CN114109396A - 应用三臂凿岩台车和光面爆破的特长深埋隧道开挖方法 - Google Patents
应用三臂凿岩台车和光面爆破的特长深埋隧道开挖方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种应用三臂凿岩台车和光面爆破的特长深埋隧道开挖方法，包括以下步骤，步骤S1施工准备：现场测量员提前将隧道水平方向参数、垂直方向参数、掌子面轮廓参数以及设计的炮眼布置图同步到台车电脑中；步骤S2车体定位；步骤S3爆破：采用倒T型掏槽布孔的炮眼布置图，利用三臂凿岩台车在掌子面上进行全自动钻孔，钻孔结束后，在炮孔中装填炸药并完成光面爆破；步骤S4通风降尘；步骤S5出碴。本发明能够提降低工人劳动强度，提高钻爆精度和施工质量，缩短循环作业时间，提高施工效率，减少超欠挖、减少对围岩的损伤，减小对工人职业健康的影响。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体而言，涉及应用三臂凿岩台车和光面爆破的特长深埋隧道开挖方法。
背景技术
就我国的地理地质条件来看，绝大多数公路隧道均需穿越山岭地区，而山岭地区多属于硬质岩石，其开挖方法主要包括钻爆法和掘进法，钻爆法因施工速度快，适应性强应用更广。对于钻爆法钻眼，现有技术中，一般常采用气动凿岩机配合自制多功能台架，气动凿岩机配自制多功能台架因施工设备价格低廉被广泛应用。
但是，对于较硬的Ⅲ级围岩施工，现有技术采用人工开挖的钻爆法，即人工钻孔、装药、爆破和清渣等。而在隧道中搭建开挖台架，工人在开挖台架上对硬岩进行钻孔，工人劳动强度大，钻爆精度降低，施工质量难以保证，钻孔深度降低，爆破炸用量高，循环作业时间长，降低了施工效率，增加了施工成本，而且劳动环境恶劣，对工人职业健康影响大。
发明内容
本发明的目的包括提供应用三臂凿岩台车和光面爆破的特长深埋隧道开挖方法，其针对应用三臂凿岩台车和光面爆破的特长深埋隧道开挖方法而设计，能够提降低工人劳动强度，提高钻爆精度和施工质量，缩短循环作业时间，提高施工效率，减少超欠挖、减少对围岩的损伤，减小对工人职业健康的影响。
本发明的实施例通过以下技术方案实现：
应用三臂凿岩台车和光面爆破的特长深埋隧道开挖方法，包括以下步骤,
步骤S1施工准备：现场测量员提前将隧道水平方向参数、垂直方向参数、掌子面轮廓参数以及设计的炮眼布置图同步到台车电脑中；
步骤S2车体定位：根据设计中的激光数据文件，在施工现场设定激光发生器并测定出激光点的坐标，再利用激光定位确定三臂凿岩台车在隧道中的位置，当三臂凿岩台车再掌子面前就位后，展开定位车体两侧的棱镜，棱镜接受参照点发射的激光束，得到三臂凿岩台车在隧道内的坐标，将坐标信息输入电脑，三臂凿岩台车根据事先输入的布孔信息自动定位掌子面；
步骤S3爆破：采用倒T型掏槽布孔的炮眼布置图，利用三臂凿岩台车在掌子面上进行全自动钻孔，钻孔结束后，在炮孔中装填炸药并完成光面爆破；
步骤S4通风降尘；
步骤S5出碴。
在本发明的一实施例中，所述步骤S3爆破中，所述光面爆破的方法包括以下步骤，
步骤M1：在掌子面中下部布置两列第一楔形掏槽眼和两列第二楔形掏槽眼，两列该第一楔形掏槽眼与两列该第二楔形掏槽眼均关于掌子面的中心线对称布置，该第一楔形掏槽眼位于两列该第二楔形掏槽眼之间；
步骤M2：在掌子面中上部布置两列第三楔形掏槽眼；
步骤M3：在掌子面中下部布置破裂孔，该破裂孔布置于两列所述第一楔形掏槽眼。
在本发明的一实施例中，所述破裂孔还布置于两列所述第三楔形掏槽眼之间。
在本发明的一实施例中，所述第一楔形掏槽眼与所述掌子面的夹角为61-64°，所述第三楔形掏槽眼与该掌子面的夹角与该第一楔形掏槽眼与该掌子面的夹角相同；该第一楔形掏槽眼的深度为4.6-4.8m，该第三楔形掏槽眼的深度与该第一楔形掏槽眼的深度相同。
