预裂爆破技术论文

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预裂爆破技术论文范文第1篇

关键词：露天矿开采预裂爆破边坡

预裂爆破是利用相邻炮孔内炸药爆轰时瞬间产生的应力和爆生高压气体的气楔作用，使得岩石沿相邻炮孔的轴线形成一条裂缝，从而在以后的开挖中形成一个平整和稳定的面。多用于边坡开挖或其它需要保护性开挖的轮廓开挖。主要用于进出口明挖和洞内台阶竖直钻孔爆破。钻孔直径d为64mm和76mm，洞内主要采用64mm的孔。孔深为4m～12m，孔底用φ50mm、柱部用φ25mm或φ35mm的炸药，其偶合系数对64mm的孔为1.8或2.6，对76mm的孔为2.2或3.0。间距a和线装药密度q线均是先通过经验公式试选试爆，然后调整为合理值，且根据不同部位和地质条件随时进行调整。

1预裂爆破要求

1.1预裂缝要贯通且在地表有一定开裂宽度。对于中等坚硬岩石，缝宽不宜小于1.0cm；坚硬岩石缝宽应达到0.5cm左右；但在松软岩石上缝宽达到1.0cm以上时，减振作用并未显著提高，应多做些现场试验，以利总结经验。

1.2预裂面开挖后的不平整度不宜大于15cm。预裂面不平整度通常是指预裂孔所形成之预裂面的凹凸程度，它是衡量钻孔和爆破参数合理性的重要指标，可依此验证、调整设计数据。

1.3预裂面上的炮孔痕迹保留率应不低于80%，且炮孔附近岩石不出现严重的爆破裂隙。

2预裂爆破技术措施

2.1炮孔直径一般为50～200mm，对深孔宜采围较大的孔径。

2.2炮孔间距宜为孔径的8～12倍，坚硬岩石取小值。

2.3不耦合系数（炮孔直径d与药卷直径d0的比值）建议取2～4，坚硬岩石取小值。

2.4线装药密度一般取250～400g／m。

2.5药包结构形式，目前较多的是将药卷分散绑扎在传爆线上。分散药卷的相邻间距不宜大于50cm不大于药卷的列爆距离。考虑到孔底的夹制作用较大，底部药包应加强，为线装药密度的2～5倍。

2.6装药时距孔口1m左右的深度内不要装药，可用粗砂填塞，不必捣实。填塞段过短，容易形成漏斗，过长则不能出现裂缝。

2预裂爆破的参数选取

2.1 间距a选用的经验公式为：

a =（6～10）d，对d=64mm的孔：a=0.4m～0.65m，对d=76mm的孔：a=0.45m～0.8m；

2.2 E、H库图诺夫采用：a=22dβ.K3α水. KY。式中：E为药包直径（米）； K3α为水挤压系数。全挤压时（即抵抗线很大时），K3α水=0.85。在斜坡或台阶上作业，松动孔超过三排时K3α水=1.0，同样条件下松动排数较小时， K3α水=1.1。KY为地质条件系数。没有很明显的层面或裂隙KY=1.0。在占优势的裂隙组与预裂缝的夹角呈90°时，KY=0.9，角度为20°～70°时，KY=0.85，在水平岩层以及地质构造平面与裂缝相吻合时，KY=1.15。这样计算结果a=0.4m～0.9m。 转贴于 中国论文下载中心 studa

2.3根据兰格弗乐斯经验数据：d=64mm:a=0.55m～0.8m，d=76mm：a=0.6m～0.9m。通过施工调整确定为：（1）进口明挖和LDO+000～LDO+800段， a=0.5m～1.0m；（2）LDO+800～LD1+087.75和出口明挖，a=0.5m～0.7m。

2.4 根据q线选用的经验公式为：

2.4.1武汉水利电力学院公式；q线=0.12[δ压]0.5.[a]0.84.[d/2]0.24。对进口明挖至LDO+800段基本为正长岩或变质玄武岩：δ压≈176.5Mpα，q线=0.43kg/m～0.77kg/m；对LDO+800至出口明挖：δ压≈80.0Mpα，q线=0.28kg/m～0.5kg/m。3.3.2根据兰格弗乐斯的经验数据：对d64mm的孔q′线=0.35kg/m；对d76mm的孔q′线=0. 5kg/m。此时是纳比特炸药，对乳化炸药需乘系数1.2，所以对d64mm孔，q线=0.35kg/m×1.2=0.42kg/m，d76mm孔q线=0.5kg/m×1.2=0.6kg/m，只不过此时的q线是指全孔的装药集中度。根据施工调整确定为：q线=0.25kg/m～0.8kg/m对出口取小值，进口取大值。

3应注意的事项

3.1关于预裂后在预裂面附近钻辅助孔或爆破孔成孔率低的问题，实际施工时，在地质情况不佳的情况下，解决这一问题的措施主要是控制预裂装药量和堵塞段长度。

3.2关于预裂与爆破区爆破连线的问题

预裂药包的结构形式较多地采用间隔装药，导爆索引爆。当预裂孔与开挖区爆破孔在一次放炮内起爆，为达到预裂效果，预裂应先响于开挖区。预裂所用的导爆索爆速为6 000～7 000 m/s，是爆破区所用传爆管爆轰速度2 000 m/s的3倍。若预裂与爆破区相连雷管选用不当，预裂过早起爆所产生的飞石在爆破区内传爆管传爆之前将传爆管砸坏，将造成爆破区哑炮。故预裂连结起爆雷管段位应早于相邻主爆孔段位100 s左右。

3.3关于预裂孔角度变化的问题

影响预裂孔角度变化的因素除上述外，还存在一些不可避免的因素。如：钻机冲击器外径大于钻杆外径，钻机花架上卡瓦内径与冲击器外径相符。在预裂孔角度不等于90度时，钻机开孔沿钻杆轴向施加压力，分解为水平力，垂直力。在钻头接触地面时，水平方向阻力小，钻杆有向水平力方向移动的趋势，钻杆受卡瓦约束。因钻杆外径小于卡瓦内径，在水平力作用下，钻杆轴线偏离原来的轴线位置，使钻杆壁向水平力方向紧靠卡瓦内壁，从而使预裂孔角度在开孔时将变缓，新卡瓦开孔角度变缓约0.5度；而磨损严重卡瓦的开孔角度变缓可达1.5度。由于上述原因，在调整钻机预裂角度时，应比设计角度调陡1～2度。

