钻爆法施工技术

钻爆法施工技术（通用6篇）

篇1：钻爆法施工技术

洞隧开挖施工主要有钻爆法、全断面掘进机法、沉管法、浅埋暗挖法等方法。钻爆法涵盖传统的矿山法和新奥法，顾名思义，就是采用钻眼爆破进行开挖。全断面掘进机法包括TBM掘进机及盾构掘进机，TBM适用于硬岩地层，盾构适用于土质围岩，尤其适用于软土、流沙、淤泥等特殊地层。沉管法则用来修建水底隧道、城市市政隧道等。浅埋暗挖法主要用来修建埋深很浅的山岭隧道或城市地铁隧道。本文将围绕钻爆法和全断面掘进机法两种主要掘进工法及其成套设备应用展开探讨。

1、钻爆法掘进模式及其成套设备应用

钻爆法是传统的隧洞施工工法，通过在岩体上钻凿出一定孔径和深度的炮眼，并装上炸药进行爆破，从而达到开挖的目的。

其施工工艺过程如下：定位钻孔→装填引爆炸药→排除危石，安设拱部锚杆和喷第一层混凝土→装碴运碴→安装边墙锚杆和喷混凝土→喷射拱部第二层混凝土和隧洞底部混凝土→下一轮循环→在初次支护稳定后，进行二次衬砌。

钻爆法具有施工灵活，隧洞断面形状尺寸可变、地质适应性强、设备费用相对低廉的优点，因而目前在我国山岭隧道及大地下空间开发中占主导地位。

国外的施工经验表明，只有当山岭隧道长度与直径之比大于600,即对于一般的单线铁路隧道，长度大于5.4km的隧道，采用 TBM施工才能体现其综合经济性。因此山岭隧道中短于5.4km的隧道几乎都是钻爆法设备施工的天下。据有关资料统计，2006年仅在建客货共线、客运专线和拟建客运专线中短于3km的隧道已达1071.077km,占2006年总里程的45.62%,如果计算3～5.4km的隧道，其所占比例将超过 50%.在长大山岭交通隧道开凿中，钻爆法施工仍然大有作为，如全长14.295km的大瑶山隧道，全长18.4km的秦岭隧道2号线，长度为5.1km的左线和长度为5.2km的右线雁门关公路隧道等都是采用钻爆法设备施工完成。

尤其是水利水电隧洞，它的洞室空间大多大大超过最大TBM掘进机的直径，且洞隧断面大小形状渐变变化（如引水隧洞前大后小）、体形互不相同，众多洞隧布置紧凑、起伏错落、纵横交织，这样的地下工程也只能用钻爆法施工。如溪洛渡电站工程的导流隧洞长度为1.2～1.5km, 衬砌断面为16m×21m（宽×高）,开挖断面达17.2m×22.2m～19.6m×24.6m, 进口渐变段的最大开挖断面更达27.0m×26.0m,对于如此大断面隧洞快速施工，只能钻爆法设备施工完成。而巨大的地下厂房更是非钻爆法施工莫属。

据我们所知，已经建成或在建的广蓄、二滩、万家寨、太平驿、天荒坪、大朝山、三峡、棉花滩、洪家渡、构皮滩、锦屏一、二级、小湾、糯扎渡、龙滩、溪洛渡、向家坝以及引大入秦、南水北调引水隧道等除个别外都是由钻爆法设备施工建设。

显然，对于占50%以上交通隧道中短隧道、部分长隧道工程，大空间、大直径的水电隧洞工程，非圆形断面隧洞工程，地质与水文地质条件极差（如溶洞多、断层多、渗水、涌水、泥石流，长距离破碎带）的工程，钻爆法设备施工具有明显的应用优势。

我国钻爆法施工常用配套设备如下：

为了快速、安全掘进隧洞，国外钻爆法施工通常采用凿岩台车钻孔、锚杆台车安装锚杆、混凝土喷射台车喷锚支护，衬砌台车二次成型衬砌。这也是国内钻爆法设备的应用发展方向。下面对此类主要施工设备应用探讨如下：

1.1 凿岩台车

凿岩台车是钻孔爆破开挖的关键攻坚设备，它机械化程度高、钻进速度快，不仅用于隧洞的凿岩开挖，而且广泛用于钻孔、喷锚支护、灌浆加固中。

现在国内工地上的液压凿岩台车绝大部分从国外进口，主要制造商包括瑞典的Atlas、Sandvik,挪威的AMV公司等。由于增加了车载电脑，使凿岩台车具有很高的人机对话功能，能在凿岩过程中自动修整凿石参数和自动纪录钻孔数据，可以对岩层进行分析，从而及时调整爆破参数

1.2 锚杆台车

锚杆台车主要完成隧洞的锚杆安装，加固洞室顶拱与边壁的岩石。

锚杆台车是当今先进的锚杆施工机具，钻孔、安装锚杆、注浆，甚至摘取锚杆各工序均由自行台车上的遥控机械手（液压支臂）进行。工作高度可达10余米，装设一根锚杆耗时约2～7 min,每班可装100余根。目前国内工地上使用的有瑞典的Atlas、芬兰的Tamrock等锚杆台车产品。

1.3 喷射台车

喷射台车是隧洞喷射混凝土支护的核心设备，它将喷射混凝土技术和注浆锚杆结合起来，依靠锚杆、钢丝网和喷射混凝土共同负荷来提高隧道、基坑、边坡岩体的结构强度，增强岩体的整体稳定性。喷射台车利用压缩空气或其他动力，按一定配比拌制混凝土沿管路输送至喷头，以较高速度垂直喷射于受喷面，依赖喷射过程中水泥与骨料的连续撞击、压密而形成的一种混凝土。喷射台车是一种新型喷射支护施工设备。

现在主要生产混凝土喷射台车的厂家是：瑞典斯塔比莱托（Stabilator）、瑞士的Meyco potenza、瑞士阿利瓦（Aliva）、法国诺麦特（Normet）公司、德国普茨迈斯特（Putzmeister）公司及日本三井三池公司等。

1.4 隧道挖装机

装碴运输工序是钻爆法隧洞施工中占用工期最长的工序，对整个钻爆工程进度有直接影响，为了保证施工进度，施工单位在出碴工序都配有较多的机械化出碴设备，对于单线隧道，由于空间小，隧道挖装机的快速、高效得到充分的展示，是单线隧道快速施工的必配设备。目前国内市场以Terex旗下的Schaeff隧道挖装机运用最为广泛。

1.5 衬砌台车

衬砌台车是二次混凝土衬砌作业的成型设备，可保证隧道边开挖、边衬砌，确保提高衬砌速度、降低劳动强度。

衬砌台车整机行走采用电机-机械驱动，模板采用全液压操纵，利用液压缸支（收）模机械锁定，混凝土全部采用混凝土泵车灌注。在台车架上部和模板之间留有空间供安装隧道通风管道用。对于有瓦斯的隧道衬砌，产品电气系统按照瓦斯隧道防爆规范要求进行设计和安装，确保使用安全。

