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坑道工程课程设计

坑道工程设计

姓名：

廖坤

专业：

勘查技术与工程（勘察方向）

学号：

63100922

2013年5月15日

一、坑道断面设计2

二、采用工程类比法对IV级围岩进行初级支护设计5

三、钻爆说明书5

四、压缩空气量计算11

五、通风及风量计算12

六、围岩分级14

七、结束语17

坑道工程课程设计

一、坑道断面设计

1、某坑道运输设备如下：

架线式机车ZK14外形尺寸：

长×宽×

高=4900×1335×1550，轨距900，ZK10外形尺寸：

长×宽×高=4500

3

×1360×1550，轨距900，单位均为mm；6m矿车长×宽×高=5250×

3

2010×1645，4m矿车长×宽×高=3700×1550×1330，人行道宽度c

为800-1000mm；非人行道侧运输设备与直墙间的安全距离a为300mm；采用双轨运输，双轨之间安全距离300mm；围岩压力中等水平，采用三心圆拱断面形式，高跨比统一取1/4，h4－轨面至集电弓子的高度

1800-2200mm；ha－道渣面至轨面的高度160mm；道碴高度220mm，试

确定坑道净断面和掘进断面规格，并绘图、标注，计算坑道净断面和

掘进断面面积，进行通风校核。

1.确定坑道净断面和掘进断面规格，并绘图、标注，计算坑道净断面和掘进断面面积，进行通风校核。

（一）坑道净宽度=非人行道侧运输设备与直墙间的安全距离a为

300mm+2×（4m3矿车长×宽×高=3700×1550×1330）+双轨之间安

全距离300mm+人行道宽度c为800mm=300+2×1550+300+900=4600mm

三心拱的净高度：

围岩压力中等水平。

常用的高跨比为1/4，净高度

=1/4坑道净宽度=1150mm

画图后测量得：

r=0.1727B=795.42mmR=0.9045B=4170.7mm

墙的净高:

h2=1800-r2（r100）2=1800-386=1417mm

（二）坑道墙高（h2）

1）按行人要求确定墙高

h2=1800-r2（r100）2=1800-386=1417mm

2）根据架线要求确定墙高

a1=A+a=1550+300=1075mm

22

r

a1

K

=

794.421075400

=0.224

＜0.445

取K=400mmD=

250

794.42250

r

表明导电弓子已进入大拱范围内，取架线高度距轨面高度h1=2000mm,

此时从道碴面起算墙高为：

h2=h4+ha+R-h0-（R250）2

（bK）2

=2000+160+4160.7-1150-

（4160.7250）2

（1225400）2

=1617mm

式中：

h4－轨面至集电弓子的高度，mm；

ha－道渣面至轨面的高度，mm；

b1－轨道中心线与坑道中心线距离，mm；b1＝B/2-A/2-a

k－集电弓子宽度之半，400－450mm。

3）按装设管道确定墙高

h21800h'

