CN111043926B - 一种基于电子雷管实现400m2以上大断面隧道爆破开挖方法 - Google Patents
一种基于电子雷管实现400m2以上大断面隧道爆破开挖方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111043926B CN111043926B CN202010003859.3A CN202010003859A CN111043926B CN 111043926 B CN111043926 B CN 111043926B CN 202010003859 A CN202010003859 A CN 202010003859A CN 111043926 B CN111043926 B CN 111043926B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- section
- tunnel
- blasting
- excavation
- hole
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 title claims abstract description 91
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 65
- 238000005422 blasting Methods 0.000 claims abstract description 107
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 48
- 230000009194 climbing Effects 0.000 claims abstract description 33
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims description 19
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 16
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 22
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 description 12
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 description 12
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 description 12
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 10
- 210000000887 face Anatomy 0.000 description 9
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000004836 empirical method Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000012067 mathematical method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42D—BLASTING
- F42D3/00—Particular applications of blasting techniques
- F42D3/04—Particular applications of blasting techniques for rock blasting
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
- E21D9/006—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries by making use of blasting methods
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于电子雷管实现400m2以上大断面隧道爆破开挖方法,属于隧道爆破施工领域。该爆破开挖方法包括爬坡上挑段、横向扩挖段、反向开挖施工段、超挖回填段、剩余岩体及大断面仰拱处理五个阶段,所述爬坡上挑段采用普通雷管控制爆破技术,所述横向扩挖段和反向开挖施工段均采用数码雷管逐孔爆破技术。本发明可在超大断面爆破施工中同时满足低振速精准控制、较高循环进尺和安全施工要求。
Description
技术领域
本发明涉及隧道爆破施工领域,具体涉及一种基于电子雷管实现400m2以上大断面隧道爆破开挖方法,主要针对超大断面分岔部隧道爆破开挖工程。
背景技术
随着时代与社会进步,当前公铁路隧道倾向于建设多车道(三车道以上)快速路,地下场站建设向着宽大化、舒适化方向发展,因此大断面隧道和与此相伴的隧道建设将成为常态。一般而言四车道断面大都在200m2左右,若隧道内并线断面更大周际上通常认为大于100m2即属最高等级特大断面,而当前我国200m2以上隧道大量涌现,超大断面隧道建设正处于迅猛增长的黄金时期。
尽管我国在隧道建设方面取得了大量科研成果和经验,但超大断面隧道工程近年才大量涌现,400m2以上超大断面没有可借鉴的经验,大量技术难题仍未解决:首先,四车道以上隧道的开挖支护没有相应规范,现在设计单位对200m2以上断面仍参照三车道甚至二车道设计;其次通常采用的大断面施工方法是双侧壁开挖,但对400m2以上断面来说每一分部的开挖断面仍然偏大,在30m以上跨度隧道的施工和运营过程中,常规爆破开挖造成的围岩损伤很容易导致这类隧道破坏;另外从小断面进入大断面的开挖工序也较混乱,如通常从大断面段先爬坡上挑掘进,然后反向挑顶时安全风险较大;最重要的是,大断面隧道爆破仍普遍采用普通爆破法施工,主要依靠经验方法确定爆破参数和施工技术,没有严密理论支撑的爆破参数确定方法,而普通雷管爆破参数确定方法不适用于数码雷管爆破,无法精准控制爆破损伤,爆破对围岩的振动、损伤很大,不能满足大断面施工的安全要求。
发明内容
针对以上技术问题,本发明提供一种基于电子雷管实现400m2以上大断面隧道爆破开挖方法,解决了大断面隧道传统爆破方法难以满足振速控制及施工进度要求、效率低等问题。该方法将大断面开挖过程分为五个阶段,并在大断面区间爆破时全部应用数码电子雷管起爆技术,精准控制爆破振动以减少围岩损伤,在满足安全和设计要求振速的条件下,显著提高较高进尺和掘进效率,满足施工进度的要求。
根据本发明的技术方案,提供一种基于电子雷管实现400m2以上大断面隧道爆破开挖方法,拟建成超大断面分岔部隧道C,C隧道断面面积超过400m2,由 A隧道和B隧道汇入形成,A隧道断面面积小于等于B隧道断面面积,选取A 隧道为大断面开挖的先行洞,其特征在于,所述爆破开挖方法包括爬坡上挑段、横向扩挖段、反向开挖施工段、超挖回填段、剩余岩体及大断面仰拱处理五个阶段。
进一步的,所述爬坡上挑段具体为:在A隧道内临近A-C隧道交汇点的前方提前爬坡上挑,以A隧道汇入C隧道处桩号为爬坡段终点,爬坡至隧道A-C 侧壁顶标高,爬坡完成后,继续沿掘进方向水平掘进,形成直巷。
进一步的,掘进时,根据斜坡位置分为上下两个台阶,坡顶水平面为上台阶平面,坡底水平面为下台阶平面,按照上台阶先行、下台阶跟进的方法进行爆破。
进一步的,所述横向扩挖段具体为:爬坡上挑段完成后,在直巷侧帮合适位置组织横向扩挖,方向垂直于掘进方向,形成新工作面,同时沿直巷向前掘进,新工作面横向扩挖至隧道B-C一侧开挖轮廓线处。
进一步的,所述横向扩挖段还包括横向扩挖超前及临时支护成形:采用长L=3.5m超前水泥药卷锚杆,与开挖轮廓线切线方向呈10°~30°,间距40cm,每循环设置25根;临支采用I18临时门架,纵向间距1.2m;门架竖撑长度根据开挖高度确定。
进一步的,所述横向扩挖段还包括扩挖初期支护成形:横向扩挖到位后,紧贴临时门架完成横向扩挖段初期支护,施工时初期支护拱架与临时门架横梁焊接牢靠。
进一步的,横向扩挖段施工时,开挖轮廓线向外延16cm;初期支护成型后将临时门架竖撑进行拆除,组织下一步反向施工。
进一步的,所述反向开挖施工段具体为:横向扩挖段完成后,开挖隧道B-C 一侧岩体并完成初期支护,再掘支大断面中部剩余岩体,底部仰拱开挖完成后大断面成型并及时初期支护。
