CN110132084B - 一种隧道超欠挖控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种隧道超欠挖控制方法，首先根据超前地质预报、施工现场勘察确定的围岩情况，对原爆破参数进一步优化，然后根据优化后的爆破参数准确放出布眼位置，最后打钻、清孔、装药后，连接起爆网络，爆破。本发明根据超前地质预报结合施工现场四方共同勘察确定的围岩类别，通过微调钻孔参数和装药结构、利用现有常用的火工材料以及水袋等材料，据此对传统的石质隧道开挖光面爆破参数给予优化，从而达到“提高隧道全断面开挖的爆破质量”、最大限度的减少了传统的隧道全断面爆破中的超欠挖现象，实现了穿越褶皱带的粉砂质板岩隧道开挖“爆破效果良好、质量安全得到保障、施工成本有效控制、工序循环快捷”的目标。

Description

一种隧道超欠挖控制方法

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，尤其涉及一种隧道超欠挖控制方法。

背景技术

粉砂质板岩地质隧道，施工中的超欠挖控制，特别是超挖的质量控制，是影响隧道施工质量安全、施工进度、及施工成本的最大因素。这就要求我们在隧道施工过程中，合理选用开挖方法和爆破参数，科学准确的判断围岩变化并及时调整相关参数，以达到光面爆破效果为目标，将隧道开挖施工中超欠挖的不利影响减少到最低程度，从而实现对隧道施工质量、安全、进度及成本的有效控制。传统石质隧道光面爆破施工方法，分为全断面一次爆破和预留光面爆破层的分次爆破两种类型。由于全断面一次爆破适合于小断面隧道，它在大断面隧道开挖中非常容易造成欠挖或挂角、补炮，以及对围岩扰动大、大面积超挖等现象；而预留光爆层分次爆破由于施工工艺复杂，增加了二次拔底、清理危石、打钻装药、排烟降尘、推台架等工作时间，在实际施工中并没有被一线施工人员积极采用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道超欠挖控制方法，解决传统隧道爆破全断面开挖过程中，经常性遇到的欠挖和超挖等弊端。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种隧道超欠挖控制方法，隧道施工采用爆破掘进循环作业，一次爆破后经过铲运废石、出渣、清理工作面、钻孔这一整套工序才进入下一阶段的爆破工作，在清理工作面之后钻孔之前，施工人员对下一阶段即将爆破的施工现场进行勘察，重新确定所述施工现场的准确围岩情况，根据该准确围岩情况优化原施工方案确定的爆破参数。

施工组织设计是以施工项目为对象编制的、用以指导施工的技术、经济和管理的综合性文件。若施工图设计是解决造什么样的建筑物产品，则施工组织设计就是解决如何建造的问题。编制施工组织设计的依据文件之一是建设地区的调查资料，其包括地形、地质、气象和地区性技术经济条件等。在隧道建造之前，当然也需要编制隧道组织设计文件，若隧道施工选用爆破掘进循环作业，则隧道组织设计文件中必然包含爆破专项施工组织设计。在常规的隧道建设中，一般是根据爆破专项施工组织设计进行爆破掘进的。然而，粉砂质板岩地质隧道直接根据爆破专项施工组织设计进行施工，极有可能出现超欠挖情况。为了控制施工中的超欠挖，本发明在进入下一阶段爆破工作之前、且在清理工作面之后钻孔之前，施工人员重新勘查下一阶段即将爆破的施工现场，重新确定与下一阶段对应施工现场的准确围岩情况，根据此准确围岩情况优化爆破专项施工组织设计中确定的下一阶段爆破参数，然后根据优化后的下一阶段爆破参数进行钻孔。

作为本发明的进一步改进，每一阶段在钻孔工序施工时均记录钻孔时间。

作为本发明的进一步改进，所述施工人员勘察的内容包括：根据前一阶段或前几阶段的成孔时间判断下一阶段的围岩情况，其中平均每米成孔时间：3min＞t为软岩；3min≤t＜5min为中硬围岩；5min≤t为硬岩。

作为本发明的进一步改进，采用钻机钻孔，将掌子面划分为多个小区域，分别记录每个小区域的钻孔时间，根据前一阶段或前几阶段每个小区域对应的成孔时间判断下一阶段该小区域的围岩情况。

