CN110940240B - 一种圆形竖井螺旋式扩挖方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆形竖井螺旋式扩挖方法，开挖前利用确定的圆形竖井的扩挖参数对开挖高度、进尺参数进行设计计算，同一工况下除首层开挖高度与其它层开挖高度有所区别外，其他参数保持统一，故对同一种工况的不同圆形竖井进行扩挖时，无需重新拆组爆破开挖装置或者支架，节约时间及成本，提高施工效率的同时，极大降低了爆破扩挖的操作复杂程度和施工难度，此发明用于井道挖掘技术领域。

Description

一种圆形竖井螺旋式扩挖方法

技术领域

本发明涉及井道挖掘技术领域，特别是涉及一种圆形竖井螺旋式扩挖方法。

背景技术

我国水电站深埋地下洞室中往往包含多条隧洞，各隧洞之间还需要开挖连通隧洞，而位于同一竖直平面上的两条隧洞便需要开挖连通竖井。以往的竖井开挖通常采用反向钻孔爆破开挖，此方法的开挖深度受钻杆限制，或者正向圆形竖井扩挖。这些方法往往开挖方量小，施工程序复杂，开挖效率低。

现有技术的操作，每开挖一层岩体需要重复安装拆卸爆破开挖施工装置，严重影响施工进度，而且随着圆形竖井的每扩挖一圈，竖井直径就会增大，爆破开挖施工装置需要重新组装拆卸，增大了竖井扩挖的复杂程度。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种采用统一参数开挖、简化施工操作的圆形竖井螺旋式扩挖方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种圆形竖井螺旋式扩挖方法，其包括以下步骤：

S1：确定圆形竖井的扩挖参数，所述扩挖参数包括竖井高度、竖井内径、扩挖外径、开挖圈数、进尺角度；

计算开挖高度，所述开挖高度包括首层开挖高度、其它层开挖高度，所述首层开挖高度沿开挖方向递增，所述其它层开挖高度按关系式h＝H/n计算，其中，h为其它层开挖高度，H为竖井高度、n为开挖圈数；

设计进尺参数，所述进尺参数包含进尺外径弧长、进尺内径弧长，分别按下式计算：

进尺外径弧长：L＝Rβ；

进尺内径弧长：l＝rβ；

式中，R为扩挖外径，r为竖井内径，β为进尺角度；

S2：确定首层破壁区，根据进尺参数将首层破壁区划分为若干个首层开挖区，在各所述首层开挖区钻取炮孔后，沿开挖方向，依次对所述首层开挖区的炮孔进行装药，利用导爆索连接各炮孔起爆，直至首圈爆破平台扩挖完成；

S3：依次确定第二层开始的其它层破壁区，并实施爆破至扩挖到所述圆形竖井的底部；

对于各所述其它层破壁区，先利用所述进尺参数划分出其它层开挖区，在各所述其它层开挖区垂直钻取炮孔，之后沿开挖方向，依次对所述其它层开挖区的炮孔装药并连接导爆索起爆。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述步骤S1中，所述首层开挖高度沿开挖方向以等差数列的方式递增。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述步骤S2中，位于各所述首层开挖区的炮孔长度等于与其对应的首层开挖高度。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述步骤S3中，所述其它层开挖区内的炮孔长度与其它层开挖高度相等。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述炮孔包括崩落孔、光爆孔，所述导爆索分为连接崩落孔的第一导爆索和连接光爆孔的第二导爆索。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述首层开挖区、其它层开挖区沿径向分别布设若干排崩落孔，邻接排所述崩落孔的排距相等。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述光爆孔沿首层开挖区或者其它层开挖区的外径边缘等间距分布。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述步骤2和步骤3中，先通过所述第一导爆索起爆全部崩落孔，再通过所述第二导爆索起爆光爆孔。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述炸药采用乳化炸药。

进一步作为本发明技术方案的改进，各所述炮孔的钻取及装药均利用同一套钻孔装药支架进行。

本发明的有益效果：此圆形竖井螺旋式扩挖方法，开挖前利用确定的圆形竖井的扩挖参数对开挖高度、进尺参数进行设计计算，同一工况下除首层开挖高度与其它层开挖高度有所区别外，其他参数保持统一，故对同一种工况的不同圆形竖井进行扩挖时，无需重新拆组爆破开挖装置或者支架，节约时间及成本，提高施工效率的同时，极大降低了爆破扩挖的操作复杂程度和施工难度。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例圆形竖井扩挖的示意图；

