CN111594174A - 一种全断面一次成孔分段爆破竖井开挖方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于开挖技术领域，具体涉及一种全断面一次成孔分段爆破竖井开挖方法，包括如下步骤：在竖井上部平台布置100B潜孔钻机，一次全断面钻孔完成，由下向上分部位分段进行控制爆破，爆破顺序为先进行3.4m导井开挖，然后进行导井扩挖，最后进行竖井周边1.0m范围光面爆破，爆破石渣自重落到引水发电洞闸室，由闸室向外出渣。这种方法在竖井底部洞室已开挖完成的条件下，较常规竖井开挖使用的反井钻机反导井开挖，由上向下分层扩挖的施工方法有明显的优势，开挖工期短，减少设备投入，节省出渣时间，安全性更加可靠。

Description

一种全断面一次成孔分段爆破竖井开挖方法

技术领域

本发明属于开挖技术领域，具体涉及一种一种全断面一次成孔分段爆破竖井开挖方法。

背景技术

水电站竖井开挖施工难度较大，一直是我国水电建设者们关注和热切探讨的焦点。我国目前水电站竖井开挖方法有正井人工吊碴开挖法、人工反井溜矿法、人工配合机械的反井吊罐法、反井爬罐法、钻孔反井分段爆破法、反井钻机开挖法等。同时近年来随着科技的发展以及我国水电建设者们不断的研究、学习，新的施工方法和技术已经开始应用到现在的水电站竖井开挖中。

发明内容

为解决现有技术的问题，本发明提供了一种全断面一次成孔分段爆破竖井开挖方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种全断面一次成孔分段爆破竖井开挖方法，包括如下步骤：

1、施工前先将风、水、电等辅助至作业面附近，同时将现场施工作业平台进行平整；

2、根据施工方案及爆破设计，对爆破孔进行测量定位；

3、采用潜孔钻机按照爆破孔设计进行钻孔，竖井全断面一次钻孔完成；

4、导井开挖施工方法，包括如下步骤：

1)导井爆破设计：

本次导井开挖采用一次钻孔从下往上分段爆破方法，先形成导井，导井为直径3.4m的圆柱空腔；

导井掏槽孔爆破后形成直径60cm的空腔，按下述公式进行崩落孔布孔计算：

上述公式中a——崩落孔与空孔的间距，(m)；

h——每次掏槽深度，(m)；

D——空孔直径，D＝0.6m；

d——掏槽孔直径，d＝0.09m；

经计算，得a＝2.06m；

再通过a＇＝al调整a＇值，其中为碎胀系数，a＇为崩落孔与空孔的实际间距，根据爆破实验经验，当l取值0.33～0.4最优，为保证爆后石渣更容易自落，初步选定l＝0.34，得a＇＝0.7m；

在中心设置导井掏槽孔数量为一个，以导井掏槽孔中心为圆心设置若干同心圆，在半径0.3m的圆周上设置五个空炮孔，在半径1.0m的圆周上设导井崩落孔的数量为八个，在半径为1.7m的圆周上设导井周边孔，导井周边孔的数量为十一个，导井掏槽孔、导井崩落孔、导井周边孔依次采用Ms5、Ms9、Ms13雷管分段，依次爆破形成导井；

2)导井造孔：

按工程爆破设计参数进行孔位和孔数的测量放样，采用100B潜孔钻机一次钻到井底，钻孔要求孔口和孔底水平误差小于0.1m；

3)联网装药起爆：

导井爆破时，在进行从下往上扩挖爆破至EL295m-EL277m时，需在扩挖范围顶部盖上2cm厚竹胶板，并在竹胶板上加两层砂袋进行盖重；

导井爆破炮孔采用抗水性良好的2#岩石乳化炸药，采用集中装药，毫秒微差塑料导爆管雷管联结，整个爆破网络统一采用导线联结，起爆器起爆，采用孔底塞水泥袋、孔顶堵塞天然砂，使其具有流动性，不宜堵孔，用于防止爆破深孔一次造孔成型后堵孔，堵塞长度为装药长度的0.7～1.0倍；

