CN106091853A - 隧道掘进聚能水压光面爆破装置及爆破方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道掘进聚能水压光面爆破装置及爆破方法。本发明聚能水压光面爆破装置，包括炸药、传爆线和起爆雷管，所述炸药填装在由两个形状相同且相互扣合的半壁管组成的聚能管中；所述半壁管呈“M”型，“M”型半壁管的一端向内形成弯折，另一端与“U”型扣合槽的一侧槽壁相连，所述扣合槽的开口方向与半壁管带弯折一端的弯折方向相同；所述半壁管顶部中央向内凹陷形成聚能槽。爆破方法为：在炮眼洞中贴靠炮眼洞底放入水袋构成的第一水柱层后放置聚能水压光面爆破装置，紧贴聚能水压光面爆破装置再放入水袋构成的第二水柱层，最后放置回填堵塞层。本发明减少打光爆炮眼50%，缩短施工工期，不欠挖更不超挖，提高了经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及爆破技术的特定应用，具体是一种隧道掘进聚能水压光面爆破装置及爆破方法。
背景技术
光面爆破指通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，分区分段微差爆破，达到爆破后轮廓线符合设计要求，临空面平整规则的一种控制爆破技术，也是支撑新奥法原理的重要技术之一。隧道应用光面爆破技术开挖与传统方法相比，一是可防止爆破后岩石出现新的裂缝甚至洞穴，影响围岩稳定，避免出现塌方；二是可防止爆破后出现欠挖或超挖，如欠挖则需要补爆，延长钻爆作业时间，影响施工工期；如超挖则需增加喷锚支护和混凝土衬砌量，加大成本不经济。
隧道掘进所实施的光面爆破，当前比较好的一种方法就是光爆炮眼间隔装药，炮眼最底部装填一卷炸药，然后每隔60-70cm装填半卷炸药直至离炮眼口70-80cm为止，底部一卷和半卷炸药用传爆线串联引爆。但上述光面爆破方式（常规光面爆破）存在一定的问题：一是光爆炮眼间距为40-50cm，布眼过密、打眼过多、打眼作业占用时间过长；二是光爆炮眼中有药卷部位极易造成围岩出现裂缝或洞穴，影响围岩稳定，甚至会造成塌方；三是常常出现超挖，增加混凝土衬砌量提高施工成本。
发明内容
本发明就是为了解决常规光面爆破布眼过密打眼时间长、药卷部位极易造成围岩裂缝以及常常超挖等问题，所提出的一种隧道掘进聚能水压光面爆破装置及爆破方法。
本发明是按照以下技术方案实现的。
一种隧道掘进聚能水压光面爆破装置，包括炸药、传爆线和起爆雷管，所述炸药填装在由两个形状相同且相互扣合的半壁管组成的聚能管中；所述半壁管呈“M”型，“M”型半壁管的一端向内形成弯折，另一端与“U”型扣合槽的一侧槽壁相连，所述扣合槽的开口方向与半壁管带弯折一端的弯折方向相同；所述半壁管顶部中央向内凹陷形成聚能槽。
在上述聚能管的外部还设有用于紧固两个半壁管的套圈。
一种上述隧道掘进聚能水压光面爆破装置的制备方法，包括以下步骤：
a.切开药卷包装皮，将药卷装入注药枪中，并给注药枪加压；
b.将注药枪中的炸药填装到两个半壁管中；
c.在其中一个半壁管中放置一根传爆线，然后将两个半壁管进行扣合，最后装上起爆雷管；
d.在聚能管外部的两端套上套圈。
一种隧道掘进聚能水压光面爆破炮眼，所述炮眼从里到外依次包括贴靠炮眼洞底的第一水柱层、第二水柱层以及回填堵塞层，在所述由水袋构成的第一水柱层和第二水柱层之间还设置有聚能水压光面爆破装置，所述聚能水压光面爆破装置包括炸药、传爆线和起爆雷管，所述炸药填装在由两个形状相同且相互扣合的半壁管组成的聚能管中；所述半壁管呈“M”型，“M”型半壁管的一端向内形成弯折，另一端与“U”型扣合槽的一侧槽壁相连，所述扣合槽的开口方向与半壁管带弯折一端的弯折方向相同，；所述半壁管顶部中央向内凹陷形成聚能槽。
在上述聚能管的外部还设有用于紧固两个半壁管的套圈。
所述聚能水压光面爆破装置的长度是炮眼深度的70％。
所述回填堵塞层（炮泥）是由以下重量分数比的成分混合而成：土：砂：水=7.5:1:1.5。
一种上述隧道掘进聚能水压光面爆破炮眼的爆破方法，在炮眼洞中贴靠炮眼洞底放入水袋构成的第一水柱层后放置聚能水压光面爆破装置，紧贴聚能水压光面爆破装置再放入水袋构成的第二水柱层，最后放置回填堵塞层。
