隧道鉆爆法施工作業(yè)

/隧道鉆爆法施工作業(yè)鉆爆作業(yè)過程簡述…

開挖作業(yè)基本要求：

1．按設(shè)計要求開挖出斷面（包括形態(tài)、尺寸、表面平整、超欠挖等要求）；

2．石碴塊度適中，便于裝碴運輸；

3．鉆眼工作量少，少占作業(yè)循環(huán)時間；

4．盡量減小對圍巖的振動破壞。

一、爆破破巖作用機理及有關(guān)概念

（一）無限介質(zhì)中的爆破作用(圖7—1)

1．壓縮粉碎區(qū)～半徑為的區(qū)域。

2．拋擲區(qū)～和之間的范圍。

3．松動區(qū)～和之間的區(qū)域。

4．振動區(qū)～和之間的范圍。

（二）爆破基本概念

1．臨空面：指暴露在大氣中的開挖面。

在爆破中的作用：臨空面越多，爆破威力越大。

2．爆破漏斗(圖7—2)

爆破漏斗：在只有一個臨空面的狀況下，爆破形成圓錐形的爆破凹坑。

爆破漏斗由以下幾何要素組成：

①最小抗拒線：藥包中心到臨空面的最短距離

②爆破漏斗半徑

③裂開半徑：藥包中心到爆破漏斗邊沿的距離

④漏斗深度

⑤壓縮圈半徑

其中，最關(guān)鍵的是。3．爆破作用指數(shù)

爆破作用指數(shù)：爆破漏斗半徑和最小抗拒線的比值。

對于爆破效果有重要影響，留意到取決于，可見最小抗拒線是關(guān)鍵因素。

（三）柱狀藥包爆破特點

適用于隧道爆破的是柱狀藥包。

特點：柱狀藥包爆炸應(yīng)力波的傳播方向，是以藥包軸線為軸線，沿著垂直于藥包表面的方向往四周傳播。

所以，這對于僅在孔口有一個臨空面的爆破，是特別不利的。

動腦筋，多設(shè)置臨空面…

二、鉆孔機具

（一）鑿巖機(鉆機)

按運用動力可分為風(fēng)動鑿巖機、內(nèi)燃鑿巖機、電動鑿巖機和液壓鑿巖機四種。

目前在隧道開挖中，廣泛運用的是風(fēng)動鑿巖機和液壓鑿巖機。

1．風(fēng)動鑿巖機（見圖7—3）俗稱風(fēng)鉆。

以壓縮空氣為動力。既可單人操縱，也可裝在臺車上運用，但以前者為主。

優(yōu)點：

①結(jié)構(gòu)簡潔，操作便利；

②不怕超負荷和反復(fù)起動，在多水、多塵等不良環(huán)境中仍能正常工作。

缺點：

①壓縮空氣供應(yīng)設(shè)備困難；

②能量利用率低；

③噪音大。

2．液壓鑿巖機

由液壓馬達供應(yīng)動力。只能用于臺車。

優(yōu)點：

①動力消耗少，能量利用率高，其動力消耗僅為風(fēng)動鑿巖機的1/3～1/2；

②鑿巖速度高。液壓鑿巖機鑿巖速度比風(fēng)動鑿巖機高50％～150％。

③能針對不同硬度巖石，自動調(diào)整在高頻低能或低頻高能狀態(tài)下工作，以提高鑿巖功效。

④潤滑條件好，運用壽命長；

⑤噪音小，液壓鉆的噪音比風(fēng)鉆降低10～15dB。

缺點：

①重量大，附屬裝置多，僅能在臺車上運用；

②造價高。

（二）鑿巖臺車

鑿巖臺車：將多臺鑿巖機安裝在一個特地的移動設(shè)備上，實現(xiàn)多機同時作業(yè)。圖7—4所示。

適宜于：大斷面全斷面隧道。

有風(fēng)動、液壓，主要是后者，1～4臂。

三、爆破材料

爆破材料：炸藥、起爆、傳爆材料。

（一）炸藥

1．炸藥的性能

主要性能：

（1）敏感度：簡稱感度，是指炸藥在外界起爆能作用下發(fā)生爆炸反應(yīng)的難易程度。

因此要依據(jù)炸藥的感度：Ⅰ、選擇合理的引爆能；

Ⅱ、平安運用（運輸、保管等）

依據(jù)對起爆能的反應(yīng)程度，有：

a．熱敏感度。也稱爆發(fā)點，即使炸藥爆炸的最低溫度。見表7-1。

表7－1幾種炸藥的爆發(fā)點

炸藥名稱EL系列

乳化炸藥2號煤礦

硝銨炸藥梯恩梯黑索金2號巖石

硝銨炸藥黑火藥硝化甘油特屈兒爆發(fā)點(℃)330180～188290～295230186～230290～310200195～200

b．火焰感度：炸藥對火焰的敏感度。

c．機械感度：炸藥對機械能（撞擊、摩擦）作用的敏感程度。

d．爆轟感度：炸藥對爆轟波的敏感程度。

（2）爆速：爆轟波在炸藥內(nèi)部的傳播速度。見表7－2。

表7－2幾種炸藥的爆速

炸藥名稱銨梯炸藥硝化甘油梯恩梯黑索金特屈兒太安密度(g/cm3)1.401.601.601.761.591.72爆速(m/s)520074506850866073348083

