一種公路隧道靜態爆破施工方法

2023-05-22 02:17:11

專利名稱:一種公路隧道靜態爆破施工方法
技術領域：
本發明涉及公路隧道施工技術領域：
，更具體涉及一種公路隧道靜態爆破施工方法。
背景技術：
隨著我國交通建設的發展，越來越多的公路線路與既有交通工程和居民建築等出現近接相交、相互穿越現象，一些公路隧道臨近城市和居民密集區，採用常規鑽爆技術將嚴重威脅鄰近建築安全，影響居民生產和生活。如新建大麗高速公路龍翔隧道出口端屬於居民密集區，民用建築較多，且隧道與下方鐵路隧道近距離交叉，且洞口在在不穩定邊坡，為保證周邊建築及洞口邊坡安全，隧洞設計不能採用常規鑽爆法開挖施工，因此隧道採用挖掘機和人工開挖相結合，進度十分緩慢，且遇到堅硬孤石或大塊堅硬砂巖時挖不動而造成施工停滯，最大月進尺僅為18m，嚴重影響施工工期，增加施工成本。目前已有的隧道靜態爆破技術普遍存在破巖能力低、施工安全性差，效率低下，不能適應工程建設要求等問題。因此迫切需要發明一種破巖效率高、施工安全，不產生爆破震動波，易於操作和施工，並適用於公路隧道的靜態爆破施工方法。

發明內容
本發明的目的是在於提供了一種公路隧道靜態爆破施工方法，該支護方法基於靜態爆破破巖機理，其突出特點是破巖過程安全高效，不產生爆破震動、空氣衝擊波、飛石、噪音、有毒氣體和粉塵等危害，該方法簡便易行，操作簡單，效果明顯，成本相對較低。
為了實現上述的目的，本發明採用以下技術措施:
一種高地應力軟 巖公路隧道靜態爆破施工方法，其步驟是:
1、制定隧道開挖方式:
根據圍巖類別採用不同隧道開挖方式。當圍巖為V級時，採用三臺階法開挖，上臺階、中臺階、下臺階高度分別取值3 4m、3 5m、4 6m,每循環進尺取I 2m,上臺階、中臺階、下臺階開挖高度與循環進尺應結合具體情況進行調整。為加快施工進度，宜分別在上臺階、中臺階、下臺階臺階布置工作面，工作面錯開距離取10 50m。
當圍巖為IV和III級時，採用上臺階、下臺階法開挖，上臺階、下臺階臺階高度分別取值4 6m、5 8m,每循環進尺取1.5 3m,上臺階、下臺階錯開距離取30 50m。
此處圍巖分級採用《公路隧道設計規範JTG D70-2004))中規定方法。
2、掏槽眼施工:
掏槽眼施工採用菱形掏槽和楔形掏槽方式。
當圍巖為V級時，採用菱形掏槽方式。首先在上臺階中間位置採用ΦΙΟΟπιπι鑽頭平行於硐室中心線鑽5個鑽孔，不裝靜力破碎劑，採用液壓分裂機破裂圍巖，作為下一步靜態破碎圍巖自由面。
當圍巖為IV和III級時，採用楔形分段複式掏槽方式，首層掏槽應遵循大角度(30° 60° )短進尺(80 120cm)的原則，掏槽的孔底部分儘量做到相近、相交而不穿，同側的每層掏槽眼要求在同一平面上以利於巖體進行分解，為下步掏槽創造臨空面。
3、液壓分裂機分裂破巖，形成開挖自由面:
掏槽眼施工完畢後，採用液壓式巖石分裂機沿掏槽眼分裂巖石，形成下步開挖自由面。
4、上臺階輔助眼及周邊眼施工:
輔助眼及周邊眼鑽孔採用Φ42πιπι直徑鑽頭，鑽孔方向垂直於掌子面，炮孔間距30 50cm,排距 40 60cm。
鑽眼過程中，輔助眼採用垂直眼，周邊眼採用斜孔口距開挖輪廓線5cm，孔底落在開挖輪廓線上，同一排鑽孔要布置在同一平面上。
靜態爆破劑裝藥時採取全孔長裝藥方式，先裝輔助破碎孔，再裝周邊孔。根據鑽孔數多少，可採用一次性鑽眼，分片裝藥破碎的方法，確保安全和每個孔內藥劑的最大膨脹壓基本保持同期出現。裝藥前應用高壓風將鑽孔內餘水和餘渣吹洗乾淨，做到孔中旁乾淨無土無渣。
5、中臺階、下臺階輔助眼及周邊眼施工:
中臺階和下臺階部分開挖可利用上步開挖空間作為自由面，每循環進尺為1.5
