隧道洞身开挖光面爆破施工技术培训教材课件

隧道洞身开挖隧道洞身开挖隧道洞身开挖隧道洞身开挖光面爆破施工技术光面爆破施工技术光面爆破施工技术光面爆破施工技术京沈京冀客专京沈京冀客专标二工区标二工区 主要内容主要内容 三、设备机具配置三、设备机具配置一、隧道洞身开挖技术要求一、隧道洞身开挖技术要求 四、质量控制及检验四、质量控制及检验二、光面爆破施工工艺二、光面爆破施工工艺l隧道施工应坚持隧道施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测量测”的原则，采用钻爆法开挖，严格控制炮眼深度、装的原则，采用钻爆法开挖，严格控制炮眼深度、装药量、并严格控制超欠挖。药量、并严格控制超欠挖。l光面爆破适用于光面爆破适用于级以内的围岩，根据本标段围岩状况，级以内的围岩，根据本标段围岩状况，正洞隧道正洞隧道级围岩采用全断面法开挖；级围岩采用全断面法开挖；级围岩（采用台级围岩（采用台阶法开挖。阶法开挖。一、隧道一、隧道洞身开挖技术要求洞身开挖技术要求1 1 全断面开挖施工工序及工艺流程全断面开挖施工工序及工艺流程图图1 1 全断面法施工工艺流程全断面法施工工艺流程级围岩（级围岩（aa、bb）采用全断）采用全断面法施工，每循面法施工，每循环进尺不超过环进尺不超过3.5m3.5m，隧道开挖，隧道开挖后及时施作初期后及时施作初期支护。全断面法支护。全断面法施工工艺流程见施工工艺流程见图图1 1，施工工序，施工工序示意图见图示意图见图2 2。1.1 1.1 全断面法施工工序全断面法施工工序图图2 2 全断面施工工序示意图全断面施工工序示意图1-1-全断面开挖；全断面开挖；-施作初期支护；施作初期支护；2-2-隧道底部开挖；隧道底部开挖；-仰拱浇筑；仰拱浇筑；-施作拱墙施作拱墙二次衬砌。二次衬砌。2 2 台阶法开挖施工工序及工艺流程台阶法开挖施工工序及工艺流程图图3 3 台阶法施工工艺流程台阶法施工工艺流程级围岩采用级围岩采用台阶法开挖，台阶法开挖，锚喷支护施工锚喷支护施工方法。方法。台阶法台阶法施工工艺流程施工工艺流程见图见图3，施工，施工工序示意图见工序示意图见图图4。2.12.1台阶法施工工序台阶法施工工序图图4 4 台阶法施工工序示意图台阶法施工工序示意图1-上台阶开挖；上台阶开挖；-上台阶初期支护；上台阶初期支护；2-下台阶开挖；下台阶开挖；-下台阶初期支护；下台阶初期支护；3-仰拱开挖；仰拱开挖；-仰拱衬砌；仰拱衬砌；-拱墙衬砌。拱墙衬砌。3 3 洞身开挖断面尺寸计算洞身开挖断面尺寸计算表表1 1 开挖断面参数表开挖断面参数表二、光面爆破施工工艺二、光面爆破施工工艺2 2 设备技术：设备技术：采用自制开挖台车采用自制开挖台车配合凿岩机配合凿岩机，非电毫秒雷管光，非电毫秒雷管光面爆破技术。面爆破技术。1 1 光面爆破定义：光面爆破定义：隧道光面爆破是支撑新奥法原理的重要技术之隧道光面爆破是支撑新奥法原理的重要技术之一，通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，分一，通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，分区分段爆破，最终达到有效控制轮廓平整的爆破技区分段爆破，最终达到有效控制轮廓平整的爆破技术。术。