本发明钻孔采用QT-28钻机,将掌子面划分为6个小区域，每个区域固定2台钻机及操作工人，值班员记录每个区域的钻孔时间。根据成孔时间进一步判断围岩情况(平均每米成孔时间：3min＞t为软岩；3min≤t＜5min为中硬围岩；5min≤t为硬岩)。

作为本发明的进一步改进，所述施工人员勘察的内容包括：通过掌子面清底直观判断围岩的整体性及有无夹层情况。

作为本发明的进一步改进，把掌子面划分成若干小区域，根据每个小区域前几阶段的钻孔时间、本阶段掌子面上每个小区域的围岩情况，确定每个小区域围岩为软岩、中硬岩或者硬岩，查阅软岩、中硬岩或者硬岩对应的爆破参数，调整并优化本阶段的爆破参数。

作为本发明的进一步改进，根据优化后的爆破参数准确放出布眼位置；钻孔、清孔、装药后，连接起爆网络，爆破。

作为本发明的进一步改进，若掌子面沿高度方向的中部或下部有软弱夹层或裂隙，对孔深、装药密度进行微调优化；

若掌子面沿高度方向的上部有软弱夹层或裂隙，除了对孔深、装药密度进行微调优化，还重新确定后续工序的支护类别；

若围岩呈整体状且与施工组织设计中提及的围岩情况完全相符，说明本阶段超欠挖现象不明显，则按照施工组织设计中的爆破参数施工。

作为本发明的进一步改进，所述爆破参数包括钻眼参数和装药参数，所述钻眼参数包括眼深、眼径、排距与眼距；所述装药参数包括装药长度、药包直径和密度、间隔装药形式。

作为本发明的进一步改进，所述钻眼参数包括周边眼、崩落眼、辅助眼、掏槽眼以及辅助小眼的参数。在本发明中，放出布眼位置后，根据围岩情况确定钻周边眼时的外插角、辅助小眼的数量和孔深。受钻具自身尺寸影响，需要在钻周边眼时有一个外插角，而为了保证成孔后孔底部分不出现大的超挖，本发明尽量减小钻机外插角，孔口部分就不可避免的出现欠挖或侵限，通过增加打小眼的方法，有效解决孔口范围欠挖的情况。本发明的周边眼分段间隔装药并装入部分水袋。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明为工程技术人员提供了一种快速、灵活、易学的“隧道全断面开挖超欠挖控制”施工方法，根据超前地质预报结合施工现场四方共同勘察确定的围岩类别，通过微调钻孔参数和装药结构、利用现有常用的火工材料以及水袋等材料，据此对传统的石质隧道开挖光面爆破参数给予优化，从而达到“提高隧道全断面开挖的爆破质量”、最大限度的减少了传统的隧道全断面爆破中的超欠挖现象，实现了穿越褶皱带的粉砂质板岩隧道开挖“爆破效果良好、质量安全得到保障、施工成本有效控制、工序循环快捷”的目标。

附图说明

图1是隧道洞内施工平面示意图；

图2是隧道全断面开挖炮眼布置优化示意图；

图3是周边眼装药结构示意图；

图4是掏槽眼装药结构示意图；

图5是辅助眼装药结构示意图；

图6是隧道施工方法的流程示意图。

图中，a、隧道掘进方向；b、二衬已完成段落；c、仰拱完成段落；d、隧道开挖及初期支护完成段落；1、二衬；2、拱顶；3、下台阶；4、掌子面；5、隧道中线；6、掏槽眼(排距、眼距80-100cm)；7、崩落眼与辅助眼间距80-100cm；8、周边眼与辅助小眼间隔布置(间距40-50cm)；9、起爆管；10、炮泥；11、水袋；12、炸药；13、毫秒管。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

为了解决传统隧道爆破全断面开挖过程中，经常性遇到的欠挖和超挖等弊端(其中，欠挖需要补炮，延长了工序时间，引起工人劳动强度增加、情绪激动，安全隐患高；其中，对围岩的大扰动、大面积超挖、增加了后续工序的作业时间和作业强度、空腔的处理大量增加了施工成本，而不处理空腔又给工程留下了质量隐患)。本实施例提供了一种基于穿越褶皱带粉砂质板岩的隧道超欠挖控制方法，包括以下步骤：

