隧道工程第7章隧道施工工艺与施工技术-1

第七章隧道施工工艺及施工技术第一页，共87页。第一页，共87页。辅助施工措施：对地层进行预支护或预加固。预支护：预留核心土超前锚杆管棚，等。预加固：地层注浆地表锚喷加固。预支护兼预加固：超前小导管注浆7.1围岩预支护（预加固）第二页，共87页。第二页，共87页。7.1.1超前锚杆特点：形成超前于工作面的围岩加固棚。适用于：软弱破碎地层。第三页，共87页。第三页，共87页。超前锚杆第四页，共87页。第四页，共87页。超前锚杆(或小钢管)设计参数围岩级别锚杆直径(mm)小钢管直径(mm)锚杆长度(m)环向间距(cm)外插角锚杆小钢管Ⅴ20～25323～530～505°～10°5°～10°Ⅳ18～2240～60注：①外插角指锚杆或小钢管与隧道纵向开挖轮廓线的夹角；②锚杆或小钢管的长度应与实际掘进循环长度一起考虑；③中空锚杆目前的最小直径为25mm。第五页，共87页。第五页，共87页。7.1.2管棚第六页，共87页。第六页，共87页。特点：管径粗(外径为70～180mm)。施作要点：(1)单根长4～6m，总长可至数十米。(2)一环管棚长度一般不小于10m。(3)可向管内注入水泥砂浆，以增加其刚度。(4)钢管的尾部需架设在钢拱架上，并焊死；(5)相邻两榀钢拱架间以拉筋相连。(6)与岩壁之间，环向每隔2m应用楔子楔紧。优点：在所有预支护措施中，管棚支护能力最强。缺点：施工技术较复杂，造价较高。第七页，共87页。第七页，共87页。单根钢管构造：第八页，共87页。第八页，共87页。右上：洞口大管棚施工上：洞内大管棚施工右：洞口施工完的大管棚第九页，共87页。第九页，共87页。特点：预支护+预加固，支护效果强于超前锚杆。适用于：软弱破碎地层。步骤：喷砼封闭开挖面；钻孔；插入小导管；；导管注浆。7.1.3超前小导管注浆第十页，共87页。第十页，共87页。小导管构造：φ38～42mm无缝钢管，单根长3～5m，管壁注浆孔，孔径φ6～8mm,孔距15～20cm。第十一页，共87页。第十一页，共87页。小导管钢拱架第十二页，共87页。第十二页，共87页。第十三页，共87页。第十三页，共87页。小导管设计注意事项①注浆材料～水泥浆，或水泥～水玻璃浆；②注浆压力～0.5～1.0MPa。③单根导管浆液扩散半径，按下式计算：

b--导管中至中间距.④单根导管注浆量：

l—导管长度，m；

n—围岩空隙率，%。④注浆效果检查：取岩芯，达设计要求后才能进行开挖。第十四页，共87页。第十四页，共87页。7.1.4超前深孔帷幕注浆1.注浆方法2.钻孔机械和灌注管

⑴渗入性注浆⑵劈裂性注浆⑶压密性注浆⑷高压喷灌注浆⑴钻机⑵注浆管：第十五页，共87页。第十五页，共87页。第十六页，共87页。第十六页，共87页。工作面预注浆广州地铁地表深孔分段注浆技术第十七页，共87页。第十七页，共87页。注浆加固技术第十八页，共87页。第十八页，共87页。隧道注浆方法:①超前小导管注浆(见前)；②超前长导管注浆，图a；第十九页，共87页。第十九页，共87页。③地表注浆,图b；③由平导内向正洞周围注浆，图c，等。

