CN110440649A - 液压凿岩台车钻孔大断面隧道炮孔布置结构与爆破方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压凿岩台车钻孔大断面隧道炮孔布置结构与爆破方法，包括位于隧道掌子面中下部的掏槽区和位于隧道掌子面开挖轮廓边缘、且环绕掏槽区的周边炮孔区；掏槽区以隧道掌子面的竖直中心线为中线，掏槽区中线上、上下间隔设置有两个解炮孔，掏槽区中线左右两侧分别设置有竖直排列、且互相对称的三列掏槽炮孔；周边炮孔区由以掏槽区为中心向外扩散、且成环形排布的三层周边炮孔组成；周边炮孔区与掏槽区之间还布设有成环形排布的多个辅助炮孔；本发明通过采用在隧道中下部区域设置大于常规隧道的掏槽区域与以及较大的掏槽孔开口间距，依次由内向外进行爆破，使爆破效果变得更好，同时能很大程度的削弱爆破过程中所产生的冲击震动。

Description

液压凿岩台车钻孔大断面隧道炮孔布置结构与爆破方法

【技术领域】

本发明属于隧道及地下硐室的爆破施工技术领域，尤其涉及一种液压凿岩台车钻孔大断面隧道炮孔布置结构与爆破方法。

【背景技术】

我国当前建造的隧道常采用钻爆法进行施工。由于钻爆法对地质条件适应性强、开挖成本低，特别适合于坚硬岩石隧道、破碎岩石隧道及大量短隧道的施工，所以钻爆法是目前隧道掘进的主要手段。

然而，钻爆法作业都是利用多功能凿岩台架与人工手持风钻施工，并且掏槽区与周边炮孔区的炮孔布置和设计难以满足大断面隧道炮孔的爆破需求，经常会出现隧道爆破开挖的超欠挖情况，给后续工序造成一定的困难，造成成本增加外，还会影响工程质量和进度。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种液压凿岩台车钻孔大断面隧道炮孔布置结构与爆破方法，合理地设计掏槽区和周边炮孔区以及各个炮孔具体设计，降低大断面隧道爆破时出现超欠挖的概率。

本发明采用以下技术方案：液压凿岩台车钻孔大断面隧道炮孔布置结构，包括位于隧道掌子面中下部的掏槽区和位于隧道掌子面开挖轮廓边缘、且环绕掏槽区的周边炮孔区；

掏槽区以隧道掌子面的竖直中心线为中线，掏槽区中线上、上下间隔设置有两个解炮孔，掏槽区中线左右两侧分别设置有竖直排列、且互相对称的三列掏槽炮孔；

周边炮孔区由以掏槽区为中心向外扩散、且成环形排布的三层周边炮孔组成；

周边炮孔区与掏槽区之间还布设有成环形排布的多个辅助炮孔。

进一步地，每个周边炮孔内均安装有聚能装药爆破管，聚能装药爆破管包括管体和扣盖，管体上沿其走向纵向贯通开设有条形开口，扣盖盖设于条形开口上，并与管体共同形成用于装填炸药的腔体；

管体的左右两侧均朝向管体内凹陷，两侧凹陷处在管体外壁沿管体走向均形成条形聚能穴；在同一横截面上，连接两侧聚能穴的中心点与管体的中心点，在管体中心点处相交形成的夹角与隧道的弧度值相一致。

