小断面隧洞钻爆施工方法与流程

本发明属于隧道爆破技术，涉及一种小断面隧洞钻爆施工方法。

背景技术：

1、国际遂协把断面面积为3.0-10.0m2的隧洞划分为小断面隧洞。小断面隧洞采用钻爆施工时，掏槽方式分两种，直眼掏槽和斜眼掏槽。直眼掏槽对钻孔技术和精度要求高，现场工人不易掌握；斜眼掏槽相对来说要求较低，在现场普遍使用。小断面隧洞采用斜眼掏槽爆破时，炮眼深度在1.8～2.2m，爆破进尺在1.5～2.0m之间，炮眼深度大于2.2m后，残眼深度较大。小断面隧洞单循环爆破进尺小，掘进效率低，不能满足当今社会的基础建设的需要。

2、随着隧道开挖数量越来越多，开挖规模越来越大，在采用钻爆法进行隧道掘进施工中，尤其是在小断面隧道，由于作业空间的限制，隧道进尺问题对隧道施工工期造成的延误，以及在爆破荷载的剧烈作用下，隧道围岩损伤造成的安全隐患。安全、经济、高效的隧道开挖方式也越来越受到重视。因此研究出合理的布孔方式和爆破参数提高小断面隧洞爆破进尺，对于缓解社会需求、降低工人作业周期和生产风险都有着重要的作用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种小断面隧洞斜眼掏槽—共振破岩—长延时清空槽腔—长进尺电子雷管爆破技术。为了提高隧洞掘进速度，需要增加炮孔长度，掏槽爆破时随炮孔深度增加，岩石夹制作用增强，当炮孔增加到一定深度以后，岩石恰好无法抛出，此时药包中心距离自由面的距离称为最小抵抗线w如图1所示。

2、通常最小抵抗线的方向被认为是岩石发生质点运动阻力最小的方向。而岩石受爆炸作用后是否能够脱离岩体产生抛掷作用取决于另外一个重要参数wc临界最小抵抗线。临界最小抵抗线表征岩石达到了弹性变形的极限值，超过这个值岩石将发生脆性破坏。当w<wc，岩石会在爆炸作用下形成爆破漏斗；当w>wc爆炸对岩石的破坏局限在内部，不会在自由面附近得到表现。因此本专利一段掏槽孔长度为1.6m，药包中心距离自由面0.8m～1m。

3、炸药在掏槽孔发生爆炸，首先是炸药爆炸瞬间产生的高温高压作用,在炸药与炮孔壁间的空气中形成空气冲击波，并瞬即作用在岩石上，产生在岩石内以超音速传播的冲击波而对岩石施加极强的冲击压缩效应,造成药包周围岩石被极度压碎形成粉碎虽然此范围很小，却消耗了冲击波的大部分能量,使得粉碎区界面上冲击波衰减成压应力波。压应力波继续在岩石中径向传播过后，对孔壁的径向方向产生压应力和压缩变形,而切向方向将产生拉应力和拉伸变形；由于岩石的抗拉强度是其抗压强度的1/10～1/50,当切向拉应力大于岩石的抗拉强度的1/10～1/50,该处岩石被拉断,构成与粉碎区贯通的径向裂隙。这时在冲击波、应力波作用下,岩石受到强烈的压缩,积蓄了一部分弹性变形能。

4、当粉碎区空腔形成、径向裂隙展开、压力迅速下降到一定程度时，原先在药包周围的岩石被压缩过程中积蓄的弹性变形能释放出来,并转变为卸载波,形成与压应力波作用相反的向心拉应力，使岩石质点产生反向的径向运动，当此向心拉应力大于岩石的抗拉强度时,该处岩石被拉断形成环向裂隙。在径向裂隙和环向裂隙形成的同时,由于径向应力与切向应力作用的结果还可能形成剪切裂隙。在应力波作用下岩石形成了初始裂隙,接着爆轰气体的膨胀、挤压、尖劈作用助长了裂隙的延伸和扩张，只有当应力波与爆轰气体衰减到一定程度后才能停止裂隙扩展。最终可将炮孔周围岩体按破坏程度分为粉碎区、破碎区、弹性区如图2所示。

5、单个炮孔在岩体中起爆时粉碎区和破碎区半径可有下式求得：

6、

7、

8、式中：ra为炮孔半径；rb为空腔半径；rc、rf为粉碎区半径和破碎区半径；ρr、μ分别为岩体的密度和泊松比；cp为纵波波速；σc、σt分别为岩体的单轴抗压强度和抗拉强度；σ*为多向应力条件下的岩体抗压强度；β为应力波区荷载传播衰减指数。

