隧道施工第四章隧道開挖作業(yè)施工技術(shù)

第四章隧道開挖作業(yè)本章學(xué)習(xí)的內(nèi)容：了解隧道鑿巖機(jī)具的特點，了解隧道炸藥的性質(zhì)，熟悉工程上常用炸藥的性質(zhì)和隧道采用的起爆方法，掌握隧道炮眼的種類和作用，熟悉隧道鉆爆參數(shù)的選擇，掌握光面爆破的定義和參數(shù)選擇，了解隧道水壓爆破。重難點：重點：炮眼的種類和作用，隧道鉆爆參數(shù)，隧道光面參數(shù)選擇。難點：隧道鉆爆參數(shù)。1鑿巖2炸藥4控制爆破3隧道爆破設(shè)計5水壓爆破目錄4.1鑿巖一、風(fēng)動鑿巖機(jī)：（風(fēng)鉆）1、工作原理以壓縮空氣為動力，通過鑿巖機(jī)內(nèi)的活塞作往復(fù)運(yùn)動沖擊鉆桿，通過回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使鉆桿旋轉(zhuǎn)，前端鉆刃連續(xù)沖擊旋轉(zhuǎn)切削巖石成孔。重型：大于50kg中型：30～50kg輕型：小于30kg風(fēng)動氣腿鑿巖機(jī)一、風(fēng)動鑿巖機(jī)：（風(fēng)鉆）2、氣腿的作用平衡鑿巖機(jī)的重量；對鉆桿產(chǎn)生向前的推進(jìn)壓力；在工作面上就位和轉(zhuǎn)移比較容易。一、風(fēng)動鑿巖機(jī)：（風(fēng)鉆）3、特點具有結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活方便，制造維修簡便，操作便利，造價較低，使用安全的優(yōu)點。但壓縮空氣的供應(yīng)設(shè)備比較復(fù)雜，工人勞動強(qiáng)度大，機(jī)械效率低，能耗大，噪聲大。鑿巖速度比液壓鑿巖機(jī)低。二、液壓鑿巖機(jī)液壓鑿巖機(jī)1、工作原理是以電力帶動高壓油泵，通過改變油路，使活塞往復(fù)運(yùn)動，實現(xiàn)沖擊作用。二、液壓鑿巖機(jī)2、液壓鑿巖機(jī)主要特點動力消耗少，能量利用率高。鑿巖速度快。能自動調(diào)節(jié)沖擊頻率、扭矩、轉(zhuǎn)速和推力等參數(shù)，適應(yīng)不同性質(zhì)的巖石。環(huán)境保護(hù)較好。液壓鑿巖機(jī)構(gòu)造復(fù)雜，造價較高，重量大，附屬裝置較多，多安裝在臺車上使用。三、鑿巖臺車將多臺液壓鑿巖機(jī)安裝在一個專門的移動設(shè)備上，實現(xiàn)多機(jī)同時作業(yè)，集中控制，稱為鑿巖臺車。鑿巖臺車(實腹、輪行)三、鑿巖臺臺車1、適用范圍圍大斷面和全全斷面施工工工作范圍：：寬10~15m高7~12m2、類型行走方式結(jié)構(gòu)形式軌道式輪胎式履帶式門架式（（軌道式式）實腹式（（輪胎式式）新型鑿巖巖臺車三、鑿巖巖臺車三、鑿巖巖臺車二臂、四四臂液壓壓鑿巖臺臺車四、鉆頭頭和鉆桿桿1、作用和和材料鉆頭：直直接破碎碎巖體（（前端是硬硬質(zhì)高強(qiáng)強(qiáng)耐磨合合金鋼）鉆桿：傳傳遞沖擊擊功和扭扭矩（六邊形空空心鋼）2、鉆頭直直徑φ38、40、42、45、48mm鉆頭直接接連接在在鉆桿前前端(整體式)或套裝在在鉆桿前前端(組合式)，鉆桿尾尾則套裝裝在鑿巖巖機(jī)的機(jī)機(jī)頭上。。