隧道施工講義第四章隧道開挖作業(yè)

第四章隧道開挖作業(yè)本章學習的內(nèi)容：了解隧道鑿巖機具的特點，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、風動鑿巖機：（風鉆）1、工作原理以壓縮空氣為動力，通過鑿巖機內(nèi)的活塞作往復運動沖擊鉆桿，通過回轉(zhuǎn)機構(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風動氣腿鑿巖機一、風動鑿巖機：（風鉆）2、氣腿的作用平衡鑿巖機的重量；對鉆桿產(chǎn)生向前的推進壓力；在工作面上就位和轉(zhuǎn)移比較容易。一、風動鑿巖機：（風鉆）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)備比較復雜，工人勞動強度大，機械效率低，能耗大，噪聲大。鑿巖速度比液壓鑿巖機低。二、液壓鑿巖機液壓鑿巖機1、工作原理是以電力帶動高壓油泵，通過改變油路，使活塞往復運動，實現(xiàn)沖擊作用。二、液壓鑿巖機2、液壓鑿巖機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)境保護較好。液壓鑿巖機構(gòu)造復雜，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安裝在一個專門的移動設(shè)備上，實現(xiàn)多機同時作業(yè)，集中控制，稱為鑿巖臺車。鑿巖臺車(實腹、輪行)三、鑿鑿巖臺臺車1、適用用范圍圍大斷面面和全全斷面面施工工工作范范圍：：寬10~15m高7~12m2、類型型行走方方式結(jié)構(gòu)形形式軌道式式輪胎式式履帶式式門架式式（軌軌道式式）實腹式式（輪輪胎式式）新型鑿鑿巖臺臺車三、鑿鑿巖臺臺車三、鑿鑿巖臺臺車二臂、、四臂臂液壓壓鑿巖巖臺車車四、鉆鉆頭和和鉆桿桿1、作用用和材材料鉆頭：：直接接破碎碎巖體體（前端是是硬質(zhì)質(zhì)高強強耐磨磨合金金鋼）鉆桿：：傳遞遞沖擊擊功和和扭矩矩（六邊形形空心心鋼）2、鉆頭頭直徑徑φ38、40、42、45、48mm鉆頭直接連接接在鉆桿前端端(整體式)或套裝在鉆桿桿前端(組合式)，鉆桿尾則套套裝在鑿巖機機的機頭上。。四、鉆頭和鉆鉆桿3、鉆頭型式整體式組合式宜采用材質(zhì)強強度高而較細細的釬桿。鉆桿鉆頭釬肩釬尾四、鉆頭和鉆鉆桿4、鉆桿4.2炸藥一、爆破基本本常識利用炸藥爆炸炸對周圍介質(zhì)質(zhì)的作用達到到預期工程程目的的一門技術(shù)。。需要爆破的巖巖體暴露于空空間的面藥包中心至臨臨空面的最短短距離爆破：爆破的特征：：臨空面：最小抵抗線：：反應(yīng)過程的放放熱性反應(yīng)過程的高高速性反應(yīng)過程中產(chǎn)產(chǎn)生大量氣體體二、炸藥的性性能1、敏感度炸藥在外界起起爆能作用下下發(fā)生爆炸反反應(yīng)的難易程程度。熱敏感度：爆發(fā)點，炸藥藥爆炸的最低低溫度?；鹧娓卸龋簩鹧娴拿舾懈谐潭取C械感度：對機械能（撞撞擊、摩擦））作用的敏感感程度。爆轟感度：對爆炸能的敏敏感程度，用用起爆藥量表表示。二、炸藥的性性能2、爆力炸藥爆炸時對對周圍介質(zhì)做做功的能力,爆力越大，破破壞能力越強強，破壞的范范圍和體積越越大。3、爆速衡量炸藥的局局部破環(huán)能力力。4、猛度炸藥爆炸后對對與之接觸的的固體介質(zhì)的的局部破壞能能力稱為猛度度。炸藥的爆爆速越高，其其猛度越大。。5、殉爆距離一個藥包爆炸炸后，能引起起與它不相接接觸的鄰近藥藥包爆炸的最最大距離稱為為殉爆距離。。