r2

[r

（B

b2k

300

D'）]2

2

=1800+305-

794.422

[794.42

（

4600

625400

300300）]2

2

=1323mm

b2－双轨坑道人行道一侧轨道中心线至坑道中心线间的距离，（B/2

－A/2－c）

根据以上计算，从道碴面算起墙高取

h2=1700mm

（三）、坑道的净断面积与净周长

1.坑道的净断面积

Sji=B（h2+0.198B）=4600×（1700+0.198×4600）=12m2

2.坑道的净周长

L=2h2+1.22B=2×1700+1.22×4600=9012mm

（四）、风速校核

2.查表得运输坑道允许通过的最大风速υy=6m/s,

v=Q=50

Sji9.9

=5.05m/s<6m/s,符合规定。

故此坑道断面设计合理。

（五）掘进断面规格

1.坑道掘进宽度

B=B0+2T=4600+2×200=5000mm

2.坑道掘进高度

H=h2+hb+d0+h0=1700+220+1150+200=3270mm

3.坑道拱面积

Sgo=2[（r+0.20）2-r2]×α+[（R+0.20）2-R2]×β

=0.792+0.791=1.583m2

4.坑道墙面积

Sq=2h3T=2×1.92×0.20=0.768m2

5.道碴面积

Sz=h5B0=0.22×4.6=1.012m2

6.坑道掘进断面积

Sju=Sji+Sgo+Sq+Sz=12+1.583+0.768+1.012=15.363m2

7.每米巷道砌碹所需混凝土

V=Vgo+Vq+Vgi=1.583+0.768=2.351m3

8.掘进断面面积：

S=15.36m2

二、采用工程类比法对IV级围岩进行初级支护设计

以坑道断面设计所得净断面采用工程类比方法对Ⅳ级围岩进行初期支护设计，说明设计过程并绘图。

根据题中给出围岩压力中等水平，一般的IV级围岩条件下，采用喷射混凝土，其设计强度一般不低于c20，围岩松散、稳定性极差的土岩体中，可采用喷射钢纤维混凝土，其设计强度一般不低于c25，喷射混凝土厚度应不小于5cm，不大于25cm，隧道喷混凝土一般配合使用单层准6.5钢筋网，钢筋间距150250mm，隧道系统锚杆一般采用准25-准27中空注浆锚杆和砂浆锚杆，对于岩体破碎、成孔困难的围岩，可采用准27-准32自进式锚杆，锚杆露头部分加垫板，锚杆长度根据围岩地质情况确定。