四、鉆頭頭和鉆桿桿3、鉆頭型型式整體式組合式宜采用材材質(zhì)強(qiáng)度度高而較較細(xì)的釬釬桿。鉆桿鉆頭釬肩釬尾四、鉆頭頭和鉆桿桿4、鉆桿4.2炸藥一、爆破破基本常常識利用炸藥藥爆炸對對周圍介介質(zhì)的作作用達(dá)到到預(yù)期期工程目目的的一門技技術(shù)。需要爆破破的巖體體暴露于于空間的的面藥包中心心至臨空空面的最最短距離離爆破：爆破的特特征：臨空面：：最小抵抗抗線：反應(yīng)過程程的放熱熱性反應(yīng)過程程的高速速性反應(yīng)過程程中產(chǎn)生生大量氣氣體二、炸藥藥的性能能1、敏感度度炸藥在外外界起爆爆能作用用下發(fā)生生爆炸反反應(yīng)的難難易程度度。熱敏感度度：爆發(fā)點，，炸藥爆爆炸的最最低溫度度?；鹧娓卸榷龋簩鹧娴牡拿舾谐坛潭?。機(jī)械感度度：對機(jī)械能能（撞擊擊、摩擦擦）作用用的敏感感程度度。爆轟感度度：對爆炸能能的敏感感程度，，用起爆爆藥量表表示。二、炸藥藥的性能能2、爆力炸藥爆炸炸時對周周圍介質(zhì)質(zhì)做功的的能力,爆力越大大，破壞壞能力越越強(qiáng)，破破壞的范范圍和體體積越大大。3、爆速衡量炸藥藥的局部部破環(huán)能能力。4、猛度炸藥爆炸炸后對與與之接觸觸的固體體介質(zhì)的的局部破破壞能力力稱為猛猛度。炸炸藥的爆爆速越高高，其猛猛度越大大。5、殉爆距離離一個藥包包爆炸后后，能引引起與它它不相接接觸的鄰鄰近藥包包爆炸的的最大距距離稱為為殉爆距距離。6、安定性是指其物物理化學(xué)學(xué)性質(zhì)的的安定性性，主要要表現(xiàn)為為吸濕、、結(jié)塊、、揮發(fā)、、滲油、、老化、、凍結(jié)和和化學(xué)分分解等。。三、炸藥藥種類1、硝銨類類炸藥組成：硝酸銨為主，其次是梯梯恩梯或或硝酸鈉鈉（鉀）特點：：價格低低廉，安安定性好好、威力力大、易易潮解2、漿狀炸藥藥組成：由氧化劑劑水溶液液、敏化化劑和膠膠凝劑為為基本成成分組成成的混合合炸藥。特點：抗水性強(qiáng)強(qiáng)、密度度高、爆爆炸威力力較大、、原料廣廣、成本本低和安安全。三、炸藥藥種類3、乳化炸炸藥組成：硝硝酸銨、、硝酸鈉鈉水溶液液與碳質(zhì)質(zhì)燃料通通過乳化化作用，，形成的的乳脂狀狀混合炸炸藥。特點：爆爆炸性能能好、抗抗水性能能強(qiáng)、安安全性能能高、環(huán)環(huán)境污染染小、原原料來源源廣和生生產(chǎn)成本本低、爆爆破效率率比漿狀狀及水膠膠炸藥更更高。4、硝化甘甘油炸藥藥組成：硝硝化甘油油與二硝硝基乙二二醇的混混合物。。特點：抗抗水性強(qiáng)強(qiáng)、密度度高、爆爆炸威力力大，敏敏感度高高，安全全性差，，價格昂昂貴。5、煤礦許許用炸藥藥在巖石炸炸藥的基基礎(chǔ)上外外加一定定比例的的食鹽作作為消焰焰劑的炸炸藥。