深埋隧道岩体爆破与悬臂掘进机联合开挖方法技术

本发明专利技术提供了深埋隧道岩体爆破与悬臂掘进机联合开挖方法，爆破开挖与机械开挖联合对隧道进行开挖，其核心思想是将掌子面预开挖区域岩体分为两部分，一部分使用控制爆破开挖方法，另一部分使用机械开挖方法。在爆破开挖过程中，先确定掏槽孔、辅助孔以及周边孔参数，掏槽孔整体呈楔形，将乳化药包安置于炮孔底部，采取底部装药结构，同时采用切缝药包实现定向断裂控制爆破的目的。通过爆破开挖与机械开挖的联合使用，不仅能够解决隧道超欠挖、爆破开挖炸药用量多及围岩损伤的难题，且提高了施工安全性，缩短了施工工期。缩短了施工工期。缩短了施工工期。

【技术实现步骤摘要】
深埋隧道岩体爆破与悬臂掘进机联合开挖方法


[0001]本专利技术属于隧道掘进
，具体涉及一种深埋隧道岩体爆破与悬臂掘进机联合开挖方法。

技术介绍

[0002]隧道开挖技术对隧道内软、硬岩的掘进工作具有十分重要的意义，直接决定了隧道开挖的工期、效率。在隧道的掘进工作中，对开挖技术的选择尤为重要，选择相对应的开挖技术可以在开挖过程中提高开挖效率、降低对周围岩体的损伤，达到良好的开挖效果。目前，国内外在开挖工作中主要使用爆破开挖和机械开挖两种方法。其中，爆破开挖的中心思想是利用炸药的爆炸能对岩体产生影响，达到岩体断裂进而实现隧道爆破的效果。爆破开挖的优点为可以通过炸药量以及装药结构控制开挖进尺以及开挖范围，但其对周边岩石的扰动较大，长期爆破开挖会影响隧道的整体稳定性，需要对围岩进行支护，另外，爆破开挖也无法避免超欠挖问题的产生；机械开挖的中心思想是通过掘进机对隧道掌子面进行掘进工作，目前国内外掘进机主要分为开敞式和护盾式两类，其优点是对周边岩石扰动小，无需对围岩进行大量加固工作，但在掘进过程中，对掘进机的损耗较大，不仅成本较高，而且影响工期。因此，如何实施一种既不影响工期、又可以减小对围岩损伤、提高掘进效率的掘进技术，尽可能地减小开挖过程中的超欠挖问题的产生，是现在隧道开挖工程中急需解决的问题。