2、全断面掘进机法掘进模式及其成套设备应用

全断面掘进机法采用庞大复杂的全断面掘进机，用类似机械切削的方法一次将整个隧道断面成型。这种施工方法特点是掘进速度快、科技含量高、对围岩扰动少、施工安全，是城市地铁隧道和部分山岭隧道的主要工法。全断面掘进机法与钻爆法相比，具有优质、高效、综合经济效益高的特点，因此全断面隧道掘进机这种具有世界先进水平的，技术含量极高的设备以它独特的魅力备受隧道施工部门的青睐。

全断面隧道掘进机是一种集机、光、电、气、液、传感、信息技术于一体的隧道施工成套设备，能完成土（岩）体开挖、土（岩）碴排运、整机推进和管片安装序列作业，使隧道一次成形。它的主要应用集中体现在以下几类施工领域：

城市地铁隧洞建设：

盾构掘进机施工安全快速，对周边环境影响小，最适合城市地铁隧洞施工，因此盾构掘进机是地铁建设的主流设备。

中国已成为世界上地铁发展最快的国家。目前大陆地区共有24个城市正在进行城市轨道交通前期规划、设计、筹备和建设等工作。有数据表明，“十一五”期间，全国至少要建设地铁900～1200公里，约需盾构机200多台水利水电隧洞建设：

据我们所知，十五期间以来，我国水利水电建设全面、快速发展。今后十五年我国水电投资将超过1万亿元。长大输水隧道是水电工程的重要组成部分。一些水工隧道、引水隧道可成为TBM硬岩掘进机的施工领域。

城市共同沟建设：

城市中的给水、排水、电力、电信、燃气、热力等市政管线是维持城市功能正常运转的生命管线，随着城市化水平的不断提高，现代城市对市政管线的需求量越来越大，市政管线及综合管沟（也叫共同沟）建设已成为中小盾构的应用领域。

跨海越江隧道建设：

公路、铁路、地铁、引水工程中均有大量的跨海越江隧道要建造，上海计划在2010年采用盾构法建成20多条越江隧道，南京穿越长江双向六车道公路隧道已通过预研设计；南水北调中线工程2条3.9公里隧洞穿越黄河，拟建的浦东铁路越江段也计划采用盾构法施工，温州欧江道路隧道、哈尔滨松花江隧道全都规划采用盾构施工。

在近20～30年内，我国规划建造大连-烟台、上海-宁波、香港-澳门、广东-海南、福建-台湾5条跨海隧道，总长约368公里；为我国硬岩掘进机的应用提供了新机遇。

典型全断面隧道掘进机探讨如下：

2.1 泥水加压平衡盾构机

泥水加压平衡盾构特点是通过加压泥水或泥浆来稳定开挖面，该种盾构刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，将泥浆送入泥水仓内，在开挖面上用泥浆形成不透水的泥膜，通过该泥膜的张力保持水压力，以平衡作用于开挖面的土压力和水压力。开挖的土砂以泥浆形式输送到地面，通过泥水处理设备进行分离，分离后的泥水进行质量调整，再输送到开挖面。

泥水加压平衡盾构由盾壳、开挖机构、推进机构、送排泥浆机构、拼装机构及附属装置组成。是目前各种盾构中最复杂、价格最贵的一种。它适用范围较大，多用于含水率高的软弱土质中，是一种低沉降、较安全的施工机械，对稳定的地层优点尤为明显，其工作效率要高于土压平衡盾构机。

泥水平衡盾构机的主要生产厂商有：日本川崎重工、三菱重工、小松盾构以及德国的海瑞克公司。

2.2 土压平衡盾构机

土压平衡盾构是在泥水加压盾构基础上开发的一种新型盾构、它通过保持土压或土碴量的相对平衡与稳定来稳定开挖面。该种盾构的前部设置了一道密封隔板，把盾构开挖面与隧道截然分隔，使密封隔板与开挖面土层之间形成一密封泥土舱，刀盘在泥土舱中工作，另外通过密封隔板装有螺旋输送机。当盾构向前推进时，由刀盘切削下来的泥土充满泥土舱和螺旋输送机壳体内的全部空间，同时依靠充满的泥土来顶住开挖面土层的水土压力，另外可通过调节螺旋输送机的转速控制排土量或通过调节盾构千斤顶推进速度控制开挖量，使盾构排土量和开挖量保持或接近平衡，以此来保持开挖面地层的稳定和防止地面变形。日本川崎重工、德国的海瑞克公司、加拿大的lovat公司均生产此类产品。

2.3 复合式盾构机

复合式盾构将不同形式盾构的功能部件同时布置在一台盾构机上，掘进过程中可根据地质情况进行功能或掘进模式的切换和调整，以适用于不同地层掘进。

复合式盾构机由于开挖面稳定，施工方法可视土质情况的变化而转换，因此适应范围较广，有一定知名度的产品有川崎重工推出的直径为10.2m组合式盾构机产品；德国的海瑞克出品的直径为14.2m的盾构机，则为目前世界上该类机型直径最大的产品。

2.4 微型、小型盾构机

微型盾构为直径小于3米的盾构，小型盾构为直径3～5米的盾构。微型、小型盾构主要用于市政供排水管道，电缆管道、油气管道等的建造。

2.5 开敞式全断面硬岩掘进机

开敞式TBM一般适用于硬岩施工，在TBM上配装锚杆机、混凝土喷射机、钢拱架安装机、以及超前钻机，如遇有局部不稳定的围岩，由附带的辅助设备通过打锚杆、加钢丝网、喷混凝土、架圈梁等方法加固；当遇到局部地段特软围岩及破碎带，则TBM可由所附带的超前钻及灌浆设备，预先固结前方上部周边一圈

岩石，待围岩强度达到能自稳后，然后再进行安全掘进；掘进过程可直接观测到洞壁岩性变化，便于地质图描绘。也能适应软岩施工。

2.6 双护盾全断面硬岩掘进机

双护盾TBM可同时满足推进和管片安装要求，具有较高的推进速率。双护盾TBM 的掘进时间在每个掘进行程中只中断一会儿，以使后接触护盾周期性地前移。双护盾TBM纯掘进时间是一般护盾式掘进机的2倍。

双护盾TBM对地质具有广泛的适性，既能适应软岩，也能适应硬岩或软硬岩交互地层。常用于复杂地层的长隧道开挖，一般适应于中厚埋深、中高强度、稳定性基本良好地质的隧道，对各种不良地质和岩石强度变化有较好适应性。

2.7 单护盾全断面硬岩掘进机

单护盾TBM常用于劣质地层及地下水位较高的地层以及软岩，单护盾TBM推进时，要利用管片作为支撑，其作业原理类似于盾构，单护盾TBM与盾构的区别有两点：一是单护盾TBM采用皮带机出碴，而盾构则采用螺旋输送机出碴或采用泥浆泵通过管道出碴；二是单护盾TBM不具备平衡掌子面的功能，而盾构则采用土仓压力或泥水压力平衡开挖面的水土压力。

由于全断面隧道掘进机的设计和制造技术含量非常高，目前生产仅主要集中在日本、德国、英国、美国、加拿大等少数发达国家的30余家制造公司，其中又以德国、美国、日本技术最为先进。最具实力的是德国的Wirth公司、美国的Robbins公司、德国 HerrenknechtAG公司、加拿大的Lovat公司、日本的MitsubishiHeavyIndustries公司等。他们可以根据不同的地质条件和不同的工程对象，以及使用单位的不同要求，设计、生产出不同直径、不同类型、以及有特殊要求的全断面隧道掘进机，以满足用户的需要。

篇2：钻爆法施工技术

本文介绍了辽宁省大伙房水库输水工程D&B2标段6#支洞施工段钻爆法施工中通风防尘的设计、计算与实施.其主要内容为本工程隧洞施工中通风防尘的标准,风量的计算,通风设备的`选择,通风系统的布置,辅助通风措施,综合防尘措施以及提高通风效率措施等.