2.1 2.1 光面爆破开挖光面爆破开挖1 1测量放样测量放样 开挖前应先进行测量放样，控制开挖的中线引至开挖部位开挖前应先进行测量放样，控制开挖的中线引至开挖部位掌子面，确定开挖轮廓。测量人员定出隧道中线和开挖轮廓线，掌子面，确定开挖轮廓。测量人员定出隧道中线和开挖轮廓线，用红油漆按炮孔布置图画出炮眼位置，经检测合格后方可施工。用红油漆按炮孔布置图画出炮眼位置，经检测合格后方可施工。2 2设备设备 开挖作业照明安装，钻眼机具到位，高压风水管的连接，开挖作业照明安装，钻眼机具到位，高压风水管的连接，做好洞内、外排水系统，保证排水畅通，规划弃渣场位置，布做好洞内、外排水系统，保证排水畅通，规划弃渣场位置，布设出渣路线，出渣设备准备。设出渣路线，出渣设备准备。本标段隧道开挖采用装载机拖动行走简易台车，该台车制本标段隧道开挖采用装载机拖动行走简易台车，该台车制作简单、使用灵活方便、刚度大、炮眼位置及方向容易控制，作简单、使用灵活方便、刚度大、炮眼位置及方向容易控制，并且可以同时满足并且可以同时满足30 30 台以上台以上YT-28 YT-28 风动凿岩机同时作业。风动凿岩机同时作业。2.2 2.2 爆破器材的选定爆破器材的选定 本工程选用低密度、低爆速、威力适中、匹配性好、防水本工程选用低密度、低爆速、威力适中、匹配性好、防水性能好、易于切割分装成小卷的性能好、易于切割分装成小卷的2#2#岩石乳化炸药，该炸药直径岩石乳化炸药，该炸药直径32mm32mm，每卷长，每卷长200mm200mm，每卷重量，每卷重量150g150g，引爆器材选用国产系列非，引爆器材选用国产系列非电毫秒延期雷管。电毫秒延期雷管。毫秒爆破与秒延期、瞬发爆破相比，有如下优点：毫秒爆破与秒延期、瞬发爆破相比，有如下优点：(1)(1)一次爆破可以增加起爆雷管个数，缩短爆破时间和炮一次爆破可以增加起爆雷管个数，缩短爆破时间和炮后检查时间，提高效率。后检查时间，提高效率。(2)(2)提高爆破作业的安全性。与瞬发电雷管相比，一次装提高爆破作业的安全性。与瞬发电雷管相比，一次装药一次起爆和严禁两台发爆器同时在一个工作面爆破等制度的药一次起爆和严禁两台发爆器同时在一个工作面爆破等制度的实施。实施。(3)(3)具有补充破碎作用，在采用毫秒爆破时，由于各组药具有补充破碎作用，在采用毫秒爆破时，由于各组药包起爆间隔时间很短，前、后组药包先后爆破的岩石相互碰撞包起爆间隔时间很短，前、后组药包先后爆破的岩石相互碰撞进行补充破碎，提高岩石的破碎程度。进行补充破碎，提高岩石的破碎程度。2.2 2.2 爆破器材的选定爆破器材的选定毫秒爆破与秒延期、瞬发爆破相比，有如下优点：毫秒爆破与秒延期、瞬发爆破相比，有如下优点：(4)(4)降低单位炸药消耗量。药包爆破时，对周围岩体的残余降低单位炸药消耗量。药包爆破时，对周围岩体的残余应力需要经过一定的时间才会消失，因此应力需要经过一定的时间才会消失，因此，后，后药包以毫秒间隔先药包以毫秒间隔先后爆破时，就会出现应力迭加，扩大炸药的破岩范围。实验资料后爆破时，就会出现应力迭加，扩大炸药的破岩范围。实验资料证实，采用毫秒爆破，如果每个炮眼的装药量不变，则炮眼间距证实，采用毫秒爆破，如果每个炮眼的装药量不变，则炮眼间距和最小抵抗可以相应增加和最小抵抗可以相应增加1010一一20%20%。(5)(5)降低爆破时产生的地震作用。