CN104612725B - 一种地下洞库中层换装施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地下洞库中层开挖施工方法。本发明的一种地下洞库中层换装施工方法，包括以下步骤：进行上层横通道施工；进行下层横通道施工；利用对称桶形深孔爆破一次成井技术形成一次成型竖井，连通上层洞库与下层横通道；扩挖矩形深槽；实施中层台阶深孔梯段爆破；实施洞库下层水平爆破，完成洞库下层低台阶检底施工。减少了中层横通道，节约了投资与施工成本；以导井扩挖形成中层梯段爆破起始临空面的方法，较常规放坡开挖创造起始临空面，更为安全、经济、高效；洞库中下层可提前组织施工，缩短施工间隙；深孔梯段爆破结合周边预裂爆破，大大降低了爆破对围岩的扰动，既有效保护了围岩，并且边墙平整，有利于降低喷砼回弹。
Description
技术领域
本发明涉及一种地下洞库中层开挖施工方法，特别涉及一种地下洞库中层换装施工方法。
背景技术
油气储备是保障国家能源安全的重要措施，而地下储备库是一种安全而节约的储备方式。国外主要通过地下岩洞、盐穴、废弃油气藏进行油气储藏，而国内则通过在基本完整的地层中采用人工修建地下洞库群的方式进行油气储藏。此类储备库群一般由多条相同洞库间隔平行组合而成，单一洞库高度约20～30m，宽约18～20m,长度约600～1000m。洞库修建采用钻爆开挖，根据施工装备分层组织施工，通常为三层开挖。具体作法一般是采用由施工巷道通过上、中、底三层横通道进入主洞进行分层开挖，待上层开挖、支护完成后，依次进行下面各层的开挖与支护，而开挖惯用水平钻孔爆破的方式完成。
此方法有明显的局限性，主要表现在以下3点：
（1）开通横通道较多，既增加投资又加长工期；
（2）中层施工必须等中层横通道完成后方可进行，施工效率较低，施工时间长，增加施工成本；
（3）不能够充分发挥机械化作业优势，无法实现钻孔与装碴运输同步作业。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种无需中层横通道、施工效率高且能实现钻孔与装碴运输同步作业的地下洞库中层换装施工方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种地下洞库中层换装施工方法，包括以下步骤：
(1)进行上层横通道施工，并通过上层横通道对洞库上层进行水平爆破施工；
(2)待完成所述上层横通道与下层横通道位置之间的洞库上层施工或洞库上层施工完成后，进行下层横通道施工；
(3)自洞库上层对应于所述下层横通道竖直中心线上进行竖直爆破开井，利用对称桶形深孔爆破一次成井技术形成一次成型竖井，连通洞库上层与下层横通道，扩挖一次成型竖井到与下层横通道等宽的方形深井；
(4)对称扩挖所述方形深井成与洞库等宽的矩形深槽；
(5)以所述矩形深槽为临空面，实施中层台阶深孔梯段爆破，对洞库中层开挖；
(6)对所述洞库中层进行施工进行到一定阶段时，在洞库下层从下层横通道处实施洞库下层水平爆破，并完成洞库下层低台阶捡底施工。
作为优选，步骤(3)中的用对称桶形深孔爆破一次成井技术形成一次成型竖井的方法为：在洞库上层底面对应于所述下层横通道的中心线上开竖井中空孔，所述竖井中空孔四周设置4-6个竖井掏槽孔，所述竖井掏槽孔不钻透，并且竖井掏槽孔内从上至下依次设置起堵塞作用的顶层钻屑和间隔设置的炸药，爆破后形成一次成型竖井。
作为优选，所述竖井中空孔的直径大于等于130mm，且必须钻透。
作为优选，所述竖井掏槽孔的直径为76-90mm，第一个竖井掏槽孔距竖井中空孔的距离小于等于260mm，其余竖井掏槽孔距竖井中空孔的距离依次递增50-100mm。
作为优选，步骤(3)中的扩挖一次成型竖井成与下层横通道等宽的方形深井的方法为：在距一次成型竖井中心60-80cm的圆周上均匀布置第一圈竖井扩槽孔，从第二圈开始扩槽孔与上一圈扩槽孔间距控制在40～60cm且为正方形布置，分次完成爆破，形成方形深井。
