地下工程施工_部分1(共计608页)

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10003-2005,),Code for design of railway tunnel,2.,铁路隧道施工规范,(,TB 10204-2002,),Code for construction on tunnel of railway,3.,公路隧道设计规范,,,JTG D70-2004,Code for design of road tunnel,相关规范,2011,年,3,月,12,日星期六,地下工程讲稿,9,4.,公路隧道施工技术规范(,JTJ 042-94,),Technical Specifications for Construction of Highway Tunnel,5.,地铁设计规范(,GB 50157,2003,),Code for design of metro,6.,工程岩体分级标准,,,GB 50218,94,,,Standard for Engineering Classification of Rock Masses,2011,年,3,月,12,日星期六,地下工程讲稿,10,3.,第一章 绪论,1,.,1,地下工程的概念,地下工程的定义、分类及发展,1.2,地下工程施工技术的发展与水平,矿山法与新奥法,1.3,地下工程的围岩性质,岩石和土,围岩与围岩压力,围岩稳定性分级(类),2011,年,3,月,12,日星期六,地下工程讲稿,11,定义,:,地下工程是一个较为广阔的范畴。它泛指修建在地面以下岩层或土层中的各种工程空间与设施,是地层中所建工程的总称,通常包括矿山井巷工程、城市地铁隧道工程、水工隧洞工程、交通山岭隧道工程、水电地下硐室工程、地下空间工程、军事国防工程、建筑基坑工程等。,1.1,地下工程的概念,2011,年,3,月,12,日星期六,地下工程讲稿,12,地下工程的分类,地下工程分类,按领域:有矿山、交通、水电、军事、建筑、市政等,按空间位置:有水平式、倾斜式和垂直式,按用途:有交通、采掘、防御、贮存、工业、商业、农业、居住、旅游、娱乐、物流等,按形状:有洞道式和厅房式;,洞道式不同的行业有不同的称谓,按埋置深度:有深埋式和浅埋式,按所处位置的介质:有岩石、土和水,按地下工程的建筑方式:分明挖和暗挖,2011,年,3,月,12,日星期六,地下工程讲稿,13,明挖法施工,2011,年,3,月,12,日星期六,地下工程讲稿,14,地下空间应用的历史,从,15,世纪开始的近代与现代,诺贝尔发明黄色炸药 ,成为地下空间开发的有效武器。,第一时代,第二时代,第三时代,至今,古代时期(公元前,3000,5,世纪,),埃及金字塔、古巴比伦引水隧洞,秦汉陵墓等。,5,世纪,14,世纪的中世纪时代,欧洲经历了封建社会最黑暗的千年文化低潮,地下空间开发利用基本处于停滞状态。我国石窟逐渐形成。,远古时期(人类出现,公元前,3000,年),人类原始穴居,北京周口店的“山顶洞人”人类居住地址。,第四时代,2011,年,3,月,12,日星期六,地下工程讲稿,15,1.2,矿山法与新奥法:,矿山法由来于古老的修筑矿山地下工程中采用的方法。它总是与钻爆、爆破技术联系在一起,因此,有时也称矿山法为钻爆法。一般将置于基岩中的地下工程,并采用传统钻爆法或臂式掘进机开挖的方法统称为矿山法。,矿山法是城市深部地下工程常用的暗挖施工方法,具有不影响地面正常交通与生产,地表下沉量小,适用于硬、软岩层中各类地下工程,特别是对于中硬岩石,矿山法具有其它工法无法比拟的优越性。,2011,年,3,月,12,日星期六,地下工程讲稿,16,新奥法:,新奥法是新奥地利隧道施工方法的简称,原文是,New Austrian Tunneling Method,,简称,NATM,。它是奥地利拉布西维兹教授等在长期从事隧道施工实践中,应用岩体力学的理论,以维护和利用围岩的自承能力为基点,采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段,及时地进行支护,控制围岩的变形和松弛,使围岩成为支护体系的组成部分,并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道和地下工程设计施工的方法和原则。,2011,年,3,月,12,日星期六,地下工程讲稿,17,新奥法:,新奥法不同于传统隧道工程中应用厚壁混凝土结构支护松动围岩的理论,而是把岩体视为连续介质,在粘弹、塑性理论指导下,根据在岩体中开挖隧道后,从围岩产生变形到岩体破坏要有一个时间效应,适时地构筑柔性、薄壁且能与围岩紧贴的喷射混凝土和锚杆的支护结构来保护围岩的天然承载力,变围岩体本身为支护结构的重要组成部分,使围岩与支护结构共同形成坚固的支撑环,共同形成长期稳定的支护结构。,新奥法施工的基本原则可以归纳为,“,少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭,”,。