体坠落砸伤下方人员。 (2) 安全帽等劳保用品穿戴不规范、不齐全。 (3) 车辆超载岩石滚落伤人。 (4) 采掘工作面空间狭小、照明不足、缺乏躲避空间。 (5) 操作台上设备、材料放置不合理。
2.3 放炮及炸药爆炸危害分析
2.3.1 放炮事故危害分析
放炮是指爆破作业中发生的伤亡事故。主要包括爆破飞石、爆破振动、冲击波和炮烟引发事故。放炮事故原因:
(1) 管理制度不健全, 现场管理不严, 无证人员担任放炮作业。 (2) 装药过程操作不当 (摩擦、撞击、抛掷爆破器材等) 。 (3) 爆破安全措施不落实, 如爆破时爆破信号不明或未按规定施放预警信号、起爆信号、解除警戒信号;未派出安全管理人员进行现场监督;爆破时未设爆破警戒及爆破危险区边界未设岗哨、爆破时爆破危险区内的人员未撤离至安全地点。 (4) 处理盲炮没有严格按《爆破安全规程》 (GB6722—2003) 有关规定要求操作;未爆炸或未爆炸完全的炸药在装卸矿岩的过程中遇剧烈碰撞而爆炸等。 (5) 其他违反《爆破安全规程》有关规定的违章指挥、违章作业行为等。
2.3.2 火药爆炸事故危害分析
是指火药、炸药及其制品在生产、加工、运输、贮存中发生的爆炸事故。使用民用爆炸物品时, 火药爆炸风险主要来自以下几个方面: (1) 民用爆炸物品运输、储存时未严格执行《民用爆炸物品安全管理条例》及有关法规。 (2) 采用自卸汽车、摩托车、自行车等不能保证安全的运输工具运输爆破器材。 (3) 到达现场的民用爆炸物品遇静电、雷电、明火或高温等因素引起火药爆炸。
2.4 车辆伤害分析
车辆伤害指运输车辆在行驶中引起的人体坠落和物体倒塌、坠落、挤压伤亡事故。引起车辆伤害事故的主要因素有: (1) 违章驾车, 包括酒后驾车、疲劳驾车、非驾驶员驾车等。 (2) 疏忽大意, 包括情绪急躁、精神分散、心理烦乱、身体不适等。 (3) 车况不好, 包括安全装置不齐全、工作装置工作不可靠、安全防护装置工作不可靠、车辆维护修理不及时带“病”行驶等。 (4) 道路环境, 包括道路条件差、洞内照明不足、视线不良、在恶劣的气候条件下行驶等。 (5) 管理因素, 包括车辆安全行驶制度不落实、管理规章制度或操作规程不健全等。
2.5 触电危害分析
(1) 无电气安全管理制度、电气安全作业规程不健全;无证人员担任电气作业;未按规定给电气操作人员配备符合国家或行业标准的绝缘防护用品。 (2) 违反电气安全作业规程操作, 如检修电气设备未切断电源和按规程悬挂安全标志、操作时未穿戴符合安全要求的绝缘防护用品、检修电气设备无人监护。 (3) 电气设备配备的安全防护装置 (如防雷、漏电保护、保护接地、过流保护等) 失效未及时发现和修复;电气设备可能被人触及的裸露带电部分设置的保护罩或遮栏及警示标志被拆除等。 (4) 平巷内潮湿有淋水, 电气设备绝缘因受潮使其强度降低;坍塌及炮崩等使电气设备绝缘破损;平巷空间狭窄、光线暗淡, 人又容易触及绝缘受损的电气设备及带电导体造成人身触电伤亡事故。 (5) 电压等级不符合要求, 工作面照明未采用36V安全电压。
2.6 高处坠落危害分析
高处坠落指在高度超过2 m (含2 m) 或坡度超过30° (含30°) 的高处作业中发生坠落造成的伤亡事故。产生事故的主要原因是钻孔、装药、锚喷等作业平台未设置安全网、护栏等防护设施, 在平台上作业时因疏忽大意掉落平台。
2.7 职业卫生
(1) 粉尘。凿岩、爆破、装运过程中都会产生大量粉尘, 粉尘的危害性大小与粉尘的分散度、游离二氧化硅含量和粉尘物质组成有关。一般随着游离二氧化硅含量的增加而增大, 在不同粒径的粉尘中, 呼吸性粉尘对人危害最大。粉尘对人将产生较大的危害, 长期工作在粉尘超标的作业地点将会使人患上矽肺病。 (2) 噪声。长期在噪声环境中, 可使人耳聋, 还可能引起高血压、心脏病、神经官能症等疾病, 噪声主要来自由设备产生的机械噪声和空压机运行时产生的空气动力性噪声。
3 安全技术措施
3.1 防片帮冒顶安全技术措施
冒顶、片帮事故是地压显现的结果。只要有开采, 就会有地压活动。实践证明, 地压活动是可以控制的。因此地压管理就是预防冒顶、片帮事故的措施。