作 者：樊君玲  作者单位：中铁十三局集团,第三工程有限公司,辽宁,沈阳,110005 刊 名：华章 英文刊名：HUAZHANG 年，卷(期)： “”(1) 分类号：U45 关键词：长大隧道   通风   防尘   水幕降尘   压入式通风  

篇3：钻爆法隧道施工技术研究

(1) 勘测阶段中地质调查和勘探工作的重要性, 尽可能准确掌握隧道工程范围的岩层性质、岩体强度、地应力场、自稳能力、地下水状况、有害气体、地温状况。结合资料, 初步确定施工方法、施工措施、配套的施工机具;

(2) 施工场地的狭窄性决定了施工工序存在顺序作业, 个别工序可以沿着隧道纵向展开, 平行作业;

(3) 施工环境影响因素较多, 比如地热、瓦斯、岩爆、地下水等18种不利地质, 所以钻爆法施工必须加强通风、照明、有害气体检测、防尘、排水等工作。

2 钻爆法施工技术的发展趋势

钻爆法施工的隧道长度越来越长, 国际隧道协会把大于10公里的隧道为特长隧道, 世界上已经建成的特长隧道50多座, 我国占6座, 分别是大瑶山隧道 (14.295公里) 、长梁山双线隧道 (12.782公里) 、秦岭特长隧道 (18.456公里) 、兰武铁路乌鞘岭单线隧道 (左右线各长20.06公里) 、渝怀铁路圆梁山单线隧道 (全长11.07公里) 。世界上最长的隧道为日本的青函海底隧道 (53.85公里) , 英法海底隧道 (50.5公里) 位于第二。我国的终南山公路隧道 (18.4公里) 位于世界公路隧道第二位。

勘察设计更加科学化和现代化, 先进的现代工程技术运用于隧道施工中, 卫星、遥感、GPS系统运用于隧道的设计、施工中。新奥法的设计原理更急明细化, 对围岩变形、围岩内部应力分布有了新的认识和提高, 促进设计更科学化。进一步明确动态设计、动态施工的理念, 在施工中, 强化掌子面地质超前预报技术, 采用超前地质预报 (地震波法、声波法) 预报掌子面前方50米至150米范围的地质情况。其次, 大能力施工机械和高效的支护技术, 促进了大断面的开挖, 比如全断面、台阶法、中隔墙法 (CD、CRD) 。在新技术方面, 积极研究钢纤维混凝土的喷射应用, 钢纤维混凝土抗拉强度高、不易开裂, 研究优化爆破设计, 由计算机控制钻孔, 提高凿岩爆破能力。

施工中, 建立风险评估机制, 加强风险管理, 对风险进行有效控制, 保证施工安全。

3 钻爆法施工技术要点

3.1 超前地质预报技术的重要性

隧道工程属于地下工程, 施工危险性极高, 必须加强隧道监控量测工作, 其中必测的项目应详细准确, 超前地质预报, 长短结合, 以短为主, 准确预报不大于30米的隧道前方及隧道周边外1倍洞径的地质情况。具体实施中, 通过掌子面素描法, 利用常规地质理论和几何作图法推测前方地质情况, 其主要内容包括:地层岩性、地质构造、地下水特征、围岩稳定情况及支护情况。超前导坑法作用很多, 平常在正洞的中间开挖导坑, 既起到了地质预报的作业, 又开挖隧道、探明了地质。采用超前地质钻机是利用水平钻机在隧道掌子面进行水平地质钻探获得地质信息的一种地质超前预报方式, 直观展现前方的地层岩性, 岩体的完整程度、裂隙度等。风钻超前探测, 在隧道掌子面钻水平的小孔径浅孔获得地质信息, 是岩溶发育区对超前地质钻孔的一种重要补充, 可与爆破孔同时实施, 深度比较爆破孔深2米至6米, 保证了每循环的施工安全, 但是不能提取芯样。

3.2 初期支护和二次衬砌的受力分配与组合

普通隧道初期支护承受部分水荷载和全部土荷载, 而在浅埋、海底隧道初期支护则要承受全部水、土荷载, 二次衬砌仅仅为安全储备。

塑性强化区和弹性区是围岩支撑的主体, 塑性软化区是支护的对象。支护软化区, 对强化区围岩实施作用, 增强了围压, 使强化区围岩的承载力大大提高, 实现深部围岩的稳定, 使其成为主要承载区。预支护原理主要解释了围岩极限自承载力、支护抗力、围岩原始内力三者之间的力学关系。隧道开挖形成新的临空面, 隧道预支护力围岩结构的极限自承载力和支护结构直接对围岩提供的支护抗力共同组成的, 所以隧道的核心是动态平衡与保护中线, 使围岩达到稳定平衡状态。隧道开挖后围岩变形过程分为形变压力阶段, 另一个是松弛压力阶段, 在形变压力阶段, 围岩极限自承能力下降, 围岩发挥的自承力随变形的增加而增加, 围岩的自承能力得到了发挥, 所以隧道开挖完成初期, 允许围岩发生一定范围的变形, 应及时采取柔性支护, 反之采用高刚度的支护结构限制变形, 支护结构将承受较大的荷载。如果支护刚度过小或支护时机过晚, 围岩变形发展到松弛压力阶段, 围岩进入松弛状态, 则极限自承力迅速下降。二次支护合理时机的选择使隧道开挖后允许围岩有一定的变形, 再进行支护, 促使围岩从非稳定平衡状态向稳定平衡状态转变, 充分发挥围岩的自承能力, 减小支护刚度, 降低工程造价。结合围岩的自稳能力, 确定采用柔性支护或者刚性支护。

3.3 初期支护中, 多采用网构钢拱架, 少用型钢拱架

在隧道初期支护施工中, 靠近工作面的第一排型钢拱架不受力, 喷射混凝土后的网构拱架可承受10倍荷载, 型钢则承受4倍荷载, 而型钢后部的混凝土喷不上, 易渗漏水, 网构钢架则不存在这些现象。网构钢架的刚度随着喷射混凝土强度的增加而增强, 它的刚度可以通过调整喷层厚度和纵向拱架间距等方式进行调整, 以适应不同的地层需要, 表现为先柔后刚, 与围岩刚度匹配。

型钢拱架是将I14-I20工字钢在重型机械配合下弯制成拱形, 而格栅钢架多为四杆式, 四根主杆用直径14毫米至22毫米螺纹筋在操作台上人工弯制成拱形, 主杆间设置八字形斜杆, 做到在X、Y方向实现等强度、等刚度、等稳定度, 组合焊接成栅形, 断面规格有14厘米至20厘米不等。拱架架立后, 都要及时喷射混凝土覆盖, 一是为了能使混凝土和拱架联合受力, 提高支护强度, 封闭围岩, 防止不稳定岩体掉块;二是为了包裹钢筋, 使其不受地下潮湿环境侵蚀, 喷混凝土厚度要求将拱架全部覆盖, 并具有5至10厘米的保护层。施工中特别注意, 不能在拱架和围岩间的空隙填垫碎石, 否则喷射混凝土不能填充满石头间的空隙, 出现“两层皮”现象, 降低支护强度。拱架与围岩间的较大空隙, 采用浇筑混凝土或者喷射混凝土、注浆填平处理, 1.5米以上的空隙可以考虑在主拱上方设附拱。

