一种小断面隧洞长进尺钻爆方法
文献发布时间:2023-06-19 11:22:42
技术领域
本发明涉及水利水电工程技术领域,尤其涉及一种小断面隧洞长进尺钻爆方法。
背景技术
小断面隧洞广泛应于小流量、高水头的水电工程、水利引水工程以及大型水电工程中灌浆平洞与地下厂房的排水洞等。目前,小断面隧洞采用钻爆法进行开挖施工时,一般采用“空孔直线掏槽、全断面一次爆破成型法”的开挖施工技术。
由于隧洞开挖断面小,爆破时仅利用空孔和掌子面作为爆破自由面,岩石夹制力比较大,一次爆破开挖循环进尺较短,一般为0.4~0.6倍的洞径或跨度;同时,炮孔利用率较低,一般在80%左右,施工进度不易得到保证。
发明内容
本发明的目的是,提出一种小断面隧洞长进尺钻爆方法,延长开挖循环进尺,提高炮孔利用率,促进施工进度,降低施工成本;解决现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
一种小断面隧洞长进尺钻爆方法,包括以下步骤:
S1:全断面一次钻孔,在隧洞开挖面由中心至外围,依次开挖掏槽孔、辅助孔、周边光爆孔、底板孔;
S2:掏槽孔内装药,起爆;
S3:辅助孔内装药,起爆;
S4:周边光爆孔内装药,起爆;
S5:底板孔内装药,起爆。
优选的,所述掏槽孔由内圈掏槽孔和外圈掏槽孔组成,所述外圈掏槽孔环绕设置在所述内圈掏槽孔的外围;在步骤S2中,所述内圈掏槽孔内不装药,所述外圈掏槽孔内装药。
优选的,所述辅助孔环绕设置在所述掏槽孔的外围,所述辅助孔的排布与隧洞形状相匹配,所述周边光爆孔设置在隧洞的两侧壁面和上壁面,所述底板孔设置在隧洞的底板面。
优选的,所述掏槽孔、辅助孔及底板孔分别采用毫秒延期导爆管雷管孔内微差起爆。
优选的,所述周边光爆孔采用导爆索起爆、光面爆破技术进行轮廓控制。
优选的,所述掏槽孔、辅助孔、周边光爆孔、底板孔设置钻孔直径42毫米;
所述掏槽孔设置孔深3.50米,孔距0.10-0.25米;
所述辅助孔设置孔深3.30米,孔距0.50-0.80米;
所述周边光爆孔设置孔深3.30米,孔距0.40-0.55米;
所述底板孔设置孔深3.30米,孔距0.50-0.60米。
优选的,所述周边光爆孔采用25毫米×150g型2#岩石乳化炸药,间隔不耦合装药,不耦合系数为1.68;所述掏槽孔、辅助孔、底板孔采用32毫米×200g型2#岩石乳化炸药,连续耦合装药。
与现有技术相比,本发明提供了一种小断面隧洞长进尺钻爆方法,具备以下有益效果:
本发明,显著延长开挖循环进尺,促进施工进度。“全断面一次钻孔、分次爆破”开挖钻爆技术,施工方法简单;洞室虽分次进行爆破,但单次循环进尺可达2.8~3.1米;与常规的“全断面一次爆破成型法”中,单次循环进尺为0.4~0.6倍洞径或跨度(约1.1~1.8米)相比,每茬循环进尺提高170%以上,极大地提高了施工效率。
本发明,有效提高炮孔利用率,降低施工成本。通过掏槽孔1先行起爆后,为辅助孔2及周边光爆孔3创造良好的爆破自由面,平均炮孔利用率可达到90%以上;与常规的“全断面一次爆破成型法”平均炮孔利用率在80%左右相比,炮孔利用率提高了110%以上,在促进施工进度的同时,也降低了施工成本。
本发明,一次爆破为二次爆破创造自由面,使得在后的爆破时,降低了爆破振动对洞室岩壁的扰动破坏,提高洞室爆破开挖质量。