技术实现思路

[0003]因此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种深埋隧道岩体爆破与悬臂掘进机联合开挖方法，通过爆破开挖与机械开挖的联合使用，不仅能够解决隧道超欠挖、爆破开挖炸药用量多及围岩损伤的难题，且提高了施工安全性，缩短了施工工期。
[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种深埋隧道岩体爆破与悬臂掘进机联合开挖方法，该方法包括以下步骤：步骤1：收集现场数据以及各种参数；步骤2：设计爆破方案，确定炸药结构，安装炸药，进行爆破开挖；设计爆破方案包括以下步骤：步骤2.1：结合自由面影响，计算炮孔每米装药量q，如下公式：式中：q代表炮孔每米装药量，kg/m；m1、m2代表相关系数；w代表最小抵抗线，m；l0代表自由面宽度，m；步骤2.2：对爆破开挖轮廓线进行钻孔挖槽；步骤2.3：安置切缝药包，堵塞炮孔；步骤2.4：起爆，实现爆破开挖轮廓线内岩石破碎充分的效果；
步骤3：清理现场爆破开挖导致散落的岩石碎块；步骤4：进行机械开挖。
[0005]可选的，步骤2.2中爆破开挖轮廓线为挖槽孔、辅助孔以及周边孔内所装炸药爆破产生爆生气体导致岩石破碎的轮廓线，其确定步骤如下：步骤2.2.1：确定掏槽孔参数，具体包括掏槽范围、掏槽孔行间距、掏槽孔倾角、掏槽孔孔底间距、掏槽孔深度以及掏槽孔内切缝药包长度；步骤2.2.2：确定辅助孔参数，具体包括辅助孔间排距、辅助孔内切缝药包长度以及单孔装药量；步骤2.2.3：确定周边孔参数，具体包括单孔装药量、周边孔间距以及光爆层厚度。
[0006]可选的，步骤2.2.1中确定掏槽孔行间距包括：确定掏槽孔内炸药爆破形成的破碎圈直径和确定掏槽孔内炸药爆破形成的裂隙圈直径，如下公式：式中：D1代表单个掏槽孔内炸药爆破形成的破碎圈直径；D2代表单个掏槽孔内炸药爆破形成的裂隙圈直径；ρ0代表装药密度，kg/m3；r
b
代表掏槽孔半径；σ
cd
代表岩石动态抗压强度，MPa；A、B、为系数；σ
c
代表岩石静态抗压强度，MPa；σ
td
代表岩石动态抗拉强度，MPa，取σ
td
=σ
t
，σt为岩石静态抗拉强度，MPa；β代表应力波折减系数；
ɛ
代表应变率，取
ɛ
=100；ρ代表岩石密度，kg/m3；c
p
代表岩石弹性波速度，m/s；D代表炸药爆速，m/s；μ
b
代表岩石动态泊松比，μ
b
=0.8μ；μ代表岩石静态泊松比；代表炸冲击波衰减系数；n代表孔内炸药起爆时挤压对孔壁的压力增大系数，正常情况下为10；γ代表爆破后形成的膨胀绝热指数，正常情况下为3；k代表不耦合系数，，d
b
为炮孔直径，mm；d
c
为切缝药包直径，mm；η代表装药轴向系数，，l
b
为掏槽孔长度，mm；l
c
为切缝药包长度，mm；其中，确定掏槽孔内炸药爆破形成的裂隙圈直径即为掏槽孔行间距。
[0007]可选的，步骤2.2.1中掏槽范围选取隧道断面尺寸的5%~7%；掏槽孔孔底间距的确定公式如下：式中：d代表掏槽孔孔底间距，mm；D1代表单个掏槽孔内炸药爆破形成的破碎圈直径；代表炸冲击波衰减系数；掏槽孔倾角的数值范围为55
°
~80
°
；根据岩石性质确定掏槽孔深度，根据掏槽孔深度确定切缝药包长度。
[0008]可选的，步骤2.2.2中辅助孔间排距通过辅助孔密集系数表示，公式如下：
式中：m1代表辅助孔密集系数，通常选取为1.0~1.2；a代表辅助孔间距，m；b代表辅助孔排距，m；其中，辅助孔深度为掏槽孔深度的85%~90%；辅助孔内所需切缝药包长度公式如下：式中：l
切
代表辅助孔内所需切缝药包长度，mm；l
辅
代表辅助孔深度，mm；b代表辅助孔排距，m；单个辅助孔内用药量公式如下：式中：Q代表单个辅助孔内用药量，kg；q
辅
代表辅助孔单位体积用药量，kg/m3；a代表辅助孔间距，m；b代表辅助孔排距，m；l
辅
代表辅助孔深度。
[0009]可选的，步骤2.2.3中单孔装药量确定公式如下：式中：Q表示每个周边孔装药量；q
线