(1) 采用合理的支护类型, 提高巷道对地压的抵抗能力。 (2) 为了减小爆破对巷道稳定性的影响, 采用空隙间隔装药、爆速低、威力小的炸药, 减小爆破裂隙。 (3) 做好浮石的检查和处理工作及敲帮问顶。处理人员应站在安全地点, 并选择好退路。处理时要做到“三心” (小心、耐心、专心) , 切勿用力过猛或带有急躁情绪。 (4) 经常行人的裸露巷道, 每天要有人巡回检查。对顶、帮有松动的地段, 要及时敲帮问顶并予以处理。 (5) 进行岩体力学性能试验和地压活动规律的研究, 及时掌握顶板岩体的变化情况;同时应对采场围岩经常进行检查, 及时掌握其变化情况, 根据不同情况, 采取相应的预防措施。 (6) 合理确定凿岩爆破参数。爆破参数选用得当, 可避免因爆破而引起的冒顶、片帮; (7) 工作面放炮通风以后, 作业人员进入工作面时一定要检查和清理因爆破而悬浮在巷道顶板和两帮上的松动岩石。 (8) 建立安全技术操作规程和正常的生产秩序、作业制度, 加强安全技术培训, 提高职工的技术素质。
3.2 凿岩作业安全技术措施
(1) 凿岩前应检查设备性能是否完好, 检查钎杆质量是否符合要求。 (2) 严禁骑马式打孔。 (3) 经常检查风管质量, 接头质量, 发现有问题, 及时处理。 (4) 穿孔前要检查工作面有无残炮, 严禁打残眼。 (5) 严禁在打眼中打干眼, 开钻时要先开水后开风, 停钻时先停风后停水。 (6) 在平台上部钻孔作业时上下作业面要注意配合。
3.3 爆破工作安全技术措施
(1) 从事爆破作业 (包括放炮、装药、储存保管、运输爆炸物品等) 人员必须熟悉爆破器材性能和有关安全技术, 依照《爆破安全规程》作业。不具备安全爆破基本条件的任何部门不得供给爆破器材。 (2) 必须实行定时爆破制度, 明确规定爆破时的警戒范围, 在危险区的边界和通路上设岗哨、标志和避炮棚, 爆破时所有人员应进入避炮棚, 同时用声、光信号, 信号分预备、爆破、解除3种, 爆破后必须经检查确认安全后才准发解除信号。 (3) 爆破时所有人员必须撤至个别飞石最小安全距离之外的安全地点方可起爆。 (4) 爆药包的加工只准在爆破现场的安全地点进行, 每次加工量不超过该次爆破的需要量, 雷管插入药包前, 只准用铜、铝或竹木制的锥子在药卷端部中心扎孔。操作时严禁烟火。 (5) 装药工作必须在统一指挥下进行。装药前应撤离一切与爆破无关的设备和人员。装药时严禁烟火, 禁止用钢钎或铁棍装药, 200m内禁止进行其他爆破, 必须保证填塞质量, 填塞物必须是粉状或可塑性物质 (黄泥等) , 禁止用碎石块和易燃材料填塞。 (6) 采用电力起爆时, 应用爆破专用仪表检查电雷管和电爆网路。同一电爆网路中, 电雷管电阻选配差值不超过规定值, 网路总电阻实测值与计算值应相符, 否则不准起爆。起爆器必须由专人负责保管, 其钥匙由爆破工随身携带。爆破后要立即将导线脱离电源接头, 并接成短路, 待5min后方可进入现场检查。 (7) 采用非电导爆管起爆时, 在同一爆破作业中, 必须选用同一厂家试验合格的起爆元件。在装药和联线上要防止导爆管折叠、拉伸、变形, 不用的导爆管应及时封口。传爆雷管、起爆雷管与导爆管联接要牢固可靠, 严禁用炸药药卷直接起爆导爆管。 (8) 发现盲炮时, 要在其附近设明显标志, 并及时处理。处理时, 在危险区域内禁止做其他工作。可用平行炮孔法 (浅眼爆破, 距盲炮眼不小于0.3 m处打平行炮眼) 、重新装起爆药 (掏出部分填塞物, 另装起爆药起爆) 等方法处理。因外部爆破网路破坏造成盲炮, 其爆破参数变化不大时可重新起爆。盲炮处理后, 要检查和清除未爆雷管等残余爆破器材, 以免混入矿石, 确认安全时方准作业。 (9) 爆破器材必须贮存在专用的爆破器材库内, 炸药和雷管禁止混贮一库, 严禁分发给承包户或个人保存。爆破器材应有专人看管, 并建立严格的领退和管理制度。 (10) 装御、运输爆破器材时, 应有专人指挥。严禁吸烟和携带发火物品, 严禁摩擦、撞击、拖拽、抛掷爆破器材。炸药和雷管必须分别装运。 (11) 对变质和过期失效的爆破器材, 要及时清理, 登记造册, 提出处理方案, 报上级主管部门批准, 并向所在地公安机关备案, 在公安机关指定的地点, 指派有经验的爆破工进行销毁。 (12) 爆破后, 经通风吹散炮烟、检查确认洞内空气合格后, 方准许作业人员进入爆破作业点。