上述聚能水压光面爆破装置的制备方法包括以下步骤：
a.切开药卷包装皮，将药卷装入注药枪中，并给注药枪加压；
b.将注药枪中的炸药填装到两个半壁管中；
c.在其中一个半壁管中放置一根传爆线，然后将两个半壁管进行扣合，最后装上起爆雷管；
d.在聚能管外部的两端套上套圈。
本发明获得了如下的有益效果：
1、减少打光爆炮眼50%，加快施工进度，缩短施工工期
与常规光面爆破相比，采用本发明技术方案光爆炮眼间距扩大到1m，大大减少了打光爆炮眼数量，加快了施工进度；如不追求缩短钻爆作业时间，则可减少打眼人员，这就解决了钻爆人员工资过高、人员缺少的难题,还降低了施工成本。
2、不欠挖更不超挖，轮廓面平顺整齐，半眼痕保留率高
无论是坚硬整体性好的岩石或者说 I-Ⅲ级围岩,还是软弱节理裂隙发育的岩石或者说Ⅳ-Ⅴ级围岩均适合实施本发明技术方案。而且对软弱节理裂隙发育的岩石实施光面爆破不会出现超挖、新的裂隙、危石、洞穴等情况，能保障围岩的稳定。从安全的角度讲，软弱破碎性岩石实施光面爆破比坚硬整体性好的岩石更重要。
采用本发明所述技术方案进行光面爆破，无论隧道岩石的级别高低,都能达到不超挖和轮廓面平顺整齐的目的。岩石等级高与低的区别在于，岩石等级高的半眼痕保留率高, 岩石等级低的半眼痕保留率相对低一些。
3、降低成本提高经济效益
本发明技术方案在人工费、材料费、机械费和电费等方面节约成本30%左右。
附图说明
图1是本发明半壁管的结构示意图；
图2是本发明聚能管的截面图。
其中：1.聚能管； 2. 半壁管；
3.扣合槽； 4. 聚能槽。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的说明。
如图1-2所示，聚能水压光面爆破装置由四部分组成:聚能管1、炸药、传爆线和起爆雷管。
聚能管1为非金属PVC材料，根据炮眼深度可对其长度进行截取。聚能管1是由两个结构相同的半壁管2组成，管壁厚2mm，半壁管2顶部中央向内凹陷形成聚能槽4，聚能槽4两壁夹角为70°；为了使聚能槽4与开挖轮廓面对准，两个半壁管2扣合后，一个半壁管的弯折部与另一半壁管的扣合槽3之间的夹角为8°-10°，从而使两个半壁管2之间可进行适当的调节。
聚能管1中的炸药为乳化炸药。聚能管1内部尺寸形成的截面就是炸药的截面；传爆线和起爆雷管与常规光面爆破相同。
向半壁管2注药是组装聚能水压光面爆破装置的主要工艺。向半壁管2中注药需要空压机和注药枪两种设备。注药枪长45cm，重0.8kg，容积600ml，型号9437-3；小型空压机为两相电，无油、静音，功率500-800W，压力0.5兆帕或5公斤压力，重23kg，圣帕(上海)压缩机有限公司。
向半壁管2注药的方法为：（1）把药卷一端和沿药卷纵向切开包装皮，然后两药卷沿纵向切开面合并并装入注药枪筒中，最后拧紧旋转盖；（2）给注药枪加压，其压力为0-2个大气压；（3）手握注药枪沿半壁管2从头至尾移动，炸药就从枪口连续不断流入半壁管2中。注好炸药的两个半壁管2扣合之前在其中一个半壁管2中放置一根传爆线，然后合并装在一起，最后装上起爆雷管。为保障聚能水压光面爆破装置中的聚能槽4对准隧道轮廓面以防止转动，要在聚能水压光面爆破装置的两端套上塑料套圈（未图示）。为了安全，在聚能水压光面爆破装置组装房内最好不要安装起爆雷管，待运到掌子面时再安装。
整个注药过程操作简便快捷, 一个循环光爆炮眼所需要的聚能水压光面爆破装置数量可在一小时左右组装完成。小型空压机和注药枪等注药设备便宜，符合施工的需要。
光爆炮眼装填方法为：首先向光爆炮眼底部装填水袋,紧接着装填聚能水压光面爆破装置, 随后再往炮眼中装填水袋,最后用炮泥回填堵塞。
本发明解决常规光面爆破存在的问题的技术原理如下：