（3）爆力：爆炸時對四周介質(zhì)做功的實力稱為爆力。

（4）猛度：炸藥爆炸后對和之接觸的固體介質(zhì)的局部破壞實力稱為猛度。

（5）殉爆距離：一個藥包爆炸后，能引起和它不相接觸的鄰近藥包爆炸，該鄰近藥包即為“殉爆”。二者之間的距離稱為“殉爆距離”。

（6）其它性能(略)

2．隧道工程中常用的炸藥

隧道爆破中運用的炸藥，應(yīng)當(dāng)是爆炸威力大、運用平安、產(chǎn)生有毒氣體少的炸藥。隧道中常運用的是2＃巖石硝銨炸藥。在有瓦斯的隧道中則運用煤礦硝銨炸藥。它們屬于銨梯炸藥。

優(yōu)點：化學(xué)安定性好，有毒氣體少，機械感度低，制造簡潔，價格便宜，運用平安。

缺點：抗水性能差，簡潔吸潮結(jié)塊而影響爆炸性能。

它是在2＃巖石硝銨炸藥的基礎(chǔ)上外加確定比例的食鹽作為消焰劑制成的。銨梯炸藥的缺點是

隧道爆破標(biāo)準(zhǔn)藥卷規(guī)格：外徑φ32mm，裝藥凈重150g，長度200mm。

此外，還有φ22mm，φ25mm，φ35mm，φ40mm等，長度為165～500mm，供選用。

（二）起爆傳爆材料（系統(tǒng)）

1．導(dǎo)火索和火雷管

（1）導(dǎo)火索：藥芯為黑火藥，燃燒速度0.01～0.07m/s。

作用：傳遞火焰給火雷管，使火雷管爆炸。

（2）火雷管：由導(dǎo)火索噴出的火焰引爆的雷管。見圖7—5。

優(yōu)點：成本低，運用靈敏，不受雜散電流的影響。

缺點：其火焰感度和機械感度均高，擔(dān)憂全，只有即發(fā)雷管。

火雷管分成十個等級，號數(shù)越大，起爆實力越強。工程上常用的是6號和8號雷管。

2．電雷管：由導(dǎo)電線傳輸電流使裝在雷管中的電阻發(fā)熱而爆炸。見圖7—6。

分為即發(fā)電雷管和遲發(fā)電雷管兩種。

遲發(fā)電雷管又稱延期電雷管，有秒延期和毫秒延期之分。

秒延期電雷管：引爆通電后能延長一段以秒計的時間間隔，然后才爆炸。為七段，段數(shù)越大，延期時間越長。

毫秒延期電雷管：引爆通電后能延長一段以毫秒計的時間間隔，然后才爆炸。共有五個系列，其中其次系列在工程中最常用。

優(yōu)點：火焰感度和機械感度低，平安性增加。

缺點：測電阻困難，易受雜散電流的影響，爆破牽線麻煩。

3．塑料導(dǎo)爆管和非電雷管

（1）塑料導(dǎo)爆管：傳遞爆轟波給非電雷管，使之爆炸。

爆轟波在管內(nèi)的傳播速度為。

塑料導(dǎo)爆管常用火雷管起爆。

特點：

a.起爆敏感度好～一個火雷管足以激發(fā)管內(nèi)爆轟波；

b.傳播速度快～爆轟波波速約1600~2000m/s；

c.耐火性能好～將其燒完也不能引爆它；

d.抗水性能好～水下80m，放置48h仍能正常起爆；

e.抗電擊性能好～可抗30KV的直流電；

f.抗沖擊性能好～一般的機械撞擊不能引爆它；

g.強度好～5至7公斤的拉力不會使管徑變細；

h.對外界影響小～爆轟過后，管子照舊，只是由白色變?yōu)榛液谏?/p>

i.安裝簡潔，運用便利；

k.價格便宜。

(2)非電雷管：協(xié)作塑料導(dǎo)爆管將炸藥引爆。

有即發(fā)、秒延期和毫秒延期之分。隧道主要用毫秒延期，稱為“非電毫秒雷管”。

毫秒延期國產(chǎn)共計20段，段位越高，延遲時間越長。

其結(jié)構(gòu)見圖7—7。和電雷管的主要區(qū)分在于不用電點火裝置，而是由塑料導(dǎo)爆管傳遞的爆轟波引爆。

4．導(dǎo)爆索

作用：置于爆破孔眼之中，使孔眼中全部的柱狀藥卷同時起爆。

紅色或紅黃相間顏色，實心，爆速6800～7200m/s，本身須要雷管才能引爆。

分為一般導(dǎo)爆索和平安導(dǎo)爆索兩種。

a.一般導(dǎo)爆索：一般導(dǎo)爆索在爆轟過程中火焰猛烈，只能用于沒有瓦斯的隧道中。

