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水利工程施工6
第六章地下建筑工程
简介
水利水电工程中的地下建筑物,一般可分为过水和不过水两大类。
前者包括引水隧洞、导流隧洞、泄洪隧洞、排沙隧洞、尾水洞及调压井等;后者包括交通运输洞、地下厂房、变压器室、母线室、地下洞库等。
地下建筑物的施工,主要包括洞室岩石开挖、出渣、临时支护、混凝土衬砌、洞室灌浆及质量检查等,同时还须妥善解决施工动力供应、洞内外交通运输、通风、散烟、除尘、排水和照明等问题。
地下建筑物施工具有以下特点:
施工场地受到限制,施工干扰大,施工组织比较复杂;地质和水文地质条件复杂多变,围岩安全稳定性问题突出;地下通风、采光、除尘等施工条件相对较差,劳动强度大。
随着我国近年来大型水利水电工程的高速发展,地下厂房等地下建筑物的规模及施工难度不断增大,对地下建筑物的施工技术提出了更高的要求。
本章主要以地下建筑工程施工中的洞室开挖、衬砌施工和锚喷支护等为主线,介绍以下内容:
(1)地下建筑工程的施工程序
(2)钻孔爆破方法开挖
(3)掘进机开挖
(4)衬砌施工
(5)锚喷支护
(6)地下工程施工的辅助作业
第一节地下建筑工程的施工程序
施工程序问题涉及到整个地下建筑物施工的全过程,要求在总体规划的基础上,安排好各部位、各工种的先后施工顺序,以保证均衡、连续、有节奏地完成各项作业。
一、平洞的施工程序
开挖和衬砌(支护)是平洞施工的两个主要施工过程。
平洞施工程序的选择,主要取决于地质条件、断面尺寸、平洞轴线长短以及施工机械化水平等因素;同时要处理好平洞开挖与临时支撑、平洞开挖与衬砌或支护的关系,以便各项工作在相对狭小的工作面上有条不紊地进行。
(一)平洞的施工工作面
平洞施工工作面,不仅影响到施工进度的安排,而且与施工布置也有密切关系。
一般说来,平洞开挖至少有进出口两个工作面。
如果洞线较长,工期紧迫,仅靠进出口两个工作面不能按期完工,则应考虑开挖施工支洞或竖井等来增辟工作面。
工作面的数目可按下式进行估算。
(6-1)
式中 [T]——平洞施工的限定工期,月;
L——平洞的全长,m;
N——工作面的数目;
V——平洞施工的综合进度指标,m/月;
lmax——施工支洞(或竖井)的最大长度(或高度),m;
v——施工支洞(或竖井)的综合进度指标,m/月。
在确定工作面的数目和位置时,还应结合平洞沿线的地形地质条件、洞内外运输道路和施工场地布置、支洞或竖井的工程量和造价,通过技术经济比较来选择。
如果有永久性支洞或竖井,如交通洞、通风洞、调压井可以利用时,应优先考虑,以节省临时工程的费用。
至于临时性的支洞与竖井,应尽量选在施工、运行比较方便的位置。
(二)平洞的开挖程序
平洞开挖有全断面开挖、断面分部开挖和导洞开挖等方法。
不同的开挖方法,其程序也有所不同,它们的主要特征和适用条件如下所述。
1.全断面开挖
如图6-1所示,全断面开挖是将平洞整个断面一次开挖成洞。
衬砌或支护,须待全洞贯通以后或者待掘进相当距离以后修筑,并视围岩允许暴露时间和总的施工安排而定。
全断面开挖一般适用于围岩坚固稳定,对应f≥8~10,有大型开挖衬砌设备的情况。
目前国内外的全断面开挖高度一般为8~10m,主要由使用的多臂钻机或全断面掘进机的工作高度(直径)控制。
采用全断面开挖方法,洞内工作场面比较大,施工组织因工作面宽而比较容易安排,施工干扰也较易解决,有利于提高平洞施工速度。
2.断面分部开挖
断面分部开挖是将整个断面分成若干层和块,分层分块开挖推进,分部开挖适用于围岩较差、洞径过大的平洞开挖。
如果围岩比较稳定,洞线又不太长,可先分部开挖掘进,贯通以后再进行衬砌。
在地质条件较差,围岩允许暴露时间不宜过久条件下,可采用上部开挖一段以后,将顶拱衬砌支护好,再进行下部开挖,以策安全。
分部开挖的主要优点是不一定需要大型设备,就能进行大断面洞室的开挖,比较机动灵活,能适应地质条件的变化。
采用分部开挖、分部衬砌支护的措施,使施工组织比较复杂,施工速度受到影响。
断面分部开挖从开挖形态上通常分为台阶法开挖和导洞法开挖。
(1)台阶法开挖。
当洞径或洞高在10m以上,基本上都采用台阶法开挖。
按开挖程序不同,台阶法开挖又分正台阶法和反台阶法。
开挖程序为自上而下的正台阶法在大型平洞中使用普遍,其上层开挖高度一般为6~8m,如图6-2所示。
上部断面掌子面钻爆布孔与全断面法基本相同,下部台阶的钻爆因有两个临空面,爆破效果较好。
当隧洞的断面尺寸较大时,其下部台阶的开挖可以采用露天深孔梯段爆破的方法,以提高施工效率。
(2)导洞法开挖。
导洞法开挖是在隧洞断面中开挖一个导洞,然后再在导洞的基础上扩大至整个断面的开挖方法。
导洞的形状和尺寸应根据导洞的位置、山岩压力、出渣运输、通风和排水等要求来确定。
导洞的断面较小,有利于围岩的稳定;同时,通过导洞的开挖,可进一步探明地质情况,并利用导洞解决排水问题;导洞贯通以后还有利于改善洞内通风条件。
按照导洞在设计断面中的相对位置,导洞法开挖可分为上导洞、下导洞和上下导洞等不同方式,见图6-3(a)、(b)和(c)。
下导洞法适用于围岩比较稳定的情况;围岩稳定性差时,多采用上导洞法或上下导洞法。
对于大断面隧洞,若地下水丰富,又缺少大型开挖设备,常采用上下导洞法,其中上导洞用来扩大,下导洞则用来出渣和排水,上下导洞用斜洞或直井连通。
(三)平洞的衬砌或支护施工
平洞开挖以后,除非地质条件特别好,一般都要进行衬砌或支护。
断面衬砌或支护,原则上待平洞贯通后进行为好。
但往往由于地质或其他
施工条件的原因,为了保持围岩的稳定,保证施工安全,要求在平洞贯通以前,对先挖好的地段进行衬砌,甚至要求开挖一段衬砌一段,边开挖边衬砌,开挖和衬砌交叉作业。
这样,就不可避免地会造成施工干扰。
就衬砌本身来说,若地质和设备条件允许,应尽量减少断面衬砌的分缝分块数目。
断面衬砌的顺序,常见的有自下而上、自上而下两种方式。
前者先衬砌底拱(底板),然后衬砌边拱(边墙)、顶拱,或者边顶拱一次衬砌,见图6-4(a)、(b);后者先衬砌顶拱,在顶拱防护下衬砌边拱(边墙)、底拱(底板),见图6-4(c)。
自下而上衬砌多用于地质条件较好的场合,自上而下衬砌适合于围岩自承能力较差的情况。
一般说来,当平洞沿线地质条件较好,断面不大,洞线不长时,多采用一次开挖成洞或分部开挖成洞,然后进行衬砌支护的方式。
如果开挖时遇到局部危岩,可用锚杆、挂网、喷混凝土或其他措施如木支架进行临时支撑。
对于围岩较差的平洞,通常是按先拱后墙,先分部开挖拱部,随即在拱部断面中修筑拱圈,然后在拱圈的防护下开挖中部断面,修筑边拱(边墙)和底拱(底板)。
二、地下厂房的施工程序
地下厂房的断面很大,完建的四川二滩水电站的地下厂房断面积达1620m2,其开挖尺寸为280.29m×25.5m×65.58m。
在建的红水河龙滩水电站的地下厂房总长388.50m,厂房上部开挖跨度为30.70m,下部开挖跨度28.90m,最大开挖高度达87.3m,是目前世界上最大的地下厂房。
大断面洞室的施工,一般都考虑变高洞为低洞,变大跨度为小跨度的原则,采取先拱部后底部,先外缘后核心,自上而下分部开挖与衬砌支护的施工方法,以保证施工过程中围岩的稳定。
20世纪70年代以前,大断面地下厂房开挖多采取多导洞分层施工方法。
自鲁布革水电站地下厂房施工开始,大都采用喷锚支护技术、岩锚吊车梁结构和大型施工机械,简化了分部开挖程序,加快了施工进度,图6-5为典型的地下厂房分层施工示意图。
地下厂房施工通常可分为顶拱、主体和交叉洞等三大部分。
大断面洞室施工,应首先通过导洞开挖,进一步查明地质情况,据以选择恰当的施工程序。
一般说来,根据围岩的稳定程度,有下列几种施工方法。
顶拱的开挖应根据围岩条件和断面大小,可采用全断面法开挖或先开挖中导洞两侧跟进的分部开挖,如图6-6(a)所示。
若围岩稳定性较差,则采取开挖两侧导洞,中间岩柱起支撑作用的先墙后拱法,如图6-6(b)所示。
若围岩稳定性很差,则可采用肋墙肋拱法施工,即先开挖上下侧壁导洞,沿导洞跳格开挖并衬砌边墙(肋墙);然后利用上部侧壁导洞,跳格开挖并衬砌顶拱(肋拱);最后再挖除拱肋墙之间的岩体,完成肋拱、肋墙之间的衬砌。
如图6-6(c)所示。
在松散破碎的不良地层中施工时,宜采用插钎、插板、喷锚支护或预灌浆等方法,先加固以后,再分部开挖,分部衬砌,并注意尽量减少对岩体的扰动。
三、竖井和斜井的施工程序
水利水电工程中的竖井和斜井包括调压井、闸门井、出线井、通风井、压力管道和运输井等。
竖井的高度较大,而断面相对较小;斜井是指倾角为60~480的斜洞。
竖井、斜井在施工程序上都有各自的特点。
1.竖井
竖井施工的主要特点是竖向作业,进行竖向开挖、出碴和衬砌。
一般水工建筑物的竖井均有水平通道相连,先挖通这些水平通道,可以为竖井施工的出渣和衬砌材料运输等创造有利条件。
竖井施工有全断面法和导井法。
(1)全断面法。
竖井的全断面施工方法一般按照自上而下的程序进行,该法施工程序简单,但施工时要注意:
①做好竖井锁口,确保井口稳定;②起重提升设备应有专门设计,确保人员、设备和石渣等的安全提升;③涌水和淋水地段要做好井内外排水设施;④围岩稳定性较差或在不良地层中修筑竖井,宜开挖一段衬砌一段,或采用预灌浆方法加固以后再进行开挖、衬砌;⑤井壁有不利的节理裂隙组合时,要及时进行锚固。
(2)导井法。
导井法施工是在竖井的中部先开挖导井,其断面一般为4~5m2,然后再扩大开挖。
扩大开挖时的石碴,经导井落入井底,由井底水平通道运出洞外,以减轻出碴运输的工作量。
导井开挖亦可采用自上而下或自下而上作业。
前者,常采用普通钻爆法、一次钻爆分段爆破法或大钻机钻进法;后者,常需要用钻机钻出一个贯通的小口径导孔,然后再用爬罐法、反井钻机法或吊罐法开挖出断面面积满足溜渣需要的导井,如图6-7所示。
钻爆法、大钻机钻进法和吊罐法由于工作条件较差、钻孔偏差大,一般只适用于深度不大的井。
爬罐法所需劳动力少,开挖进度快,是目前开挖导井的主要方法。
反井钻机法具有精度高、施工质量高等优点,较适合于中等硬度岩石。
扩大开挖可以自上而下逐层下挖,也可以自下而上采用留碴蹬碴作业,逐层上挖。
前者,竖井周边至导井口,应留有适当的坡度,以便出碴,但要控制碴面高于导井井口,保证井内人员的安全;后者,多用于围岩稳定性较好的小断面竖井。
2.斜井
斜井是指倾角为60~480的斜洞。
倾角小于60的洞室,其施工条件与平洞相近,可按平洞的方法施工;倾角大于480的洞室,施工条件与竖井相近,可按竖井的要求考虑。
倾角在60~350的斜井,一般采用自上而下的全断面开挖法,用卷扬机提升出碴,挖通以后再进行衬砌。
倾角在350~480的斜井,可采用自下而上挖导井,自上而下扩大的开挖方法,尽可能利用重力溜碴,不能自动溜碴时,应辅以电动扒碴机扒碴,以减轻扩大出碴的劳动强度。
第二节钻孔爆破法开挖
钻孔爆破法一直是地下建筑物岩石开挖的主要施工方法。
这种方法对岩层地质条件适应性强、开挖成本低,尤其适合岩石坚硬、长度相对短的洞室施工。
钻孔爆破法开挖地下建筑物,应根据设计要求、地质情况、爆破材料及钻孔设备等条件,作好爆破设计。
钻爆设计的主要任务是:
①确定开挖断面的炮孔布置,包括各类炮孔的位置、深度及方向;②确定各类炮孔的装药量、装药结构及堵孔方式;③确定各类炮孔的起爆方法和起爆顺序。
与露天开挖爆破比较,地下洞室岩石开挖爆破施工有如下主要特点:
(1)因照明、通风、噪声及渗水等影响,钻爆作业条件差;钻爆工作与支护、出渣运输等工序交叉进行,施工场面受到限制,增加了施工难度。
(2)爆破自由面少,岩石的夹制作用大,增大了破碎岩石的难度,使岩石爆破的单位耗药量提高。
(3)爆破质量要求高。
对洞室断面的轮廓形成一般均有严格的标准,控制超挖、不允许欠挖;必须防止飞石、空气冲击波对洞室内有关设施及结构的损坏;应尽量控制爆破对围岩及附近支护结构的扰动与质量影响,确保洞室的安全稳定。
地下建筑物中各类洞室的钻爆设计与施工,其基本原理和方法相通。
本节这一切介绍平洞的钻孔爆破方法。
一、炮孔类型及作用
为了克服围岩的夹制作用、改善岩石破碎条件、控制隧洞开挖轮廓以及提高掘进效率,在进行地下洞室的爆破开挖时,按作用原理、布置方式及有关参数的不同,开挖断面上布置的炮孔往往分成:
①掏槽孔;②崩落孔;③周边孔。
掏槽孔通常布置在开挖断面的中下部。
掏槽孔是整个断面炮孔中必须首先起爆的炮孔,由于其密集的布孔和装药,先在开挖面(只有一个自由面)上炸出一个槽腔,为后续炮孔的爆破创造新的自由面。
周边孔是沿断面设计边线布置的炮孔,一般在断面炮孔中最后起爆。
其作用是爆出较为平整的洞室开挖轮廓。
崩落孔布置在掏槽孔与周边孔之间。
在掏槽孔起爆后,崩落孔由中心往周边逐层顺序起爆。
其作用是扩大掏槽孔炸出的槽腔,崩落开挖面上的大部分岩石,同时也为周边孔创造自由面。
这三类炮孔可以通过微差网路实现毫秒延迟间隔的顺序起爆,先起爆的炮孔为后起爆的炮孔减小岩石的夹制作用,并增大自由面。
图6-8为某工程导流隧洞全断面爆破开挖的炮孔布置与起爆顺序情况。
二、掏槽爆破的形式
掏槽孔的爆破效果是影响隧洞开挖循环进尺的关键。
按布孔形式,一般可分为楔形掏槽、锥形掏槽和直孔掏槽等三类。
楔形掏槽与锥形掏槽的钻孔方向与开挖断面是斜交的,故又称为斜孔掏槽;直孔掏槽的钻孔方向则与开挖断面正交。
如图6-9所示。
1.楔形掏槽
由2~4对对称的相向倾斜的掏槽炮孔组成,爆破后能形成楔形槽。
楔形掏槽孔的孔底夹角一般在600左右。
对于层理大致垂直或倾斜的岩层,往往采用垂直楔形掏槽。
水平楔形掏槽比较适用于岩层层理接近于水平的围岩或整体均匀的围岩,但因向上倾斜钻孔作业较困难,运用较少。
2.锥形掏槽
由数个掏槽炮孔呈角锥形布置,各孔以大体相同角度向中心轴线倾斜,孔底趋于集中,但不贯通,爆破后形成锥形槽。
炮孔倾斜角度(与开挖断面的最小夹角)一般为600~700,岩质越硬,倾角越小。
按炮孔数目的不同,分三角锥、四角锥、五角锥等。
楔形与锥形掏槽均具有所需掏槽炮孔较少、掏槽体积大、容易将爆渣抛出、炸药耗量低等优点。
但由于掏槽有效深度受到开挖断面尺寸大小和岩层硬度的限制,难以提高每一循环的实际进尺,同时钻孔倾斜角度的精度对掏槽效果有较大的影响。
3.直孔掏槽
由若干个垂直于开挖面的彼此距离很近的炮孔组成,有时其中有一个或几个不装药的空孔。
由于直孔掏槽的深度不受开挖断面尺寸的限制,较之斜孔掏槽可以获得更深的槽腔,可提高单循环的开挖进尺;同时,在钻直孔时多台凿岩机可同时作业而相互干扰小,有利于提高钻机效率。
因此直孔掏槽爆破已成为当前广泛采用的掏槽方式。
自20世纪60年代以来,许多国家发展了形式多样的直孔掏槽技术,并形成了一套较成熟的直孔掏槽爆破设计理论与技术。
直孔掏槽的形式较多,常用的有桶形掏槽和螺旋掏槽等。
桶形掏槽是充分利用大直径(75~100mm)空孔或数个与装药孔直径相同的空孔,作为岩石爆破后的膨胀空间,爆破后形成桶状槽腔。
由桶形掏槽发展而来的螺旋掏槽,其特点是各装药孔至中心空孔的距离依次递增,其装药孔连线呈螺旋状,并按螺旋线顺序微差起爆,这种方法能够充分利用临空面,提高掏槽效果。
后来,又发展了按螺旋装药孔成对布置,至空孔距离逐渐加大的双螺旋掏槽法,如图6-10所示。
许多工程实践表明,采用双螺旋掏槽法,由于掏槽效果好,对于提高炮孔利用率及洞室循环掘进的有效进尺具有明显效果。
直孔掏槽适用于各种岩层的隧洞爆破开挖,一般来说,直孔掏槽法所需的炮孔数量及装药消耗量更多,而且对钻孔的位置与方向要求更精确。
三、周边光面爆破
采用钻孔爆破法开挖,洞室的轮廓控制主要取决于周边孔的布置及其爆破参数的选择。
当周边轮廓控制质量差时,出现严重的超、欠挖量,洞壁起伏差亦大。
其后果是:
对有衬砌的地下洞室,增加了混凝土的回填量和修整时的二次爆破量;对无衬砌的过流隧洞,因糙率增高,将大大降低泄流能力;对围岩的稳定也极为不利。
因此,对于开挖断面上的周边孔,要加强采用轮廓控制爆破技术,即光面爆破或预裂爆破。
1.光面爆破的原理与特点
光面爆破是一种能够有效控制洞室开挖轮廓的爆破技术。
其基本原理是:
在断面设计开挖线上布置间距较小的周边孔,采用特定的减弱装药结构(不耦合装药与间隔装药)等一系列施工工艺,于崩落孔爆破后起爆周边孔内的装药,炸除沿洞周留下的厚度为周边孔爆破最小抵抗线的岩体(光爆层),从而获得较为平整的开挖轮廓。
由于光面爆破的运用,不仅可以实现洞室断面轮廓成型规整、减少围岩应力集中和局部落石现象、减少超挖和回填混凝土量,而且能够最大限度地减轻爆破对围岩的扰动和破坏,尽可能保存围岩自身原有的承载能力,改善支护结构的受力状况。
光面爆破与锚喷支护相结合,能节省大量混凝土,降低工程造价,加快施工进度。
光面爆破已成为“新奥法”施工的三大支柱之一。
评价光面爆破效果的主要标准为:
开挖轮廓成型规则,岩面平整;围岩壁上的半孔壁保存率不低于50%,且孔壁上无明显的爆破裂隙;超欠挖符合规定要求,围岩上无危石等。
2.光面爆破的主要参数
光面爆破的主要参数包括:
周边炮孔的间距a、光爆层厚度(或最小抵抗线)W、周边孔密集系数m、炮孔线装药密度Qx、炮孔装药不耦合系数k等。
影响光面爆破参数选择有因素很多,主要包括地质条件、岩石特性、炸药品种、一次爆破的断面大小、断面形状、凿岩钻孔机具配置等。
光面爆破设计参数通常是采取简单的计算并结合工程类比初步确定后,再通过施工生产性试验加以调整和完善。
表6-1为国内部分水工隧洞开挖的光面爆破参数。
表6-2给出了隧洞光面爆破参数设计的一般参考值。
表6-1 国内部分水工隧洞开挖的光面爆破参数
工程名称
岩性
不耦合系数k
线装药密度Qx(g/m)
炮孔间距a(cm)
最小抵抗线W(cm)
密集系数m
隔河岩引水隧洞
石灰岩
页岩
2.25
150~200
50~100
40~50
60~70
0.65~0.75
天生桥一级引水隧洞
泥岩
砂岩
1.56
250~300
40~50
50~60
0.67~0.83
广东抽水蓄能引水隧洞
花岗岩
片麻岩
1.92
289
60
70
0.86
鲁布革水电站引水洞
石灰岩
白云岩
2.0
425
60
100
0.6
东江水电站导流洞
花岗岩
2.0
485
56
70
0.8
太平驿水电站引水洞
中硬岩
360
50~60
50~60
1.0
察尔森水库输水洞
软岩
300
40~50
50~60
0.8~1.0
表6-2 隧洞光面爆破参数的设计参考值
钻爆参数
围岩条件
炮孔间距a(cm)
最小抵抗线W(cm)
线装药密度Qx(g/m)
适用条件
坚硬岩
55~70
60~80
300~350
炮孔直径D为40~50cm,药卷直径为20~25m,炮孔深为1.0~3.5m
中硬岩
45~65
60~80
200~300
软岩
35~50
40~60
80~120
光面爆破装药量以线装药密度Qx(g/m)表示。
恰当的装药量应是既具有破岩所需的能量,又不造成围岩的过度破坏。
施工中应根据孔距、光爆层厚度、岩质及炸药种类等综合考虑确定装药量。
光爆层厚度是由断面最外圈的崩落孔(通常称二圈孔)决定的。
因为二圈孔邻近光爆炮孔,所受夹制作用较大,在爆破中如果装药量过大,这些孔爆破所产生的裂缝,可能会扩展到最终形成的断面以外,因此需要进行减弱装药,实际施工中装药一般控制在其他崩落孔的1/2~1/3。
3.光面爆破的技术措施
(1)钻孔精度对获得良好的光面爆破效果具有关键作用。
在施工中,要采取适当措施确保周边孔达到准、正、直、齐的设计要求。
(2)采用不耦合装药结构。
光面爆破的不耦合系数k一般在1.25~2.50范围内。
水工隧洞光面爆破的不耦合系数在2.0左右比较合适。
(3)严格控制装药集中度。
装药过于集中或炮孔全长均匀装药都将影响光爆质量。
在有条件时,应优先考虑选用光爆专用炸药卷进行连续装药,并在孔底部位适当加强装药;或者选用导爆索加自制小药卷,用竹片加工成串状装药结构。
(4)在不耦合系数较大并用光爆专用炸药连续装药情况下,应在炮孔内装入一根导爆索,以免由于管道效应而引起熄爆现象。
同时,周边孔应尽量同时起爆;若同时起爆引起的爆破地震效应过大,可适当分段起爆。
四、隧洞的钻爆参数设计
隧洞开挖中的爆破参数设计与多种因素有关,如围岩条件、断面尺寸大小、爆破器材质量、凿岩爆破的技术水平等。
要根据客观要求,选取适宜的爆破参数,取得最佳爆破效果。
1.炮孔直径
炮孔直径对凿岩生产率、炮孔数目、单位体积耗药量和洞壁的平整程度均有影响。
必须根据岩性、凿岩设备和工具、炸药性能等综合分析,合理选用孔径。
一般隧洞掘进开挖爆破的炮孔直径在32~50mm之间。
2.炮孔深度
炮孔深度是指炮孔底至开挖面的垂直距离。
合适的炮孔深度有助于提高掘进速度和炮孔利用率。
随着凿岩、装渣运输设备的改进,目前普遍有加长炮孔深度以减少循环次数的趋势。
炮孔深度一般根据下列因素确定:
①围岩的岩性;②凿岩机的允许钻孔长度、操作技术条件和钻孔技术水平;③掘进循环的作业安排。
一般可根据经验和工程类比确定钻孔深度。
对于大中断面水工隧洞的开挖,Ⅰ~Ⅱ类围岩,钻孔深度为3~4.5m;Ⅲ~Ⅳ类围岩,钻孔深度为2~3m;对于小断面隧洞,钻孔深度一般为1.2~2.0m。
炮孔深度的确定,主要与开挖断面的尺寸、掏槽型式、岩层性质、钻机型式、自由面数目和循环作业时间的分配等因素有关。
合理的炮孔深度,能提高爆破效果,降低开挖费用和加快掘进速度。
实践证明,加大炮孔深度可以提高掘进速度。
因为深度增加后,相应的装药、放炮出碴、通风等工序所占的时间将相对减少,进尺即可加快。
同时,由于炮孔的加深,一次爆落的岩石数量增加,装岩机械的使用效率可以提高。
但是炮孔深度增加,钻孔速度与炮孔利用率将有所降低,炸药耗量亦随之增加。
因此,合理的炮孔深度,应综合分析确定。
合理的炮孔深度还应与循环作业时间相协调,循环作业时间常采用4、6、8、16、24h等。
因此,炮孔深度W又是循环作业时间的函数,即
。
循环作业时间T的组成为:
(6-2)
其中
式中T——一个循环作业内各工序所需时间的总和,h;
φ——钻孔与装岩出碴平行作业系数,用手提钻机时φ=0.3~0.5,不平行作业时 φ=1.0;
t1——开挖面上的钻孔时间,h;
N——开挖面上的炮孔总数;
W——炮孔深度,m;
v——一台钻机的钻孔速度,m/h;
m——同时工作的钻机台数;
t2——每个炮孔的装药时间,h;
t3——爆破后通风散烟时间,h;
t4——出碴时间,h;
S——开挖断面面积,m2;
η——炮孔
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