炸藥的形形式：隧道爆破破使用的的炸藥一一般均由由廠制或或現(xiàn)場加加工成藥藥卷型式式，可按按爆破設(shè)設(shè)計的炸炸藥品種種、裝藥藥結(jié)構(gòu)和和用藥量量來選擇擇使用。。藥卷直徑徑有32mm、35mm、40mm等，長度度為165～500mm，而周邊邊光爆炸炸藥藥卷卷直徑一一般為22mm、25mm，長度為為200mm～600mm。三、炸藥藥種類四、起爆爆方法和和起爆材材料1、火雷管管起爆法法即發(fā)雷管管（一點點火，就就爆炸））火雷管成成本低，，使用比比較簡單單靈活，，不受雜雜散電流流的影響響，應(yīng)用用廣泛。。隧道工程程中常用用的是8號和6號雷管借藥芯燃燃燒傳遞遞火焰，，引爆火火雷管。。它需借助助點火器器材點燃燃。燃燒燒速度一一般在100——125s/m。（2）導(dǎo)火索索（1）火雷管管利用點燃燃的導(dǎo)火火索產(chǎn)生生的火焰焰先使雷雷管爆炸炸，進(jìn)而而引起藥藥包爆炸炸的起爆爆方法。。不能很好好的控制制起爆順順序四、起爆爆方法和和起爆材材料（3）火雷管管起爆法法原理四、起爆爆方法和和起爆材材料2、電雷管管起爆法法（1）電雷管管起爆原原理是在火雷雷管中加加設(shè)電發(fā)發(fā)火裝置置而成的的，用導(dǎo)電線線傳輸電電流使裝裝在雷管管中的電電阻發(fā)熱熱而引起起雷管爆爆炸的（2）電雷管管類型即發(fā)電雷雷管：通電即即爆破遲發(fā)電雷雷管：通電后后延遲一一段時間間爆破（（段數(shù)越大大，延期期時間越越長）四、起爆爆方法和和起爆材材料3、塑料導(dǎo)導(dǎo)爆管起起爆（1）塑料導(dǎo)導(dǎo)爆管起起爆原理理是在聚乙乙烯塑料料管的內(nèi)內(nèi)壁涂有有一層高高能炸藥藥，管壁壁上的高高能炸藥藥在沖擊擊波作用用下可以以沿著管管道方向向連續(xù)穩(wěn)穩(wěn)定爆轟轟，從而而將爆轟轟傳播到到非電雷雷管使雷雷管起爆爆。（2）優(yōu)點抗電、抗抗火、抗抗沖擊性性能好；；起爆、傳傳爆性能能穩(wěn)定。。塑料導(dǎo)爆爆管的結(jié)結(jié)構(gòu)1-塑料管；；2-炸藥粉末末四、起爆爆方法和和起爆材材料四、起爆爆方法和和起爆材材料3、塑料導(dǎo)導(dǎo)爆管起起爆（3）非電導(dǎo)導(dǎo)爆管雷雷管非電導(dǎo)爆爆管雷管管與塑料料導(dǎo)爆管管配合使使用段別越大大，延發(fā)發(fā)時間越越長（4）組成起爆元件件（8號火雷管管和導(dǎo)火火索、擊擊發(fā)槍、、專用激激發(fā)器））傳爆元件件（導(dǎo)爆爆管）聯(lián)結(jié)與分分流元件件末端起爆爆元件（（導(dǎo)爆管管雷管））非電導(dǎo)爆爆管四、起爆爆方法和和起爆材材料3、塑料導(dǎo)導(dǎo)爆管起起爆（5）導(dǎo)爆管管起爆系系統(tǒng)爆破過程程是：擊擊發(fā)起爆爆雷管，，從而使使傳爆元元件中的的導(dǎo)爆管管起爆傳傳爆，當(dāng)當(dāng)導(dǎo)爆管管傳爆到到聯(lián)結(jié)元元件中的的傳爆雷雷管時，，雷管起起爆，再再引起周周圍的導(dǎo)導(dǎo)爆管起起爆和傳傳爆，這這樣連續(xù)續(xù)傳爆下下去，進(jìn)進(jìn)而使所所有的炮炮眼炸藥藥起爆。。