进一步的,在横向扩挖段末端两侧岩壁上新增两个工作面,其一向B隧道方向掘进,另一向远离B隧道方向掘进。
进一步的,所述超挖回填段具体为:采用同级混凝土回填小断面拱顶超挖部分及下半断面欠挖部分。
进一步的,所述剩余岩体及大断面仰拱处理具体为:以上所有工作结束后,开挖大断面底部仰拱,大断面最终成型。
进一步的,所述爬坡上挑段采用普通雷管控制爆破技术。
进一步的,所述横向扩挖段和反向开挖施工段均采用数码雷管逐孔爆破技术。
进一步的,所述数码雷管爆破参数计算方法具体为:
步骤1:在隧道现场实测不同药量的单孔单自由面振动波形f(t),不同药量的单孔波形测试3次以上,选取其中典型波形作为叠加计算波形;
步骤2:按照不同微差时间Δt对f(t)进行N个掏槽孔的叠加计算,得到计算合成振动曲线,其中,N为大于等于10的正整数;
步骤3:选择不超标计算合成振动曲线中的最大药量及对应孔间延时参数,并据此设计其它爆破参数。
进一步的,所述其它爆破参数包括但不限于药量、循环进尺及延时时间。
进一步的,所述步骤2中,叠加计算原理如下:
式中,F(t,{Δt})——叠加合成波形函数,f(t)——时间全域波形拟合函数,Δtn——第n个掏槽孔的起爆时间,Δt——相邻孔间微差时间,
F(Δt)=max{F(t,{Δt})}
Fmin=min{F(Δt)},
式中,F(Δt)为叠加合成波形函数F(t,{Δt})在时域范围内的最大值,Fmin为采用不同微差时间Δt计算得到的所有合成振速峰值F(Δt)的最小值,用于确定最优孔间微差时间Δtop。然后将不同药量Q最优微差时间Δtop下的最大合成计算振速 F(Δtop)与安全振速对比,取F(Δtop)不超过安全振速的最大药量Qmax为设计掏槽孔单孔药量,该药量对应的最优微差时间Δtop为设计孔间微差。
本发明的有益效果为:
①普通大断面隧道常采用的双侧壁、单侧壁和预留核心土等爆破方法均难以满足400m2以上大跨度隧道围岩安全要求;若断面过大普通雷管段数有限,同段药量随之增大,采用小药量则需更多分部开挖,进尺减少且工序增多效率降低。本发明创造性地将双侧壁法加以改造,以五个开挖阶段形成大断面(方法是将分岔部小断面隧道作为双侧壁一侧掘进,进入过渡段即爬坡上挑至大断面起始点达设计标高,再横向扩挖到大断面设计宽度,反向掘支大断面另一侧壁,最后掘支中部区),从时间和空间上确保了大断面隧道围岩的稳定性,根据不同阶段的断面采取针对性施工技术,在安全前提下具有较高进尺。
②大断面隧道传统爆破方法通常只有一个工作面掘进。本发明在大断面开挖时可创造多个工作面同时施工,在开挖的第二阶段和第四阶段,均创造出额外的工作面,能在互不干扰的条件下对多个工作面进行施工,加快大断面成形时间,同时可进行后续断面开挖,确保较高的总体施工进度。
③在400m2以上大断面隧道全部采用数码雷管逐孔起爆技术尚属首次,根据安德森单孔爆破振动叠加原理,经过进一步研究论证,针对数码电子雷管爆破创立了新的参数计算方法。特点是现场实验数据与严谨数学方法紧密结合,延时时差和药量计算有坚实的理论依据,在安全振速下能精确实现进尺最大化。相较于过去依据经验设置参数方法更科学、高效和准确,并具有普遍适用性。将此方法应用于莲塘隧道,爆破振速峰值约为普通爆破方法的三分之一,大大降低了爆破对围岩的损伤,确保了大断面隧道的开挖支护安全。
④进入大断面前采用提前爬坡上挑的施工方法,可有效避免在大断面反向挑顶的作业安全风险。本发明在小断面隧道段到达断面交界点时即到达大断面最高点标高,对小断面提前上挑段超挖部分采用混凝土两次分层回填方法安全可行。
附图说明
图1为根据本发明的基于电子雷管实现400m2以上大断面隧道爆破开挖方法流程图;
图2为超大断面分岔部隧道总体示意图;
图3为第一阶段爬坡上挑示意图;
图4为第一阶段直巷掘进示意图;
图5为横向扩挖段示意图;
图6为反向施工段示意图;
图7为除仰拱外大断面基本轮廓图;
图8为超挖回填段示意图;
图9为莲塘隧道大断面五阶段开挖法平面图;
图10为莲塘隧道大断面开挖第一阶段爆破设计图;
图11为合成振速随不同孔间延时变化的关系示意图;
图12(a)至12(d)为不同断面爆破设计示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例并配合附图对本发明进一步详细说明。