该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现,本发明显著延长开挖循环进尺,促进施工进度。“全断面一次钻孔、分次爆破”开挖钻爆技术,施工方法简单;洞室虽分次进行爆破,但单次循环进尺可达2.8~3.1米;与常规的“全断面一次爆破成型法”中,单次循环进尺为0.4~0.6倍洞径或跨度(约1.1~1.8米)相比,每茬循环进尺提高170%以上,极大地提高了施工效率;有效提高炮孔利用率,降低施工成本。通过掏槽孔1先行起爆后,为辅助孔2及周边光爆孔3创造良好的爆破自由面,平均炮孔利用率可达到90%以上;与常规的“全断面一次爆破成型法”平均炮孔利用率在80%左右相比,炮孔利用率提高了110%以上,在促进施工进度的同时,也降低了施工成本;一次爆破为二次爆破创造自由面,使得在后的爆破时,降低了爆破振动对洞室岩壁的扰动破坏,提高洞室爆破开挖质量。
附图说明
图1为钻孔布置示意图;
图2为掏槽孔引爆后状态示意图;
图3为辅助孔引爆后状态示意图。
图中:1、掏槽孔;2、辅助孔;3、周边光爆孔;4、底板孔;101、内圈掏槽孔;102、外圈掏槽孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1-3,一种小断面隧洞长进尺钻爆方法,包括以下步骤:全断面一次钻孔,掏槽孔1内装药、起爆,辅助孔2内装药、起爆,周边光爆孔3内装药、起爆,底板孔4内装药、起爆。
在每循环开挖时,全断面的炮孔一次钻孔完成;爆破时,分次完成;先行起爆掏槽孔1,再进行辅助孔2、周边光爆孔3、底板孔4的装药爆破。
其中,具体步骤如下。
S1:全断面一次钻孔,在隧洞开挖面由中心至外围,依次开挖掏槽孔1、辅助孔2、周边光爆孔3、底板孔4。
其中,掏槽孔1以隧洞开挖断面的中心位置为中点,以矩形或圆形排布进行布置。掏槽孔1设置由内圈掏槽孔101和外圈掏槽孔102组成,外圈掏槽孔102环绕设置在内圈掏槽孔101的外围,构成中心双环绕结构。
辅助孔2环绕设置在掏槽孔1的外围,辅助孔2的排布与隧洞形状相匹配,整体布置外观为同中心点、缩小版的隧洞形状。在上部拱形位置区域,适当减少辅助孔2的布置;整体辅助孔2的数量,根据隧洞开挖断面的面积进行计算。小断面隧洞一般设置一圈即可,在施工中,根据操作环境进行适应性匹配调整。
周边光爆孔3设置在隧洞的两侧壁面和上壁面,分布在隧洞开挖断面的轮廓线上。底板孔4设置在隧洞的底板面。
基于小断面隧洞一般宽度在4米以内,横截面较小的特征,设计常规造孔数据方案:
造孔孔径统一设置为42毫米;掏槽孔1设置孔深3.50米,孔距0.10-0.25米;辅助孔2设置孔深3.30米,孔距0.50-0.80米;周边光爆孔3设置孔深3.30米,孔距0.40-0.55米;底板孔4设置孔深3.30米,孔距0.50-0.60米。造孔数量,根据具体环境进行匹配设置。
所有爆破孔设置为统一规格孔径,在一次性开孔时,使用一种造孔设备即可完成操作。同时,42毫米孔径可满足在大部分小断面隧洞进行爆破的要求。
S2:掏槽孔1内装药、起爆;其中,内圈掏槽孔101内不装药,设置为空孔;外圈掏槽孔102内装药。
结合42毫米孔径,采用32毫米×200克型2#岩石乳化炸药,连续耦合装药;并,采用毫秒延期导爆管雷管孔内微差起爆。
掏槽孔1起爆后,在隧洞面的中心位置形成槽洞,为辅助孔2及周边光爆孔3创造良好的自由面。
S3:辅助孔2内装药、起爆。