在本发明的一实施例中，所述第二楔形掏槽眼与所述掌子面的夹角为66-68°，该第二楔形掏槽眼的深度为4.7-4.9m。
在本发明的一实施例中，所述第一楔形掏槽眼、所述第二楔形掏槽眼和所述第三楔形掏槽眼均采用连续装药方式，且自孔底开始连续装药。
在本发明的一实施例中，步骤M4：在掌子面上布置周边眼，该周边眼沿巷道断面设计轮廓分布。
在本发明的一实施例中，步骤M5：在掌子面上布置辅助眼，该辅助眼布置于所述掏槽眼与所述周边眼之间。
在本发明的一实施例中，步骤M6：在掌子面上布置底板眼。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
本发明实施例采用三臂凿岩台车与光面爆破结合的复杂特陈埋隧道开挖方法，采用三臂凿岩台车进行钻孔，降低了工人劳动强度，开挖钻眼用时少，循环进尺大，可以节省欠挖与出碴时间，提高了钻爆精度和施工质量，缩短了循环作业时间，提高了施工效率，而且操作人员的操作平台距离掌子面的距离超10m，同时采用湿式钻进，减小对工人职业健康的影响。采用倒T型掏槽的光面爆破方案，能够减少炮孔数量，间接提高了钻孔效率的目的，又达到了减少爆破用药量的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明中三臂凿岩台车开挖施工的工艺流程图；
图2为本发明中倒T型掏槽爆破方法的掏槽眼布置图；
图3为图2中第一楔形掏槽眼与第二楔形掏槽眼的角度示意图。
图标：1-第一楔形掏槽眼，2-第二楔形掏槽眼，3-第三楔形掏槽眼，4-破裂眼。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“配置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参照图1至图3，本实施例提供一种应用三臂凿岩台车和光面爆破的特长深埋隧道开挖方法，其包括以下步骤，
步骤S1施工准备：现场测量员对施工现场进行测量放线，并提前将隧道水平方向参数、垂直方向参数、掌子面轮廓参数以及设计的炮眼布置图同步到台车电脑中。
步骤S2车体定位：对三臂凿岩台车车体进行定位，以确定车体的位置。车体定位的方式可以是激光定位或全站仪辅助定位。关于激光定位，具体是，根据设计中的激光数据文件，在施工现场设定激光发生器并测定出激光点的坐标，再利用激光定位确定三臂凿岩台车在隧道中的位置。关于全站仪辅助定位，当三臂凿岩台车在掌子面前就位后，展开定位车体两侧的棱镜，棱镜接受参照点发射的激光束，得到三臂凿岩台车在隧道内的坐标，将坐标信息输入电脑，三臂凿岩台车根据事先输入的布孔信息自动定位掌子面。
步骤S3爆破：采用倒T型掏槽布孔的炮眼布置图，利用三臂凿岩台车在掌子面上进行全自动钻孔。整个钻孔循环过程包括：台车定位→展开钻臂→钻臂至各自负责区域→开孔反馈岩性→调整钻杆角度→全功率钻孔→钻孔结束→清孔→推进梁返回→下孔位钻孔。三臂凿岩台车在自动化钻眼时，三个钻臂同时协调工作，一般钻孔顺序是：中间钻臂负责掌子面上半部分辅助眼→上半部分周边眼，两边的两条钻臂分别负责左右半部掏槽眼→左右半部辅助眼→下半部分周边眼。
三臂凿岩台车在钻进过程中，其根据眼位或炮眼角度的变化，能够自行调整钻杆的角度，而且在完成掌子面钻孔后，三臂凿岩台车进行上一循环进尺的锚杆孔位钻凿。锚杆孔位的钻凿过程与掌子面的钻孔相同。
钻孔结束后，在炮孔中装填炸药，装药可以采用人工装药和机槭装药两种方式。本实施例中采用人工装药方式，施工人员站在三臂凿岩台车的安全吊篮，利用安全吊篮将施工人员送至炮眼孔口处，然后进行装药。
装药完成后，安装起爆装置，在所有人员和设备退至安全距离以外后，起爆，以完成光面爆破。
本实施例采用三臂凿岩台车钻孔，三臂凿岩台车与传统人工手动操作的气动凿岩车相比，钻孔的位置、角度、深度都可以得到精确控制，而且在长钎杆的帮助下还可以凿岀更深更大直径的炮孔，也提高了钻孔效率，降低了成本。另外，采用电脑控制的三臂凿岩台车，其操作员远离开挖面，改善了工人的工作条件。