3.4 软弱地层施工中, 取消系统锚杆, 仅在拱架接头处设置锁脚锚杆

对于软弱围岩的拱部, 由于采用台阶法施工高度限制, 根本不可能垂直打设, 水平打设的系统锚杆对于软弱围岩反而是一种负载, 另外对于拱部有水的地段, 垂直打设的系统锚杆相当于在拱部无洞的情况下要打出一个洞来, 是百害而无一利的。要保证软弱围岩隧道施工安全, 需要在两榀格栅钢架之间用斜拉杆焊接, 拱脚处采用纵向托梁, 较长的锁脚注浆锚杆或者扩大拱脚等措施进行加强, 这是保证开挖安全的重要措施。钢架落底接长时, 应沿隧道两侧交错进行, 根据围岩条件, 每次接长1-3榀, 上下格栅拱架必须对接牢固, 顶部锚杆施工危险, 也没有锚固点, 所以不宜设置。

经过相关试验检测数据分析, 系统锚杆对黄土隧道的作用性不大, 网构钢架、喷射混凝土、钢筋网共同组成的支护系统是合理的黄土隧道初期支护结构;通过对IV级围岩隧道施工各工序所需时间的统计, 即使在4台风钻同时施工的工况下, 每循环系统锚杆施工至少需要2小时, 完成初期支护每循环所需总时间为16小时, 如果取消系统锚杆, 可以及时喷射混凝土, 有利于围岩稳定, 大大缩短工期。同时, 按照3米长锚杆46元/米的单价计, 以IV级围岩为例, 其拱部和边墙的系统锚杆布置为每延米23根, 工程造价为3174元, 以隧道工程造价30000元/米计算, 系统锚杆价格占工程造价的10.6%, 降低工程造价。

3.5 喷射混凝土的方法选择及意义

潮喷混凝土工艺将集料预加少量水, 使之呈潮湿状, 再加水泥用强式搅拌机拌和, 形成水泥包砂小球, 再加小碎石拌匀。之后将搅拌料投入喷射机料斗, 同时加入速凝剂, 利用高压风动力将混合料输出, 在喷头处加水喷出。优点:由于砂石料在经过预湿后, 再在喷头处二次加水, 水化较好, 所以质量比干喷大大提高;同时在地面对集料进行预湿, 粉尘、回弹量较少, 一般为20%左右, 粉尘很少, 一般小于10毫克每立方米, 目前, 隧道施工现场使用最多的是该种喷射工艺。

4 结语

近年来, 我国钻爆法隧道施工技术得到迅猛发展, 地下工程建设日新月异, 通过对系统锚杆、衬砌的进一步研究, 对我国地下工程的发展具有积极、长远的意义。

摘要：21世纪的中国, 必将是地下工程建设迅速发展的时代, 地下工程的用途, 对我国经济、物资、战略等方面具有积极的意义, 同时地下工程具有其独特的特点, 例如防磁、隔震、恒温等特点, 应用于精密仪器、轻工业等行业。随着地下工程修建技术的迅速发展, 大量的工程实践和岩石力学理念, 使现代支护理论应运而生, 出现了新奥法、挪威法、浅埋暗挖法等工法, 从坚硬围岩到软弱含水地层的掘进条件、以及新设备 (全液压钻孔台车) 的应用、新型爆破器材的研制及爆破技术的研制, 都改进着钻爆法的掘进技术。

关键词：钻爆法,隧道施工,施工特点

参考文献

[1]孙忠强.公路隧道钻爆法施工粉尘运移规律及控制技术研究[D].北京科技大学, 2015.

篇4：钻爆法施工在隧道施工中的应用

关键词 钻爆法；设计；控制

中图分类号 U453 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)051-0116-01

本文所研究某隧道数据如下，施工隧道全长22764 m，隧道类型为单洞双线隧道，所研究对象隧道的左右线之间存在10.0 m线间距，实际设计速度目标值为350 km/h，在本隧D1K852+772~807及D1K864+639~+654段中，整体施工过程中，基本上采用明挖法、，而在工程其他部分施工过程中，则普遍应用新奥法施工，以及光面爆破法对工程主体施工部分进行处理，并辅以锚喷网作为工程力学支持。其中，Ⅱ级、Ⅲ级围岩以及后期的Ⅲ级围岩、Ⅳ级围岩施工过程中，全部采用钻爆法进行处理，实际施工过程中，严格从当时、当地的实际围岩情况出发，涉及台阶长度严格控制在基本台阶施工机具要求之内，并根据每次开挖形成的基本环境情况设计下一次的开挖工作强度。开挖主要采用光面爆破掘进作业，通过最大限度的降低对围岩环境的影响来提升整体的施工质量，并结合当时的爆破实际效果，不断的对爆破的方式方法进行修正，从而提升增提的爆破效果，为工程的整体施工质量的提升提供必要的数据支持。

1 爆破特点及要求

在实际爆破工作中，对于装药结构和爆破药品使用过程中的封堵：周边眼采用孔径不偶合装药法，这一过程中，主要是利用空气的特性来实现间接装药的目的，然后通过导火索的应用，来暴政爆破过程中的力的作用能够按照预定的方向进行传播，从而保证光爆层内部围岩形成贯穿类裂缝，最终形成光爆面，达到施工目的。

爆破要求：按照本文所研究隧道施工要求，实际施工效果应达到如下标准：90%以上的炮眼利用率，保持高于八成以上的半眼，要求施工后整体形状保持较好的围岩部分超过80%，并在爆破施工之后，能够保证围岩面应圆顺平整，表面检验过程中无欠挖情况。

2 钻爆设计原则

从实际爆破过程中的隧道施工要求出发，这里以根据工程地质及现场施工条件，以Ⅲ级围岩研究对象，从全断面法的轮廓控制爆破施工要求出发进行爆破设计。实际施工过程中，应保障爆破炮眼深度始终维持在4 m的条件下，利用现场爆破法和理论数据推算法相结合，来计算实际施工过程中的钻爆参数，以这些参数为基本要求，通过合理布孔、高效布局、起爆爆炸力和爆炸时间控制等方式来提升整体的爆破效果，最终能够达到高效开挖的效果，并对围岩提供最小程度的影响，控制单循环进尺在4.0 m及以上，在保证工程整体施工进度的同时，也能够更好的提升工程施工质量，为工程的后期运营后提供必要的支持。

3 施工设计

3.1 周边眼间距E、最小抵抗线W

本文所研究的E，在实际施工中，对于爆破效果有非常明显的影响，作为控制开挖岩面平整度的基本要素，可以通过爆破常用公式E=（8～12）d（d为炮眼直径）；而抵抗线W则可以根据具体应用要求，按照W＝（1.0～1.5）E来进行设计，实际施工过程中，严格按照相关规定进行施工，形成如数据参照表1中所示爆破要求。