4)导井出渣：

每次爆破后，石渣借自重落在底部平洞中，采用1.6m³反铲及侧翻装载机配合20t自卸汽车装渣，运至监理指定弃渣场；

5、引水发电洞的竖井扩挖施工包括如下步骤：

1)根据地质情况确定每层开挖高度为4.0～5.0m，以上述开挖的导井为临空面，按设计的矩形闸门井断面按每层分层高度自下而上分两次进行扩挖，主爆孔包括主爆破孔一和主爆破孔二，主爆破孔一一侧设置主爆破孔二，主爆破孔一为第一次扩挖孔，主爆破孔二为第二次扩挖孔，每层爆破先爆导井两侧三排的主爆孔一，完成后再进行剩余两排的主爆孔二爆破，轮廓线边缘采用光爆孔进行光面爆破一次成形，主爆孔及竖井周边的光爆孔均采用100B潜孔钻钻孔；

2)装药、联网起爆：

竖井周边的光爆孔4按照光面爆破装药，线装药量为350g/m，主爆破孔单耗为0.62kg/m3，主爆孔3采用抗水性良好的2#岩石乳化炸药，竖井周边的光爆孔4采用不耦合间断装药，导爆索联结；整个爆破网络统一采用导线联结，起爆器起爆；

采用孔底塞水泥袋、孔顶堵塞天然砂等措施，使其具有流动性，不宜堵孔，堵塞长度为装药长度的0.7～1.0倍，用于防止爆破深孔一次造孔成型后堵孔；

3)扩挖出渣：

每次每段爆破后，石渣借自重落在底部平洞中，采用1.6m³反铲及侧翻装载机配合20t自卸汽车装渣，运至监理指定弃渣场；

4)垂直运输：

施工所用设备、材料采用布置在EL275m的F0/23B塔机吊运至EL300竖井施工平台。

与现有技术相比，发明的有益效果是：本项发明可适用于多种形式的竖井开挖，在常规方法不适合施工的情况下，提前并安全的达到了施工目标，大大节省出渣和爆破时间，节省成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是本发明中导井爆破孔布置示意图。

图2是本发明中引水发电洞竖井开挖剖面结构意图。

图3是本发明中扩挖爆破一次钻孔布孔示意图。

图4是本发明中引水发电洞竖井开挖平面示意图。

图5是本发明中潜孔钻钻孔施工示意图。

图6是本发明中竖井底部出渣示意图。

图7是本发明中竖井光爆效果示意图。

图8是本发明中竖井支护示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步详细说明,实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。

受地形条件限制，湖南涔天河厂房洞群工程中引水发电洞竖井平台距上下方道路距离过远，无法进行反井钻机安装，进行竖井导井钻孔施工，且竖井下部洞室已开挖完成，竖井高度35m，开挖尺寸为6.4×15.4m，经过研究分析，采用竖井全断面一次成孔分段爆破开挖施工方法进行施工。

在竖井上部平台布置100B潜孔钻机，一次全断面钻孔完成，由下向上分部位分段进行控制爆破，爆破顺序为先进行3.4m导井开挖，然后进行导井扩挖，最后进行竖井周边1.0m范围光面爆破，爆破石渣自重落到引水发电洞闸室，由闸室向外出渣。

这种方法在竖井底部洞室已开挖完成的条件下，较常规竖井开挖使用的反井钻机反导井开挖，由上向下分层扩挖的施工方法有明显的优势，开挖工期短，减少设备投入，节省出渣时间，安全性更加可靠。

在竖井上部平台布置100B潜孔钻机，一次全断面钻孔完成，由下向上分部位分段进行控制爆破，爆破顺序为先进行3.4m导井开挖，然后进行导井扩挖，最后进行竖井周边1.0m范围光面爆破，爆破石渣自重落到引水发电洞闸室，由闸室向外出渣。