,2011,年,3,月,12,日星期六,地下工程讲稿,18,新奥法施工,上次课程内容回顾:,1.,地下工程定义,2.,地下工程主要分类,h/b,k,深埋隧道;反之为浅埋隧道。,h,为毛洞的埋深,,b,为毛洞的跨度,,k,的取值与岩性有关,土层取,2.5,,坚硬岩石建议,1,2,。,3.,矿山法与新奥法,4.,围岩稳定性分级步骤和方法,2,水平岩石巷(隧)道施工 (矿山法),图,1,隧道断面形状图,图,2,巷道断面形状图,2.1,基本施工方案,2.1.1,全断面,一次,开挖法,2.1.2,分断面两次开挖法,2.1.3,台阶工作面法,2.1.4,导坑施工法,分部开挖法,2.1.1,全断面一次开挖法,(full face excavation method),采用全断面一次开挖成形的施工方法。,是按整个设计掘进断面一次向前挖掘推进的施工方法。采用爆破法时,是在工作面的全部垂直面上打眼,然后同时爆破,使整个工作面推进一个进尺。从各种地下工程采用钻爆法的发展趋势看,全断面施工将是优先被考虑的施工方法。,采用这种方法施工时,可用钻孔台车钻孔,一次爆破成洞,通风排烟后,用大型装岩机及配套的运载车辆将矸石运出。矿山巷道断面较小,一般先登矸进行拱部锚喷支护,矸石出完后再进行墙部支护。隧道断面大,通常需进行两次支护,初次支护用钢拱架及锚喷,故多先墙后拱进行支护,二次支护一般配备有活动模板及衬砌台车灌筑且在后期进行。当采用锚喷支护时,一般由台车同时钻出锚杆孔。,优点,:,可最大限度地利用洞内作业空间,工作面宽敞,能使用大型高效设备,加快施工进度;断面一次挖成,施工组织与管理比较简单;能较好地发挥深孔爆破的优越性;通风、运输、排水等辅助工作及各种管线铺设工作均较便利。,缺点,:,大断面隧道施工时要使用笨重而昂贵的钻架;一次投资大;由于使用了大型机具,需要有相应的施工便道、组装场地、检修设备以及能源等;隧道较长、地质情况多变必须改换其它施工方法时需要较多时间;多台钻机同时工作时的噪音极大。,全断面一次开挖法,主要应用领域,:,该法主要用于围岩稳定、坚硬、完整、开挖后不需临时支护的,类围岩的石质巷(隧)道以及高度不超过,5m,、断面不超过,30m,2,的中小型断面巷道。但近几年来,随着大型施工设备的不断出现、施工机械化程度和施工技术的不断提高,全断面一次施工的隧道越来越多。,可采用有轨运输、无轨运输和混合运输。,全断面一次开挖法,2.1.2,分断面两次开挖法,该法是将断面分成两部分,在全长范围内或一个较长的区段内先开挖好一个部分,再开挖另一个部分。它适合于稳定岩层中断面较大、长度较短或者要求快速施工以便为另一隧道探清地质情况的隧道施工。根据各分层施工顺序不同:,上半断面先行施工法,下半断面先行施工法,先导洞后全断面扩挖法,该法是先将隧道上半断面在全长范围内开挖完毕,然后再开挖下半断面。上下断面面积的比值取决于所采用的开挖设备和岩石的稳定性。,隧道上部的开挖与全断面一次开挖完全相同。下分层可采取垂直、倾斜或者水平的炮眼进行爆破开挖,钻孔和装岩可同时进行。,2.1.2.1,上断面先行施工法,该法的特点:与全断面一次开挖相比,开挖面高度不大;混凝土衬砌不需要笨重的模板,可降低造价;不需笨重的钻架;遇松软地层时可迅速地改变为其它开挖方法;下分层开挖时运岩和钻孔可平行作业,进度快;下分层爆破有两个临空面,效率高、成本低。但上下分层施工循环各自独立,与全断面一次开挖相比,工期增长;必需在两个平面上铺设道路和管道。,上断面先行施工法,该法是先将隧道的下半断面在全长范围内开挖完,然后再开挖上半断面。,下半断面采用全断面开挖并进行衬砌。上部断面可以站在岩堆上钻孔(水平孔)或从隧道地板向上钻垂直孔。在不采用对头施工的隧道中,下部掘通后,上部可从两个洞口组织钻孔和装岩作业。,2.1.2.2,下断面先行施工法,该法的特点是:不需要钻架,上部施工有两个临空面,钻爆成本低;开挖上部时钻孔和装岩可平行作业;涌水大时可有效地排水。但上下分层需要有两个单独的掘进循环,总工期时间长;在岩堆上钻孔不方便也不安全。只在一定地质条件下及没有钻架或使用钻架不经济时使用。,下断面先行施工法,该法先沿隧道的中线、按全长开挖导洞,然后再扩挖至设计断面的施工方法。导洞的位置,可根据具体条件位于隧道底板或顶板或中部(拱基线水平)。导洞可用掘进机或钻爆法挖掘。,该法优点很多,可对隧道范围内的地质进行连续的地质调查,能进行涌水和瓦斯的预防及连续排放,能在扩挖之前预先加固岩体;能使岩体中的高应力预先释放;有利于扩挖期间的通风;便于增加一些中间入口,多头同时扩挖,缩短整个隧道的开挖时间。,2.1.2.3,先导洞后全断面扩挖法,南昆铁路米花岭隧道先导坑后全断面扩挖设备布置,1,门架式凿岩台车;,2,挖装机;,3,梭式矿车;,4,蓄电池电机车,2.1.3,台阶工作面法,该法是将巷(隧)道断面分成若干(一般为,2,3,)个分层,各分层在一定距离内呈台阶状同时推进。这种方法的特点是缩小了断面高度,不需笨重的钻孔设备;后一台阶施工时有两个临空面,使爆破效率更高。按上下台阶的长度,台阶工作面法分为长台阶(一般为,5,倍于巷道宽度以上)和短台阶(小于,2,倍的巷道宽度);按台阶布置方式的不同,可分为,正(下)台阶,和,反(上)台阶,两种方法。