b.平安導(dǎo)爆索：加了消焰劑，用于有瓦斯的隧道中。

四、隧道內(nèi)常用的爆破方法

（一）炮眼種類和作用

炮眼類型可分為如下三種。

1．掏槽眼：先行起爆，為后續(xù)爆破的炮眼創(chuàng)建臨空面的炮眼。

如圖7—8中的1號炮眼

2．幫助眼：位于掏槽炮眼和周邊炮眼之間的炮眼稱為幫助。

作用：擴大爆破，并為周邊炮眼的爆破創(chuàng)建臨空面。

如圖7—8中的2號炮眼。

3．周邊眼：沿隧道周邊布置的炮眼稱為周邊眼。

作用：炸出設(shè)計輪廓。

按其所在位置不同，又可分為幫眼（3號眼）、頂眼（4號眼）和底眼（5號眼）。如圖7—8中的3、4、5號炮眼。

（二）掏槽眼的形式

掏槽爆破質(zhì)量的好壞，干脆影響整個隧道爆破的成敗。依據(jù)施工方法、開挖斷面大小、圍巖狀況和鑿巖機具的不同，可將掏槽方式分為斜眼掏槽和直眼掏槽。

1．斜眼掏槽

特征：炮眼和開挖面斜交。

它的種類很多，如錐形掏槽、爬眼掏槽、各種楔形掏槽、單斜式掏槽等等。

隧道中常用的是垂直楔形掏槽和錐形掏槽。

（1）垂直楔形掏槽（圖7—8）。掏槽炮眼呈水平對稱布置，爆破后將炸出楔形槽口。

（2）錐形掏槽（圖7—9）。掏槽炮眼呈角錐形布置。依據(jù)掏槽炮眼數(shù)目的不同分為三角錐、四角錐及五角錐等。圖7－9所示為四角錐掏槽。

優(yōu)點：

由于能炸出漏斗，故碴石拋擲角度好，可以依據(jù)巖石的實際狀況來確定掏槽眼數(shù)和角度，節(jié)約炸藥，爆破效果好。

缺點：

打斜眼時，炮眼深度受到洞室尺寸的限制，不便深眼爆破，只能接受多層楔形掏槽，增加了鉆眼難度。若多機作業(yè)，弄不好就打在了一起，因此也不便多機同時作業(yè)。

2．直眼掏槽

特征：炮眼和開挖面垂直。

優(yōu)點：便于深眼爆破，可多機鑿眼，進度快。

缺點：拋擲角度不佳，需增加炮眼的數(shù)量和炸藥用量。

對掏槽眼本身來說，也有一個提高爆破效果的問題，特別是直眼，常接受中空眼，即鉆直徑為102mm的空眼，不裝藥，成為“臨空孔”。其它炮眼直徑約為35mm左右。

比較：

同樣深的炮眼，斜眼的最小抗拒線比直眼的要小。

常用的直眼掏槽形式有：

（1）柱狀掏槽(圖7－10)。使爆破后能形成柱狀槽口的掏槽爆破。

臨空孔的空眼數(shù)目，視炮眼深度而定：

a.孔眼深度小于3.0m時取一個；

b.孔眼深度為3.0~3.5m時，接受雙臨空孔；

c.孔眼深度為3.5~5.0m時接受三個孔。

（2）螺旋形掏槽(圖7－11)。中心眼為空眼，鄰近空眼的裝藥眼和空眼之間距離慢慢加大，其聯(lián)線呈螺旋形態(tài)。

爆破按1、2、3、4依次起爆。

（三）炸藥品種的選擇、用量及其支配

1．炸藥品種的選擇

前已述，2＃巖石硝銨炸藥。

2．炸藥的用量

藥量不足，會出現(xiàn)炸不開、塊度偏大、炮眼利用率低、輪廓線不整齊等現(xiàn)象；

藥量過多，則會破壞圍巖的穩(wěn)定，拋碴分散影響裝運，而且很擔(dān)憂全。

用藥總量的計算公式為：

(7－1)

式中：

—一個爆破循環(huán)的總藥量，kg；

——爆破單位體積巖石的炸藥平均消耗量，簡稱炸藥的單耗量，kg/m3；

——一個爆破循環(huán)的掘進進尺，m；

——開挖斷面的面積，m2。

3．炸藥單耗量值的確定

值主要受巖石的抗爆破性、斷面進尺比、臨空面的數(shù)目、炮眼布置形式，掏槽效果等因素的影響。

一般而言，巖石的完整性系數(shù)值越大，值越大，斷面進尺比越大，則值越??；臨空面越多，值越小，炮眼布置不當(dāng)或掏槽效果不佳，值會增大。隧道爆破中實際接受的值通常在0.7~2.5kg/m3之間。

4．炸藥量的支配

總的炸藥量應(yīng)支配到各個炮孔中去。由于各種炮眼的作用及受到的巖石夾制狀況不同，裝藥數(shù)量亦不相同。通常按裝藥系數(shù)進行支配，值可參考表7－6。