这种方法在竖井底部洞室已开挖完成的条件下，较常规竖井开挖使用的反井钻机反导井开挖，由上向下分层扩挖的施工方法有明显的优势，开挖工期短，减少设备投入，节省出渣时间，安全性更加可靠。

施工工艺流程及操作要点：

施工工艺流程：

风、水、电布置和场地平整→测量放线→全断面一次钻孔→导井开挖→导井扩挖→保护层控制爆破→渣料清理。

请参阅图1-8所示的一种全断面一次成孔分段爆破竖井开挖方法，其特征在于，包括如下步骤：

1、施工前先将风、水、电等辅助至作业面附近，同时将现场施工作业平台进行平整。施工用风：在EL324公路布置一台20m3移动式空压机，供引水发电洞竖井开挖用风；施工供水：供水池布置于正上方EL324公路附近，砖砌水池，主供水管道采用&75钢管，为方便施工，在竖井口附近再布置一个2m³循环水池；

施工用电：电力取自EL324高程平台附近配电室；施工照明：在引水发电洞竖井外采用2盏500瓦卤化物灯照明，竖井内安装36V低压灯，间距分别为5m-10m；场地平整：根据现场查看，直接对竖井平台施工场地进行平整，开挖所需机械设备可在EL300施工平台上方EL324道路上采用汽车吊吊运至施工面，作业人员由EL324至EL300作业平台搭设钢爬梯通行。

2、根据施工方案及爆破设计，对爆破孔进行测量定位。

3、采用潜孔钻机按照爆破孔设计进行钻孔，竖井全断面一次钻孔完成。

4、导井1开挖施工方法，包括如下步骤：

1)导井爆破设计：

本次导井开挖采用一次钻孔从下往上分段爆破方法，先形成导井1，导井1为直径3.4m的圆柱空腔；

本次导井开挖采用大直径空孔桶形掏槽法，形成圆柱空腔。以中心孔为圆心，在半径30cm的圆上布5个空炮孔，导井掏槽孔11爆破后形成直径60cm的空腔，以保证后续爆破时有足够的碎胀空间，按下述公式进行崩落孔布孔计算：

上述公式中a——崩落孔与空孔的间距，(m)；

h——每次掏槽深度，(m)；

D——空孔直径，D＝0.6m；

d——掏槽孔直径，d＝0.09m；

经计算，得a＝2.06m。

再通过a＇＝al调整a＇值，其中l为碎胀系数，a＇为崩落孔与空孔的实际间距，根据爆破实验经验，当l取值0.33～0.4最优，为保证爆后石渣更容易自落，初步选定l＝0.34，得a＇＝0.7m。

请重点参阅如图1所示，具体步骤为：在中心设置导井掏槽孔11数量为一个，以导井掏槽孔11中心为圆心设置若干同心圆，在半径0.3m的圆周上设置五个空炮孔12，在半径1.0m的圆周上设导井崩落孔13的数量为八个，在半径为1.7m的圆周上设导井周边孔14，导井周边孔14的数量为11个，导井掏槽孔、导井崩落孔、导井周边孔依次采用Ms5、Ms9、Ms13雷管分段，依次爆破形成导井1，为达到最佳爆破效果，导井爆破孔均采用满孔装药，周边孔单位用药量参考“水利电力部竖井开挖炸药消耗预算定额”，根据地质情况，引水发电洞竖井部位围岩坚固系数f＝5～6，则选定单位用药量为2kg/m³。

2)导井造孔：

按工程爆破设计参数进行孔位和孔数的测量放样，采用100B潜孔钻机一次钻到井底，钻孔要求孔口和孔底水平误差小于0.1m；

3)联网装药起爆：

导井1爆破时，为防止爆破飞石，在进行从下往上扩挖爆破至EL295m-EL277m时，需在扩挖范围顶部盖上2cm厚竹胶板21，并在竹胶板21上加两层砂袋22进行盖重，防止爆破石渣向外抛飞；