,正台阶施工法 (下行分层施工法),2.1.3.1,正台阶法,:,bench cut method,先开挖上半断面,待开挖至一定距离后再同时开挖下半断面的施工方法。根据上半断面超前距离的不同,可分为长台阶法、短台阶法及微台阶法。,第一,要根据具体条件合理确定上、下分层的错距。距离过大,上分层出岩困难;过小,上分层钻眼不便。,第二,在装岩、钻孔机械能力足够时,应尽量减少分层数。,第三,要根据围岩稳定情况及永久衬砌的形式合理确定掘砌之间的协调关系。,施工要点:,该法工序少,干扰小,上部钻孔可与装岩同时作业,不需支撑和棚架,节省大量木材,必要时可以喷射混凝土或砂浆作为临时支护。采用锚喷作永久支护时更为适宜。,该法不仅适用于围岩稳定性较好、开挖后不需或局部仅需临时支护的隧道,在土层隧道中也同样可用。,特点:,2.1.3.2,反台阶施工法 (上行分层施工法),即首先挖掘最下部分层,然后逐一向上挖掘其余各分层。该法能使施工工序减少,干扰小,下部断面可一次挖至设计宽度,空间大,便于出岩运输和布置管线,能节省大量材料。上部台阶施工需架设棚架,断面较小、仅一道台阶时也可利用爆破后岩堆进行拱部的锚喷支护。 本法较适合于围岩稳定、不需临时支护、无大型装岩设备的情况。由于安全性比较差,后面台阶施工对前面施工会有影响,故应用不多。,特点:,2.1.4,导坑施工法,导坑法(矿山称导硐法)即先以一个或多个小断面导坑超前一定距离开挖,随后逐步扩大开挖至设计断面,并相机进行砌筑的方法。,这种方法主要用于地质条件复杂或断面特大的硐室或隧道工程。,2.1.4,导坑施工法,导坑施工法,中央下导坑施工法,中央上导坑施工法,上下导坑施工法,侧壁导坑施工法,中央下导坑先墙后拱法,中央下导坑先拱后墙法,单侧壁导坑法,(,中隔壁墙法、,CD,、,CRD,法,),双侧壁导坑法,(,眼镜、双眼镜法,),双侧壁导坑先墙后拱法,2.1.4.1(1),中央下导坑先墙后拱(漏斗棚架)法,该法的施工顺序是先挑顶后开帮,在开帮的同时完成砌墙工作。根据围岩条件、断面大小可采用六部开挖法或三部开挖法。,该法除下导坑和左右两帮(和部)外,其余各部位的石渣均可经由漏斗漏到棚下的斗车内,再运出洞外。围岩条件允许时,可将部与部合并、部与部合并、部与部合并,即成为三部开挖法,使工序大为简化。,中央下导坑先墙后拱法:,该法的施工特点是:将断面分成若干部分进行开挖,可容纳较多人员同时施工;除下导坑外,均有较多的爆破临空面,爆破效果好;可利用棚架及岩堆完成整个断面的钻眼爆破作业;棚架上石渣由漏斗口漏入车内,省力、速度快。衬砌是先墙后拱连续施工,整体性好。,但该法由于需要几十米长的棚架,需用大量木材、钢轨,棚架也易因爆破而损坏。工作面拉开距离长,虽对配备劳动力有利,但围岩暴露时间长,对施工安全不利。,中央下导坑先墙后拱法:,2.1.4.1(2),中央下导坑先拱后墙法,该法施工效率高,速度快。施工安全好,地层变化时,改换其它方法比较容易。但消耗木材和钢材较多,爆破易损坏棚架,衬砌整体性差。在条件允许时,也可将、部合并,、部合并,与部形成三部开挖法,以使工序简化。,中央下导坑先拱后墙法:,2.1.4.2,中央上导坑施工法,该法适用于需随挖随砌的围岩稳定性较差的石质或土质隧道。导坑超前开挖并架临时支撑,随后落底,更换导坑支撑。最后依次扩大两侧,并立即进行砌筑。松软、含水、易坍的土层,应将导坑再分成几个小断面进行挖掘,先挖顶部后挖两帮并进行临时支撑,最后挖掉中间部分。土质隧道中,中间部分可分三层进行。为防止拱脚内移,可在拱脚处架设横撑梁;为防止两侧内移,在断面的中上部也应设横撑。两侧墙、交替开挖,每侧开挖完成后立即砌墙。,该法的特点是:拱圈衬砌及时,围岩暴露时间短,在软岩及土质隧道中可防止拱圈失稳与开裂。施工干扰大,进度慢。衬砌整体性差,故较适合于围岩稳定性差及长度较短(,300m,以内)的隧道。,中央上导坑施工法:,2.1.4.3,上下导坑施工法,考虑到永久支撑前顶板的沉降,上导坑的顶板标高需高出设计轮廓线一定距离,软石隧道为,20,40cm,,土质隧道为,30,60cm,。上下导坑之间以漏斗孔联通,以利上部导坑出岩、进料和通风。漏斗孔尺寸一般为,0.7,0.7m,,从下导坑向上爆破挖掘。,该法最大优点是下部各工序均在拱圈保护下进行,施工安全;有两个导坑,通风、排水、运输、管线布置等条件较好;能拉开工作面,便于使用小型工具。适用范围广,遇到地质情况变化,变换施工方法较易。但衬砌整体性差,工序多,干扰大,施工管理不便,上导坑人工扒岩劳动强度大。,上下导坑施工法:,2.1.4.4(1),单侧壁导坑法,中隔壁支撑,该法适用于,级围岩的浅埋双线隧道。其特点是施工安全度较高,控制地层变形较好,但施工进度较全断面法和台阶法慢,造价略高。,1,2,3,又称中隔墙法、,CD,工法。施工时首先开挖导坑,1,,并进行钢拱架支撑和锚喷支护,同时设置中隔墙临时支撑。待导坑向前掘进一定距离后,再在后面进行基本断面,2,和,3,部分的开挖,并进行初次支护。,2,、,3,部分采用正台阶式开挖,掘至导坑位置后,停止掘进,拆除中隔墙支撑,施工仰拱。