表7－6裝藥系數(shù)值

圍巖級別

炮眼名稱Ⅳ、ⅤⅢⅡⅠ掏槽眼、底眼0.50.550.60.65~0.80幫助眼0.40.450.50.55~0.70周邊眼0.40.450.550.60~0.75

（四）炮眼深度

確定炮眼深度的方法有兩種：

①接受斜眼掏槽時，炮眼長度受開挖面大小的影響，炮眼深度不易過大。故最大炮眼深度：

式中，—斷面寬度（或高度）。

②依據(jù)進尺數(shù)來確定，即：

（7－2）

式中：——每掘進循環(huán)的支配進尺數(shù)，m；

——炮眼利用率。一般要求不低于0.85。

（五）炮眼直徑

隧道爆破中，常用不偶合系數(shù)來限制藥卷直徑和炮眼直徑，二者是有關(guān)聯(lián)的。

掏槽眼及幫助眼～應(yīng)接受較小的值，以提高炸藥的爆破效率；

周邊眼～應(yīng)接受較大的值，以減小對圍巖的破壞。

（六）炮眼數(shù)量和比鉆眼數(shù)

1．炮眼數(shù)量

炮眼數(shù)量計算公式：

（7－3）

式中：——單孔平均裝藥量，；

——裝藥系數(shù)，即裝藥長度和炮眼全長的比值，隨圍巖、炮眼類別不同而不同，一般?。?.5~0.8，詳細取值見表7－6；

——每延米藥卷的炸藥重量，kg/m，2號巖石硝銨炸藥每米重量見表7－7；

、、的意義同前。

表7－72號巖石硝銨炸藥每米重量

藥卷直徑（mm）323538404550(kg/m)0.780.961.101.251.591.90

2．比鉆眼數(shù)

指單位開挖斷面的平均鉆眼數(shù)。

它是評價在同等條件下鉆眼工作量的一個指標(biāo)。通常單位開挖斷面的平均鉆眼數(shù)為2～6個。其中掏槽眼的值較大，周邊眼次之，幫助眼較小，即不同部位的炮眼布置密度不同。

可按下式計算：

（7－4）

式中，—炮眼數(shù)目；—開挖斷面積。

（七）炮眼布置

炮眼布置原則；

1．將計算出的炮眼數(shù)目大致勻整地分布于開挖面上。

2．掏槽眼應(yīng)位于開挖面中心偏下部位，其深度應(yīng)比掘進眼深15～20cm。

3．幫助眼應(yīng)由內(nèi)向外，逐層布置，逐層起爆，逐步接近開挖斷面輪廓形態(tài)。

4．周邊炮眼嚴格依據(jù)相關(guān)要求布置。在后邊“（九）周邊眼的限制爆破”中詳細介紹。

幾種布置方法(圖7-12、7-13)：

（八）裝藥結(jié)構(gòu)

1.依據(jù)雷管的位置(見下圖)

⑴正向裝藥

將雷管放在眼口其次個藥卷位置上，雷管聚能穴朝向眼底，并用炮泥堵塞眼口。

⑵反向裝藥

將雷管放在眼底其次個藥卷位置上，雷管聚能穴朝向眼口，可不堵炮泥。

反向裝藥結(jié)構(gòu)能提高炮眼利用率，故多為現(xiàn)場所接受。

2.依據(jù)藥卷的連續(xù)方式

⑴連續(xù)裝藥

藥卷一個緊挨著一個。

用于掏槽眼和幫助眼。

⑵間隔裝藥

用于周邊眼，以削減炸藥威力。

起爆依次：

導(dǎo)火索——火雷管——塑料導(dǎo)爆管——非電毫秒雷管——紅色導(dǎo)爆索——全眼藥卷

（九）周邊眼的限制爆破

隧道限制爆破有光面爆破和預(yù)裂爆破兩種方式。

1．光面爆破

起爆依次為：掏槽眼——幫助眼——周邊眼。

主要標(biāo)準(zhǔn)為：圍巖壁上勻整留下50％以上的半個炮眼痕跡。

特點：對圍巖擾動小、極大地改善了圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)、有利于削減超挖和回填，降低造價。

光面爆破能否取得志向效果應(yīng)留意兩條：①主要技術(shù)參數(shù)；②主要技術(shù)措施

Ⅰ.主要技術(shù)參數(shù)

有：周邊炮眼的間距，光面爆破層的厚度，周邊炮眼密集系數(shù)和裝藥集中度等。詳細如下：

（1）周邊炮眼間距

對爆破的基本要求：

①炮孔內(nèi)靜壓力合力必需大于巖體的極限抗拉力，以保證將陰影部分炸掉；

②炮孔內(nèi)靜壓力合力必需小于爆破巖體的極限抗壓力，以保證不超挖。

見圖7－14，F(xiàn)力往上是壓，圍巖抵??；往下是拉，臨空面是空的。故有：

即

（7－5）

式中：——巖體的極限抗拉強度，MPa；

――巖體的極限抗拉強度，MPa；

――炮孔內(nèi)炸藥爆炸靜壓力合力，N；

――炮孔直徑，cm;

――炮孔深度，cm；

――孔距系數(shù)，。

可見，和周邊炮眼間距有關(guān)的參數(shù)是：巖體的抗拉、抗壓強度以及炮眼直徑有關(guān)。

（2）光面層厚度及炮眼密集系數(shù)