降低爆破时产生的地震作用。毫秒延期雷管：毫秒延期雷管：是段间隔为十几毫秒至数百毫秒的延期电雷管。是一种是段间隔为十几毫秒至数百毫秒的延期电雷管。是一种短延期雷管。短延期雷管。2.2.1 2.2.1 毫秒延期雷管毫秒延期雷管毫秒延期雷管：毫秒延期雷管：是间隔为十几毫是间隔为十几毫秒至数百毫秒的延期电雷管。是秒至数百毫秒的延期电雷管。是一种短延期雷管。国产毫秒延期一种短延期雷管。国产毫秒延期雷管段别（雷管段别（1-201-20段）。段）。表表3 3 毫秒雷管段别对应时间表毫秒雷管段别对应时间表2.3 2.3 爆破参数爆破参数1 1光面爆破效果光面爆破效果 光面爆破对围岩扰动小，又尽可能保存了围岩自身原有的光面爆破对围岩扰动小，又尽可能保存了围岩自身原有的承载能力，从而改善了衬砌结构的受力状况；由于围岩轮廓圆承载能力，从而改善了衬砌结构的受力状况；由于围岩轮廓圆顺、壁面平整，减少了应力集中和局部落石、掉块现象。确定顺、壁面平整，减少了应力集中和局部落石、掉块现象。确定合理的光面爆破参数，是获得良好光面爆破效果的重要保证。合理的光面爆破参数，是获得良好光面爆破效果的重要保证。2 2光面爆破的主要参数有：光面爆破的主要参数有：周边眼间距（周边眼间距（E E）；）；周边眼密集系数（周边眼密集系数（K K）；）；最小抵抗线（最小抵抗线（W W）；）；不耦合系数（不耦合系数（D D）；）；装药集中度（装药集中度（）。）。不耦合系数：不耦合系不耦合系数：不耦合系数等于炮孔直径除以药数等于炮孔直径除以药包直径。包直径。2.3.1 2.3.1 爆破参数确定爆破参数确定1 1参数确定方法：参数确定方法：光面爆破受多种光面爆破受多种因素影响，包括围岩因素影响，包括围岩整体性、节理、层理整体性、节理、层理等地质因素，爆破参等地质因素，爆破参数进行现场设计动态数进行现场设计动态调整。每一调整。每一循环爆破循环爆破参数均根据参数均根据上一循环上一循环爆破效果以及本循环爆破效果以及本循环围岩特征做出调整，围岩特征做出调整，上一上一循环即下循环即下一循环一循环的预设计和试爆破。的预设计和试爆破。图图 光面爆破设计流程图光面爆破设计流程图 2.3.1 2.3.1 爆破参数确定爆破参数确定2 2参数确定方法：参数确定方法：无试验条件时，可参照下表选用。无试验条件时，可参照下表选用。表表2 光面爆破参数光面爆破参数 注：注：1 1、表中所列参数适用于炮眼深度、表中所列参数适用于炮眼深度1.01.03.5m,3.5m,炮眼直径炮眼直径404050mm,50mm,药卷直径药卷直径202035mm35mm。2 2、当断面较小或围岩软弱、破碎或对曲线、折线开挖成形要求较高时，、当断面较小或围岩软弱、破碎或对曲线、折线开挖成形要求较高时，周边眼间距周边眼间距E E应取较小值。应取较小值。3 3、周边眼抵抗线、周边眼抵抗线W W值在一般情况下均应大于周边眼间值在一般情况下均应大于周边眼间距距E E值。软岩在取较小值。软岩在取较小E E值时，值时，W W值应适当增大。值应适当增大。4 4、E/WE/W：软岩取小值，硬岩及断：软岩取小值，硬岩及断面小时取大值。面小时取大值。5 5、表列装药集中度、表列装药集中度q q为为2 2号岩石乳化炸药，选用其它类型炸药时，号岩石乳化炸药，选用其它类型炸药时，应修正。应修正。