而采用得最多的仍是超前小导管注浆。第二十页，共87页。第二十页，共87页。3.注浆数量控制⑴现场注浆试验；⑵公式计算作参考：注浆总数量(7-1-1)式中：A——注浆范围岩的体积；

n——围岩空隙率，%；

α——浆液充填系数，一般取0.7～0.9；

β——注浆材料损耗系数，通常在0.1左右。式中的就是地层充填率。)1(.ba+=nAQ第二十一页，共87页。第二十一页，共87页。7.1.5水平旋喷预支护方法垂直旋喷注浆法水平旋喷注浆法适用于黏性土、砂类土、淤泥等地层第二十二页，共87页。第二十二页，共87页。7.1.6机械预切槽法优点：可减轻在硬岩爆破时振动的扩展；作业面开挖前可形成临时拱，减小变形和沉降；工作条件清洁、安全利用机械化，适应性强缺点：推进速度慢适用条件：市区隧道工程，松散地层和大断面隧道第二十三页，共87页。第二十三页，共87页。7.2隧道爆破施工技术要求：按设计要求开挖出断面；石碴块度适中，抛掷范围相对集中，便于装碴运输；钻眼工作量少，掘进速度快，少占作业循环时间；减小对围岩的震动破坏，以保证围岩的稳定；减少对施工用机具设备及支护结构的破坏，减少对周围环境的破坏。第二十四页，共87页。第二十四页，共87页。7.1.1爆破对固体介质的破坏作用压缩粉碎区半径为R1范围的区域。破裂区R2与R3之间的区域。震动区R2与R3之间的区域。R1R2R3

1.无限介质的爆破作用第二十五页，共87页。第二十五页，共87页。临空面又叫自由面，是指暴露在大气中的开挖面。爆破漏斗

在有临空面的情况下，炸药爆破形成的一个圆锥形的爆破凹坑就叫爆破漏斗。

2.爆破基本概念第二十六页，共87页。第二十六页，共87页。最小抵抗线W

药包中心到自由面的最小距离。爆破作用指数

爆破漏斗半径r与最小抵抗线W的比值n（n=r/w）称为爆破作用指数

n=1的爆破称为标准抛掷爆破，其漏斗标准抛掷爆破漏斗；

n＞1的爆破称为加强抛掷爆破或扬弃爆破；第二十七页，共87页。第二十七页，共87页。0.75<n<1的爆破称为加强松动或减弱抛掷爆破；n≤0.75的爆破称为松动爆破。第二十八页，共87页。第二十八页，共87页。7.2.2爆破材料

1.炸药爆破材料：炸药、起爆、传爆材料。起爆传爆材料：雷管、导火索、导爆管炸药的性能：敏感度——热、火焰、机械、爆轰爆速——炸药爆炸时爆轰在炸药内部的传播速度称为爆速第二十九页，共87页。第二十九页，共87页。爆力（威力）——炸药爆炸时对周围介质做功的能力称为爆力。炸药的爆力越大，其破坏能力越强，破坏的范围及体积也越大。猛度——炸药爆炸后对与之接触的固体介质的局部破坏能力称为猛度。殉爆距离——一个药包（主动药包）爆炸后，能引起与它不相接触的邻近药包（被动药包）爆炸，这种现象称为被动药包的“殉爆”。第三十页，共87页。第三十页，共87页。爆炸稳定性和临界直径、最佳密度、管道效应临界直径——越小，稳定性越好；最佳密度——炸药爆炸最稳定，爆速最大；管道效应——药卷与孔壁之间的间隙大到一定值后，会导致爆速下降，甚至断爆。安定性——吸湿、结块、挥发、渗油、老化、冻结化学分解等第三十一页，共87页。第三十一页，共87页。2、隧道工程中常用的炸药铵梯炸药浆状（水胶）炸药：抗水性强、密度高、爆炸威力大、原料广、成本低和安全，常用于有水爆破。乳化炸药：以硝酸铵、硝酸钠水溶液与碳质燃料通过乳化作用形成的乳脂状混合炸药。硝化甘油炸药：抗水性强、密度高、爆炸威力大。第三十二页，共87页。第三十二页，共87页。硝铵炸药第三十三页，共87页。第三十三页，共87页。

3.起爆传爆材料导火索和火雷管导火索：又称导火线，由药芯和索壳组成。外径5.2～5.8mm，药芯为黑火药。火雷管：用导火索喷出的火焰引爆的雷管。电雷管：主要由电发火装置和一个火雷管组成。第三十四页，共87页。第三十四页，共87页。塑料导爆管与非电雷管塑料导爆管：塑料导爆管是用来传递微弱爆轰波给非电雷管，使之爆炸的传爆材料之一非电雷管。非电雷管塑料导爆管第三十五页，共87页。第三十五页，共87页。导爆索和继爆管

导爆索——又称传爆线，索芯用高烈性炸药(黑索金或太安)制成。它经雷管起爆后，可以直接引爆炸药。传爆速度一般为6800～7200m/s，外表涂成红色或红黄相间颜色。继爆管——是一种专门与导爆索配合使用的，具有毫秒延期作用的起爆器材。第三十六页，共87页。第三十六页，共87页。塑料导爆管非电起爆网络导爆管起爆系统的组成元件第三十七页，共87页。第三十七页，共87页。①簇联网路簇联网路如同电爆的并联网路一样，把炮孔或药包中非电毫秒雷管用一根导爆管延伸出来，然后把数根延伸出来的导爆管用连通管或传爆雷管并在一起，如图。并联网路第三十八页，共87页。第三十八页，共87页。②串联网路当进行排间微差起爆时，即同一排的炮孔安放同一段别的毫秒雷管，不同排安放不同段别雷管，每排炮孔连接常采取串联，如图所示。串联网路③并串联网路并联网路与串联网路的结合组成并串网路，如图所示。并串联网路第三十九页，共87页。第三十九页，共87页。④复式网路为了确保起爆网路的准爆可靠，为防止个别雷管或导爆管拒爆，在每个炮中，尤其每个药包中安放两个非电雷管，相应地从炮孔或药包中引出两根导爆管，孔外连接的连通管或传爆雷管也需要两个，相应的导爆管也为双根即可。如图所示。复式并串联网路第四十页，共87页。第四十页，共87页。爆破网络2第四十一页，共87页。第四十一页，共87页。7.1.3隧道爆破设计掏槽眼——针对隧道开挖爆破只有一个临空面的特点，为提高爆破效果，宜先在开挖断面的适当位置布置几个掏槽炮眼；

辅助眼——位于掏槽炮眼与周边炮眼之间的炮眼称为辅助眼继爆管；周边眼——沿隧道周边布置的炮眼称为周边眼。

1、炮眼的种类：第四十二页，共87页。第四十二页，共87页。

掏槽眼

辅助眼周边眼第四十三页，共87页。第四十三页，共87页。2、掏槽眼的形式(1)斜眼掏槽

垂直楔形掏槽锥形掏槽第四十四页，共87页。第四十四页，共87页。(2)直眼掏槽——所有掏槽炮眼均垂直于开挖面的掏槽形式，称为直眼掏槽。柱状掏槽：充分利用大直径空眼作为临空孔和岩石破碎后的膨胀空间，使爆破后能形成柱状槽口的掏槽爆破。柱状掏槽第四十五页，共87页。第四十五页，共87页。螺旋形掏槽:中心眼为空眼，邻近空眼的装药眼与空眼之间距离逐渐加大，其联线呈螺旋形状。

柱状掏槽螺旋形掏槽第四十六页，共87页。第四十六页，共87页。影响直眼掏槽效果的因素眼距空眼装药辅助抛掷钻眼质量第四十七页，共87页。第四十七页，共87页。（3）混合掏槽复式掏槽升级掏槽分段掏槽第四十八页，共87页。第四十八页，共87页。3、隧道爆破参数设计（1）炮眼直径直径一般32~50mm；间隙一般为直径的10%~15%（2）炮眼数量单位炸药消耗量开挖断面积装药系数炸药单位长度质量第四十九页，共87页。第四十九页，共87页。（3）炮眼深度影响因素围岩稳定性，避免超欠挖；凿岩机技术参数；掘进循环安排确定方法斜眼掏槽：L=0.5~0.7B循环进尺：L=l/h循环时间：L=mvt/N第五十页，共87页。第五十页，共87页。（4）炸药品种的选择、用量及其分配炸药品种的选择炸药的品种很多，应根据现场实际的岩石情况及各种炸药的性能进行选用。炸药的用量用体积法计算用药总量第五十一页，共87页。第五十一页，共87页。4、炮眼布置布置原则先布置掏槽眼，其次周边眼，最后辅助眼；周边眼应严格按位置布置；辅助眼布置解决炮眼间距和最小抵抗线问题炮眼深度超2.5m，靠近周边眼的内圈辅助眼与周边眼有相同的倾角；炮眼应尽量垂直于层理面。第五十二页，共87页。第五十二页，共87页。炮眼布置方式直线形布眼(a)、(b)多边形布眼

(c)弧形布眼(d)圆形布孔第五十三页，共87页。第五十三页，共87页。7.1.4周边眼的控制爆破1、光面爆破:

光面爆破是通过正确确定周边眼的各爆破参数，使爆破后的围岩断面轮廓整齐，最大限度地减轻爆破对围岩的震动和破坏，尽可能维持围岩原有完整性和稳定性的爆破技术。光面爆破的分区起爆顺序为：掏槽眼——辅助眼——周边眼——底板眼第五十四页，共87页。第五十四页，共87页。光面爆破效果图第五十五页，共87页。第五十五页，共87页。（1）光面爆破的标准开挖轮廓成形规则，岩面平整；围岩壁上保存有50%以上的半面炮眼痕迹，无明显爆破裂缝；超欠挖符合规定要求，围岩壁上无危石等；第五十六页，共87页。第五十六页，共87页。（2）光面爆破的参数周边眼间距E光面层厚度及炮眼密集系数K=E/W=0.8装药量周边眼装药密度:0.15~0.25kg/m第五十七页，共87页。第五十七页，共87页。光面眼间距光面层厚度第五十八页，共87页。第五十八页，共87页。(3)光爆措施用低爆速、低猛度、低密度、传爆性能好、爆炸威力大的炸药；采用不耦合装药；周边尽量同时起爆；严格控制装药密度，必要时可采取间隔装药。第五十九页，共87页。第五十九页，共87页。光爆参数参考值第六十页，共87页。第六十页，共87页。2、预裂爆破：预裂爆破实质上是光面爆破的一种，其爆破原理与光面爆破相同，只是分区起爆顺序不同。预裂爆破的分区起爆顺序为：周边眼——掏槽眼——辅助眼——底板眼。第六十一页，共87页。第六十一页，共87页。深孔预裂爆破技术第六十二页，共87页。第六十二页，共87页。7.1.5钻爆施工

1.钻眼凿岩机钻孔台车风动凿岩机三臂台车单臂台车第六十三页，共87页。第六十三页，共87页。第六十四页，共87页。第六十四页，共87页。台车钻孔施工第六十五页，共87页。第六十五页，共87页。3、堵塞及起爆炮泥：砂子和黏土混合物堵塞长度：与炮眼直径和最小抵抗线有关起爆：多导管起爆系统2、装药第六十六页，共87页。第六十六页，共87页。4、起爆顺序及时差第六十七页，共87页。第六十七页，共87页。5、盲炮的预防和处理产生原因预防处理第六十八页，共87页。第六十八页，共87页。6隧道爆破开挖中的超欠挖问题产生超欠挖的原因围岩层理与节理。测量放样误差。炮眼开挖位置的准确性。凿岩机体构造的影响。爆破方法与参数。第六十九页，共87页。第六十九页，共87页。控制超欠挖的主要措施有：根据地质条件选择合适的爆破方法和钻爆参数。光面爆破应使用低密度、低爆速、低猛度、高爆力的炸药。测量放样要正确。加强钻孔技术管理，提高钻孔精度。建立健全开挖、测量、爆破质量管理检查制度。第七十页，共87页。第七十页，共87页。第七十一页，共87页。第七十一页，共87页。第七十二页，共87页。第七十二页，共87页。装碴运输作业三大环节：装碴、运输和卸碴。碴量计算出碴量应为开挖后的虚碴体积，单循环爆破后石碴量可按下式计算：（m3）7.3装碴与运输7.3.1装碴

第七十三页，共87页。第七十三页，共87页。装渣方式

装渣的方式可采用人力装渣或机械装渣。装渣机械

翻斗式、铲斗式、蟹爪式、挖斗式装渣机的走行方式有轨道走行和轮胎走行两种。第七十四页，共87页。第七