光面層：周邊炮眼爆破的那一部分巖層。其厚度就是周邊炮眼的最小抗拒線。光面層厚度一般應(yīng)取50～90cm。

周邊炮眼的密集系數(shù)：周邊炮眼間距和最小抗拒線的比值。以＝0.8左右為宜。

k過大――會留下巖埂（欠挖）

k過小――會炸壞輪廓（超挖）

(3）裝藥量

通常用線裝藥密度，即每米長炮眼的裝藥數(shù)量來表示。一般限制在0.04~0.4kg/m。

Ⅱ.技術(shù)措施

（1）運用低爆速、低猛度、低密度、傳爆性能好、爆炸威力大的炸藥。

（2）接受不偶合裝藥結(jié)構(gòu)，以削減爆炸對圍巖的破壞。

（3）周邊炮眼應(yīng)同步起爆。

（4）嚴格限制裝藥集中度，必要時接受間隔裝藥結(jié)構(gòu)。

2．預(yù)裂爆破

起爆依次為：周邊眼——掏槽眼——幫助眼。

首先沿著開挖輪廓線預(yù)爆破出一條用以反射地震應(yīng)力波的裂縫，稱之為“預(yù)裂”。

其爆破原理和光面爆破相同。

預(yù)裂爆破的周邊眼間距、預(yù)留內(nèi)圈巖層厚度、裝藥量及裝藥集中度均較光面爆破要?。坏鄳?yīng)增加了周邊眼數(shù)量和鉆眼工作量。

預(yù)裂爆破對圍巖的擾動更小，更適用于穩(wěn)定性較差的軟弱裂開巖層。

（十）起爆方法

至今為止，起爆方法有：

導(dǎo)火索起爆法、導(dǎo)爆索起爆法、電力起爆法和導(dǎo)爆管起爆法。

隧道開挖爆破中接受導(dǎo)爆管起爆法。

1.單個炮眼起爆途徑～前述正、反向裝藥結(jié)構(gòu)中已講。

2.斷面上炮眼連線系統(tǒng)

見圖7-15，俗稱“一把抓”法，說明之：

導(dǎo)火索——火雷管1——塑料導(dǎo)爆管——非電即發(fā)雷管2——塑料導(dǎo)爆管——非電毫秒雷管(炮眼中)——紅色導(dǎo)爆索——全眼藥卷

（十一）起爆依次剛好差

1．起爆依次用遲發(fā)雷管的不同延期時間（段別）來實現(xiàn)。

2．各層炮之間的起爆時差越小，則爆破效果越好。常接受的時差為40～200ms，稱為微差爆破。

3．同段眼必需同時起爆，以保證同段眼的共同作用效果(同圈眼不愿定是同段眼，如螺旋形掏槽眼)。

（十二）瞎炮處理

瞎炮：沒有能引爆的藥包。

常用處理方法：

1.在瞎炮旁不大于30cm處打一平行炮眼，裝藥引爆，使瞎炮殉爆。

2．無堵塞的反向裝藥炮眼，可干脆在孔口內(nèi)再裝一個起爆藥包誘爆。

五、隧道爆破開挖中的超挖問題

超挖：超出設(shè)計輪廓線以外，多挖掉的那部分巖體。超

超挖的害處：

①增加了造價；

②加大了對圍巖的擾動；

③造成隧道內(nèi)壁面不平整，給后續(xù)的網(wǎng)噴、防水板鋪設(shè)、模筑混凝土襯砌工作增加了難度。

1．產(chǎn)生超挖的主要緣由

⑴不利的圍巖層理和節(jié)理～在軟弱巖層中尤為突出；

⑵爆破方法和參數(shù)～一般爆破法、光面爆破法的差別；爆破參數(shù)的科學(xué)性；

⑶炮眼放樣誤差～人工在巖面上畫線。

2．限制超挖的主要措施

⑴接受限制爆破，合理確定爆破參數(shù)；

⑵加強鉆孔技術(shù)管理，提高鉆孔精度；

⑶建立健全質(zhì)量管理制度。

其次節(jié)裝碴和運輸

出碴作業(yè)往往占全部開挖循環(huán)作業(yè)時間的35~50%，限制著隧道的施工速度。

出碴作業(yè)由三個環(huán)節(jié)組成：裝碴、運輸和卸碴。

一、裝碴

1．碴量計算

單循環(huán)爆破后石碴量可按下式計算：

（m3）

（7－6）

式中：

——巖體松脹系數(shù)，見表7－8；

——超挖系數(shù)，視爆破質(zhì)量而定，一般可取1.15~1.25；

——設(shè)計循環(huán)進尺，m；

——開挖斷面面積，m2。表7－8巖體松脹系數(shù)值

巖體級別ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ土石名稱石質(zhì)石質(zhì)石質(zhì)石質(zhì)砂夾卵石硬粘土粘性土砂礫松脹系數(shù)1.851.81.71.61.351.301.251.15