3.2 周边眼每米装药长度L、装药集中度q

L=4m5.6[δ]c/（V0×ρ0）2.8—L2.8

满足条件：添药精度保持在0.005 m/L则满足实际施工要求。

m—不耦合系数，m＝D/d＝140/50＝1.4；

ρ0—炸药密度，采用2＃岩石炸药，ρ0＝1.90 g/cm3；

[δ]c—岩石抗压强度，弱风化砂岩，[δ]c＝140 MPa=1?400 Kg/cm3；

V0—标准状态下，每克炸药生成气体的体积，查表取8?000 cm3/g。

q＝（πd2/4）ρ0·L＝π×3.22/4×1.90×0.0261＝0.12 kg/m

填药集中度q值由于采用本文所研究的爆破方式，所以基本上满足要求。

3.3 炮眼数量N的确定

炮眼数量计算根据下列公式计算：

N=（qS）/r=（1.5×120）÷0.6=300（个）

q—单位炸药消耗量（kg/m3）；

S—开挖断面面积（m2）；

r—每米炮眼长度装药量（kg）。

实践证明，该公式求得炮眼数量偏小，N取值应在300～320个。

3.4 每循环装药量Q

Q=q·V

q—单位岩石炸药用量，由修正的普氏公式q=1.1K0（f/S）0.5计算求得q=1.1 kg/m3，由于采用爆破，从而减少了炸药用量，通过现场实际爆破效果做对比分析结果节省炸药，q在此取0.9-1.2 kg/m3为宜。V—单循环爆破岩石体积（m3）按此公式计算，Q=500 kg。

4 各炮眼药量分配

根据具体的施工爆破用药需求，按照多次循环爆破施工用药量分析，对炮泥回填堵塞长度进行不断的调整，从而保证本次施工过程中能够达到最佳比例。之后，需要对各个受力部分进行填药比例调整，按照递减原则进行用药量的增减，从而保证整体施工效果，为工程施工质量的提升做出必要的支持。

5 炮眼堵塞

炮眼堵塞作用在于为炸药提供一个密封的环境来保证爆炸效果能够充分的对爆破施工对象提供集中的力的影响，从而提高整体的爆破效果，在实际施工过程中，应注意的是，最小堵塞长度应大于等于20 cm。要求炮眼堵塞必须严格按照相关操作标准执行。

6 爆破器材

炸药：采用2＃岩石销铵炸药，在施工过程中，对于周边爆破钻眼应采用小药卷进行，从而暴政爆破效果，而在其他施工部位，则应采用φ32 mm以上的标准药卷。

雷管：雷管用于引火爆炸，基本上目前施工普遍采用非电毫秒雷管，施工效果较为良好，形成的爆破面较为平整。

导火索：火雷管采用导火索引爆。

7 装药结构

根据实际施工条件对掏槽眼和底眼进行反向起爆操作，在这一过程中，应该采用“封口机”来对封口进行自动封填具体封口和用药情况如图1所示。

8 装药连线网路

进行炸药装填工作的时候，应该保证两人一组，按照预先设定填药要求和施工操作质量控制规范进行。分片自上而下进行装填，通过构建复试引爆网络来进行集体装药，导爆管在自由端

18 cm以上处，安装两个引爆雷管，各簇导爆管在自由端20 cm以上处安装2各引爆火雷管，在装填炸药之后，应该根据相关要求，由专门技术人员进行效果检测，符合施工要求和一般爆破规则之后才能进行下一步的操作。

9 炮眼布置原则

1）进行掏槽炮眼工作，这一过程中，应在开挖面上利用直掏技术进行施工，如果施工条件较为恶劣，或者岩层发育表现为明显的节理发育条件时，应该注意钻孔方向不得与岩层发育方向平行，并应该根据实际情况最带限度的保证两者之间的角度最大化。2）在进行周边炮眼部署的时候，应该保证爆破断面严格符合工程施工要求。3）辅助眼交错均匀布置在周边眼和掏槽眼之间，保证最终的石碴块度能够满足后续施工的要求。最后，在进行周边眼与辅助眼的设置过程中，应该保证基本的眼底控制在基本的水平面上，从而保证爆破之后的平面能够符合具体的施工要求。

10 控制要点

1）必须严格的按照相关要求并结合本工程开挖的实际施工情况进行填药量的控制，通过微爆破控制技术来最大限度的降低爆破对围岩的影响，并严格控制超欠挖情况。2）根据实际施工需求，对隧道开挖的各个循环进行严格的施工检测测量，并通过对断面的控制来保证炮眼实际位置和预计位置之间的误差小于

5 cm，必要工程施工段可以之间采用激光校准来对工程的施工精度进行控制。3）钻眼涉及必须严格的按照相关要求进行控制和位置处理，除底眼之外，实际设计中，所有炮口都必须低于眼底

5 cm，从而保证钻孔过程中所产生的岩粉能够顺利的排出。具体施工工程中，掏槽眼彼此之间如果出现打穿问题，那么对于整体的爆破计算来说是非常严重的，必须严格控制。4）填药之前应该先对孔洞进行高压风吹净处理，之后按照设计要求进行药品装填。实际装药工作中，应该严格的按照分组分片原则进行涉及，保证装药工作能够严格的按照预先设计进行，在装填药品之后，由专业技术人员对装填效果进行检测。5）起爆采用复式网络，起爆每组应控制在12根以内，通过低段别的雷管进行出来。连接之后按照相关施工要求由专门技术人员进行检测，保证连接质量，然后进行起爆。6）根据具体的爆破情况和围岩受力情况调整钻爆设计。7）根据具体的施工需求，严格的控制隧道底超欠挖，按照工程实际施工需求进行爆破面控制。

参考文献

[1]王林成.光面爆破在隧道开挖中的应用[J].山西建筑,2007,07.

篇5：钻爆法施工技术

（提 纲）前言

浅埋暗挖法、钻爆法隧道施工中，坍塌是经常容易出现的、社会影响较大的工程事故，而且各种数据监控往往难以发现，必须将安全管理工作尽可能前置，提前告知、提前消除隐患、提前预警，各种隐患消灭在萌芽状态。预警尽可能采用书面、网络、会议纪要、工作联系单（函）等形式报告，辅助以口头、电话、短信等方式告知。坍塌的原因

2.1 超前加固效果不佳

（1）灌浆质量存在问题，可能是浆液配合比不合理、灌浆参数不适合、自私减少灌浆量等。

（2）灌浆孔可能局部塌孔，导致实际灌浆加固段缩短。

2.2 进尺过大，与围岩等级不符

（1）开挖过程中控制不严格导致超挖。（2）爆破参数不合理。

（3）开挖时采用施工机械不合理。

2.3 台阶过短，没留核心土

（1）开挖施工中围岩较差，有渗水情况，核心土容易破坏。

2.4 开挖面暴露时间长

（1）掌子面没有及时喷护，临时仰拱未及时喷护封闭。

2.5 初衬没及时封闭

（1）锁脚锚杆（管）施工较慢，初衬钢格栅组装较慢等，使初衬未及时封闭成环。

2.6 地面车辆震动

（1）隧道埋深较浅，隧道上部存在较深回（杂）填土等，岩土自稳能力差。

2.7 降水后地层残留水的影响

（1）地表存在渗水通道。（2）截排水不畅。

2.8 局部含水砂层、局部软弱土、局部破碎带、局部空洞

（1）必须进行综合地质超前预报，查清掌子面前方地质情况。（2）采用周边超前预注浆，径向注浆。

（3）对于溶隙和溶管的充水岩溶，采用以堵为主的原则。

（4）预留防涌岩墙，厚度视水压大小可选择为5~8m。当围岩极度破碎时，应加大距离。2.8 雨、污水管渗漏

（1）市政管网老旧。（2）地表管线破损。

2.9 下穿河、湖或近距河湖暗挖

（1）综合预报，先探后掘的原则，大堵小排的原则。

（2）应坚持“管超前，严注浆，短开挖，弱爆破，强支护，快封闭，勤量测，紧衬砌”。

（3）施工排水。水下隧道施工期间，地下水和施工用水无法自排，特别是出现突水、突泥险情时，为防止淹没隧道内的设备、危及人员安全以及为抢险创造条件，应准备足够的抽水、排水设备。