炮眼旁數(shù)數(shù)字為導(dǎo)爆管雷管的段段別四、起爆爆方法和和起爆材材料3、塑料導(dǎo)導(dǎo)爆管起起爆（5）導(dǎo)爆管管起爆系系統(tǒng)四、起爆爆方法和和起爆材材料3、塑料導(dǎo)導(dǎo)爆管起起爆（1）塑料導(dǎo)導(dǎo)爆管起起爆原理理導(dǎo)爆索是是以單質(zhì)質(zhì)猛炸藥藥黑索金金或泰安安作為索索芯的傳傳爆材料料，它經(jīng)雷管管起爆后后，可以以直接引引爆其他他炸藥（2）分類普通導(dǎo)爆爆索：具有一定定的防水水性能和和耐熱性性能，但但在爆轟轟傳播過過程中火火焰強(qiáng)烈烈。（露天天爆破））安全導(dǎo)爆爆索：普通導(dǎo)爆爆索的藥藥芯或外外殼內(nèi)加加了適量量的消焰焰劑，使使爆轟過過程中產(chǎn)產(chǎn)生的火火焰小，，溫度低低。（瓦斯或礦礦塵）四、起爆爆方法和和起爆材材料5、電子雷雷管起爆爆（1）電子雷雷管（數(shù)數(shù)碼智能能雷管））采用電子子控制模模塊對起起爆過程程進(jìn)行控控制的電電雷管（2）優(yōu)點具備起爆延期期時間控控制、起起爆能量量控制功功能；能對自身身功能、、性能以以及雷管管點火元元件的電電性能進(jìn)進(jìn)行測試試；并能和起起爆控制制器及其其他外部部控制設(shè)設(shè)備進(jìn)行行通信。四、起爆爆方法和和起爆材材料5、電子雷雷管起爆爆（3）電子雷雷管組成成雷管：起爆炸炸藥編碼器：是在爆破破現(xiàn)場對對每發(fā)雷雷管設(shè)定定所需的的延期時時間起爆器：控制整個個爆破網(wǎng)網(wǎng)路編程程與觸發(fā)發(fā)起爆。雷管編碼器起爆器（4）起爆網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)四、起爆爆方法和和起爆材材料4.3隧道爆破破設(shè)計一、炮眼眼布置1、炮眼的的種類和和作用掏槽眼增加臨空空面，提提高爆破破效果輔助眼擴(kuò)大掏掏槽眼眼炸出出的槽槽腔，，為周周邊眼眼爆破破創(chuàng)造造臨空空面周邊眼眼炸出較較平整整的隧隧道斷斷面輪輪廓1-4：掏槽槽眼19、21周邊眼眼其余炮炮眼：：輔助助眼一、炮炮眼布布置2、炮眼眼的布布置原原則和和方法法布置原原則：：先布置置掏槽槽眼，，其次次周邊邊眼，，最后后輔助助眼；；方法：：掏槽眼眼布置置在中中央偏偏下，，比其其他炮炮眼深深15-20cm；周邊眼眼嚴(yán)格格沿設(shè)設(shè)計開開挖輪輪廓設(shè)設(shè)置，，盡量量布置置均勻勻；周邊眼眼開眼眼位置置硬巖巖在輪輪廓線線上，軟巖可可向內(nèi)內(nèi)偏移移5～10cm。底眼和和掏槽槽眼同同深；；在掏槽槽眼、、周邊邊眼之之間布布置輔輔助眼眼，滿滿足E/W=0.6~0.8。3、掏槽槽型式式（1）斜眼眼掏槽槽一、炮炮眼布布置3、掏槽槽型式式（2）直眼眼掏槽槽一、炮炮眼布布置一、炮炮眼布布置（3）斜眼眼和直直眼掏掏槽特特點斜眼掏掏槽優(yōu)點：可以按按巖層層的實實際情情況選選擇掏掏槽方方式和和掏槽槽角度度；容易把把石渣渣拋出出，掏掏槽眼眼的個個數(shù)較較少。。