3.0m。在上步開挖底部垂直向下打孔,豎向鑽孔深度1.0 2.0m,間距30 50cm,排距40 60cm。中臺階和下臺階部分開挖分2次碎裂巖石，即首先脹裂最上面兩排鑽孔，然後脹裂剩餘鑽孔。
當中臺階或下臺階厚度較大(> 3m) 一次不能全部爆破完成時,採用分層爆破施工。即首先爆破上層巖石，並採用挖掘機將上層已爆破鬆動巖石清除，然後採用鑽孔機沿開挖面垂直向下打孔，完成新一輪次靜態爆破鑽孔，裝填靜態爆破劑(採用藥卷式靜態爆破齊U，如四川宜賓產超力牌靜態破碎劑)，完成圍巖爆破施工。
6、靜爆出渣與洞周修邊:
當一個循環進尺範圍內圍巖全部爆破完畢後，採用挖掘機、裝載機相結合方式清除全部開挖巖石。同時檢查洞周圍巖與形狀，採用挖掘機清除危巖；對於小塊(尺寸小於0.3mX0.3mX0.3m)欠挖部位，採用挖掘機開挖修邊到位；對於大塊(尺寸大於0.3mX 0.3mX 0.3m)欠挖部位，採用鑽孔機補打靜態爆破孔，實施靜態爆破，並結合液壓破碎錘逐步開挖修邊到位。
7、循環作業:
不同臺階(上臺階、中臺階、下臺階)開挖工作面分別滯後一定距離(10 50m，根據施工需要確定)平行作業，有效利用工作面空間，加快施工進度。
本發明與現有技術相比，具有以下優點和效果:
1、採用液壓巖石分裂機破巖+靜態爆破聯合開挖方法，破巖能力強，破巖效率高。該方法採用機械式破巖與靜態爆破劑破巖相結合，對於大塊堅硬巖石也能破除，具有較強的適應性，特別適合於有特殊施工要求的公路隧道。
2、該靜態爆破施工方法無震動、無噪音，不產生飛石，對臨近建築和居民區不產生任何震動影響；採用該發明方法，在V類圍巖地段，隧道月平均開挖進尺可達120 160m;在IV類圍巖地段，隧道月平均開挖進尺可達160 200m。[0030]3、該發明方法技術易行，施工安全可靠，可有效降低工程造價成本。


圖1為一種三臺階法開挖設計圖。
圖2為一種上下臺階法開挖設計圖。
圖3為一種菱形掏槽設計圖。
圖4為一種楔形分段複式掏槽設計圖。
圖5為一種V類圍巖上臺階鑽孔布置圖。
圖6為一種下(中)臺階鑽孔布置如所示。其中:1-初次襯砌；2_ 二次襯砌；3_上臺階(V級圍巖)；4_中臺階(V級圍巖)；5-下臺階(V級圍巖)；6-上臺階(IV級圍巖)；7-下臺階(IV級圍巖)；8-菱形掏槽眼；9_楔形掏槽眼；10_上臺隊輔助眼；11_上臺階周邊眼；12_下(中)臺階輔助眼；13_下(中)臺階周邊眼。
具體實施方式
實施例1:
下面結合一隧道具體施工案例和附圖對本發明作進一步詳細描述:
一種高地應力軟巖公路隧道靜態爆破施工方法，其步驟是:
1、制定隧道開挖方式:
隧道洞型及支護型式如圖1、圖2所示(I為隧道初次襯砌，2為隧道二次襯砌)。
根據圍巖類別採用不同隧道開挖方式。當圍巖為V級時(圍巖分級根據《公路隧道設計規範JTG D70-2004》)，採用三臺階法(見圖1)開挖，上臺階3、中臺階4、下臺階5高度分別取值3.5m、3.5m、5.0m,每循環進尺取1.5m,臺階開挖高度與循環進尺應結合具體情況進行調整。為加快施工進度，宜分別在上臺階3、中臺階4、下臺階5分別布置工作面平行作業，中臺階與上臺階工作面錯開距離取值15m，下臺階與上臺階工作面錯開距離取40m。
當圍巖為IV和III級時(圍巖分級根據《公路隧道設計規範JTG D70-2004》)，採用上臺階6、下臺階7法開挖,上臺階6、下臺階7高度分別取值5.0m、7.0m,每循環進尺取2.0m,上臺階6、下臺階7工作面錯開距離取40m。
2、掏槽眼施工:
掏槽眼施工採用菱形掏槽(圖3)和楔形掏槽(圖4)方式。
當圍巖為V級時，採用菱形掏槽方式。首先在上臺階(3)中間位置採用ΦΙΟΟπιπι鑽頭平行於硐室中心線鑽5個鑽孔菱形掏槽，為菱形掏槽眼8，不裝靜態爆破劑，採用液壓分裂機破裂圍巖，作為下一步靜態破碎圍巖自由面。
