围岩隧道超欠挖爆破施工方法 [发明]

围岩隧道超欠挖爆破施工方法
技术领域
本发明涉及隧道开挖工程中的爆破施工技术领域，尤其是涉及一种围岩隧道超欠挖爆破施工方法。
背景技术
目前，陡倾节理发育的Ⅲ、Ⅳ级围岩隧道通常会采用超前小导管实施预支护，并采用台阶法爆破掘进开挖。由于受陡倾节理发育情况的影响，Ⅲ、Ⅳ级围岩隧道掘进爆破时，开挖断面的斜上方容易发生超欠挖现象，超挖现象尤为多见，不仅会增加施工工期，并且还会增加喷射混凝土用量，增加工程费用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种围岩隧道超欠挖爆破施工方法，以缓解现有技术中存在的围岩隧道掘进爆破时开挖断面容易发生超欠挖现象，导致隧道施工效率降低的技术问题。
本发明提供一种围岩隧道超欠挖爆破施工方法，包括以下步骤：
在围岩隧道断面上划分出上台阶开挖区和下台阶开挖区；
对所述上台阶开挖区和所述下台阶开挖区均实施爆破开挖；
根据围岩隧道断面上的陡倾节理的发育情况，确定容易产生超挖的开挖区域，考虑所述开挖区域的预支护参数和陡倾节理发育条件，调整爆破孔位置，并确定爆破孔装药参数。
进一步的，所述上台阶开挖区采用楔形掏槽爆破开挖方式；所述下台阶开挖区采用水平孔拉槽爆破开挖方式。
进一步的，所述上台阶开挖区的开挖高度Hs为5～7m；
爆破孔的孔径40mm；
掏槽孔Tk呈楔形布置，所述掏槽孔Tk与掌子面ZZM之间的夹角为30～55°；
辅助掏槽孔FTk与掌子面ZZM之间的夹角为55～80°；
掘进孔JJk垂直于掌子面ZZM布置；
底板孔DBk与掌子面ZZM垂直布置；
周边孔ZBk与隧道开挖轮廓LK之间的夹角为5～10°；
单循环进尺Jc为2.0～3.5m。
进一步的，所述掏槽孔Tk的参数为：孔距Kj1＝0.4～0.6m；排距Pj1＝0.5～0.6m；孔口距Kk＝4～6m；孔底距Kd＝0.1～0.4m；超深Cs＝0.1～0.4m；钻孔倾角α＝30～55°；单孔装药量Q＝1.7～3.0kg；
所述辅助掏槽孔FTk的参数为：孔距Kj1＝0.4～0.6m；排距Pj1＝0.6～0.8m；超深Cs＝0.1～0.4m；钻孔倾角β＝55～80°；单孔装药量Q＝1.6～2.8kg；
所述掘进孔JJk的参数为：孔距Kj2＝0.8～1.1m；排距Pj2＝0.8～1.1m；单孔装药量Q＝1.2～2.0kg；
所述底板孔DBk的参数为：孔距Kj3＝0.8～1.1m；单孔装药量Q＝1.2～2.0kg；
所述周边孔ZBk的参数为：孔距Kj4＝0.3～0.6m；光爆层厚度为Gbc＝1.2×Kj4m；钻孔倾角γz＝5～10°；单孔装药量Q＝(90～150)×Zlg。
进一步的，所述掏槽孔Tk、所述辅助掏槽孔FTk、所述掘进孔JJk以及所述底板孔DBk四者分别在隧道断面上的位置可在0.1m范围内调整，以阻止各孔位设在节理JL上。
进一步的，所述周边孔ZBk布置在相邻两节理JL之间；所述上台阶开挖区的上开挖轮廓设置支护导管，所述支护导管与所述周边孔ZBk的径向距离以及所述支护导管与所述周边孔ZBk的轴向距离均大于0.1m，所述支护导管的钻孔倾角γx大于所述周边孔ZBk的钻孔倾角γz。