4.爆破作业的主要安全规定

(1)各种爆破作业必须使用符合国家标准或行业标准的爆破器材，不准使用擅自制造的炸药。

(2)进行爆破工作的群采矿山、矿点，必须设爆破工作负责人、爆破员和爆破器材保管员。这些职员应了解所使用的爆破器材的性能、爆破技术和有关的安全知识。

(3)凡从事爆破工作的职员，都必须经过培训，考试合格并持有合格证。

(4)进行浅眼爆破时，应有爆破说明书。其内容包括装药量、装药结构、填塞长度、起爆方法等。

(5)爆破作业地点有以下情况之一时，禁止进行爆破作业：有冒顶或边坡滑落危险；通路不安全或通路阻塞；进行中深孔、深孔爆破时，爆破参数或施工质量不符合设计要求；工作面有涌水危险或炮眼温度异常；危险边界上未设警戒；光线不足或无照明。

(6)进行爆破器材加工和爆破作业职员禁止穿化纤衣服；在大雾天、雷雨时、黄昏、夜晚，禁止进行露天爆破。

(7)装药时，必须遵守以下规定：

用木制炮棍；装起爆药包时，严禁投掷或冲击；一旦起爆药包没装到位，禁止拔出或硬拉起爆药包中的导火索、导爆索、导爆管或电雷管脚线，应按处理盲炮的有关规定处理。

(8)进行填塞工作时，必须遵守以下规定：

装药后，必须保证填塞质量，禁止采用无填塞爆破；浅孔爆破时，一般填塞长度为孔深的1／3；禁止使用石块和易燃材料填塞炮孔；堵塞要十分小心，不得破坏起爆线路；禁止捣固直接接触药包的填塞材料或用填塞材料冲击起爆药包。

(9)炮响完后，经过充分透风，才准进进爆破作业地点。

(10)爆破工作开始前，必须确定危险区的边界并没置明显的标志。地下爆破应在有关通道上设置岗哨。回风巷应设路障，并挂上“爆破危险区，不准进内”的牌子。

(11)爆破前必须同时发出音响和视觉信号，使在危险区的职员能够听到、看到。爆破后，经检查确认安全时，方可发出解除警戒信号。

(1 2)爆破员进进放炮地点后，应检查有无冒顶、危石、支护破坏和盲炮现象。假如发现有这些现象，应及时处理。若不能处理时，应设立危险警戒或标志。常用的处理盲炮的方法有重新起爆法、诱炮法、打平行眼装药爆破法、用水冲洗法。

5. 爆破器材的储运和治理

爆破器材库的位置、结构和设施等的设置，要符合《爆破安全规程》的规定和要求，经主管部分的审定，并报当地公安局批准。爆破器材的治理存放、收发和运输必须符合《爆破安全规程》的有关规定。

经过检验，确认失效的爆破器材或不符合国家标准或技术条件的，都应销毁。销毁爆破器材时，必须登记造册并编制书面报告，报告中应说明被销毁爆破器材的名称、数目、销毁原因、销毁方法、销毁地点和时间，并报有关部分。

6.爆破事故的预防

要预防爆破事故的发生，主要措施如下。

(1)保持爆破安全间隔 爆破时必然会产生爆破地震、空气冲击波、碎石飞散及有害气体，因而危及爆区四周职员、设备、建筑物及井巷等的安全。因此，爆炸设计时必须确定爆破危害范围并指定安全间隔。安全间隔主要包括爆破地震的安全间隔、爆破空气冲击波的安全间隔、个别碎石飞散的安全间隔、电力起爆的安全间隔、爆破有害气体扩散安全间隔。

(2)精心设计，在设计之前必须做到情况明确；设计时要确定最大答应药量，然后公道选取爆破参数，选择公道的延发时间，作出切实可行的爆破方案；制定爆破事故预防措施；对设计文件要严厉审核把关。

(3)精心施工，各级职员持证上岗，组成严格的治理体制；根据工程特点，分别制定各种安全制度、岗位责任、关键技术操纵细则；按规程要求做好爆破器材检验；确保装药、堵塞、连线三个关键工序的施工质量；做好爆后安全检查和处理。

(4)加强安全治理，按规程要求报治理部分审批、备案；建立、健全严格的指挥治理组织；建立质量保证体系，制定质量保证大纲和各工序质保程序。

预裂爆破技术论文范文第2篇

厚硬顶板高压预注水弱化机理研究硕士毕业论文开题报告

学科专业： 岩土工程

1 课题来源、选题依据背景情况、课题研究目的、国内外的研究动态、水平、存在问题，并附主要参考文献：

1.1 课题来源

淮南矿区已进入深部开采，厚硬顶板难冒问题突出，造成重大经济损失。为此，淮南矿业集团高度重视，XX年组织集团公司工程技术人员到山西等多个矿业集团考察，并邀请相关科研单位论证分析淮南矿区综采面压架机理，并决定联合有关科研单位开展“煤与瓦斯突出煤层综采工作面顶板深孔预裂爆破技术”研究。

