隧道施工第四章隧道開挖作業(yè)施工技術(shù)PPT

1、第四章 隧道開挖作業(yè)本章學(xué)習(xí)的內(nèi)容：了解隧道鑿巖機(jī)具的特點(diǎn)，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(diǎn)：重點(diǎn)：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(diǎn)：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(jì)5 水壓爆破目 錄4.1 鑿巖一、風(fēng)動鑿巖機(jī)：（風(fēng)鉆）1、工作原理以壓縮空氣為動力，通過鑿巖機(jī)內(nèi)的活塞作往復(fù)運(yùn)動沖擊鉆桿，通過回轉(zhuǎn)機(jī)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：3050kg輕型：小于30kg風(fēng)動氣腿鑿巖機(jī)

2、一、風(fēng)動鑿巖機(jī)：（風(fēng)鉆）2、氣腿的作用平衡鑿巖機(jī)的重量；對鉆桿產(chǎn)生向前的推進(jìn)壓力；在工作面上就位和轉(zhuǎn)移比較容易。一、風(fēng)動鑿巖機(jī)：（風(fēng)鉆）3、特點(diǎn)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(jià)較低，使用安全的優(yōu)點(diǎn)。但壓縮空氣的供應(yīng)設(shè)備比較復(fù)雜，工人勞動強(qiáng)度大，機(jī)械效率低，能耗大，噪聲大。鑿巖速度比液壓鑿巖機(jī)低。二、 液壓鑿巖機(jī)液壓鑿巖機(jī)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(fù)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)沖擊作用。二、 液壓鑿巖機(jī)2、液壓鑿巖機(jī)主要特點(diǎn)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(hù)較好。液壓鑿巖機(jī)構(gòu)造復(fù)雜，造

3、價(jià)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(jī)安裝在一個(gè)專門的移動設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)多機(jī)同時(shí)作業(yè)，集中控制，稱為鑿巖臺車。 鑿巖臺車(實(shí)腹、輪行)三、鑿巖臺車1、適用范圍大斷面和全斷面施工工作范圍： 寬1015m 高712m2、類型行走方式結(jié)構(gòu)形式 軌道式 輪胎式 履帶式 門架式（軌道式） 實(shí)腹式（輪胎式）新型鑿巖臺車三、鑿巖臺車三、鑿巖臺車二臂、四臂液壓鑿巖臺車 四、鉆頭和鉆桿 1、作用和材料鉆頭：直接破碎巖體（前端是硬質(zhì)高強(qiáng)耐磨合金鋼）鉆桿：傳遞沖擊功和扭矩（六邊形空心鋼）2、鉆頭直徑38、40、42、45、48mm鉆頭直接連接在鉆桿前端(整體式)或套裝在鉆桿前端

4、(組合式)，鉆桿尾則套裝在鑿巖機(jī)的機(jī)頭上。 四、鉆頭和鉆桿 3、鉆頭型式 整體式 組合式宜采用材質(zhì)強(qiáng)度高而較細(xì)的釬桿。鉆桿鉆頭釬肩釬尾 四、鉆頭和鉆桿 4、鉆桿4.2 炸藥一、爆破基本常識利用炸藥爆炸對周圍介質(zhì)的作用達(dá)到預(yù) 期工程目的 的一門技術(shù)。需要爆破的巖體暴露于空間的面藥包中心至臨空面的最短距離爆破： 爆破的特征：臨空面： 最小抵抗線： 反應(yīng)過程的放熱性反應(yīng)過程的高速性反應(yīng)過程中產(chǎn)生大量氣體二、炸藥的性能1、敏感度 炸藥在外界起爆能作用下發(fā)生爆炸反應(yīng)的難易程度 。 熱敏感度：爆發(fā)點(diǎn)，炸藥爆炸的最低溫度?；鹧娓卸龋簩鹧娴拿舾谐潭取C(jī)械感度：對機(jī)械能（撞擊、摩擦）作用的敏 感程度。爆轟感度