进一步的，所述掏槽孔Tk、所述辅助掏槽孔FTk、所述掘进孔JJk以及所述底板孔DBk均采用岩石乳化炸药并采用连续装药结构，堵塞长度不小于0.6m，并采用导爆管雷管DLG引爆；所述周边孔ZBk采用间隔装药结构并采用多个导爆索DBS和导爆管雷管DLG引爆，所述导爆索DBS之间采用捆绑或搭接连接成半环结构；所述底板孔DBk和所述周边孔ZBk延迟起爆。
进一步的，所述下台阶开挖区的开挖高度Hx不小于2m；
下台阶爆破孔XPk的孔径为40mm；
下台阶爆破孔XPk水平布置，所述下台阶爆破孔XPk与掌子面ZZM垂直；
周边孔ZBk与隧道开挖轮廓LK之间的夹角为5～10°；
单循环进尺Jc为2.0～3.5m。
进一步的，所述下台阶爆破孔XPk的参数为：孔距Kj5＝0.8～1.2m；排距Pj3＝0.8～1.2m；抵抗线DKx＝0.9～1.3m；单孔装药量Q＝1.4～2.3kg。
进一步的，所述下台阶爆破孔XPk在围岩隧道断面上的孔位可在0.1m范围内调整。
所述下台阶爆破孔XPk采用连续装药结构，堵塞长度不小于0.6m，并采用导爆管雷管DLG引爆；
所述下台阶爆破孔XPk采用延迟起爆。
有益效果：
本发明提供的围岩隧道超欠挖爆破施工方法，在围岩隧道断面上划分出上台阶开挖区和下台阶开挖区，采用台阶法爆破掘进方式开挖；并且，对上台阶开挖区和下台阶开挖区均实施爆破开挖，根据围岩隧道断面上的陡倾节理的发育情况，确定容易产生超挖的开挖区域，考虑开挖区域的预支护参数和陡倾节理发育条件，调整爆破孔位置，并确定爆破孔装药参数；由前述可知，通过考虑预支护参数和陡倾节理发育条件，调整爆破孔位置，并根据爆破孔位置确定爆破孔装药参数，可以充分发挥隧道围岩自稳能力，保持隧道围岩稳定以减少超欠挖现象，从而能够减少施工工期，提高隧道施工效率，同时还能够相对减少喷射混凝土用量，以减少工程费用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的围岩隧道超欠挖爆破施工方法及陡倾节理发育情况示意图；
图2为本发明实施例提供的围岩隧道超欠挖爆破施工方法中的上台阶开挖区的各孔位的立面布置示意图；
图3为本发明实施例提供的围岩隧道超欠挖爆破施工方法中的上台阶开挖区的各孔位的平面布置示意图；
图4为本发明实施例提供的围岩隧道超欠挖爆破施工方法中的周边孔、支护导管与节理间的位置关系示意图；
图5为本发明实施例提供的围岩隧道超欠挖爆破施工方法中的周边孔、支护导管与掌子面间的位置关系示意图；
图6为本发明实施例提供的围岩隧道超欠挖爆破施工方法的连续装药结构示意图；
图7为本发明实施例提供的围岩隧道超欠挖爆破施工方法的间隔装药结构示意图；
图8为本发明实施例提供的围岩隧道超欠挖爆破施工方法的上台阶开挖区的起爆顺序示意图；
图9为本发明实施例提供的围岩隧道超欠挖爆破施工方法的台阶开挖区的各孔位的立面布置示意图；
图10为本发明实施例提供的围岩隧道超欠挖爆破施工方法的台阶开挖区的各孔位的平面布置示意图；
图11为本发明实施例提供的围岩隧道超欠挖爆破施工方法的下台阶开挖区的起爆顺序示意图。
图标：11-上台阶开挖区；12-下台阶开挖区。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例
本实施例提供一种围岩隧道超欠挖爆破施工方法，如图1所示，该施工方法包括以下步骤：
在围岩隧道断面上划分出上台阶开挖区11和下台阶开挖区12；