图2是本发明实施例首层岩体扩挖示意图；

图3是本发明实施例其它层岩体扩挖示意图；

图4是本发明实施例其他层开挖区的炮孔分布及连接示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1至图4，本发明的一种实施例，介绍了一种圆形竖井螺旋式扩挖方法，其包括以下步骤：

S1：确定圆形竖井6的扩挖参数，扩挖参数包括竖井高度、竖井内径、扩挖外径、开挖圈数、进尺角度，其中竖井高度与竖井内径通过测量工具对圆形竖井6进行直接测量获得，扩挖外径、开挖圈数及进尺角度则由施工人员根据开挖方量进行提前确定；

计算开挖高度，开挖高度包括首层开挖高度、其它层开挖高度，首层开挖高度沿开挖方向递增，其它层开挖高度则按关系式h＝H/n计算，其中，h为其它层开挖高度，H为竖井高度、n为开挖圈数；

设计进尺参数，进尺参数包含进尺外径弧长、进尺内径弧长，二者分别按下式计算：

进尺外径弧长：L＝Rβ；

进尺内径弧长：l＝rβ；

式中，R为扩挖外径，r为竖井内径，β为进尺角度；

进一步地，定义开挖后所得的平台倾斜角度，即向下开挖的倾斜角度为α，其根据以下的关系式进行确定：α＝arctan[h/π(R+r)]。

S2：确定首层破壁区1，根据进尺参数将首层破壁区1划分为若干个首层开挖区11，在各首层开挖区11钻取炮孔后，沿开挖方向，依次对首层开挖区11的炮孔进行装药，利用导爆索连接各炮孔起爆，直至首圈爆破平台12扩挖完成；

S3：依次确定第二层开始的其它层破壁区2，并实施爆破至扩挖到圆形竖井6的底部；

对于各其它层破壁区2，先利用进尺参数划分出其它层开挖区22，在各其它层开挖区22垂直钻取炮孔，之后沿开挖方向，依次对其它层开挖区22的炮孔装药并连接导爆索起爆。

此圆形竖井螺旋式扩挖方法，开挖前利用确定的圆形竖井6的扩挖参数对开挖高度、进尺参数进行设计计算，同一工况下除首层开挖高度与其它层开挖高度有所区别外，其他参数保持统一，故对同一种工况的不同圆形竖井6进行扩挖时，使用同一套爆破开挖装置或者支架即可，而无需重新拆卸组装新的一套爆破开挖装置或者支架，有效节约时间及成本，提高施工效率的同时，极大降低了爆破扩挖的操作复杂程度和施工难度。

具体地，在本实施例的步骤S1中，首层开挖高度沿开挖方向从0m开始，以等差数列的方式进行递增，直至与其它层开挖高度的数值相等。进一步地，为了确保挖出的首圈爆破平台12保持预先设计的向下倾斜的螺旋形，在步骤S2中，位于各首层开挖区11的炮孔长度等于与其对应的首层开挖高度；沿开挖方向，炮孔的长度逐渐由短变长。

本实施例的步骤S3中，其它层开挖区22内的炮孔长度与其它层开挖高度相等，即第二层至以下各层炮孔的长度均保持一致。

更具体地，在本实施例中，炮孔包括有崩落孔31、光爆孔32，导爆索则分为连接崩落孔31的第一导爆索41和连接光爆孔32的第二导爆索42。作为优选地，首层开挖区11、其它层开挖区22沿径向分别布设有五排崩落孔31，邻接排崩落孔31之间的排距相等；更进一步地，光爆孔32沿首层开挖区11或者其它层开挖区22的外径边缘等间距分布。本实施例中更具体地，在步骤2和步骤3中，先通过第一导爆索41起爆全部崩落孔31，再通过第二导爆索42起爆光爆孔32。崩落孔31的布置，是为了将首层开挖区11或者其它层开挖区22的岩体进行爆破粉碎，使各层的爆破平台得以快速成型；延后起爆的光爆孔32，则将爆破平台的轮廓面调整成平整状态。

作为优选地，本实施例所采用的炸药为爆炸性能好，机械感度低且安全性较高的乳化炸药。与此同时，各个首层开挖区11及其它层开挖区22的炮孔的钻取及装药均利用同一套钻孔装药支架5进行。

在某些实施例中，对岩层强度较弱，相对容易发生岩体垮塌事故的圆形竖井6进行扩挖时，开挖完首层后，第二层开始至倒数第三层的其他层的开挖参数基本保持一致，进行螺旋式推进爆破开挖；最下面的两层，从圆形竖井6的底部进行反向钻孔爆破开挖。