常规光面爆破技术原理是光爆炮眼中的炸药爆炸在岩石传播应力波产生径向压应力和切向拉应力, 由于光爆炮眼相邻互为“空眼”,所以在光爆炮眼连线两侧产生应力集中度很高的拉应力,超过岩石抗拉强度,于是使炮眼之间的岩体形成的初始裂缝要比其他方向厉害的多。除此之外,由于炸药爆炸生成的高压气体膨胀产生的静力作用促使初始裂缝进一步延伸扩大。而聚能水压光面爆破除上述应力波作用外,紧跟随的是聚能槽4产生的高温高压射流以及光爆炮眼中的水袋在爆炸作用产生的“水楔”效应,促使岩石初始裂缝延伸扩展加大。聚能水压光爆炮眼由于水袋炮泥复合堵塞,有力控制炸药爆炸生成的膨胀气体在炮眼中, 其膨胀气体静力作用要比常规光面爆破不堵塞强的多, 更有利于已形成的裂缝再延伸扩展加大。聚能水压光面爆破增添了高温高压射流和水楔作用以及增强了膨胀气体静力作用,这三种因素共同作用解决了常规光面爆破存在问题。除此之外, 由于光爆炮眼中放置了水袋, 在爆炸过程中形成水雾又起到了降尘的作用效果, 改善作业环境, 保护施工人员身体健康。
以正在建设的宝汉高速公路石门特长隧道为例，该隧道长16.7km，隧道Ⅲ-Ⅳ级围岩开挖断面126.13-131.27㎡，采取上下台阶开挖，每循环设计掘进深度3.8米，即光面爆破炮眼深度为3.8m。往光爆炮眼装填的步骤如下：（1）往光爆炮眼最底部填装一个水袋，水袋必须装到炮眼最底部，不能留有空隙；（2）装填聚能水压光面爆破装置，聚能管1长2.5m，是炮眼深度的70%，聚能水压光面爆破装置要紧挨着炮眼最底部水袋，聚能槽4要与轮廓面一致；（3）装填两袋水袋；（4）用炮泥回填堵塞一直到炮眼口，用木质炮棍捣固炮泥。所有光爆炮眼填完后，像常规光面爆破连线起爆即可。
Claims (9)
1.一种隧道掘进聚能水压光面爆破装置，包括炸药、传爆线和起爆雷管，其特征在于：所述炸药填装在由两个形状相同且相互扣合的半壁管组成的聚能管中；所述半壁管呈“M”型，“M”型半壁管的一端向内形成弯折，另一端与“U”型扣合槽的一侧槽壁相连，所述扣合槽的开口方向与半壁管带弯折一端的弯折方向相同；所述半壁管顶部中央向内凹陷形成聚能槽。
2.根据权利要求1所述的一种隧道掘进聚能水压光面爆破装置，其特征在于：在所述聚能管的外部还设有用于紧固两个半壁管的套圈。
3.一种权利要求1-2所述的隧道掘进聚能水压光面爆破装置的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.切开药卷包装皮，将药卷装入注药枪中，并给注药枪加压；
b.将注药枪中的炸药填装到两个半壁管中；
c.在其中一个半壁管中放置一根传爆线，然后将两个半壁管进行扣合，最后装上起爆雷管；
d.在聚能管外部的两端套上套圈。
4.一种隧道掘进聚能水压光面爆破炮眼，所述炮眼从里到外依次包括贴靠炮眼洞底的第一水柱层、第二水柱层以及回填堵塞层，其特征在于：在所述由水袋构成的第一水柱层和第二水柱层之间还设置有聚能水压光面爆破装置，所述聚能水压光面爆破装置包括炸药、传爆线和起爆雷管，所述炸药填装在由两个形状相同且相互扣合的半壁管组成的聚能管中；所述半壁管呈“M”型，“M”型半壁管的一端向内形成弯折，另一端与“U”型扣合槽的一侧槽壁相连，所述扣合槽的开口方向与半壁管带弯折一端的弯折方向相同；所述半壁管顶部中央向内凹陷形成聚能槽。
5.根据权利要求4所述的一种隧道掘进聚能水压光面爆破炮眼，其特征在于：在所述聚能管的外部还设有用于紧固两个半壁管的套圈。
6.根据权利要求4所述的一种隧道掘进聚能水压光面爆破炮眼，其特征在于：所述聚能水压光面爆破装置的长度是炮眼深度的70％。
7.根据权利要求4所述的一种隧道掘进聚能水压光面爆破炮眼，其特征在于：所述回填堵塞层是由以下重量分数比的成分混合而成：土：砂：水=7.5:1:1.5。
8.一种权利要求4-7所述隧道掘进聚能水压光面爆破炮眼的爆破方法，其特征在于：在炮眼洞中贴靠炮眼洞底放入水袋构成的第一水柱层后放置聚能水压光面爆破装置，紧贴聚能水压光面爆破装置再放入水袋构成的第二水柱层，最后放置回填堵塞层。
9.根据权利要求8所述的一种隧道掘进聚能水压光面爆破炮眼的爆破方法，其特征在于：所述聚能水压光面爆破装置的制备方法包括以下步骤：
a.切开药卷包装皮，将药卷装入注药枪中，并给注药枪加压；
b.将注药枪中的炸药填装到两个半壁管中；
c.在其中一个半壁管中放置一根传爆线，然后将两个半壁管进行扣合，最后装上起爆雷管；
d.在聚能管外部的两端套上套圈。
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