隧道爆破开挖体系及施工方法与流程

本发明涉及一种隧道爆破开挖体系及施工方法，适用于隧道爆破开挖工程。

背景技术：

炮孔填塞水袋隧道爆破法采用水袋、炮泥复合堵塞炮眼，充分利用水的不可压缩性，减少冲击波在传播过程中的衰减，相对延长了爆炸能量的作用时间，提高了岩石的破碎度和炸药能量的有效利用率，非常有利于围岩的破碎，且降低了粉尘危害，改善了隧道内施工环境，节省了工程造价。

采用炮孔填塞水袋隧道爆破法进行隧道爆破开挖过程中，隧道开挖台车的安装及台车飞石防护工作的改进对隧道爆破开挖具有重要意义。炮眼装药时，棱角的碎石易在填塞水袋时划破水袋而引起水袋漏水，导致炸药受潮失效。炮眼堵塞常采用人工填塞，作业精度较低，堵塞不到位或堵塞不密实会严重影响爆破质量，增加施工成本和施工工作量。因此如何提高水袋、药卷和炮泥的装填效率值得探索。此外对于台阶爆破飞石防护，如何减小飞石危害范围，对距离掌子面较近脚架排架等机器设备进行飞石防护对隧道爆破安全施工十分重要。于此有关的隧道爆破开挖体系创新，对提高施工效率，降低工程成本，防止爆破施工事故的发生具有重要的意义。

鉴于此，为了改善一般施工方法隧道爆破开挖施工效果欠佳等问题，亟待发明一种简单有效的隧道爆破开挖体系及施工方法，提高隧道爆破开挖体系施工效率和施工安全。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种隧道爆破开挖体系及施工方法。

这种隧道爆破开挖体系，包括水袋、药卷、分离式包裹筋片、u形装药工具、型钢门架、推拉式炮泥填塞专用工具、炮泥制样专用工具、开挖岩体、安全防护网和脚架排架；

药卷外设分离式包裹筋片，水袋与药卷通过分离式包裹筋片连接成整体，外置式导爆索置于分离式包裹筋片外侧，分离式包裹筋片外侧设置药卷贴壁筋片；所述水袋与药卷组合结构通过u形装药工具装药；u形装药工具设置弧形装药夹板、圆管形手柄和松紧手柄；

轨道式简易隧道开挖台车的型钢门架设有加强内撑架、底纵梁、轻钢网架平台及伸展顶杆；型钢门架顶部设置平台板，型钢门架两侧设置台车侧壁折叠式操作平台，平台板两侧设有插接工具式护栏；台车外侧设置人行爬梯及滑升式移运平台，滑升式移运平台设有移运平台动力系统，台车内侧设置台车防爆板；

炮泥通过推拉式炮泥填塞专用工具及炮泥制样专用工具堵塞；推拉式炮泥填塞专用工具包括带刃口制样筒、滑动推板、t形推拉杆和推拉杆滑筒，炮泥制样专用工具包括炮泥搁置槽、水平压泥板、压泥板隔板和t形压柄；

开挖岩体上依次设置柔性防爆层、竹片钢丝网层和沙包，爆破区外设置安全防护网；

脚架排架下设置排架底板及底板固定锚；脚架排架上设置分离式贴壁钢板及贴壁钢板顶架，脚架排架顶部设置悬挑挂网架。

作为优选：型钢门架周围设有伸展顶杆，伸展顶杆通过顶杆弧托支撑掌子面，伸展顶杆底部设置伸展顶杆搁置架，伸展顶杆通过伸展顶杆拉紧螺杆调节长度。

作为优选：型钢门架底部设置行走轮胎，行走轮胎上设置对称式停车锁板，行走轮胎底部为槽钢轨道，槽钢轨道上设置轨道锁耳，对称式停车锁板固定在轨道锁耳上。

作为优选：台车内侧设置台车防爆板，台车防爆板上设置防爆板门洞。

作为优选：带刃口制样筒中设有滑动推板，滑动推板通过t形推拉杆推动，t形推拉杆外设置推拉杆滑筒。

作为优选：所述炮泥制样专用工具底部设置限位固定底板，限位固定底板上部设置炮泥搁置槽，炮泥搁置槽一侧设置压泥板隔板，炮泥顶部搁置水平压泥板，水平压泥板顶部设置t形压柄。