根据本发明的一种基于电子雷管实现400m2以上大断面隧道爆破开挖方法,从开挖方法上将分岔部小断面隧道作为大断面双侧壁法的一个侧壁先行掘支,在进入大断面以前的过渡段即爬坡上挑,至大断面起始点达设计标高,再横向扩挖到大断面设计宽度,然后反向掘支大断面另一侧壁,最后掘支中部形成完整大断面;大断面形成后对提前上挑段形成的超挖空间进行回填,这样从开挖设计上确保了大断面施工安全;其次通过采用爆破新技术降低开挖过程围岩损伤,所有大断面段各分部全部采用数码雷管逐孔爆破减少围岩损伤,特别是建立了数码雷管爆破参数计算新方法,根据振速、药量、微差时间三者间关系进行爆破参数精准定量化设计,本发明将数码电子雷管技术用于世界最大断面公路隧道爆破开挖工程,实现了安全条件下的高效进尺,确保了大断面围岩的稳定性。
该方法具体包括:
(1)大断面开挖步序:
针对400m2以上的大断面,提出一种结合双侧壁法、台阶法等方法的五阶段断面成形方法。五阶段依次为:爬坡上挑段(101)、横向扩挖段(102)、反向施工段(103)、超挖回填段(104)、剩余岩体及大断面仰拱处理(105),如图1 所示。
开挖的超大断面隧道C如图2所示,C隧道断面面积428.5m2,由两条隧道 A、B汇入而成,A隧道断面面积小于或等于B隧道断面面积,选取较小断面的 A隧道为大断面开挖前的先行洞,掘进至距离汇入C隧道处一定距离的F1断面。
①爬坡上挑段:以距大断面24m处的F1断面位置为起坡点,爬坡至大断面起始点F2断面位置,如图3所示。爬坡完成后,继续向前水平掘进至F3断面,形成直巷如图4所示。继续向前掘进时,根据斜坡位置分为上下两个台阶,坡顶水平面为上台阶平面,坡底水平面为下台阶平面,按照上台阶先行、下台阶跟进的爆破方法进行爆破。
②横向扩挖段:爬坡上挑段完成后,在直巷侧帮合适位置组织横向扩挖(垂直于掘进方向),开挖出新断面F4,如图5所示;同时沿F3断面继续向前掘进,两个工作面独立施工,互不干扰。由F4断面掘进至隧道B-C一侧开挖轮廓线处。
③反向施工段:横向扩挖段完成后,在横向扩挖段末端两侧岩壁上新增两个工作断面,分别为断面F5和F6,如图6所示。由F5断面向B隧道方向掘进,同时由F6断面向前掘进,两个工作面独立开挖。
④大断面基本轮廓成型:①-③阶段完成后,进一步清理地平上方剩余岩体,形成大断面基本轮廓,如图7所示。
⑤超挖回填段:如图8所示,采用同级混凝土回填小断面拱顶超挖部分及下半断面欠挖部分。以上所有工作结束后,开挖大断面底部仰拱,大断面最终成型,整个施工步序与桩号如图9。
(2)大断面各分部开挖采用的爆破新技术:
在大断面前的过渡上挑段施工时,采用普通光面爆破技术,从进入大断面桩号K1+880始,至施工大断面成型的所有开挖分区均采用数码雷管逐孔起爆,爆破参数的计算是针对数码雷管的起爆特点进一步开发的新方法,不同断面爆破设计如图12(a)至12(d)所示,图12(a)示出断面F1爆破设计示意图;图12 (b)示出断面F2/F3爆破设计示意图;图12(c)示出断面F5/F6爆破设计示意图;图12(d)示出断面F4爆破设计示意图,其中,电子雷管时间单位为ms,尺寸标注单位为cm。
爆破设计的核心参数是掏槽爆破药量和毫秒延时时间,这两个参数确定后,其它爆破参数可据此相应确定。
根据安德森单孔爆破振动叠加原理,进一步开发一种基于数码雷管起爆的爆破参数计算方法,具体如下:
①在隧道现场实测不同药量的单孔单自由面振动波形f(t),不同药量的单孔波形测试3次以上,选取其中典型波形作为叠加计算波形。
②按照不同微差时间Δt对f(t)进行N个掏槽孔的叠加计算,得到计算合成振动曲线。
不考虑第二临空面的影响,根据线性叠加理论,按照不同起爆时间分别对三向振速进行叠加计算,得到计算合成振动曲线及相应的峰值振速。N为大于等于10 的正整数。
各掏槽孔的药量相同,掏槽眼炮孔间距相比爆源至测点距离可忽略,认为N 个掏槽孔的振动波形相同。叠加原理如下:
式中,F(t,{Δt})——叠加合成波形函数,f(t)——时间全域波形拟合函数,Δtn——第n个掏槽孔的起爆时间,Δt——相邻孔间微差时间。
F(Δt)=max{F(t,{Δt})}
Fmin=min{F(Δt)}
式中,F(Δt)为叠加合成波形函数F(t,{Δt})在时域范围内的最大值,Fmin为采用不同微差时间Δt计算得到的所有合成振速峰值F(Δt)的最小值,用于确定最优孔间微差时间Δtop。然后将不同药量Q最优微差时间Δtop下的最大合成计算振速 F(Δtop)与安全振速对比,取F(Δtop)不超过安全振速的最大药量Qmax为设计掏槽孔单孔药量,该药量对应的最优微差时间Δtop为设计孔间微差,op代表optimal。