缺點：眼深受受到坑坑道斷斷面尺尺寸的的限制制；不便于于多臺臺鉆機(jī)機(jī)同時時鉆眼眼；鉆眼方方向不不夠準(zhǔn)準(zhǔn)確。直眼掏掏槽優(yōu)點：便于多多機(jī)同同時鉆鉆眼；不受斷斷面尺尺寸對對爆破破進(jìn)尺尺的限限制；可采用用深孔孔爆破破；石渣拋拋擲距距離較較短。缺點：炮眼個個數(shù)較較多，，炸藥藥單耗耗值較較大。（1）計算公公式N——炮炮眼數(shù)數(shù)量，，不包包括未未裝藥藥的空空眼數(shù)數(shù)；K——單單位炸炸藥消消耗量量；S——開開挖斷斷面積積，；α——每每米藥藥卷的的炸藥藥重量量γ——裝藥藥系數(shù)數(shù)，即即裝藥藥長度度與炮炮眼全全長的的比值值。二、隧隧道爆爆破設(shè)設(shè)計1、炮眼眼數(shù)量量炸藥單單耗K的確定定二、隧隧道爆爆破設(shè)設(shè)計（2）經(jīng)驗數(shù)數(shù)值參參考表表（3）經(jīng)驗類類比法法確定定根據(jù)類類似工工程爆爆破條條件確確定炮炮眼數(shù)數(shù)目二、隧隧道爆爆破設(shè)設(shè)計1、炮眼眼數(shù)量量二、隧隧道爆爆破設(shè)設(shè)計2、炮眼眼深度度（1）定義義眼口到到眼底底的垂垂直距距離。。（2）如何何確定定炮眼眼深度度一般以以循環(huán)環(huán)進(jìn)尺尺作為為炮眼眼深度度。軟巖：：循環(huán)環(huán)進(jìn)尺尺一般般在0.8~1.5m左右。。硬巖：：3~5m（根據(jù)據(jù)機(jī)械械的最最大鉆鉆進(jìn)深深度、、鉆眼眼的效效率有有關(guān)））二、隧隧道爆爆破設(shè)設(shè)計3、裝藥藥量的的計算算及分分配（1）總裝裝藥量量采用體體積公公式計計算：：Q=kV（kg）K——爆爆破每每立方方米巖巖石所所需炸炸藥的的消耗耗量V——一一個循循環(huán)進(jìn)進(jìn)尺所所爆落落的巖巖石總總體積積，V=LS；L——計計劃循循環(huán)進(jìn)進(jìn)尺；S——開開挖面面積。。二、隧隧道爆爆破設(shè)設(shè)計3、裝藥藥量的的計算算及分分配（2）分配配：原則：：各炮眼眼的作作用不不同，，因而而各部部位炮炮眼的的裝藥藥量也也不相相同，掏槽眼眼的裝裝藥量量最多多，其其次是是底眼眼，然然后是是輔助助眼，，周邊邊眼的的裝藥藥量最最少。分配：：掏槽眼眼：最最多；；中中硬巖巖90~95%輔助眼眼：次次之周邊眼眼：最最少；；軟巖巖：40~190g/m硬巖：：300~400g/m底眼：：單孔孔裝藥藥量q=qaWLλλ單孔藥藥卷量量：單眼裝裝藥量量為半半卷，，整卷卷計量量為宜宜二、隧隧道爆爆破設(shè)設(shè)計4、裝藥藥結(jié)構(gòu)構(gòu)（1）定義義：裝藥結(jié)結(jié)構(gòu)是是指繼繼爆藥藥藥卷卷和起起爆藥藥藥卷卷在炮炮眼中中的布布置方方法。。（2）分類類1）按起起爆藥藥卷的的位置置：正向起起爆和和反向向起爆爆：2）按裝裝藥的的連續(xù)續(xù)性：：連續(xù)裝裝藥；；間隔隔裝藥藥。