隧道爆破施工技术ppt课件.ppt
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1、在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确主要内容隧道爆破施工概述1 隧道爆破的比较分析选定2光面爆破在隧道工程中的应用3 特殊爆破施工介绍4 结束语5在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确主要内容隧道爆破施工概述1 隧道爆破的比较分析选定2光面爆破在隧道工程中的应用3 特殊爆破施工介绍4 结束语5在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确隧道工程爆破施工概述隧道是人们利用地下空间的一种形式,被
2、广泛应用于铁路、公路、水利、水电、矿山、市政、人防等部门,在国民经济建设中起着重要的作用。目前钻爆法由于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。国内施工也有采用全断面隧道掘进机(tunnel boring machine),但是根据我国的国情,钻爆法与掘进机在相当长的时间内将同时并存和使用,而且在隧道掘进机及高压射流等新的岩石开挖技术进一步发展的同时,隧道爆破技术也会随着钻孔机具的不断改进、爆破器材的日益发展而不断进步。目前钻爆法仍是国内隧道掘进的主要手段。在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所
3、提出的问题也很明确隧道工程爆破施工概述爆破开挖(excavation by blasting)是以钻孔、爆破工序为主,配以装运机械出碴,完成隧道施工的方法,是建设隧道的主要工序,它的成败与好坏直接影响到围岩的稳定及后续工序的正常进行和施工速度,是隧道建设非常重要的组成部分。在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确隧道工程爆破施工概述隧道爆破施工具有以下特点:环境恶劣,作业条件差,与其他作业相互影响,作业工作面和作业时间受限制。爆破的临空面少,岩石的夹制作用大,耗药量大,不能充分发挥爆破效果。对钻眼质量要求较高。既要使隧道方向正
4、确,满足精度要求;又要使爆破后隧道断面达到设计标准,不能超挖大。爆破时要预防飞石崩坏支架、风管、水管、电线等,爆落岩石块度要均匀,便于装碴运输。多以新奥法为理论基础设计,为充分利用围岩自承力,施工中尽量减少爆破对围岩的扰动,确保围岩完整。施工方法、机具和设备等的选择取决于开挖断面大小和隧道所处的山体位置,此外,变化复杂的围岩及初始地应力方向、隧道的跨度和地下水活动情况对其也有较大的影响。在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确隧道工程爆破施工概述爆破材料主要由炸药和起爆材料(系统)组成。炸药根据使用性质分为三大类,一类应用于煤
5、矿开采和可燃气体隧道(爆炸产生的爆热、爆温、爆压相对较低;排放的有毒气体量符合国家标准;炸药成分中不含金属粉末),二类应用于一般隧道或露天爆破,三类仅能应用于露天爆破。(区别),目前隧道常用的爆破炸药为硝铵类炸药(主要成分为硝酸铵)。常用的导爆系统有导火索与火雷管、电雷管、塑料导爆管与非电雷管等。目前应用最广泛的导爆管与非电雷管的导爆系统,导爆管优点为抗电、抗火、抗冲击性能好,起爆传爆性能稳定,扭结、对折、局部断药等能正常传爆(抗破坏能力强),安装简单、使用方便、价格便宜,可作为非危险品运输存储。在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问
6、题也很明确隧道工程爆破施工概述爆破器材的选择:炸药:一般情况下,多采用二号硝铵炸药,洞内有水时应采用乳化油炸药、水胶炸药或其他防水性炸药;有瓦斯的隧道内,应采用煤矿安全炸药(如2、3号煤矿炸药,2、3号煤矿抗水炸药,煤矿水胶炸药,煤矿乳化油炸药,被筒炸药,当量炸药,离子交换炸药);在软弱围岩周边爆破时,选择低爆速光爆专用炸药,如二号低爆速炸药。雷管:在无瓦斯隧道内,可首先考虑采用非电毫秒雷管或半秒雷管;在有瓦斯的隧道内,采用煤矿瞬发电雷管或毫秒延期电雷管。雷管的段间隔时间差应考虑控制在100ms左右,在软弱围岩中爆破,为避免振动强度的迭加作用,雷管最好跳段使用,特别是15段的雷管。大断面隧道爆
