CN102758633B - 一种围岩情况较好的大断面隧道的施工方法 - Google Patents

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本发明提供一种围岩情况较好的大断面隧道的施工方法,该方法包括:1)在预定隧道的断面上确定中心导硐的断面规格和位置;2)在中心导硐的断面上确定多个眼孔的位置分布,其中,该多个眼孔分为布置在中心导硐中央的空眼以及绕着该空眼布置的多圈炮孔;3)在中心导硐的断面上,按照所确定的眼孔位置开凿眼孔;4)在开凿出的多圈炮孔中填充炸药并安装雷管,并按照由内圈向外圈的顺序依次起爆;5)排烟并清除石碴;6)对中心导硐以外、隧道以内的岩石部分进行爆破,以形成预定的隧道轮廓;7)排烟并清除石碴;8)对隧道轮廓进行支护;9)重复上述步骤,直到隧道达到预定长度为止。该方法所产生震动较小,并且施工进度较快。

Description

一种围岩情况较好的大断面隧道的施工方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种隧道挖掘方法,具体地说,涉及一种围岩情况较好的大断面隧道的施工方法。
背景技术
[0002] 随着我国经济的快速发展,城市地面交通正变得拥挤不堪。因此,城市地下交通的建设(即地铁工程)正在迅猛地发展。地铁工程的特点是工期短、质量标准高、对市政设施和居民生活的影响大。这就不仅要求挖掘时产生的震动小(例如,要求震速在1.5cm/s以下),而且要求掘进速度快。
[0003] 对于大断面隧道来说,采用全断面掘进的方法是不适宜的。图1是全断面掘进方法的示意图。全断面掘进主要用于断面较小且对爆破挖掘时产生的震动要求不严的矿山井下或野外作业中。目前,城市地下大断面隧道的施工方法包括⑶(central diaphragm)法、台阶法等。图2和图3分别是CD法和台阶法的示意图。
[0004] 如图2所示,在CD法施工过程中,先开挖隧道中的一侧(例如,图2中的隧道中的左侧部分),并形成中隔壁墙,然后再开挖隧道中的另一侧(例如,图2中隧道中的右侧部分)。在开挖隧道中的一侧时,将该侧从上到下分成多个部分并从上到下依次开挖,在每个部分开挖后,即进行该部分的初期支护,然后再进行下一部分的开挖和支护。当开挖形成全断面时,使全断面的初期支护闭合。如图3所示,在台阶法施工过程中,将隧道的全断面分为几层,由上向下分部开挖并支护,每层开挖面的前后距离较小而形成几个台阶。
[0005] 上述⑶法和台阶法适用于断面较大、岩石结构较软或破碎的隧道的施工。在这两种方法中,虽然爆破产生的震动较小,但进尺较短,并且需要分段分部进行支护,因而进度缓慢。当隧道的围岩情况比较好(例如,围岩级别为IV级)时,采用上述方法就不够高效快捷。
发明内容
[0006] 本发明就是为解决上述技术问题而做出的,其目的在于提供一种围岩情况较好的大断面隧道的施工方法,该施工方法所产生震动较小,并且施工进度较快。
[0007] 为了实现上述目的,提供一种围岩情况较好的大断面隧道的施工方法,即中心导硐法,该方法包括的步骤有:1)在具有预定规格和位置的大断面隧道的断面上确定中心导硐的断面规格和位置;2)在确定了的中心导硐的断面上确定多个眼孔的位置分布,其中,所述多个眼孔分为布置在所述中心导硐中央的一个或多个空眼以及环绕该一个或多个空眼布置的多圈炮孔;3)在所述中心导硐的硐底断面上,按照所述确定的眼孔位置沿隧道延伸方向开凿眼孔;4)在所述中心导硐的硐底断面上的所述多圈炮孔中填充炸药并安装雷管,并使所述多圈炮孔中的炸药按照由内圈向外圈的顺序依次起爆;5)排烟并清除爆破所产生的石碴;6)对所述中心导硐以外、所述隧道以内的岩石部分沿隧道延伸方向进行爆破,使得该岩石部分经爆破后形成预定的隧道轮廓;7)排烟并清除爆破所产生的石碴;8)对所述隧道轮廓进行支护;9)反复进行上述步骤,直到所述大断面隧道达到预定的长度为止。
