CN105222660A - 一种高地温隧道降温预裂爆破方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种爆破方法，具体为一种高地温隧道降温预裂爆破方法，包括布置掏槽孔、辅助孔、周边孔；将干冰置于掏槽孔及辅助孔内，再对炮眼进行装药，使用电雷管联接成网；周边孔采用不耦合装药，使用制冷机中的冷水对不耦合装药炮孔进行充填注水。采用该发明方法能够降低岩体局部温度，炮孔利用率高，减少炮孔的装药量，同时能够有效减少爆破开挖产生的粉尘，改善施工环境。

Description

一种高地温隧道降温预裂爆破方法

技术领域

本发明涉及一种爆破方法，具体为一种高地温隧道降温预裂爆破方法。

背景技术

随着我国隧道建设的技术不断发展，在高地温地质条件下修筑公路隧道、铁路隧道、水电工程隧洞等情况也逐渐增多。高地温灾害成为大深长埋隧道工程不得不面临的难题，如我国高黎贡山铁路隧道，地温最高达到了60℃；西藏墨脱引水隧洞的地温高达90℃；新疆的布伦口—公格尔水电站引水隧洞在实测开挖面最高温度达到105℃。

目前国内隧道施工主要还是采用钻爆法，但是高地温隧道的爆破开挖过程中，由于地温过高可能导致炸药不稳定，产生自爆等现象。目前在高地温条件下的爆破以及利用岩石的“热胀冷缩”性质进行碎岩的方面还没有成熟的技术方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种高地温隧道降温预裂爆破的方法，对岩体进行降温，减少炮孔的装药量，保障爆破安全进行，减少施工所产生的粉尘，改善施工环境。

为解决技术问题，本发明时通过以下步骤实现的：

结合隧道掌子面，绘制隧道的断面图，布置炮孔的位置，所述包括掏槽孔，周边孔，以及位于掏槽孔和周边孔之间的辅助孔；

计算爆破装药量：根据下面的参数和公式计算高地温隧道降温预裂爆破时的装药量q：

$q=\frac{K_1({\mathrm{\σ}}_j+{\mathrm{\σ}}_y-3{\mathrm{\αK}}_2{\mathrm{\δ}}_{ij}\mathrm{\Δ}T){\mathrm{\π\φ}}^2}{V_0{P}_0}$

其中：K₁为系数，掏槽孔时取1.05，辅助孔时取1，周边孔时取0.9；σ_j为岩石极限抗拉强度，单位MPa；σ_y为地压应力，单位MPa；α为热膨胀系数，单位10^-6℃^-1；K₂为体积模量，单位MPa；δ_ij为Kronecker符号；ΔT为温度改变量，单位℃；φ为炮孔直径，单位mm；V₀为炸药比容，单位m³/kg；P₀为为标准大气压，0.1MPa。