结合42毫米孔径,采用32毫米×200g型2#岩石乳化炸药,连续耦合装药;并,采用毫秒延期导爆管雷管孔内微差起爆。
S4:周边光爆孔3内装药、起爆。
结合42毫米孔径,采用25毫米×150g型2#岩石乳化炸药,间隔不耦合装药,不耦合系数为1.68;并,采用导爆索起爆、光面爆破技术进行轮廓控制起爆。
利用掏槽孔1起爆后形成的自由面,辅助孔2和周边光爆孔3的单次爆破开挖循环进尺可达2.8~3.1米;同时,平均炮孔利用率也可达到90%以上;在促进施工进度的同时,也降低了施工成本。
S5:底板孔4内装药、起爆。
结合42毫米孔径,采用32毫米×200g型2#岩石乳化炸药,连续耦合装药;并,采用毫秒延期导爆管雷管孔内微差起爆。
分次起爆,完成对小断面隧洞的单次钻爆。
在辅助孔2、周边光爆孔3、底板孔4起爆中,形成的槽洞自由面,降低了爆破振动对洞室岩壁的扰动破坏,提高了洞室爆破开挖质量。
在某水电站项目中,地下洞室总长度达9.51千米,主要以小断面洞室为主。其中,引水系统5#施工支洞全长195.26米,开挖断面为3.0米×3.0米的城门洞形,开挖面积为8.244平方;该施工支洞负责压力管道主洞段全长336.284米,主洞开挖断面为2.7米×2.7米的城门洞形,开挖面积为6.506平方,均属特小断面平洞开挖。洞室主要以片麻岩为主,岩体的完整性较好。为加快工程施工进度,避免后期全面施工后资源设备占压,提高施工效率,同时控制洞身开挖质量,减少后期混凝土回填工程量,在洞室开挖中采用本方案提供的“全断面一次钻孔、分次爆破”开挖钻爆施工技术。
在洞室开挖施工前,组织现场施工所用的设备、风水管线等附属设施就位工作,并保证施工设备、机具良好的运行状态。采用全站仪进行测量放样,准确放出开挖轮廓线、顶拱圆心点、拱肩等特征点以及洞室走向等,并在掌子面对开挖断面轮廓进行标识。在过程中及时对已开挖断面进行复核,保证洞室开挖尺寸符合设计要求。根据测量放样点,由爆破员会同现场技术人员,根据现场围岩地质条件,参考爆破设计参数,在掌子面标出炮孔的孔位及方向,并确定钻孔深度。
设计参数为,钻孔设置为统一直径42毫米;掏槽孔1孔深3.50米,孔距0.10-0.25米;辅助孔2孔深3.30米,孔距0.50-0.80米;周边光爆孔3孔深3.30米,孔距0.40-0.55米;所述底板孔4孔深3.30米,孔距0.50-0.60米。
参数设计后,进行开挖。
开挖过程中,先进行掏槽孔1部位施工。掏槽孔1双环结构,以洞室中心点为圆心,分别构造半径为0.10米和0.25米圆形的内接正方形。其中,内圈掏槽孔101设置四孔,设置在0.10米直径圆的内接正方形的四角位置;内圈掏槽孔101外围,环绕设置八个外圈掏槽孔102;外圈掏槽孔102设置在0.25米圆的内接正方形的四角位置以及正方形边长中心点位置。
环绕掏槽孔1设置辅助孔2;辅助孔2与操作面匹配,设置为城门洞形。水平设置4排,排间距0.50米。顶端一排与拱形搭配,减少布孔;中心位置与掏槽孔1中心重合,减少一个。由上至下,各排依次设置为2孔、3孔、2孔、3孔。各排水平中心位置,与掏槽孔1的中心位于同一垂面。相邻孔水平间距0.80米;其中与掏槽孔1中心水平重合层,两孔间的孔间距为1.60米;下部三排各孔垂直方向对应。共设置10个辅助孔2。