[0008] 优选地,在步骤5)之后,在步骤6)之前,还可以包括的步骤有:重复进行步骤3)到步骤5)预定次数。
[0009] 另外,优选地,在重复进行步骤3)到步骤5)预定次数之后,还可以包括的步骤有:在所述中心导硐以外、所述隧道以内的岩石部分上沿隧道延伸方向开凿多个炮孔,该多个炮孔的布置使得该岩石部分经爆破后形成预定的隧道轮廓;以及在该多个炮孔中填充炸药并安装雷管。
[0010] 优选地,在最后一次重复进行步骤3)到步骤5)时,在最后一次进行的步骤3)中,可以同时在所述中心导硐以外、所述隧道以内的岩石部分上沿隧道延伸方向开凿多个炮孔,该多个炮孔的布置使得该岩石部分经爆破后形成预定的隧道轮廓,以及在最后一次进行的步骤5)之后,可以在该多个炮孔中填充炸药并安装雷管。
[0011] 优选地,在最后一次重复进行步骤3)到步骤5)时,在最后一次进行的步骤3)中,可以同时在所述中心导硐以外、所述隧道以内的岩石部分上沿隧道延伸方向开凿多个炮孔,该多个炮孔的布置使得该岩石部分经爆破后形成预定的隧道轮廓,以及在最后一次进行的步骤4)中,也可以同时在该多个炮孔中填充炸药并安装雷管。
[0012] 所述隧道的断面可以呈马蹄形、圆形、椭圆形或方形。
[0013] 在所述隧道的断面呈马蹄形的情形中,所述中心导硐的断面可以与所述隧道的断面底边重合。
[0014] 优选地,所述中心导硐的硐底断面上的所述最外一圈炮孔中的炸药可以按照先底部再侧壁和拱部的顺序依次起爆。
[0015] 上述中心导硐法施工适用于围岩情况较好的大断面隧道施工。通过先形成小断面中心导硐,然后在刷大成大断面隧道,可以在施工时减小震动、提高效率、并对围岩进行较好的控制。另外在形成中心导硐时,通过多次小进尺爆破来形成大进尺中心导硐,可以进一步控制震动,这就满足了城市地下隧道的掘进要求。
附图说明
[0016] 图1为现有技术中的用于隧道施工的全断面施工方法的示意图;
[0017] 图2为现有技术中的用于隧道施工的⑶法的示意图;
[0018] 图3为现有技术中的用于隧道施工的台阶法的示意图;
[0019]图4为本发明的一个实施例所述的用于围岩情况较好的大断面隧道施工的中心导硐法的示意图;以及
[0020] 图5为本发明的一个实施例所述的中心导硐的断面炮孔布置的示意图。
具体实施方式
[0021] 下面将参考附图来描述本发明所述的围岩情况较好的大断面隧道的施工方法(即,中心导硐法)的一个实施例。本领域的普通技术人员可以认识到,在不偏离本发明的精神和范围的情况下,可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此,附图和描述在本质上是说明性的,而不是用于限制权利要求的保护范围。此外,在本说明书中,相同的附图标记表示相同或相似的部分。
