钻爆法还有哪些发展与创新?

2020-07-15 11:44:55
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随着TBM技术的日渐成熟与推广,钻爆法却似乎逐渐式微;在机械化施工成为隧道建设主流的今天,钻爆法还有哪些发展与创新?以下为来自AECOM专家的相关观点。

钻爆法的应用

如今的基础设施建设中,TBM或其他机械式隧道掘进技术已经成为主流,只有在采矿业中仍将钻爆法作为最常见的开挖方法。然而,在短距离开挖、大断面隧道与洞室、联络通道、竖井等工况下,钻爆法依旧存在一定优势;与TBM通常的圆形断面不同,钻爆法的施工断面更加自由,施工隧道的空间浪费更少。例如,欧洲的地层多由坚硬的花岗岩与片麻岩构成,钻爆法的经济性极高。

钻挖技术革新

经过多年发展,凿岩工具已从最初的手持钻或单臂台车发展到如今的全自动多臂凿岩台车:其开挖模式可实时反馈至车载计算机中,计算开挖位置与开挖模式,进行全自动高精度快速开挖。

先进的凿岩台车可以在全自动与半自动模式之间自由切换:

全自动模式下,一个钻孔开挖完成后,钻头自动移动至下一个位置并开始钻孔,全程无需操作;

某些复杂工况下,可切换至半自动模式,更换钻孔的操作交由工人手动进行;

在全自动功能的辅助下,操作员可同时处理超过三条钻臂;

此外,凿岩台车的功率也在逐渐增加,最大可达40kW,并根据不同的岩体类型更换钻头,最大钻挖速度达3.6m/min。

目前,凿岩台车的最近发展趋势是多功能集成化,通过单机增加设备,实现单台同时具备钻孔、排渣、安装格栅钢架甚至喷射砼作业等功能。

爆破技术革新

隧道内使用多臂凿岩台车进行钻爆法施工时,一般使用独立的装药车,为钻孔装填散装乳化炸药,可同时装填2~3个钻孔。乳化炸药的装填量根据钻孔位置的不同而调整:开挖面底部钻孔一般以100%用量装填,边缘则以25%装填,以此类推。使用散装乳化炸药时,还需添加包装式炸药棒作为引线,与雷管一起放入钻孔底部,点燃引线后进一步引爆乳化炸药。与传统工业炸药相比,散装乳化炸药的应用减少了钻爆法的总装填时间,一辆配备两位操作员的装药车每小时可装填80~100个钻孔。

出渣技术创新

轮式装载机与卡车仍是钻爆法隧道施工中最常见的出渣工具,渣土运送至竖井后吊出。而最近阿尔卑斯山区的一项长距离隧道工程中,施工方对出渣进行了创新:

使用破碎机粉碎体积较大的岩石,并通过传送带将渣土直接运送至地表。

该方法减少了出渣时间,对于较长的隧道效果尤其明显。

该方案释放了隧道顶部空间,便于进行隧道内施工。

若渣土性能优良,还可直接用作隧道内的施工骨料。

在大断面或较软弱岩层的工况下,钻爆法施工可结合新奥法分次进行:以纽约第二大道地铁项目第86街站为例,隧道顶部首选分为三次进行钻爆开挖,随后再进行两侧侧面钻爆,完成了18m*15m的隧洞断面。

预注浆技术创新

为减少开挖中地下水的侵扰,钻爆法中一般采取预注浆手段。预注浆可用于整条隧道,也可只在固定的地层条件下使用,如断层带与剪切带等。

预注浆过程中,一般先钻出4~6个钻探孔,测出地下水与所建立注浆点间的关系,随后进行水泥或化学注浆。

单轮预注浆一般由15~40个钻孔(70-80英尺)组成,数量取决于隧道的大小和预期的地下水量。

开挖完成后,在上一轮开挖后留出15~20英尺的安全区域,然后进行下一轮的探测和预开挖灌浆。

小结

随着凿岩和爆破自动化技术的进步,近年来钻爆法的安全性有了显著提高。虽然使用TBM进行机械化隧道施工更有利于截面不变的长距离隧道,但在TBM挖掘隧道的过程中若出现停机便会导致长时间的停工,而在多方作业的钻爆施工中,即使某个点出现问题,整体的隧道施工依可继续进行。只要正确使用钻爆法,即使在长距离隧道的施工中,其仍是一个可行的选择。

(资料来源:隧道网)


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