最后浇注全周圈的二次衬砌。如果围岩条件许可,,2,、,3,部分也可不设台阶,一步开挖;如果围岩较差,断面很大,还可设更多的台阶。同理,如果围岩不好,导坑,1,也可分成台阶开挖。,单侧壁导坑法(,中隔墙法、,CD,法,),:,对于隧道宽度较大的多线公路隧道,如果围岩很不稳定,侧向变形大,仅竖向设置中隔墙难以保证隧道的稳定性时,就需采用交叉中隔墙施工法(又称,CRD,工法),即在水平方向再设置,1,2,层横向支撑,。,1,2,3,4,1,2,3,4,5,6,单侧壁导坑法(,CRD,法,),:,中隔壁法(,CD,法),:,center diagram method,在软弱围岩大隧道中,先开挖隧道的一侧,并施作中隔壁墙,然后再分部开挖隧道的另一侧的施工方法。,交叉中隔壁法(,CRD,法),:,center cross diagram method,在软弱围岩大跨隧道中,先开挖隧道一侧的一或二部分,施作部分中隔壁墙,再开挖隧道另一侧的一或二部分,然后再开挖最先施工一侧的最后部分,并延长中隔壁墙,最后开挖剩余部分的施工方法。,2.1.4.4(2),双侧,壁导坑法(,眼镜法,),双侧壁导坑法适用于浅埋大跨度隧道,地表下沉量要求严格,围岩条件特别差时采用。根据围岩情况,两侧导坑可同时施工,也可先后施工。两侧导坑都分上下两层呈台阶式开挖,中间部分根据断面大小可分,2,3,层、呈台阶式开挖。两侧导坑挖掘时,每一部分挖掘完后都要及时进行围岩初次支护,并设置临时壁墙支撑。临时支撑在砌筑仰拱时拆除。,与单侧导坑法类似,双侧导坑施工时,如果侧向变形大,也可在导坑的中部设置横撑,形成双眼镜。,横撑,无横撑 设横撑,1,2,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,6,双侧,壁导坑法(,眼镜法,),2.1.4.4(3),双侧壁导坑先墙后拱法,该法适用于土质隧道,先沿隧道下部两侧周边开挖导坑,挖后即浇注边墙下部,达到强度要求后再开挖上面第二层导坑,并砌筑边墙上部,。两侧边墙砌好后,再开挖上导坑,并经由上导坑进行拱部扩大、和衬砌拱圈,。拱圈砌筑完后,挖除核心部分;最后挖底并浇筑仰拱。,该法的特点是断面分块小,自下而上随挖随砌。因此,暴露时间短,对围岩的破坏扰动小,安全可靠。但是工序多,进度慢,导坑多,造价高,通风排水困难。,双侧壁导坑先墙后拱法,双侧壁导坑法,:,both side drift method,先开挖隧道两侧的导坑,并进行初期支护,再分部开挖剩余部分的施工方法。,环形开挖预留核心土法,:,ring cut method,先开挖上部导坑成环形,并进行支护,再分部开挖中部核心土、两侧边墙的施工方法。,中洞法,:,center drift excavation method,在连拱隧道或单线隧道的喇叭口地段,先开挖两洞之间立柱(或中墙)部分,并完成立柱(或中墙)混凝土浇筑后,再进行左右两洞开挖的施工方法。,核心土面积不应小于整个断面的,50,2.2,钻眼爆破作业,钻眼方法和钻眼机具(设备),爆破作业,爆破参数,炮眼布置,装药结构与起爆技术,爆破说明书和爆破图表,钻眼方法和钻眼机具,根据采用的机具和破岩机理,钻眼方法可分为:,冲击式,: for rock,旋转式,: for coal,旋转冲击式,滚压式,各钻眼法和相应钻机类型可归纳如下:,气腿风动凿岩机,钎杆和钎头是冲击式凿岩的工具,其作用是传递冲击功和破碎岩石。钎头和钎杆连成一体的称为整体钎子,分开组合的称活动钎子。工程中多用活动钎子。冲击式凿岩用的钎杆为中空六边形或中空圆形。圆形钎杆多用于重型钻机或深孔接杆式钻进。,钎头根据钎刃的分布有一字形、十字形、字形、柱齿形等。一字形结构简单,凿岩速度较高,应用最广,适用于整体性较好的岩石。十字形较适用于层节理发育、较破碎的岩石,但结构复杂,修磨困难。柱齿形是一种新发展起来的钎头,其特点是重复破碎少、耐磨,适用于磨蚀性高的岩层。,爆破参数,:,炮眼深度(,l,):,指炮眼眼底至临空面的垂直距离。眼深小于,2m,时为浅眼,,2,3.5m,时为中深眼,大于,3.5m,时为深眼。,式中,L,月或日计划进尺,,m,;,N,每月用于掘进作业的天数。按日进度计算时,,N=1,;,n,每日完成的掘进循环数;,炮眼利用率,,0.85,0.9;,1,正规循环率,,0.85,0.9,;按日进度计算时,,1,=1,。,炮孔直径:,采用标准直径,32,35mm,药卷时,炮眼直径常为,38,43mm,。,单位炸药消耗量:,爆破每,m,3,原岩所需的炸药量叫单位炸药消耗量,。它与许多因素有关,如,炸药性质、岩石性质、断面大小、临空面多少、炮眼直径与深度等,。,式中:,f,岩石坚固性系数;,S,巷首掘进断面积,,m,2,;,K,考虑炸药爆力的修正系数,,K=525/P,,,P,为所选用炸药的爆力,,mL,。,单位炸药消耗量确定后,根据断面尺寸、炮眼深度、炮眼利用率即可求出每循环所使用的总炸药消耗量。,装药系数:,K=L,c,/L,b,式中:,L,c,装药长度;,L,b,炮孔长度。,装药不偶合系数:,K,d,=d,b,/d,c,式中:,d,b,炮孔直径;,d,c,装药直径。