CN107063009A - 一种地铁双线大跨度隧道微振爆破工艺 - Google Patents
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Abstract
一种地铁双线大跨度隧道微振爆破工艺，其特征在于：利用二氧化碳相变致裂器为爆破器材的爆破方式，通过管内液态二氧化碳迅速膨胀作用，达到隧道开挖目的；致裂器长度控制钻孔深度不小于1.5m，孔径不大于63mm；打设周边眼预裂导向孔，孔距10～50cm，孔深小于致裂孔20～30cm。本发明的优点：本发明所述的地铁双线大跨度隧道微振爆破工艺，利用二氧化碳相变致裂器为爆破器材的爆破方式，通过管内液态二氧化碳迅速膨胀作用，达到隧道开挖目的。适用于城市地铁暗挖隧道减震爆破施工，尤其在穿越特、一级风险源、大跨度及小间距隧道减震爆破施工方面效果较为显著。
Description
技术领域
本发明涉及城市浅埋地铁隧道爆破开挖领域，特别涉及了一种地铁双线大跨度隧道微振爆破工艺。
背景技术
隧道爆破从野外进入了城区，从过去的单纯追求进尺，进入到保护性爆破开挖阶段，隧道掘进爆破引起的振动危害问题也越来越引起人们的重视，一是隧道爆破开挖的过大振动可能损伤围岩，影响隧道的稳定性；二是隧道掘进时会穿越各种地表和地下建筑物，为了确保城市居民及各类建筑物的安全，避免发生不必要的索赔和纠纷问题，隧道爆破振动控制更显得尤为重要。
液态二氧化碳相变致裂技术是一种理念先进、方法安全、效果显著的爆破技术，属于物理爆破技术，具有爆破过程无火花外露、爆破威力大、无需验炮、操作简便、不属于民爆产品，其运输、储存和使用获豁免审批等优点，被广泛应用于采煤、清堵、建筑物拆除。
液态二氧化碳相变致裂属于物理致裂过程，通过化学加热液态二氧化碳，使其压力剧增至20MPa～60MPa，高压液态二氧化碳冲破定压剪切片迅速转化为气态，体积膨胀600多倍，瞬间释放的气体膨胀能使钻孔周边煤体致裂；液态二氧化碳体积膨胀过程会吸收大量的热量，能有效降低致裂范围内的煤体温度，有利于抑制煤层自燃；液态二氧化碳相变致裂采用低压启动，即9v，比传统爆破更安全，且不需要验炮，爆破后即可进人，实现连续工作。
二氧化碳爆破器的原理：二氧化碳气体在一定的高压下可转变为液态，通过高压泵将液态的二氧化碳压缩至圆柱体容器即爆破管内，装入破裂片、导热棒和密封圈，拧紧合金帽即完成了爆破前的准备工作。将爆破管和安全云毫差起爆器及电源线携至爆破现场，把爆破管插入钻孔中固定好，连接起爆器电源。当微电流通过高导热棒时，产生高温击穿安全膜，瞬间将液态二氧化碳气化，急剧膨胀产生高压冲击波致泄压阀自动打开，被爆破物品或堆积物受几何级当量冲击波向外迅猛推进，从起爆至结束整个过程只需0.4毫秒，且是低温下运行，与周围环境的液体，气体不相融合，不产生任何有害气体，不产生电弧和电火花，不受高温、高热、高湿、高寒影响。在井下爆破时对瓦斯具有稀释作用，无震荡，无粉尘。二氧化碳属于惰性气体非易燃易爆物质，爆破过程就是体积膨的过程，物理做功而非化学反应。
经对现有技术的文献检索，还未发现有关于城市地铁隧道利用二氧化碳致裂器爆破的相关专利和文献。目前还没有城市地铁隧道采用二氧化碳相变致裂器进行组织爆破施工。
发明内容
本发明的目的是针对现有的炸药爆破振速值无法满足施工及环境保护要求，而采取的一种新型的物理爆破方式。适用于城市地铁暗挖隧道减震爆破施工，尤其在穿越特、一级风险源、大跨度及小间距隧道减震爆破施工方面效果较为显著，特提供了一种地铁双线大跨度隧道微振爆破工艺。
本发明提供了一种地铁双线大跨度隧道微振爆破工艺，其特征在于：利用二氧化碳相变致裂器为爆破器材的爆破方式，通过管内液态二氧化碳迅速膨胀作用，达到隧道开挖目的；致裂器长度控制钻孔深度不小于1.5m，孔径不大于63mm；打设周边眼预裂导向孔，孔距10～50cm，孔深小于致裂孔20～30cm；