1.2 选题依据背景情况

煤炭是我国的基础能源，在我国一次能源构成中煤炭约占70%左右。随着我国经济建设的飞速发展，国家对煤炭等能源需求量越来越大。XX年我国原煤产量为28亿吨，XX年原煤产量29.6亿吨，XX年原煤产量超过30.0亿吨，XX年原煤产量为35.2亿吨，预计XX年原煤产量将达到37.9亿吨。我国煤炭浅部资或赋存条件相对简单资源日益减少，煤矿相继进入深部开采期，随之而来就面临着厚硬顶板控制问题。厚硬顶板由于整体性好、强度高，难于冒落，如不及时采取强制处理，将形成采空区大面积悬顶。大面积悬顶一旦垮落，一方面由于岩层折断时产生的强烈动载荷会损坏或推倒大量工作面支架，从而顶板常沿煤壁切断造成工作面垮冒事故;另一方面，采空区积存的大量高浓度瓦斯气体，沿风巷、机巷涌出，造成瓦斯超限，并形成破坏力很风，在风暴所经过之处，其强烈的冲击作用，摧毁结构。采工作面及其邻近巷道中的支架、风门和砖墙密闭，甚至使矿车翻倒，轨道弯曲，对井下人员及设备造成严重的危害。例如，潘一矿1402(3)(压架2套)、潘一矿1602(3)、潘三矿17110(3)(压架2套)等多个工作面压架和出水现象，造成重大经济损失。为此，淮南矿业集团XX年组织集团公司工程技术人员到山西等多个矿业集团考察，并邀请相关科研单位论证分析淮南矿区综采面压架机理，并决定联合有关科研单位开展“煤与瓦斯突出煤层综采工作面顶板深孔预裂爆破技术”研究。

1.3 课题研究目的

以往煤层强制放顶爆破采用的是常规炸药，炸药爆破过程的重要特性是炸药通过高速的化学反应,在装药孔壁上产生巨大的气体压力，使周围的介质破坏和破碎。但它存在着施工量大;炸药消耗大、污染井下空气，存在一定的危险性，稍微不慎可能会造成瓦斯爆炸、煤层坍塌等重大问题。压力注水弱化顶板法就是在工作面预先向顶板钻孔注压力水，利用水对岩体的压裂和软化作用，破坏顶板的完整性和降低顶板岩石强度，当工作面采过后，顶板可正常垮落，减小来压对工作面的威胁。压力注水法具有改变顶板力学特性，变难冒为易冒，实现长壁综合机械化采煤，提高资源回收率;同时可降低工作面粉尘含量，改善劳动环境;注水与回采作业平行，预先释放部分瓦斯等优点等优点。

1.4 国内外的研究动态、水平、存在问题

我国厚硬顶板控制的研究始于60年代，已有近50年历史，处于世界领先的地位，在生产实践中积累了丰富的经验。

靳钟铭、徐林生、钱鸣高等通过对厚硬顶板的研究，较全面地分析了厚硬顶板采场矿山压力及其显现规律、采场来压预测预报、厚硬顶板采场支架受力分析、厚硬顶板的处理方法等;

王开，康天合等对坚硬顶板控制放顶方式及合理悬顶长度进行了研究，提出了厚硬顶板合理的冒落步距计算方法;

靳钟铭[2]根据大同矿务局的现场试验结果，在总结其他人的研究成果的基础上，对顶板注水弱化的方法做了系统的阐述和分析。

陈荣华等[34][35]采用repa2d软件对注水软化厚硬顶板(关键层)做了数值模拟。模拟结果表明：随软化系数的减小和软化厚度的增加，上覆岩层初始冒落步距及来压显著减小：若厚硬岩层岩样本身能被注水软化，而实际采场由于地质构造及开采工艺的影响未必适宜单独采用注水软化法，可选用其他弱化厚岩层的方法，或注水软化法与其他弱化方法共同使用，从而有效控制采场矿山压力。

宁宇[36]等采用了有限元计算和模型试验对坚硬顶板注水工作面矿压显现特征进行研究。强调顶板注水后，顶板岩体发生塑化，改变了顶板岩层中的应力分布和顶板变形位移特征。顶板岩层中的拉、压力峰值转移到了采区上方的悬顶中，从而有利于顶板在采空区上方断裂并分层次垮落，减小岩层折断时对支架的冲击载荷和传力系数，减小顶板来压强度，从理论上进一步说明了向顶板高压注水是控制坚硬难冒顶板的有效技术途径。

以上研究从模拟或实验上对注水后岩体发生的变化进行了分析，或从宏观上对注水软化上的机理进行了阐述，而从微观上对高压水注水的机理研究分析的较少。

1.5 主要参考文献

[1]宋永津，控制煤层坚硬难冒顶板技术[m]，煤炭工业出版社，XX，9.

[2]靳钟铭，徐林生，煤矿坚硬顶板控制[m]，北京，煤炭工业出版社，1994.

[3]钱鸣高，石平五，矿山压力与岩层控制[m]，中国矿业大学出版社，XX，11.

[4]王桂尧，孙宗顺，徐纪成，岩石压剪断裂机理及强度准则的探讨，岩土工程学报，1996，18(4)：68～74.

[5]rebinder p a，sehreiner l a，zhigach k f.h，aridness reducers in

drilling：a physico—chemical method of facilitating mechanical destruction

of rocks during[m].moscow：akad naunk，tansl.by melboune：csiro，1994.

[6]汤连生，张鹏程，王思敬，水——岩化学作用之岩石断裂力学效应的试验研究.岩石力学与工程学报，XX，21(6)：22～27.

[7]郑少河，朱维中，裂隙岩体渗流损伤耦合模型的理论分析，岩石力学与工程学报，XX，20(2)：156～159.

[8]周维垣，高等岩石力学[m]，北京，水利水电出版社，1990.

[9]y.p chugh，effects of moisture on strata control in coal mines，engineering geology，1981(17)：241～255.

[10]康红普，水对岩石的损伤，水文地质与工程地质，1994，(2)：39～40.

[11]朱珍德，胡定，裂隙水压力对岩体强度的影响，岩土力学，XX，21(1)：6l～67.

[12]闫少宏，宁宇，康立军等，用水力压裂处理坚硬顶板的机理及实验研究，煤炭学报，XX，25(1)：32～35.

[13]a.巴内基等，a.k.雷，g.辛格，高压注水控制坚硬顶板，中国煤炭，XX，30(12)：73～74.

[14]陈荣华，张连英，厚硬顶板采场注水软化的数值模拟，矿山压力与顶板管理，XX，3：85～86.