进一步地，掏槽区中线的左右两侧分别设置有竖直排列、且互相对称的三列掏槽炮孔中：

距离中线最近的两列掏槽炮孔之间的距离为6m，孔底距为1m，每列掏槽炮孔的数量均为8个，每个掏槽炮孔与隧道掌子面的夹角为61°；

距离中线最远的两列掏槽炮孔之间的距离为9m，孔底距为5.4m，每列掏槽炮孔的数量均为7个，每个掏槽炮孔与隧道掌子面的夹角为68°；

两个中间列的掏槽炮孔之间的距离为7.4m，孔底距为3m，每列掏槽炮孔均为7个，每个掏槽炮孔与隧道掌子面的夹角为64°。

进一步地，每一列掏槽炮孔中相邻两个掏槽炮孔之间的间距为0.7m，每个掏槽炮孔相对于隧道掌子面的垂直深度均为4.5m。

进一步地，

最外层的相邻两个周边炮孔之间的间距为0.9m；

中间层的相邻两个周边炮孔之间的间距为1m；

最内层的相邻两个周边炮孔之间的间距为1.2m；

最外层的周边炮孔与中间层的周边炮孔之间的径向距离为0.5m；

最内层的周边炮孔与中间层的周边炮孔之间的径向距离为0.7m。

进一步地，相邻两个辅助炮孔之间的间距为1.4m，辅助炮孔相对于隧道掌子面的垂直深度均为4.5m。

进一步地，每个周边炮孔相对于隧道掌子面的垂直深度均为4.5m。

进一步地，两个解炮孔之间的间距为2.1m，每个解炮孔的方向均垂直于隧道掌子面、且相对于隧道掌子面的深度均为4.2m。

本发明的另一种技术方案：液压凿岩台车钻孔大断面隧道爆破方法，基于上述的液压凿岩台车钻孔大断面隧道炮孔布置结构，具体包括以下步骤：

在隧道掌子面上分别布设掏槽炮孔、周边炮孔、解炮孔和辅助炮孔；

按照连续装药方式在每个掏槽炮孔、解炮孔和辅助炮孔内装入炸药及导爆管雷管；在周边炮孔内装入聚能装药爆破管；

依次起爆掏槽炮孔、辅助炮孔、最内层的周边炮孔组、中间层的周边炮孔组、解炮孔和最外层的周边炮孔组，完成大断面隧道爆破。

进一步地，掏槽炮孔的起爆依次为：距离掏槽区中线最近的两列掏槽炮孔、两个中间列掏槽炮孔、距离掏槽区中线距离最远的两列掏槽炮孔。

本发明的有益效果是：本发明通过采用在隧道中下部区域设置大于常规隧道的掏槽区域与以及较大的掏槽孔开口间距，形成楔形成排布设置，依次由内向外进行爆破，使爆破效果变得更好，采用较小的夹角的掏槽角度，减少了掏槽区域岩石的阻力，提高了爆破效果，减少了炸药用量，同时能很大程度的削弱爆破过程中所产生的冲击震动；本发明利用液压凿岩台车钻孔高效的优势，提高隧道炮孔利用率，提升隧道爆破的施工质量、安全，降低隧道施工的成本，达到高效安全爆破施工的目的。

【附图说明】

图1为本发明实施例中大断面隧道炮孔布置示意图；

图2为本发明实施例中聚能装药爆破管的结构示意图；

图3为本发明实施例中聚能装药爆破管的横截面结构示意图；

图4为本发明实施例中聚能装药爆破管埋设于隧道周边炮孔中的示意图；

图5为图1的I-I截面示意图；

图6为本发明实施例中聚能装药爆破管埋设于隧道周边炮孔中的排布图。

其中：1.解炮孔；2.掏槽炮孔；3.周边炮孔；4.辅助炮孔；5.雷管；6.导爆索；7.水袋；8.炮泥；9.底药；10.管体；11.炸药；12.扣盖；13.条形开口；14.聚能穴。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明实施例公开了一种液压凿岩台车钻孔大断面隧道炮孔布置结构，如图1所示，包括位于隧道掌子面中下部的掏槽区和位于隧道掌子面开挖轮廓边缘、且环绕掏槽区的周边炮孔区。

掏槽区大于现有技术中的掏槽区，一般设为5*9m的大面积掏槽区，其以隧道掌子面的竖直中心线为中线，掏槽区中线上、上下间隔设置有两个解炮孔1，掏槽区中线左右两侧分别设置有竖直排列、且互相对称的三列掏槽炮孔2。周边炮孔区由以掏槽区为中心向外扩散、且成环形排布的三层周边炮孔3组成。周边炮孔区与掏槽区之间还布设有成环形排布的多个辅助炮孔4。

通过上述的液压凿岩台车钻孔大断面隧道炮孔布置结构，对大断面对到的掌子面进行了合理的布局和涉及，通过在隧道中下部区域设置大于常规隧道的掏槽区域、以及较大的掏槽孔2之间的开口间距，形成扇形成排布设置，依次由内向外进行爆破，使爆破效果变得更好。

在本发明的实施例中，每个周边炮孔3内均安装有聚能装药爆破管。如图2所示，聚能装药爆破管包括管体10和扣盖12，管体10上沿其走向纵向贯通开设有条形开口13，扣盖12盖设于条形开口13上，并与管体10共同形成用于装填炸药11的腔体。管体10的左右两侧均朝向管体内凹陷，两侧凹陷处在管体外壁沿管体10走向均形成条形聚能穴14；在同一横截面上，连接两侧聚能穴14的中心点与管体10的中心点，在管体10中心点处相交形成的夹角与隧道的弧度值相一致，常规隧道的弧度值为172°左右。

上述爆破管采用PVC材质。现场应用时，根据隧道计划爆破进尺长度以及围岩情况，选择适合周边炮孔2装药长度的爆破管长度，一般为隧道周边炮孔2深的1/2-3/4。如图3所示，在同一横截面上，聚能穴14的形状为：由两条端部相交的直线形成，且两条直线间的夹角为90°。90°开口更适合聚能穴与周边炮孔2孔壁间距离。管体10左右两侧壁均由两个V形板相连接组成，两个V形板的开口均朝向管体10内，两个V形板的连接部形成聚能穴14。

管体10上下管壁均为平板状，开口13位于上/下管壁上。条形开口13两侧的管体10边缘的横截面为阶梯状，扣盖12扣装在阶梯状上，与开口13两侧的管体边缘相配装。采用直接扣盖方式，简便易于操作。根据现场加工需求，采用直接扣盖方式，结构更加简单，精度要求低，不会因管材发生变形盖不上去的不利情况，现场操作过程中只需将扣盖直接覆盖于主体管子中，操作简单。

爆破管的规格可以选择如下：其横剖面宽约为30.6±1.0mm，接近隧道爆破常用的炸药直径32mm，高为19.2±1.0mm。将乳化炸药卷两端剪破后装入专用气动注药枪，通过注药枪将乳化炸药均匀填注入爆破管中，作为底药9。

管体10的前后两端部还设置有用于封装腔体内炸药的封装件。如图4所示，封装件包括设置于位于周边炮孔2端的水袋7，以及设置于周边炮孔2外端水袋7和炮泥8在爆破管内全长安装导爆索6，将扣盖12盖上后用胶布缠牢固，在管底部安装半截炸药并用胶带加固，最后在爆破管内按照每米一个的间距安装硬质定位器，周边炮孔2底部放置水袋7一个，将安装好炸药的爆破管装入周边炮孔2内，再放入水袋7和炮泥8进行封堵。

如图6所示，一种用于隧道周边炮孔2聚能装药爆破管安装结构，包括多个爆破管，多个爆破管沿隧道弧形形状布设，且各爆破管均垂直设置于掌子面上的周边炮孔2内，在同一横截面上，各聚能穴14的中心点连线与隧道弧线相一致。

现有技术中，采用常规方式施工时，周边炮孔2间距一般40～50cm，采用本发明中的爆破管，周边炮孔2间距可增大至90～120cm，节省钻孔工作量45％-66％。较一般爆破管60～90cm的间距，节省钻孔量13％-50％。增大炮孔间距，可减少隧道爆破周边炮孔2孔钻孔量对于减少钻孔成本十分有利，对节约爆破器材节约有明显作用，节约爆破作业施工循环时间。

在本发明的一个实施例中，在某处高铁隧道，隧道长12.162km，为全线第一长隧，属Ⅰ级高风险隧道，除进口段1.3km为灰岩地层外，其余地段均为泥质粉砂岩。洞身主要穿越4条断层带和1处不整合接触带，不良地质主要有：岩溶水、不整合接触带、危岩落石、断层破碎带等。

通过对常规爆破技术与使用本发明中的爆破管进行爆破进行对比分析，取得的数据进行对比分析，聚能切割爆破经济效果显著；将使用本发明实施例中的爆破管进行爆破称为聚能切割爆破。其中表现如下：1.节约爆破材料。2.缩短施工时间提高施工效率；3.外观光爆成型较好，对后期防水层试做提供有利条件。经济效果对比分析如表1所示：

表1 经济效果对比分析

本发明的另一个实施例中，在另一隧道施工处，隧道全长约19公里，属Ⅰ级高风险隧道，是目前为止亚洲最长、时速350公里的单洞双线高铁隧道，也是迄今为止世界施工难度最大、风险最高的高铁隧道之一。难点在于隧址区内地质条件特殊，地质情况极复杂，存在岩溶、穿越水库、涌水量大和高水压，有着“地质博物馆”称号。正洞进出口均处在悬崖绝壁上，不具备进洞施工条件，采用“3横洞+2斜井”辅助导坑进洞施工方案。通过常规爆破技术与聚能切割爆破技术应用取得的数据进行对比分析，聚能切割爆破经济效果显著。将使用本发明实施例中的爆破管进行爆破称为聚能切割爆破。每循环直接节省费用近千元，另外还有近半小时的循环时间的节约。具体经济效果对比分析如表2所示：

表2 经济效果对比分析

本发明的实施例中，掏槽区中线的左右两侧分别设置有竖直排列、且互相对称的三列掏槽炮孔2中。

距离中线最近的两列掏槽炮孔2之间的距离为6m，孔底距为1m，每列掏槽炮孔2的数量均为8个，每个掏槽炮孔2与隧道掌子面的夹角为61°。

距离中线最远的两列掏槽炮孔2之间的距离为9m，孔底距为5.4m，每列掏槽炮孔2的数量均为7个，每个掏槽炮孔2与隧道掌子面的夹角为68°。

两个中间列的掏槽炮孔2之间的距离为7.4m，孔底距为3m，每列掏槽炮孔2均为7个，每个掏槽炮孔2与隧道掌子面的夹角为64°。在该实施例中，通过采用较小的夹角的掏槽角度，减少了掏槽区域岩石的阻力，提高了爆破效果，减少了炸药用量，同时能很大程度的削弱爆破过程中所产生的冲击震动。

本发明实施例中，每一列掏槽炮孔2中相邻两个掏槽炮孔2之间的间距为0.7m，每个掏槽炮孔2相对于隧道掌子面的垂直深度均为4.5m。这种掏槽炮孔的布置形式能有效的提高掏槽效果，提高隧道爆破进尺。

本发明实施例中，最外层的相邻两个周边炮孔3之间的间距为0.9m；中间层的相邻两个周边炮孔3之间的间距为1m；最内层的相邻两个周边炮孔3之间的间距为1.2m；最外层的周边炮孔3与中间层的周边炮孔3之间的径向距离为0.5m；最内层的周边炮孔3与中间层的周边炮孔3之间的径向距离为0.7m。每个周边炮孔3相对于隧道掌子面的垂直深度均为4.5m。这种有别于常规的爆破方法，可以在减弱爆破效果的同时，有效减少隧道的钻孔工作量

本发明的实施例中，相邻两个辅助炮孔4之间的间距为1.4m，辅助炮孔4相对于隧道掌子面的垂直深度均为4.5m。辅助炮孔4按这种间距布置可以有效控制隧道爆破的大块率的产生。

本发明实施例中，两个解炮孔1之间的间距为2.1m，每个解炮孔1的方向均垂直于隧道掌子面、且相对于隧道掌子面的深度均为4.2m。在掏槽区域内增加解炮孔1，可以减少掏槽区爆破后大块的产生。

本发明提供的隧道炮孔布置结构及爆破方法还能够有效的节省施工成本，能够有效的提高施工进度，保证综合施工效益达到较优状态。由上可见，通过对相邻两个周边炮孔3的间距进行设置，以及通过对相邻两个隧底周边炮孔的间距进行设置(隧底周边炮孔最靠近掏槽区的一层相邻两个周边炮孔之间的间距为1.2m，中间层相邻两个周边炮孔之间的间距为1.2m，最外层相邻两个周边炮孔之间的间距为1.1m)，配合炮孔与炮孔之间彼此的聚能作用，使得炮孔间连线产生应力集中，炮孔的孔壁连线上的初始裂纹进一步发展，以及滞后的高压气体的作用，使沿隧道开挖轮廓线爆破光滑平整的岩面。

本发明利用液压凿岩台车的钻孔优势，在掌子面中下部形成大于常规爆破的掏槽区域，大的掏槽区域为隧道掌子面中部以上的辅助孔爆破更好的创造了新的自由面，提高了爆破效果，降低了炸药单耗，保证了隧道掏槽爆破开挖效果。为了控制大的掏槽区域爆破后产生大块的问题，新增加解炮孔解决大块问题。同时在隧道周边孔内采用了聚能结构装药，可将传统爆破的周边孔的数量减少约一半，大幅减少隧道爆破的钻孔数量，提升了爆破效率。

本发明的另一实施例公开了一种液压凿岩台车钻孔大断面隧道爆破方法，基于上述的液压凿岩台车钻孔大断面隧道炮孔布置结构，具体包括以下步骤：

在隧道掌子面上分别布设掏槽炮孔2、周边炮孔3、解炮孔1和辅助炮孔4。在所述22对楔形掏槽孔中按照连续装药方式分别装入炸药及导爆管雷管。第一排(即距离掌子面中线最近的两列掏槽炮孔2)掏槽炮孔2装MS1段雷管最先起爆、第二排掏槽孔装MS3段雷管随后起爆、第三排掏槽孔装MS5段雷管最后起爆。

区别于常规爆破周边炮孔3中按照空气间隔方式装入炸药卷，本实施例中采用聚能结构装药，具体如图4所示，按照由内至外的顺序分别装入MS9、MS11、MS15段导爆管雷管.

在解炮孔1中按照连续方式装入炸药卷及MS13段导爆管雷管，其在周边炮孔起爆前起爆。在辅助炮孔4中按照连续方式装入炸药卷，并装入MS7段导爆雷管。

按照连续装药方式在每个掏槽炮孔2、解炮孔1和辅助炮孔4内装入炸药及导爆管雷管；在周边炮孔3内装入聚能装药爆破管。

依次起爆掏槽炮孔2、辅助炮孔4、最内层的周边炮孔组、中间层的周边炮孔组、解炮孔1和最外层的周边炮孔组，完成大断面隧道爆破。

其中，掏槽炮孔2的起爆依次为：距离掏槽区中线最近的两列掏槽炮孔2、两个中间列掏槽炮孔2、距离掏槽区中线距离最远的两列掏槽炮孔2。

应用实施例：

将本发明的掏槽方式及其爆破方法应用于某高铁隧道IV级围岩段进行隧道掘进爆破效果明显，掘进单循环进尺由3.6m提高到了4.0m左右，炮孔利用率由之前的75％～85％提开到了90％～97％，有效降低了道掘进成本，提高了施工效率。

Claims (10)

1.液压凿岩台车钻孔大断面隧道炮孔布置结构，其特征在于，包括位于隧道掌子面中下部的掏槽区和位于隧道掌子面开挖轮廓边缘、且环绕所述掏槽区的周边炮孔区；

所述掏槽区以隧道掌子面的竖直中心线为中线，所述掏槽区中线上、上下间隔设置有两个解炮孔(1)，所述掏槽区中线左右两侧分别设置有竖直排列、且互相对称的三列掏槽炮孔(2)；

所述周边炮孔区由以所述掏槽区为中心向外扩散、且成环形排布的三层周边炮孔(3)组成；

所述周边炮孔区与所述掏槽区之间还布设有成环形排布的多个辅助炮孔(4)。

2.如权利要求1所述的液压凿岩台车钻孔大断面隧道炮孔布置结构，其特征在于，每个所述周边炮孔(3)内均安装有聚能装药爆破管，所述聚能装药爆破管包括管体(10)和扣盖(12)，所述管体(10)上沿其走向纵向贯通开设有条形开口(13)，所述扣盖(12)盖设于所述条形开口(13)上，并与所述管体(10)共同形成用于装填炸药(11)的腔体；

所述管体(10)的左右两侧均朝向管体内凹陷，两侧凹陷处在管体外壁沿所述管体(10)走向均形成条形聚能穴(14)；在同一横截面上，连接两侧聚能穴(14)的中心点与管体(10)的中心点，在所述管体(10)中心点处相交形成的夹角与隧道的弧度值相一致。

3.如权利要求2所述的液压凿岩台车钻孔大断面隧道炮孔布置结构，其特征在于，所述掏槽区中线的左右两侧分别设置有竖直排列、且互相对称的三列掏槽炮孔(2)中：

距离中线最近的两列掏槽炮孔(2)之间的距离为6m，孔底距为1m，每列所述掏槽炮孔(2)的数量均为8个，每个所述掏槽炮孔(2)与隧道掌子面的夹角为61°；

距离中线最远的两列掏槽炮孔(2)之间的距离为9m，孔底距为5.4m，每列所述掏槽炮孔(2)的数量均为7个，每个所述掏槽炮孔(2)与隧道掌子面的夹角为68°；

两个中间列的掏槽炮孔(2)之间的距离为7.4m，孔底距为3m，每列所述掏槽炮孔(2)均为7个，每个所述掏槽炮孔(2)与隧道掌子面的夹角为64°。

4.如权利要求3所述的液压凿岩台车钻孔大断面隧道炮孔布置结构，其特征在于，每一列所述掏槽炮孔(2)中相邻两个掏槽炮孔(2)之间的间距为0.7m，每个所述掏槽炮孔(2)相对于隧道掌子面的垂直深度均为4.5m。

5.如权利要求3或4所述的液压凿岩台车钻孔大断面隧道炮孔布置结构，其特征在于，

最外层的相邻两个周边炮孔(3)之间的间距为0.9m；

中间层的相邻两个周边炮孔(3)之间的间距为1m；

最内层的相邻两个周边炮孔(3)之间的间距为1.2m；

最外层的所述周边炮孔(3)与中间层的所述周边炮孔(3)之间的径向距离为0.5m；

最内层的所述周边炮孔(3)与中间层的所述周边炮孔(3)之间的径向距离为0.7m。

6.如权利要求5所述的液压凿岩台车钻孔大断面隧道炮孔布置结构，其特征在于，相邻两个辅助炮孔(4)之间的间距为1.4m，所述辅助炮孔(4)相对于隧道掌子面的垂直深度均为4.5m。

7.如权利要求3或4或6所述的液压凿岩台车钻孔大断面隧道炮孔布置结构，其特征在于，每个所述周边炮孔(3)相对于隧道掌子面的垂直深度均为4.5m。

8.如权利要求7所述的液压凿岩台车钻孔大断面隧道炮孔布置结构，其特征在于，两个所述解炮孔(1)之间的间距为2.1m，每个所述解炮孔(1)的方向均垂直于隧道掌子面、且相对于隧道掌子面的深度均为4.2m。

9.液压凿岩台车钻孔大断面隧道爆破方法，其特征在于，基于权利要求1-8任一所述的液压凿岩台车钻孔大断面隧道炮孔布置结构，具体包括以下步骤：

在隧道掌子面上分别布设掏槽炮孔(2)、周边炮孔(3)、解炮孔(1)和辅助炮孔(4)；

按照连续装药方式在每个所述掏槽炮孔(2)、解炮孔(1)和辅助炮孔(4)内装入炸药及导爆管雷管；在所述周边炮孔(3)内装入聚能装药爆破管；

依次起爆掏槽炮孔(2)、辅助炮孔(4)、最内层的周边炮孔组、中间层的周边炮孔组、解炮孔(1)和最外层的周边炮孔组，完成大断面隧道爆破。

10.如权利要求9所述的液压凿岩台车钻孔大断面隧道爆破方法，其特征在于，所述掏槽炮孔(2)的起爆依次为：距离掏槽区中线最近的两列掏槽炮孔(2)、两个中间列掏槽炮孔(2)、距离掏槽区中线距离最远的两列掏槽炮孔(2)。