根据设计进尺深度，选用长度1000mm或1500mm型的致裂器，本专利设计采用的致裂器为MZL150-53/1500型致裂器，管径致裂器长度1.5m，膨胀压力150Mpa；打眼工具使用YT-28手持风钻，钻头直径为成孔后直径约为63mm；本设计对钻孔孔径精度要求较小，对钻孔垂直度精度要求较高，若出现偏孔，则可能导致致裂器无法安装，所以在打孔过程不易过快，以稳为主；
减震爆破设计致裂孔孔深1.5m，致裂导向孔孔深1.3m，致裂孔孔距800mm，排距800mm，断面中心部位设计致裂导向孔，导向孔距致裂孔400mm，呈环形布置，主要起到减震以及减少围岩的夹制作用，断面周边为保证爆破效果，避免出现超欠挖现象，设计致裂孔孔距600mm，致裂孔中间打设致裂导向孔，导向孔相对致裂孔要浅，孔深小于致裂孔200～300mm；
主要起到围岩开裂的导向作用，可保证爆破效果，达到光面爆破的目的，减震爆破设计需配套设备包括：根据断面大小储备100～150根致裂器、1台无损快速组装机、一个499L储气罐、一台充装机、一个充装台、加热装置、定压剪切片个1000个以及380V交流电等设备及材料，整套设备可采用租赁或购买，其中一根致裂器可重复使用4000次以上；
二氧化碳爆破在煤矿中使用分为五个工作步骤：
第一步骤地面操作间的装管；第二步爆破工作面的打眼；第三步将装好气的致裂管运输到工作面；第四步把二氧化碳致裂管放炮眼里面，并且封孔，放炮；第五步回收；
一、地面操作间装管
1、二氧化碳致裂管灌装前的准备工作
①需要给充装机、拆装机供应380V交流电；
②储液罐有足够的液态二氧化碳；
③致裂器和相应的耗材(加热棒、爆破片、垫片)；
④万用表、钳子、扳手、内六角等工具；
2、二氧化碳致裂管组装
①将致裂器储液管放在陈列架上，将铁丝插入主管中，并使带钩的一端从主管刻字的一端伸出；然后把用铁丝勾住加热装置的导线并拉动铁丝使导线从储液管的另一端伸出；
②将定压剪切装上密封垫，并与加热装置的导线连接在一起(注意定压减切片凸起的一端朝里)；然后拉出加热装置，使定压减切片完全进入储液管内；
③先拧紧释放管，再拧紧充装阀，均拧到手无法拧动为止；
④将拧好的致裂器放在拆装机钳口上，并将充装阀一头插入拆装头里；然后顺时针旋转急停按钮，按下启动按钮以启动拆装机；
⑤按住夹紧按钮压力上升到10MPa以上后放开；然后按住紧固按钮当压力上升至10MPa时，放开紧固按钮；
⑥按住松开按钮，然后将致裂器掉头；
⑦重复步骤⑤
⑧测量电阻，电阻在1-2欧姆为正常；
3、二氧化碳致裂管充气
①将致裂器放在充装台上对好充装孔，拧紧夹紧杆并用内六角扳手打开充装阀；然后打开致裂器所对应的球阀，关闭没有致裂器的球阀；
②按下充装机上的清零键，将称重仪表清零；
③放气：每天首次工作前，需要放气，将整个管道排空；先打开充装台上的进口球阀和出口球阀；然后按下放气按钮，直到出口球阀喷出连续不断的白色气体后，关闭出口球阀；
④洗管：按下放气按钮后，关闭进口球阀然后打开出口球阀，将致裂器内的二氧化碳放出，放出一大部分后关闭出口球阀；重复两到三次，
⑤充装：关闭出口球阀后，按下增压按钮，待致裂器充满后机器会自动停止；机器停止后，用内六角扳手将致裂器的充装阀关闭，然后关闭进口球阀，再打开出口球阀将多余气体放出；
⑥测试密封性：将致裂器的充装阀和释放管分别放入水中，确保没有大量气泡；
二、二氧化碳致裂器设备运输
①储液管长1.5m，外径53mm，灌装液态二氧化碳后质量约为25Kg；储液管采用优质进口钢材加工而成，结实耐用，可重复使用4000次，除了接通电路能启动爆破外，磕碰、撞击、高温都不会对装置产生损坏；
②储液管在地面灌装液态二氧化碳后，由矿方安排人员提前用矿车运输至爆破地点；
③实验无法进行或是用不完的储液管必须及时回收升井，妥善保管；
三、隧道爆破工作面二氧化碳致裂器安装及起爆
①二氧化碳致裂器装孔
在充气阀处接出两根导线，用防水胶布粘贴好，再将致裂器放入炮眼，预留出10cm左右，以便连线；
②孔口密封
致裂器安装结束后，在孔口用木楔塞紧，并用泡沫剂密封；
③致裂器连线
将每排致裂器尾端甩出的导线进行逐一串连连接；
④致裂器起爆
将每炮的串联的两根导线分别接在起爆器上，便可以利用起爆器起爆；
二氧化碳相变致裂器爆破后效果
四、致裂器回收
①将回收好的致裂器用矿车运到操作间，把致裂器放在拆装机钳口上，并将充装阀一头插入拆装头里；然后顺时针旋转急停按钮，按下启动按钮以启动拆装机；
②按住夹紧按钮压力上升到10MPa以上后放开；然后按住拆卸按钮，旋转一至两圈后，放开拆卸按钮；
③按住松开按钮，然后将致裂器掉头；
④重复步骤②；
⑤将致裂器内部的残渣清理干净，以便下次使用；
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
本发明的优点：
本发明所述的地铁双线大跨度隧道微振爆破工艺，利用二氧化碳相变致裂器为爆破器材的爆破方式，通过管内液态二氧化碳迅速膨胀作用，达到隧道开挖目的。适用于城市地铁暗挖隧道减震爆破施工，尤其在穿越特、一级风险源、大跨度及小间距隧道减震爆破施工方面效果较为显著。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明中地铁隧道单洞双线断面爆破设计图。
图2是本发明中地铁隧道单洞双线断面侧导洞爆破参数图。
图3是本发明中地铁隧道单洞双线断面中导洞爆破参数图。
具体实施方式
实施例
本发明提供了一种地铁双线大跨度隧道微振爆破工艺，其特征在于：利用二氧化碳相变致裂器为爆破器材的爆破方式，通过管内液态二氧化碳迅速膨胀作用，达到隧道开挖目的；致裂器长度控制钻孔深度不小于1.5m，孔径不大于63mm；打设周边眼预裂导向孔，孔距10～50cm，孔深小于致裂孔20～30cm；
根据设计进尺深度，选用长度1000mm或1500mm型的致裂器，本专利设计采用的致裂器为MZL150-53/1500型致裂器，管径致裂器长度1.5m，膨胀压力150Mpa；打眼工具使用YT-28手持风钻，钻头直径为成孔后直径约为63mm；本设计对钻孔孔径精度要求较小，对钻孔垂直度精度要求较高，若出现偏孔，则可能导致致裂器无法安装，所以在打孔过程不易过快，以稳为主；
减震爆破设计致裂孔孔深1.5m，致裂导向孔孔深1.3m，致裂孔孔距800mm，排距800mm，断面中心部位设计致裂导向孔，导向孔距致裂孔400mm，呈环形布置，主要起到减震以及减少围岩的夹制作用，断面周边为保证爆破效果，避免出现超欠挖现象，设计致裂孔孔距600mm，致裂孔中间打设致裂导向孔，导向孔相对致裂孔要浅，孔深小于致裂孔200～300mm；
主要起到围岩开裂的导向作用，可保证爆破效果，达到光面爆破的目的，减震爆破设计需配套设备包括：根据断面大小储备100～150根致裂器、1台无损快速组装机、一个499L储气罐、一台充装机、一个充装台、加热装置、定压剪切片个1000个以及380V交流电等设备及材料，整套设备可采用租赁或购买，其中一根致裂器可重复使用4000次以上；
二氧化碳爆破在煤矿中使用分为五个工作步骤：
第一步骤地面操作间的装管；第二步爆破工作面的打眼；第三步将装好气的致裂管运输到工作面；第四步把二氧化碳致裂管放炮眼里面，并且封孔，放炮；第五步回收；
一、地面操作间装管
1、二氧化碳致裂管灌装前的准备工作
①需要给充装机、拆装机供应380V交流电；
②储液罐有足够的液态二氧化碳；
③致裂器和相应的耗材(加热棒、爆破片、垫片)；
④万用表、钳子、扳手、内六角等工具；
2、二氧化碳致裂管组装
①将致裂器储液管放在陈列架上，将铁丝插入主管中，并使带钩的一端从主管刻字的一端伸出；然后把用铁丝勾住加热装置的导线并拉动铁丝使导线从储液管的另一端伸出；
②将定压剪切装上密封垫，并与加热装置的导线连接在一起(注意定压减切片凸起的一端朝里)；然后拉出加热装置，使定压减切片完全进入储液管内；
③先拧紧释放管，再拧紧充装阀，均拧到手无法拧动为止；
④将拧好的致裂器放在拆装机钳口上，并将充装阀一头插入拆装头里；然后顺时针旋转急停按钮，按下启动按钮以启动拆装机；
⑤按住夹紧按钮压力上升到10MPa以上后放开；然后按住紧固按钮当压力上升至10MPa时，放开紧固按钮；
⑥按住松开按钮，然后将致裂器掉头；
⑦重复步骤⑤
⑧测量电阻，电阻在1-2欧姆为正常；
3、二氧化碳致裂管充气
①将致裂器放在充装台上对好充装孔，拧紧夹紧杆并用内六角扳手打开充装阀；然后打开致裂器所对应的球阀，关闭没有致裂器的球阀；
②按下充装机上的清零键，将称重仪表清零；
③放气：每天首次工作前，需要放气，将整个管道排空；先打开充装台上的进口球阀和出口球阀；然后按下放气按钮，直到出口球阀喷出连续不断的白色气体后，关闭出口球阀；
④洗管：按下放气按钮后，关闭进口球阀然后打开出口球阀，将致裂器内的二氧化碳放出，放出一大部分后关闭出口球阀；重复两到三次，
⑤充装：关闭出口球阀后，按下增压按钮，待致裂器充满后机器会自动停止；机器停止后，用内六角扳手将致裂器的充装阀关闭，然后关闭进口球阀，再打开出口球阀将多余气体放出；
⑥测试密封性：将致裂器的充装阀和释放管分别放入水中，确保没有大量气泡；
二、二氧化碳致裂器设备运输
①储液管长1.5m，外径53mm，灌装液态二氧化碳后质量约为25Kg；储液管采用优质进口钢材加工而成，结实耐用，可重复使用4000次，除了接通电路能启动爆破外，磕碰、撞击、高温都不会对装置产生损坏；
②储液管在地面灌装液态二氧化碳后，由矿方安排人员提前用矿车运输至爆破地点；
③实验无法进行或是用不完的储液管必须及时回收升井，妥善保管；
三、隧道爆破工作面二氧化碳致裂器安装及起爆
①二氧化碳致裂器装孔
在充气阀处接出两根导线，用防水胶布粘贴好，再将致裂器放入炮眼，预留出10cm左右，以便连线；
②孔口密封
致裂器安装结束后，在孔口用木楔塞紧，并用泡沫剂密封；
③致裂器连线
将每排致裂器尾端甩出的导线进行逐一串连连接；
④致裂器起爆
将每炮的串联的两根导线分别接在起爆器上，便可以利用起爆器起爆；
二氧化碳相变致裂器爆破后效果
四、致裂器回收
①将回收好的致裂器用矿车运到操作间，把致裂器放在拆装机钳口上，并将充装阀一头插入拆装头里；然后顺时针旋转急停按钮，按下启动按钮以启动拆装机；
②按住夹紧按钮压力上升到10MPa以上后放开；然后按住拆卸按钮，旋转一至两圈后，放开拆卸按钮；
③按住松开按钮，然后将致裂器掉头；
④重复步骤②；
⑤将致裂器内部的残渣清理干净，以便下次使用；
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (3)
1.一种地铁双线大跨度隧道微振爆破工艺，其特征在于：利用二氧化碳相变致裂器为爆破器材的爆破方式，通过管内液态二氧化碳迅速膨胀作用，达到隧道开挖目的；致裂器长度控制钻孔深度不小于1.5m，孔径不大于63mm；打设周边眼预裂导向孔，孔距10～50cm，孔深小于致裂孔20～30cm。
2.按照权利要求1所述的地铁双线大跨度隧道微振爆破工艺，其特征在于：根据设计进尺深度，选用长度1000mm或1500mm型的致裂器，减震爆破设计致裂孔孔深1.5m，致裂导向孔孔深1.3m，致裂孔孔距800mm，排距800mm，断面中心部位设计致裂导向孔，导向孔距致裂孔400mm，呈环形布置，主要起到减震以及减少围岩的夹制作用，断面周边为保证爆破效果，避免出现超欠挖现象，设计致裂孔孔距600mm，致裂孔中间打设致裂导向孔，导向孔相对致裂孔要浅，孔深小于致裂孔200～300mm；
主要起到围岩开裂的导向作用，可保证爆破效果，达到光面爆破的目的，减震爆破设计需配套设备包括：根据断面大小储备100～150根致裂器、1台无损快速组装机、一个499L储气罐、一台充装机、一个充装台、加热装置、定压剪切片个1000个以及380V交流电等设备及材料，整套设备可采用租赁或购买，其中一根致裂器可重复使用4000次以上。
3.按照权利要求1所述的地铁双线大跨度隧道微振爆破工艺，其特征在于：二氧化碳爆破在煤矿中使用分为五个工作步骤：
第一步骤地面操作间的装管；第二步爆破工作面的打眼；第三步将装好气的致裂管运输到工作面；第四步把二氧化碳致裂管放炮眼里面，并且封孔，放炮；第五步回收；
一、地面操作间装管
1、二氧化碳致裂管灌装前的准备工作
①需要给充装机、拆装机供应380V交流电；
②储液罐有足够的液态二氧化碳；
③致裂器和相应的耗材(加热棒、爆破片、垫片)；
④万用表、钳子、扳手、内六角等工具；
2、二氧化碳致裂管组装
①将致裂器储液管放在陈列架上，将铁丝插入主管中，并使带钩的一端从主管刻字的一端伸出；然后把用铁丝勾住加热装置的导线并拉动铁丝使导线从储液管的另一端伸出；
②将定压剪切装上密封垫，并与加热装置的导线连接在一起(注意定压减切片凸起的一端朝里)；然后拉出加热装置，使定压减切片完全进入储液管内；
③先拧紧释放管，再拧紧充装阀，均拧到手无法拧动为止；
④将拧好的致裂器放在拆装机钳口上，并将充装阀一头插入拆装头里；然后顺时针旋转急停按钮，按下启动按钮以启动拆装机；
⑤按住夹紧按钮压力上升到10MPa以上后放开；然后按住紧固按钮当压力上升至10MPa时，放开紧固按钮；
⑥按住松开按钮，然后将致裂器掉头；
⑦重复步骤⑤
⑧测量电阻，电阻在1-2欧姆为正常；
3、二氧化碳致裂管充气
①将致裂器放在充装台上对好充装孔，拧紧夹紧杆并用内六角扳手打开充装阀；然后打开致裂器所对应的球阀，关闭没有致裂器的球阀；
②按下充装机上的清零键，将称重仪表清零；
③放气：每天首次工作前，需要放气，将整个管道排空；先打开充装台上的进口球阀和出口球阀；然后按下放气按钮，直到出口球阀喷出连续不断的白色气体后，关闭出口球阀；
④洗管：按下放气按钮后，关闭进口球阀然后打开出口球阀，将致裂器内的二氧化碳放出，放出一大部分后关闭出口球阀；重复两到三次，
⑤充装：关闭出口球阀后，按下增压按钮，待致裂器充满后机器会自动停止；机器停止后，用内六角扳手将致裂器的充装阀关闭，然后关闭进口球阀，再打开出口球阀将多余气体放出；
⑥测试密封性：将致裂器的充装阀和释放管分别放入水中，确保没有大量气泡；
二、二氧化碳致裂器设备运输
①储液管长1.5m，外径53mm，灌装液态二氧化碳后质量约为25Kg；储液管采用优质进口钢材加工而成，结实耐用，可重复使用4000次，除了接通电路能启动爆破外，磕碰、撞击、高温都不会对装置产生损坏；
②储液管在地面灌装液态二氧化碳后，由矿方安排人员提前用矿车运输至爆破地点；
③实验无法进行或是用不完的储液管必须及时回收升井，妥善保管；
三、隧道爆破工作面二氧化碳致裂器安装及起爆
①二氧化碳致裂器装孔
在充气阀处接出两根导线，用防水胶布粘贴好，再将致裂器放入炮眼，预留出10cm左右，以便连线；
②孔口密封
致裂器安装结束后，在孔口用木楔塞紧，并用泡沫剂密封；
③致裂器连线
将每排致裂器尾端甩出的导线进行逐一串连连接；
④致裂器起爆
将每炮的串联的两根导线分别接在起爆器上，便可以利用起爆器起爆；
二氧化碳相变致裂器爆破后效果
四、致裂器回收
①将回收好的致裂器用矿车运到操作间，把致裂器放在拆装机钳口上，并将充装阀一头插入拆装头里；然后顺时针旋转急停按钮，按下启动按钮以启动拆装机；
②按住夹紧按钮压力上升到10MPa以上后放开；然后按住拆卸按钮，旋转一至两圈后，放开拆卸按钮；
③按住松开按钮，然后将致裂器掉头；
④重复步骤②；
⑤将致裂器内部的残渣清理干净，以便下次使用。
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