作为优选，所述竖井扩槽孔不钻透，并且竖井扩槽孔内从上至下依次设置起堵塞作用的顶层钻屑和连续设置的炸药，利用竖井扩槽孔分次进行爆破扩挖，将下层横通道正上方洞库中层岩石全部爆破。
作为优选，步骤(4)中，当一次成型竖井扩宽到与下层横通道等宽的方形深井后，以所述方形深井为中心，沿洞库宽度方向在方形深井两端布置扩井掘进孔，所述扩井掘进孔成矩形布置，其间距为100-125cm，分层扩挖爆破，直到形成一个与洞库等宽的矩形深槽。
作为优选，所述竖井中空孔与竖井掏槽孔、竖井扩槽孔和扩井掘进孔的中心线平行，所述竖井掏槽孔的钻孔精度误差小于1cm/m，所述竖井扩槽孔的钻孔精度误差不大于2cm/m。
作为优选，所述步骤(5)对洞库中层实施台阶深孔梯段爆破的同时，钻孔与装碴运输同步作业、周边进行预裂爆破，逐步完成洞库中层施工。提高施工效率，节省施工时间。以导井扩挖形成中层梯段爆破起始临空面的方法，较常规放坡开挖创造起始临空面，更为安全、经济、高效。
作为优选，步骤(6)中，所述洞库中层梯度爆破面与下层水平爆破面的水平安全距离大于40m。
本地下洞库中层换装施工方法，取消了中层横通道，待洞库上层施工完成后，利用对称桶形深孔爆破一次成井新技术施工竖井并进行扩挖，连通洞库上层与下层横通道，为梯段台阶爆破创造临空面和出碴通道，洞库中层有序实施梯段爆破，实现钻孔与装碴同步作业，大大提高了洞库的安全施工效率。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、通过在洞库上层施工后，利用对称桶形深孔爆破一次成井技术形成一次成型竖井，连通洞库上层与下层横通道，再进行扩挖形成与洞库等宽的矩形深槽，再以所述矩形深槽为临空面，实施中层台阶深孔梯段爆破，对洞库中层开挖，减少了中层横通道，节约了投资与施工成本；且在洞库上层施工的同时，洞库中下层可提前组织施工，缩短了其施工间隙，节约了工期；深孔梯段爆破结合周边预裂爆破，大大降低了爆破对围岩的扰动，既有效保护了围岩，并且边墙平整，有利于降低喷砼回弹；
2、以导井扩挖形成中层梯段爆破起始临空面的方法，较常规放坡开挖创造起始临空面，更为安全、经济、高效；在洞库中层施工到一定阶段时，保证与洞库下层水平爆破的安全距离后，可对洞库下层实施开挖，洞库中层和下层的炮眼钻设和出碴运输同步作业，一次爆破方量大；洞库下层预留量少，低台阶捡底有利于保护底板质量。
附图说明：
图1为本发明地下洞库中层换装施工方法的洞库上层施工示意图。
图2为一次成型竖井的施工位置示意图。
图3为一次成型竖井和扩挖爆破孔网布置示意图。
图4为一次成型竖井爆破装药布置示意图。
图5为洞库中层台阶深孔梯段爆破开挖示意图。
图6为中层梯段爆破下层低台阶捡底示意图。
图7为图6的俯视图。
图中标记：1-洞库上层，2-洞库中层，3-洞库下层，4-一次成型竖井，5-下层横通道，6-上层横通道，7-上层水平爆破面，8-中层梯度爆破面，9-下层水平爆破面，41-竖井中空孔，42-竖井掏槽孔，43-竖井扩槽孔，44-间断炸药，45-连续炸药，46-顶层堵塞段，47-未钻透段，48-扩井掘进孔，49-方形深井。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
如图1至图7所示，一种地下洞库中层换装施工方法，包括以下步骤：
(1)进行上层横通道6施工，并通过上层横通道6对洞库上层1进行水平爆破施工；
(2)待完成所述上层横通道6与下层横通道5位置之间的洞库上层施工或洞库上层施工完成后，进行下层横通道5施工；
(3)自洞库上层1对应于所述下层横通道的竖直中心线进行竖直爆破开井，利用对称桶形深孔爆破一次成井技术形成一次成型竖井，连通洞库上层与下层横通道，扩挖一次成型竖井到与下层横通道等宽的方形深井49；