沿隧洞两侧壁面和上壁面,设置周边光爆孔3;根据隧洞尺寸,设置16个周边光爆孔3。其中,上弧面设置间隔0.40米,共设置12个周边光爆孔3;两侧壁面设置间隔0.55米,共设置4个周边光爆孔3。
沿隧洞底板面,设置底板孔4;底板孔4设置为5个。中心的底板孔4位于底板面的中心点,中心的底板孔4与相邻两侧的底板孔4间隔设置为0.50米,最外围底板孔4与相邻底板孔4的间隔设置为0.60米。
钻孔质量,将直接影响洞室爆破开挖效果,在施工中严格按照爆破设计孔位、方向、深度进行钻孔;以确保爆破开挖后,光面爆破残孔率及洞室平整度符合规范要求。
全断面钻孔完成后,利用高压风水枪将炮孔清洗干净。验收合格后,由爆破员按照爆破设计参数,对掏槽孔1内进行装药、联网,检查无误后,进行一次起爆爆破。
爆破参数为,外圈掏槽孔102内,采用32毫米×200g型2#岩石乳化炸药,连续耦合装药;并,采用毫秒延期导爆管雷管孔内微差起爆。
爆破后,经通风排烟后,检查爆破效果,必要时进行补炮处理,直至达到预期的掏槽效果,完成一次爆破作业。
一次爆破完成后,人工清理将掏槽区内的爆破石渣清理干净,以形成良好的爆破自由面。再利用高压风水枪将炮孔清洗干净、验收合格后,由爆破员按照爆破设计参数,对辅助孔2、周边光爆孔3、底板孔4进行装药、联网,检查无误后,依次进行爆破。
爆破参数为,辅助孔2内,采用32毫米×200g型2#岩石乳化炸药,连续耦合装药,采用毫秒延期导爆管雷管孔内微差起爆;周边光爆孔3内,采用25毫米×150g型2#岩石乳化炸药,间隔不耦合装药,不耦合系数为1.68,并采用导爆索起爆、光面爆破技术进行轮廓控制起爆;底板孔4内,采用32毫米×200g型2#岩石乳化炸药,连续耦合装药,采用毫秒延期导爆管雷管孔内微差起爆。
爆破后,启动通风系统进行排烟、除尘,通风时间不少于15分钟,通风管末端距离掌子面保持在30米左右,必要时根据现场实际情况增加水雾降尘,以保证通风效果。同时,对洞内的有害气体及易燃、易爆气体进行定期检测。通风排烟结束后,由安全员会同爆破员对爆破效果进行检查,同时对爆破作业面及其附近区域进行排查,对发现的盲炮、危石等安全隐患及时进行处理。爆破完成后,开挖渣料采用扒渣机或地下铲运机,配合小型矿用自卸车运至洞外弃渣场。根据设计施工图纸及围岩地质条件及时完成初期支护,对于Ⅳ、Ⅴ类围岩段应做到支护跟进,对于Ⅱ、Ⅲ类围岩段在完成一个单元工程后及时完成支护。
本发明,显著延长开挖循环进尺,促进施工进度。“全断面一次钻孔、分次爆破”开挖钻爆技术,施工方法简单;洞室虽分次进行爆破,但单次循环进尺可达2.8~3.1米;与常规的“全断面一次爆破成型法”中,单次循环进尺为0.4~0.6倍洞径或跨度(约1.1~1.8米)相比,每茬循环进尺提高170%以上,极大地提高了施工效率。有效提高炮孔利用率,降低施工成本。通过掏槽孔1先行起爆后,为辅助孔2及周边光爆孔3创造良好的爆破自由面,平均炮孔利用率可达到90%以上;与常规的“全断面一次爆破成型法”平均炮孔利用率在80%左右相比,炮孔利用率提高了110%以上,在促进施工进度的同时,也降低了施工成本。一次爆破为二次爆破创造自由面,使得在后的爆破时,降低了爆破振动对洞室岩壁的扰动破坏,提高洞室爆破开挖质量。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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