7、破,至少要求有115段雷管。在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确主要内容隧道爆破施工概述1 隧道爆破的比较分析选定2光面爆破在隧道工程中的应用3 特殊爆破施工介绍4 结束语5在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确隧道爆破的比较分析选定隧道爆破(轮廓控制爆破)是采取特殊的装药结构,选择合理的周边布孔和准确的穿孔,严格控制装药量,合理安排起爆顺序和起爆方法,进行精确开挖的一种爆破方式。这种爆破的突出标志是围岩面平整、规则,并留有清晰的半边孔,岩壁上很少产生明
8、显的炮震裂缝,原有的结构裂隙也不因爆破影响而扩展,应力分布较均匀,保持围岩自身的稳定性和承载力。在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确隧道爆破的比较分析选定轮廓控制爆破主要分为三种:轮廓线钻眼爆破法:是沿设计的隧道开挖轮廓线钻凿紧密相邻的炮眼,这些炮眼内不装炸药,然后视其离自由面的远近再钻一至若干排炮眼并装炸药爆破。由于密集且相邻的炮眼存在,隔开了其它炮眼爆炸时爆炸应力波和裂缝的传递与扩展,使岩体沿弱面切开,形成平整的岩壁保护岩体稳定。应用该种技术能获得较好的轮廓爆破效果,但钻眼工作量大,钻眼费用高。使用较少。在整堂课的教学
9、中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确隧道爆破的比较分析选定预裂爆破法:是在开挖轮廓线上钻凿相互平行较密集的炮眼,装炸药并使之先于其它爆破眼起爆,当轮廓线上的炮眼间距、数量、装药结构合适时,爆破后各炮眼间将形成相互贯通的裂隙,与原岩分割开来。此后再爆破其它炮眼,由于轮廓线上裂缝已形成,所以其它炮眼爆破时不会引起围岩岩体破坏,而构成光滑的平整壁面。预裂爆破可以起到较好的隔振作用。光面爆破法:它与预裂爆破法恰好相反,轮廓线上的炮眼(周边眼)是在其它炮眼爆破后最后起爆,是软岩、中硬岩巷道浅眼爆破施工中广泛应用的方法。与预裂爆破法比较,周边轮廓线
10、上炮眼数较少。根据断面不同,施工方法可分为光面层光面爆破法和全断面一次爆破光面爆破法。在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确光面爆破预裂爆破隧道爆破的比较分析选定爆破机理周边眼同时起爆,各炮眼的冲击波向四周作径向传播,相邻炮眼的冲击相遇,产生应力波德叠加,并产生切向拉力,拉力的最大值发生在相邻炮眼中心连线的中点,当岩体的极限抗拉强度小于此拉力时,岩体便被拉裂,在炮眼中心连线上形成裂缝,随后,爆炸气的膨胀令裂缝进一步扩展,形成平整的爆裂面。预裂爆破是在周边孔主爆区之前起爆(先周边,后中间),而光面爆破是周边孔在主爆区之后起爆(
11、掏槽、辅助、周边)。预裂爆破是在一个自由面条件下爆破,所受的夹制作用很大。而光面爆破是在两个自由面条件下爆破,受夹制作用小。预裂爆破在进出洞、软弱围岩条件下,在减轻对围岩扰动的程度上比光面爆破更好,但在国内常规条件的隧道拱部爆破中因钻孔比光面爆破多、炸药消耗多,研究理论欠缺还需不断调整参数。而全断面爆破和直墙式隧道的侧壁预裂爆破炸药量更少、更经济。光面爆破对于全断面开挖、仰拱开挖等施工时,因爆破后岩石堆满,侧壁及底部最后起爆,效果稍差。国外不少大型隧洞开挖,拱部采用光面爆破,其他部位使用预裂爆破。国内多采用光面爆破(预裂爆破林论研究欠缺,计算方法不完善,受地质条件影响大,施工过程需随变化不断调
12、整爆破设计)。适合软岩、中硬岩、硬岩;对围岩扰动小,尽可能保存围岩自身承载力;不耦合装药;炮眼数较一般爆破法要多,爆破成本偏高。一般都用导爆索起爆,并通常采用分段并联法。在壁面平整效果相同的条件下,光面爆破的经济效果更好,因为不仅单位坡面面积上的爆破成本低于预裂爆破,而且还破碎光爆层岩体。尤其在完整岩体爆破时,光面爆破效果要远远好于预裂爆破。研究理论、设计方案较成熟。在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确主要内容隧道爆破施工概述1 隧道爆破的比较分析选定2光面爆破在隧道工程中的应用3 特殊爆破施工介绍4 结束语5隧道光面爆破
13、的作用 影响光面爆破的主要因素提高光面爆破效果的具体措施钻爆设计的一般步骤钻爆设计应该提交的内容光面爆破实例在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确光面爆破在隧道工程中的应用形成规则的、较圆顺的、接近于设计要求的轮廓,其结构受力好,应力集中少,有利于围岩稳定,维护自稳能力,提高了围岩的承载能力;对围岩的扰动范围小,有力保护围岩原有结构,有效地减少应力集中所引起的塌坍现象,尤其是在不良地质段;同时在深埋高地应力地带施工,可减少岩爆发生强度,大大有利于施工安全。良好的光面爆破有利于下步喷锚作业,降低喷射混凝土回弹率。能够有效控制隧
14、道超欠挖,缩短施工时间,节约施工成本(超挖5%的成本是爆破成本的2-5倍)。隧道光面爆破的作用在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确光面爆破在隧道工程中的应用隧道光面爆破的作用在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确光面爆破在隧道工程中的应用孔网参数。孔网参数指周边孔的间距E、光爆层的厚度W及炮孔的密集系数m。炮孔间距E 的影响 E过大不易形成两孔之间的裂缝。当E过小会造成极度破碎或浪费炮孔。只有E值在一定的范围内,爆炸能量既能保证裂缝贯通又能保证有足够能量
15、推开光爆层。影响光面爆破的主要因素在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确光面爆破在隧道工程中的应用 光爆层厚度W的影响光爆层厚度W指周边眼底与相邻内圈眼间根部之间的间距。W过小不易形成贯穿裂缝,W过大爆破成锯齿状如上图示。影响光面爆破的主要因素炮孔密集系数m的影响由公式m=E/W,可知:m过大反应出E值升高,不易形成裂缝,m过小反应出W过大,此时光爆层不易沿两孔连线断开,容易形成欠挖现象。在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确光面爆破在隧道工程中的应用2、
16、装药参数及装药结构装药参数影响装药参数指每米炮孔的平均线装药量q(单位g/m)、装药密度(单位g/cm3)、炸药的爆炸性能(爆速、威力、猛度、殉爆)、药卷直径等。1)线装药量q的影响 由经验公式:式中:e指岩石的抗拉强度,单位Pa;C 指岩石的抗压强度,单位Pa;指岩石的抗剪强度,单位Pa ;D、d、E符号意义同前,单位cm;L指炮孔深度,单位m;指炸药的密度,单位g/cm3。可知:线装药量直接与炮孔的间距E、光爆层的厚度W、岩石的强度相关。当装药量发生变化时,可能出裂缝不贯穿或出现欠挖等现象,当岩石较软或裂隙较发育时,因装药过大就会出大量超挖及坍塌现象。影响光面爆破的主要因素在整堂课的教学中
17、,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确光面爆破在隧道工程中的应用2、装药参数及装药结构装药参数影响装药参数指每米炮孔的平均线装药量q(单位g/m)、装药密度(单位g/cm3)、炸药的爆炸性能(爆速、威力、猛度、殉爆)、药卷直径等。2)炸药爆速影响炸药在炮孔中爆炸时产生高温高压气体,其压力值可近似表示为:式中D指炸药的爆轰速度,单位m/s,同前。从公式中可以看出,爆轰压力与炸药的爆轰速度的平方成正比,而爆轰压力的大小直接反应出爆破对周围岩石的破坏程度。3)威力、猛度的影响威力指作工能力。猛度指爆炸荷载对围岩的瞬间冲击作用。由于光爆炮孔尤其是隧
18、道拱脚以上炮孔受重力作用,故炸药能量的一部份用来破碎岩石而另一部份是用来破坏光爆层的厚度,这一部份能量不能太大。被保护岩面要留下半个残痕,若爆炸冲击过大尤其是破碎围岩将会出现大小的坍方或超挖以及轮廓面不圆顺等现象。影响光面爆破的主要因素在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确光面爆破在隧道工程中的应用装药结构1)不藕合系数影响 =D/d,式中D指炮孔直径,d指药卷直径。实践证明不藕合系数与作用于岩壁面的最大切向应力max之间成指数关系,如图示。影响光面爆破的主要因素另外随不藕合系数的增加,在一定时间内压力几乎呈定值地作用于孔壁
19、上。当然值不可能越大越好,当炮孔大到一定程度时,由于空腔及管道效应,光爆药卷反而会中断爆轰或影响爆破效果或不足以形成拉伸裂缝。在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确光面爆破在隧道工程中的应用装药结构2)装药结构的影响 按药串在炮孔中的分布,装药结构可分为:(等直径药卷)连续装药、(空气)间隔装药、导爆索药串三种方式。按药卷与炮孔的藕合关系可分为:环向不藕合装药和径向不藕合装药结构两种方式,如下图示。影响光面爆破的主要因素装药结构直接影响爆炸气体在炮孔中的分布和波峰峰值大小,一定量的装药采用连续装药将出现装药长度不够导致周边孔
20、爆里不爆外,炮孔底部过度破碎出现挂门帘现象;采用径向间隔装药会耗用大量的雷管而且炮孔半痕保持率低。采用环向不藕合连续装药能基本保证装药沿炮孔全长均匀分布;使得整个裂缝面沿设计轮廓贯穿,而且该装药孔采用不少于75g底部加强装药能克服因孔深带来的底部夹制作用。在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确光面爆破在隧道工程中的应用影响光面爆破的主要因素3、其它方面的影响起爆时差影响 实践可知,预留光爆层会取得极好的光爆效果,原因是光爆层有较好的临空面,岩石有充足的移动空间,由此可知光爆孔与内圈孔间时差大一点对形成较规则的轮廓有好处,但时
21、间过大会由于先起爆的炮孔所产生的飞石可能打断后面迟发炮孔出现拒爆、带管等现象。另一方面当拱部的岩石完全落下,对边墙孔形成光爆条件也产生相应的影响。主爆孔的爆破效果影响 主炮孔的进尺、爆破范围直接关系到光爆孔,倘若主炮孔未按预留设计范围爆破将出现两种情况:一是加大周边孔光爆层厚度,二是减少了光爆层厚度,由前面分析可知主爆孔爆破效果直接关系到光爆层的爆破效果。工程地质影响 隧道光面爆破与围岩的可爆性、走向、产状、倾角、发育程度、是否有断层、褶折、夹层等情况密切相关。实践证明:凡均质岩石且可爆性较好的围岩均可取得良好的光爆效果,对在不良地质的情况下进行光面爆破,应该适时调整爆破参数。钻孔精度影响大量
22、实例证明钻孔精度是关系到光面爆破的成败因素。钻孔误差满足不到设计要求,改变了光面爆破参数,如打爬眼这不但会增大光爆层的厚度W而且爆后容易出现超挖,又如不平行会改变两孔的间距E,以致裂缝贯不通或改变成缝方向,再如一开始挂眼不准确加上钻进过程中方向偏差掌握不好,相邻两孔根部的实际间距满足不了形成光面爆破的最佳参数。从大量现场光面爆破较好的隧道看出:周边孔的钻孔精度要求最高。在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确光面爆破在隧道工程中的应用提高光面爆破效果的具体措施1、合理选择孔网参数孔间距E:E=0.40.75m,通常软岩取0.4
23、0.5m;中硬岩取0.50.6m;硬岩取0.600.75m;光面层厚度W W=0.50.85m,通常软岩取0.50.65m;中硬岩取0.550.75m;硬岩取0.700.85m;炮孔密集系数m 炮孔密集系数m=E/W=0.51.0取值,通常均质、中硬及以上岩石取0.8,软岩取0.6左右取值。外插值 光爆层厚度W要计入外插值,如右图示,取值在340左右,或按35cm/m进行考虑。在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确光面爆破在隧道工程中的应用2、合理选择装药参数平均线装药量q=0.10.30Kg/m或按经验公式进行比较选择。软
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