将干冰置于部分掏槽孔和辅助孔内；利用岩石“热胀冷缩”的特性，使干冰升华吸收热量，导致炮眼周围岩体产生裂隙,减小地应力。

将干冰置于孔内15分钟后，根据计算的装药量将炸药与电雷管装入炮孔内；将雷管联接成网，按照掏槽孔、辅助孔、周边孔的顺序进行起爆。

本发明所述的高地温隧道降温预裂爆破方法，掏槽孔采用直线掏槽的方式；掏槽孔分为装药孔与空孔，空孔直径大于装药孔直径；将干冰置于不装药的空孔内。

本发明所述的高地温隧道降温预裂爆破方法，将干冰置于辅助孔内时，当地温低于50℃时，应间隔一个辅助孔放置一块干冰；当地温高于50℃时，所有辅助孔都应放置干冰。

所述干冰均为圆柱状干冰，干冰直径为25～35mm，干冰长度约为40～50cm。

所述炮孔的长度都应小于1.5m，循环进尺应不大于1.2m。

本发明所述的高地温隧道降温预裂爆破方法，采用光面爆破技术，所述周边孔均采用不耦合装药结构，不耦合系数为2.2～2.9，使用制冷机中的冷水对周边孔进行注水。

本发明所述的高地温隧道降温预裂爆破方法，所述炸药为抗水性高的耐热炸药，所述雷管为耐高温雷管。

本发明提供的一种高地温隧道降温预裂爆破方法，施工时干冰和冷水能够降低岩体部分温度，使得炸药与雷管不会因温度过高而“自爆”，保障了施工的安全。使用冷水降低了岩体温度，同时也减少了爆破后产生粉尘，改善了施工环境。利用岩石“热胀冷缩”的热力学性质，干冰使岩体在短时间内降温，岩体产生裂缝，减小地应力，减少炮孔的装药量，提高了炮孔的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。

图1为本发明高地温隧道降温预裂爆破开挖方法的流程示意图；

图2为本发明高地温隧道降温预裂爆破开挖方法实施例中炮孔示意图；

图3为本发明高地温隧道降温预裂爆破开挖方法实施例中掏槽孔布置示意图。

具体实施方式

本发明实施例旨在提供一种高地温隧道降温预裂爆破开挖方法。下面结合工程实例及附图对本发明具体实施例进行详细描述。

如图2所示，隧道掌子面宽度为5m，高度为5m。岩体物理参数：抗拉强度为10MPa，地压应力为20MPa，热膨胀系数为6×10^-6℃^-1，体积模量为40000MPa。

如图1所示，本发明实施例提供的高地温隧道降温预裂爆破开挖方法，包括以下步骤：

结合隧道掌子面，绘制隧道断面图，布置炮孔位置。其中，所述炮孔类型包括掏槽孔、周边孔以及位于掏槽孔和周边孔之间的辅助孔；计算炮孔的装药量；将干冰置于部分掏槽孔和辅助孔；将干冰置于孔内15分钟后，根据计算的装药量将耐热炸药以及耐高温雷管装入炮孔，联接成网；按照掏槽孔，辅助孔，周边孔的顺序进行起爆。

如图3所示，所述掏槽孔采用直线掏槽法，五星掏槽的布置方式。所述掏槽孔包括装药孔及空孔，直径均为40～45mm，深度应小于1.5m，空孔深度可大于装药孔深度0.1m。中心孔1以及其周围2～5号孔装药，在其周围布置四个空孔6～9号，在空孔6～9号内装入干冰。各孔之间的距离b取300mm，a取200mm。

6～9号空孔起着增加自由面，利用干冰增加岩体裂隙以及破碎发展的导向作用。

位于掏槽孔和周边孔之间的辅助孔，直径为40～45mm，深度小于1.5m。孔间距为600～700mm。当隧道地温高于50℃时，所有掏槽孔在装入炸药之前均需要装入干冰进行降温；当隧道地温低于50℃时，为控制成本可选择，每间隔一个辅助孔装入一块干冰。

所述干冰均为圆柱状，直径为25～35mm，长度约为40～50cm。为保证干冰能够发挥作用，所有炮孔深度应小于1.5m，爆破循环进尺应不大于1.2m。

如图3所示，所述周边孔采用光面爆破技术，不耦合装药结构，为使不耦合系数近似达到2.5，采用直径为32mm的耐热炸药放入周边孔底部，再使用制冷机中的冷水进行注水，在孔口进行填塞，使得孔内有较大水柱缓解爆轰压力。为防止孔底药量大，容易造成破坏，采用耐热柔性导爆索起爆。所述周边孔直径均为40～45mm，深度应小于1.5m，孔间距为500～550mm。

如图2所示，本实施例中，依次按照一，二，三，四，五，六，七，八的顺序进行爆破。

本实施例中，若使得岩体降温20℃，耐热炸药比容取0.92m³/kg；根据公式：

$q=\frac{K_1({\mathrm{\σ}}_j+{\mathrm{\σ}}_y-3{\mathrm{\αK}}_2{\mathrm{\δ}}_{ij}\mathrm{\Δ}T){\mathrm{\π\φ}}^2}{V_0{P}_0}$