6、安定性是指其物理化化學性質(zhì)的安安定性，主要要表現(xiàn)為吸濕濕、結(jié)塊、揮揮發(fā)、滲油、、老化、凍結(jié)結(jié)和化學分解解等。三、炸藥種類類1、硝銨類炸藥藥組成：硝酸銨為主，其次是梯恩梯梯或硝酸鈉（（鉀）特點：價格格低廉，安定定性好、威力力大、易潮解解2、漿狀炸藥組成：由氧化劑水溶溶液、敏化劑劑和膠凝劑為為基本成分組組成的混合炸炸藥。特點：抗水性強、密密度高、爆炸炸威力較大、、原料廣、成成本低和安全全。三、炸藥種類類3、乳化炸藥組成：硝酸銨銨、硝酸鈉水水溶液與碳質(zhì)質(zhì)燃料通過乳乳化作用，形形成的乳脂狀狀混合炸藥。。特點：爆炸性性能好、抗水水性能強、安安全性能高、、環(huán)境污染小小、原料來源源廣和生產(chǎn)成成本低、爆破破效率比漿狀狀及水膠炸藥藥更高。4、硝化甘油炸炸藥組成：硝化甘甘油與二硝基基乙二醇的混混合物。特點：抗水性性強、密度高高、爆炸威力力大，敏感度度高，安全性性差，價格昂昂貴。5、煤礦許用炸炸藥在巖石炸藥的的基礎(chǔ)上外加加一定比例的的食鹽作為消消焰劑的炸藥藥。炸藥的形式：：隧道爆破使用用的炸藥一般般均由廠制或或現(xiàn)場加工成成藥卷型式，，可按爆破設(shè)設(shè)計的炸藥品品種、裝藥結(jié)結(jié)構(gòu)和用藥量量來選擇使用用。藥卷直徑有32mm、35mm、40mm等，長度為165～500mm，而周邊光爆爆炸藥藥卷直直徑一般為22mm、25mm，長度為200mm～600mm。三、炸藥種類類四、起爆方法法和起爆材料料1、火雷管起爆爆法即發(fā)雷管（一一點火，就爆爆炸）火雷管成本低低，使用比較較簡單靈活，，不受雜散電電流的影響，，應(yīng)用廣泛。。隧道工程中常常用的是8號和6號雷管借藥芯燃燒傳傳遞火焰，引引爆火雷管。。它需借助點火火器材點燃。。燃燒速度一一般在100—125s/m。（2）導火索（1）火雷管利用點燃的導導火索產(chǎn)生的的火焰先使雷雷管爆炸，進進而引起藥包包爆炸的起爆爆方法。不能很好的控控制起爆順序序四、起爆方法法和起爆材料料（3）火雷管起爆爆法原理四、起爆方法法和起爆材料料2、電雷管起爆爆法（1）電雷管起爆爆原理是在火雷管中中加設(shè)電發(fā)火火裝置而成的的，用導電線傳輸輸電流使裝在在雷管中的電電阻發(fā)熱而引引起雷管爆炸炸的（2）電雷管類型型即發(fā)電雷管：通電即爆破破遲發(fā)電雷管：通電后延遲遲一段時間爆爆破（段數(shù)越大，延延期時間越長長）四、起爆方法法和起爆材料料3、塑料導爆管管起爆（1）塑料導爆管管起爆原理是在聚乙烯塑塑料管的內(nèi)壁壁涂有一層高高能炸藥，管管壁上的高能能炸藥在沖擊擊波作用下可可以沿著管道道方向連續(xù)穩(wěn)穩(wěn)定爆轟，從從而將爆轟傳傳播到非電雷雷管使雷管起起爆。（2）優(yōu)點抗電、抗火、、抗沖擊性能能好；起爆、傳爆性性能穩(wěn)定。塑料導爆管的的結(jié)構(gòu)1-塑料管；2-炸藥粉末四、起爆方法法和起爆材料料四、起爆方法法和起爆材料料3、塑料導爆管管起爆（3）非電導爆管管雷管非電導爆管雷雷管與塑料導導爆管配合使使用段別越大，延延發(fā)時間越長長（4）組成起爆元件（8號火雷管和導導火索、擊發(fā)發(fā)槍、專用激激發(fā)器）傳爆元件（導導爆管）聯(lián)結(jié)與分流元元件末端起爆元件件（導爆管雷雷管）非電導爆管四、起爆方法法和起爆材料料3、塑料導爆管管起爆（5）導爆管起爆爆系統(tǒng)爆破過程是：：擊發(fā)起爆雷雷管，從而使使傳爆元件中中的導爆管起起爆傳爆，當當導爆管傳爆爆到聯(lián)結(jié)元件件中的傳爆雷雷管時，雷管管起爆，再引引起周圍的導導爆管起爆和和傳爆，這樣樣連續(xù)傳爆下下去，進而使使所有的炮眼眼炸藥起爆。。