隧道工程第7章隧道施工工艺及施工技术课件.ppt

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1、1）有限元法求解问题的分析步骤2）举例说明隧道的施工方法有哪些3）施工方法中传统矿山法和矿山法的区别4）隧道开挖方法有哪些,第七章,隧道施工工艺及施工技术,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）,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。,超前锚杆,7.1.2 管棚,特点：管径粗(外径为70180mm) 。施作要点：(1) 单根长46m，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

2、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。,单根钢管构造：,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,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,小导管构造：3842mm无缝钢管，单根长35m，管壁注浆孔，孔径68mm,孔距1520cm。,小导管,钢拱架,小导管设计注意事项,注浆材料水泥浆，或水泥水玻

3、璃浆；注浆压力0.51.0MPa。单根导管浆液扩散半径，按下式计算： b-导管中至中间距.单根导管注浆量： l导管长度，m； n 围岩空隙率，% 。注浆效果检查：取岩芯，达设计要求后才能进行开挖。,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, 渗入性注浆 劈裂性注浆 压密性注浆 高压喷灌注浆, 钻机 注浆管：,工作面预注浆,广州地铁地表深孔分段注浆技术,注浆加固技术,隧道注浆方法:,超前小导管注浆(见前)；超前长导管注浆，图a；,地表注浆,图b；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。,3. 注浆数量控制, 现场注浆试验； 公式计算作参考：

4、 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，%； 浆液充填系数，一般取0.70.9； 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。,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,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,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，

5、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。,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。,R1,R2,R3,1. 无限介质的爆破作用,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,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

6、准抛掷爆破漏斗； n1的爆破称为加强抛掷爆破或扬弃爆破；,0.75n1的爆破称为加强松动或减弱抛掷爆破；n0.75的爆破称为松动爆破。,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,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”

7、。,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,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。,硝铵炸药,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5.25.8mm，药芯为黑火药。火雷管：用导火索

8、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。,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,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68007200m/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。,塑料导爆管非电起爆网络,导爆管起爆系统的组成元件,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

9、管用连通管或传爆雷管并在一起，如图 。,并联网路,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,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,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,爆破网络2,7.1.3 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

10、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：,掏槽眼 辅助眼周边眼,2、掏槽眼的形式,(1)斜眼掏槽 垂直楔形掏槽 锥形掏槽,(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,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,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,（3）混合掏槽,复式掏槽升级

11、掏槽分段掏槽,3、隧道爆破参数设计,（1）炮眼直径 直径一般3250mm； 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,（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=0.50.7B循环进尺：L=l/h循环时间：L=mvt/N,（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,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

12、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。,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,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,光面爆破效果图,（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；,（2）光面

13、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: 0.150.25kg/m,光面眼间距,光面层厚度,(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。,光爆参数参考值,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。,深孔预裂爆破技术,7.1.5 钻爆施工,1.钻眼凿岩机钻孔台车,风动凿岩机,台车钻孔施工,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

14、和最小抵抗线有关起爆：多导管起爆系统,2、装药,4、起爆顺序及时差,5、盲炮的预防和处理,产生原因预防处理,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。,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。,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

15、.3.1 装 碴,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。,翻斗式装碴机,蟹爪式装碴机,侧卸装碴机1,有轨装碴设备,7.3.2 运输,1、有轨运输：,特点：有轨运输基本上不排出有害气体，对空气污染较轻，设备构造简单，容易制作；占用空间小而且固定等。不足之处在于轨道铺设较复杂，维修工作量大；调车作业复杂；开挖面延伸轨道影响正常装碴作业等。,梭车,2、无轨运输：,无轨运输主要是指汽车运输,翻斗车,7.4.1 锚杆,锚杆的种类及施工要点;,7.4.2 喷射混凝土1）喷射混凝土的作用、特点及力学性能2）喷射工艺,7.4.3 钢拱架1）构造组成、性能特点2）设计、施工要点,7.4 初期支护,7.5.1 现场测量,目的、项目及内容;,7.5.2 测量方法1）地质素描；2）测试方法及注意事项,7.5.3 测量计划1）测试断面的确定2）测点的布置,7.5 监控量测,7.6.1 二次衬砌的工艺,7.6.2 辅助坑道1）横洞2）平行导坑3）斜井4）竖井,7.6 二次衬砌及辅助坑道,