对上台阶开挖区11和下台阶开挖区12均实施爆破开挖；
根据围岩隧道断面上的陡倾节理的发育情况，确定容易产生超挖的开挖区域，考虑开挖区域的预支护参数和陡倾节理发育条件，调整爆破孔位置，并确定爆破孔装药参数。
本实施例提供的围岩隧道超欠挖爆破施工方法，在围岩隧道断面上划分出上台阶开挖区11和下台阶开挖区12，采用台阶法爆破掘进方式开挖；并且，对上台阶开挖区11和下台阶开挖区12均实施爆破开挖，根据围岩隧道断面上的陡倾节理的发育情况，确定容易产生超挖的开挖区域，考虑开挖区域的预支护参数和陡倾节理发育条件，调整爆破孔位置，并确定爆破孔装药参数；由前述可知，通过考虑预支护参数和陡倾节理发育条件，调整爆破孔位置，并根据爆破孔位置确定爆破孔装药参数，可以充分发挥隧道围岩自稳能力，保持隧道围岩稳定以减少超欠挖现象，从而能够减少施工工期，提高隧道施工效率，同时还能够相对减少喷射混凝土用量，以减少工程费用。
本实施例中，如图1所示的LK为隧道开挖轮廓，该隧道开挖轮廓LK包括上开挖轮廓和下开挖轮廓；其中，上开挖轮廓为半圆形，下开挖轮廓为折线形，上开挖轮廓与下开挖轮廓具有分界线，分界线与下开挖轮廓在同一竖向面内围成矩形。
上开挖轮廓与下开挖轮廓的分界线一般设置在起拱处，如图1所示的分界线可以设置在折线边墙与半圆形的连接处。
需要说明的是，该矩形为类矩形，即允许有一定量的偏差量。
在一些实施方式中，上台阶开挖区11采用楔形掏槽爆破开挖方式；下台阶开挖区12采用水平孔拉槽爆破开挖方式。
其中，楔形掏槽爆破开挖方式和水平孔拉槽爆破开挖方式均可采用现有技术中的开挖方式。
本实施例中，结合图1至图3，上台阶开挖区11的开挖高度Hs为5～7m；
爆破孔的孔径40mm；
掏槽孔Tk呈楔形布置，掏槽孔Tk与掌子面ZZM之间的夹角α为30～55°；
辅助掏槽孔FTk与掌子面ZZM的夹角β为55～80°；
掘进孔JJk垂直于掌子面ZZM布置；
底板孔DBk与掌子面ZZM垂直布置；
周边孔ZBk与隧道开挖轮廓LK之间的夹角为5～10°；
单循环进尺Jc为2.0～3.5m。
本实施例中，上台阶开挖区11的开挖高度Hs可以根据围岩隧道断面形式确定。
参照图2至图5，具体的，掏槽孔Tk的参数为：孔距Kj1＝0.4～0.6m；排距Pj1＝0.5～0.6m；孔口距Kk＝4～6m；孔底距Kd＝0.1～0.4m；超深Cs＝0.1～0.4m；钻孔倾角α＝30～55°；单孔装药量Q＝1.7～3.0kg；
辅助掏槽孔FTk的参数为：孔距Kj1＝0.4～0.6m；排距Pj1＝0.6～0.8m；超深Cs＝0.1～0.4m；钻孔倾角β＝55～80°；单孔装药量Q＝1.6～2.8kg；
掘进孔JJk的参数为：孔距Kj2＝0.8～1.1m；排距Pj2＝0.8～1.1m；单孔装药量Q＝1.2～2.0kg；
底板孔DBk的参数为：孔距Kj3＝0.8～1.1m；单孔装药量Q＝1.2～2.0kg；
周边孔ZBk的参数为：孔距Kj4＝0.3～0.6m；光爆层厚度为Gbc＝1.2×Kj4m；钻孔倾角γz＝5～10°；单孔装药量Q＝(90～150)×Zlg。
