隧道掘進爆破

隧道掘進爆破

隧道是公路、鐵路等建設的重點和關鍵工程。隨著鐵路建設的發展和科技的進步,隧道開挖方法得到了迅猛發展。比較常用的開挖方法有鑽爆法、盾構法和掘進機法。由於鑽爆法對地質條件適應性強,開挖成本低,特別適用於堅硬岩石隧道、破碎岩石隧道及大量短隧道的施工,因此鑽爆法仍是當前國內外常用的隧道開挖方法。

特點

隧道掘進與礦山平巷掘進方法基本相同,但與礦山平巷掘進方法相比,其特點是:

①隧道斷面尺寸較大,其高度和跨度一般在8.0 m左右,雙線隧道跨度大於10.0m,要求在爆破作業中儘量減少爆破對圍岩的破壞。

②隧道多處在地質條件複雜多變地段,尤其對於淺埋隧道(埋深小於2倍跨度的隧道),岩石風化破碎,受裂隙水和地表水影響較大。因此,應充分考慮岩層的節理、裂隙、軟弱夾層、滴漏水等對鑽孔和爆破效果的影響。

③隧道服務年限長,造價昂貴,且維修和養護時常需中斷、停止隧道的使用,這對運營很不利,因此在施工中必須確保良好的工程質量。

④隧道爆破對鑽孔質量要求高。既要使隧道方向正確,滿足精度要求,又要使爆破後隧道斷面達到設計標準,不允許欠挖和超挖過大。因此,必須保證鑽孔位置、方向和深度準確,才能達到設計開挖要求。

方法

隧道開挖方法與隧道爆破方案之間有著密切關係。隧道開挖方法主要根據隧道地質條件、機械設備、技術水平及工期確定,目前有以下幾種常用的方法。

全斷面開挖法

全斷面開挖法是在地質條件較好的隧道施工中,以鑿岩台車和鑽孔、裝藥、堵塞、起爆網路連線,一次完成整個斷面開挖,並以裝碴、運輸機械完成出碴作業的方法。

全斷面開挖法施丁場地寬敞,工作面空間大,能充分發揮機械的效能,便於大型機械作業;只有一道開挖工序,干擾少,工序集中,開挖工效高,施工進度快,最大限度地減少了開挖過程中對隧道圍岩的擾動;開挖斷面大,受岩石夾製作用小,有利於較大規模的爆破作業,能充分發揮隧道深孔鑽爆的作用;管理方便,通風、排水及管線布置簡單,運輸方便。國內鐵路隧道如秦嶺隧道施工採用全斷面開挖法,成功地實現了月掘進量達350 m以上,最高達450 m以上。實踐表明,全斷面開挖法是隧道掘進合理、先進的開挖方法。

台階開挖法

台階開挖法是先以上半斷面或弧形導坑快速貫通,或掘進到一定里程時停止前進,然後用大型機械一次擴大為全斷面的開挖方法。套用半斷面和弧形導坑可以實現快速掘進,從而起到提早探明地質,提早處理特殊地質,提早貫通以利通風排水的作用;將全斷面分兩次爆破,可以起到降低震動影響,創造臨空面,減少正洞鑽孔數量,改善爆破效果,提高掘進速度等作用。台階開挖法在工期緊、地質複雜的短、中等長度隧道施工中廣泛套用。當上半斷面超前下半斷面時,稱為正台階法,反之則稱為倒台階法。

台階開挖法的特點是:

①在不太鬆軟的岩層中採用正台階法施工較安全,並且施工效率較高。

②對地質條件適應性較強,變更容易。

③斷面呈台階式布置,施工方便,有利於頂板的維護,並且下台階爆破效率較高。

④若使用鏟斗裝岩機,則上台階要人工扒碴,勞動強度較大。

⑤上、下台階工序配合要嚴格,不然易產生干擾。

分部開挖法

當岩層比較鬆軟或地質條件複雜,隧道斷面特大或湧水量較大時,可採用分部開挖法。

分部開挖法就是在隧道斷面內先以小型斷面進行導坑掘進,然後分多步逐漸擴大到設計斷面的開挖方法。

分部開挖各部的位置、尺寸、順序及開挖間距可根據圍岩情況、機械配備、施工習慣等靈活掌握,但必須遵循以下原則:

①各部開挖後周邊輪廓都應儘量圓順,以避免應力集中。

②各部底標高與鋼拱架接頭一致,以便接腿,一般取2.5 -3.0m,這可使開挖比較方便。

③分部開挖時,要保證隧道周邊圍岩穩定,及時做好臨時支護工作。

④各部尺寸大小應能滿足風、水、電等管線布設需要。

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