2.3.2 2.3.2 炮孔布置炮孔布置周边眼：周边眼：周边眼应沿隧道开挖轮廓线布置，保证开挖断面符合设计要求，周边眼应沿隧道开挖轮廓线布置，保证开挖断面符合设计要求，硬岩开眼位置在轮廓线上，软岩可向内偏硬岩开眼位置在轮廓线上，软岩可向内偏5 510cm10cm。底板和仰拱底面采。底板和仰拱底面采用预留光爆层爆破，用预留光爆层爆破，级围岩段的中心水沟应与隧底光爆层同时爆破级围岩段的中心水沟应与隧底光爆层同时爆破成形。成形。辅助眼及掏槽眼：辅助眼及掏槽眼：辅助眼交错均匀布置在周边眼和掏槽眼之间，力求爆破出的石块辅助眼交错均匀布置在周边眼和掏槽眼之间，力求爆破出的石块块度适合装渣需要。周边炮眼与辅助炮眼的眼底应在同一垂直面上，块度适合装渣需要。周边炮眼与辅助炮眼的眼底应在同一垂直面上，掏槽炮眼加深掏槽炮眼加深101020cm20cm。当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度，使周边眼和当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度，使周边眼和辅助眼眼底在同一垂直面上。辅助眼眼底在同一垂直面上。钻爆设计内容包括：炮眼（掏槽眼、辅助眼、周边眼、底眼）钻爆设计内容包括：炮眼（掏槽眼、辅助眼、周边眼、底眼）的布置、深度、斜率、和数量，爆破器材、装药量和装药结构，起的布置、深度、斜率、和数量，爆破器材、装药量和装药结构，起爆方法和爆破顺序，钻眼机具和钻眼要求。爆方法和爆破顺序，钻眼机具和钻眼要求。2.3.3 2.3.3 全断面开挖光爆设计图全断面开挖光爆设计图说明：说明：1 1、本设计参数适用于、本设计参数适用于级围岩全断面开挖。采级围岩全断面开挖。采用凿岩台车打眼，用凿岩台车打眼，非电毫秒雷管光面爆破施工。周边眼采用小直径非电毫秒雷管光面爆破施工。周边眼采用小直径药卷间隔装药卷间隔装药，导爆索引爆。药，导爆索引爆。2 2、施工中应根据围岩变化情况不断调整修改爆、施工中应根据围岩变化情况不断调整修改爆破参数。破参数。全断面开挖法爆破设计图全断面开挖法爆破设计图2.3.4 2.3.4 台阶法开挖光爆设计图台阶法开挖光爆设计图附注附注:1 1、单位：、单位：cmcm（图中（图中数字为雷管段数）数字为雷管段数）2 2、本图仅供施工参、本图仅供施工参考。考。3 3、在施工过程中要、在施工过程中要进行试爆，并根据进行试爆，并根据实际情况调整爆破实际情况调整爆破参数。参数。2.3.4 2.3.4 台阶法开挖光爆设计图台阶法开挖光爆设计图附注附注:1 1、单位：、单位：cmcm（图中数字为（图中数字为雷管段数）雷管段数）2 2、本图仅供施、本图仅供施工参考。工参考。3 3、在施工过程、在施工过程中要进行试爆，中要进行试爆，并根据实际情并根据实际情况调整爆破参况调整爆破参数。数。2.4 2.4 钻孔作业钻孔作业钻孔要求：钻孔要求：钻眼前，钻工要熟悉炮布置图严格按钻爆设计实施。钻眼前，钻工要熟悉炮布置图严格按钻爆设计实施。定人定位，周边眼、掏槽眼由经验丰富的钻工打钻。准确定人定位，周边眼、掏槽眼由经验丰富的钻工打钻。准确定位凿岩机钻杆，使钻孔位置误差不大于定位凿岩机钻杆，使钻孔位置误差不大于15cm15cm，保持钻孔方，保持钻孔方向平行，严禁相互交错。向平行，严禁相互交错。