當圍巖為IV和III級時，採用楔形分段複式掏槽方式。楔形掏槽眼9首層鑽孔應遵循大角度(45° )短進尺(120cm)的原則，掏槽的孔底部分儘量做到相近、相交而不穿，同側的每層掏槽眼要求在同一平面上以利於巖體進行分解，為下步掏槽創造臨空面。
3、液壓分裂機分裂破巖，形成開挖自由面:
掏槽眼施工完畢後，採用液壓式巖石分裂機沿掏槽眼分裂巖石，形成下步開挖自由面。[0051]4、上臺階3和上臺階6輔助眼10及周邊眼11施工
V類圍巖上臺階3鑽孔布置如圖5所示。
輔助眼10及周邊眼11鑽孔採用Φ42πιπι直徑鑽頭，鑽孔方向垂直於掌子面，炮孔間距40cm，排距50cm。鑽眼過程中，輔助眼10採用垂直眼，周邊眼11採用斜孔口距開挖輪廓線5cm，孔底落在開挖輪廓線上，同一排鑽孔要布置在同一平面上。
靜態爆破劑採用藥卷型巖石靜態破碎劑。裝藥時全孔長裝藥，先裝輔助破碎孔，再裝周邊孔。根據鑽孔數多少，可採用一次性鑽眼，分片裝藥破碎的方法，確保安全和每個孔內藥劑的最大膨脹壓基本保持同期出現。裝藥前應用高壓風將鑽孔內餘水和餘渣吹洗乾淨，做到孔中旁乾淨無土無渣。
5、下臺階5和下臺階7 (中臺階4)臺階輔助眼12及周邊眼13施工:
下臺階5和下臺階7 (中臺階4)臺階鑽孔布置如圖6所示。
中臺階4和下臺階5和下臺階7部分開挖可利用上步開挖空間作為自由面，每循環進尺為2.4m。在上步開挖底部垂直向下打孔，豎向鑽孔深度1.3m,間距40cm，排距50cm。中臺階4和下臺階5和下臺階7部分開挖分2次碎裂巖石，即首先脹裂最上面兩排鑽孔，然後脹裂剩餘鑽孔。
當臺階厚度較大一次不能全部爆破完成時，採用分層爆破施工。即首先爆破上層巖石，並採用挖掘機將上層已爆破鬆動巖石清除，然後採用鑽孔機沿開挖面垂直向下打孔，完成新一輪次靜態爆破鑽孔，裝填靜態爆破劑，完成圍巖爆破施工。
6、靜爆出渣與洞周修邊:當一個循環進尺範圍內圍巖全部爆破完畢後，採用挖掘機、裝載機相結合方式清除全部開挖巖石。同時檢查洞周圍巖與形狀，採用挖掘機清除危巖；對於小塊(尺寸小於0.3m X 0.3m X 0.3m)欠挖部位，採用挖掘機開挖到位；對於大塊(尺寸大於
0.3mX 0.3mX 0.3m)欠挖部位，採用鑽孔機補打靜態爆破孔，實施靜態爆破，並結合液壓破碎錘逐步開挖到位。
7、循環作業:
對於V類圍巖，分別在上臺階3、中臺階4、下臺階5布置平行作業工作面，中臺階4與上臺階3錯開距離15m，下臺階5與上臺階3錯開距離40m。
對於IV類圍巖，分別在上臺階6、下臺階7布置平行作業工作面，上臺階6與下臺階7錯開距離40m。
各工作面形成流水作業，有效利用工作面空間，加快施工進度。
權利要求
1.一種高地應力軟巖公路隧道靜態爆破施工方法，其步驟是: A、制定隧道開挖方式: 根據圍巖類別採用不同隧道開挖方式，圍巖為V級時，採用三臺階法開挖，上臺階(3)、中臺階(4)、下臺階(5)高度分別取值3 4m、3 5m、4 6m,每循環進尺取I 2m,上臺階(3)、中臺階(4)、下臺階(5)開挖高度與循環進尺應結合具體情況進行調整，為加快施工進度，分別在上臺階(3)、中臺階(4)、下臺階(5)臺階布置工作面，工作面錯開距離取10 50m ； 圍巖為IV和III級時，採用上臺階(3)、下臺階(5)開挖，上臺階(3)、下臺階(5)臺階高度分別取值4 6m、5 8m,每循環進尺取1.5 3m,上臺階(3)、中臺階(4)、下臺階(5)錯開距離取30 50m ； B、掏槽眼施工: 掏槽眼施工採用菱形掏槽和楔形掏槽方式: 圍巖為V級時，採用菱形掏槽方式。