实际施工操作时，对圆形竖井6的扩挖参数、开挖高度、进尺参数等进行确定后，将钻孔装药支架5移至首层开挖区11，在岩体上垂直钻取炮孔，炮孔具体分为崩落孔31及光爆孔32；钻孔完成后，对各崩落孔31、光爆孔32装入炸药，并分别通过第一导爆索41连接各个崩落孔31，利用第二导爆索42连接各光爆孔32。

之后，将钻孔装药支架5移开，采用起爆装置先通过第一导爆索41起爆所有崩落孔31，将首层开挖区11岩体爆破破碎；再通过第二导爆索42延后起爆所有光爆孔32，形成平整的开挖轮廓面。所有爆破后的破碎岩体沿着已扩挖完成的圆形竖井6滚落到下一层的隧洞后，便可进行出渣清理工作。

首层爆破平台的开挖完成后，将钻孔装药支架5移至爆破岩体旁的已开挖平台上，进行下一步的钻孔爆破开挖，沿螺旋形向下继续往前推进，如此形成统一程序化的开挖方式，极大地降低了爆破开挖施工的复杂性，提高开挖效率。

进一步需要说明的，该圆形竖井螺旋式扩挖方法不仅可应用在隧洞之间垂直的圆形竖井6扩挖的工况中，还可运用到露天竖井或斜井爆破扩挖等多种工况之中。

当然，本发明的设计创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种圆形竖井螺旋式扩挖方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：确定圆形竖井的扩挖参数，所述扩挖参数包括竖井高度、竖井内径、扩挖外径、开挖圈数、进尺角度；

计算开挖高度，所述开挖高度包括首层开挖高度、其它层开挖高度，所述首层开挖高度沿开挖方向递增，所述其它层开挖高度按关系式h＝H/n计算，其中，h为其它层开挖高度，H为竖井高度、n为开挖圈数；

设计进尺参数，所述进尺参数包含进尺外径弧长、进尺内径弧长，分别按下式计算：

进尺外径弧长：L＝Rβ；

进尺内径弧长：l＝rβ；

式中，R为扩挖外径，r为竖井内径，β为进尺角度；

S2：确定首层破壁区，根据进尺参数将首层破壁区划分为若干个首层开挖区，在各所述首层开挖区钻取炮孔后，沿开挖方向，依次对所述首层开挖区的炮孔装入炸药，利用导爆索连接各炮孔起爆，直至首圈爆破平台扩挖完成；

S3：依次确定第二层开始的其它层破壁区，并实施爆破至扩挖到所述圆形竖井的底部；

对于各所述其它层破壁区，先利用所述进尺参数划分出其它层开挖区，在各所述其它层开挖区垂直钻取炮孔，之后沿开挖方向，依次对所述其它层开挖区的炮孔装入炸药并连接导爆索起爆。

2.根据权利要求1所述的圆形竖井螺旋式扩挖方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述首层开挖高度沿开挖方向以等差数列的方式递增。

3.根据权利要求1所述的圆形竖井螺旋式扩挖方法，其特征在于：所述步骤S2中，位于各所述首层开挖区的炮孔长度等于与其对应的首层开挖高度。

4.根据权利要求1所述的圆形竖井螺旋式扩挖方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述其它层开挖区内的炮孔长度与其它层开挖高度相等。

5.根据权利要求1所述的圆形竖井螺旋式扩挖方法，其特征在于：所述炮孔包括崩落孔、光爆孔，所述导爆索分为连接崩落孔的第一导爆索和连接光爆孔的第二导爆索。

6.根据权利要求5所述的圆形竖井螺旋式扩挖方法，其特征在于：所述首层开挖区、其它层开挖区沿径向分别布设若干排崩落孔，邻接排所述崩落孔的排距相等。

7.根据权利要求5所述的圆形竖井螺旋式扩挖方法，其特征在于：所述光爆孔沿首层开挖区或者其它层开挖区的外径边缘等间距分布。

8.根据权利要求5所述的圆形竖井螺旋式扩挖方法，其特征在于：所述步骤2和步骤3中，先通过所述第一导爆索起爆全部崩落孔，再通过所述第二导爆索起爆光爆孔。

9.根据权利要求1所述的圆形竖井螺旋式扩挖方法，其特征在于：所述炸药采用乳化炸药。

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