隧道大断面成穹顶的爆破方法

摘要

本发明公开了隧道大断面成穹顶的爆破方法，包括如下步骤：第一步，测量隧道的开挖面，确定爆破中心点，在爆破中心点钻出爆破中心孔。第二步，依次确定掏槽眼组、第一辅助眼组、第二辅助眼组及周边眼组的位置及其分布方式。第三步，在各掏槽眼、一号辅助眼、二号辅助眼及周边眼的确定位置上使用风钻进行钻孔，分别形成掏槽眼、一号辅助眼、二号辅助眼及周边眼，在所有掏槽眼、一号辅助眼、二号辅助眼及周边眼的底部放置雷管并装填炸药，进行跳段爆破。第四步，重复第一步、第二步及第三步，进入下一循环。本发明爆破形成穹顶结构的开挖面具有安全可靠性高，实用性强的特点，避免出现冒顶、掉块的问题，极大地提高了隧道开挖的安全性系数。

权利要求

1.隧道大断面成穹顶的爆破方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步，测量隧道的开挖面，在开挖面的几何中心点垂直往下1米的位置，确定爆破中心点，在爆破中心点沿隧道轴线方向钻出爆破中心孔；

第二步，围绕爆破中心点，由内到外在开挖面上依次确定掏槽眼组、第一辅助眼组、第二辅助眼组及周边眼组的位置，掏槽眼组中的若干个掏槽眼沿最内层圆周线上分布，第一辅助眼组中的若干个一号辅助眼沿内层弓形线上分布，第二辅助眼组中的若干个二号辅助眼沿中间弓形线上分布，周边眼组中的若干个周边眼沿外层弓形线上分布；

第三步，在各掏槽眼、一号辅助眼、二号辅助眼及周边眼的确定位置上使用风钻进行钻孔，分别形成掏槽眼、一号辅助眼、二号辅助眼及周边眼，在所有掏槽眼、一号辅助眼、二号辅助眼及周边眼的底部放置雷管并装填炸药，将雷管联网，进行跳段爆破，爆破后的开挖面呈凹向隧道未开挖部分的穹顶结构；

第四步，重复第一步、第二步及第三步，进入下一循环；

所有一号辅助眼的深度均相同，其轴线与爆破中心孔的轴线的夹角也均相同；所有二号辅助眼的深度均相同，其轴线与爆破中心孔的轴线的夹角也均相同；

所述一号辅助眼的深度大于二号辅助眼的深度，一号辅助眼的轴线与爆破中心孔的轴线的夹角大于二号辅助眼的轴线与爆破中心孔的轴线的夹角；

所述一号辅助眼的深度小于掏槽眼的深度，一号辅助眼的轴线与爆破中心孔的轴线的夹角小于掏槽眼的轴线与爆破中心孔的轴线的夹角；二号辅助眼的深度大于周边眼的深度，二号辅助眼的轴线与爆破中心孔的轴线的夹角大于周边眼的轴线与爆破中心孔的轴线的夹角。

2.根据权利要求1所述的隧道大断面成穹顶的爆破方法，其特征在于，所述掏槽眼组中的相邻掏槽眼的间距为40cm～55cm，各掏槽眼的轴线与中心孔的轴线的夹角呈20°～30°，掏槽眼的深度与爆破中心孔的深度相等，掏槽眼的深度比开挖深度深1.5m～2m。

3.根据权利要求1所述的隧道大断面成穹顶的爆破方法，其特征在于，在外层弓形线的底线上也布置周边眼，所有周边眼的深度均与隧道的开挖深度相同，所有周边眼的轴线与爆破中心孔的轴线的夹角均相同。

4.根据权利要求1所述的隧道大断面成穹顶的爆破方法，其特征在于，在内层弓形线的底线上也布置有一号辅助眼。

说明书

隧道大断面成穹顶的爆破方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种隧道的开挖方法，具体涉及一种关于隧道大断面成穹顶的爆破方法。

背景技术

[0002] 现在实施的大断面和特大断面的开挖方法是采用跳段施做的光面爆破，主要采用采用斜眼掏槽，辅助眼的眼底全部落在同一断面上，掏槽眼长度略大于辅助眼的长度，周边眼的长度和辅助眼的长度相同。光面爆破结束后掌子面几乎在同一平面上。主要的问题是这样的断面形式容易出现冒顶、掉块，而且开挖的时候自由度较少适用的围岩级别较少，而且危险性较大，炸药消耗量较大。

[0003] 隧道变形主要是轴向应力的缺失后掌子面围岩变形伸长，造成径向变形，使得径向原有的围岩应力变小，改变了原有的围岩的受力特征，应力释放造成围岩松动，也验证了掉块冒顶等多发于掌子面附近。隧道大断面成穹顶的爆破方法爆破出的穹顶在短时间掌子面岩石未风化前会起到防止轴向应力的缺失后掌子面围岩变形伸长，造成径向变形的效果。

[0004] 我国大断面和特大断面隧道随着经济发展有了长足的进展，原有的一些适合较小断面的开挖方法已经不适合现有的断面形式，现有断面对开挖台车的要求也不满足原有的开挖方法的实施。我国的隧道钻进设备有了长足的发展，已经有了大功率的手持式风钻到各种类型的全液压、电动、油动掘进车，单孔钻进5m已经是很平常的事情。高效的开挖机具的实施节省了开挖时间为开挖方式的改变提供了强有力的设备支持，使得受限于机械和时间的开挖方法得以实施。

[0005] 现有技术中，大断面和特大断面的开挖方法通常采用跳段施做的光面爆破，主要采用采用斜眼掏槽，辅助眼的眼底全部落在同一断面上，掏槽眼长度略大于辅助眼的长度，周边眼的长度和辅助眼的长度同长。爆破结束后，断面几乎位于同一平面上。使用种爆破方法，爆破出的断面形式容易出现冒顶、掉块，而且开挖的时候由于上面的围岩挤压塌落到下来，造成下面的围岩往往爆破不完全，炸药消耗量较大。

[0006] 隧道发生冒顶、掉块主要是轴向应力的缺失后引起围岩径向变形伸长，造成径向变形，从而直接影响了在掌子面处与径向围岩直接接触的环向围岩，造成环向围岩的应力释放，改变了原有的围岩的受力特征，环形围岩应力释放造成环形围岩松动，从而造成了掉块冒顶等诸多安全问题。

[0007] 原有的爆破开挖技术，辅助眼全部都是垂直于断面打入，所有的眼底都在同一个断面上，这样在爆破出来的面是平面，断面很容易发生变形，为了解决这个问题，现有的技术是采取喷射混凝土进行临时封闭或者是全断面注浆和打入玻璃纤维进行断面的围岩加固，来避免断面的围岩变形，但是这些方法都很耗时而且造价不菲。

[0008] 按照大断面成穹顶爆破方法爆破出的穹顶结构，利用了穹顶所特有的稳定性，在初期支护前相当于一个临时的穹顶结构减少径向围岩变形伸长，从而保证了环形围岩的不松动，防止了掉块冒顶等诸多安全问题。

发明内容

[0009] 本发明所要解决的技术问题是：现有的爆破开挖中的围岩爆破后，爆破出来的平面的围岩由于没有临时稳定的支护，造成的围岩变形过大而引起的围岩稳定性差的问题，如冒顶、掉块等。

[0010] 为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

[0011] 隧道大断面成穹顶的爆破方法，其特征在于包括如下步骤：

[0012] 第一步，测量隧道的开挖面，在开挖面的几何中心点垂直往下1米的位置，确定爆破中心点，在爆破中心点沿隧道轴线方向钻出爆破中心孔。

[0013] 第二步，围绕爆破中心点，由内到外在开挖面上依次确定掏槽眼组、第一辅助眼组、第二辅助眼组及周边眼组的位置，掏槽眼组中的若干个掏槽眼沿最内层圆周线上分布，第一辅助眼组中的若干个一号辅助眼沿内层弓形线上分布，第二辅助眼组中的若干个二号辅助眼沿中间弓形线上分布，周边眼组中的若干个周边眼沿外层弓形线上分布。

[0014] 第三步，在各掏槽眼、一号辅助眼、二号辅助眼及周边眼的确定位置上使用风钻进行钻孔，分别形成掏槽眼、一号辅助眼、二号辅助眼及周边眼，在所有掏槽眼、一号辅助眼、二号辅助眼及周边眼的底部放置雷管并装填炸药，将雷管联网，进行跳段爆破，爆破后的开挖面呈凹向隧道未开挖部分的穹顶结构。

[0015] 第四步，重复第一步、第二步及第三步，进入下一循环。

[0016] 优选地，所述掏槽眼组中的相邻掏槽眼的间距为40cm～55cm，各掏槽眼的轴线与中心孔的轴线的夹角呈20°～30°，掏槽眼的深度与爆破中心孔的深度相等，掏槽眼的深度比开挖深度深1.5m～2m。

[0017] 优选地，所述在外层弓形线的底线上也布置周边眼，所有周边眼的深度均与隧道的开挖深度相同，所有周边眼的轴线与爆破中心孔的轴线的夹角均相同。

[0018] 优选地，所述在内层弓形线的底线上也布置有一号辅助眼。

[0019] 优选地，所述所有一号辅助眼的深度均相同，其轴线与爆破中心孔的轴线的夹角也均相同。所有二号辅助眼的深度均相同，其轴线与爆破中心孔的轴线的夹角也均相同。

[0020] 优选地，所述一号辅助眼的深度大于二号辅助眼的深度，一号辅助眼的轴线与爆破中心孔的轴线的夹角大于二号辅助眼的轴线与爆破中心孔的轴线的夹角。

[0021] 优选地，所述一号辅助眼的深度小于掏槽眼的深度，一号辅助眼的轴线与爆破中心孔的轴线的夹角小于掏槽眼的轴线与爆破中心孔的轴线的夹角。二号辅助眼的深度大于周边眼的深度，二号辅助眼的轴线与爆破中心孔的轴线的夹角大于周边眼的轴线与爆破中心孔的轴线的夹角。

[0022] 通过采用上述技术方案，本发明的有益技术效果是：

[0023] 在开挖面的几何中心点垂直往下1米位置确定爆破中心点，这样在爆破时在不减少爆破效果的情况下可以尽可能的利用围岩的自重使得围岩脱落，减少炸药的消耗。掏槽眼倾斜打入的目的在于开始爆破时形成以一个类似锥台的一个爆破空间，为下一步的掏槽眼的爆破提供爆破空间。通过控制辅助眼及周边眼的深度及角度，目的是在爆破完成后的开挖面形成穹顶结构，穹顶结构的端面具有自稳定性，变形量非常小。

[0024] 穹顶结构的开挖面具有安全可靠性高，实用性强的特点，极大地提高了隧道开挖的安全性，并且由于安全系数的提高，可有效避免因轴向应力缺失，开挖面的围岩沿隧道轴线变形伸长，围岩应力释放之后会造成靠近开挖面的围岩松动、掉块，造成安全事故。

附图说明

[0025] 图1是本发明开挖面上爆破中心孔、掏槽眼、辅助眼及周边眼的布局示意图。

[0026] 图2是图1中爆破中心孔、掏槽眼、辅助眼及周边眼布局示意图的右视图。

[0027] 图3是图1中爆破中心孔、掏槽眼、辅助眼及周边眼布局示意图的俯视图。

具体实施方式

[0028] 下面结合附图对本发明进行详细说明：

[0029] 结合图1至图3，隧道大断面成穹顶的爆破方法，

[0030] 第一步，测量隧道的开挖面，在开挖面的几何中心点垂直往下1米的位置，确定爆破中心点101，在爆破中心点101沿隧道轴线方向钻出爆破中心孔101，所述爆破中心孔101即图中示出的0号孔，0号孔为沿隧道轴线方向的直孔。

[0031] 第二步，围绕爆破中心点101，由内到外在开挖面上依次确定掏槽眼组、第一辅助眼组、第二辅助眼组及周边眼组的位置，掏槽眼组中的若干个掏槽眼102沿最内层圆周线上分布，如图1中所示，靠近爆破中心孔101最内层圆周线上分布的1、2、3、4号孔为掏槽眼102。所述掏槽眼组中的相邻掏槽眼的间距为40cm～55cm，各掏槽眼的轴线与中心孔的轴线的夹角呈20°～30°，掏槽眼的深度与爆破中心孔的深度相等，掏槽眼的深度比开挖深度深1.5m～2m。第一辅助眼组中的若干个一号辅助眼103沿内层弓形线上分布，所述在内层弓形线的底线上也布置有一号辅助眼103，如图1中所示，内层弓形线上分布的10号～16号孔为一号辅助眼103，内层弓形线的底线上分布的5号～9号孔也为一号辅助眼103。所述所有一号辅助眼103的深度均相同，其轴线与爆破中心孔的轴线的夹角也均相同。

[0032] 第二辅助眼组中的若干个二号辅助眼104沿中间弓形线上分布，如图1中所示，中间弓形线上分布的17号～29号孔为二号辅助眼104。所有二号辅助眼104的深度均相同，其轴线与爆破中心孔101的轴线的夹角也均相同。所述一号辅助眼103的深度大于二号辅助眼104的深度，一号辅助眼103的轴线与爆破中心孔101的轴线的夹角大于二号辅助眼104的轴线与爆破中心孔101的轴线的夹角。

[0033] 周边眼组中的若干个周边眼105沿外层弓形线上分布，所述在外层弓形线的底线上也布置周边眼105，如图1中所示，外层弓形线上分布的30号～49号孔为周边眼105，外层弓形线的底线上分布的50号～58号孔也为周边眼105。所有周边眼105的深度均与隧道的开挖深度相同，所有周边眼105的轴线与爆破中心孔101的轴线的夹角均相同。所述一号辅助眼103的深度小于掏槽眼102的深度，一号辅助眼103的轴线与爆破中心孔101的轴线的夹角小于掏槽眼102的轴线与爆破中心孔101的轴线的夹角。二号辅助眼104的深度大于周边眼105的深度，二号辅助眼104的轴线与爆破中心孔101的轴线的夹角大于周边眼105的轴线与爆破中心孔101的轴线的夹角。

[0034] 第三步，在各掏槽眼102、一号辅助眼103、二号辅助眼104及周边眼105的确定位置上使用风钻进行钻孔，分别形成掏槽眼102、一号辅助眼103、二号辅助眼104及周边眼105，在所有掏槽眼102、一号辅助眼103、二号辅助眼104及周边眼105的底部放置雷管并装填炸药，将雷管联网，进行跳段爆破，爆破后的开挖面呈凹向隧道未开挖部分的穹顶结构。

[0035] 跳段爆破过程由内向外依次完成，每一环的爆破都有一定的微秒的时间间隔，这样的爆破方式可以给下一环的爆破提供爆破空间。首先，1、2、3、4号孔爆破，0号孔内部不放置炸药，可为其周边掏槽眼102在爆破时，提供应力释放的空间。其次，先爆破内层弓形线及其底线上分布的一号辅助眼103，再爆破中间弓形线上分布的二号辅助眼104。掏槽眼102爆破完成，可以为一号辅助眼103的爆破提供应力释放的空间，一号辅助眼103爆破完成，可以为二号辅助眼104的爆破提供应力释放的空间。最后，进行外层弓形线及其底线上的周边眼105爆破，二号辅助眼104爆破完成，可以为周边眼105的爆破提供应力释放的空间。待外层弓形线及其底线上分布的30号～58号孔爆破完成以后，整个爆破过程结束。爆破结束后,在新的开挖面上形成了良好的穹顶结构，比较规整，穹顶结构具有自稳定性，靠近开挖面的围岩松动、掉块，造成安全事故。

[0036] 第四步，重复第一步、第二步及第三步，进入下一循环。

[0037] 当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。