首先在上臺階(3)中間位置採用ΦΙΟΟπιπι鑽頭平行於硐室中心線鑽5個鑽孔，不裝靜力破碎劑，採用液壓分裂機破裂圍巖，作為下一步靜態破碎圍巖自由面； 圍巖為IV和III級時，採用楔形分段複式掏槽方式，首層掏槽應遵循大角度30° 60°，短進尺80 120cm，掏槽的孔底部分儘量做到相近、相交而不穿，同側的每層掏槽眼要求在同一平面上以利於巖體進行分解，為下步掏槽創造臨空面； C、液壓分裂機分裂破巖，形成開挖自由面: 掏槽眼施工完畢後，採用液壓式巖石分裂機沿掏槽眼分裂巖石，形成下步開挖自由面； D、上臺階(3)和上臺階(6)輔助眼(10)及周邊眼(11)施工: 輔助眼(10)及周邊眼(11)鑽孔採用Φ42πιπι直徑鑽頭，鑽孔方向垂直於掌子面，炮孔間距30 50cm,排距40 60cm ； 鑽眼過程中，輔助眼(10)採用垂直眼，周邊眼(11)採用斜孔口距開挖輪廓線5cm，孔底落在開挖輪廓線上，同一排鑽孔要布置在同一平面上； 靜態爆破劑裝藥時採取全孔長裝藥方式，先裝輔助破碎孔，再裝周邊孔，根據鑽孔數，採用一次性鑽眼，分片裝藥破碎的方法，確保安全和每個孔內藥劑的最大膨脹壓保持同期出現，裝藥前應用 高壓風將鑽孔內餘水和餘渣吹洗乾淨，做到孔中旁乾淨無土無渣； E、下臺階(5)和中臺階(4)輔助眼(12)及周邊眼(13)施工: 中臺階(4)和下臺階(5)部分開挖利用上步開挖空間作為自由面，每循環進尺為1.5 ·3.0m,在上步開挖底部垂直向下打孔,豎向鑽孔深度1.0 2.0m,間距30 50cm,排距40 ·60cm，中臺階(4)和下臺階(5)開挖分2次碎裂巖石，首先脹裂最上面兩排鑽孔，然後脹裂剩餘鑽孔； 中臺階(4 )或下臺階(5 )厚度一次不能全部爆破完成時，採用分層爆破施工，首先爆破上層巖石，採用挖掘機將上層已爆破鬆動巖石清除，然後採用鑽孔機沿開挖面垂直向下打孔，完成新一輪次靜態爆破鑽孔，裝填靜態爆破劑，完成圍巖爆破施工； F、靜爆出渣與洞周修邊: 一個循環進尺範圍內圍巖全部爆破完畢後，採用挖掘機、裝載機相結合方式清除全部開挖巖石，同時檢查洞周圍巖與形狀，採用挖掘機清除危巖；對於小塊:尺寸小於0.3m X 0.3m X 0.3m欠挖部位，採用挖掘機開挖修邊到位；對於大塊:尺寸大於.0.3mX 0.3mX 0.3m欠挖部位，採用鑽孔機補打靜態爆破孔，實施靜態爆破，並結合液壓破碎錘逐步開挖修邊到位； G、循環作業: 上臺階(3)、中臺階(4)、下臺階(5)開挖工作面分別滯後一定距離:10 50m，平行作業，利用工作面空間，加快 施工進度。
專利摘要
本發明公開了一種高地應力軟巖公路隧道靜態爆破施工方法，其步驟1、制定隧道開挖方式。圍巖為Ⅴ級時，採用三臺階法開挖；圍巖為Ⅳ和Ⅲ級時，採用上下臺階法開挖。2、掏槽眼施工。根據圍巖級別不同，掏槽眼施工採用菱形掏槽和楔形掏槽方式。3、液壓分裂機分裂破巖，形成開挖自由面。掏槽眼施工完畢後，採用液壓式巖石分裂機沿掏槽眼分裂巖石，形成下步開挖自由面。4、上臺階輔助眼及周邊眼施工。5、下(中)臺階輔助眼及周邊眼施工。6、靜爆出渣與洞周修邊。7、循環作業。該方法破巖能力強，破巖效率高，對不同圍巖具有較強的適應性，技術易行，施工安全可靠，特別適合於有特殊施工要求的公路隧道。
文檔編號F42D3/00GKCN103234403SQ201310144872
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月24日
發明者湯華, 孫喬寶, 唐平祥, 趙棟琪, 李懷珍, 趙燦元, 戴永浩, 吳振君, 杜江梅 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan