隧道工程第7章隧道施工工藝與施工技術(shù)-1

第七章隧道施工工藝及施工技術(shù)第一頁，共87頁。第一頁，共87頁。輔助施工措施：對地層進行預(yù)支護或預(yù)加固。預(yù)支護：預(yù)留核心土超前錨桿管棚，等。預(yù)加固：地層注漿地表錨噴加固。預(yù)支護兼預(yù)加固：超前小導(dǎo)管注漿7.1圍巖預(yù)支護（預(yù)加固）第二頁，共87頁。第二頁，共87頁。7.1.1超前錨桿特點：形成超前于工作面的圍巖加固棚。適用于：軟弱破碎地層。第三頁，共87頁。第三頁，共87頁。超前錨桿第四頁，共87頁。第四頁，共87頁。超前錨桿(或小鋼管)設(shè)計參數(shù)圍巖級別錨桿直徑(mm)小鋼管直徑(mm)錨桿長度(m)環(huán)向間距(cm)外插角錨桿小鋼管Ⅴ20～25323～530～505°～10°5°～10°Ⅳ18～2240～60注：①外插角指錨桿或小鋼管與隧道縱向開挖輪廓線的夾角；②錨桿或小鋼管的長度應(yīng)與實際掘進循環(huán)長度一起考慮；③中空錨桿目前的最小直徑為25mm。第五頁，共87頁。第五頁，共87頁。7.1.2管棚第六頁，共87頁。第六頁，共87頁。特點：管徑粗(外徑為70～180mm)。施作要點：(1)單根長4～6m，總長可至數(shù)十米。(2)一環(huán)管棚長度一般不小于10m。(3)可向管內(nèi)注入水泥砂漿，以增加其剛度。(4)鋼管的尾部需架設(shè)在鋼拱架上，并焊死；(5)相鄰兩榀鋼拱架間以拉筋相連。(6)與巖壁之間，環(huán)向每隔2m應(yīng)用楔子楔緊。優(yōu)點：在所有預(yù)支護措施中，管棚支護能力最強。缺點：施工技術(shù)較復(fù)雜，造價較高。第七頁，共87頁。第七頁，共87頁。單根鋼管構(gòu)造：第八頁，共87頁。第八頁，共87頁。右上：洞口大管棚施工上：洞內(nèi)大管棚施工右：洞口施工完的大管棚第九頁，共87頁。第九頁，共87頁。特點：預(yù)支護+預(yù)加固，支護效果強于超前錨桿。適用于：軟弱破碎地層。步驟：噴砼封閉開挖面；鉆孔；插入小導(dǎo)管；；導(dǎo)管注漿。7.1.3超前小導(dǎo)管注漿第十頁，共87頁。第十頁，共87頁。小導(dǎo)管構(gòu)造：φ38～42mm無縫鋼管，單根長3～5m，管壁注漿孔，孔徑φ6～8mm,孔距15～20cm。第十一頁，共87頁。第十一頁，共87頁。小導(dǎo)管鋼拱架第十二頁，共87頁。第十二頁，共87頁。第十三頁，共87頁。第十三頁，共87頁。小導(dǎo)管設(shè)計注意事項①注漿材料～水泥漿，或水泥～水玻璃漿；②注漿壓力～0.5～1.0MPa。③單根導(dǎo)管漿液擴散半徑，按下式計算：

b--導(dǎo)管中至中間距.④單根導(dǎo)管注漿量：

l—導(dǎo)管長度，m；

n—圍巖空隙率，%。④注漿效果檢查：取巖芯，達設(shè)計要求后才能進行開挖。第十四頁，共87頁。第十四頁，共87頁。7.1.4超前深孔帷幕注漿1.注漿方法2.鉆孔機械和灌注管

⑴滲入性注漿⑵劈裂性注漿⑶壓密性注漿⑷高壓噴灌注漿⑴鉆機⑵注漿管：第十五頁，共87頁。第十五頁，共87頁。第十六頁，共87頁。第十六頁，共87頁。工作面預(yù)注漿廣州地鐵地表深孔分段注漿技術(shù)第十七頁，共87頁。第十七頁，共87頁。注漿加固技術(shù)第十八頁，共87頁。第十八頁，共87頁。隧道注漿方法:①超前小導(dǎo)管注漿(見前)；②超前長導(dǎo)管注漿，圖a；第十九頁，共87頁。第十九頁，共87頁。③地表注漿,圖b；③由平導(dǎo)內(nèi)向正洞周圍注漿，圖c，等。

而采用得最多的仍是超前小導(dǎo)管注漿。第二十頁，共87頁。第二十頁，共87頁。3.注漿數(shù)量控制⑴現(xiàn)場注漿試驗；⑵公式計算作參考：注漿總數(shù)量(7-1-1)式中：A——注漿范圍巖的體積；

n——圍巖空隙率，%；

α——漿液充填系數(shù)，一般取0.7～0.9；

β——注漿材料損耗系數(shù)，通常在0.1左右。式中的就是地層充填率。)1(.ba+=nAQ第二十一頁，共87頁。第二十一頁，共87頁。7.1.5水平旋噴預(yù)支護方法垂直旋噴注漿法水平旋噴注漿法適用于黏性土、砂類土、淤泥等地層第二十二頁，共87頁。第二十二頁，共87頁。7.1.6機械預(yù)切槽法優(yōu)點：可減輕在硬巖爆破時振動的擴展；作業(yè)面開挖前可形成臨時拱，減小變形和沉降；工作條件清潔、安全利用機械化，適應(yīng)性強缺點：推進速度慢適用條件：市區(qū)隧道工程，松散地層和大斷面隧道第二十三頁，共87頁。第二十三頁，共87頁。7.2隧道爆破施工技術(shù)要求：按設(shè)計要求開挖出斷面；石碴塊度適中，拋擲范圍相對集中，便于裝碴運輸；鉆眼工作量少，掘進速度快，少占作業(yè)循環(huán)時間；減小對圍巖的震動破壞，以保證圍巖的穩(wěn)定；減少對施工用機具設(shè)備及支護結(jié)構(gòu)的破壞，減少對周圍環(huán)境的破壞。第二十四頁，共87頁。第二十四頁，共87頁。7.1.1爆破對固體介質(zhì)的破壞作用壓縮粉碎區(qū)半徑為R1范圍的區(qū)域。破裂區(qū)R2與R3之間的區(qū)域。震動區(qū)R2與R3之間的區(qū)域。R1R2R3

1.無限介質(zhì)的爆破作用第二十五頁，共87頁。第二十五頁，共87頁。臨空面又叫自由面，是指暴露在大氣中的開挖面。爆破漏斗

在有臨空面的情況下，炸藥爆破形成的一個圓錐形的爆破凹坑就叫爆破漏斗。

2.爆破基本概念第二十六頁，共87頁。第二十六頁，共87頁。最小抵抗線W

藥包中心到自由面的最小距離。爆破作用指數(shù)

爆破漏斗半徑r與最小抵抗線W的比值n（n=r/w）稱為爆破作用指數(shù)

n=1的爆破稱為標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破，其漏斗標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗；

n＞1的爆破稱為加強拋擲爆破或揚棄爆破；第二十七頁，共87頁。第二十七頁，共87頁。0.75<n<1的爆破稱為加強松動或減弱拋擲爆破；n≤0.75的爆破稱為松動爆破。第二十八頁，共87頁。第二十八頁，共87頁。7.2.2爆破材料

1.炸藥爆破材料：炸藥、起爆、傳爆材料。起爆傳爆材料：雷管、導(dǎo)火索、導(dǎo)爆管炸藥的性能：敏感度——熱、火焰、機械、爆轟爆速——炸藥爆炸時爆轟在炸藥內(nèi)部的傳播速度稱為爆速第二十九頁，共87頁。第二十九頁，共87頁。爆力（威力）——炸藥爆炸時對周圍介質(zhì)做功的能力稱為爆力。炸藥的爆力越大，其破壞能力越強，破壞的范圍及體積也越大。猛度——炸藥爆炸后對與之接觸的固體介質(zhì)的局部破壞能力稱為猛度。殉爆距離——一個藥包（主動藥包）爆炸后，能引起與它不相接觸的鄰近藥包（被動藥包）爆炸，這種現(xiàn)象稱為被動藥包的“殉爆”。第三十頁，共87頁。第三十頁，共87頁。爆炸穩(wěn)定性和臨界直徑、最佳密度、管道效應(yīng)臨界直徑——越小，穩(wěn)定性越好；最佳密度——炸藥爆炸最穩(wěn)定，爆速最大；管道效應(yīng)——藥卷與孔壁之間的間隙大到一定值后，會導(dǎo)致爆速下降，甚至斷爆。安定性——吸濕、結(jié)塊、揮發(fā)、滲油、老化、凍結(jié)化學(xué)分解等第三十一頁，共87頁。第三十一頁，共87頁。2、隧道工程中常用的炸藥銨梯炸藥漿狀（水膠）炸藥：抗水性強、密度高、爆炸威力大、原料廣、成本低和安全，常用于有水爆破。乳化炸藥：以硝酸銨、硝酸鈉水溶液與碳質(zhì)燃料通過乳化作用形成的乳脂狀混合炸藥。硝化甘油炸藥：抗水性強、密度高、爆炸威力大。第三十二頁，共87頁。第三十二頁，共87頁。硝銨炸藥第三十三頁，共87頁。第三十三頁，共87頁。

3.起爆傳爆材料導(dǎo)火索和火雷管導(dǎo)火索：又稱導(dǎo)火線，由藥芯和索殼組成。外徑5.2～5.8mm，藥芯為黑火藥?；鹄坠埽河脤?dǎo)火索噴出的火焰引爆的雷管。電雷管：主要由電發(fā)火裝置和一個火雷管組成。第三十四頁，共87頁。第三十四頁，共87頁。塑料導(dǎo)爆管與非電雷管塑料導(dǎo)爆管：塑料導(dǎo)爆管是用來傳遞微弱爆轟波給非電雷管，使之爆炸的傳爆材料之一非電雷管。非電雷管塑料導(dǎo)爆管第三十五頁，共87頁。第三十五頁，共87頁。導(dǎo)爆索和繼爆管

導(dǎo)爆索——又稱傳爆線，索芯用高烈性炸藥(黑索金或太安)制成。它經(jīng)雷管起爆后，可以直接引爆炸藥。傳爆速度一般為6800～7200m/s，外表涂成紅色或紅黃相間顏色。繼爆管——是一種專門與導(dǎo)爆索配合使用的，具有毫秒延期作用的起爆器材。第三十六頁，共87頁。第三十六頁，共87頁。塑料導(dǎo)爆管非電起爆網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)爆管起爆系統(tǒng)的組成元件第三十七頁，共87頁。第三十七頁，共87頁。①簇聯(lián)網(wǎng)路簇聯(lián)網(wǎng)路如同電爆的并聯(lián)網(wǎng)路一樣，把炮孔或藥包中非電毫秒雷管用一根導(dǎo)爆管延伸出來，然后把數(shù)根延伸出來的導(dǎo)爆管用連通管或傳爆雷管并在一起，如圖。并聯(lián)網(wǎng)路第三十八頁，共87頁。第三十八頁，共87頁。②串聯(lián)網(wǎng)路當(dāng)進行排間微差起爆時，即同一排的炮孔安放同一段別的毫秒雷管，不同排安放不同段別雷管，每排炮孔連接常采取串聯(lián)，如圖所示。串聯(lián)網(wǎng)路③并串聯(lián)網(wǎng)路并聯(lián)網(wǎng)路與串聯(lián)網(wǎng)路的結(jié)合組成并串網(wǎng)路，如圖所示。并串聯(lián)網(wǎng)路第三十九頁，共87頁。第三十九頁，共87頁。④復(fù)式網(wǎng)路為了確保起爆網(wǎng)路的準(zhǔn)爆可靠，為防止個別雷管或?qū)П芫鼙?，在每個炮中，尤其每個藥包中安放兩個非電雷管，相應(yīng)地從炮孔或藥包中引出兩根導(dǎo)爆管，孔外連接的連通管或傳爆雷管也需要兩個，相應(yīng)的導(dǎo)爆管也為雙根即可。如圖所示。復(fù)式并串聯(lián)網(wǎng)路第四十頁，共87頁。第四十頁，共87頁。爆破網(wǎng)絡(luò)2第四十一頁，共87頁。第四十一頁，共87頁。7.1.3隧道爆破設(shè)計掏槽眼——針對隧道開挖爆破只有一個臨空面的特點，為提高爆破效果，宜先在開挖斷面的適當(dāng)位置布置幾個掏槽炮眼；

輔助眼——位于掏槽炮眼與周邊炮眼之間的炮眼稱為輔助眼繼爆管；周邊眼——沿隧道周邊布置的炮眼稱為周邊眼。

1、炮眼的種類：第四十二頁，共87頁。第四十二頁，共87頁。

掏槽眼

輔助眼周邊眼第四十三頁，共87頁。第四十三頁，共87頁。2、掏槽眼的形式(1)斜眼掏槽

垂直楔形掏槽錐形掏槽第四十四頁，共87頁。第四十四頁，共87頁。(2)直眼掏槽——所有掏槽炮眼均垂直于開挖面的掏槽形式，稱為直眼掏槽。柱狀掏槽：充分利用大直徑空眼作為臨空孔和巖石破碎后的膨脹空間，使爆破后能形成柱狀槽口的掏槽爆破。柱狀掏槽第四十五頁，共87頁。第四十五頁，共87頁。螺旋形掏槽:中心眼為空眼，鄰近空眼的裝藥眼與空眼之間距離逐漸加大，其聯(lián)線呈螺旋形狀。

柱狀掏槽螺旋形掏槽第四十六頁，共87頁。第四十六頁，共87頁。影響直眼掏槽效果的因素眼距空眼裝藥輔助拋擲鉆眼質(zhì)量第四十七頁，共87頁。第四十七頁，共87頁。（3）混合掏槽復(fù)式掏槽升級掏槽分段掏槽第四十八頁，共87頁。第四十八頁，共87頁。3、隧道爆破參數(shù)設(shè)計（1）炮眼直徑直徑一般32~50mm；間隙一般為直徑的10%~15%（2）炮眼數(shù)量單位炸藥消耗量開挖斷面積裝藥系數(shù)炸藥單位長度質(zhì)量第四十九頁，共87頁。第四十九頁，共87頁。（3）炮眼深度影響因素圍巖穩(wěn)定性，避免超欠挖；鑿巖機技術(shù)參數(shù)；掘進循環(huán)安排確定方法斜眼掏槽：L=0.5~0.7B循環(huán)進尺：L=l/h循環(huán)時間：L=mvt/N第五十頁，共87頁。第五十頁，共87頁。（4）炸藥品種的選擇、用量及其分配炸藥品種的選擇炸藥的品種很多，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際的巖石情況及各種炸藥的性能進行選用。炸藥的用量用體積法計算用藥總量第五十一頁，共87頁。第五十一頁，共87頁。4、炮眼布置布置原則先布置掏槽眼，其次周邊眼，最后輔助眼；周邊眼應(yīng)嚴(yán)格按位置布置；輔助眼布置解決炮眼間距和最小抵抗線問題炮眼深度超2.5m，靠近周邊眼的內(nèi)圈輔助眼與周邊眼有相同的傾角；炮眼應(yīng)盡量垂直于層理面。第五十二頁，共87頁。第五十二頁，共87頁。炮眼布置方式直線形布眼(a)、(b)多邊形布眼

(c)弧形布眼(d)圓形布孔第五十三頁，共87頁。第五十三頁，共87頁。7.1.4周邊眼的控制爆破1、光面爆破:

光面爆破是通過正確確定周邊眼的各爆破參數(shù)，使爆破后的圍巖斷面輪廓整齊，最大限度地減輕爆破對圍巖的震動和破壞，盡可能維持圍巖原有完整性和穩(wěn)定性的爆破技術(shù)。光面爆破的分區(qū)起爆順序為：掏槽眼——輔助眼——周邊眼——底板眼第五十四頁，共87頁。第五十四頁，共87頁。光面爆破效果圖第五十五頁，共87頁。第五十五頁，共87頁。（1）光面爆破的標(biāo)準(zhǔn)開挖輪廓成形規(guī)則，巖面平整；圍巖壁上保存有50%以上的半面炮眼痕跡，無明顯爆破裂縫；超欠挖符合規(guī)定要求，圍巖壁上無危石等；第五十六頁，共87頁。第五十六頁，共87頁。（2）光面爆破的參數(shù)周邊眼間距E光面層厚度及炮眼密集系數(shù)K=E/W=0.8裝藥量周邊眼裝藥密度:0.15~0.25kg/m第五十七頁，共87頁。第五十七頁，共87頁。光面眼間距光面層厚度第五十八頁，共87頁。第五十八頁，共87頁。(3)光爆措施用低爆速、低猛度、低密度、傳爆性能好、爆炸威力大的炸藥；采用不耦合裝藥；周邊盡量同時起爆；嚴(yán)格控制裝藥密度，必要時可采取間隔裝藥。第五十九頁，共87頁。第五十九頁，共87頁。光爆參數(shù)參考值第六十頁，共87頁。第六十頁，共87頁。2、預(yù)裂爆破：預(yù)裂爆破實質(zhì)上是光面爆破的一種，其爆破原理與光面爆破相同，只是分區(qū)起爆順序不同。預(yù)裂爆破的分區(qū)起爆順序為：周邊眼——掏槽眼——輔助眼——底板眼。第六十一頁，共87頁。第六十一頁，共87頁。深孔預(yù)裂爆破技術(shù)第六十二頁，共87頁。第六十二頁，共87頁。7.1.5鉆爆施工

1.鉆眼鑿巖機鉆孔臺車風(fēng)動鑿巖機三臂臺車單臂臺車第六十三頁，共87頁。第六十三頁，共87頁。第六十四頁，共87頁。第六十四頁，共87頁。臺車鉆孔施工第六十五頁，共87頁。第六十五頁，共87頁。3、堵塞及起爆炮泥：砂子和黏土混合物堵塞長度：與炮眼直徑和最小抵抗線有關(guān)起爆：多導(dǎo)管起爆系統(tǒng)2、裝藥第六十六頁，共87頁。第六十六頁，共87頁。4、起爆順序及時差第六十七頁，共87頁。第六十七頁，共87頁。5、盲炮的預(yù)防和處理產(chǎn)生原因預(yù)防處理第六十八頁，共87頁。第六十八頁，共87頁。6隧道爆破開挖中的超欠挖問題產(chǎn)生超欠挖的原因圍巖層理與節(jié)理。測量放樣誤差。炮眼開挖位置的準(zhǔn)確性。鑿巖機體構(gòu)造的影響。爆破方法與參數(shù)。第六十九頁，共87頁。第六十九頁，共87頁?？刂瞥吠诘闹饕胧┯校焊鶕?jù)地質(zhì)條件選擇合適的爆破方法和鉆爆參數(shù)。光面爆破應(yīng)使用低密度、低爆速、低猛度、高爆力的炸藥。測量放樣要正確。加強鉆孔技術(shù)管理，提高鉆孔精度。建立健全開挖、測量、爆破質(zhì)量管理檢查制度。第七十頁，共87頁。第七十頁，共87頁。第七十一頁，共87頁。第七十一頁，共87頁。第七十二頁，共87頁。第七十二頁，共87頁。裝碴運輸作業(yè)三大環(huán)節(jié)：裝碴、運輸和卸碴。碴量計算出碴量應(yīng)為開挖后的虛碴體積，單循環(huán)爆破后石碴量可按下式計算：（m3）7.3裝碴與運輸7.3.1裝碴

第七十三頁，共87頁。第七十三頁，共87頁。裝渣方式

裝渣的方式可采用人力裝渣或機械裝渣。裝渣機械

翻斗式、鏟斗式、蟹爪式、挖斗式裝渣機的走行方式有軌道走行和輪胎走行兩種。第七十四頁，共87頁。第七