作为优选：所述爆破区外设置安全防护网，安全防护网底部通过爆破区外固定锚杆固定。

作为优选：所述脚架排架顶部设置悬挑挂网架，悬挑挂网架上由内往外依次设有柔性缓冲防护网、钢丝绳被动防护网和扬尘隔离网。

这种隧道爆破开挖体系的施工方法，包括以下步骤：

1)轨道式简易隧道开挖台车安装；通过行走轮胎上的对称式停车锁板和槽钢轨道上的轨道锁耳固定台车位置；型钢门架周围设置伸展顶杆，通过伸展顶杆拉紧螺杆调节伸展顶杆长度，使顶杆弧托紧贴掌子面；

2)炮眼布置；确定炮眼的位置，开始钻孔作业；

3)水袋制作；制作水袋，装水时，水充满水袋的90％，将袋口扎紧；

4)水袋、炸药组装；水袋和药卷先与分离式包裹筋片连接，分离式包裹筋片围合成整体，将外置式导爆索置于分离式包裹筋片外侧，在分离式包裹筋片外侧设置药卷贴壁筋片；

5)u形装药工具装药；用u形装药工具将水袋、炸药组合装置装入炮孔；

6)炮泥堵塞；采用推拉式炮泥填塞专用工具在炮泥制样专用工具中取炮泥，轻轻推入炮眼，当炮泥高度不足时，推动压泥板隔板挤压炮泥，在炮泥顶部搁置水平压泥板，t形压柄将炮泥挤压密实，然后继续取样堵塞炮眼直到堵塞完成；

7)飞石防护；台车远离掌子面60米以上距离；在开挖岩体上依次设置柔性防爆层、竹片钢丝网层和沙包，爆破区外设置安全防护网；脚架排架下设置排架底板及底板固定锚，脚架排架内侧依次设置柔性缓冲防护网、钢丝绳被动防护网和扬尘隔离网；

8)起爆；进行起爆网络连接，确认安全后进行起爆；

9)出渣；将爆碎的石碴运出隧道。

本发明的有益效果是：

(1)本发明水袋与药卷装填前先与分离式包裹筋片连接，分离式包裹筋片围合成整体，采用外置式导爆索，提高炮泥装填效率；水袋与药卷装填时采用u形装药工具进行整体装药，可提高装药的效率，减少返工。

(2)本发明在轨道式简易隧道开挖台车的型钢门架周围设置可调节伸展顶杆，顶杆顶端设置弧托，保证顶杆与掌子面紧密接触，伸展顶杆上设置伸展顶杆拉紧螺杆调节顶杆长度，可实现快速安装与拆除。