3.4 装载与运转工作安全技术措施
(1) 加强对驾驶员的安全教育, 严禁违章驾驶。 (2) 上班前应检查车辆车况, 确保车况良好。 (3) 装载作业时, 爆堆边严禁站人或存放设备。 (4) 挖掘机作业时, 机臂回转半径范围内 (包括汽车驾驶室) 严禁有人。 (5) 严禁装料经过汽车头顶。 (6) 装碴前及装碴过程中, 应检查开挖面围岩的稳定情况, 发现有松动岩石或塌方征兆时, 必须先处理后装碴。 (7) 平巷地面平整度、强度等指标应满足出碴车辆运行要求, 并做好排水及路面的维修工作。 (8) 行车速度不宜大于15km/h。 (9) 车辆行驶中严禁超车, 洞内倒车与转向应由专人指挥。 (10) 应做好平巷内照明, 保证照明强度, 并加强对隧道内照明设施的维护。
3.5 防触电安全技术措施
(1) 严格执行《施工现场临时用电安全技术规范》 (JGJ46—2005) 的规定。 (2) 对电机设备和用电机具进行切实有效的安全接地和装设防触 (漏) 电保护装置, 做到三级配电二级保护, 实行“一机一闸”制;施工现场配置颜色统一且有警示标记的配电箱, 并进行编号, 做到门锁齐全。做好日常保护和定期检修工作, 防止漏电触电事故发生。 (3) 配备专职电工。 (4) 供电电压:1) 应采用400/230V三相四线系统;2) 动力设备应采用三相380V;3) 洞内照明, 成洞段和不作业地段可用220V, 工作面不宜大于36V。 (5) 供电线路布置和安装:1) 成洞地段固定的电线路, 应使用绝缘良好的胶皮线架设;施工地段的临时电线路宜采用橡套电缆;2) 照明和动力线路安装在同一侧时, 必须分层架设, 电线悬挂高度距人行地面有一定的距离;3) 对各种电气设备和输电线路应有持有电工特种作业证书的电工经常进行检查维修, 作业时应执行《电业安全工作规程》。
4 结语
通过对大断面平巷钻爆法掘进施工过程中可能存在的危害因素进行分析, 提出安全技术措施, 对平巷、交通隧道、铁路隧洞等安全施工均具有指导作用。
参考文献
[1]《采矿手册》编辑委员会.采矿手册[M].北京:冶金工业出版社, 1990.
[2]中国就业培训技术指导中心.安全评价师[M].北京:中国劳动社会保障出版社, 2010.
钻爆设计 篇8
随着我国城市供水工程和中小型水电站工程的迅猛发展, 中小断面长隧洞的应用越来越广泛。福建省某引水隧洞工程C2标段总长为6.889km, 开挖断面为城门洞形, 开挖洞径为 (5.2~5.4) m× (4.858~5.058) m。隧洞采用全断面钻爆开挖, 衬砌支护采用钢筋混凝土衬砌和挂网喷锚支护。该标段设计布置有3条施工支洞, 分别为进口支洞、1#支洞与2#支洞。由于客观原因, 该标段工程工期严重滞后, 遂通过优化钻爆掏槽方式、出渣、通风排烟和衬砌支护方案等措施提高施工效率, 大幅缩短施工工期, 实现快速施工。
2 快速施工措施
2.1 钻爆方案优化
本工程原设计采用的是全断面斜孔掏槽毫秒微差浅孔光面爆破法开挖。掏槽孔选用双排各五孔的斜眼掏槽方式, 如图1所示。导洞每掘进两次扩挖层掘进一次。该施工方案优点在于导洞开挖断面小, 如遇不良地质, 可提前做好准备。光爆层采用长钎钻孔, 可提高隧洞周边平整度。
在开挖几个循环后发现, 平均实际循环进尺仅有1.5m左右, 远小于设计的2.2 m目标, 究其原因是该工程岩石比较坚硬, 炮孔的倾斜角越小爆破效果才越好, 但由于孔深较大, 工作断面又较小, 钢钎长度受到了限制, 无法按照设计要求施工, 且在实际施工操作过程中, 由于打斜孔倾斜角度难以掌握, 造成了掏槽效果不理想, 炮孔利用率不高, 进尺达不到要求。通过研究试验后对掏槽方式进行了改进, 改用棱形直眼掏槽的方案, 炮孔布置图如图2所示, 爆破效果得到了很大的改善, 平均循环进尺2.3m左右, 炮孔利用率达到90%以上, 掘进速度有了很大的提高, 单头月进尺达到了180m以上。