(4)对称扩挖所述方形深井成与洞库等宽的矩形深槽；
(5)以所述矩形深槽为临空面，实施中层台阶深孔梯段爆破，对洞库中层开挖；
(6)对所述洞库中层进行施工进行到一定阶段时，在洞库下层从下层横通道处实施洞库下层水平爆破，并完成洞库下层低台阶捡底施工。
如图2至图4所示，步骤(3)中的用对称桶形深孔爆破一次成井技术形成一次成型竖井4的方法为：在洞库上层1底面对应于所述下层横通道5的中心线上开竖井中空孔41，所述竖井中空孔41四周设置4个竖井掏槽孔42，当岩石比较坚硬难爆时，可视情况增加1～2个竖井掏槽孔。所述竖井掏槽孔42不钻透，并且竖井掏槽孔42内从上至下依次设置起堵塞作用的顶层堵塞段46和间隔设置的间断炸药44，爆破后形成一次成型竖井4。本实施例中，顶层堵塞段46采用钻屑堵塞，掏槽孔取4个。
如图3和图4所示，所述竖井中空孔41的直径设置为130mm，且必须钻透。
如图3和图4所示，所述竖井掏槽孔42的直径为80mm，第一个竖井掏槽孔42距竖井中空孔41的距离为250mm，其余竖井掏槽孔42距竖井中空孔41的距离依次递增50mm。
如图3和图4所示，步骤(3)中的扩挖一次成型竖井4成与下层横通道5等宽的方形深井的方法为：在距一次成型竖井4中心60cm的圆周上均匀布置第一圈竖井扩槽孔43，从第二圈开始扩槽孔与上一圈扩槽孔间距设为50cm且为正方形布置，分次完成爆破，形成方形深井。
本实施例中，所述竖井掏槽孔42的装药量按平均线装药量q1=0.45-0.55kg/m计算，扩槽孔q2=0.55～0.75kg/m计算。
所以单孔装药量Q1=q1×H、Q2=q2×H，式中H—成井深度。
如图4所示，所述竖井扩槽孔43不钻透，并且竖井扩槽孔43内从上至下依次设置堵塞作用的顶层堵塞段46和连续炸药45，利用竖井扩槽孔43分次进行爆破扩挖，将下层横通道5正上方洞库中层岩石全部爆破。本实施例中，顶层堵塞44段采用钻屑堵塞。
步骤(4)中，当一次成型竖井4扩宽到与下层横通道5等宽的方形深井49后，以所述方形深井49为中心，沿洞库宽度方向在方形深井49两端布置扩井掘进孔48，所述扩井掘进孔48成矩形布置，其间距为100-125cm，分层扩挖爆破，直到形成一个与洞库等宽的矩形深槽。
本实施例中，所述扩井掘进孔48内顶层端空孔采取钻屑堵塞，底段不钻透，中部设置连续炸药，炸药单耗按q3=0.35～0.5kg/m计算。
如图4所示，进行掏槽和扩槽施工时，需要注意，所述竖井中空孔41与竖井掏槽孔42、竖井扩槽孔43和扩井掘进孔48的中心线平行，所述竖井掏槽孔42的钻孔精度误差小于1cm/m，所述竖井扩槽孔43的钻孔精度误差不大于2cm/m；掏槽和扩槽孔必须预留一定长度不钻透，其预留不钻透长度小于炮孔堵塞长度10～20cm，即图4中l2<11约10～20cm；实现掏槽的4个孔采取导爆索药串装药结构，孔口堵塞长度控制在1.5～2.0m；其余各孔连续装药，孔口堵塞长度介于图4中1/4H～1/3H。当采取连续装药结构时，可以将2条标准φ32药圈捆成一起装入孔内。
如图5至图7所示，步骤(5)对洞库中层2实施台阶深孔梯段爆破的同时，钻孔与装碴运输同步作业、周边进行预裂爆破，逐步完成洞库中层2施工。提高施工效率，节省施工时间。所述洞库中层梯度爆破面与下层水平爆破面的水平安全距离大于40m。
与常规三层水平台阶钻爆施工相比，本中层换装施工方法具有以下具体效果：因导井扩挖开口方式比斜坡开口方式进度提前约15~30d；深孔台阶梯段爆破综合进度比常规水平台阶爆破快10%；深孔梯段爆破中层爆破综合成本约为水平台阶爆破的85%；深孔台阶梯段边墙预裂爆破质量明显优于水平钻孔边墙光面爆破效果，预裂爆破的残眼率高达95%以上；台阶梯段爆破后下层剩余约4m，远小于水平台阶爆破下层剩余量（7~8m），有利于控制底板爆破质量。
实施例2
如图1至图7所示，一种地下洞库中层换装施工方法，包括以下步骤：