参照图1，一般来说，Ⅲ、Ⅳ级围岩隧道存在节理JL，节理JL与水平面之间的夹角θ为30～60°，则可视为陡倾节理，此时隧道开挖断面的斜上方则易发生超欠挖现象。如图1所示节理发育情况，则隧道开挖断面的右上方易发生超欠挖，如果节理反向倾斜，则隧道开挖断面的左上方易发生超欠挖。在易发生超欠挖的区域应该综合考虑预支护设置方式和节理发育特征，调整周边孔设置位置和装药参数。
进一步的，掏槽孔Tk、辅助掏槽孔FTk、掘进孔JJk以及底板孔DBk四者分别在隧道断面上的位置可在0.1m范围内调整，以阻止各孔位设在节理上。
参照图2、图4和图5，周边孔ZBk根据孔距Kj4初步确定周边孔在隧道轮廓上的位置，然后在隧道斜上方区域根据节理发育情况调整周边孔位置，调整范围为原孔位沿隧道开挖轮廓上的±0.1m。
结合图4和图5，周边孔ZBk布置在相邻两节理JL之间；上台阶开挖区11的上开挖轮廓设置支护导管XDG，支护导管XDG与周边孔ZBk的径向距离Jj以及支护导管与周边孔ZBk的轴向距离Zj均大于0.1m，支护导管的钻孔倾角γx大于周边孔ZBk的钻孔倾角γz。
其中，γz不小于5°
参照图6至图8，掏槽孔Tk、辅助掏槽孔FTk、掘进孔JJk以及底板孔DBk均采用岩石乳化炸药ZY并采用连续装药结构，堵塞长度DSl不小于0.6m，并采用导爆管雷管DLG引爆；周边孔ZBk采用间隔装药结构并采用多个导爆索和导爆管雷管DLG引爆周边孔个数为5～6个，均匀布置在周边孔ZBk上；导爆索DBS之间采用捆绑或搭接连接成半环结构；底板孔DBk和周边孔ZBk延迟起爆。
如图4所示，JLl为节理间距；如图6和图7所示，LZYl为连续装药长度、DS为堵塞、JZYl为周边孔间隔装药长度、ZDSl为周边孔堵塞长度，Zl为周边孔长度。
如图8所示，具体的上台阶开挖区11的起爆顺序为：①②③④⑤⑥⑦。
可选的，掏槽孔Tk、辅助掏槽孔FTk、掘进孔JJk以及底板孔DBk均可以采用直径32mm的2#岩石乳化炸药。
各段微差起爆时差不小于50ms，周边孔ZBk和底板孔DBk在其它爆破孔起爆后延迟100ms以上同时起爆。
上面已经介绍了上台阶开挖区11的爆破设置情况，接下来介绍下台阶开挖区12的爆破设置情况。
参照图1和图9，下台阶开挖区12的开挖高度Hx不小于2m；
爆破孔孔径为40mm；
下台阶爆破孔XPk水平布置，下台阶爆破孔XPk与掌子面垂直；
周边孔ZBk与隧道开挖轮廓夹角为5～10°；
单循环进尺Jc为2.0～3.5m。
其中，下台阶开挖区12中的周边孔ZBk布置和装药结构同上台阶开挖区11。
参照图9和图10，下台阶爆破孔XPk的参数为：孔距Kj5＝0.8～1.2m；排距Pj3＝0.8～1.2m；抵抗线DKx＝0.9～1.3m；单孔装药量Q＝1.4～2.3kg。
需要说明的是，上述所有的数值范围均可以取端值以及两个端值中间的数值，在此不再一一列举。
本实施例中，下台阶爆破孔XPk在围岩隧道断面上的孔位可在0.1m范围内调整。
下台阶爆破孔XPk采用连续装药结构，堵塞长度不小于0.6m，并采用导爆管雷管引爆；下台阶爆破孔采用延迟起爆。
下台阶爆破孔XPk采用直径为32mm的2#岩石乳化炸药。
参照图11，各段微差起爆时差不小于50ms，周边孔ZBk在其它爆破孔起爆后延迟100ms以上同时起爆。
如图11所示，具体的下台阶开挖区12的起爆顺序为：①②③。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。