5、：對爆炸能的敏感程度，用起爆藥量表示。二、炸藥的性能2、爆力炸藥爆炸時(shí)對周圍介質(zhì)做功的能力,爆力越大，破壞能力越強(qiáng)，破壞的范圍和體積越大。3、爆速衡量炸藥的局部破環(huán)能力。 4、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。炸藥的爆速越高，其猛度越大。5、 殉爆距離一個(gè)藥包爆炸后，能引起與它不相接觸的鄰近藥包爆炸的最大距離稱為殉爆距離。6、安定性是指其物理化學(xué)性質(zhì)的安定性，主要表現(xiàn)為吸濕、結(jié)塊、揮發(fā)、滲油、老化、凍結(jié)和化學(xué)分解等。三、炸藥種類1、硝銨類炸藥組成：硝酸銨為主，其次是梯恩梯或硝酸鈉（鉀）特點(diǎn)：價(jià)格低廉，安定性好、威力大、易潮解2、漿狀炸藥組成：由氧化劑水溶液、敏化劑和膠凝

6、劑為基本成分組成的混合炸藥。特點(diǎn)：抗水性強(qiáng)、密度高、爆炸威力較大、原料廣、成本低和安全。三、炸藥種類3、乳化炸藥組成：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。特點(diǎn)：爆炸性能好、抗水性能強(qiáng)、安全性能高、環(huán)境污染小、原料來源廣和生產(chǎn)成本低、爆破效率比漿狀及水膠炸藥更高。4、硝化甘油炸藥組成：硝化甘油與二硝基乙二醇的混合物。特點(diǎn)：抗水性強(qiáng)、密度高、爆炸威力大，敏感度高，安全性差，價(jià)格昂貴。5、煤礦許用炸藥在巖石炸藥的基礎(chǔ)上外加一定比例的食鹽作為消焰劑的炸藥。炸藥的形式： 隧道爆破使用的炸藥一般均由廠制或現(xiàn)場加工成藥卷型式，可按爆破設(shè)計(jì)的炸藥品種、裝藥結(jié)構(gòu)和用藥量來選擇使用。

7、藥卷直徑有32mm、35mm、40mm等，長度為165500mm，而周邊光爆炸藥藥卷直徑一般為22mm、25mm，長度為200mm600mm。三、炸藥種類四、起爆方法和起爆材料1、火雷管起爆法即發(fā)雷管（一點(diǎn)火，就爆炸）火雷管成本低，使用比較簡單靈活，不受雜散電流的影響，應(yīng)用廣泛。隧道工程中常用的是8號和6號雷管借藥芯燃燒傳遞火焰，引爆火雷管。它需借助點(diǎn)火器材點(diǎn)燃。燃燒速度一般在100125s/m。（2）導(dǎo)火索（1）火雷管利用點(diǎn)燃的導(dǎo)火索產(chǎn)生的火焰先使雷管爆炸，進(jìn)而引起藥包爆炸的起爆方法。不能很好的控制起爆順序四、起爆方法和起爆材料（3）火雷管起爆法原理四、起爆方法和起爆材料2、電雷管起爆法（1

8、）電雷管起爆原理是在火雷管中加設(shè)電發(fā)火裝置而成的，用導(dǎo)電線傳輸電流使裝在雷管中的電阻發(fā)熱而引起雷管爆炸的（2）電雷管類型即發(fā)電雷管：通電即爆破遲發(fā)電雷管：通電后延遲一段時(shí)間爆破（段數(shù)越大，延期時(shí)間越長）四、起爆方法和起爆材料3、塑料導(dǎo)爆管起爆（1）塑料導(dǎo)爆管起爆原理是在聚乙烯塑料管的內(nèi)壁涂有一層高能炸藥，管壁上的高能炸藥在沖擊波作用下可以沿著管道方向連續(xù)穩(wěn)定爆轟，從而將爆轟傳播到非電雷管使雷管起爆。（2）優(yōu)點(diǎn)抗電、抗火、抗沖擊性能好；起爆、傳爆性能穩(wěn)定。塑料導(dǎo)爆管的結(jié)構(gòu)1-塑料管；2-炸藥粉末四、起爆方法和起爆材料四、起爆方法和起爆材料3、塑料導(dǎo)爆管起爆（3）非電導(dǎo)爆管雷管非電導(dǎo)爆管雷管與塑料