(3)本发明在行走轮胎上设置对称式停车锁板，槽钢轨道上设置轨道锁耳，用于台车轮胎固定，操作简单。

(4)本发明在制样筒中设有滑动推板，滑动推板通过t形推拉杆推动，操作简便，可实现炮泥的快速填充。

(5)本发明炮泥搁置槽一侧设置压泥板隔板，当炮泥高度不足时，通过压泥板隔板挤压炮泥，在炮泥顶部搁置水平压泥板，用t形压柄将炮泥挤密。

(6)本发明在爆破区外设置安全防护网，在脚架排架顶部设置悬挑挂网架，悬挑挂网架上由内往外依次设置柔性缓冲防护网、钢丝绳被动防护网、扬尘隔离网，进行多层防护。

附图说明

图1是隧道爆破组合式装药结构体系示意图；

图2是隧道爆破组合式装药结构断面图；

图3是u形装药工具示意图；

图4是轨道式简易隧道开挖台车系统示意图；

图5是轨道式简易隧道开挖台车系统侧视图；

图6是推拉式炮泥填塞专用工具示意图；

图7是炮泥制样专用工具示意图；

图8是台阶爆破挂网防护示意图；

图9是隧道掌子面定型化贴壁排架多层防护示意图；

图10是贴壁排架示意图。

附图标记说明：1-炮眼、2-水袋、3-药卷、4-雷管、5-隔离膜、6-炮泥、7-药卷贴壁筋片、8-分离式包裹筋片、9-筋带、10-外置式导爆索、11-端片、12-u形装药工具、13-弧形装药夹板、14-圆管形手柄、15-松紧手柄、16-型钢门架、17-加强内撑架、18-底纵梁、19-轻钢网架平台、20-平台板、21-插接工具式护栏、22-人行爬梯、23-滑升式移运平台、24-移运平台动力系统、25-行走轮胎、26-槽钢轨道、27-轨道锁耳、28-对称式停车锁板、29-台车移动动力系统、30-台车防爆板、31-防爆板门洞、32-伸展顶杆、33-顶杆弧托、34-伸展顶杆搁置架、35-伸展顶杆拉紧螺杆、36-台车侧壁折叠式操作平台、37-带刃口制样筒、38-滑动推板、39-t形推拉杆、40-推拉杆滑筒、41-水平推拉手柄、42-u形骨架、43-限位固定底板、44-泡泥搁置槽、45-水平压泥板、46-压泥板隔板、47-溢泥孔、48-t形压柄、49-开挖岩体、50-岩体炮孔、51-岩体自由面、52-柔性防爆层、53-竹片钢丝网层、54-沙包、55-爆破区外固定锚杆、56-安全防护网、57-脚架排架、58-排架底板、59-底板固定锚、60-分离式贴壁钢板、61-贴壁钢板顶架、62-悬挑挂网架、63-柔性缓冲防护网、64-钢丝绳被动防护网、65-扬尘隔离网。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

所述的隧道爆破开挖体系，包括隧道爆破组合式装药结构体系、轨道式简易隧道开挖台车系统、隧道爆破开挖炮眼堵塞工具、爆破飞石防护结构体系。

如图1～图3所示，所述的隧道爆破组合式装药结构体系，包括水袋2、药卷3、雷管4、炮泥6、药卷贴壁筋片7、分离式包裹筋片8、筋带9、外置式导爆索10、u形装药工具12等，l为炮眼深度，l1为炮眼底水袋长，l2为炸药长，l3为炮眼中上部水袋长，l4为炮泥长，炮泥加工直径一般取35mm，长度20～30cm。水袋2一般取长200mm，直径为35mm，袋厚为0.8mm。所述药卷3外设分离式包裹筋片8，包裹筋片采用毛竹片，水袋2与药卷3通过分离式包裹筋片8连接成整体，外置式导爆索10置于分离式包裹筋片8外侧，分离式包裹筋片8外侧设置药卷贴壁筋片7，u形装药工具12设置弧形装药夹板13、圆管形手柄14、松紧手柄15。所述水袋2与药卷3组合结构通过u形装药工具12进行装药。

如图4～图5所示，所述的轨道式简易隧道开挖台车系统，包括型钢门架16，采用20a工字钢，加强内撑架17，采用14工字钢与16工字钢，底纵梁18，采用20a工字钢、轻钢网架平台19，采用10槽钢，插接工具式护栏21，人行爬梯22，滑升式移运平台，台车防爆板30，伸展顶杆32，台车侧壁折叠式操作平台36等。型钢门架16顶部设置平台板20，型钢门架16两侧设置台车侧壁折叠式操作平台36，由1.5m长的两根20a工字钢作为二架、由2.5m长的两根20a工字钢作为一架，分别再配以斜撑，台车侧壁折叠式操作平台36采用销钉固定，不使用时可收拢折叠。平台板20两侧插接缝，用于设置插接工具式护栏21。台车外侧设置人行爬梯22及滑升式移运平台23，滑升式移运平台23设有移运平台动力系统24，移运平台动力系统24采用jk0.5-jk5单卷筒快速卷扬机，台车内侧设置台车防爆板30，地面铺设槽钢轨道26。

型钢门架16采用20a工字钢，周围设有伸展顶杆32，伸展顶杆32直径100mm。伸展顶杆32顶部设置顶杆弧托33，顶杆弧托33采用拼接弧形钢板，伸展顶杆32上设置伸展顶杆拉紧螺杆35调节伸展顶杆32长度。行走轮胎25上设置对称式停车锁板28，槽钢轨道26上设置轨道锁耳27，停车锁板28可嵌于轨道锁耳27，用于固定台车。台车内侧设置台车防爆板30，台车防爆板30用于爆破时台车飞石防护。