,炮眼利用率:,L/L,b,L,b,炮眼平均深度。,装药邻近系数:,m,a/w,式中:,a,孔间距;,w,抵抗线(排距),装药集中度:,P,l,q,l,/L,b,q,l,炮孔装药的重量。,炮眼布置,(方法和原则略):,按用途的不同,将炮眼分为四种:,掏槽眼:用于爆出新的自由面,为其后爆的炮眼创造有利的爆破条件。,辅助眼:用以进一步扩大掏槽眼形成的槽腔。,崩落眼:用以破碎岩石。,周边眼:控制断面形状、大小和轮廓,使之符合设计要求。按位置分为顶眼,邦眼和底眼。,掏槽方式:斜眼和直眼,斜眼掏槽(掏槽眼与自由面斜交)的特点是:适用各种岩层,爆破效果较好,所需炮眼少。但炮眼方向不易掌握,孔眼受巷道断面大小的限制,碎石抛掷距离大。,直眼掏槽(炮眼都垂直于工作面且相互平行,距离较近)的特点是:所有炮眼都垂直于工作面且相互平行,技术易于掌握,可实现多台钻机同时作业;其中不装药的炮眼作为装药眼爆破时的临空面和补偿空间,有较高的炮眼利用率;矸石抛掷距离小,岩堆集中;不受断面大小限制。但总炮眼数目多,炸药消耗量大。,a,b,锥形掏槽(三眼和四眼锥形);,c,垂直楔形掏槽;,d,复式楔形;,e,f,单向掏槽;,g,平行龟裂掏槽(隔眼装药,同时起爆);,h,单空孔三角柱形;,i,中空孔四角柱形;,j,双空孔菱形;,k,六角柱形;,l,螺旋式掏槽,装药结构:,偶合装药:,装药直径与炮眼直径相等。,不偶合装药:,装药直径小于炮眼直径。,连续装药:,装药在炮眼内连续装填,没有间隔。,间隔装药:,装药在炮眼内分段装填,装药之间有炮泥或空气使之隔开。,正向起爆装药:,起爆雷管在炮眼眼口处,炮轰向眼底传播。,反向起爆装药:,起爆雷管在炮眼底部,炮轰向眼口传播。,装药结构图,a,偶合装药;,b,不偶合装药;,c,连续装药;,d,间隔装药;,e,无炮泥反向起爆装药;,f,正向起爆装药,起爆器材和起爆系统:,爆破说明书和爆破图表,:,爆破说明书是施工组织设计中的一个重要组成部分,是指导、检查和总结爆破工作的技术文件。主要内容有:,爆破工程的原始资料:包括工程名称、用途、位置、断面形状和尺寸,穿过岩层的性质,地质条件以及瓦斯情况。,选用的 钻眼爆破器材:包括炸药,雷管的品种,凿岩机的型号,性能。,爆破参数的计算选择:包括掏槽方法,炮眼直径,深度,数目,单位耗药量。,爆破网络的计算和设计,安全措施,爆破图表:二图(炮眼布置图、装药结构图)三表(炮眼布置参数表、装药参数表、预期的爆破效果和经济指标表。),炮眼布置图,序,号,炮眼名称,眼号,眼数,/,个,眼深,/m,眼距,/mm,倾 角,/,装药量,/kg,起爆,顺序,联线,方式,水平,垂直,单孔,小计,1,中心眼,0,1,2.7,90,90,串,联,2,掏槽眼,1,3,3,1.5,500,90,90,1.35,4.05,3,掏槽眼,4,6,3,2.7,250,90,90,1.20,3.60,4,辅助掏槽眼,7,10,4,2.7,850,90,90,2.40,9.60,5,辅助眼,11,20,10,2.5,800,90,90,1.65,16.50,6,辅助眼,21,31,11,2.5,800,90,90,1.65,18.15,7,边 眼,32,50,19,2.5,600,87,87,0.8,15.2,8,底 眼,51,58,8,2.5,800,90,87,1.65,13.2,9,合 计,59,80.30,爆破参数表,爆破技术经济指标表,指标名称,单位,数量,指标名称,单位,数量,掘进断面积,岩石性质,工作面瓦斯情况,炸药名称,雷管名称,循环炸药用量,循环雷管用量,m,2,kg,发,20.71,中硬岩(,f=4,6,),无,2,号岩石硝铵,段发(延时,100ms,),80.3,58,炮眼利用率,循环进尺,循环实体岩石量,炸药单位消耗量,雷管单位消耗量,每,m,进尺炸药消耗量,每,m,进尺雷管消耗量,%,m,m,3,kg/m,3,发,/ m,3,kg,发,85,2.13,44.11,1.82,1.31,37.70,27.23,2.3.1,装岩工作,2.3.2,运输工作,有轨运输,无轨运输,2.3.3,调车工作,固定调车场调车,浮放道岔调车,平行调车器式调车,2.3.4,矸石转载,2.3,岩石装运工作,2.3.1,装岩工作,装岩方式,按取岩构件名称分:铲斗式、耙斗式、蟹爪式、立爪式,按行车方式分:轨轮式、胶轮式、履带式、履带与轨道兼有式,按驱动方式分:电动、风动、液压、内燃式,按卸岩方向分:后卸式、前卸式、侧卸式,2.3.2,运输工作,蓄电池式电机车,架线式电机车,固定车厢式矿车,V,形翻斗车,1.,固定调车场调车,1-,装岩机;,2-,正在装岩的斗车;,3-,等待装岩的空车;,4-,错车场;,5-,空车;,6-,重车,2.3.3,调车工作,2.,浮放道岔调车,钢板对称浮放道岔及调车方法,双轨错车场式浮放道岔及调车方法,3.,移车器式调车,1-,移车器;,2-,折叠式底架;,3-,车架,平移式调车器调车,翻框式调车器调车,(,a,)平面图 (,b,)剖面图,1-,滑车板;,2-,活动盘;,3-,斜坡道尖;,4-,方钢轨条;,5-,螺栓;,6-,固定盘,吊车式调车器调车,2.4,支护技术(,Support technology,),地下工程支护,从支护时间分:,初期支护、一次支护或临时支护,二次衬砌、永久支护,被动式支护,:木棚支架、钢筋混凝土支架、金属型钢支架、料石碹、混凝土及钢筋混凝土碹等 。