周边眼钻孔外插角控制：孔深小于周边眼钻孔外插角控制：孔深小于3m3m时外插角的斜率宜为时外插角的斜率宜为孔深的孔深的5%5%；孔深大于；孔深大于3 3米时外插角斜率宜为孔深的米时外插角斜率宜为孔深的3%3%；使两使两茬炮接口处台阶不大于茬炮接口处台阶不大于15cm15cm；外插角的方向应与该点的轮廓线；外插角的方向应与该点的轮廓线的法线方向一致。的法线方向一致。施工顺序：施工顺序：测量放样测量放样确定孔位确定孔位钻孔钻孔装药连线装药连线 测量放样：测量放样：周边轮廓线和炮眼的放样宜采用隧道激光断面仪或其他类周边轮廓线和炮眼的放样宜采用隧道激光断面仪或其他类似的仪器，似的仪器，周边轮廓线的放样允许误差为周边轮廓线的放样允许误差为2cm2cm。硬岩在轮廓线上，软岩可向内偏移硬岩在轮廓线上，软岩可向内偏移5-10cm5-10cm。2.5 2.5 装药装药 周边眼周边眼是实现光面爆破的重要条件是实现光面爆破的重要条件，应严格，应严格控制周边眼的装控制周边眼的装药量，采用药量，采用反向装药反向装药结构，结构，间隔装药（间隔装药（间距小于间距小于殉爆距离殉爆距离），尽，尽量使炸药量使炸药沿孔深沿孔深均匀分布，施工时需采用均匀分布，施工时需采用不偶合装药结构，不偶不偶合装药结构，不偶合装药系数合装药系数一般控制在一般控制在1.41.42.02.0范围内。范围内。掏槽眼掏槽眼：连续装药，尽可能采用接近于：连续装药，尽可能采用接近于1 1的不偶合系数，即的不偶合系数，即偶偶合装药合装药。辅助眼辅助眼：连续装药，：连续装药，不偶合系数不偶合系数为为1.31.31.51.5。2.5 2.5 装药装药2.5 2.5 装药装药根据岩石强度选用不同爆速的炸药，有水地段选用乳化炸药。根据岩石强度选用不同爆速的炸药，有水地段选用乳化炸药。周边眼用周边眼用3232200200小药卷小药卷，不偶合装药；，不偶合装药；其余炮眼采用其余炮眼采用3232300300药卷药卷，连续装药，采用塑料导爆管复式起爆网路非电起，连续装药，采用塑料导爆管复式起爆网路非电起爆。爆。装药需定人，定位，定段别，自上而下，所有炮眼均以炮泥装药需定人，定位，定段别，自上而下，所有炮眼均以炮泥（黏土和沙混合制作）堵塞，光面爆破周边眼堵塞长度不宜小于（黏土和沙混合制作）堵塞，光面爆破周边眼堵塞长度不宜小于30cm30cm；其他炮眼深度小于；其他炮眼深度小于1m1m，堵塞长度不宜小于炮眼深度的，堵塞长度不宜小于炮眼深度的1/21/2，深度深度1-2m1-2m堵塞长度不宜小于堵塞长度不宜小于0.5m0.5m，深度超过，深度超过2.52.5米堵塞长度不宜小米堵塞长度不宜小于于1m1m。装药前，所有炮眼全部用高压风枪吹洗。装药前，所有炮眼全部用高压风枪吹洗。2.6 2.6 起爆起爆 起爆宜采用非电毫秒雷管，每次起爆前，爆破员应仔细查看起爆网络，同一开挖断面上，光面爆破起爆顺序应由内向外逐层起爆；延迟时间宜采用孔内控制；起爆人员必须最后离开爆破地点，并在有掩护的安全地点起爆；确保人员安全撤离后，起爆人员接到起爆命令后，必须发出爆破预警，并等待5s后方可起爆；安全地点至爆破工作面的距离不得小于200m。2.7 2.7 通风及出渣通风及出渣 爆破前应关闭通风机，爆破后应及时向隧道掌子面通风，排出和降低隧道内灰尘和炸药残留气体、风尘浓度，然后洒水降尘，使隧道内的环境符合职业健康标准。