[15]陈荣华，钱鸣高，缪协兴，注水软化法控制厚硬关键层采场来压数值模拟，岩石力学与工程学报，XX，z4(13)：2266～2271.

[16]宁宇，陈晖，坚硬顶板注水工作面矿压显现特征的有限元计算和模型试验研究，煤炭学报，1990，15(1)：83～92.

[17]刘东燕，严春风，陈彦峰，压剪应力作用下岩体裂纹扩展概率模型研究，岩土工程学报，1999，21(1)：56～59.

[18]孙广忠，岩体结构力学[m]，北京，科学出版社，1998.

2 课题的主要内容，拟解决的主要技术问题，在理论和应用方面的意义，完成课题的条件(包括个人业务水平、所在系或学科组的技术、设备条件)和拟采取的技术措施和办法：

2.1 课题的主要内容，拟解决的主要技术问题，在理论和应用方面的意义

本项目拟在大量调研的基础上，采用理论分析、计算机数值模拟、现场试验的综合研究方法，开展对淮南矿区煤与瓦斯突出煤层厚硬顶板综采面高压预注水弱化砂岩顶板技术研究，使坚硬顶板弱化，使难冒顶板转化为可冒落顶板，改善坚硬顶板的冒落性，减少采空区的悬顶面积，从而减轻周期来压对工作面支架的影响，保证本工作面的安全顺利回采。主要研究内容如下：

(1)水对裂隙岩体强度的影响，重点讨论水对岩石的化学损伤机理和压力水作用下岩体的断裂强度。

(2)研究水在岩体中的渗流问题，建立流固耦合的渗流方程，并用有限元法对建立的流固耦合模型进行求解。

(3)研究定向水压致裂的机理，为在坚硬顶板中采用高压水定向分层提供理论依据。

2.2 主要技术路线

2.3 完成课题的条件(包括个人业务水平、所在系或学科组的技术、设备条件)和拟采取的技术措施和办法：

本人在本科阶段主修土木工程，在理论分析上对地上、地下结构，以及煤矿等具有一定的基础知识。研究生阶段，在导师的指导和带领下，专门学习了煤矿岩巷、煤巷掘进理论知识和亲自到掘进工作面松动爆破实践，并阅读了大量的文献资料。

另外，国内关于坚硬顶板控制资料相对较多，基于目前国内外对高压注水的研究成果、我国煤矿掘进爆破工程实例以及我国能源政策的大力支持，给本课题的研究工作提供了足够的理论和实践资料。

在课题准备阶段，在导师徐颖教授的指导下，以上各项条件均为本课题的顺利完成提供了有利的保障。

3 课题工作量及进展计划(包括各阶段计划完成的内容和所需的时间等)。

(1)XX年2月～4月：资料收集、查阅文献资料等;

(2)XX年5月～8月：厚硬顶板高压预注水机理研究分析

(3)XX年8月～10月：对高压注水破坏过程进行数值模拟分析，并得出结论

(4)XX年6月～XX年1月：论文编写;

预裂爆破技术论文范文第3篇

关键词：隧道施工；设备配套；凿岩设备；装碴运输设备

Abstract: with the improvement of high-speed railway tunnel construction technology, mechanized construction has become the trend of the development of tunnel construction and tunnel construction mechanization matching is an important subject of scientific and reasonable configuration, can give full play to the mechanical efficiency, achieve the best investment, obtain the biggest economic benefits. Tunnel construction equipment are analyzed in this paper the general measures and management technology, and in this paper, the drilling and blasting method construction equipment selection and application of the management.

Key words: the tunnel construction; Form a complete set of equipment; Drilling equipment; Ballast transportation equipment

中图分类号：TU71文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

一、隧道施工设备配套

（一）配套选择的影响因素

1、隧道断面距离和大小:隧道断面宽度和尺寸决定了隧道施工设备的综合利用效率。隧道施工属地下工程建设,因此,施工设备的选型和配套在受隧道内部空间限制的条件下不仅要考虑设备性能以及互相之间的匹配,还必须考虑设备本身的外形尺寸、工作半径等。所有的运输和随时进出洞设备的外形尺寸要能满足通过衬砌台车和错车安全距离的要求。如选型不当,则设备在洞内可能无法正常工作,或互相之间形成干扰,最终导致其不能最大限度的发挥效能。如装碴设备的选择就必须考虑洞内空间。装碴设备的工作半径太小则影响装碴速度,大型设备的效能就无法得到充分发挥。

2、隧道施工量和规模:隧道自身的规模大小决定了隧道施工机械设备的规模。当隧道较长,投资较大时,可使用大型的隧道施工设备,这样既保证了大型设备效能的发挥,同时,大型设备带来的必然是工期、效率和人员成本的较少,也相对的降低了开支。相反,如果小型隧道使用大型设备施工,无论是在设备效能还是在成本核算上都是不合理的。所以隧道的施工需要进行成本控制,在考虑投入产出比例的前提下根据隧道的规模来选配机械设备。

3、施工方案:施工方案确定的施工方法是决定隧道施工设备的选型与配套的第一要素。根据施工现场的地质条件、环境因素综合制定隧道施工方案,根据方案和预估的工程量确定设备的选型。如:采用钻爆法施工,需要考虑的渣土的运输方式、以及根据运输量确定设备的台套;同时需要考虑的二次衬砌的设备选型。总之,选择的机械设备要符合施工方案的设计要求。

4、工期:工期决定了隧道施工的机械化程度,全面的机械化施工加上合理的资源调配必然会获得较高的生产效率,因此,在隧道工程工期要求紧得情况下,应尽量多的采用机械化施工,保证设备的性能和产量,同时协调各个作业面的机械化施工程度,保证机械设备的匹配和效率的最大化。

5、环保、职业健康：洞内的空气污染主要来自于爆破产生的粉尘、有害气体和设备产生的废气。对于长大隧道,洞内通风距离长,排烟难度大,因此应尽量选用电动设备,少用或不用内燃设备,且选用大功率通风设备,以改善洞内工作环境,保证操作人员的身体健康。此外,设备的噪音污染也应适当考虑。

（二）机械化配套要点

1、设备的选型和数量要满足机械化施工的要求。

2、机械化施工要满足施工工法要求。

3、洞内电压需满足机械设备的正常运转。

4、机械质量的可靠性是机械化快速施工的关键，否则将会造成其它资源的闲置和浪费，因此质量可靠、维修简便、经济合理是机械设备选型的重要标准。

5、选用机械设备的配件易于购买，配件和易损件能及时供应。

二、钻爆法施工设备配套管理

（一） 钻爆法

通过钻孔、装药、爆破开挖岩石的方法，简称钻爆法。这一方法从早期由人工手把钎、锤击凿孔，用火雷管逐个引爆单个药包，发展到用凿岩台车或多臂钻车钻孔，应用毫秒爆破、预裂爆破及光面爆破等爆破技术。施工前，要根据地质条件、断面大小、支护方式、工期要求以及施工设备、技术等条件，选定掘进方式。钻爆法对地质条件适应性强、开挖成本低，特别适合于坚硬岩石隧道、破碎岩石隧道及大量短隧道的施工，所以仍是隧道掘进的主要手段。

（二）凿岩设备

凿岩设备是山岭隧道钻爆法施工的龙头设备，配置是否合理将直接影响到工程进度和经济效益。在钻爆掘进中目前应用最多的有液压台车、手持风动凿岩机、液压凿岩机。凿岩机械选择凿岩设备的选用应考虑到岩石性质、断面大小、进度要求、工程量大小和造价等影响因素。

开动凿岩机械数量的确定,决定因素有凿岩生产率和开挖断面尺寸,可以按照以下公式计算:N=∑Ld/Tvd,其中Ld为每一循环钻孔总长度,∑Ld则为开挖断面面积,vd凿岩机实际生产率,一般用每分钟掘金长度(米)计算,T为开挖循环作业计划的凿岩时间,Tvd,为每台凿岩机或(钻臂)的工作面积。(2)凿岩机械生产率,一般根据凿岩机厂商提供的数据进行判断,公式为Vd=V0φβ,其中Vd为凿岩机械的实际生产率(米/分钟),φ为同时开动干扰系数,β为工作时间利用系数,这两者值一般小于1,主要根据具体工作环境进行确定,一般取值0.7~0.9,则V0为纯钻速,单位同Vd。凿岩设备根据结构形式主要分为三种类型可供选择:开敞式硬岩掘进机,如德国Wirth生产的双排支撑靴结构和美国Robbins公司的单排支撑靴结构。其特点是适用于地址条件比较稳定的隧道,否则掘进时,需在护盾后及时进行喷锚支护;单护盾式硬岩掘进机,它有完整的圆形护盾,在掘进时依靠推进缸支撑在安装好的管片或整体衬砌上获得支反力;双护盾式硬岩掘进机,其特点就在于由于前后护盾和伸缩护盾和支撑靴作用,能保证其在不同地址条件下施工。

液压凿岩台车与风动凿岩机在不同的隧道施工中各有不同的优势与使用条件和要求。放弃液压凿岩台车是技术的后退，全采用液压凿岩台车不合国情，同市场经济相违背。在具体工程实践中可参考表1来分析。

表1

（二）装碴运输设备

装碴机械的选择应使之能在开挖断面内高效作业，并和运输机械相匹配，灵活方便，污染小，维修费用低。隧道运输有3种方式：无轨运输、有轨运输、皮带运输。无轨运输。利用自卸车辆作为运输工具，多应用于大断面隧道和短隧道。其优点是机动灵活，弃碴不需二次倒运，可直接运至弃碴场。缺点是洞内受内燃废气和噪声污染严重，在长隧中施工通风难以解决。对隧底损坏严重，轮胎消耗大，在小断面隧道施工中受限制。有轨运输。在隧道内铺设轨道，利用电瓶车牵引出碴车和进料车运输。其优点是无废气和噪声污染，施工通风容易解决，对隧底不会造成损坏，特别适合于长大隧道和小断面隧道。缺点是机动性差，一次投资较大，施工管理复杂，弃碴场较远时需在洞外设二次弃碴倒运站。通过对这两种运输方式的比较，可得出，在独头掘进1000m以下的短隧道中，可采用无轨运输方式；在独头掘进1000m以上的长隧道中，应首选有轨运输方式。

（三）作业注意事项

1、机械化施工在很大程度上降低了施工人员的劳动强度，但对相关操作人员的技术要求较高，如隧道开挖的超欠挖控制、喷射砼的回弹量控制，因此培养出高水平的操作人员是机械化配套施工成败的关键。

2、由于机械化施工准备工作多，要求施工组织严密、配合协调。如机器能否正常运转，电缆延伸、水管路延长及机器维修保养等，更取决于现场施工管理和设备的管理。只有做到现场管理的规范化、机械维修保养的标准化，才能有效的提高设备的利用率，保证施工生产的正常进行。

3、隧道施工多为单工作面作业，解决工作面的平行作业必须保证工作面间的合理间距和通行的畅通，尽可能减少工作面间的互相干扰。

4、机械化程度高势必造成排放尾气和扬尘的增加，加之爆破有害气体、喷射砼浮尘，凿岩台车用水量大等，对洞内通风排水要求较高。

结束语

对于高速铁路隧道施工,机械设备的选型与配套是其成败的最主要因素之一,它不仅关系到施工的速度,而且影响到安全、质量和效益。因此要特别重视机械设备的选型,并且互相之间要匹配。隧道作为地下工程,工作面狭窄,工作条件差,各工序施工干扰大,尤其是单线铁路隧道、水工隧道等较小断面的地下坑道,施工机械设备的选择尽量考虑选用专业(用)设备。机械设备的配置与很多因素有关,选择时要因地制宜,结合具体情况综合考虑。

参考文献

[1]石新栋.中国土木工程学会隧道及地下工程分会第十二届年会论文[C].2002.

[2]张友.谈机械设备在企业中的应用与管理[J].内蒙古水利,2004(4).

[3]高少强,隋修志. 隧道工程[M]. 北京:中国铁道出版社,2003.

[4]于书翰,杜谟远. 隧道施工[M]. 北京:人民交通出版社,2000.

预裂爆破技术论文范文第4篇

关键词： 城市地铁 施工 新技术

引言

进入21世纪，我国地铁建设步入了快速发展的阶段，各大城市地铁建设项目竞相开工。实践证明，地铁具有高效、节能、环保、运量大、速度快、安全性好、占用城市道路面积少、防空好等优点，对解决城市交通堵塞，改变城市布局，实现城市环境和交通综合治理，引导城市走可持续发展之路起到了很大的作用。随着经济的发展，地铁必将有着越来越广阔的发展空间。但是，地铁工程的造价也是十分昂贵的，一般在5亿元/千米左右，这与地铁施工工艺和方法是密切关联的，在一定程度上也制约了地铁建设的进程。

近40年的发展，我国地铁修建方法已由最初单一的明挖法，发展到现在的明挖、暗挖、浅埋暗挖、矿山法、盾构法等多种方法并存，施工技术不断发展提高，初步形成了专门的研究课题体系。这些方法的出现和实施，极大地推动了地铁建设事业的快速发展。下面就这些方法各自的特点及各自适合的施工条件，进行初步的探讨。

1.地铁隧道施工技术分析

通常在地面条件允许的情况下，地铁区间隧道宜采用明挖法，但对社会环境影响很大，仅适合在无人、无交通、管线较少之地应用。现在多采用盾构法和浅埋暗挖法。浅埋暗挖法是一种适合不同断面、造价偏低、灵活多变的施工方法；盾构法在较软弱、富含流砂之地、断面不变的区间应用，设备一次性投入大，但施工速度快，是今后应推广的施工方法。

1.1浅埋暗挖法

浅埋暗挖法又称矿山法，起源于1986年北京地铁复兴门折返线工程，是中国人自己创造的适合中国国情的一种隧道修建方法。该法是在借鉴新奥法的某些理论基础上，针对中国的具体工程条件开发出来的一整套完善的地铁隧道修建理论和操作方法。

与新奥法的不同之处在于，它是适合于城市地区松散土介质围岩条件下，隧道埋深小于或等于隧道直径，以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。它的突出优势在于不影响城市交通，无污染、无噪声，而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。顾名思义，浅埋暗挖法是一项边开挖边浇注的施工技术。其原理是：利用土层在开挖过程中短时间的自稳能力，采取适当的支护措施，使围岩或土层表面形成密贴型薄壁支护结构的不开槽施工方法，主要适用于粘性土层、砂层、砂卵层等地质。由于浅埋暗挖法省去了许多报批、拆迁、掘路等程序，现被施工单位普遍采纳。

浅埋暗挖法的核心技术被概括为18字方针：管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测。其主要的技术特点为：动态设计、动态施工的信息化施工方法，建立了一整套变位、应力监测系统；强调小导管超前支护在稳定工作面中的作用；研究、创新了劈裂注浆方法加固地层；发展了复合式衬砌技术，并开创性地设计应用了钢筋网构拱架支护。

由于该工法在有水条件的地层中可广泛运用，加之国内丰富的劳动力资源，在北京、广州、深圳、南京等地的地铁区间隧道修建中得到推广，已成功建成许多各具特点的地铁区间隧道，而且在大跨度车站的修筑中有相当广泛的应用。此外，该方法也广泛应用于地下车库、过街人行道和城市道路隧道等工程的修筑。

1.2盾构法

我国应用盾构法修建隧道始于二十世纪五六十年代的上海。最初是用于修建城市地下排水隧道，采用的是比较老式的盾构机（如网格式、压气式、插板式等），八十年代末、九十年代初开始采用土压式、泥水式等现代盾构修筑地铁区间隧道。盾构法具有安全、可靠、快速、环保等优点，目前，该方法已经在我国的地铁建设中得到了迅速的发展。据不完全统计，我国各城市地铁采用的盾构机已有60多台，其中上海30台，广州20台，北京、南京、天津、深圳各4台，大多是土压平衡盾构机型。

随着盾构法研究的深入、工程应用的增多，盾构法施工技术及盾构机修造配套技术也得到了发展提高：上海地铁隧道基本全部采用盾构法修建，除区间单圆盾构外，目前正在使用双圆盾构一次施工两条平行的区间隧道，此外还试验采用了方形断面盾构修建地下通道；采用直径11.2m的泥水盾构建成了大连路越江道路隧道，这也是目前我国最大直径的盾构机。广州地铁采用具有土压平衡、气压平衡和半土压平衡模式的新型复合式盾构机成功应用于既有软土又有坚硬岩石，以及断裂破碎带的复杂地层的地铁区间隧道修筑，大大拓展了盾构法的应用范围。深圳、南京、北京、天津等城市虽然地质、水文条件各不相同，但采用盾构法修建区间隧道均取得了成功。

除了上述几点外，我国盾构技术的进步还表现在以下四个方面。

①掌握了盾构机的选型和配套技术，与外国合作设计生产盾构机，配套施工设备包括管片模具完全能够自行设计制造；

②掌握了盾构隧道的设计和结构计算技术，以及防水技术；

③掌握了盾构掘进控制技术，如盾构掘进参数选择控制、碴土和压力管理、地表沉降控制、盾构机姿态和隧道轴线控制、管片防裂、同步注浆等，实现了信息化施工，可以确保盾构施工的安全、优质、高效和环保；

④掌握了不同地质条件和复杂环境条件下的施工及相关的施工技术。

我国盾构掘进速度最高已达到月进400m以上，平均进度一般为月进160―200m，最高平均进度可达月进240m。地表沉降可控制在＋10―－30mm以内，可以在距既有建、构筑物不足1m的距离安全掘进隧道，既有建、构筑物的变形量可控制在2―5mm以下；隧道轴线误差可控制在30―50mm以内。

1.3新奥法

新奥法（NATM）是新奥地利隧道施工方法的简称，在我国常把新奥法称为“锚喷构筑法”。采用该方法修建地下隧道时，对地面干扰小，工程投资也相对较小，已经积累了比较成熟的施工经验，工程质量也得到了较好的保证。使用此方法进行施工时，对于岩石地层，可采用分步或全断面一次开挖，锚喷支护和锚喷支护复合衬砌，必要时可做二次衬砌；对于土质地层，一般需对地层进行加固后再开挖支护、衬砌，在有地下水的条件下必须降水后方可施工。新奥法广泛应用于山岭隧道、城市地铁、地下贮库、地下厂房、矿山巷道等地下工程。

当前，世界范围内应用新奥法设计与施工城市地铁工程取得了相当大的发展。如智利的圣地亚哥新地铁线采用新奥法施工地铁车站，车站位于城市道路下7―9m，开挖面积230m2，相当于17m（宽）×14m（高）；我国自1987年在北京地铁首次采用新奥法施工复兴门车站及折返线工程，车站跨度达26m。针对我国城市地下工程的特点和地质条件，新奥法经过多年的完善与发展，又开发了“浅埋暗挖法”，这一新方法，与明挖法、盾构法相比较，由于它可以避免明挖法对地表的干扰性，而又较盾构法具有对地层较强的适应性和高度灵活性，因此目前广泛应用于城市地铁区间隧道、车站、地下过街道、地下停车场等工程，如根据新奥法的基本原理，采用“群洞”方案修建的广州地铁二号线越秀公园站及南京地铁一期工程南京火车站，断面复杂多变的折返线工程、联络线工程也多采用新奥法。在我国利用新奥法原理修建地铁已成为一种主要施工方法，尤其在施工场地受限制、地层条件复杂多变、地下工程结构形式复杂等情况下用新奥法施工尤为重要。

1.4钻爆法

我国地域广大、地质类型多样，重庆、青岛等城市处于坚硬岩石地层中，广州地铁也有部分区段处于坚硬岩石地层中，这种地质条件下修建地铁通常采用钻爆法开挖、喷锚支护。

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钻爆法施工的全过程可以概括为：钻爆、装运出碴，喷锚支护，灌注衬砌，再辅以通风、排水、供电等措施。在通过不良地质地段时，常采用注浆、钢架、管棚等一系列初期支护手段。根据隧道工程地质水文条件和断面尺寸，钻爆法隧道开挖可采用各种不同的开挖方法，例如：上导坑先拱后墙法、下导坑先墙后拱法、正台阶法、反台阶法、全断面开挖法、半断面开挖法、侧壁导坑法、CD法、CRD法等。对于爆破，有光面爆破、预裂爆破等技术。对于隧道初期支护，有锚杆、喷混凝土、挂网、钢拱架、管棚等支护方法。及时的测量和信息反馈常用来监测施工安全并验证岩石支护措施是否合理。防水基本采用截、堵、排等几种方法，其中在喷射混凝土内表面张挂聚乙烯或聚氯乙烯板，再灌注二次混凝土衬砌，被认为是一种效果良好的防渗漏措施。

2.地铁车站施工方法的选择

车站既是地铁工程亮点所在，更是一个难点问题。对于车站的施工方法而言，目前有明挖法、盖挖顺筑法、盖挖逆筑法、盖挖半逆筑法、明暗挖混合法、浅埋暗挖法。原则上优先采用明挖法，其次是盖挖法，盖挖法中应优选盖挖逆筑法、盖挖半逆筑法，最后则是浅埋暗挖法，因为该方法适用于交通要道、管线太多、不易开挖的繁华市区。采用暗挖法施工的车站当中，柱洞法、侧洞法应用较多，而大断面施工应遵守大洞变小洞的施工原则，开挖方法应按以下次序优选：正台阶开挖、CD法开挖、CRD法开挖、双侧壁导洞开挖（眼睛工法）进行，这样可以节约投资。

近年来，我国也在研究采用盾构法修建地铁车站的技术，主要集中在两种方法上，一是采用多圆断面盾构一次建成地铁车站，另一种是采用区间盾构修建地铁车站。它的优势在于可以充分、有效地利用盾构设备，提高地铁工程的建设质量、缩短建设周期，达到总体上降低工程造价的目的。

2.1明挖顺筑法

明挖法是目前我国地铁车站采用最多的一种修建方法，主要有放坡明挖和维护结构内的明挖（即基坑开挖）两种方法。明挖顺筑法技术上的进步主要反映在基坑的开挖方法和维护结构上，适应于不同的土层，基坑的维护结构主要有地下连续墙、人工挖孔桩、钻孔灌注桩、SMW工法桩、工字钢桩、加木背板和钢板桩围堰等。

在基坑开挖方面，有代表性的是时空效应理论。上海地铁总结出在软弱地层中开挖、支撑和结构施工的一套方法。首先采用大口井进行基坑降水，以增加基地被动土的强度，然后对基坑实施分段开挖，随挖随支撑，控制坑底暴露时间（或对底板地层进行预加固），适时地浇注底板结构。同时，对基坑、周边管线和建筑进行严密监测，发现问题及时采取措施。

在基坑维护方面的主要施工技术有三种。

①地下连续墙。

该结构适合于饱水沙层、饱和淤泥土层等饱水软弱地层，既可以控制土压力，又可以有效地阻隔地下水，还可以作为车站结构的一部分。

②人工挖孔桩和钻孔灌注桩。

这两种施工方法均是采用排桩桩墙来挡土和防水，实现基坑的维护。其中，人工挖孔桩适合于地下水位较深或无水的地层，要求地层强度较高，其断面形式不受施工机具的限制，可以做成圆形和方形，而且其施工质量和强度要高于普通的钻孔灌注桩，但是，钻孔灌注桩具有较广的适用范围，二者不能相互替代。

③SMW工法桩。

该方法是在水泥土搅拌桩内插入H型钢或其它种类的劲性材料，以增强水泥土搅拌桩抗弯、抗剪能力。用这种方法做成的基坑支护结构同时具有较好的防水功能，在6―10m的基坑中具备较强的技术优势，与地下连续墙相比，具有施工速度快、占地少、无污染、防水效果好和造价低廉等优点。