2.2 通风排烟方案优化
为施工方便, 本工程隧道内采用软质风管悬挂在洞内拱顶中心线压入式排烟方式, 实践证明, 该通风排烟方案平均耗时在40min以上, 通风排烟效率低, 其不足有: (1) 采用压入式排烟的烟量比较大, 通风时间长; (2) 隧洞是双向开挖, 采用压入式通风方案时, 一头的炮烟会向相对的一头扩散, 迫使另一头也无法施工, 影响施工速度; (3) 压入式通风排烟使得炮烟等有害气体从洞内经过, 污染洞壁, 影响供水质量。
结合国内类似工程经验和计算, 原方案压入式通风排烟烟量为:
式中, 炸药量G=38kg;有害气体量b在岩层中取40;隧洞面积A为23.41m2;L为隧洞的全长, 本隧洞独头最长为800m;漏风系数p按百米漏风率2%计算为1.7;淋水系数φ取0.7。计算得M压=11 372.5m3。
对排烟方案进行改进后, 采用图3所示的抽出式通风排烟方案, 风管改用钢性帆布管在洞口布置一台44kW轴流风机, 当长度超过400m时再串联一台44kW风机。
改进后抽出式通风排烟烟量为:
计算得M抽=1 883.2m3, 当风管吸口到掌子面距离大于风流有效吸程 () 时, 按公式计算出来的风量需加20%, 则最终M抽=2 259.8m3, 抽出式方案所需的风量远小于压入式。在本工程中, 决定通风设备风量的是隧洞洞内最小风速风量, 因此风机不需改变, 仅需增加两台44kW风机并将软风管改为钢性帆布管。实践表明, 改进后通风排烟时间可以控制在15min以内, 不仅使洞壁不受污染, 还大大缩短了通风排烟时间, 加快了施工速度。
2.3 出渣方案优化
本工程为引水隧洞工程, 为保证引水质量, 应业主要求洞内设计采用有轨运输, 以减少污染。优化后采用洞内有轨出渣、洞外无轨运输为主的混合式出渣方式。在进水口支洞和2#施工支洞内采用有轨出渣方式, 在掌子面附近用WZL-150履带式挖掘装载机进行装渣, 再用XK16/132-KBT电机车牵引ST-14梭式矿车运渣, 并在支洞与主洞交叉处设置中转渣场, 用3台15t自卸式汽车转运至渣场, 进水口施工支洞的出渣布置如图4所示。赶工期间为了实现高效快速出渣, 每个支洞又增加了3台5t的自卸车, 以保证装渣的连续性, 较赶工前出渣的时间大大缩短了。
2.4 衬砌支护方案优化
根据C2标段隧洞的施工特点和赶工要求, 衬砌施工改用多工序的交叉作业施工方式: (1) 统一衬砌断面形式; (2) 在有掘进和衬砌任务的洞段, 通过设置联络洞来实现开挖和衬砌的交叉作业; (3) 在已经完成开挖的洞段实行连续交叉作业的衬砌方法。在关键线路上将混凝土衬砌的时间提早, 争取了更多混凝土衬砌时间, 实现了快速衬砌的目标。
3 结语
中小断面长隧洞因断面小、洞线长、大型机械无法运用等特点使得加快施工速度成为难点。本工程通过采用棱形直眼掏槽替代斜眼掏槽、优化出渣机械匹配、使用交叉作业法等一系列有效的技术管理措施, 提高了循环进尺及钻爆效率, 加快了出渣速度, 使施工速度得到大幅提高, 缩短工期170天, 其快速施工技术对类似工程施工具有借鉴和参考意义。
摘要：中小断面长隧洞钻爆开挖因其断面小、独头掘进长度大、施工空间有限, 施工效率往往较低。现通过对某引水隧洞工程钻爆掏槽方式、通风排烟、出渣和衬砌支护方案等优化而大大提高掘进效率的措施进行总结分析, 为类似工程快速施工提供借鉴和参考。
关键词：快速施工,钻爆,通风,除渣,衬砌支护
参考文献
[1]中国水利水电勘测设计协会.调水工程应用技术研究与实践[M].北京:中国水利水电出版社, 2009:8.
[2]张正宇, 等.现代水利水电工程爆破[M].北京:中国水利水电出版社, 2003:168-172.
[3]陈响亮, 陈月娥.小断面长隧洞快速施工的优化与实践[J].浙江水利水电专科学校学报, 2007, 19 (2) :28-30.