导井1爆破炮孔采用抗水性良好的2#岩石乳化炸药，采用集中装药，毫秒微差塑料导爆管雷管联结，整个爆破网络统一采用导线联结，起爆器起爆，采用孔底塞水泥袋、孔顶堵塞天然砂，使其具有流动性，不宜堵孔，用于防止爆破深孔一次造孔成型后堵孔，堵塞长度为装药长度的0.7～1.0倍；

4)导井1出渣：

每次爆破后，石渣借自重落在底部平洞中，采用1.6m3反铲及侧翻装载机配合20t自卸汽车装渣，运至监理指定弃渣场。

5、引水发电洞的竖井扩挖施工包括如下步骤：

对直径为3.4m的导井进行装药爆破，由下向上一次爆破完成，爆破石渣自重落到引水发电洞闸室，由闸室向外出渣，预留1m保护层，对竖井导井进行扩挖，由下向上分段爆破完成，爆破石渣自重落到引水发电洞闸室，由闸室向外出渣。最后进行保护层控制爆破，由下向上一次爆破完成，爆破石渣自重落到引水发电洞闸室，由闸室向外出渣。

1)根据地质情况确定每层开挖高度为4.0～5.0m，以上述开挖的导井1为临空面，按设计的矩形闸门井断面按每层分层高度自下而上分两次进行扩挖，主爆孔3包括主爆破孔一31和主爆破孔二32，主爆破孔一31一侧设置主爆破孔二32，主爆破孔一31为第一次扩挖孔，主爆破孔二32为第二次扩挖孔，即每层爆破先爆导井1两侧三排的主爆孔一31，完成后再进行剩余两排的主爆孔二32爆破，轮廓线边缘采用光爆孔4进行光面爆破一次成形，主爆孔3及竖井周边的光爆孔4均采用100B潜孔钻钻孔，如下表一(爆破参数设计)。

表一

优选的主爆破孔一31的孔径为90mm，药径为70mm，一次爆破深度为4.0-5.0m，排距为1.04m，间距为1.23m，

光爆孔4的孔径为90mm，药径为32mm，一次爆破深度为4.0-5.0m，间距为0.6m，

2)装药、联网起爆：

竖井扩挖爆破方式与上述导井爆破方式相同，竖井周边的光爆孔4按照光面爆破装药，线装药量为350g/m，主爆破孔单耗为0.62kg/m3，主爆孔3统一采用抗水性良好的2#岩石乳化炸药，竖井周边的光爆孔4采用不耦合间断装药，导爆索联结；主爆孔3中的崩落孔及爆破孔采用集中装药，毫秒微差塑料导爆管雷管联结，整个爆破网络统一采用导线联结，起爆器起爆。

采用孔底塞水泥袋、孔顶堵塞天然砂等措施，使其具有流动性，不宜堵孔，堵塞长度为装药长度的0.7～1.0倍，用于防止爆破深孔一次造孔成型后堵孔；

3)扩挖出渣

每次每段爆破后，石渣借自重落在底部平洞中，采用1.6m3反铲及侧翻装载机配合20t自卸汽车装渣，运至监理指定弃渣场；

4)垂直运输

施工所用设备(钻孔)、材料(支护)采用布置在EL275m(引)0+000.0桩号的F0/23B塔机吊运至EL300竖井施工平台。施工过程中为保证设备、材料运输安全，专职安全员应每天对塔机进行安全检查，发现问题及时处理。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是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作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (1)