步骤一：根据隧道施工图设计文件，超前地质预报报告，以及四方现场确定的围岩类别，确定或优化爆破参数；

步骤二：隧道掌子面开钻前，采用20吨中型挖掘机进行掌子面清理，拔底露出新鲜围岩为止，使现场管理及施工人员能更直观察看围岩的整体性及有无软弱夹层情况；

步骤三：放样布眼，测量人员严格按既定的爆破参数、全站仪坐标法准确放出布眼位置，隧道技术主管会同值班员、开挖班班长，现场确定掏槽眼、辅助眼、崩落眼、周边眼深度，为防止靠近钻机1米范围出现欠挖，现场还需确定增加的辅助小眼数量及孔深；

步骤四：打钻采用QT-28钻机,将掌子面划分为6个小区域，每个区域固定2台钻机及操作工人，值班员记录每个区域的钻孔时间。根据成孔时间进一步判断围岩情况(平均每米成孔时间：3min＞t为软岩；3min≤t＜5min为中硬围岩；5min≤t为硬岩)；

步骤五：清孔、装药，掏槽眼、辅助眼、崩落眼采用连续装药，线装药密度150-400g/m；周边眼采用间隔、分段装药，利用带刻度的炮棍，使得药卷与药卷间采用水袋实现分段、导爆索连接，线装药密度0-150g/m；

步骤六：连接起爆网络，爆破。

步骤七：通风，爆破效果检查，由于在炮眼中使用了水袋，爆破后排烟降尘时间显著降低。通风10-15min后，可以进入工作面检查。

本实施例为工程技术人员提供了一种快速、灵活、易学的“隧道全断面开挖超欠挖控制”施工方法，根据超前地质预报结合施工现场四方共同勘察确定的围岩类别，通过微调钻孔参数和装药结构、利用现有常用的火工材料以及水袋等材料，据此对传统的石质隧道开挖光面爆破参数给予优化，从而达到“提高隧道全断面开挖的爆破质量”、最大限度的减少了传统的隧道全断面爆破中的超欠挖现象，实现了穿越褶皱带的粉砂质板岩隧道开挖“爆破效果良好、质量安全得到保障、施工成本有效控制、工序循环快捷”的目标。

本实施例的掏槽眼又称掏槽，是运用于隧道掘进，眼孔布置于掌子面中心偏低位置(根据设计而定)，该孔最先起爆，以便将中心岩石抛掷出来，为围岩增加临空面，达到最佳爆破效果。掏槽眼深度应比爆破挖掘预计工作面向前推进距离的设计深度大150～200毫米，其装药量比辅助眼加大15％～20％。它对整个掘进爆破效率将起决定性作用。掏槽的好坏对提高破岩效率、循环进尺都起着决定性的作用。因此，必须选择合理的掏槽方式和装药量，使岩石完全破碎以形成理想的槽腔。

首先将工作面上某部分岩石破碎下来，使工作面形成第二个自由面，为其它炮眼的爆破创造有利条件。掏槽孔分为空孔和装药孔，空孔为装药孔提供自由面和补偿空间。

从钻孔开始，需要爆破、出碴、支护作业到下一次能够钻孔开始，称为一个循环。隧道开挖工序，从钻孔-装药-爆破-出渣，一直到再次钻孔前称为一个循环；在本循环内，还根据成孔时间进一步判断围岩情况，确定爆破参数。

本实施例的周边眼使爆破断面、形状和方向符合设计要求，掏槽眼用于爆破出新自由面其炮眼创造有利爆破条件，辅助眼用来进步扩大掏槽眼爆破形成自由面。

图3所示的周边眼装药结构示意图，从眼底到眼口依序是：一个水袋-0.5卷炸药-2个水袋-泥炮-起爆管。

图4所示的掏槽眼装药结构示意图，从眼底到眼口依序是：一个水袋-(第一排15卷炸药、第二排14卷炸药、第三排13卷炸药)-(第一排4个水袋、第二排5个水袋、第三排6个水袋)-泥炮-起爆管。