,从支护效果分:,积极支护,:锚喷支护、锚网支护、锚梁支护、锚索支护、锚注支护 。,2.4.1,棚式支护,棚式支护,按地下工程的断面形式分:,梯形支架、矩形支架和拱形支架等。,按支架材料分,:木支架、金属支架、钢筋混凝土支架、钢管混凝土支架等。,2.4.1.1,木支架(,timber support,),Advantages:,加工容易、安装方便、有一定的可缩性,Defects:,强度低、易燃易腐、木材消耗量大,Trapezium steel set,(,梯形,金属支架),Material:,工字钢,(,joist,),1624,#,钢轨,(,rail,),18,24kg/m,2.4.1.2,金属支架(,steel support,),材料,:,I,字钢、,H,钢、钢轨、钢管、,U,型钢等。,I,型钢架,:加工较简易,使用方便;容易失稳;,适用于跨度较小的隧道施工支护。,H,型钢架,:,克服了,I,型钢架的缺点,但自重大,费钢材多,安装较困难,使用不广。,钢管钢架,:,比,H,型钢架轻便,但造价较高。,U,型钢架:,强度高,可制作可缩性支架(可缩量,0.2,0.4m,),适合于动压影响大,围岩变形量大的巷道,arch steel set(,拱形金属支架、钢拱架,),钢拱架的特点,:,整体刚度较大,有较大的早期支护刚度;,能很好地与锚杆、钢筋网、喷射混凝土相结合,构成联合支护,受力性能较好;,钢拱架的安装架设比较方便。,钢架的纵向间距,一般不宜大于,1.2m,两榀钢架之间应设置直径,20,22mm,的钢拉杆,1-,顶梁;,2-,棚腿;,3-,底座;,4-U,形卡子;,5-,垫板;,6-,螺母,2.4.1.3,预制钢筋混凝土支架,(,precast reinfored concrete support,),2.4.1.4,钢管混凝土支架,(,steel tube concrete support,),具有钢材和混凝土优点,互相弥补了对方的缺点。,钢管直径为,108159mm,,壁厚,46mm,可根据巷道断面形状制作成圆形、拱形等,每架由,45,节组成,每节端部有法兰盘,以便连接,支架的背板采用钢筋网,在钢筋网后面用灰包充填,可使支架具有可缩性,可在法兰盘连接处加可缩板,缺点是重量较大,人工架设劳动强度高。,比,U,形钢相比,耗钢量降低,30%,,成本低,20%,左右,2.4.2,锚杆支护,(Bolt support),锚杆是用金属、木质、化工等材料制作的一种杆状构件。锚杆支护是首先在岩壁上钻孔,然后通过一定施工操作将锚杆安设在地下工程的围岩或其它工程体中,即能形成承载结构、阻止变形的围岩拱结构或其它复合结构的一种支护方式。,棚式支架是在地下工程围岩外部对岩石进行支撑,它只是被动地承受围岩产生的压力和防止破碎的岩石冒落。锚杆支护则是通过锚入围岩内部的锚杆改变围岩本身的力学状态,在围岩中形成一个整体而又稳定的岩石带,利用锚杆与围岩共同作用,达到维护巷道稳定的目的。是一种积极防御的支护方法。,锚杆支护效果好,用料省,施工简单,有利于机械化操作,施工速度快。但锚杆不能封闭围岩,防止围岩风化;不能防止各锚杆之间裂隙岩石的剥落。在围岩不稳定情况下,往往需配合其它支护措施,如挂金属网、喷射混凝土等,形成联合支护形式。,悬吊理论,(suspension theory),通过锚杆将不稳定的岩层和危石悬吊在上部坚硬稳定的岩体上,以防止其离层滑脱。,2.4.2.1,锚杆作用原理,组合梁理论,(composite beam theory),是指把层状岩体看成一种梁(简支梁),没有锚固时,它们只是简单地叠合在一起,。,由于层间抗剪能力不足,各层岩石都是各自单独地弯曲。,锚杆作用原理,:,挤压加固拱理论,对于破裂状围岩,在锚杆挤压力作用下,在每根锚杆周围都形成一个以锚杆两头为顶点的锥形体压缩区,各锚杆所形成的压缩区彼此重叠,便形成一条拱形连续压缩带。,锚杆作用原理,:,三向应力平衡作用,地下工程的围岩在未开挖前处于三向受压状态,开挖后围岩则处于二向受力状态,故易于破坏而丧失稳定性。锚杆安装以后,相当于岩石又恢复了三向受力状态,从而增大了它的强度。,上述锚杆的支护作用原理在实际工程中并非孤立存在,往往是几种作用同时存在并综合作用,只是在不同的地质条件下某种作用占主导地位而已。,锚杆作用原理,:,2.4.2.2,锚杆的种类及安装方法,2.4.2.2,锚杆的种类及安装方法,端头锚固,锚杆:锚固力集中在锚孔内一端的锚杆。,如金属倒楔式、金属楔缝式、快凝水泥式、树脂药包式、胀壳式等。,全长锚固,锚杆:锚固力分布在锚孔内全长的锚杆。,如金属砂浆式、水力膨胀式、吹胀式、管缝式、树脂药包式、内注浆式等。,(,1,)木质锚杆,:,木质锚杆有木锚杆和竹锚杆。木锚杆杆体直径一般为,38mm,、长,l.2,1.8m,。