CN207423009U - 一种隧道水压爆破施工结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种隧道水压爆破施工结构。其中,该隧道水压爆破施工结构包括在待爆破的全断面上由上至下依次设有的周边眼机构、辅助眼机构、掏槽眼机构和底板眼机构。本实用新型具有提高经济效益、提升施工质量和降低安全风险，及加快施工进度和减少环境污染的效果。

Description

一种隧道水压爆破施工结构

技术领域

本实用新型涉及一种隧道水压爆破施工结构。

背景技术

近年来，我国基础建设力度逐步加大，隧道工程建设越来越普遍，尤其在崇山峻岭地区，隧道逐渐成为项目工程的技术重点难点和关键线路。对于山岭隧道坚硬围岩的开挖一般采用爆破形式。其中围岩主要以花岗岩为主，次坚石为主。如图2所示，传统爆破方式是，先开凿炮眼，之后放入多节炸药，接着将雷管或者引爆管插入每节爆炸，再引到炮眼外，最后进行爆破。上述爆破方式存在炸药能量利用不充分、爆碴块度大、超欠挖难以控制、爆破震动大、烟尘多等缺点，因此需要进一步优化。水压爆破是近年来出现的新型爆破方式，其主要在装药结构和炮孔堵塞上进行优化，国内可参考的案例极少，属于较新的施工技术。譬如，施工遇到的隧道情况，双线六车道长的隧道，设计速度120km/h。左线长度为1446m，右线长度为1431m,且隧道围岩较好，Ⅱ级、Ⅲ级占总量约75％，如何利用水压爆破提高光面爆破的效果对隧道施工有积极意义。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种提高经济效益、提升施工质量和降低安全风险，及加快施工进度和减少环境污染的隧道水压爆破施工结构。

为实现上述目的，本实用新型提供的一种隧道水压爆破施工结构，其中,包括在待爆破的全断面上由上至下依次设有的周边眼机构、辅助眼机构、掏槽眼机构和底板眼机构。周边眼机构包括在全断面上设有多个等间距且半圆形分布的第一炮眼、在第一炮眼底部设有的第一水袋、在第一炮眼内靠近第一炮眼的炮孔位置设有的第二水袋、在第一水袋和第二水袋之间的第一炮眼内设有的第一炸药层，及在第一炮眼的炮孔上设有堵塞第一炮眼的第一炮泥和在第一炮眼内设有插入第一炸药层且延伸到第一炮眼外的导爆索。第一炸药层由多个等间距的第一炸药包组成。每个第一炮眼的导爆索之间为并联连接。周边眼机构设置有一层。辅助眼机构包括在第一炮眼下方的全断面上设有多个等间距且半圆形分布的第二炮眼、在第二炮眼底部设有的第三水袋、在第二炮眼内靠近第二炮眼的炮孔位置设有的第四水袋、在第三水袋和第四水袋之间的第二炮眼内设有的第二炸药层，及在第二炮眼的炮孔上设有堵塞第二炮眼的第二炮泥和在第二炮眼内设有插入第二炸药层且延伸到第二炮眼外的第一雷管。第二炸药层由依次紧贴的第二炸药包组成。每个第二炮眼的第一雷管之间为并联连接。掏槽眼机构包括在第二炮眼下方的全断面上设有多个等间距分布的第三炮眼、在第三炮眼底部设有的第五水袋、在第三炮眼内靠近第三炮眼的炮孔位置设有的第六水袋、在第五水袋和第六水袋之间的第三炮眼内设有的第三炸药层，及在第三炮眼的炮孔上设有堵塞第三炮眼的第三炮泥和在第三炮眼内设有插入第三炸药层且延伸到第三炮眼外的第二雷管。第三炸药层由依次紧贴的第三炸药包组成。每个第三炮眼的第一雷管之间为并联连接。底板眼机构包括在第三炮眼下方的全断面上设有多个等间距且直线分布的第四炮眼、在第四炮眼底部设有的第七水袋、在第四炮眼内靠近第四炮眼的炮孔位置设有的第八水袋、在第七水袋和第八水袋之间的第四炮眼内设有的第四炸药层，及在第四炮眼的炮孔上设有堵塞第四炮眼的第四炮泥和在第四炮眼内设有插入第四炸药层且延伸到第四炮眼外的第三雷管。第四炸药层由依次紧贴的第四炸药包组成。每个第四炮眼的第三雷管之间为并联连接。

在一些实施方式中，辅助眼机构由上至下设置有多层。

在一些实施方式中，第一水袋、第三水袋、第五水袋、第七水袋均由一节水袋组成；所述的第二水袋、第四水袋、第六水袋、第八水袋均由二节水袋组成。

在一些实施方式中，每一节水袋的长度为水袋长200mm，直径为35mm，袋厚约为0.8mm。由此，生产时首先调节好封口机定量，然后打开电源，调节温控调节器达到封口温度。在开始灌注封口前，把主开关拔上，等机器运转两次，使计量泵内吸满水，将空气排出后，把主开关拔下，塑料袋由人工用手指夹住套在出水管口上，按启动开关，即完成自动灌注和封口。

另一实用新型是提供一种隧道水压爆破施工结构的应用，其中，具体步骤如下：(1)施工前准备，先对炮泥和每一节袋水进行制备；(2)进行炮眼钻孔，即采用钻孔台车就位，之后测画断面炮眼定位，开始钻孔；(3) 炮眼进行清孔；(4)炮泥、水袋及炸药包就位，安装炸药、水袋和炮泥； (5)将导爆索和雷管连到炸药包上，之后到炮眼外；(6)逐孔检查装炸药情况，进行起爆；(7)进行排险完成，才出碴；(8)最后，初期支护；(9) 如此循环。

在一些实施方式中，炮泥机为PNJ-A型炮泥机。由此，制造的规格统一、质地均匀、软硬适中、表面光滑等特点，提高了炮眼封堵质量，炮泥制作速度快，减少了劳动人员，提高了工作效率；制作炮泥方便，操作简单。炮泥生产效率：500～600个/h。

在一些实施方式中，炮泥由黏土、细砂、水三种材料组成。由此，黏土采用干净的普通黏土，砂采用干净的河砂或机制砂。配合比(质量)为黏土：砂：水＝0.75:0.09:0.16，制好的炮泥以表面光滑、不断裂，用手略微捏一捏可以变形为宜。炮泥原材料提前12小时均匀拌好为宜，这样制作成的炮泥比临时拌和的柔韧性更优。

在一些实施方式中，水袋制作采用KPS-60型塑袋灌装封口机。由此，具有规格统一、质地均匀、自动灌水封口等特点，提高了环境保护和作业人员的身体健康，减少粉尘和炸药等异味；制作速度快，减少了劳动人员，提高了工作效率；制作水袋方便，操作简单。生产效率：700只/h。)

本实用新型的有益效果是提高经济效益、提升施工质量和降低安全风险，及加快施工进度和减少环境污染的效果。具体如下：(1)水压爆破超欠挖得到了有效的控制，有利于提高初支平整度控制；其中，产生的爆碴最大块度明显下降，最大抛距给也缩短，且碴体集中，加快了装碴出碴速度，振动速度降低，减小了对的围岩扰动。另外，水袋中的水形成水雾，起到降尘作用，通风时间由传统爆破的约60min缩短为30min。水压爆破在节省炸药、加快进度、缩短通风时间、降低安全风险改善洞内施工环境方面的优势是十分明显的。(2)水压爆破比普通爆破每个循环多开挖 0.25m，每循环节省炸药30.1kg，节省炸药0.106kg/m3，最为显著的是通风降尘时间缩短了30min，降低用电和提高施工效率。通过比较，耗药量降低了，水压爆破从提高经济效益、提升施工质量、降低安全风险、加快施工进度、减少环境污染五个方面效果十分显著，得到了各方的高度认可。 (3)炮眼封堵质量，炮泥制作速度快，减少了劳动人员，提高了工作效率。 (4)水袋提高了环境保护和作业人员的身体健康，减少粉尘和炸药等异味；制作速度快，减少了劳动人员，提高了工作效率；制作水袋方便，操作简单。

如此，水压爆破不但节省炸药、加快进度、缩短通风时间、降低安全风险和改善洞内施工环境方面等都具有优势。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为现有爆破方式的结构示意图；

图3为本实用新型中周边眼机构的结构示意图；

图4为本实用新型中辅助眼机构的结构示意图；

图5为本实用新型中掏槽眼机构的结构示意图；

图6为本实用新型中底板眼机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对实用新型作进一步详细的说明。

如图1-6所示，一种隧道水压爆破施工结构，包括在待爆破的全断面上由上至下依次设有的周边眼机构01、辅助眼机构02、掏槽眼机构03和底板眼机构04。周边眼机构01包括在全断面上设有多个等间距且半圆形分布的第一炮眼11、在第一炮眼11底部设有的第一水袋12、在第一炮眼 11内靠近第一炮眼11的炮孔位置设有的第二水袋13、在第一水袋12和第二水袋13之间的第一炮眼11内设有的第一炸药层14，及在第一炮眼11的炮孔上设有堵塞第一炮眼11的第一炮泥15和在第一炮眼11内设有插入第一炸药层14且延伸到第一炮眼11外的导爆索16。第一炸药层14 由多个等间距的第一炸药包组成。每个第一炮眼11的导爆索16之间为并联连接。周边眼机构01设置有一层。辅助眼机构02包括在第一炮眼11 下方的全断面上设有多个等间距且半圆形分布的第二炮眼21、在第二炮眼 21底部设有的第三水袋22、在第二炮眼21内靠近第二炮眼21的炮孔位置设有的第四水袋23、在第三水袋22和第四水袋23之间的第二炮眼21 内设有的第二炸药层24，及在第二炮眼21的炮孔上设有堵塞第二炮眼21 的第二炮泥25和在第二炮眼21内设有插入第二炸药层24且延伸到第二炮眼21外的第一雷管26。第二炸药层24由依次紧贴的第二炸药包组成。每个第二炮眼21的第一雷管26之间为并联连接。掏槽眼机构03包括在第二炮眼21下方的全断面上设有多个等间距分布的第三炮眼31、在第三炮眼31底部设有的第五水袋32、在第三炮眼31内靠近第三炮眼31的炮孔位置设有的第六水袋33、在第五水袋32和第六水袋33之间的第三炮眼 31内设有的第三炸药层34，及在第三炮眼31的炮孔上设有堵塞第三炮眼 31的第三炮泥35和在第三炮眼31内设有插入第三炸药层34且延伸到第三炮眼31外的第二雷管36。第三炸药层34由依次紧贴的第三炸药包组成。每个第三炮眼31的第一雷管26之间为并联连接。底板眼机构04包括在第三炮眼31下方的全断面上设有多个等间距且直线分布的第四炮眼41、在第四炮眼41底部设有的第七水袋42、在第四炮眼41内靠近第四炮眼 41的炮孔位置设有的第八水袋43、在第七水袋42和第八水袋43之间的第四炮眼41内设有的第四炸药层44，及在第四炮眼41的炮孔上设有堵塞第四炮眼41的第四炮泥45和在第四炮眼41内设有插入第四炸药层44且延伸到第四炮眼41外的第三雷管46。第四炸药层44由依次紧贴的第四炸药包组成。每个第四炮眼41的第三雷管46之间为并联连接。辅助眼机构 02由上至下设置有多层。第一水袋12、第三水袋22、第五水袋32、第七水袋42均由一节水袋组成。第二水袋13、第四水袋23、第六水袋33、第八水袋43均由二节水袋组成。每一节水袋的长度为水袋长200mm，直径为 35mm，袋厚约为0.8mm。生产时首先调节好封口机定量，然后打开电源，调节温控调节器达到封口温度。在开始灌注封口前，把主开关拔上，等机器运转两次，使计量泵内吸满水，将空气排出后，把主开关拔下，塑料袋由人工用手指夹住套在出水管口上，按启动开关，即完成自动灌注和封口。

一种隧道水压爆破施工结构的应用，具体步骤如下：(1)施工前准备，先对炮泥和每一节袋水进行制备；(2)进行炮眼钻孔，即采用钻孔台车就位，之后测画断面炮眼定位，开始钻孔；(3)炮眼进行清孔；(4)炮泥、水袋及炸药包就位，安装炸药、水袋和炮泥；(5)将导爆索16和雷管连到炸药包上，之后到炮眼外；(6)逐孔检查装炸药情况，进行起爆；(7) 进行排险完成，才出碴；(8)最后，初期支护；(9)如此循环。炮泥机为 PNJ-A型炮泥机。制造的规格统一、质地均匀、软硬适中、表面光滑等特点，提高了炮眼封堵质量，炮泥制作速度快，减少了劳动人员，提高了工作效率；制作炮泥方便，操作简单。炮泥生产效率：500～600个/h。炮泥由黏土、细砂、水三种材料组成。黏土采用干净的普通黏土，砂采用干净的河砂或机制砂。配合比(质量)为黏土：砂：水＝0.75:0.09:0.16，制好的炮泥以表面光滑、不断裂，用手略微捏一捏可以变形为宜。炮泥原材料提前12小时均匀拌好为宜，这样制作成的炮泥比临时拌和的柔韧性更优。水袋制作采用KPS-60型塑袋灌装封口机。具有规格统一、质地均匀、自动灌水封口等特点，提高了环境保护和作业人员的身体健康，减少粉尘和炸药等异味；制作速度快，减少了劳动人员，提高了工作效率；制作水袋方便，操作简单。生产效率：700只/h。)

实施例

围岩主要以花岗岩为主，次坚石，试验围岩为Ⅱ级围岩，施工全断面开挖，全断面面积为140.88m2，钻爆设计采用复式楔形掏槽法，总炮眼数为187个，炮眼设计深度为3.6m。计划常规爆破和水压爆破各施工20个循环，然后对比分析水压爆破的优点。

(1)准备工作，主要包括炮泥制作及水袋加工，每循环炮泥制作约200 根，长度25cm左右，水袋制作约600条，加工好运至现场备用。炸药选用直径为32mm的防水乳化炸药，并采用毫秒非电雷管和导爆索16作为起爆器材。(2)放样定位，钻孔台车就位后，进行测画爆破轮廓及炮眼定位。炮眼直径为d＝40mm，周边眼间距采用14d＝56cm，辅助眼间距为80～100cm，掏槽眼间距为100～120cm。(3)炮眼定位后进行炮眼钻孔，开孔的位置要求尽量不偏离设计炮眼。周边眼和掏槽眼钻眼达到“准、平、直、齐”的要求，尤其要控制好以下几点：控制孔口误差和孔底误差，不大于5cm；周边眼沿轮廓线调整误差不大于5cm，外插脚控制在3～5°，眼底控制不超出开挖轮廓线10cm；除掏槽眼较深外，其它眼底落在同一垂直面上；炮眼钻好后，用高压气体进行清孔，将孔中的钻渣清除干净。(4)安装及连线,安装水袋、炸药，炮泥封堵，炮孔连线，然后逐孔检查。

(5)水压爆破装药量与常规爆破装药量进行比对：

经过试验比较，Ⅱ级围岩水压爆破的装药结构与常规爆破相比，掏槽眼和底板眼每孔减少装药0.2kg，周边眼和辅助眼每孔减少装药0.15kg，每循环总共节省炸药30.1kg。

(6)起爆网络采取孔内延期微差、孔外簇联的起爆方式，各引爆雷管之间采取并联的方式，以保证起爆网络的可靠性和准确性。联结时要注意：导爆索16的连接方向和连接点的牢固性；导爆管不能打结和拉细；引爆雷管用黑胶布紧紧包扎在离一簇导爆管自由端10cm以上处，网络联好后，安排专人负责检查，确认无误后，进行起爆。

(7)起爆、通风及出渣作业

起爆作业起爆顺序：从掏槽眼开始，一层一层向外进行，最后是周边眼、底板眼。起爆前按要求做好各项安全防护措施；通风排烟响炮后立即开始通风排烟30分钟；排烟30分钟后进入掌子面检查，并对爆堆的形状大小、残孔率、飞石抛距及盲炮情况进行排查、记录，掌握了第一手资料。

(8)实施效果分析

开挖进尺比较,为了试验比对分析，茅田隧道在Ⅱ级围岩对水压爆破法和常规爆破各实施了20个试验循环，水压爆破法总共掘进72m。常规爆破法总共掘进67m。水压爆破平均进尺为3.60m/循环，常规爆破平均进尺为3.35m/循环，水压爆破开挖进尺提高0.25m/循环。用药量比较,通过比对试验，在相同开挖断面、炮眼布置和钻孔深度的前提下，水压爆破比传统爆破每循环节省炸药30.1kg，折合0.106kg/m3，单位耗药量降低了15.8％。爆破质量安全比较,传统爆破的炮眼利用率约为85％，水压爆破的利用率达到了95％以上，超欠挖得到了有效的控制，有利于提高初支平整度控制；爆碴最大块度从约90cm减小为55cm以下，最大抛距由约28m减小为约21m，碴体集中，加快了装碴出碴速度；振动速度由20cm/s降低为15cm/s，减小了对的围岩扰动。通风时间比较,水袋中的水形成水雾，起到降尘作用，通风时间由传统爆破的约60min缩短为30min。由此可见，水压爆破在节省炸药、加快进度、缩短通风时间、降低安全风险改善洞内施工环境方面的优势是十分明显的。

(9)经济效益分析

表1：使用水压爆破单洞每延米所节省的费用

表2：使用水压爆破单洞每延米需另外支出的费用

通过常规爆破和水压爆破的现场统计数据对比，在相同开挖断面面积、炮眼布置和钻孔深度的前提下，水压爆破比普通爆破每个循环多开挖 0.25m，每循环节省炸药30.1kg，节省炸药0.106kg/m3，最为显著的是通风降尘时间缩短了30min，降低用电和提高施工效率。把以上每延米节省的火工品费用、人工费用和电费合计，再除去水袋、炮泥加工人工费，材料费、电费的支出费用后，水压爆破每延米可节省费用为：620.10元/延米-82.57元/延米＝537.53元/延米。隧道开挖600米Ⅱ级围岩、1400米Ⅲ b级围岩采用水压爆破全断面开挖法，每延米节约537.53元，总共可节省费用107.5万元。按照水压爆破掘进52米可少钻爆1个循环计算，可少钻爆38个循环，缩短工期约25天。通过比较分析，水压爆破从提高经济效益、提升施工质量、降低安全风险、加快施工进度、减少环境污染五个方面效果十分显著，得到了各方的高度认可。

以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种隧道水压爆破施工结构，其特征在于,包括在待爆破的全断面上由上至下依次设有的周边眼机构、辅助眼机构、掏槽眼机构和底板眼机构；

所述的周边眼机构包括在全断面上设有多个等间距且半圆形分布的第一炮眼、在第一炮眼底部设有的第一水袋、在第一炮眼内靠近第一炮眼的炮孔位置设有的第二水袋、在第一水袋和第二水袋之间的第一炮眼内设有的第一炸药层，及在第一炮眼的炮孔上设有堵塞第一炮眼的第一炮泥和在第一炮眼内设有插入第一炸药层且延伸到第一炮眼外的导爆索；

所述的第一炸药层由多个等间距的第一炸药包组成；

所述每个第一炮眼的导爆索之间为并联连接；

所述的周边眼机构设置有一层；

所述的辅助眼机构包括在第一炮眼下方的全断面上设有多个等间距且半圆形分布的第二炮眼、在第二炮眼底部设有的第三水袋、在第二炮眼内靠近第二炮眼的炮孔位置设有的第四水袋、在第三水袋和第四水袋之间的第二炮眼内设有的第二炸药层，及在第二炮眼的炮孔上设有堵塞第二炮眼的第二炮泥和在第二炮眼内设有插入第二炸药层且延伸到第二炮眼外的第一雷管；

所述的第二炸药层由依次紧贴的第二炸药包组成；

所述每个第二炮眼的第一雷管之间为并联连接；

所述的掏槽眼机构包括在第二炮眼下方的全断面上设有多个等间距分布的第三炮眼、在第三炮眼底部设有的第五水袋、在第三炮眼内靠近第三炮眼的炮孔位置设有的第六水袋、在第五水袋和第六水袋之间的第三炮眼内设有的第三炸药层，及在第三炮眼的炮孔上设有堵塞第三炮眼的第三炮泥和在第三炮眼内设有插入第三炸药层且延伸到第三炮眼外的第二雷管；

所述的第三炸药层由依次紧贴的第三炸药包组成；

所述每个第三炮眼的第一雷管之间为并联连接；

所述的底板眼机构包括在第三炮眼下方的全断面上设有多个等间距且直线分布的第四炮眼、在第四炮眼底部设有的第七水袋、在第四炮眼内靠近第四炮眼的炮孔位置设有的第八水袋、在第七水袋和第八水袋之间的第四炮眼内设有的第四炸药层，及在第四炮眼的炮孔上设有堵塞第四炮眼的第四炮泥和在第四炮眼内设有插入第四炸药层且延伸到第四炮眼外的第三雷管；

所述的第四炸药层由依次紧贴的第四炸药包组成；

所述每个第四炮眼的第三雷管之间为并联连接。

2.根据权利要求1所述的一种隧道水压爆破施工结构，其特征在于,所述的辅助眼机构由上至下设置有多层。

3.根据权利要求2所述的一种隧道水压爆破施工结构，其特征在于,所述的第一水袋、第三水袋、第五水袋、第七水袋均由一节水袋组成；所述的第二水袋、第四水袋、第六水袋、第八水袋均由二节水袋组成。

4.根据权利要求3所述的一种隧道水压爆破施工结构，其特征在于,所述的每一节水袋的长度为水袋长200mm，直径为35mm，袋厚约为0.8mm。