以莲塘隧道数码雷管现场爆破参数计算过程为例,具体陈述以上计算过程:
在深圳莲塘隧道大断面段分别进行1.2kg、1.4kg单孔单自由面爆破实验,利用测振仪测得距爆源20m处爆破振动曲线。根据两种药量振动波形药量、振速对应关系,得出1.8kg药量爆破振动曲线,如图10是实测三种药量的单孔振动曲线。
对不同药量单孔振动曲线,按不同孔间毫秒延时(取1ms、2ms......10ms) 分别进行12个炮孔合成振动速度计算,得到合成振速随不同孔间延时变化的关系如图11所示,为简洁起见,图中只表示了X向、Z向合成振速的变化。
图中孔间延时2ms时,Z向合成振速最小,但由于本工程订购的数码雷管精度为1.5ms,因此有可能存在孔间延时为0.5ms的可能,极端情况下会多孔同时起爆,因此孔间2ms延时显然是不可取的;而X向合成振速在孔间延时4ms合成振速最小,Z向合成振速在3~4ms时也没有达到振速最大值,故综合考虑设计掏槽爆破孔间延时4ms,单孔药量不大于1.8kg,从图看此时的合成振速峰值不会超过2.0cm/s的安全控制指标。
故关键爆破参数设计如下:
①起爆网络:全断面采用单孔单段起爆方式。
由于数码雷管分段数可达1000个,因此一次爆破中全部设计单孔单段起爆,可以最大限度地减小起爆药量、降低爆破振速。
②掏槽药量:1.8kg;
③相邻孔间延时时间:4ms;
④循环进尺:2.0m;
确定方法:药卷长0.3m,单卷药重0.3kg,1.8kg单孔装药长度1.8m,掏槽眼按0.7装药系数,炮孔长2.57m,根据打眼台车结构,掏槽角设计为51°,炮孔垂深2.0m,故设计循环进尺为2.0m。据此,辅助眼、周边眼设计孔深均为2.0m。
⑤辅助眼药量:由于第二临空面在掏槽后已经形成,相同药量条件下振速降低超过50%,故辅助眼单孔药量设计为0.9kg;
⑥光爆参数:周边眼仍采用4ms毫秒延时,孔距40cm,单孔药量0.3kg。
实施例
下面深圳市莲塘隧道工程为例进一步陈述本发明技术方案。深圳市莲塘隧道工程为深圳东部过境高速公路的一段。该隧道位于罗湖区仙湖植物园附近,部分区段临近深圳水库。大断面区段施工的时要确保深圳水库的安全。
其中分岔部隧道最大断面428.5m2,为爆破法开挖的世界第一大公路隧道。该工程采用了高于《爆破安全规程》(GB6722-2014)的控制标准,距爆源20m 处爆破振速控制在2.0cm/s以内。若以传统的隧道爆破开挖方式施工,不仅进尺短爆破效率低和施工组织复杂,而且大断面隧道围岩安全性无法保证。
本发明采用电子雷管实现了复杂环境下大断面隧道爆破精准控制施工,隧道掘进分为五个阶段开挖大断面,分别为爬坡上挑段、横向扩挖段、反向双侧壁施工、超挖回填段、剩余岩体及大断面仰拱处理。
(1)大断面开挖步序为:
如图9所示,以深圳莲塘隧道为例,两车道为A隧道,三车道为B隧道,大断面四车道为C隧道。
①爬坡上挑段:两车道隧道与最大断面侧壁导坑顶部高差为4.85m。拟定爬坡坡比为20%,爬坡长度为24m。两车道隧道汇入大断面处桩号为K1+880,以该处之前的K1+856为起坡点,爬坡至K1+880处。开挖断面为二车道隧道的轮廓线与大断面双侧壁右侧导洞轮廓线相交部分。爬坡完成后,沿K1+880~K1+901 方向继续向前掘进至K1+930,形成直巷;再向前掘进时,根据斜坡位置分为上下两个台阶,坡顶水平面为上台阶平面,坡底水平面为下台阶平面,按照上台阶先行、下台阶跟进的爆破方法进行爆破。
②横向扩挖段:爬坡上挑段完成后,直巷中选取K1+906~K1+915段组织横向扩挖(垂直于行进方向),为了保证施工安全,在K1+901~K1+906、 K1+915~K1+920两处进行锁口加固;同时沿K1+930工作面继续向前掘进,两个工作面独立施工,互不干扰。横向扩挖段掘进至大断面另一侧开挖轮廓线处。
③反向双侧壁施工段:横向扩挖段完成后,开挖隧道双侧壁左侧岩体,沿K1+906~K1+880段反向施工,同时沿K1+915~K1+930段施工,两个工作面独立开挖。其中,反向施工至K1+880处,继续开挖可进入三车道隧道。
④大断面基本轮廓成型:①-③阶段完成后,进一步清理地平上方剩余岩体,形成大断面基本轮廓。