锚杆安装到位后,一般在孔口的锤击作用下,内楔块劈进锚杆体杆端的楔缝,使杆体楔缝两翼与孔壁挤紧而产生锚固力,然后装上垫板,再将外楔块锤入杆尾楔缝,将锚杆固定,从而实现对围岩的支护作用。木锚杆结构简单、易加工、成本低,安装方便,但其强度和锚固力较低,对锚杆不作防腐处理的服务年限只有,1,年左右。,竹锚杆是用,22,号铅丝将竹片箍成圆形杆体而成,其锚固方法与木锚杆相同。垫板均用木材制作。竹片锚杆锚固力不够稳定,锚固力略低于普通木锚杆。,木锚杆,竹锚杆,这种锚杆是在孔内放入钢筋或钢索,孔内灌入砂浆或水泥浆,利用砂浆或水泥浆与钢筋、孔壁间的粘结力锚固岩层。钢筋灌浆锚杆一般用螺纹钢制作。在矿山,钢索可用废旧的钢丝绳制作,节省工程费用。,灌浆锚杆的安装有先灌后锚式和先锚后灌式两种,可根据灌浆材料和杆体材料的不同选择。采用钢筋锚杆时,先灌后锚或者先锚后灌都可,采用钢索时一般用先锚后灌法。,(,2,)金属灌浆锚杆,:,金属倒楔式锚杆由杆体、固定楔、活动倒楔、垫板和螺帽组成。固定楔和活动倒楔都是铸铁的,固定楔与钢杆体的一端浇注在一起,杆体另一端车有螺纹,杆体直径,14,22mm,。安装时把活动倒楔(小头朝向孔底)绑在固定楔下部,一同送入锚杆眼的底部,然后用一专用的锤击杆顶住活动倒楔进行锤击,直到击不进去为止。最后套上垫板并拧紧螺帽。拧紧螺帽后,杆体便会给围岩一个大小相同、方向相反的挤压力,以抑制围岩的变形或松动。,(,3,)金属倒楔式锚杆,:,1-,固定楔;,2-,活动倒楔;,3-,杆体;,4-,垫板;,5-,螺帽,这种锚杆多为端头锚固型,其原理是在孔内放入锚固剂,利用锚固剂把锚杆的内端锚定在锚孔内。根据所使用的锚固剂不同,分为树脂锚杆、快硬水泥锚杆和快硬膨胀水泥锚杆三种。,树脂锚杆由杆体和树脂锚固剂组成,锚固剂被制成圆卷状,外用塑料包装,内装树脂粘结剂填料和固化剂,树脂填料和固化剂之间用塑料纸隔开。,(,4,)锚固剂粘结锚杆,:,固化剂,树脂填料,(,a,)锚杆杆体 (,b,)树脂药卷,快硬水泥,玻璃纤维纱网外套,内套,空心纱网,锚固剂,(,c,)快硬水泥卷 (,d,)快硬膨胀水泥卷,管缝式锚杆又称开缝式或摩擦式锚杆,采用高强度钢板卷压成带纵缝的管状杆体,用凿岩机强行压入比杆径小,1.5,2.5mm,的锚孔。为安装方便,打入端略呈锥形。由于管壁弹性恢复力挤压孔壁而产生锚固力,属全长锚固型自锚式锚杆。,(,5,)管缝式锚杆,:,这是一类可用于注浆的锚杆。在破碎岩体中施工时,为了加固围岩,利用锚杆进行注浆,形成锚注支护形式。这类锚杆形式较多,如普通式、自进式、半自进式、胀壳式、组合式等。,(,6,)中空注浆锚杆,:,(,a,)自钻式中空注浆锚杆 (,b,)胀壳式中空注浆锚杆,当围岩破碎范围大,普通锚喷支护难以控制围岩变形时,使用锚索可收到良好效果。地下工程用锚索一般为由多根高强钢丝组成的单股钢绞线。锚索直径,28,32mm,,长度,5,15m,,用树脂锚固剂锚固,锚固长度,1m,以上。锚索一般布置在地下工程的顶部,在跨度,3,6m,的拱形巷道里,每排布置,3,5,根,每隔,3,5m,布置一排。,(,7,)锚索,:,1-,钢绞线;,2-,锚具;,3-,垫板;,4-,钢托板;,5-,挡片;,6-,树脂;,L1,张拉端,,L2,自由端,,L3,锚固端,锚杆的,长度,L,(取下列两公式中的最大值),常用锚杆长度为,1.4m,3.5m,。,;,L2S,(围岩中节理间距 ),式中,B,洞室跨度,,m,;,n,围岩稳定性系数,稳定性较好,0.9,;中等稳定,1.0,;稳定性较差,1.1,;不稳定,1.2,;,锚杆,直径,d,主要依锚杆的类型和锚固力而定,常用锚杆直径为,16mm,24mm,。,2.4.2.3,锚杆支护技术参数,按悬吊理论计算锚杆长度,L=KH,L,1,L,2,K,安全系数,一般取,2,;,H,软弱岩层厚度(或冒落拱高度),,m,;,L,1,锚杆锚入稳定岩层的深度,一般取,0.250.23m,;,L,2,锚杆外露长度,一般取,0.1m,。,锚杆,间距,D,(取下列两式中的最小值),D0.5L,;,D3 S,(围岩裂隙间距 ),一般为,0.81.0m,,最大不超过,1.5m,。,(,anchorage force,),一般要求不小于,5t,。大多为,5,10t,。,Bolt arrangement,布置方式:方形、梅花形布置,锚杆方向:原则上应尽可能与层面垂直布置,或使其与岩面形成较大的角度;对于倾斜的成层岩层,锚杆应与层面斜交布置,以便充分发挥锚杆的作用。,喷射混凝土支护是将一定配比的混凝土,用压缩空气以较高速度喷射到洞室岩面上,形成混凝土支护层的一种支护形式。,2.4.3,喷射混凝土支护,(shotcrete support),A,cting mechanism,(,作用机理),充填粘结作用,高速喷射的混凝土充填到围岩的节理、裂隙及凹凸不平的岩石中,把围岩粘结成一个整体,大大提高了围岩的整体性和强度。,封闭作用,当隧道围岩壁面喷上一层混凝土后,完全隔绝了空气、水与围岩的接触,有效地防止了风化、潮解引起的围岩破坏和强度降低。,2.4.3.1,喷射混凝土作用原理,结构作用,靠喷射混凝土与围岩之间的粘结力及其自身的抗剪力,形成一个共同受力的承载结构。