9、導(dǎo)爆管配合使用段別越大，延發(fā)時(shí)間越長（4）組成起爆元件（8號火雷管和導(dǎo)火索、擊發(fā)槍、專用激發(fā)器）傳爆元件（導(dǎo)爆管）聯(lián)結(jié)與分流元件末端起爆元件（導(dǎo)爆管雷管）非電導(dǎo)爆管四、起爆方法和起爆材料3、塑料導(dǎo)爆管起爆（5）導(dǎo)爆管起爆系統(tǒng)爆破過程是：擊發(fā)起爆雷管，從而使傳爆元件中的導(dǎo)爆管起爆傳爆，當(dāng)導(dǎo)爆管傳爆到聯(lián)結(jié)元件中的傳爆雷管時(shí)，雷管起爆，再引起周圍的導(dǎo)爆管起爆和傳爆，這樣連續(xù)傳爆下去，進(jìn)而使所有的炮眼炸藥起爆。 炮眼旁數(shù)字為導(dǎo)爆管雷管的段別四、起爆方法和起爆材料3、塑料導(dǎo)爆管起爆（5）導(dǎo)爆管起爆系統(tǒng)四、起爆方法和起爆材料3、塑料導(dǎo)爆管起爆（1）塑料導(dǎo)爆管起爆原理導(dǎo)爆索是以單質(zhì)猛炸藥黑索金或泰安作為索芯

10、的傳爆材料，它經(jīng)雷管起爆后，可以直接引爆其他炸藥（2）分類普通導(dǎo)爆索：具有一定的防水性能和耐熱性能，但在爆轟傳播過程中火焰強(qiáng)烈。（露天爆破）安全導(dǎo)爆索：普通導(dǎo)爆索的藥芯或外殼內(nèi)加了適量的消焰劑，使爆轟過程中產(chǎn)生的火焰小，溫度低。（瓦斯或礦塵）四、起爆方法和起爆材料5、電子雷管起爆（1）電子雷管（數(shù)碼智能雷管）采用電子控制模塊對起爆過程進(jìn)行控制的電雷管（2）優(yōu)點(diǎn)具備起爆延期時(shí)間控制、起爆能量控制功能；能對自身功能、性能以及雷管點(diǎn)火元件的電性能進(jìn)行測試；并能和起爆控制器及其他外部控制設(shè)備進(jìn)行通信。四、起爆方法和起爆材料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)場對每發(fā)雷管設(shè)

11、定所需的延期時(shí)間起爆器：控制整個(gè)爆破網(wǎng)路編程與觸發(fā)起爆。雷管編碼器起爆器（4）起爆網(wǎng)絡(luò)四、起爆方法和起爆材料4.3 隧道爆破設(shè)計(jì)一、炮眼布置1、炮眼的種類和作用掏槽眼增加臨空面，提高爆破效果輔助眼擴(kuò)大掏槽眼炸出的槽腔，為周邊眼爆破創(chuàng)造臨空面周邊眼炸出較平整的隧道斷面輪廓1-4：掏槽眼19、21周邊眼其余炮眼：輔助眼一、炮眼布置2、炮眼的布置原則和方法布置原則：先布置掏槽眼，其次周邊眼，最后輔助眼；方法：掏槽眼布置在中央偏下，比其他炮眼深15-20cm；周邊眼嚴(yán)格沿設(shè)計(jì)開挖輪廓設(shè)置，盡量布置均勻；周邊眼開眼位置硬巖在輪廓線上，軟巖可向內(nèi)偏移510cm。底眼和掏槽眼同深；在掏槽眼、周邊眼之間布置輔

12、助眼，滿足E/W=0.60.8。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）斜眼和直眼掏槽特點(diǎn)斜眼掏槽優(yōu)點(diǎn)：可以按巖層的實(shí)際情況選擇掏槽方式和掏槽角度；容易把石渣拋出，掏槽眼的個(gè)數(shù)較少。缺點(diǎn)：眼深受到坑道斷面尺寸的限制；不便于多臺鉆機(jī)同時(shí)鉆眼；鉆眼方向不夠準(zhǔn)確。直眼掏槽優(yōu)點(diǎn)：便于多機(jī)同時(shí)鉆眼；不受斷面尺寸對爆破進(jìn)尺的限制；可采用深孔爆破；石渣拋擲距離較短。缺點(diǎn)：炮眼個(gè)數(shù)較多，炸藥單耗值較大。（1）計(jì)算公式 N 炮眼數(shù)量，不包括未裝藥的空眼數(shù)； K 單位炸藥消耗量 ； S開挖斷面積， ； 每米藥卷的炸藥重量 裝藥系數(shù)，即裝藥長度與炮眼全長的比值。

13、二、隧道爆破設(shè)計(jì)1、炮眼數(shù)量炸藥單耗K的確定二、隧道爆破設(shè)計(jì)（2）經(jīng)驗(yàn)數(shù)值參考表（3）經(jīng)驗(yàn)類比法確定根據(jù)類似工程爆破條件確定炮眼數(shù)目二、隧道爆破設(shè)計(jì)1、炮眼數(shù)量二、隧道爆破設(shè)計(jì)2、炮眼深度（1）定義眼口到眼底的垂直距離。（2）如何確定炮眼深度一般以循環(huán)進(jìn)尺作為炮眼深度。軟巖：循環(huán)進(jìn)尺一般在0.81.5m左右。硬巖：35m（根據(jù)機(jī)械的最大鉆進(jìn)深度、鉆眼的效率有關(guān)）二、隧道爆破設(shè)計(jì)3、裝藥量的計(jì)算及分配（1）總裝藥量采用體積公式計(jì)算：Q=kV（kg）K爆破每立方米巖石所需炸藥的消耗量V一個(gè)循環(huán)進(jìn)尺所爆落的巖石總體積，V=LS；L計(jì)劃循環(huán)進(jìn)尺 ；S開挖面積。二、隧道爆破設(shè)計(jì)3、裝藥量的計(jì)算及分配（2

14、）分配：原則：各炮眼的作用不同，因而各部位炮眼的裝藥量也不相同，掏槽眼的裝藥量最多，其次是底眼，然后是輔助眼，周邊眼的裝藥量最少。分配：掏槽眼：最多； 中硬巖9095%輔助眼：次之周邊眼：最少；軟巖：40190g/m硬巖：300400g/m 底眼：單孔裝藥量q=qaWL單孔藥卷量：單眼裝藥量為半卷，整卷計(jì)量為宜二、隧道爆破設(shè)計(jì)4、裝藥結(jié)構(gòu)（1）定義：裝藥結(jié)構(gòu)是指繼爆藥藥卷和起爆藥藥卷在炮眼中的布置方法。（2）分類1）按起爆藥卷的位置： 正向起爆和反向起爆：2）按裝藥的連續(xù)性： 連續(xù)裝藥；間隔裝藥。（1）正向裝藥(起爆)：是將起爆藥卷放在眼口第二個(gè)藥卷位置上，雷管集中穴能量向眼底傳遞，并用炮泥堵

15、塞眼口。（2）反向裝藥(起爆)：是將起爆藥卷放在眼底第二個(gè)藥卷位置上，保證最大限度的利用炸藥能，既可保證不破壞眼底巖石，還因雷管集中穴朝外，可取得好的效果。（3）連續(xù)裝藥：這種裝藥方式就是把藥卷一個(gè)緊接一個(gè)地裝入炮眼，直至把該炮眼需用量裝完。（4）半個(gè)藥卷，在隔一定距離再裝半個(gè)藥卷直到預(yù)計(jì)藥量裝填完畢。二、隧道爆破設(shè)計(jì)二、隧道爆破設(shè)計(jì)二、隧道爆破設(shè)計(jì)采用導(dǎo)爆管起爆法。還應(yīng)根據(jù)各種炮眼所起的作用來確定起爆順序。一般是先掏槽眼、輔助眼、底板眼、周邊眼。二、隧道爆破設(shè)計(jì)5、起爆方法和起爆順序4.4 控制爆破在隧道爆破施工中，首要的要求是開挖輪廓與尺寸準(zhǔn)確，對圍巖擾動小。所以，周邊眼的爆破效果，反映了

16、整個(gè)隧道爆破的成洞質(zhì)量。隧道控制爆破是指光面爆破和預(yù)裂爆破。 通過一系列措施對開挖部位的周邊實(shí)行正確的鉆孔和爆破，并使周邊眼最后起爆的爆破方法。一、光面爆破1、定義開挖輪廓成形規(guī)則，巖面平整;圍巖壁上保存有50%以上的半面炮眼痕跡；無明顯的爆破裂縫;超欠挖符合規(guī)定要求，圍巖壁上無危石等2、隧道光面爆破標(biāo)準(zhǔn) 一、光面爆破(1)周邊炮眼間距E控制周邊輪廓線，一般取E=（1018）d 完整性的巖石E宜取大值，堅(jiān)硬和節(jié)理裂隙發(fā)育的巖石E宜取小值；也可以按照下表選取一、光面爆破3、隧道光面爆破的主要參數(shù) (2) 光面層厚度及炮眼密集系數(shù)K=E/W 1；K=0.8左右較為適宜W=60 90cm(3)裝藥量

17、既具有破巖所需的能量，又不造成圍巖的過度破壞 。軟巖：40150g/m硬巖：250400g/m 一、光面爆破3、隧道光面爆破的主要參數(shù) （1）使用低爆速、低猛度、低密度、傳爆性能好、爆炸威力小的炸藥。 （2）采用不偶合裝藥結(jié)構(gòu)。 （3）嚴(yán)格掌握與周邊眼相鄰的內(nèi)圈炮眼的爆破效果，為周邊眼爆破創(chuàng)造臨空面。（4）周邊眼應(yīng)盡量做到同時(shí)起爆。（5）嚴(yán)格控制裝藥集中度(裝藥量)。一、光面爆破4、隧道光面爆破的技術(shù)措施二、預(yù)裂爆破 1、定義讓周邊眼最先起爆，沿周邊眼連線形成預(yù)裂面，最后在起爆其他炮眼，進(jìn)而控制巖體的開挖輪廓。預(yù)裂面的存在，對后爆的掏槽眼、輔助眼的爆轟波能起反射和緩沖作用，可以減輕爆轟波對圍巖

18、的破壞影響，保持巖體的完整性，爆破后的開挖面整齊規(guī)則。二、預(yù)裂爆破 2、區(qū)別（1）起爆順序不同光面爆破先引爆掏槽眼，然后輔助眼，最后周邊眼。預(yù)裂爆破先引爆周邊眼，然后掏槽眼，最后輔助眼。（2）適用條件不同光面爆破適用圍巖穩(wěn)定性好的硬質(zhì)圍巖；預(yù)裂爆破適用穩(wěn)定性較差軟弱圍巖（3）實(shí)施過程爆破技術(shù)較光面爆破更為復(fù)雜4.5 水壓爆破一、水壓爆破原理1、定義水壓爆破是將藥包置于注滿水的被爆容器中的設(shè)計(jì)位置上，以水作為傳爆介質(zhì)傳播爆轟壓力使容器破壞，且空氣沖擊波、飛石及噪聲等均可有效控制的爆破方法。利用在水中傳播的爆破應(yīng)力波對水的不可壓縮性，使爆炸能量經(jīng)過水傳遞到炮眼圍巖中幾乎無損失，十分有利于巖石破碎。同時(shí)，水在爆炸氣體膨脹作用下產(chǎn)生的“水楔”效應(yīng)有利于巖石進(jìn)一步破碎，炮眼中有水可以起到霧化降塵作用，大大降低粉塵對環(huán)境的污染。2、隧道水壓爆破一、水壓爆破原理3、鉆孔水耦合裝藥爆破特