（4）增加探孔数量，提前设置孔口止水阀。（5）防水闸门与防水围堰。

（6）逃生路线。在施工过程中，根据施工的不同位置和情况，制订出切实可行的逃生路线规划，以应付不测。2.10 降雨后渗漏

（1）地表存在沉降裂缝。（2）地表截排水不通畅。

2.11 马头门及断面变换处等

（1）洞脸部位应加固不及时。（2）断面渐变段钢筋焊接薄弱。坍塌的预防措施

3.1 超前地质预报

（1）在隧道施工中,必须重视综合地质超前预报,长短结合,以短为主,准确预报不大于30m隧道前方及隧道周边外1倍洞径的地质情况,并需要将地质超前预报作为一道施工工序列入施工组织中。

（2）地质超前预报主要方法：

常规地质分析类，超前水平钻探类，物探类。

（3）高风险不良地质预报要点：

在断层破碎带及岩溶富水区，采用隧道超前预报系统、高密度电法对掌子面前方30~100m范围不良地质体的位置、规模、性质作详细预报，粗略预报围岩级别和地下水情况。

（4）在地震波探测的基础上进行超前探测验证。

（5）对多种探测手段获得的探测资料进行综合分析与评判，相互印证，并结合掌子面揭示的地质条件、发展规律与趋势进行预测预报

（6）建立现场管理标准。

3.2 采取各种手段调查隧道周边状况

（1）工程地质调查。

水文地质调查。地铁工程水文地质调查内容：

1.评价施工采取降、排水措施可能引起的两侧建筑物变形，市政道路的下沉、塌陷，地下水动态的变化和地下管线及各种设施的变形等不利影响，并提出防治措施。

2.基坑下有承压水含水层时，评价承压水头对基坑稳定性的影响。3.线路通过含水粉细砂、粉土层时，评价开挖引起潜蚀、流沙、涌土的可能性。

4.评价地下水对岩土的软化、崩解、湿陷、潜蚀等有害作用，必要时建议进行抗浮验算。

5.调查沿线人防工程、人工洞室的渗漏水情况，评价对基坑及隧道的影响。

6.评价地下水对支挡构筑物、路堑、边坡及路基稳定性的影响。

（2）工程环境调查。

1.对施工噪声的调查。

2.对环境污染的调查（包括对粉尘、有害气体、放射性污染的调查；对因施工造成水质和土壤污染的调查）。

3.对地面建筑及地下管线的调查。施工前必须对周围的施工环境做周密的调查：1.调查地面建筑物结构形式、基础形式及各种建筑物在不同沉降差下的反应。2.调查地下建筑物结构形式及使用功能要求。

3.调查地下管线使用功能、结构特征及其与地下工程结构的相对位置。4.调查各种电缆线材规格型号、使用要求、保护装置、外径、地下埋深或地上架设电杆高度、荷载情况、基础类型。

5.调查对地面沉降很敏感的建筑，如烟囱、变电站、气柜、锅炉、电视塔、化工装置、铁路、江堤防洪闸、桥基。

6、调查重要公路、道路基础。

7、调查地下障碍，如废旧管道的管径、长度、埋深、储水量、管道结构。3.3 重视地下水及地表水的处理

对隧道围岩中的滞留水及残留水，尽量采取疏导的方式。

在通过透镜体砂层和掌子面出现潮湿和渗流时，可预先打入钢管导水引流，钢管制做同注浆用花管，随工作面的前进依次打入导管。为防止土体流出，钢管内应设海绵或纱布。

目前武汉地铁采用全包式防水，以防为主，造成二次衬砌长期在水压下受力，出现渗漏。

关注暴雨的影响。

地下水对隧道的危害主要有：使软岩软化，土压增大；促使破碎带崩坍；使黏土、土质岩和膨胀岩膨胀，围岩发生流变；无胶结围岩流动化，围岩崩坍，丧失稳定等。为了防止隧道施工中地下水引起灾害，必须根据隧道工点的实际地质与水文地质条件和施工方法对地下水进行调查和有效控制。

地下水的处理

1.堵水。采用注浆工法（适用条件：1.水量较小，水压较低。2.浅埋隧道地 面注浆。3.水量大，水压高时，与排水相结合进行注浆）

2冻结。（适用条件：1.饱和土层、沙土、淤泥。2.城市地铁不允许地下水流失。3.当无法采用注浆堵水和保持掌子面稳定而冻结法成为唯一选择时应用）

3.排水。导坑排水、底设导坑排水、排水钻孔。4.降水。深井降水、洞内井点降水。3.4 确保超前地层加固的效果

地层加固是安全开挖的重要保证。根据不同的地层，采用不同的加固设计。可采用降水、管棚、超前小导管注浆、超前锚杆加固地层，由设计院确定。

留足够的硬化时间。浅埋暗挖法施工

1.选择适宜的辅助施工工法，优先采用小导管超前支护。

2.拓管浅埋暗挖法在有水、不稳定地层中的应用，要以注浆堵水为主，以降水为辅，采用劈裂注浆加固和堵住80%的水源，降掉20%的少量裂隙水，以达到减少地表下沉的目的。

3.在地面动荷载作用下，在大跨度地段，长孔劈裂注浆预先加固地层，小导管配合进行超前支护，是安全可靠的重要手段。

4.长管棚的直径要和地层刚度相匹配，当直径超过150mm时，对控制地表下沉作用很小。3.5 小进尺

（1）软岩IV、V级围岩，洞口段，偏压段，浅埋段等地层，开挖循环进尺宜为每榀格栅拱架间距

（2）短开挖：一次注浆多次开挖。当导管长3.5m时，每次开挖进尺0.75m，每次环状开挖，预留核心土。这种非爆破作业，减少了对围岩的扰动，及时喷射5~8cm厚混凝土层，再架设网构拱架进行挂网喷射混凝土。3.6 留核心土

（1）采用环形开挖留核心土，可防止工作面的挤出。其开挖方法是上部导坑弧形断面留核心土平台，拱部初期支护，在开挖中部核心土。

3.7 合适的台阶长度

一般台阶法施工，上下台阶以5～8 m为宜，太长不利于控制沉降变形，太短可能造成整个掌子面失稳，台阶长度一般为1~1.5倍洞径。

台阶法开挖注意事项

（1）台阶数不宜过多，台阶长度要适当，充分利用地层纵向承载拱的作用。（2）软弱地层施工时，单线台阶长度超过1.5倍洞径就要及时封闭，双线隧道台阶长度超过1倍洞径就要及时封闭，未封闭长度大于纵向承载拱跨，就会产生变位骤增现象。