如图6～图7所示，所述的隧道爆破开挖炮眼堵塞工具，包括推拉式炮泥填塞专用工具及炮泥制样专用工具，推拉式炮泥填塞专用工具包括带刃口制样筒37，由2mm的薄钢板制成，滑动推板38采用橡胶制成，t形推拉杆采用钢板制作，推拉杆滑筒40由2mm的薄钢板制成，所述炮泥制样专用工具包括炮泥搁置槽44，采用钢板制作，水平压泥板45，压泥板隔板46，t形压柄48等。推拉式炮泥填塞专用工具采用带刃口制样筒37，便于取土，样筒中设有滑动推板38，通过t形推拉杆39推动，可将炮泥快速推入炮眼。

炮泥制样专用工具底部设置限位固定底板43用于固定炮泥制样专用工具，防止其在取样过程中晃动，炮泥搁置槽44一侧设置压泥板隔板46，当炮泥高度不足时，压泥板隔板46可左右滑动挤压炮泥，在炮泥顶部搁置水平压泥板45，用t形压柄48将炮泥挤压密实。

如图8～图10所示，所述的爆破飞石防护结构体系，包括柔性防爆层52，采用柴禾层，竹片钢丝网层53，沙包54，爆破区外固定锚杆55，安全防护网56，脚架排架57，采用48×3.5钢管，间距100cm×100cm，分离式贴壁钢板60，悬挑挂网架62，柔性缓冲防护网63，钢丝绳被动防护网64，扬尘隔离网65等，开挖岩体49上依次设置柔性防爆层52、竹片钢丝网层53、沙包54，爆破区外设置安全防护网56，安全防护网采用爆破区外固定锚杆55固定，锚杆直径25cm。所述脚架排架57下设置排架底板58，采用c25混凝土浇筑，设置底板固定锚59固定底板。脚架排架57上设置分离式贴壁钢板60及贴壁钢板顶架61，脚架排架57顶部设置悬挑挂网架62，悬挑挂网架62由内往外依次设柔性缓冲防护网63、钢丝绳被动防护网64、扬尘隔离网65，作为隧道掌子面定型化贴壁排架的多层防护。

所述的隧道爆破开挖体系的施工方法，包括以下步骤：

1)轨道式简易隧道开挖台车安装；通过行走轮胎25上的对称式停车锁板28和槽钢轨道26上的轨道锁耳27固定台车位置。设置伸展顶杆32，通过伸展顶杆拉紧螺杆35调节伸展顶杆32长度，使顶杆弧托33紧贴掌子面，。

2)炮眼布置；根据设计图纸确定炮眼1的位置，开始钻孔作业；

3)水袋制作；装水的塑料袋为塑料厂家专门加工制作而成的，装水时不宜过满，充满水袋的90％即可，将袋口扎紧。水袋2放置、运输时有轻微变软，不影响装填及最后的爆破效果。

4)水袋、炸药组装；水袋2与药卷3先与分离式包裹筋片8，分离式包裹筋片8围合成成整体，将外置式导爆索10置于分离式包裹筋片8外侧，方便后期炮泥的堵塞，在分离式包裹筋片8外侧设置药卷贴壁筋片7。

5)u形装药工具装药；用u形装药工具将水袋、炸药组合装置装入炮孔，

6)炮泥堵塞；采用推拉式炮泥填塞专用工具在炮泥制样专用工具中取炮泥，轻轻推入炮眼，当炮泥高度不足时，推动压泥板隔板46挤压炮泥，在炮泥顶部搁置水平压泥板45，t形压柄48将炮泥挤压密实，然后继续取样堵塞炮眼直到堵塞完成。

7)飞石防护；台车远离掌子面60米以上距离。在开挖岩体49上依次设置柔性防爆层52、竹片钢丝网层53和沙包54，爆破区外设置安全防护网56。脚架排架57下设置排架底板58及底板固定锚59，脚架排架57内侧依次设柔性缓冲防护网63、钢丝绳被动防护网64、扬尘隔离网65。

8)起爆；进行起爆网络连接，确认安全后进行起爆。

9)出渣；将爆碎的石碴运出隧道。