2.2盖挖逆筑法

盖挖逆筑法同样适用于地铁车站的修筑，与明挖法相比，其优势在于减少交通封堵时间，减轻施工对于环境的干扰，其区别在于主体结构的施工顺序上。

该方法的主要施工技术措施为：

①支撑桩采用以H型钢为柱芯的钢管或钻孔灌注桩，满足了沉降的控制要求；

②采用地下连续墙低注浆的方法，增强基底持力层的刚性，使地下连续墙与临时支撑柱共同承受上部荷载，以减小差异沉降；

③逆作法开挖支撑施工工艺中，利用混凝土板对地下连续墙的变形起约束作用，在暗挖过程中采用一撑两用的合理方法，大大减少了工程量，加快了工程进度，控制了墙移。

3.地铁施工中的辅助工法

城市地铁施工中，辅助工法是一项必不可少的重要技术，有时甚至涉及工程的成败。采用辅助工法的主要目的是为工程主体顺利施工创造条件，或出于工程安全考虑，或为保护建、构筑物等。目前采用的辅助工法主要有：

3.1降水（和回灌）

有井管降水、真空降水、电渗降水等，北京及北方地区多采用基坑外地面深井降水和回灌，也有采用洞内轻型井点降水；上海及南方地区则多采用基坑内井管降水，也有采用真空或电渗降水。

3.2注浆

主要用于止水或加固地层，以防坍陷沉或结构治水。注浆方式主要有软土分层注浆、小导管注浆、TSS管注浆、帷幕注浆等，注浆材料有普通水泥、超细水泥、水泥水玻璃、改性水玻璃、化学浆等。

3.3高压旋喷或搅拌加固

主要用于地层加固，如采用浅埋暗挖法或矿山法施工的隧道局部特别软弱的地层或有重要建、构筑物需要特殊保护时采用，盾构法隧道的始发和到达端头常用高压旋喷或搅拌加固，联络通道也常用此法加固地层。近年来也开发了隧道内施作的水平旋喷或搅拌加固技术。

3.4钢管棚

用于暗挖隧道的超前加固，布置于隧道的拱部周边，常用的规格主要有：42mm直径、4―6m长，108/159mm、20―40m，前者采用风镐顶进，后者则用钻机施作。近几年来也有采用300―600mm直径的钢管棚，采用定向钻或夯锤施作。管棚一般都要进行注浆，以获得更好的地层加固效果。

3.5锚索或土钉

预应力锚索主要用于基坑维护结构的稳定，以便提供较大的基坑内作业空间。

3.6冷冻法

主要用于止水和加固地层，多用在盾构隧道出发、到达端头、联络通道和区间隧道局部具流塑或流沙地层的止水与加固。

4.地铁施工技术发展趋势与方向研究

我国已有近40年的地铁修建史，尤其是近十多年来的快速发展，丰富和创新了我国地铁规划、设计、施工、管理运用、防灾救灾设备维修的技术方法。由于我国地域广大、地质情况多样，地铁修建技术必然极具复杂性和高难度。就目前来讲，应用已有的技术手段可以完成除西部和东北地区以外的大部分区域的城市地铁修建任务，已经锻炼和造就了一大批有经验的、有高度责任感的地铁建设工作者和能吃苦耐劳、有风险精神及创新智慧的设计、施工队伍。

展望未来，为使我国地铁修建技术日臻完善，保证地铁工程质量，实现地铁的社会经济效益最大化，我国尚需在以下几个方面作出努力。

4.1尽快统一地铁和轻轨修建的标准

统一设计、技术标准、施工技术规范和工程验收技术标准，以便使我国地铁和轻轨工程设施和设备产品规范化、系列化，对国产化也十分有利。

4.2组织力量对地铁施工设备进行系统研制开发

国家应对研制企业单位给予政策扶持，这对地铁的施工速度、安全、质量和成本影响重大，而我国在这方面显得很落后。如盾构主机我们还不能自主生产，基本上依赖进口技术或产品，消耗大量外汇，成本昂贵，设备适应性差；再如浅埋暗挖法虽为地铁施工的主要手段之一，但机械化程度太低，基本上靠手工操作，速度慢、工效差，最终核算成本也很高。

4.3加强地下工程施工辅助工法的研究开发和创新

在地铁施工中，安全、质量事故往往是由于辅助工法不善而引起的。近些年，我国的地铁施工工艺工法方面，虽然维护结构工程有了较大的进步，但是，改良地层实施疏水、止水的工法起色不大，有些工法由于使用条件难以掌握，风险很大，稍有不慎易酿成大祸。目前，地铁施工队伍普遍存在着专业不专、技术不精的问题，应该在施工资质上严格限制和要求，以利于专业队伍的组建和成长。

4.4在地下工程防水施工工艺、新材料、新技术方面加大研究的力度和进程

国产防水材料品种不多，品质不高，很难满足地铁工程的要求。地铁衬砌结构防排水的研究和开发，特别是防裂、防渗的课题日渐突出，应在材料上下工夫。

4.5强化环保意识

地铁的修建较大地改变了城市区域地层的地应力和水文地质的原始状态，尤其是水土流失会造成生态环境的改变，甚至会形成灾害隐患。国家应指定有关科研单位就地铁修建的环保问题开展工作，制定相应的工程措施，确保城市人居条件的不断改善和地铁设施的安全运营。

结语

随着城市化进程的提速，我国许多大中型城市的轨道交通建设计划，也快速地付诸实施，它极大地拓展了城市的区域范围，缩短了物流、人流和信息流的消耗时间，提高了城市公共交通的效率。社会迫切等待着地铁的发展，而地铁的发展又必须有新的施工技术做支持。为此，我们在现实所有技术的基础上加以有效的借鉴，对国内外地铁施工新技术进行比较，探讨了新技术在实际应用中的问题阐明了注意事项和未来规划，对以后城市地铁的飞速发展具有很强的现实指导意义。

参考文献：

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