⑤超挖回填段:采用同级混凝土回填小断面拱顶超挖部分 (K1+856~K1+880)及下半断面欠挖部分。以上所有工作结束后,开挖大断面底部仰拱,大断面最终成型。
(2)爆破参数设计
本发明在深圳莲塘隧道大断面段进行1.2kg、1.4kg单孔单自由面爆破试验,并根据两种药量振动波形、药量-振速对应关系,预测得出1.8kg药量爆破振动曲线,再实测1.8kg药量单孔爆破振动曲线,两者进行对比,误差在可接受范围内,在对比不同药量的爆破振动曲线时发现1.8kg是符合振速要求的最大药量;通过对比分析发现1.2kg、1.4kg、1.8kg单孔单自由面爆破振动波形均在30ms内衰减完毕。对不同药量单孔振动曲线,按不同孔间毫秒延时(取1ms、2ms......10ms) 分别进行12个炮孔合成振动速度计算,得到合成振速随不同孔间延时变化的关系。当孔间延时2ms时,Z向合成振速最小,但由于本发明所采用的电子雷管精度为1.5ms,因此极端情况下会多孔同时起爆,2ms延孔间延时不可取的,而X向合成振速在孔间延时4ms时最小,Z向合成振速在4ms时也较小,故综合考虑设计掏槽爆破孔间延时为4ms,单孔药量不大于1.8kg。
基于以上理论和试验分析,以莲塘隧道大断面开挖第一阶段为例,进行爆破设计,如图12(a)至图12(d)所示。循环进尺设计为2.5m,各孔孔间延时设计为4ms,排间延时时间不小于30ms;掏槽孔单孔药量为1.8kg,辅助孔单孔药量为1.2kg,位于大断面轮廓线处周边孔采用光面爆破,单孔药量为0.5kg;其余周边孔采用普通爆破方式,单孔药量为0.6kg;底板孔单孔药量为1.4kg。
(3)现场施工方法
严格按布孔设计、药量设计施工。现场管理时技术人员重点检查单孔药量和电子雷管是否按设计施工。
①钻孔:每次钻孔前由技术人员将设计孔位用油漆在断面上标好,工人严格按孔位钻孔,掏槽孔必须要严格按照设计角度施工,孔底距10~20cm,施工时应及时观察,掏槽孔穿孔可能性较大,在逐孔掏槽时穿孔振动将成倍增加。如有穿孔应一孔先装药后,在另一孔的穿孔点用黄泥堵塞20cm,其它炮孔也应注意观察。
②装药:严格按设计装药,掏槽孔单孔装药1.8kg,辅助孔单孔装药1.2kg,周边孔装药0.5~0.6kg。
③电子雷管:整个全断面爆破网络采用逐孔起爆方式,由于数码雷管延时时间精准,可分段数目较大,故设计逐孔起爆方式,可以最大限度地减小单次起爆药量、降低爆破振速。
(4)本发明在莲塘隧道爆破工程的应用情况
本发明在位于深圳水库下方的莲塘隧道分岔部400m2以上大断面开挖中成功应用,大断面每次爆破时均在爆源前后10m、20m、30m处进行振动测试,结果表明20m处全部振速均小于2.0cm/s,实际爆破进尺大于2.0m,超出了研究目标要求。在大断面区段全面采用数码电子雷管起爆,在保证较高进尺的情况下将大隧道分为五阶段开挖,创造了更多工作面,缩短了工期,提高了隧道掘进效率,为复杂环境下超大断面分岔部隧道精细爆破开辟了新的途径。
本发明涉及到复杂环境下超大断面分岔部隧道精细爆破施工方法的主要特征是:
结合了台阶法、双侧壁法等多种爆破方法;分五阶段开挖;通过横向扩挖及类似方式创造出更多的工作面;同时采用数码电子雷管,全断面逐孔起爆。增加了循环进尺,降低了爆破振速,缩短了工期,提高了掘进效率,安全及经济效益显著。
以上是本发明的一种实施案例,根据以上列出的几个主要特征,满足这些特征的,均应视为本发明的同一类型。
以上所述仅是本发明优选实施方式,应当指出,本技术领域的普通技术人员在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明保护范围。
Claims (4)
1.一种基于电子雷管实现400m2以上大断面隧道爆破开挖方法,拟建成超大断面分岔部隧道C,C隧道断面面积超过400m2,由A隧道和B隧道汇入形成,A隧道断面面积小于等于B隧道断面面积,选取A隧道为大断面开挖的先行洞,其特征在于,所述爆破开挖方法包括:
爬坡上挑段阶段:在A隧道内临近A-C隧道交汇点的前方提前爬坡上挑,以A隧道汇入C隧道处桩号为爬坡段终点,爬坡至隧道A-C侧壁顶标高,爬坡完成后,继续沿掘进方向水平掘进,形成直巷,掘进时,根据斜坡位置分为上下两个台阶,坡顶水平面为上台阶平面,坡底水平面为下台阶平面,按照上台阶先行、下台阶跟进的方法进行爆破;