(1)进行上层横通道6施工，并通过上层横通道6对洞库上层1进行水平爆破施工；
(2)待完成所述上层横通道6与下层横通道5位置之间的洞库上层施工或洞库上层施工完成后，进行下层横通道5施工；
(3)自洞库上层1对应于所述下层横通道的竖直中心线进行竖直爆破开井，利用对称桶形深孔爆破一次成井技术形成一次成型竖井，连通洞库上层与下层横通道，扩挖一次成型竖井到与下层横通道等宽的方形深井49；
(4)对称扩挖所述方形深井成与洞库等宽的矩形深槽；
(5)以所述矩形深槽为临空面，实施中层台阶深孔梯段爆破，对洞库中层开挖；
(6)对所述洞库中层进行施工进行到一定阶段时，在洞库下层从下层横通道处实施洞库下层水平爆破，并完成洞库下层低台阶捡底施工。
如图2至图4所示，步骤(3)中的用对称桶形深孔爆破一次成井技术形成一次成型竖井4的方法为：在洞库上层1底面对应于所述下层横通道5的中心线上开竖井中空孔41，所述竖井中空孔41四周设置4个竖井掏槽孔42，当岩石比较坚硬难爆时，可视情况增加1～2个竖井掏槽孔。所述竖井掏槽孔42不钻透，并且竖井掏槽孔42内从上至下依次设置起堵塞作用的顶层堵塞段46和间隔设置的间断炸药44，爆破后形成一次成型竖井4。本实施例中，顶层堵塞段46采用钻屑堵塞，掏槽孔取5个。
如图3和图4所示，所述竖井中空孔41的直径设置为140mm，且必须钻透。
如图3和图4所示，所述竖井掏槽孔42的直径为90mm，第一个竖井掏槽孔42距竖井中空孔41的距离为240mm，其余竖井掏槽孔42距竖井中空孔41的距离依次递增100mm。
如图3和图4所示，步骤(3)中的扩挖一次成型竖井4成与下层横通道5等宽的方形深井的方法为：在距一次成型竖井4中心80cm的圆周上均匀布置第一圈竖井扩槽孔43，从第二圈开始扩槽孔与上一圈扩槽孔间距设为50cm且为正方形布置，分次完成爆破，形成方形深井。
本实施例中，所述竖井掏槽孔42的装药量按平均线装药量q1=0.45-0.55kg/m计算，扩槽孔q2=0.55～0.75kg/m计算。
所以单孔装药量Q1=q1×H、Q2=q2×H，式中H—成井深度。
如图4所示，所述竖井扩槽孔43不钻透，并且竖井扩槽孔43内从上至下依次设置堵塞作用的顶层堵塞段46和连续炸药45，利用竖井扩槽孔43分次进行爆破扩挖，将下层横通道5正上方洞库中层岩石全部爆破。本实施例中，顶层堵塞44段采用钻屑堵塞。
步骤(4)中，当一次成型竖井4扩宽到与下层横通道5等宽的方形深井49后，以所述方形深井49为中心，沿洞库宽度方向在方形深井49两端布置扩井掘进孔48，所述扩井掘进孔48成矩形布置，其间距为125cm，分层扩挖爆破，直到形成一个与洞库等宽的矩形深槽。
本实施例中，所述扩井掘进孔48内顶层端空孔采取钻屑堵塞，底段不钻透，中部设置连续炸药，炸药单耗按q3=0.35～0.5kg/m计算。
如图4所示，进行掏槽和扩槽施工时，需要注意，所述竖井中空孔41与竖井掏槽孔42、竖井扩槽孔43和扩井掘进孔48的中心线平行，所述竖井掏槽孔42的钻孔精度误差小于1cm/m，所述竖井扩槽孔43的钻孔精度误差不大于2cm/m；掏槽和扩槽孔必须预留一定长度不钻透，其预留不钻透长度小于炮孔堵塞长度10～20cm，即图4中l2<11约10～20cm；实现掏槽的5个孔采取导爆索药串装药结构，孔口堵塞长度控制在1.5～2.0m；其余各孔连续装药，孔口堵塞长度介于图4中1/4H～1/3H。当采取连续装药结构时，可以将2条标准φ32药圈捆成一起装入孔内。
如图5至图7所示，步骤(5)对洞库中层2实施台阶深孔梯段爆破的同时，钻孔与装碴运输同步作业、周边进行预裂爆破，逐步完成洞库中层2施工。提高施工效率，节省施工时间。所述洞库中层梯度爆破面与下层水平爆破面的水平安全距离大于40m。