9、本技术的具体施工方法如下：

10、一种小断面隧洞钻爆施工方法，包括如下步骤：

11、步骤一：在钻爆挖掘断面进行炮孔的钻设，所述炮孔布置如下，掏槽孔采用大角度斜眼掏槽，4个掏槽孔呈长方形分布在隧道中心线两边；扩槽孔采用大角度斜眼钻孔，8个所述扩槽孔位于所述掏槽孔的外侧；所述掏槽孔炮眼深度为1.8～2.2m，所述扩槽孔深度为2.7～2.8m；

12、所述扩槽孔外侧设有边崩落孔，所述掏槽孔上部设有两排崩落孔，分别为第一上崩落孔和第二上崩落孔，所述第二上崩落孔位于所述第一上崩落孔上部；

13、沿着所述断面区域的轮廓边缘布置有底板孔和周边孔，所述底板孔位于所述掏槽孔下部；

14、所述边崩落孔、第一上崩落孔、第二上崩落孔、底板孔和周边孔的炮眼深度均为2.7～2.8m；

15、步骤二：在钻爆挖掘断面上钻设的炮孔中进行装药，装药均采用电子雷管；

16、步骤三：对每个炮孔内的电子雷管进行延时设置；其中，所述掏槽孔统一设置为0毫秒，所述扩槽孔统一设置为200毫秒，所述边崩落孔统一设置为400毫秒，所述第一上崩落孔统一设置为600毫秒，所述第二上崩落孔统一设置为800毫秒，所述底板孔统一设置为1000毫秒，所述周边孔统一设置为1200毫秒；

17、步骤四：延时设置完成后进行连线，确定无误后按顺序起爆。

18、进一步地，所述边崩落孔为6个，所述第一上崩落孔为3个，所述第二上崩落孔为2个，所述底板孔为5个，所述周边孔为15个。

19、进一步地，所述掏槽孔竖向间距为50cm，横向间距为140cm；所述扩槽孔竖向排列，竖向间距为40cm，所述扩槽孔与所述掏槽孔列间距为20cm。

20、进一步地，所述边崩落孔竖向排列，左右各三个，所述边崩落孔与所述扩槽孔列间距为30cm。

21、进一步地，装药半径取42mm。

22、进一步地，所述掏槽孔与钻爆挖掘断面夹角约为70°，所述扩槽孔与钻爆挖掘断面夹角约为75°。

23、进一步地，所述电子雷管延时误差为0.1-0.5毫秒。

24、本发明具有如下技术效果：

25、本发明通过炮眼共振破岩和长延时清空槽腔，把炮眼深度从1.8-2.0m增加到2.7-2.8m，爆破进尺从1.8--2.0m增加到2.5m以上。具体钻爆机理如下：0ms时4个一段掏槽孔同时起爆，使用非电子雷管一段误差0～12.5ms不能形成共振，破岩效果效果差、残孔深度在0.2m，使用电子雷管同时起爆，误差在0.1～0.5ms，能够形成良好的共振效果，破碎效果好，残孔深度小，爆破后岩石产生的裂隙所需时间为1～2ms，脱离母岩一般所需时间在8～68ms。本方案为确保前段炮孔爆出的岩石完全抛出，为后续炮孔创造良好的临空面，延时间隔为200ms，200ms时破碎的岩石已经完全抛出，形成深度1.6m的槽腔，此时8个二段扩槽孔同时起爆，同理非电子雷管延时时间为50ms，误差0-12.5ms，不能形成共振，在一段爆破后有深度较大的残孔基础上，岩石不能完全抛出，不能形成深度更大的槽腔，而电子雷管延时为200ms，误差在0.1～0.5ms，起爆时前一段炮孔爆破的岩石已经完全抛出，形成空腔，炮孔同时起爆产生共振，破岩效果好，留下残孔深度小，400ms时扩槽孔破碎的岩石已经完全被抛出形成深度2.7m槽腔，此时6个三段边崩落孔同时起爆共振破岩；600ms时边崩落孔掌子面下半部分的岩石被抛出，形成深度2.7m槽腔，此时，3个四段上崩落孔同时起爆共振破岩；800ms时上3个崩落孔把岩石全部抛出，此时2个五段上崩落孔同时起爆共振破岩；1000ms时上2个崩落孔把岩石全部抛出，5个底板孔同时起爆破岩；1200ms时15个周边眼同时起爆，形成比较光滑的轮廓面，爆破进尺可以达到2.5m以上。