炮眼旁數(shù)字為導爆管雷管的段別四、起爆方法和起起爆材料3、塑料導爆管起爆爆（5）導爆管起爆系統(tǒng)統(tǒng)四、起爆方法和起起爆材料3、塑料導爆管起爆爆（1）塑料導爆管起爆爆原理導爆索是以單質(zhì)猛猛炸藥黑索金或泰泰安作為索芯的傳傳爆材料，它經(jīng)雷管起爆后，，可以直接引爆其其他炸藥（2）分類普通導爆索：具有一定的防水性性能和耐熱性能，，但在爆轟傳播過過程中火焰強烈。（露天爆破）安全導爆索：普通導爆索的藥芯芯或外殼內(nèi)加了適適量的消焰劑，使使爆轟過程中產(chǎn)生生的火焰小，溫度度低。（瓦斯或礦塵）四、起爆方法和起起爆材料5、電子雷管起爆（1）電子雷管（數(shù)碼碼智能雷管）采用電子控制模塊塊對起爆過程進行行控制的電雷管（2）優(yōu)點具備起爆延期時間控制制、起爆能量控制制功能；能對自身功能、性性能以及雷管點火火元件的電性能進進行測試；并能和起爆控制器器及其他外部控制制設(shè)備進行通信。四、起爆方法和起起爆材料5、電子雷管起爆（3）電子雷管組成雷管：起爆炸藥編碼器：是在爆破現(xiàn)場對每每發(fā)雷管設(shè)定所需需的延期時間起爆器：控制整個爆破網(wǎng)路路編程與觸發(fā)起爆爆。雷管編碼器起爆器（4）起爆網(wǎng)絡(luò)四、起爆方法和起起爆材料4.3隧道爆破設(shè)計一、炮眼布置1、炮眼的種類和作作用掏槽眼增加臨空面，提高高爆破效果輔助眼擴大掏槽眼炸出的的槽腔，為周邊眼眼爆破創(chuàng)造臨空面面周邊眼炸出較平整的隧道道斷面輪廓1-4：掏槽眼19、21周邊眼其余炮眼：輔助眼眼一、炮眼布置2、炮眼的布置原則則和方法布置原則：先布置掏槽眼，其其次周邊眼，最后后輔助眼；方法：掏槽眼布置在中央央偏下，比其他炮炮眼深15-20cm；周邊眼嚴格沿設(shè)計計開挖輪廓設(shè)置，，盡量布置均勻；；周邊眼開眼位置硬硬巖在輪廓線上，軟巖可向內(nèi)偏移5～10cm。底眼和掏槽眼同深深；在掏槽眼、周邊眼眼之間布置輔助眼眼，滿足E/W=0.6~0.8。3、掏槽型式（1）斜眼掏槽一、炮眼布置3、掏槽型式（2）直眼掏槽一、炮眼布置一、炮眼布置（3）斜眼和直眼掏槽槽特點斜眼掏槽優(yōu)點：可以按巖層的實際際情況選擇掏槽方方式和掏槽角度；容易把石渣拋出，，掏槽眼的個數(shù)較較少。缺點：眼深受到坑道斷面面尺寸的限制；不便于多臺鉆機同同時鉆眼；鉆眼方向不夠準確確。直眼掏槽優(yōu)點：便于多機同時鉆眼眼；不受斷面尺寸對爆爆破進尺的限制；可采用深孔爆破；石渣拋擲距離較短短。缺點：炮眼個數(shù)較多，炸炸藥單耗值較大。（1）計算公式N——炮眼數(shù)量，不不包括未裝藥的空空眼數(shù)；K——單位炸藥消耗耗量；S——開挖斷面積，，；α——每米藥卷的炸炸藥重量γ——裝藥系數(shù)，即裝裝藥長度與炮眼全全長的比值。二、隧道爆破設(shè)計計1、炮眼數(shù)量炸藥單耗K的確定二、隧道爆破設(shè)計計（2）經(jīng)驗數(shù)值參考表（3）經(jīng)驗類比法確定根據(jù)類似工程爆破破條件確定炮眼數(shù)數(shù)目二、隧道爆破設(shè)計計1、炮眼數(shù)量二、隧道爆破設(shè)計計2、炮眼深度（1）定義眼口到眼底的垂直直距離。（2）如何確定炮眼深深度一般以循環(huán)進尺作作為炮眼深度。軟巖：循環(huán)進尺一一般在0.8~1.5m左右。