与常规三层水平台阶钻爆施工相比，本中层换装施工方法具有以下具体效果：因导井扩挖开口方式比斜坡开口方式进度提前约15~30d；深孔台阶梯段爆破综合进度比常规水平台阶爆破快10%；深孔梯段爆破中层爆破综合成本约为水平台阶爆破的85%；深孔台阶梯段边墙预裂爆破质量明显优于水平钻孔边墙光面爆破效果，预裂爆破的残眼率高达95%以上；台阶梯段爆破后下层剩余约4m，远小于水平台阶爆破下层剩余量（7~8m），有利于控制底板爆破质量。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
Claims (10)
1.一种地下洞库中层换装施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)进行上层横通道施工，并通过上层横通道对洞库上层进行水平爆破施工；
(2)待完成所述上层横通道与下层横通道位置之间的洞库上层施工或洞库上层施工完成后，进行下层横通道施工；
(3)自洞库上层对应于所述下层横通道竖直中心线进行竖直爆破开井，利用对称桶形深孔爆破一次成井技术形成一次成型竖井，连通上层洞库与下层横通道，扩挖一次成型竖井到与下层横通道等宽的方形深井；
(4)对称扩挖所述方形深井成与洞库等宽的矩形深槽；
(5)以所述矩形深槽为临空面，实施中层台阶深孔梯段爆破，对洞库中层开挖；
(6)对所述洞库中层进行施工进行到一定阶段时，在洞库下层从下层横通道处实施洞库下层水平爆破，并完成洞库下层低台阶捡底施工。
2.如权利要求1所述的地下洞库中层换装施工方法，其特征在于，步骤(3)中的用对称桶形深孔爆破一次成井技术形成一次成型竖井的方法为：在洞库上层底面对应于所述下层横通道的竖直中心线上开竖井中空孔，所述竖井中空孔周围设置4-6个竖井掏槽孔，所述竖井掏槽孔不钻透，并且竖井掏槽孔内从上至下依次设置起堵塞作用的顶层钻屑和间隔设置的炸药，爆破后形成一次成型竖井。
3. 如权利要求2所述的地下洞库中层换装施工方法，其特征在于，所述竖井中空孔的直径大于等于130mm，且必须钻透。
4. 如权利要求2所述的地下洞库中层换装施工方法，其特征在于，所述竖井掏槽孔的直径为76-90mm，第一个竖井掏槽孔距竖井中空孔的距离小于等于260mm，其余竖井掏槽孔距竖井中空孔的距离依次递增50-100mm。
5. 如权利要求1所述的地下洞库中层换装施工方法，其特征在于，步骤(3)中的扩挖一次成型竖井成与下层横通道等宽的方形深井的方法为：在距一次成型竖井中心60-80cm的圆周上均匀布置第一圈竖井扩槽孔，从第二圈开始扩槽孔与上一圈扩槽孔间距控制在40～60cm且为正方形布置，分次完成爆破，形成方形深井。
6. 如权利要求5所述的地下洞库中层换装施工方法，其特征在于，所述竖井扩槽孔不钻透，并且竖井扩槽孔内从上至下依次设置起堵塞作用的顶层钻屑和连续设置的炸药，利用竖井扩槽孔分次进行爆破扩挖，将下层横通道正上方洞库中层岩石全部爆破。
7. 如权利要求1所述的地下洞库中层换装施工方法，其特征在于，步骤(4)中，当一次成型竖井扩宽到与下层横通道等宽的方形深井后，以所述方形深井为中心，沿洞库宽度方向在方形深井两端布置扩井掘进孔，所述扩井掘进孔成矩形布置，扩井掘进孔之间的间距为100-125cm，分层扩挖爆破，直到形成一个与洞库等宽的矩形深槽。
8. 如权利要求1至7之一所述的地下洞库中层换装施工方法，其特征在于，所述竖井中空孔与竖井掏槽孔、竖井扩槽孔和扩井掘进孔的中心线平行，所述竖井掏槽孔的钻孔精度误差小于1cm/m，所述竖井扩槽孔的钻孔精度误差不大于2cm/m。
9. 如权利要求1所述的地下洞库中层换装施工方法，其特征在于，步骤(5)中对洞库中层实施台阶深孔梯段爆破的同时，钻孔与装碴运输同步作业、周边进行预裂爆破，逐步完成洞库中层施工。
10. 如权利要求1所述的地下洞库中层换装施工方法，其特征在于，步骤(6)中，所述洞库中层梯度爆破面与下层水平爆破面的水平安全距离大于40m。
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