表示周边孔线装药密度，kg/m，一般取150~200kg/m；L表示周边孔深度，L值与辅助孔深度相同；根据岩石性质确定周边孔间距；根据周边孔间距确定爆破开挖光爆层厚度，公式如下：式中：w
光
表示光爆层厚度；a表示周边孔间距；m表示周边孔密集系数，在工程中取0.7~0.9。
[0010]可选的，步骤4具体包括：步骤4.1：建立机械开挖方案；步骤4.2：悬臂式掘进机搭配设备进场；步骤4.3：安装激光指向仪；步骤4.4：操控激光指向仪指向机械开挖轮廓线，完成机械开挖。
[0011]可选的，步骤4.1具体包括悬臂式掘进机取代拱顶、拱肩以及拱腰处周边孔，进而形成机械开挖轮廓线。
[0012]可选的，步骤2中炸药结构包括切缝药包，切缝药包包括炸药包和切缝管结构，切缝管结构包括切缝管主体、中部切缝以及底部切缝。
[0013]有益效果本专利技术的实施例中所提供的一种深埋隧道岩体爆破与悬臂掘进机联合开挖方法，爆破开挖与机械开挖联合使用，对隧道进行开挖工作。中心思想是将预开挖区域分为两部分，第一部分使用传统爆破开挖方法，第二部分使用机械开挖方法。其中，机械开挖区域为传统爆破开挖方法中光爆层区域，即利用悬臂式掘进机取代周边孔内炸药，取消部分周边孔。这样做的目的在于减少爆破用药量，进而减小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深埋隧道岩体爆破与悬臂掘进机联合开挖方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：收集现场数据以及各种参数；步骤2：基于现场收集数据，设计爆破方案，确定炸药结构，安装炸药，进行爆破开挖；设计爆破方案包括以下步骤：步骤2.1：结合自由面影响，计算炮孔每米装药量q，如下公式：式中：q代表炮孔每米装药量，kg/m；m1、m2代表相关系数；w代表最小抵抗线，m；l0代表自由面宽度，m；步骤2.2：对爆破开挖轮廓线进行钻孔挖槽；步骤2.3：安置切缝药包，堵塞炮孔；步骤2.4：起爆，实现爆破开挖轮廓线内岩石破碎充分的效果；步骤3：清理现场残渣；步骤4：进行机械开挖。2.根据权利要求1所述的深埋隧道岩体爆破与悬臂掘进机联合开挖方法，其特征在于，步骤2.2中爆破开挖轮廓线为掏槽孔、辅助孔以及周边孔内所装炸药爆破产生爆生气体导致岩石破碎的轮廓线，其确定步骤如下：步骤2.2.1：确定掏槽孔参数，具体包括掏槽范围、掏槽孔行间距、掏槽孔倾角、掏槽孔孔底间距、掏槽孔深度以及掏槽孔内切缝药包长度；步骤2.2.2：确定辅助孔参数，具体包括辅助孔间排距、辅助孔内切缝药包长度以及单孔装药量；步骤2.2.3：确定周边孔参数，具体包括单孔装药量、周边孔间距以及光爆层厚度。3.根据权利要求2所述的深埋隧道岩体爆破与悬臂掘进机联合开挖方法，其特征在于，步骤2.2.1中确定掏槽孔行间距包括：确定掏槽孔内炸药爆破形成的破碎圈直径和确定掏槽孔内炸药爆破形成的裂隙圈直径，如下公式：式中：D1代表单个掏槽孔内炸药爆破形成的破碎圈直径；D2代表单个掏槽孔内炸药爆破形成的裂隙圈直径；ρ0代表装药密度，kg/m3；r
b
代表掏槽孔半径；σ
cd
代表岩石动态抗压强度，
MPa；A、B、为系数；σ
c
代表岩石静态抗压强度，MPa；σ
td
代表岩石动态抗拉强度，MPa，取σ
td
=σ
t
，σt为岩石静态抗拉强度，MPa；β代表应力波折减系数；
ɛ
代表应变率，取
ɛ
=100；ρ代表岩石密度，kg/m3；c
p
代表岩石弹性波速度，m/s；D代表炸药爆速，m/s；μ
b
代表岩石动态泊松比，μ
b
=0.8μ；μ代表岩石静态泊松比；代表炸冲击波衰减系数；n代表孔内炸药起爆时挤压对孔壁的压力增大系数，正常情况下为10；γ代表爆破后形成的膨胀绝热指数，正常情况下为3；k代表不耦合系数，，d
b
为炮孔直径，mm；d
c
为切缝药包直径，mm；η代表装药轴向系数，，l

【专利技术属性】
技术研发人员：王军祥，马宝龙，李俭，张业权，咸峰，刘韫鑫，李良广，王石磊，黄海军，王永柱，
申请(专利权)人：中铁十九局集团第三工程有限公司，
类型：发明
国别省市：