（1）正向向裝藥藥(起爆)：是將將起爆爆藥卷卷放在在眼口口第二二個藥藥卷位位置上上，雷雷管集集中穴穴能量量向眼眼底傳傳遞，，并用用炮泥泥堵塞塞眼口口。（2）反向向裝藥藥(起爆)：是將將起爆爆藥卷卷放在在眼底底第二二個藥藥卷位位置上上，保保證最最大限限度的的利用用炸藥藥能，，既可可保證證不破破壞眼眼底巖巖石，，還因因雷管管集中中穴朝朝外，，可取取得好好的效效果。。（3）連續(xù)裝裝藥：：這種種裝藥藥方式式就是是把藥藥卷一一個緊緊接一一個地地裝入入炮眼眼，直直至把把該炮炮眼需需用量量裝完完。（4）半個藥藥卷，，在隔隔一定定距離離再裝裝半個個藥卷卷…直直到預(yù)預(yù)計藥藥量裝裝填完完畢。二、隧隧道爆爆破設(shè)設(shè)計二、隧隧道爆爆破設(shè)設(shè)計二、隧隧道爆爆破設(shè)設(shè)計采用導(dǎo)導(dǎo)爆管管起爆爆法。還應(yīng)根根據(jù)各各種炮炮眼所所起的的作用用來確確定起起爆順順序。。一般般是先先掏槽槽眼、、輔助助眼、、底板板眼、、周邊邊眼。。二、隧隧道爆爆破設(shè)設(shè)計5、起爆方法和起爆爆順序4.4控制爆破在隧道爆破施工中中，首要的要求是是開挖輪廓與尺寸寸準(zhǔn)確，對圍巖擾擾動小。所以，周周邊眼的爆破效果果，反映了整個隧隧道爆破的成洞質(zhì)質(zhì)量。隧道控制爆破是指指光面爆破和預(yù)裂裂爆破。通過一系列措施對對開挖部位的周邊邊實行正確的鉆孔孔和爆破，并使周周邊眼最后起爆的的爆破方法。一、光面爆破1、定義開挖輪廓成形規(guī)則則，巖面平整;圍巖壁上保存有50%以上的半面炮眼痕痕跡；無明顯的爆破裂縫縫;超欠挖符合規(guī)定要要求，圍巖壁上無無危石等2、隧道光面爆破標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)一、光面爆破(1)周邊炮眼間距E控制周邊輪廓線，，一般取E=（10～18）d完整性的巖石E宜取大值，堅硬和節(jié)理裂隙發(fā)發(fā)育的巖石E宜取小值；也可以按照下表選選取一、光面爆破3、隧道光面爆破的的主要參數(shù)(2)光面層厚度及炮眼眼密集系數(shù)K=E/W<1；K=0.8左右較為適宜W=60~90cm(3)裝藥量既具有破巖所需的的能量，又不造成成圍巖的過度破壞壞。軟巖：40~150g/m硬巖：250~400g/m一、光面爆破3、隧道光面爆破的的主要參數(shù)（1）使用低爆速、低低猛度、低密度、、傳爆性能好、爆爆炸威力小的炸藥藥。（2）采用不偶合裝藥藥結(jié)構(gòu)。（3）嚴(yán)格掌握與周邊邊眼相鄰的內(nèi)圈炮炮眼的爆破效果，，為周邊眼爆破創(chuàng)創(chuàng)造臨空面。（4）周邊眼應(yīng)盡量做做到同時起爆。（5）嚴(yán)格控制裝藥集集中度(裝藥量)。一、光面爆破4、隧道光面爆破的的技術(shù)措施二、預(yù)裂爆破1、定義讓周邊眼最先起爆爆，沿周邊眼連線線形成預(yù)裂面，最最后在起爆其他炮炮眼，進(jìn)而控制巖巖體的開挖輪廓。。預(yù)裂面的存在，對