图5所示的辅助眼装药结构示意图，从眼底到眼口依序是：一个水袋-5卷炸药(比平时装药少1卷)-6个水袋-泥炮-起爆管。

采用本实施例的控制方法与普通隧道开挖爆破方法相比，对比表如下：

本实施例通过四方现场勘查、掌子面清底、记录钻孔时间等措施，可以进一步准确判断围岩类别、确定爆破参数；受钻具自身尺寸影响，需要在钻周边眼时有一个外插角，而为了保证成孔后孔底部分不出现大的超挖，我们会尽量减小钻机外插角，孔口部分就不可避免的出现欠挖或侵限，通过增加打小眼的方法，可以有效解决这个问题；周边眼分段间隔装药并装入部分水袋，可以有效解决装药不均匀、爆破后超欠挖严重、排烟降尘时间长的弊端。

实施例2：

超前地质预报或隧道超前地质预报是在隧道开挖时，对掌子面前方及其周边的围岩与地层情况做出超前预报。依靠中短距离的地质雷达预报、长距离TSP反射波法的地质预报，对于断层走向或软弱夹层趋势的判断准确度不高。尚未完全掌握地质情况设计的钻爆方案超欠挖现象严重，爆破效果得不到保证。

因此，本实施例在超前预报的基础上，再进行现场勘查及补充验证。由于褶皱区地质变化极其频繁，爆破循环与循环之间，甚至同一个循环开挖面的左右侧、上下部分之间，都存在截然不同的围岩特点。

隧址区区域地质构造单元属于中秦岭海西褶皱带和南秦岭印支褶皱带交界线，地质情况复杂，围岩节理裂隙发育，按照传统的钻爆设计方法，超欠挖现象严重，爆破效果得不到保证，引起欠挖补炮、超挖回填工作量增大、工作时间加长，也增加了施工成本，同时给隧道建设期及运营期的质量安全也埋下隐患。因此，隧道超欠挖控制便成为技术创新的重点及难点。

本实施例通过四方现场勘查、掌子面清底、记录钻孔时间相结合的补充方法，能更加科学准确的判断开挖面各部分的围岩夹层、断层、渗水、坚硬等情况，并依此微调爆破参数的同时，确定后续工序的支护类别。在微调爆破参数时，仅对孔深、孔距、装药密度进行微调优化。孔深优化过程是：孔深直接决定着循环进尺，以开挖面超过1/4部分的最不利围岩类别确定孔深，软岩及夹层或破碎层：掏槽眼孔深1.8m，其他眼1.3m；中硬及普通岩层：掏槽眼孔深3.8m，其他眼2.8m；硬岩：掏槽眼孔深5m，其他眼3.8m。线装药密度：同一开挖面不同部位、不同围岩的炮眼需采用不同的线装药密度，软岩及夹层或破碎层：掏槽眼300g/m、辅助眼200g/m、周边眼50g/m；中硬及普通岩层：掏槽眼350g/m、辅助眼250g/m、周边眼100g/m；硬岩：掏槽眼400g/m、辅助眼250g/m、周边眼150g/m。

经过现场实际围岩地质条件，结合既有的施工经验，经多次研究比选，确定以下隧道爆破超欠挖控制施工方法①优化爆破参数：通过四方现场勘查、彻底进行掌子面清底、记录钻孔时间等措施，准确判断围岩类别、确定爆破参数。实施过程中，通过对成孔时间的跟踪记录，每延米成孔时间3min＞t共25组次，3min≤t＜5min共64组次，5min≤t共11组次。

②增加辅助小眼：受钻具自身尺寸影响，需要在钻周边眼时有一个外插角，而为了保证成孔后孔底部分不出现大的超挖，我们会尽量减小钻机外插角，孔口部分就不可避免的出现欠挖或侵限，通过增加打小眼的方法，有效解决孔口范围欠挖的情况。根据围岩支护类别，我们采用小眼深度1m,小眼环向间距1m共3个循环；小眼深度1.2m,小眼环向间距0.8m共5个循环；小眼深度1.5m,小眼环向间距0.6m共2个循环。辅助小眼的设置是为了消除孔口部分的欠挖情况。小眼布眼位置与周边眼轮廓线半径一致，与周边眼间隔布孔。根据初期支护钢拱架间距确定小眼孔深：间距80cm，孔深100cm；间距100cm，孔深120cm；间距120cm，孔深150cm。小眼孔径42mm，钻头采用直径32mm一字型钻头。

③利用水袋改善装药结构：周边眼分段间隔装药并装入部分水袋，可以有效解决装药不均匀、爆破后超欠挖严重、排烟降尘时间长的弊端，根据围岩整体性情况及有无软弱夹层，周边眼线装药密度0g/m共50孔次；线装药密度100g/m共350孔次；线装药密度150g/m共100孔次。

常规水袋一般是在连续装药结构情况下的水袋布置，为控制隧道爆破轮廓线及超欠挖质量，我们对周边眼采用了分段间隔装药的方法，通过采用水袋来实现对药卷的分段布置，并利用导爆索连接药卷，确保完成起爆和爆破能的传递，同时也避免了周边眼集中装药的不利影响。经验证，本实施例给出的周边眼线装药密度范围为0-150g/m(其中0g/m是空眼，也就是周边眼间隔装药中的隔孔装药，适用于围岩为软弱夹层的情况)。

采用本实施例的施工方法，对隧道爆破开挖的超欠挖情况进行了有效的控制，降低了隧道超挖、欠挖出现的频率和面积，并加快了爆破后排烟降尘的速度，喷射早强混凝土量得到了控制，从而在一定程度上降低了施工成本。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种隧道超欠挖控制方法，隧道施工采用爆破掘进循环作业，一次爆破后经过铲运废石、出渣、清理工作面、钻孔这一整套工序才进入下一阶段的爆破工作，其特征在于，在清理工作面之后钻孔之前，施工人员对下一阶段围岩情况进行勘察，重新准确确定下一阶段的围岩情况，根据重新准确确定的下一阶段的围岩情况优化原施工方案确定的爆破参数；

每一阶段在钻孔工序施工时均记录钻孔时间；

所述施工人员勘察的内容包括：根据前一阶段或前几阶段的钻孔时间判断下一阶段的围岩情况，其中平均每米钻孔时间：3min＞t为软岩；3min≤t＜5min为中硬围岩；5min≤t为硬岩。

2.根据权利要求1所述的隧道超欠挖控制方法，其特征在于，采用钻机钻孔，将掌子面划分为多个小区域，分别记录每个小区域的钻孔时间，根据前一阶段或前几阶段每个小区域对应的钻孔时间判断下一阶段该小区域的围岩情况。

3.根据权利要求1或2所述的隧道超欠挖控制方法，其特征在于，所述施工人员勘察的内容包括：通过掌子面清底直观判断围岩的整体性及有无夹层情况。

4.根据权利要求3所述的隧道超欠挖控制方法，其特征在于，把掌子面划分成若干小区域，根据每个小区域前几阶段的钻孔时间、本阶段掌子面上每个小区域的围岩情况，确定每个小区域围岩为软岩、中硬岩或者硬岩，查阅软岩、中硬岩或者硬岩对应的爆破参数，调整并优化本阶段的爆破参数。

5.根据权利要求4所述的隧道超欠挖控制方法，其特征在于，根据优化后的爆破参数准确放置布眼位置；钻孔、清孔、装药后，连接起爆网络，爆破。

6.根据权利要求3所述的隧道超欠挖控制方法，其特征在于，

若掌子面沿高度方向的中部或下部有软弱夹层或裂隙，对孔深、装药密度进行微调优化；

若掌子面沿高度方向的上部有软弱夹层或裂隙，除了对孔深、装药密度进行微调优化，还重新确定后续工序的支护类别；

若围岩呈整体状且与施工组织设计中提及的围岩情况完全相符，说明本阶段超欠挖现象不明显，则按照施工组织设计中的爆破参数施工。

7.根据权利要求1所述的隧道超欠挖控制方法，其特征在于，所述爆破参数包括钻眼参数和装药参数，所述钻眼参数包括眼深、眼径、排距与眼距；所述装药参数包括装药长度、药包直径和密度、间隔装药形式。

8.根据权利要求7所述的隧道超欠挖控制方法，其特征在于，所述钻眼参数包括周边眼、崩落眼、辅助眼、掏槽眼以及辅助小眼的参数。

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