（3）山台阶架设拱架时,拱脚必须落在实处,采用锁脚锚管稳固拱脚,防止拱部下沉。

（4）解决上下部半断面作业的相互干扰的问题，做好作业施工组织、质量监控及安全管理工作。3.8 开挖后及时封闭

（1）这里的封闭有两层意思，一为开挖面的封闭，二为结构断面的封闭。（2）开挖面的及时封闭就是尽可能减少开挖面的暴露时间。据统计，很多坍塌都出现在班组交接时，上个班组正在开挖过程中，下个班组未能迅速进入工作状态，秩序紊乱，延误了开挖面的封闭，从而造成坍塌。必须协调好工序及班组衔接，另外在特殊段施工时可以缩短开挖步距，以减少暴露时间，达到早封闭的效果。封闭后及时注浆回填，将围岩和初期支护空隙回填密实。结构断面的及时封闭就是尽量让结构早封闭成环，形成闭合的结构体。在开挖面和结构断面没有封闭的情况下不能随便停工。

（3）穿建筑物时，为严格控制地表沉降，在上台阶架设临时仰拱，待下半段初支封闭达到设计强度后拆除。3.9 加强监测、反馈施工

信息反馈是暗挖施工的重要组成部分。通过施工监测掌握地质、围岩地层、支护结构、地表环境等变化情况，及时采用对应措施，保证施工安全。开挖过程中必须加强监控量测，当发现拱顶、拱脚和边墙位移速率值超过设计允许值或出现突变时，应及时施工临时支撑或仰拱形成封闭环，控制位移和变形，根据量测结果跟踪注浆。3.10 重视特殊段施工

对穿越环境复杂地段、马头门和断面变换处等特殊段，制定专项方案和措施，保证施工安全。3.11 建立应急机制

为确保暗挖施工的安全，应建立应急机制。施工前制定应急预案和应急措施，包括坍塌的人员疏散、材料准备和调用、抢险组织等都要考虑周全。保证坍塌时人员疏散到安全地带，减少损失，并有条不紊地开展处理工作等。

4 坍塌的处理措施建议

4.1 坍塌后,一是要沉着、千万不要恐慌，一般在分台阶、小步距开挖情况下，即使出现坍塌，受空间限制，坍塌量也不大；二是要快速、及时处理，快速封闭掌子面、及时注入填充物、回填孔洞、防止塌陷扩大、防止影响扩大； 4.2 坍塌出现后，人员立即后撤至初期支护封闭地段，以确保人员安全； 4.3 观察洞体和掌子面的状况，通过围岩的松动情况、水流变化的情况、塌落的情况、初期支护上是否有裂纹及是否有裂纹扩展等情况来判断是否会出现更大的塌方，确保抢险人员的安全；

4.4 迅速抛掷现场已有的或预先准备好的加气砖、石块等有一定体积的物体及钢网片，喷10～20cm厚混凝土封闭掌子面；注意：坍塌处理的第一措施在于封闭掌子面，控制坍塌；

4.5 用方木支撑未封闭成环的初期支护段，保证支护的稳定；

4.6 在掌子面附近的初期支护结构顶部凿孔，插入2～3根60～80 mm直径的钢导管(其中1根为导气管)，导管一端接近坍塌区顶部，另一端固定在格栅钢架上；

4.7 用锚喷机具向坍塌孔洞内吹入干料（切忌在坍塌后直接注入水泥浆，这样可能诱导更大的坍方，因为松散的坍塌体经水泥浆浸泡后荷重加大、强度降低，造成围岩更加不稳定）；

4.8 为了确保再开挖的顺利进行，不能采用混凝土填充，先吹入干砂，再吹入水泥和砂的混合料，混合料的比例为：水泥∶砂= 1∶3左右，回填量应接近坍塌量；

4.9 最后再注入水泥浆，用于胶结填充物，进一步稳定围岩；

4.10 待到填充物胶结后，可用超前钻孔探知前方的工程地质水文地质情况或采用各种超前地质预报的方法探测前方的地质条件（希望后续工程一直采用，至少要采用简易的钻孔超前预报），根据具体情况重新施作超前支护，如果围岩较差，要加强超前支护；

4.11 然后，按正常的工艺，破除封闭掌子面继续开挖支护；

4.12 地面塌陷区填充密实的土、沙、石子等，添加适量的胶结材料，如水泥或注水泥浆等；如果确认对以后土地的使用没有影响的情况下，可以填充混凝土； 4.13 对于地面塌陷，要特别注意尽可能减少社会影响。

4.14 提示：掌子面附近应常备方木、钢网片、加气砖等必备材料。方木主要用于加固结构；加气砖具有轻质高强的特性，可以置于格栅背后回填超挖空间或坍塌空区，也可以在坍塌发生时抛掷在堆积体中减少坍塌量；钢网片主要用于封闭掌子面。近期要做的工作建议

5.1 派公司专家检查现场安全状况，检查项目组工作漏洞

5.2 根据提纲准备多媒体讲义，进行一次防坍塌培训（对业主、对员工）5.3 防坍塌专项现场风险评估

5.4 严重违反施工工艺要求的必须书面、网络平台警示 5.5 开展联合巡检 5.6 构建应急措施

篇6：钻爆法特长隧洞施工通风系统技术

阿尔塔什水利枢纽工程是叶尔羌河干流山区下游河段的控制性水利枢纽工程, 是叶尔羌河干流梯级规划中“两库十四级”的第十一个梯级, 在保证向塔里木河生态供水3.3亿m3的前提下, 工程承担防洪、灌溉、发电等综合利用任务。坝址控制流域面积4.64万km2, 水库正常蓄水位1 820 m, 最大坝高164.3 m, 总库容22.51亿m3, 控制灌溉面积427.5万亩, 电站装机容量730 MW, 设计年发电量23.32亿k W·h, 属大 (1) 型Ⅰ等工程。

枢纽工程由拦河坝、表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、深孔泄洪洞、发电引水系统、电站厂房、生态基流引水洞及其厂房等主要建筑物组成。

目前, 国内外在设计通风时只是考虑将新鲜的空气送至开挖工作面, 而忽略了新鲜空气送至开挖工作面后, 隧洞回风时受到的阻力及损失, 因此导致洞内通风难以达到预期的设计效果。

1 工程概况

1.1 区域地质概况

阿尔塔什水利枢纽库坝区位于昆仑山西段叶尔羌河中游峡谷河段, 属中山区。近场区在构造单元上处于西昆仑海西褶皱系和塔里木地台两大构造单元的交界处, 之间以米亚断裂为界, 带内可划分出两个次级构造单元, 由西向东分别为铁克里克断隆和莎车坳陷, 之间以阿尔塔什断裂为界。拟建场地位于铁克里克断隆的东部, 距阿尔塔什断裂约1.0 km~2.5 km, 距米亚断裂约12 km。