2．裝碴方式

人力裝碴或機械裝碴。目前隧道施工中一般都接受機械裝碴，但仍需配備少數(shù)人工幫助。

3．裝碴機械

按扒碴方式可分為：鏟斗式、蟹爪式、立抓式、挖斗式。

隧道施工中常用的幾種裝碴機有：

（1）翻斗式裝碴機(圖7—16)

特點：鏟斗后卸式，有風(fēng)動和電動之分。

優(yōu)點：構(gòu)造簡潔，操作便利。

缺點：裝載寬度小。

適用于：小斷面或規(guī)模較小的隧道。

（2）蟹爪式裝碴機(圖7—17)

特點：連續(xù)裝碴。多為電動履帶式，也有輪胎式和軌道式。

優(yōu)點：裝碴效率高，無廢氣污染。

缺點：碴塊較大時，連續(xù)作業(yè)受阻。

適用于：碴塊較小的裝碴作業(yè)。

（3）鏟斗式裝碴機(圖7—18)

特點：有履帶式、輪胎式兩種，轉(zhuǎn)彎半徑小，移動靈敏，鏟斗容量大，達0.76~3.8m3。

優(yōu)點：裝碴效率高，適用性強。

缺點：接受燃油發(fā)動機驅(qū)動，廢氣污染洞內(nèi)空氣。二、運輸

基本方式：

①有軌運輸：鋪設(shè)輕型軌道，用特地的出碴車輛裝碴，小型機車牽引。

優(yōu)點：無污染

缺點：效率較低

適用于：3km以上的長大隧道施工。

②無軌運輸：接受自卸汽車運輸。

優(yōu)點：效率高

缺點：污染大

適用于：3km以下的隧道施工。

（一）有軌運輸

1．運輸車輛

有斗車、梭式礦車和槽式列車等。

（1）斗車～最簡潔的出碴工具。容積為6～30m3。

（2）梭式礦車～單車容積為4～16m3，可以單車運輸，也可以組成列車運輸，須要機車牽引；自帶刮板運輸機，可以在雙軌線路上側(cè)向卸碴，高效率，多用。

（3）槽式列車。如圖7—19所示，已基本為梭式礦車所取代。

2．牽引機車

①電動機車

即電瓶車。

優(yōu)點：體積小，無污染，不需架設(shè)供電線路，運用平安。

缺點：需特地充電設(shè)備，牽引力較小。

改進方式：接觸一蓄電池混合供電式電動機車

即在成洞地段接受接觸式供電，非成洞地段用蓄電池供電。一般用于長大隧道。

②內(nèi)燃機車～隧道施工中一般不接受。

優(yōu)點：牽引動力大

缺點：污染大

3．運輸軌道布置和調(diào)車方法

⑴軌道基本參數(shù)

a.鋼軌～16kg/m或16kg/m以上

b.軌距～600或750mm

c.軌道縱坡和隧道縱坡相同，洞外可不同，但一般不超過2％。

⑵運輸軌道布置

a.單車道方式(圖7-20)

特點：運輸實力較低。一般用于地質(zhì)條件較差或小斷面開挖的隧道中。

錯車方式：在成洞地段鋪設(shè)會車線，其有效長度應(yīng)能容納一個列車，一般為50～60m。

b.雙車道方式(圖7-21)

特點：運輸實力較強。一般用于地質(zhì)條件較好、斷面較大的隧道中。

調(diào)車方式：每隔100～200m設(shè)一渡線，每隔2～3個渡線設(shè)一反向渡線。

4．調(diào)車設(shè)備和軌道延長

在裝碴時，為了削減調(diào)車占用的時間，應(yīng)盡量縮短調(diào)車距離和接受適宜的調(diào)車設(shè)備。較常用的調(diào)車設(shè)備有簡易道岔、平移調(diào)車器、水平移車器和浮放道岔等。

⑴簡易道岔～由一根能活動的長度為2.5~4.0m的尖軌和一個岔心組成。

特點：構(gòu)造簡潔、鋪設(shè)簡潔、運用便利。

適用于：人推斗車而不能通過牽引機車。

⑵平移調(diào)車器～由底架、車輪和車架三個主要部分組成。

特點：靈巧、調(diào)車快、易拆移。

適用于：雙道調(diào)車

⑶水平移車器～由導(dǎo)輪軌、導(dǎo)輪、導(dǎo)鏈或氣動水平移車裝置組成。

特點：從上方將斗車提起離開鋼軌，再水平橫移至另一股道上。移車速度較快，但也易出故障。

⑷浮放道岔～是浮放在運輸軌道上的調(diào)車設(shè)備，可用機車或裝碴機牽引移位。

特點：可以浮放在靠近開挖面的軌道上，供裝碴時調(diào)車用，也可以浮放在區(qū)間軌道上，作調(diào)車渡線運用。

⑸軌道延長～指隧道開挖面旁邊不足一節(jié)鋼軌標(biāo)準(zhǔn)長度部分和掘進進尺部分實施的臨時性軌道延長。待開挖面對前推動后，將連續(xù)的幾根短軌換成標(biāo)準(zhǔn)長軌。