横向扩挖段阶段:爬坡上挑段完成后,在直巷侧帮合适位置组织横向扩挖,方向垂直于掘进方向,形成新工作面,同时沿直巷向前掘进,新工作面横向扩挖至隧道B-C一侧开挖轮廓线处;
反向开挖施工段阶段:横向扩挖段完成后,开挖隧道B-C一侧岩体并完成初期支护,再掘支大断面中部剩余岩体,底部仰拱开挖完成后大断面成型并及时初期支护;
超挖回填段阶段:采用同级混凝土回填小断面拱顶超挖部分及下半断面欠挖部分;
剩余岩体及大断面仰拱处理阶段:以上所有工作结束后,开挖大断面底部仰拱,大断面最终成型,
其中,所述爬坡上挑段阶段采用普通雷管控制爆破技术,所述横向扩挖段阶段和反向开挖施工段阶段均采用数码雷管逐孔爆破技术。
2.根据权利要求1所述的爆破开挖方法,其特征在于,在横向扩挖段末端两侧岩壁上新增两个新工作面,一个新工作面向B隧道方向掘进,另一新工作面远离B隧道方向掘进。
3.根据权利要求1所述的爆破开挖方法,其特征在于,所述数码雷管爆破参数计算方法具体为:
步骤1:在隧道现场实测不同药量的单孔单自由面振动波形f(t),不同药量的单孔波形测试3次以上,选取其中典型波形作为叠加计算波形;
步骤2:按照不同微差时间Δt 对 f(t)进行N个掏槽孔的叠加计算,得到计算合成振动曲线,其中,N大于等于10;
步骤3:选择不超标计算合成振动曲线中的最大药量及对应孔间延时参数,并据此设计其它爆破参数。
4.根据权利要求3所述的爆破开挖方法,其特征在于,所述其它爆破参数包括但不限于药量、循环进尺及延时时间。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010003859.3A CN111043926B (zh) | 2020-01-03 | 2020-01-03 | 一种基于电子雷管实现400m2以上大断面隧道爆破开挖方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010003859.3A CN111043926B (zh) | 2020-01-03 | 2020-01-03 | 一种基于电子雷管实现400m2以上大断面隧道爆破开挖方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111043926A CN111043926A (zh) | 2020-04-21 |
CN111043926B true CN111043926B (zh) | 2020-12-29 |
Family
ID=70243522
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010003859.3A Active CN111043926B (zh) | 2020-01-03 | 2020-01-03 | 一种基于电子雷管实现400m2以上大断面隧道爆破开挖方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111043926B (zh) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112257143B (zh) * | 2020-09-28 | 2024-02-02 | 北京科技大学 | 一种符合多振速要求的坐标点阵化隧道爆破药量计算方法 |
CN112431599B (zh) * | 2020-10-20 | 2022-10-28 | 中铁十九局集团第五工程有限公司 | 上软下硬地层的隧道开挖方法 |
CN112610221B (zh) * | 2020-12-15 | 2022-11-15 | 重庆大学 | 一种公路隧道分岔部超大断面及渐变段的施工方法 |
CN114320319B (zh) * | 2021-11-09 | 2024-05-03 | 珠海华昕开发建设有限公司 | 一种隧道极小断面向特大断面扩挖的施工方法 |
CN114152159A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-03-08 | 中国葛洲坝集团国际工程有限公司 | 大断面隧洞顶拱预留一侧边墙全断面同步爆破掘进施工方法 |