可得掏槽孔的装药量为q＝0.89kg/m，由温度降低导致掏槽孔减少的装药量为q_减＝0.83kg/m；辅助孔的装药量为q＝0.85kg/m，由温度降低导致辅助孔减少的装药量为q_减＝0.79kg/m；周边孔的装药量为q＝0.77kg/m，由温度降低导致周边孔减少的装药量为q_减＝0.71kg/m。

使用制冷机中冷水对周边孔进行注水，可降低岩体局部温度，有利于岩体破碎，同时缓冲爆轰压力，能达到光面爆破的技术要求，还能减少施工时所产生的粉尘。

本发明所提供的高地温隧道降温预裂爆破开挖方法，为解决高地温对炸药及雷管等产生的不稳定影响，同时利用高地温进行碎岩，在原有常规爆破开挖方法的基础上，加入干冰对部分掏槽孔以及辅助孔进行降温，加入制冷机中的冷水对周边孔进行注水。保证了高地温隧道爆破施工的安全，减少将近一半的炸药使用量，提供了炮孔的利用率，改善了施工现场的环境。

以上所述的实施例仅为本发明优选的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高地温隧道降温预裂爆破方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)绘制隧道断面图，布置炮孔位置，炮孔包括掏槽孔、周边孔以及位于掏槽孔和周边孔之间的辅助孔；

(2)计算爆破装药量：根据下面的参数和公式计算高地温隧道爆破时的装药量q：

$q=\frac{K_1({\mathrm{\σ}}_j+{\mathrm{\σ}}_y-3{\mathrm{\αK}}_2{\mathrm{\δ}}_{ij}\mathrm{\Δ}T){\mathrm{\π\φ}}^2}{V_0{P}_0}$

其中：K₁为系数，掏槽孔时取1.05，辅助孔时取1，周边孔时取0.9；σ_j为岩石极限抗拉强度，单位MPa；σ_y为地压应力，单位MPa；α为热膨胀系数，单位10^-6℃^-1；K₂为体积模量，单位MPa；δ_ij为Kronecker符号；ΔT为温度改变量，单位℃；φ为炮孔直径，单位mm；V₀为炸药比容，单位m³/kg；P₀为为标准大气压，0.1MPa；

(3)将干冰置于掏槽孔和辅助孔内；

(4)将干冰置于孔内15分钟后，根据计算的装药量将炸药与雷管装入炮孔内；

(5)将雷管联接成网，按照掏槽孔、辅助孔、周边孔的顺序进行起爆。

2.根据权利要求1所述的一种高地温隧道降温预裂爆破方法，其特征在于：掏槽孔采用直线掏槽的方式；掏槽孔包括装药孔与空孔，空孔直径大于装药孔直径；干冰置于不装药的空孔内。

3.根据权利要求1所述的一种高地温隧道降温预裂爆破方法，其特征在于：所述步骤(3)中将干冰置于辅助孔内时，当地温低于50℃时，间隔一个辅助孔放置一块干冰；当地温高于50℃时，所有辅助孔都放置干冰。

4.根据权利要求1所述的一种高地温隧道降温预裂爆破方法，其特征在于：所述干冰均为圆柱状干冰，干冰直径小于所述炮孔直径，干冰长度为40～50cm。

5.根据权利要求1所述的一种高地温隧道降温预裂爆破方法，其特征在于：所述炮孔的长度都小于1.5m，循环进尺不大于1.2m。

6.根据权利要求1所述的一种高地温隧道降温预裂爆破方法，其特征在于：采用光面爆破，所述周边孔采用不耦合装药结构，不耦合系数为2.2～2.9，使用制冷机中的冷水对周边孔进行注水。

7.根据权利要求1所述的一种高地温隧道降温预裂爆破方法，其特征在于：所述炸药为抗水性高的耐热炸药，所述雷管为耐高温雷管。