5．機車、斗車數(shù)目的確定和列車運行圖

（1）機車、斗車數(shù)目的確定

為了提高有軌運輸實力，加快隧道施工速度，應(yīng)備齊足夠數(shù)量的牽引機車和出碴斗車。

a．機車牽引定數(shù)

（t）

（7－7）

式中：——機車牽引力，N，參機車規(guī)格說明；

——列車的單位阻力，N/t，考慮附加阻力，可近似取80N/t；

——坡度單位阻力，取運輸?shù)缆返淖畲笙拗破露龋ā耄?/p>

——機車自重，t。

b．每列車牽引的斗車數(shù)目

（輛）

（7－8）

式中：——斗車自重，t；

——斗車載重量，t。

c．出碴須要的斗車數(shù)量

（臺）

（7－9）

式中：——每工班出碴總車數(shù)，即；

——每工班石碴量，；

——斗車容積，；

——斗車裝滿系數(shù)，一般為0.7～0.9；

——每工班車輛循環(huán)次數(shù)，即；

其中——每工班凈出碴時間，min；

——車輛循環(huán)一次須要的時間，min。

d．須要機車數(shù)量

（臺）

（7－10）

（次）

（7－11）

式中：、意義同前；

——每工班機車的循環(huán)次數(shù)；

——機車循環(huán)一次須要的時間，min，由調(diào)車、編組、運行、會車、卸碴等時間綜合求得。

上述計算數(shù)目為實際須要量?？紤]到修理、故障等問題，還需有備用數(shù)量，備用數(shù)量：斗車按實際需用量的40％～50％配備，機車為需用量的50％～100％。

（2）列車運行圖

見（圖7－22）：

①橫坐標(biāo)表示時間，縱坐標(biāo)表示距離；

②列車的運行用斜線表示；

③裝碴、卸碴、待避、編組、解體、調(diào)車等用水平線表示。

說明：

該圖所示的是一個隧道的出碴列車運行圖，共有三組列車，洞內(nèi)設(shè)編組站一個，洞外設(shè)會讓站一個。

以第一組列車為例，重車運行20min，卸碴10min，空車返回到會讓站5min，在會讓站停車待避5min，再運行10min到編組站，在編組站停車待避5min，再行車5min到終點，空車解體、裝碴、重車編組15min，全列車來回循環(huán)一次共75min。

（二）無軌運輸

無軌運輸接受大型自卸汽車，如圖7—23所示。由于汽車的靈敏性高，調(diào)車并無確定之規(guī)，只要依據(jù)實際的洞內(nèi)寬度和洞外地形大致定出會車地點就行了，在這一點上比有軌方式優(yōu)越。

三、卸碴

卸碴工作主要是考慮石碴如何處理以及卸碴場地的布置。由洞內(nèi)運出的石碴，一般可考慮進行三方面的處理：

1．選用合乎強度標(biāo)準(zhǔn)的巖塊加工成襯砌混凝土材料的粗骨料；

2．用作路基填方或洞外工作場地填方；

3．棄置于山谷或河灘。

應(yīng)予強調(diào)的是：在棄碴場地的選擇上，除應(yīng)考慮卸碴便利、不占良田、不堵塞航道外，對不污染環(huán)境要高度重視，有放射性的要按規(guī)定深度掩埋，并防止雨水沖刷，造成二次污染。第三節(jié)隧道支護技術(shù)

一、概述

1.支護的作用：和施工方法的關(guān)系～傳統(tǒng)的、現(xiàn)在的

2.支護的類型：臨時支護和永久支護；初期支護和二次支護

二、臨時支護

要求：構(gòu)造簡潔，便利架設(shè)；便于修筑永久支護；價格低廉。

1．木支撐

特點：易損壞，倒用次數(shù)少，利用率低，消耗大量木材，且占用凈空多，不利于機械化施工。

目前已基本不用。

2．鋼支撐

特點：承載力強，經(jīng)久耐用，倒用次數(shù)多，占用空間小，節(jié)約木材；但一次投資費用高，裝拆不便。

鋼材：工字鋼、槽鋼、舊鋼軌、鋼筋

型式：格柵鋼架、鋼拱架等

3．鋼筋混凝土支撐～隧道施工中一般不用。

4．錨桿支撐及噴射混凝土支撐

即是臨時支護，又是永久支護，也是初期支護，很重要。

三、初期支護

初期支護～即錨噴支護，以下統(tǒng)稱為錨噴支護：

①錨桿支護

②噴射混凝土支護

③噴射混凝土錨桿聯(lián)合支護(最多用)

④網(wǎng)、錨、噴聯(lián)合支護

⑤錨噴和鋼支撐聯(lián)合支護

也可接受鋼纖維替代鋼筋網(wǎng)，稱為“鋼纖維噴射混凝土”。

錨噴支護設(shè)計和施工詳見第九章的新奧法施工技術(shù)。

四、模筑混凝土襯砌

傳統(tǒng)礦山法：隧道永久支護～模筑混凝土襯砌。

復(fù)合式襯砌：二次襯砌～模筑混凝土襯砌。

模筑混凝土襯砌施工的工作內(nèi)容有：混凝土材料及模板的選擇和準(zhǔn)備，灌筑前的準(zhǔn)備工作，混凝土的制備和運輸，灌筑作業(yè)，養(yǎng)護和拆模，以及必要時在成洞地段對襯砌背后進行的壓漿工作等。