根据新疆防御自然灾害研究所2008年5月完成的《新疆阿尔塔什水利枢纽工程场地地震安全性评价报告》, 坝址区场地50年超越概率10%的水平向基岩动峰值加速度为179.9 gal, 50年超越概率5%基岩动峰值加速度为221.0 gal, 100年超越概率2%的水平向峰值加速度为320.6 gal[1]。对应的地震基本烈度为8度。

1.2 发电洞概况

阿尔塔什水利枢纽工程发电洞由两条隧洞平行布置, 采用一洞二机的供水方式, 两条发电洞的轴线间距弯道段前为44 m, 弯道段后为60 m。隧洞断面形式采用圆形, 发电洞全长6 009.592 m, 洞径为8.5 m, 衬砌厚度为0.6 m, 交通洞纵坡1/500, 设计引用流量为222.4 m3/s, 属特长隧洞。沿线岩体覆盖一般埋深150 m~600 m, 最大埋深约为650 m, 具有埋深大、洞线长等特点。本工程单工作面施工通风长度为3 005 m。

2 隧洞通风标准及设计原则

2.1 隧洞通风标准

在隧洞施工过程中由于钻孔、爆破、出渣运输等所产生的粉尘、有害气体及地层间释放的有害气体等因素使得隧洞内空气浑浊、影响工人的身体健康。因此应为隧洞内工作地点提供足够的新鲜空气;稀释及排除各种有害气体和烟尘并且使其含量达到国家有关标准以内;确保施工质量及进度。目前国内对隧洞施工通风标准规定如下:

1) 根据SL 303-2004水利水电工程施工组织设计规范及DL T/5099-2011水工建筑物地下工程开挖施工技术规范中的有关规定每人每分钟供给3.0 m3的新鲜空气。2) 在煤矿及矿业行业中根据《矿上安全标准》及《煤矿安全规程》中规定每人每分钟供给4.0 m3的新鲜空气。3) 洞内使用柴油机械时, 可按每千瓦分钟4.08 m3风量计算。4) 施工过程中, 洞内氧气按体积计算不应少于20%。洞内平均温度不应超过280℃。5) 洞内有害气体和粉尘含量应符合表1的标准。6) 按爆破后20 min内将工作面的有害气体排出或冲淡至允许浓度计算, 每千克炸药爆破产生的有害气体折合成40 L一氧化碳气体。7) 洞内作业地点噪声不宜超过90 d B。8) 工作面附近的最小风速不应低于0.25 m/s, 最大风速按下列规定执行:a.隧洞、竖井、斜井工作面最大风速不应超过4 m/s。b.运输洞与通风洞最大风速不应超过6 m/s。

2.2 通风设计原则

1) 合理布局, 优化匹配, 防漏降阻, 严格管理, 确保效果。2) 采用挤压理论设计, 进行通风系统设计比选优化, 满足局部通风效果。3) 本着经济适用、维修方便原则, 尽量选用国产的先进通风设备, 并减少风机的品种、型号。4) 通风用电在隧洞施工中占有相当的比重, 优先选用节能型风机以降低能耗。5) 在净空允许的条件下, 尽可能采用大直径风管, 减少能耗损失。6) 通过适当增加一次性投入, 减少通风系统的长期运行成本。7) 充分考虑海拔高高寒地区气候气压低对通风系统的影响。

3 通风风量的计算

3.1 通风风量计算标准

通风设计参数表见表2。1) 按洞内最多工作人数计算:

其中, N为洞内同时最高工作人数, 30人;k为风量备用系数, 1.5。

2) 按洞内允许最低风速计算:

其中, V为保证洞内稳定风流的最小风速, 本工程取0.25 m/s;A为开挖断面积。

3) 按工作面排除炮烟需风量计算:

其中, G为一次爆破用药量;L0为炮烟抛掷长度, L0=15+G/5;其他符号意义同前。

4) 按稀释内燃废气需风量计算:

其中, k为单位功率所需风量的系数, 4.08 m3/ (min·k W) ;Ni为每台柴油设备额定功率;K1为设备平均负荷率, 本工程取0.7;K2为设备同时利用率, 本工程取0.8。

3.2 通风机风量确定

根据上述计算所需风量可知, 开挖面所需风量主要由稀释内燃机废气和工作面排除炮烟需风量两种因素控制。由于这两种污染物对风机的风量要求不同, 还不能简单地根据上述计算最大值来确定风机风量, 因此应根据这两种因素分别计算风机的风量, 然后取大值以最终确定风机风量。

对于压入式管道通风, 用冲淡开挖面炮烟所需风量来计算风机风量时, 应考虑管道漏损和高程修正因素。

其中, Qy为工作面排除炮烟需风量;P为漏风系数, 本工程取2.23;K为高程修正系数, 本工程取0.9。

管道通风用稀释内燃机废气的风量来计算风机风量时, 因漏损在洞内的空气对废气仍有稀释作用, 故只考虑高程修正因素。

其中, Qg为稀释内燃废气需风量;K为高程修正系数, 本工程取0.9。

经以上计算, 取其最大值为隧洞通风量标准, 故本工程通风机的供风量为1 777.07 m3/min。

4 通风阻力计算

本工程工期紧, 任务重, 要求钻爆后通风时间为20 min, 以缩短循环时间, 加快施工进度, 为减少风管摩擦风阻, 降低风管的漏风率, 提高通风效果。根据流体力学阻力定律, 管道通风的压力损失与风管直径的5次方成反比, 本工程经过大量的比较最终决定采取2 000 mm的高强拉链式软风管, 单节长度40 m。

1) 管道摩擦风阻系数:

其中, α为管道摩阻系数, , ρ为空气密度, 本工程取1.2 kg/m3, λ为达西系数, 本工程取0.015;L为风管长度;d为风管直径。

2) 局部阻力系数:

其中, ζ为风管局部阻力系数, 本工程取1.0;其他符号意义同前。

3) 管道局部阻力:

其中, Qj为通风机设计风量, m3/s;Qg为工作面获得的风量, m3/s;其他符号意义同前。

4) 管道沿程摩擦阻力:

5) 需要通风机全压:

为避免洞内流出的污浊空气重新进入, 形成循环风, 将风机设置在距洞口30 m的钢管基座上, 位于进洞口方向的右侧。风机安装应由专业人员严格按照有关规定进行操作, 确保风管安装达平、直、稳、紧、不弯曲、无褶皱、减少通风阻力。

5 结语

施工通风是长大隧洞施工的重要辅助工序之一。合理的通风布置及通风系统、理想的通风效果是实现隧洞施工进度和施工人员身心健康的重要也是唯一保障。目前, 国内外在设计通风时只是考虑将新鲜的空气送至开挖工作面, 而忽略了新鲜空气送至开挖工作面后, 隧洞回风时受到的阻力及损失, 因此导致洞内通风难以达到预期的设计效果。本文提供的通风技术及观点可以为以后类似工程通风设计提供参考, 为优化地下施工通风设计方案提供实践依据, 为加快施工进度及确保施工人员健康安全提供保障。

摘要：以一条隧洞施工通风为例, 在计入隧洞回风阻力及损失的条件下, 重点从施工通风标准、通风量、通风阻力及风管安装等方面探析了长距离隧洞通风施工技术。

关键词：隧洞,通风量,回风,通风阻力

参考文献

[1]沈军.新疆阿尔塔什水利枢纽工程场地地震安全性评价报告[R].乌鲁木齐:新疆防御自然灾害研究所, 2011.