且喷射混凝土层将锚杆、钢筋网和围岩粘结在一起,构成一个共同作用的整体结构,从而提高了支护结构的整体承载能力。,水泥,基本要求是:凝结快,保水性好,早期强度增长快,收缩较少。,应优先选用普通硅酸盐水泥。水泥标号一般不得低于,31.5,。,砂子,中砂或粗砂,一般用细砂(易干缩、粉尘大),细度模数:应大于,2.5,含水率:,5,7,为宜,含泥量:不得大于,3,2.4.3.2,喷射混凝土材料,石子,(又叫瓜子片),坚硬耐久的卵石或碎石。,最大粒径:,20mm,。为减少回弹量,大于,15mm,粒径 的颗粒控制在,20,以下。,石子的含泥量不得大于,1,。,水,不应含有害杂质,不得使用污水及,pH4,的酸性水,一般用普通自来水。,速凝剂,作用:,加快喷射混凝土凝固速度的外加剂,喷射混凝土材料:,形状,:,粉状和液体,目前国内粉状为多。,型号,:,红星,型、,711,型、阳泉,型、,782,型、,J85,型等。,掺量,:,一般掺量为水泥重量的,2.5,4,速凝效果与水泥品种、速凝剂掺量、水灰比、施工温度等有关。加入适量的速凝剂,可大大提高喷射混凝土的早期强度,但后期强度却略有降低,且加大了混凝土的收缩。因此,在满足施工条件下,应尽量少掺速凝剂,并拌合均匀。,喷射混凝土材料:,配合比,为了减少喷混凝土时的回弹量,与普通混凝土相比,其石子含量要少得多,且粒径也小,而砂子含量则相应增大,一般含砂率在,50,左右效果较好。一般喷射混凝土的配合比:,喷砂浆,:水泥:砂子为,1,:,(2,2.5),水灰比,0.4,0.55,。,喷混凝土,:水泥:砂:石子为,1,:,2,:,2,或,1,:,2.5,:,2,;,水灰比,0.4,0.5,。,喷射混凝土材料:,转子,型,干式,混凝土喷射机,2.4.3.3,喷射混凝土机具,HPC,V,型混凝土喷射机,是转子,型的改进型,采用潮式喷法,将初拌后的潮料加入料斗,速凝剂采用自动添加,由配料盘输入转子料腔,再由压缩空气将料腔中的混合料送出机体。,PC5B,型混凝土喷射机,亦属转子型喷射机,可进行,潮式,作业。,采用了防粘转子,体积小、重量轻、作业时粉尘少、回弹率低、易损部件寿命长、使用维修方便。尤其采用了分体式防粘转子,转子不粘结、不堵塞,作业环境好,劳动强度低。,PC5B,型潮式混凝土喷射机,湿式,混凝土喷射机,喷射混凝土机械手,喷射作业前,应进行喷射机试运转。,喷射作业开始时先送风后开机,再给料;喷射结束时,应待喷浆机及输料管内的混合料喷完后再停机、关风。,喷射时应按分段、分片、自下而上、先墙后拱的顺序操作。,喷射机供料应保持连续、均匀,以利喷射手控制水灰比。,正常喷射作业时,喷头应正对受喷面呈螺旋形轨迹均匀地移动,以使混凝土喷射密实、均匀和表面光滑平顺。,2.4.3.4,喷射混凝土工艺,工作压力,工作压力是指喷射混凝土正常施工时,喷射机转子体内的压气压力。,控制气压,就是要保证喷头处混凝土的喷射速度稳定在一个合理的范围内。,一般混合料水平输送距离,30m,50m,条件下,喷射机的供气压力保持在,0.12MPa,0.18MPa,为宜。,2.4.3.5,喷射混凝土的主要工艺参数,水压,为了保证喷头处加水能使随气流迅速通过的混凝土混合料充分湿润,通常要求水压比气压高,0.1MPa,左右。,水灰比(,w/c ratio,),理论上最佳水灰比为,0.4,0.5,实际上全靠喷射手的经验加以控制,混凝土易粘着,回弹量小,表面有一定光泽,无干斑或滑移流淌现象说明水灰比适宜。,喷射混凝土的主要工艺参数:,喷头方向,喷头喷射方向与受喷面垂直,并略向刚喷过的部位倾斜,除喷巷帮侧墙下部时,喷头的喷射角度可下俯,1015,外,其他部位喷射时,均要求喷头的喷射方向基本上垂直于围岩受喷面。,喷头与受喷面的距离,最大,0.8m,1.0m,。,应根据输料距离、供气压力 大小调整。喷距过大、过小,均可引起回弹量的增大。,喷射混凝土的主要工艺参数:,一次喷射厚度,当喷层较厚时,喷射作业需分层进行。通常应在前一层混凝土终凝后方可施喷后一层。若终凝,1h,以后再进行二次喷射时,应先用压气、压水冲洗喷层表面,去掉粉尘和杂物。,一次喷射厚度应根据岩性、围岩应力、裂隙、隧道规格尺寸,以及与其他形式支护的配合情况等因素确定。,喷射混凝土的主要工艺参数:,表,2-7,一次喷射厚度(,mm,),喷射部位,掺速凝剂,不掺速凝剂,边 墙,70,100,50,70,拱 部,50,70,30,50,strength of shotcrete,喷射混凝土强度,就地提取喷混凝土试件做抗压强度试验。,对特殊要求的,可增做抗拉强度与岩面的粘结力、抗渗性等相应试验。,抗压强度不应低于标准值。,thickness of shotcrete layer,喷射混凝土厚度,凝结前用针探法检测,凝结后用凿孔尺量法或取芯法检测。要求喷层厚度不小于设计值的,90,。,2.4.3.5,喷射混凝土质量检测,inspection of bolt(,锚杆的检测),包括长度、间排
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