1.一种全断面一次成孔分段爆破竖井开挖方法，其特征在于，包括如下步骤：

1、施工前先将风、水、电等辅助至作业面附近，同时将现场施工作业平台进行平整；

2、根据施工方案及爆破设计，对爆破孔进行测量定位；

3、采用潜孔钻机按照爆破孔设计进行钻孔，竖井全断面一次钻孔完成；

4、导井开挖施工方法，包括如下步骤：

1)导井爆破设计：

本次导井开挖采用一次钻孔从下往上分段爆破方法，先形成导井，导井为直径3.4m的圆柱空腔；

导井掏槽孔爆破后形成直径60cm的空腔，按下述公式进行崩落孔布孔计算：

上述公式中a——崩落孔与空孔的间距，(m)；

h——每次掏槽深度，(m)；

D——空孔直径，D＝0.6m；

d——掏槽孔直径，d＝0.09m；

经计算，得a＝2.06m；

再通过a＇＝al调整a＇值，其中为碎胀系数，a＇为崩落孔与空孔的实际间距，根据爆破实验经验，当l取值0.33～0.4最优，为保证爆后石渣更容易自落，初步选定l＝0.34，得a＇＝0.7m；

在中心设置导井掏槽孔数量为一个，以导井掏槽孔中心为圆心设置若干同心圆，在半径0.3m的圆周上设置五个空炮孔，在半径1.0m的圆周上设导井崩落孔的数量为八个，在半径为1.7m的圆周上设导井周边孔，导井周边孔的数量为十一个，导井掏槽孔、导井崩落孔、导井周边孔依次采用Ms5、Ms9、Ms13雷管分段，依次爆破形成导井；

2)导井造孔：

按工程爆破设计参数进行孔位和孔数的测量放样，采用100B潜孔钻机一次钻到井底，钻孔要求孔口和孔底水平误差小于0.1m；

3)联网装药起爆：

导井爆破时，在进行从下往上扩挖爆破至EL295m-EL277m时，需在扩挖范围顶部盖上2cm厚竹胶板，并在竹胶板上加两层砂袋进行盖重；

导井爆破炮孔采用抗水性良好的2#岩石乳化炸药，采用集中装药，毫秒微差塑料导爆管雷管联结，整个爆破网络统一采用导线联结，起爆器起爆，采用孔底塞水泥袋、孔顶堵塞天然砂，使其具有流动性，不宜堵孔，用于防止爆破深孔一次造孔成型后堵孔，堵塞长度为装药长度的0.7～1.0倍；

4)导井出渣：

每次爆破后，石渣借自重落在底部平洞中，采用1.6m³反铲及侧翻装载机配合20t自卸汽车装渣，运至监理指定弃渣场；

5、引水发电洞的竖井扩挖施工包括如下步骤：

1)根据地质情况确定每层开挖高度为4.0～5.0m，以上述开挖的导井为临空面，按设计的矩形闸门井断面按每层分层高度自下而上分两次进行扩挖，主爆孔包括主爆破孔一和主爆破孔二，主爆破孔一一侧设置主爆破孔二，主爆破孔一为第一次扩挖孔，主爆破孔二为第二次扩挖孔，每层爆破先爆导井两侧三排的主爆孔一，完成后再进行剩余两排的主爆孔二爆破，轮廓线边缘采用光爆孔进行光面爆破一次成形，主爆孔及竖井周边的光爆孔均采用100B潜孔钻钻孔；

2)装药、联网起爆：

竖井周边的光爆孔4按照光面爆破装药，线装药量为350g/m，主爆破孔单耗为0.62kg/m3，主爆孔3采用抗水性良好的2#岩石乳化炸药，竖井周边的光爆孔4采用不耦合间断装药，导爆索联结；整个爆破网络统一采用导线联结，起爆器起爆；

采用孔底塞水泥袋、孔顶堵塞天然砂等措施，使其具有流动性，不宜堵孔，堵塞长度为装药长度的0.7～1.0倍，用于防止爆破深孔一次造孔成型后堵孔；

3)扩挖出渣：

每次每段爆破后，石渣借自重落在底部平洞中，采用1.6m³反铲及侧翻装载机配合20t自卸汽车装渣，运至监理指定弃渣场；

4)垂直运输：

施工所用设备、材料采用布置在EL275m的F0/23B塔机吊运至EL300竖井施工平台。

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