[0022]图4为本发明的一个实施例所述的用于围岩情况较好的大断面隧道施工的中心导硐法的示意图。如图4所示,在本发明的一个实施例所述的围岩情况较好(例如,围岩级别为IV级)的大断面隧道10的施工方法中,首先,在具有预定规格和位置的大断面隧道10的断面上确定中心导硐20的断面规格和位置。在本发明的一个实施例中,隧道10的断面形状为马蹄形(即上部为拱形,下部为方形)。中心导硐20的断面可以设计为与隧道10的断面形状相似。另外,中心导硐20的断面与隧道10的断面底边重合。中心导硐20的断面大小以爆破形成中心导硐20后方便清理工具(如清理车辆)进入中心导硐20清理石碴为宜,例如,断面大小可以为3米X4米。中心导硐20的断面与隧道10的断面设计为底边重合,这样,在通过爆破形成中心导硐20时,中心导硐20的底部直接成为隧道10的底部的一部分,从而便于进行排水防水施工,同时也便于在爆破中找准隧道底面的位置。在本发明的其它实施例中,隧道10的断面形状可以为圆形、椭圆形、方形等。
[0023] 其次,在确定了的中心导硐20的断面上确定多个眼孔的位置分布。图5是本发明的一个实施例所述的中心导硐20的断面眼孔布置的示意图。如图5所示,通过凿岩机在中心导硐20的断面中央凿出一个或多个的空眼21,并环绕着该一个或多个空眼21凿出多圈炮孔,例如第I圈炮孔22,第II圈炮孔23,第III圈炮孔24,第IV圈炮孔25和26,其中,最外一圈(即第IV圈)炮孔25和26的连线所构成的形状可以与所述中心导硐20的设计断面的轮廓线相似,以保证在下面的步骤中当最外一圈炮孔中的炸药爆炸后产生具有预定轮廓的中心导硐20。所述各炮孔圈之间的距离,每个炮孔圈中炮孔之间的距离的确定取决于围岩情况、炸药效力、炸药量、和震速要求等。在实践中,本领域中的技术人员可以通过几个爆破循环的试验来确定满足震速要求且炸药使用量最少的炮孔分布。
[0024] 然后,在中心导硐20的硐底断面(刚开始时,中心导硐20尚未形成,可以认为硐底即是硐口)上,按照上面所确定的眼孔位置沿隧道延伸方向开凿眼孔。在本发明的一个实施例中,采用VT-28型凿岩机(配2.2m长的扦子杆和直径42mm的钻头)进行凿岩打眼,眼孔的深度为1.Sm到2.0m0在其它实施例中,眼孔的深度可以更深。
[0025] 眼孔开凿好之后,在除了空眼21之外的眼孔22-26内填充炸药并安装雷管。空眼21不填充炸药,其作用是为初始爆破提供空间。炸药可以使用例如乳化炸药,雷管可以使用例如非电半秒延期导爆管雷管以控制爆破顺序。起爆时,多圈炮孔中的炸药按照由内圈向外圈(即,从第I圈到第II圈到第III圈再到第IV圈)的顺序依次起爆。当炮孔圈较小时(例如第I圈、第II圈、第III圈),一圈炮孔中的炸药同时起爆,而当炮孔圈较大时(例如,第IV圈),可以使该圈底部IVa的炮孔25中的炸药先起爆,该圈上部IVb (即中心导硐20的侧壁和拱部)的炮孔26中的炸药后起爆,这样可以防止起爆过程中上部落石对下部雷管造成破坏。
[0026] 上述爆破结束后,进行通风排烟,并清除爆破所产生的石碴。
[0027] 如果围岩条件和震速大小合适的话,可以通过一次爆破形成长度合适的中心导硐20,然后,对中心导硐20以外、隧道10以内的岩石部分30沿隧道延伸方向进行爆破(即岩石部分30上的炮孔31沿隧道延伸方向延伸)。由于中心导硐20提供了空间,因此,岩石部分30的爆破就很容易进行。在拱部爆破时,可以采用光面爆破,使得该岩石部分30经爆破后形成预定的隧道轮廓。
[0028] 之后,通风排烟,清除爆破所产生的石碴并对形成的隧道轮廓进行支护。
[0029] 如果围岩较硬,一次性爆破产生的震动太大,那么,可以考虑进行多次爆破来形成长度合适的中心导硐20。换言之,重复进行上述在中心导硐20的硐底断面上开凿眼孔、在炮孔中填充炸药并安装雷管并使炮孔中的炸药按照由内圈向外圈的顺序依次起爆、以及排烟并清除爆破所产生的石碴等步骤。重复的次数根据围岩条件、震速要求、以及进尺设计来确定。本发明的一个实施例中重复进行一次,换言之,通过两次爆破来形成具有预定进尺的中心导硐20。
[0030] 以上完成了隧道施工的一个循环,对上述循环进行重复,直到形成具有预定长度的大断面隧道为止。
[0031] 下面来描述在形成具有预定进尺的中心导硐20之后,在对中心导硐20以外、隧道10以内的岩石部分30进行爆破之前在该岩石部分30上开凿眼孔31、填充炸药、以及安装雷管的具体过程。在形成中心导硐20的前几次爆破过程中,并不在所述岩石部分30上开凿炮眼并填装炸药,这是因为,如果在岩石部分30上开凿了炮眼31,那么在中心导硐20进行爆破时有可能会影响炸药的爆破效力。
[0032] 因此,在本发明的一个实施例中,可以在重复进行上述在中心导硐20的硐底断面上开凿眼孔、在炮孔中填充炸药并安装雷管并使炮孔中的炸药按照由内圈向外圈的顺序依次起爆、以及排烟并清除爆破所产生的石碴等步骤预定次数之后,在中心导硐20以外、隧道10以内的岩石部分30上沿隧道延伸方向开凿多个炮孔31,该多个炮孔31的布置使得该岩石部分30经爆破后形成预定的隧道轮廓,然后在该多个炮孔31中填充炸药并安装雷管以便对该岩石部分30进行爆破。
[0033] 但在对中心导硐20进行最后一次爆破时,也可以同时在岩石部分30上开凿炮眼31,此时,形成在岩石部分30上的炮眼31对中心导硐20的最后一次爆破的影响不大。
[0034] 因此,在本发明的另一个实施例中,在最后一次重复进行上述在中心导硐20的硐底断面上开凿眼孔、在炮孔中填充炸药并安装雷管并使炮孔中的炸药按照由内圈向外圈的顺序依次起爆、以及排烟并清除爆破所产生的石碴等步骤时,可以在最后一次在中心导硐20的硐底断面上开凿眼孔的过程中,同时在中心导硐20以外、隧道10以内的岩石部分30上沿隧道延伸方向开凿多个炮孔31,该多个炮孔31的布置使得该岩石部分经爆破后形成预定的隧道轮廓。另外,可以在最后一次进行排烟及清除爆破所产生的石碴的步骤之后,在所形成的多个炮孔31中填充炸药并安装雷管以便对该岩石部分30进行爆破。
[0035] 另外,在本发明的再一个实施例中,在最后一次重复进行上述在中心导硐20的硐底断面上开凿眼孔、在炮孔中填充炸药并安装雷管并使炮孔中的炸药按照由内圈向外圈的顺序依次起爆、以及排烟并清除爆破所产生的石碴等步骤时,可以在最后一次在中心导硐20的硐底断面上开凿眼孔的过程中,同时在中心导硐20以外、隧道10以内的岩石部分30上沿隧道延伸方向开凿多个炮孔31,该多个炮孔31的布置使得该岩石部分经爆破后形成预定的隧道轮廓。另外,可以在在最后一次在中心导硐20的硐底断面上的炮孔中填充炸药并安装雷管的同时,在岩石部分30上的多个炮孔31中填充炸药并安装雷管以便在形成中心导硐20之后对岩石部分30进行爆破。
[0036] 在本发明的一个实施例中,在隧道施工的每个循环中,中心导硐20通过两次爆破形成,进尺约3m以上,而压顶扩帮(即对中心导硐20以外、隧道10以内的岩石部分30进行爆破)则只进行一次,推进的长度也可达3m。这样每月可以将隧道推进80多米。
[0037] 上述中心导硐法施工适用于围岩情况较好的大断面隧道施工。通过先形成小断面中心导硐,然后在刷大成大断面隧道,可以在施工中减小震动、提高效率、并对围岩进行较好的控制。另外在形成中心导硐时,通过多次小进尺爆破来形成大进尺中心导硐,可以进一步控制震动,这满足了城市地下隧道的掘进要求。
[0038] 如上参照附图以示例的方式描述了本发明所述的用于围岩情况较好的大断面隧道施工的中心导硐法。但是,本领域技术人员应当理解,对于上述本发明所提出的用于围岩情况较好的大断面隧道施工的中心导硐法,还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进和组合。因此,本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (7)

1.一种围岩情况较好的大断面隧道的施工方法,其包括的步骤有: 1)在具有预定规格和位置的大断面隧道的断面上确定中心导硐的断面规格和位置; 2)在确定了的中心导硐的断面上确定多个眼孔的位置分布,其中,所述多个眼孔分为布置在所述中心导硐中央的一个或多个的空眼以及环绕该一个或多个空眼布置的多圈炮孔; 3)在所述中心导硐的硐底断面上,按照所述确定的眼孔位置沿隧道延伸方向开凿眼孔; 4)在所述中心导硐的硐底断面上的所述多圈炮孔中填充炸药并安装雷管,并使所述多圈炮孔中的炸药按照由内圈向外圈的顺序依次起爆; 5)排烟并清除爆破所产生的石碴; 6)对所述中心导硐以外、所述隧道以内的岩石部分沿隧道延伸方向进行爆破,使得该岩石部分经爆破后形成预定的隧道轮廓; 7)排烟并清除爆破所产生的石碴; 8)对所述隧道轮廓进行支护; 9)反复进行上述步骤,直到所述大断面隧道达到预定的长度为止, 在步骤5)之后,在步骤6)之前,还包括的步骤有:重复进行步骤3)到步骤5)预定次数,通过多次小进尺爆破来形成大进尺中心导硐,进一步控制震动。
2.根据权利要求1所述的围岩情况较好的大断面隧道的施工方法,其中,在重复进行步骤3)到步骤5)预定次数之后,还包括的步骤有:在所述中心导硐以外、所述隧道以内的岩石部分上沿隧道延伸方向开凿多个炮孔,该多个炮孔的布置使得该岩石部分经爆破后形成预定的隧道轮廓;以及在该多个炮孔中填充炸药并安装雷管。
3.根据权利要求1所述的围岩情况较好的大断面隧道的施工方法,其中,在最后一次重复进行步骤3)到步骤5)时,在最后一次进行的步骤3)中,同时在所述中心导硐以外、所述隧道以内的岩石部分上沿隧道延伸方向开凿多个炮孔,该多个炮孔的布置使得该岩石部分经爆破后形成预定的隧道轮廓,以及在最后一次进行的步骤5)之后,在该多个炮孔中填充炸药并安装雷管。
4.根据权利要求1所述的围岩情况较好的大断面隧道的施工方法,其中,在最后一次重复进行步骤3)到步骤5)时,在最后一次进行的步骤3)中,同时在所述中心导硐以外、所述隧道以内的岩石部分上沿隧道延伸方向开凿多个炮孔,该多个炮孔的布置使得该岩石部分经爆破后形成预定的隧道轮廓,以及在最后一次进行的步骤4)中,同时也在该多个炮孔中填充炸药并安装雷管。
5.根据权利要求1到4中的任一权利要求所述的围岩情况较好的大断面隧道的施工方法,其中,所述隧道的断面呈马蹄形、圆形、椭圆形或方形。
6.根据权利要求5所述的围岩情况较好的大断面隧道的施工方法,其中,所述隧道的断面呈马蹄形,以及所述中心导硐的断面与所述隧道的断面底边重合。
7.根据权利要求6所述的围岩情况较好的大断面隧道的施工方法,其中,所述中心导硐的硐底断面上的最外一圈炮孔中的炸药按照先底部再侧壁和拱部的顺序依次起爆。
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