硬巖：3~5m（根據(jù)機械的最大大鉆進深度、鉆眼眼的效率有關(guān)）二、隧道爆破設(shè)計計3、裝藥量的計算及及分配（1）總裝藥量采用體積公式計算算：Q=kV（kg）K——爆破每立方米米巖石所需炸藥的的消耗量V——一個循環(huán)進尺尺所爆落的巖石總總體積，V=LS；L——計劃循環(huán)進尺尺；S——開挖面積。二、隧道爆破設(shè)計計3、裝藥量的計算及及分配（2）分配：原則：各炮眼的作用不同同，因而各部位炮炮眼的裝藥量也不不相同，掏槽眼的裝藥量最最多，其次是底眼眼，然后是輔助眼眼，周邊眼的裝藥藥量最少。分配：掏槽眼：最多；中中硬巖90~95%輔助眼：次之周邊眼：最少；軟軟巖：40~190g/m硬巖：300~400g/m底眼：單孔裝藥量量q=qaWLλ單孔藥卷量：單眼裝藥量為半卷卷，整卷計量為宜宜二、隧道爆破設(shè)計計4、裝藥結(jié)構(gòu)（1）定義：裝藥結(jié)構(gòu)是指繼爆爆藥藥卷和起爆藥藥藥卷在炮眼中的的布置方法。（2）分類1）按起爆藥卷的位位置：正向起爆和反向起起爆：2）按裝藥的連續(xù)性性：連續(xù)裝藥；間隔裝裝藥。（1）正向裝藥(起爆)：是將起爆藥卷放放在眼口第二個藥藥卷位置上，雷管管集中穴能量向眼眼底傳遞，并用炮炮泥堵塞眼口。（2）反向裝藥(起爆)：是將起爆藥卷放放在眼底第二個藥藥卷位置上，保證證最大限度的利用用炸藥能，既可保保證不破壞眼底巖巖石，還因雷管集集中穴朝外，可取取得好的效果。（3）連續(xù)裝藥：這種裝裝藥方式就是把藥藥卷一個緊接一個個地裝入炮眼，直直至把該炮眼需用用量裝完。（4）半個藥卷，在隔一一定距離再裝半個個藥卷…直到預計計藥量裝填完畢。二、隧道爆破設(shè)計計二、隧道爆破設(shè)計計二、隧道爆破設(shè)計計采用導爆管起爆法法。還應(yīng)根據(jù)各種炮眼眼所起的作用來確確定起爆順序。一一般是先掏槽眼、、輔助眼、底板眼眼、周邊眼。二、隧道爆破設(shè)計計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、隧道光面爆破標標準一、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、隧道光面爆破破的主要參數(shù)(2)光面層厚度及炮炮眼密集系數(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需的能量，又不不造成圍巖的過過度破壞。軟巖：40~150g/m硬巖：250~400g/m一、光面爆破3、隧道光面爆破破的主要參數(shù)（1）使用低爆速、、低猛度、低密密度、傳爆性能能好、爆炸威力力小的炸藥。（2）采用不偶合裝裝藥結(jié)構(gòu)。（3）嚴格掌握與周周邊眼相鄰的內(nèi)內(nèi)圈炮眼的爆破破效果，為周邊邊眼爆破創(chuàng)造臨臨空面。（4）周邊眼應(yīng)盡量量做到同時起爆爆。（5）嚴格控制裝藥藥集中度(裝藥量)。一、光面爆破4、隧道光面爆破破的技術(shù)措施二、預裂爆破1、定義讓周邊眼最先起起爆，沿周邊眼眼連線形成預裂裂面，最后在起起爆其他炮眼，，進而控制巖體體的開挖輪廓。。預裂面的存在，，對后爆的掏槽槽眼、輔助眼的的爆轟波能起反反射和緩沖作用用，可以減輕爆爆轟波對圍巖的的破壞影響，保保持巖體的完整整性，爆破后的的開挖面整齊規(guī)規(guī)則。二、預裂爆破2、區(qū)別（1）起爆順序不同同光面爆破先引爆爆掏槽眼，然后輔助眼，最后周周邊眼。預裂爆破先引爆爆周邊眼，然后后掏槽眼，最后后輔助眼。（2）適用條件不同同光面爆破適用圍圍巖穩(wěn)定性好的的硬質(zhì)圍