步骤S4通风降尘：将轴流风机架设在距离洞口一定距离外的新鲜风区，通过通风管将洞外新鲜风压送到开挖掌子面，降低有害气体浓度，并且将污风送出洞外。
在通风降尘后，清除作业区的危石，并对洞壁初次喷射混凝土。
步骤S5出碴：将爆破产生的石碴迅速装车运送到弃碴场。
在本实施例中，对于步骤S3爆破中采用倒T型掏槽的光面爆破的方法，其包括以下步骤，
步骤M1：设EFGHKL表示在隧道掌子面，将隧道掌子面划分为上、下两部分，其中EHK为隧道掌子面中上部，EFGH为隧道掌子面中下部，KL为所述隧道掌子面中心线。
在掌子面中下部EFGH布置两列第一楔形掏槽眼1和两列第二楔形掏槽眼2，两列第一楔形掏槽眼1与两列第二楔形掏槽眼2均关于掌子面的中心线KL对称布置，第一楔形掏槽眼1位于两列第二楔形掏槽眼2之间，两列第一楔形掏槽眼1与两列第二楔形掏槽眼2构成双楔形掏槽眼。
第一楔形掏槽眼1与掌子面的夹角为61-64°，第一楔形掏槽眼1的深度为4.6-4.8m，本实施例中第一楔形掏槽眼1与掌子面的夹角选定为63°，深度为4.7m。第二楔形掏槽眼2与掌子面的夹角为66-68°，第二楔形掏槽眼2的深度为4.7-4.9m，本实施例中第二楔形掏槽眼2与掌子面的夹角选定为67°，深度为4.8m。第一楔形掏槽眼1和第二楔形掏槽眼2均采用连续装药方式，且自孔底开始连续装药。
步骤M2：在掌子面中上部EHK布置两列第三楔形掏槽眼3，两列第三楔形掏槽眼3构成单楔形掏槽眼；第三楔形掏槽眼3与掌子面的夹角为61-64°，第三楔形掏槽眼3的深度为4.6-4.8m，本实施例中第三楔形掏槽眼3与掌子面的夹角选定为63°，深度为4.7m。第三楔形掏槽眼3采用连续装药方式，且自孔底开始连续装药。
步骤M3：在掌子面中下部布置破裂眼4，破裂眼4布置在两列第一楔形掏槽眼1之间，而且在两列第三楔形掏槽眼3之间也布置有破裂眼4，通过设置破裂眼4，进一步降低掌子面中心碎石的块度。
步骤M4：在掌子面上布置周边眼，周边眼沿巷道断面设计轮廓分布。周边眼布置合理与否，直接影响巷道形成是否规整。按照光面爆破要求周边眼的中心均应布置在巷道设计掘进断面的轮廓上，而眼底应稍向轮廓线外偏斜，不超过100-150mm，这样可使下一循环打眼时凿岩机有足够的工作空间，同时还要尽量减少超挖量。经计算，周边眼外插角应在2°-3°之间。周边孔装药结构采用不耦合多间隔装药，这样可以使爆破力均匀地作用在炮孔壁上，形成较为平整的开挖轮廓面。
步骤M5：在掌子面上布置辅助眼，辅助眼均与布置在于掏槽眼与周边眼之间其间距为800-1000mm，炮眼方向垂直于工作面，且辅助眼采取从底部开始连续装药的形式。
步骤M6：在掌子面上布置底板眼。
本爆破方法在实施时，首先起爆掌子面中下部EFGH第一楔形掏槽眼1，为后续炮孔爆破提供新的自由面。然后起爆掌子面中下部EFGH第二楔形掏槽眼2和破裂眼4，加强第一楔形掏槽眼1孔底岩石破碎效果，降低岩石的块度，在掌子面中下部EFGH形成一个横向扩大的掏槽空腔，为掌子面中上部EHK第三楔形掏槽眼3爆破创造新的临空面。最后起爆第三楔形掏槽眼3，形成一个竖向扩大的掏槽空腔，进一步扩大掏槽空腔的体积。然后按序起爆辅助沿、周边眼和底板眼。
倒T型掏槽爆破采用在掌子面中下部EFGH与中上部EHK均布置掏槽眼的方式，并分段起爆掌子面中下部EFGH及中上部EHK的掏槽眼，形成一个倒T型的掏槽空腔，与常规楔形掏槽相比采用该方法形成的掏槽空腔体积较大，利于后续炮眼爆破。
相较于传统楔形掏槽方法，本实施例中的倒T型掏槽爆破设计方法，避免了因掏槽眼的孔口间距与孔底间距较大，掏槽眼爆破时槽腔内岩石不能完全抛出而影响后续炮孔爆破，造成光面爆破效果差以及炮孔利用率低的问题。相反，该掏槽爆破方法利用掌子面中下部EFGH双楔形掏槽眼先起爆的方式，充分利用不同段别掏槽眼的爆破叠加作用加强了岩石的破碎效果，不但扩大了横向掏槽区域，增强了边墙光面爆破效果，而且为后续掌子面中上部EHK单楔形掏槽眼起爆提供新的自由面，有效地提高了炮孔利用率，而且本实施例在掌子面中心采用倒T型的掏槽眼布孔方法，相较于传统楔形掏槽方法，也减少了炮孔数量，间接提高了钻孔效率的目的，又达到了减少爆破用药量的目的。
本实施例采用三臂凿岩台车与光面爆破结合的复杂特陈埋隧道开挖方法，采用三臂凿岩台车进行钻孔，降低了工人劳动强度，开挖钻眼用时少，循环进尺大，可以节省欠挖与出碴时间，提高了钻爆精度和施工质量，缩短了循环作业时间，提高了施工效率，而且操作人员的操作平台距离掌子面的距离超10m，同时采用湿式钻进，减小对工人职业健康的影响。采用倒T型掏槽的光面爆破方案，能够减少炮孔数量，间接提高了钻孔效率的目的，又达到了减少爆破用药量的目的。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.应用三臂凿岩台车和光面爆破的特长深埋隧道开挖方法，其特征在于，
步骤S1施工准备：现场测量员提前将隧道水平方向参数、垂直方向参数、掌子面轮廓参数以及设计的炮眼布置图同步到台车电脑中；
步骤S2车体定位：根据设计中的激光数据文件，在施工现场设定激光发生器并测定出激光点的坐标，再利用激光定位确定三臂凿岩台车在隧道中的位置，当三臂凿岩台车再掌子面前就位后，展开定位车体两侧的棱镜，棱镜接受参照点发射的激光束，得到三臂凿岩台车在隧道内的坐标，将坐标信息输入电脑，三臂凿岩台车根据事先输入的布孔信息自动定位掌子面；
步骤S3爆破：采用倒T型掏槽布孔的炮眼布置图，利用三臂凿岩台车在掌子面上进行全自动钻孔，钻孔结束后，在炮孔中装填炸药并完成光面爆破；
步骤S4通风降尘；
步骤S5出碴。
2.根据权利要求1所述的开挖方法，其特征在于，
所述步骤S3爆破中，所述光面爆破的方法包括以下步骤，
步骤M1：在掌子面中下部布置两列第一楔形掏槽眼和两列第二楔形掏槽眼，两列该第一楔形掏槽眼与两列该第二楔形掏槽眼均关于掌子面的中心线对称布置，该第一楔形掏槽眼位于两列该第二楔形掏槽眼之间；
步骤M2：在掌子面中上部布置两列第三楔形掏槽眼；
步骤M3：在掌子面中下部布置破裂孔，该破裂孔布置于两列所述第一楔形掏槽眼。
3.根据权利要求2所述的开挖方法，其特征在于，
所述破裂孔还布置于两列所述第三楔形掏槽眼之间。
4.根据权利要求2所述的开挖方法，其特征在于，
所述第一楔形掏槽眼与所述掌子面的夹角为61-64°，所述第三楔形掏槽眼与该掌子面的夹角与该第一楔形掏槽眼与该掌子面的夹角相同；
该第一楔形掏槽眼的深度为4.6-4.8m，该第三楔形掏槽眼的深度与该第一楔形掏槽眼的深度相同。
5.根据权利要求4所述的开挖方法，其特征在于，
所述第二楔形掏槽眼与所述掌子面的夹角为66-68°，该第二楔形掏槽眼的深度为4.7-4.9m。
6.根据权利要求4所述的开挖方法，其特征在于，
所述第一楔形掏槽眼、所述第二楔形掏槽眼和所述第三楔形掏槽眼均采用连续装药方式，且自孔底开始连续装药。
7.根据权利要求2所述的开挖方法，其特征在于，
步骤M4：在掌子面上布置周边眼，该周边眼沿巷道断面设计轮廓分布。
8.根据权利要求7所述的开挖方法，其特征在于，
步骤M5：在掌子面上布置辅助眼，该辅助眼布置于所述掏槽眼与所述周边眼之间。
9.根据权利要求8所述的开挖方法，其特征在于，
步骤M6：在掌子面上布置底板眼。
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- 2021-11-27 CN CN202111426639.2A patent/CN114109396B/zh active Active
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