CN114646244A (zh) * | 2022-03-23 | 2022-06-21 | 中国五冶集团有限公司 | 降低隧道掘进爆破振动的方法 |
CN114877763B (zh) * | 2022-05-08 | 2023-08-25 | 中国建设基础设施有限公司 | 用于硬岩地层成型隧道联络通道的爆破方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106869944B (zh) * | 2017-02-14 | 2018-08-31 | 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 | 复杂环境下地下立交交叉口超小净距隧道施工方法 |
CN109372518B (zh) * | 2018-09-28 | 2020-02-18 | 北京交通大学 | 一种隧道突变断面反挖施工方法 |
CN109057807A (zh) * | 2018-09-28 | 2018-12-21 | 北京市市政三建设工程有限责任公司 | 一种渐变大跨隧道反向扩挖方法 |
CN110259457B (zh) * | 2019-05-22 | 2021-04-06 | 云南建投第四建设有限公司 | 一种分岔交汇段超大断面隧道的施工方法 |
-
2020
- 2020-01-03 CN CN202010003859.3A patent/CN111043926B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111043926A (zh) | 2020-04-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111043926B (zh) | 一种基于电子雷管实现400m2以上大断面隧道爆破开挖方法 | |
CN107478114B (zh) | 一种平行坡面缓冲孔深孔边坡预裂爆破施工方法 | |
CN110132084B (zh) | 一种隧道超欠挖控制方法 | |
EP2539542B1 (en) | Underground mining | |
CN109209391A (zh) | 适用于大断面隧道ⅳ-ⅴ级围岩的微小台阶开挖方法 | |
CN103244133B (zh) | 煤系地层隧道铣挖与爆破联合施工工法 | |
CN110953944B (zh) | 一种特长隧道平导直眼掏槽逐孔起爆快速掘进的方法 | |
CN105952460A (zh) | 一种城市硬岩隧道非爆施工方法 | |
CN108005660A (zh) | 一种高速公路隧道施工方法 | |
CN104895574A (zh) | 一种大截面隧道控制爆破振速的施工方法 | |
CN111023930B (zh) | 隧道的台阶法开挖方法 | |
CN210486685U (zh) | 一种菱形大直径空孔直眼掏槽结构 | |
CN115163084A (zh) | 一种超大断面隧道双侧壁导坑法机械化施工方法 | |
KR100725450B1 (ko) | 3-아치 터널 굴착용 발파 공법 | |
CN104930937B (zh) | 能够有效控制爆破振速的环向分次爆破隧道施工方法 | |
CN111457804B (zh) | 一种发育杂乱宽裂面ⅳ级块状破碎岩爆破方法 | |
CN110924398B (zh) | 一种保通条件下高强岩质边坡拓宽开挖施工方法 | |
CN112432566A (zh) | 一种大断面隧道全断面快速开挖方法 | |
CN112945035B (zh) | 一种导流洞中下层预裂爆破开挖施工方法 | |
CN109322668A (zh) | 在急倾斜且极不稳固矿体中的拉槽方法 | |
CN112964143B (zh) | 一种中空孔直眼掏槽三次爆破方法 | |
CN103967522B (zh) | 预留巷道围岩控制综合治理方法 | |
CN110645854B (zh) | 综采工作面初采坚硬顶板布置预裂炮孔及联线起爆方法 | |
CN109268016A (zh) | 燕尾式隧道施工方法 | |
CN114251099B (zh) | 一种交叉洞室爆破开挖方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |