知名大学隧道超欠挖控制方法.pptx
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1、成都:西南交通大学成都:西南交通大学 土木工程学院土木工程学院 2018 年年 05 月月肖肖 清清 华华第四第四部分部分 隧道超欠挖控制方法隧道超欠挖控制方法 Email:xqh_电电 话:话:15908173709内内 容容u 第一部分第一部分 隧道爆破设计与施工隧道爆破设计与施工u 第二部分第二部分 隧道掏槽爆破技术隧道掏槽爆破技术u 第三部分第三部分 隧道光面爆破技术隧道光面爆破技术u 第四部分第四部分 爆破器材与起爆方法爆破器材与起爆方法u 第五部分第五部分 爆破安全控制技术爆破安全控制技术u 第六部分第六部分 瓦斯隧道爆破技术瓦斯隧道爆破技术第一部分第一部分 隧道爆破设计与施工隧道
2、爆破设计与施工 一、隧道掘进方法一、隧道掘进方法 人工人工 钻爆:人工钻爆:人工 动力动力 机械:盾构机械:盾构 TBM 例例1:白令海峡白令海峡 渤海、琼州渤海、琼州 例例2:锦屏锦屏(?)隧道隧道光面爆破光面爆破 1、钻爆法:、钻爆法:通过钻孔、装药、爆破开挖岩石的方法。通过钻孔、装药、爆破开挖岩石的方法。2、隧道掘进机械法、隧道掘进机械法盾构法盾构法 盾构盾构(Shield),全名,全名叫叫盾构隧道掘进机盾构隧道掘进机,大钻头,暗挖隧道大钻头,暗挖隧道机械。机械。盾构机盾构机2、国外盾构施工与现状、国外盾构施工与现状大坡度大坡度大坡度斜井大坡度斜井盾构盾构施工施工成型隧道成型隧道n TB
3、M掘进法掘进法 TBM(Tunnel Boring Machine)n中文名字:中文名字:隧道掘进机。隧道掘进机。它是利用回转刀具开挖,它是利用回转刀具开挖,同时破碎洞内围岩及掘同时破碎洞内围岩及掘进,形成整个隧道断面进,形成整个隧道断面的一种新型、先进的隧的一种新型、先进的隧道施工机械。道施工机械。3、隧道掘进机械法、隧道掘进机械法TBM法法锦屏锦屏12.48m TBM在洞内组装在洞内组装 4、目前现状、目前现状 目前,目前,钻爆法钻爆法由于对地质条件适应性强、开由于对地质条件适应性强、开挖成本低,特别适合于坚硬岩石隧道、破碎岩石挖成本低,特别适合于坚硬岩石隧道、破碎岩石隧道及大量短隧道的施
4、工。隧道及大量短隧道的施工。钻爆法钻爆法仍是隧道掘进仍是隧道掘进的主要手段,约占的主要手段,约占70%。二、隧道爆破设计与施工二、隧道爆破设计与施工 炮眼的种类和作用炮眼的种类和作用掏槽眼掏槽眼(孔孔)辅助眼辅助眼(孔孔)(多种叫法多种叫法)辅掏、掘进辅掏、掘进周边眼周边眼(孔孔)(1)掏槽眼掏槽眼(cut hole)针对隧道开挖爆破只有一个临空面的特点,为针对隧道开挖爆破只有一个临空面的特点,为提高爆破效果,宜先在开挖断面的适当位置(一般提高爆破效果,宜先在开挖断面的适当位置(一般在在中央偏下部中央偏下部)布置几个装药量较多的炮眼。其作用布置几个装药量较多的炮眼。其作用是先在开挖面上炸出一个
5、是先在开挖面上炸出一个槽腔槽腔,为后续炮眼的爆破,为后续炮眼的爆破创造新的临空面。创造新的临空面。(2)辅助眼辅助眼(reliever)位于掏槽眼与周边眼之间的炮眼称为位于掏槽眼与周边眼之间的炮眼称为辅助眼辅助眼。其作用是扩大掏槽眼炸出的槽腔,为周边眼爆破创其作用是扩大掏槽眼炸出的槽腔,为周边眼爆破创造临空面。造临空面。(3)周边眼周边眼(perimeter hole)沿隧道周边布置的炮眼称为沿隧道周边布置的炮眼称为周边眼周边眼。其作用。其作用是炸出较平整的隧道断面轮廓。按其所在位置的是炸出较平整的隧道断面轮廓。按其所在位置的不同,又可分为帮眼(不同,又可分为帮眼(3#眼)、顶眼(眼)、顶眼(
6、4#眼)、眼)、底眼(底眼(5#眼)。眼)。爆破的爆破的关键关键是是掏槽眼掏槽眼和和周边眼周边眼的爆破。的爆破。掏槽眼掏槽眼为辅助眼和周边眼的爆破创造了有利条为辅助眼和周边眼的爆破创造了有利条件,直接影响循环进尺和掘进效果;件,直接影响循环进尺和掘进效果;周边眼周边眼关系到隧道开挖边界的超欠挖和对周围关系到隧道开挖边界的超欠挖和对周围围岩的影响。围岩的影响。隧道爆破的基本概念隧道爆破的基本概念 (1)掏槽爆破)掏槽爆破 (2)光面爆破)光面爆破 (3)预裂爆破)预裂爆破 (4)循环进尺)循环进尺 (5)炮眼间距)炮眼间距 (6)抵抗线)抵抗线 (7)炸药单耗)炸药单耗 (08)炮眼利用率)炮眼
7、利用率 (09)掏槽眼)掏槽眼 (10)扩槽眼)扩槽眼 (11)周边眼)周边眼 (12)内圈眼)内圈眼 (13)地板眼)地板眼 (14)二台眼)二台眼 (15)微差爆破)微差爆破 三、设计程序三、设计程序如何设计如何设计 1、确定循环进尺及相关参数、确定循环进尺及相关参数 合理地确定炮眼布置、数目、深度和角合理地确定炮眼布置、数目、深度和角度、装药量和装药结构、起爆方法、起爆顺度、装药量和装药结构、起爆方法、起爆顺序,安排好循环作业等;序,安排好循环作业等;2、图表、图表 爆破设计工艺爆破设计工艺1 1、参数选取不准确、参数选取不准确2 2、手工布孔绘图慢、手工布孔绘图慢3 3、计算与修改量大
8、、计算与修改量大4 4、数据管理困难、数据管理困难 按选取的按选取的参数在隧道断参数在隧道断面上布置掏槽、面上布置掏槽、辅助、掘进、辅助、掘进、周边炮孔,计周边炮孔,计算药量并调整算药量并调整 按隧道爆按隧道爆区地质资料和区地质资料和隧道断面尺寸隧道断面尺寸选取包括掏槽选取包括掏槽类型、掏槽参类型、掏槽参数以及其他炮数以及其他炮孔孔网参数和孔孔网参数和炸药单耗等参炸药单耗等参数数 根据布孔根据布孔设计图进行现设计图进行现场布置、钻凿场布置、钻凿炮孔、爆破炮孔、爆破参数选取参数选取布孔设计布孔设计现场施工现场施工 四、钻爆施工四、钻爆施工 钻爆施工钻爆施工是把钻爆设计付诸实施的重要是把钻爆设计付
9、诸实施的重要环节,包括环节,包括钻孔钻孔、装药装药、堵塞堵塞和和爆破爆破后可能后可能出现的出现的问题处理问题处理等。等。1、开挖方法、开挖方法 隧道施工方法的选用,应根据工程地质条件和隧道施工方法的选用,应根据工程地质条件和水文地质资料,结合断面大小、支护类型、隧道长水文地质资料,结合断面大小、支护类型、隧道长度、工期要求等因素综合研究确定。当采用钻爆法度、工期要求等因素综合研究确定。当采用钻爆法施工时,一般可选用施工时,一般可选用全断面开挖法全断面开挖法(full face method)、台阶法台阶法(bench cut method)和和导坑法导坑法(drift method)等。等。2
10、、钻眼、钻眼 目前,在隧道开挖爆破过程中,广泛采用的目前,在隧道开挖爆破过程中,广泛采用的钻孔设备为钻孔设备为凿岩机凿岩机(rock drill)和和钻孔台车钻孔台车(drill jumbo)。问题:问题:3、装药、装药 (1)炮孔检查:炮孔检查:仔细检查炮眼的位置、深度、角度仔细检查炮眼的位置、深度、角度 是否满足设计要求。是否满足设计要求。(2)炮孔清理:炮孔清理:将炮眼内的残碴积水排除干净。将炮眼内的残碴积水排除干净。(3)装药:装药:应严格按照设计的炸药量进行装填。应严格按照设计的炸药量进行装填。(4)起爆药卷安装:正向起爆起爆药卷安装:正向起爆、反向起爆反向起爆和和双向起双向起 爆爆
11、三种起爆形式。三种起爆形式。必须采用竹片,但与大断面隧道快速掘进理念矛盾!必须采用竹片,但与大断面隧道快速掘进理念矛盾!效果区别:效果区别:反向起爆有利于克服岩石的夹制反向起爆有利于克服岩石的夹制作用,能提高炮眼利用率,减小岩石破碎块度,爆作用,能提高炮眼利用率,减小岩石破碎块度,爆破效果较正向起爆为好。破效果较正向起爆为好。但反向起爆较早装入起爆药卷,会影响但反向起爆较早装入起爆药卷,会影响后续装后续装药质量药质量,在有水情况下,起爆易,在有水情况下,起爆易受潮拒爆受潮拒爆,还易损,还易损伤起爆引线,机械化装药时易产生静电早爆。伤起爆引线,机械化装药时易产生静电早爆。例:瓦斯涌出爆炸例:瓦斯
12、涌出爆炸 隧道周边眼的装药结构常用隧道周边眼的装药结构常用小直径连续装药小直径连续装药、间隔装药间隔装药、导爆索装药导爆索装药和和空气柱装药空气柱装药。一般宜选用。一般宜选用小直径连续装药或间隔装药结构;当岩石很软时,小直径连续装药或间隔装药结构;当岩石很软时,可用导爆索装药结构;眼深小于可用导爆索装药结构;眼深小于2m时,可采用空气时,可采用空气柱装药结构。柱装药结构。能否做到?能否做到?4、堵塞、堵塞 隧道内所用的炮眼堵塞材料,一般为砂子和粘隧道内所用的炮眼堵塞材料,一般为砂子和粘土混合物,其比例大致为砂子土混合物,其比例大致为砂子50%40%,粘土,粘土50%60%。堵塞长度视炮眼直径而
13、定。当炮眼直。堵塞长度视炮眼直径而定。当炮眼直径为径为25mm或或50mm时,堵塞长度不能小于时,堵塞长度不能小于18cm和和45cm。堵塞长度也和最小抵抗线有关,通常不能。堵塞长度也和最小抵抗线有关,通常不能小于最小抵抗线。堵塞方法可采用分层捣实法进行。小于最小抵抗线。堵塞方法可采用分层捣实法进行。能否做到?能否做到?起爆网络是隧道爆破成败的关键,它直接影响起爆网络是隧道爆破成败的关键,它直接影响爆破效果和爆破质量,起爆网络必须保证每个药卷爆破效果和爆破质量,起爆网络必须保证每个药卷按设计的按设计的起爆顺序起爆顺序和和起爆时间起爆时间起爆。目前在无瓦斯起爆。目前在无瓦斯与煤尘爆炸危险的铁路隧
14、道中进行爆破开挖多采用与煤尘爆炸危险的铁路隧道中进行爆破开挖多采用导爆管起爆系统导爆管起爆系统起爆。起爆。五、安全警戒与起爆五、安全警戒与起爆v(一一)安全警戒与信号安全警戒与信号v爆破作业全过程都存在安全警戒问题,但到了起爆爆破作业全过程都存在安全警戒问题,但到了起爆阶段,其主要工作是阶段,其主要工作是安全警戒安全警戒。为了保证起爆阶段。为了保证起爆阶段能够按程序有条不紊地进行,还需要规定必要的联能够按程序有条不紊地进行,还需要规定必要的联络信号,使整个起爆工作做到安全、准确、可靠、络信号,使整个起爆工作做到安全、准确、可靠、万无一失。万无一失。v1、安全警戒、安全警戒 v(1)清场清场 v
15、(2)派出岗哨派出岗哨 v(3)断绝交通断绝交通 v(4)坚守岗位坚守岗位 v(5)解除警戒解除警戒v2、信号、信号v警戒信号是保证爆破安全实施的基本保警戒信号是保证爆破安全实施的基本保障,一般有障,一般有口哨口哨、信号旗信号旗、警报器警报器、警警笛笛等等音响音响和和视觉视觉信号。信号。v在每次爆破中,起爆前后一共有在每次爆破中,起爆前后一共有3次信号。次信号。v预警信号预警信号:该信号发出后爆破警戒区内开始清场工作。该信号发出后爆破警戒区内开始清场工作。v起爆信号起爆信号:起爆信号应在确认人员、设备全部撤离爆起爆信号应在确认人员、设备全部撤离爆破警戒区,破警戒区,所有所有警戒人员全部到位,在
16、具备安全起警戒人员全部到位,在具备安全起爆条件时发出。起爆信号发出后准许负责起爆的人爆条件时发出。起爆信号发出后准许负责起爆的人员起爆。员起爆。v解除信号解除信号:安全等待时间过后,检查人员进入爆破警安全等待时间过后,检查人员进入爆破警戒范围内检查、确认安全后,方可发出爆破解除信戒范围内检查、确认安全后,方可发出爆破解除信号。在此之前,岗哨不得撤离,不允许非检查人员号。在此之前,岗哨不得撤离,不允许非检查人员进入爆破警戒范围。进入爆破警戒范围。v(二二)起爆起爆v起爆是爆破工作的关键。由于现在国内生产起爆是爆破工作的关键。由于现在国内生产的起爆仪器易受人为操作因素的影响,有可的起爆仪器易受人为
17、操作因素的影响,有可能因为起爆人员的一个微小错误能因为起爆人员的一个微小错误(例如忘记例如忘记更换电池、接线前没有按要求迸行放电、操更换电池、接线前没有按要求迸行放电、操作顺序错误、按钮未能按到底造成开关接触作顺序错误、按钮未能按到底造成开关接触不良、提早按下起爆按钮充电不到位等不良、提早按下起爆按钮充电不到位等),就,就导致整个爆破的失败。导致整个爆破的失败。(例:班长线、曹烟囱例:班长线、曹烟囱)对起爆人员的要求对起爆人员的要求v起爆人员应由有经验的爆破员担任,对于重大爆破起爆人员应由有经验的爆破员担任,对于重大爆破应由爆破技术人员担任。应由爆破技术人员担任。(例:技术员被夹)(例:技术员
18、被夹)v起爆器操作要由两人负责实施,起爆器操作要由两人负责实施,1人操作,人操作,1人监督,人监督,必要时进行替换。必要时进行替换。v熟悉常用的起爆仪器,包括起爆器、击发枪熟悉常用的起爆仪器,包括起爆器、击发枪(笔笔)的的连接,测试仪表的使用,了解起爆器的性能、电池连接,测试仪表的使用,了解起爆器的性能、电池更换周期。更换周期。v熟悉常用起爆方法的操作要领和步骤。熟悉常用起爆方法的操作要领和步骤。v绝对听从指挥员口令,准确地按信号实施操作。绝对听从指挥员口令,准确地按信号实施操作。v(三三)警戒的解除警戒的解除v起爆后,经检查确认无盲炮或其他险情,检查人员起爆后,经检查确认无盲炮或其他险情,检
19、查人员向爆破工作领导人报告后方能解除爆破安全警戒,向爆破工作领导人报告后方能解除爆破安全警戒,解除警戒的程序为解除警戒的程序为:v 进入爆区检查的人员检查完毕后,由事先指定进入爆区检查的人员检查完毕后,由事先指定的负责人汇总向爆破指挥部的负责人汇总向爆破指挥部(或爆破工作领导人或爆破工作领导人)报报告检查情况,报告内容包括爆堆状况、有无盲炮及告检查情况,报告内容包括爆堆状况、有无盲炮及判定的理由、边坡危石情况、附近建筑物及不能撤判定的理由、边坡危石情况、附近建筑物及不能撤离的设备有无损坏、是否发现残余的爆破器材等。离的设备有无损坏、是否发现残余的爆破器材等。v如果有盲炮,由指挥部或爆破工作领导
20、人派出人员如果有盲炮,由指挥部或爆破工作领导人派出人员立即处理。立即处理。v爆破工作领导人综合各方面情况后确认无盲炮爆破工作领导人综合各方面情况后确认无盲炮 (或或有盲炮己经处理完毕有盲炮己经处理完毕)和其他险情后,下达警戒解和其他险情后,下达警戒解除命令。除命令。v收到警戒解除命令后,由信号员发出解除信号。收到警戒解除命令后,由信号员发出解除信号。v收到解除信号后警戒人员方可结束警戒任务、撤离收到解除信号后警戒人员方可结束警戒任务、撤离警戒哨位。警戒哨位。(四四)早爆、迟爆与拒爆早爆、迟爆与拒爆v1、早爆、早爆v炸药包比预定时间提前爆炸,称为炸药包比预定时间提前爆炸,称为早爆早爆。发生。发生
21、早爆时,由于作业人员就在药包附近或尚未撤早爆时,由于作业人员就在药包附近或尚未撤离危险区,所以极易造成人员伤亡。工程实践离危险区,所以极易造成人员伤亡。工程实践表明,早爆的主要原因有以下几方面表明,早爆的主要原因有以下几方面:v(例:梁烟囱)(例:梁烟囱)v 采用电起爆网路时,雷电、射频电采用电起爆网路时,雷电、射频电(广播、电视、广播、电视、无线电台等发射的电波无线电台等发射的电波)、静电、高压吨、杂散电流、静电、高压吨、杂散电流等等外来电流外来电流影响引起雷管早爆。影响引起雷管早爆。v 雷电雷电直接落在雷管、炸药包、起爆导爆索或导爆直接落在雷管、炸药包、起爆导爆索或导爆管等爆炸材料上导致早
22、爆。管等爆炸材料上导致早爆。v 违反安全操作规程、违章作业引起早爆,如违反安全操作规程、违章作业引起早爆,如扩壶扩壶爆破间隔时间过短,或几次扩壶后随即装药,因孔爆破间隔时间过短,或几次扩壶后随即装药,因孔壁温度过高引起早爆;用竿头开裂的竹竿进行炮孔壁温度过高引起早爆;用竿头开裂的竹竿进行炮孔装药,用力过猛插响雷管;用钻杆当炮棍装药,捅装药,用力过猛插响雷管;用钻杆当炮棍装药,捅响雷管;确室爆破作业现场由于照明不当或使用烟响雷管;确室爆破作业现场由于照明不当或使用烟火引起药包燃烧、爆炸。火引起药包燃烧、爆炸。v 起爆器材有问题,如起爆器材有问题,如导火索燃速导火索燃速过快引起过快引起早爆。早爆。
23、v 硫化矿床用硝铵类炸药进行爆破,因硝酸硫化矿床用硝铵类炸药进行爆破,因硝酸铵与硫化矿接触产生放热反应,使孔内温度铵与硫化矿接触产生放热反应,使孔内温度升高,如装药环境内有水,则加速这种反应,升高,如装药环境内有水,则加速这种反应,结果引起炸药结果引起炸药(雷管雷管)自爆自爆。v为了为了防止早爆防止早爆及由此发生的安全事故,应采取以下措及由此发生的安全事故,应采取以下措施施:v 若爆区附近有广播、电视、无线电发射台和高压若爆区附近有广播、电视、无线电发射台和高压输电线时,采用非电起爆。输电线时,采用非电起爆。手机、对讲机!手机、对讲机!v 提高爆破作业人员安全施工操作水平,严禁违章提高爆破作业
24、人员安全施工操作水平,严禁违章作业。作业。v 坚持使用木质炮棍。坚持使用木质炮棍。v 对新购进的爆炸物品,使用前要进行性能检测。对新购进的爆炸物品,使用前要进行性能检测。目前国家做得很好!目前国家做得很好!v 采用电起爆在装人雷管前,爆区附近用电采用电起爆在装人雷管前,爆区附近用电设备暂停运行,清除爆区内的金属物件和撤落设备暂停运行,清除爆区内的金属物件和撤落在积水内的炸药,以减少杂散电流源。在积水内的炸药,以减少杂散电流源。v 雷雨天气采用非电起爆。遇雷雨时立即停雷雨天气采用非电起爆。遇雷雨时立即停止爆破作业,迅速撤离危险区,并在危险区边止爆破作业,迅速撤离危险区,并在危险区边界设置岗哨,防
25、止他人误入。界设置岗哨,防止他人误入。v 在含硫矿床地段作业时,可向工作面或炮孔在含硫矿床地段作业时,可向工作面或炮孔中涂酒石灰水,或采用抗高温的雷管和炸药。中涂酒石灰水,或采用抗高温的雷管和炸药。v2、迟爆、迟爆v炸药包比预定时间滞后爆炸,称为炸药包比预定时间滞后爆炸,称为迟爆迟爆。迟爆具有不可预见性和突然性,所以也极迟爆具有不可预见性和突然性,所以也极易发生人身安全事故。迟爆事故分析表明,易发生人身安全事故。迟爆事故分析表明,产生迟爆的原因有以下几方面产生迟爆的原因有以下几方面:v 起爆材料或炸药过期,起爆能力或爆轰性起爆材料或炸药过期,起爆能力或爆轰性能降低,起爆后炸药不能立即爆轰,存在
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