洞内爆破经充分通风排烟后，15min后安全检查人员进入开挖工作面检查有无盲炮、有无残余炸药及雷管、拱顶及拱墙有无松动的岩块、初支有无变形或开裂等现象，经排险后方可出渣，出渣时需有专人指挥车辆，车辆在隧道内的行驶速度，已衬砌地段不大于25km/h，未衬砌地段不大于15km/h，有施工作业地段不大于5km/h。弃渣弃于指定位置，应符合环保要求。三、设备机具配置三、设备机具配置 隧道开挖施工机械设备配置分为两大部分，即隧道开挖隧道开挖施工机械设备配置分为两大部分，即隧道开挖和隧道钻爆机械，见下表。和隧道钻爆机械，见下表。注注：人员、机械设备应结合隧道开挖方法、工期要求进行合理配置。：人员、机械设备应结合隧道开挖方法、工期要求进行合理配置。配套的生产能力应为均衡施工能力的配套的生产能力应为均衡施工能力的1.21.21.51.5倍。倍。四、质量控制及检验四、质量控制及检验(1)(1)根据超前地质预报以及根据超前地质预报以及现场实际围岩情况，判现场实际围岩情况，判定围岩级别，确定开挖定围岩级别，确定开挖工法。工法。(2)(2)开挖断面应开挖断面应以以预留变形量在预留变形量在内的设计轮廓线为基准，考内的设计轮廓线为基准，考虑贯通测量误差和施工误差虑贯通测量误差和施工误差等因素等因素时可时可适当适当扩扩大。大。(3)(3)控制周边眼的角度、控制周边眼的角度、间距间距和和装药量。装药量。(4)(4)周边眼与辅助眼的眼周边眼与辅助眼的眼底应在同一垂直面上，底应在同一垂直面上，掏槽炮眼应加深掏槽炮眼应加深101020cm20cm。质量质量控制控制四、质量控制及检验四、质量控制及检验 隧道开挖断面的中线和隧道开挖断面的中线和高程必须符合设计要求。高程必须符合设计要求。隧道开挖断面净空必须符合隧道开挖断面净空必须符合设计要求。隧道开挖应严格设计要求。隧道开挖应严格控制欠挖。控制欠挖。洞身开挖中，应在每一次开洞身开挖中，应在每一次开挖后及时观察、描述开挖断挖后及时观察、描述开挖断面核对设计地质情况，判断面核对设计地质情况，判断围岩稳定性。围岩稳定性。掏槽眼掏槽眼的眼口间距和深度允许偏差为的眼口间距和深度允许偏差为5cm5cm。辅助炮眼眼口、眼底间距允许偏差均为辅助炮眼眼口、眼底间距允许偏差均为100mm100mm。周边眼的间距允许偏差为。周边眼的间距允许偏差为5cm5cm，外插角应符合钻爆设计要求，眼底不应外插角应符合钻爆设计要求，眼底不应超出开挖轮廓线超出开挖轮廓线10cm10cm。隧底开挖轮廓和底部高隧底开挖轮廓和底部高程应符合设计要求。程应符合设计要求。主控主控项目项目四、质量控制及检验四、质量控制及检验 光面爆破或预裂爆破的炮眼痕迹保存率，光面爆破或预裂爆破的炮眼痕迹保存率，硬岩不应小于硬岩不应小于80%80%，中硬岩不应小于，中硬岩不应小于60%60%，并在开挖轮廓面上均匀分布。；，并在开挖轮廓面上均匀分布。；炮眼装药前应清理干净，装药时严格按照钻爆炮眼装药前应清理干净，装药时严格按照钻爆设计控制每个钻孔装药结构、装药量和堵塞方设计控制每个钻孔装药结构、装药量和堵塞方式。周边眼堵塞长度不宜小于式。周边眼堵塞长度不宜小于30c30cm m。水沟水沟开挖位置、基底高程应符合设计要求，靠开挖位置、基底高程应符合设计要求，靠边墙的水沟应与边墙基础同时开挖、一次成型。边墙的水沟应与边墙基础同时开挖、一次成型。一般一般项目项目 结束语结束语谢谢谢谢