（一）混凝土材料及模板的選擇和準(zhǔn)備

1．模筑混凝土的材料和級配

（1）水泥～一般接受一般硅酸鹽水泥。隧道襯砌應(yīng)選用不小于325號的一般硅酸鹽水泥。

（2）砂子～粒徑不大于5mm，干凈。

（3）石子～強度不應(yīng)小于30MPa。

（4）外加劑～早強劑、減水劑、加氣劑、防凍劑、密實劑、緩凝劑等。

（5）水～凡能供飲用的水均可。

2．模板類型和選擇

隧道內(nèi)常用模板類型有：整體移動式模板臺車、分體移動式模板臺車、拼裝式拱架模板。

（1）整體移動式模板臺車

特點：鋼模板整體成形、在軌道上走行、墻拱連續(xù)灌筑。

（2）分體移動式模板臺車

特點：走行機構(gòu)和整體模板分別，一套走行機構(gòu)可以解決幾套模板的移動問題，即提高了走行機構(gòu)的利用率，又可以多段襯砌同時施作。

適用于：全斷面一次開挖成形的隧道。

（3）拼裝式拱架模板

特點：鋼模板或木模板，將整榀拱架分解為2～4節(jié)，進行現(xiàn)場組裝。效率較低。

適用于：靈敏性大，適應(yīng)性強，都能用。

（二）模筑襯砌施工準(zhǔn)備工作

1．?dāng)嗝鏅z查

檢查開挖斷面是否符合設(shè)計要求。

2．放線定位

測量確定襯砌立模位置，并放線定位。

為保證隧道襯砌凈空尺寸，一般將初襯內(nèi)輪廓尺寸擴大5cm。

3．拱架模板試拼裝

立模前應(yīng)在洞外樣臺上將拱架和模板進行試拼，發(fā)覺問題剛好解決，否則進洞后不好處理。

（三）混凝土的制備和運輸

原則：混凝土途中運輸?shù)臅r間應(yīng)盡量縮短，一般不應(yīng)超過45min，以防運輸時間過長而離析或初凝。

方法：

①當(dāng)隧道不太長時，攪拌站可設(shè)在洞外，以削減洞內(nèi)干擾。

②隧道較長時，一般應(yīng)設(shè)在洞內(nèi)，或接受攪拌車運輸混凝土。

③運至灌筑地點的混凝土如有離析現(xiàn)象時，應(yīng)進行再攪拌后方可灌筑入模。

（四）混凝土灌筑施工

隧道襯砌混凝土的灌筑基本要求：

1．保證搗固密實，使襯砌具有良好的抗?jié)B防水性能，尤其應(yīng)處理好施工縫。

2．整體模筑時，應(yīng)留意對稱灌筑，以防止混凝土對拱架模板產(chǎn)生偏壓而變形。

3．拱腳及墻腳以上1m范圍內(nèi)的超挖，應(yīng)用同級混凝土進行回填灌筑。其它部位的超挖可用漿砌片石回填密實。

4．襯砌的分段施工縫應(yīng)和設(shè)計沉降縫、伸縮縫及設(shè)備洞位置統(tǒng)一考慮，合理確定位置。

5．灌筑拱圈混凝土?xí)r，應(yīng)從兩側(cè)拱腳起先，同時沿環(huán)向向往拱頂對稱地進行。當(dāng)灌筑到拱頂時，須要改為沿隧道縱向進行灌筑，最終堵頭，這種封口稱為“活封口”。

當(dāng)兩段襯砌相接時，縱向活封口受到限制，此時只能在拱頂中心留出一個50×50cm的缺口，待后進行“死封口”封頂，見圖7-24。

（五）模筑混凝土灌筑作業(yè)機械化

在全斷面開挖時，灌注混凝土襯砌有著良好的條件來實現(xiàn)綜合機械化。

有：機械化攪拌站、全斷面鋼模板臺車、混凝土泵和輸送管道等。

（六）混凝土的養(yǎng)護和拆模

⑴灌筑后10~20h起先澆水養(yǎng)護。

⑵連續(xù)養(yǎng)護7~14天。

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⑶拆模要求：

1．直邊墻混凝土應(yīng)達到設(shè)計強度的25%。

2．曲邊墻和圍巖壓力不很大的拱圈混凝土需達到設(shè)計強度的70%。

3．圍巖壓力很大的拱圈要求達到設(shè)計強度的100%。

（七）壓漿、仰拱和底板

1．壓漿<,BR>

目的：填塞襯砌背后和圍巖之間的空隙，使襯砌能形成對圍巖的支承。

方式：一般只在拱頂部位進行壓漿，壓漿漿液材料多接受單液水泥漿。壓漿工作宜在和襯砌作業(yè)區(qū)保持70~100m距離范圍內(nèi)，同時向前推動，如留待隧道襯砌完成后再行壓漿，則效果不好。

2．仰拱和底板

⑴無仰拱～鋪底通常是在拱墻修筑好后進行，以