钢架支撑一般用在地质条件较差，自稳时间短、初期变形大的地层中。

隧道的洞口浅埋段及围岩中常用到钢架支撑。

隧道的钢架支撑常用格栅钢架、工字钢钢架，也有用到型钢架，钢架间距根据地质情况一般为0.6-1.0m。

三、钻爆说明书

以坑道断面设计所得掘进断面进行全断面开挖，对其进行钻爆设计，绘制炮孔布置三面投影图，并按照爆破说明书内容编制爆破说明

书。

（1）爆破原始条件

级及级以上围岩，采用全断面开挖的方法。

（2）选用的凿岩爆破器材：

1、炸药：

选用铵梯炸药

2、雷管品种：

电雷管起爆、导爆索起爆

3、凿岩机：

气腿式凿岩机7655

一个工作面上同时开动凿岩机的数量：

LdS

N

VdTf

其中，S----开挖断面积，15.36m2；

f----每台凿岩机的工作面积，取4m2

求得N=3.84，取整得4

因此，根据工程需求凿岩机的数量预备8台。

凿岩机械生产效率：

VdV0

其中，Vd----凿岩机实际生产效率，mmin；

V0----纯钻速，取1.0mmin；

----同时开动干扰系数，取0.8；

----工作时间利用系数，取0.8；

求得Vd=0.64

确定凿岩爆破综合参数

钻孔爆破基本参数包括：

单位岩体炸药消耗量q、单孔装药量qd、工

作面总钻孔数量N，一次开挖循环炸药量Q、周边孔平均炸药量qp、辅

助孔（崩落孔）平均炸药量qn、掏槽孔炸药量qc以及掏槽形式等。

1）单位岩体炸药消耗量q

单位岩体炸药消耗量，取决于岩石性质，隧洞断面、炮孔深度及掏槽

方式等各种因素。

以全断面开挖为例，根据经验，隧洞断面在4～100m2

时，按如下经验公式计算：

q＝14a

S

式中：

S—断面面积m2，洞室开挖断面积S＝15.36m2；

a—修正系数，取0.6～0.8，炮孔偏差取值，本次取0.7。

故q＝14

a＝14/15.36+0.7=1.611（kg

m

3）

S

2）单孔装药量qd

根据如下经验公式计算：

d2

qdLa

4

式中：

qd—每个炮孔的装药用量，kg；

d—药卷直径，m；取d＝0.035m；

△—药卷装药密度kgm3，△＝1.1103kgm3；L—炮孔平均深度，m；本工程取L=2.3m；

a—充填系数，取a＝0.5。

d2

故qdLa＝1.058（kg）

4

3）工作面总钻孔数N

用如下经验公式计算：

N＝qV

qd

式中：

N—工作面总钻孔数；

q—单位耗药量，kgm3,由前面可知：

q＝1.611kgm3；

V—爆破岩体的体积，m3。

按进尺2m计算，V＝30.72m3；

qd—单孔装药量kg，由前知：

qd＝1.058kg。

故N＝qV＝1.611×30.72/1.058=47孔

qd

4）一次开挖循环炸药量

用如下经验公式计算：

Q=qdN

式中：

Q—一次开挖循环的炸药用量，kg

故Q＝qd×N＝1.058×47＝49.726kg

5）掏槽孔炸药量qc

按如下经验公式计算：

qc=1.25Q/N

式中：

qc—掏槽孔的炸药用量

故qc＝1.25×Q/N＝1.25×49.726/47=1.323kg/孔

4）周边孔平均炸药量qp，

按如下经验公式计算：

qpEWLP（0.5~0.8）q

式中：

qp—周边孔的平均炸药量，kg；

E—周边孔间距，本次取E＝0.5m；

W—周边孔的最小抵抗线，本次取W＝0.65m；

Lp—周边孔的孔深，m本次取Lp＝2.3m；

q—单位耗药量kg/m3，由前可知，q＝1.611kgm3

故qpEWLP（0.5~0.8）q＝0.50.652.30.81.6110.963kg

5）辅助孔（崩落孔）平均炸药量qn，

按如下经验公式计算：

qn

Q（qc

Nc

qpNp）

49.726（1.323

40.96322）

N

（Nc

Np）

47（4

1.107kg

22）

式中：

qn—辅助孔的平均炸药量，kg；

Nc—掏槽孔数（不含空孔）；（4个）

Np—周边孔孔数辅助孔的间距取100～120cm，布孔时，如果孔内放不

下所需药量，可适当增加辅助孔数。

（22个）

8）掏槽方式根据洞室工程地质条件，石方洞挖时采用直眼掏槽，形

式为对称形。

钻孔参数

类围岩

单位岩体耗药量（kg/m3）

1.611

单孔装药量（kg）

1.058

工作面总钻孔数（个）

47

一次开挖循环药量（kg）

49.726

掏槽形式

对称形

掏槽孔炸药量（kg/孔）

1.323

周边孔平均炸药量（kg）

0.963

辅助孔平均炸药量（kg）

1.107

周边光爆孔间距（m）

0.5

循环进尺（m）

2

钻孔深度（m）

2.3

炮孔直径（mm）

42

开挖断面积（m2）

15.36

光爆孔线装药密度（g/m）

230

辅助孔炮孔间距（m）

1～1.2

9）单孔药卷个数的确定：

'

qn

1.323

6.615,0.5取整得7

Nn

0.2

0.2

'

qp

0.963

4.815，0.5

取整得5

Np

0.2

0.2

'

qc

1.107

5.535，0.5取整得6

Nc

0.2

0.2

9.钻孔孔位布置钻孔孔位布置钻孔孔位布置钻孔孔位布置

根据前面的爆破参数对各洞段石方洞挖的钻孔孔位进行布置。

周边

孔间距为0.5m，辅助孔间距为0.8~1.0m。

10.钻孔

采用风钻进行钻孔。

钻孔孔位根据测量定出的中线、腰线及开挖轮

廓线确定；周边孔应在断面轮廓线上开孔，沿轮廓线的调整范围和掏

槽孔的孔位偏差不应大于5cm，其它炮孔的孔位偏差不得大于10cm。

炮孔的孔底应落在爆破图规定的平面上。

炮孔经检查合格后，方可装

药爆破。

11.吹孔、装药、封堵

钻孔完毕后，要及时对每个炮孔进行吹孔。

吹孔完毕后根据各孔的装

药量用人工进行装药，装药应先将药卷放进炮孔口，再用胶棒轻轻推

至炮孔深处，装药后，用粘土塞进行封堵，炮孔封堵一定要紧密，牢

固。

12.点火起爆

起爆顺序为：

掏槽孔先起爆，再起爆辅助孔，周边孔最后同时起爆。

起爆方式：

周边孔采用导爆索引爆，掏槽孔、辅助孔均采用电雷管起

爆。

爆破指挥人员要确认洞内的安全警戒工作完成，并发布放炮信号

后，方可发出起爆命令；警戒人员应按规定警戒点进行警戒，在未确

认撤除警戒前不得擅离职守；要有专人核对装药，起爆炮孔数。

起爆

后，确认炮孔全部起爆，经检查后方可发出解除警戒信号，撤离警戒

人员。

如发现盲炮，及时处理。

四、通风及风量计算

根据施工各工序情况，自行安排该坑道内施工人员数，并利用爆破设计所需炸药量，确定掘进该坑道通风所需风量。

通风排烟的目的是为了排除爆破后的有害气体、机动车辆排放的有害气体和岩石粉尘，净化洞内空气，缩短散烟和作业循环时间，以加快施工进度，并保证洞内施工人员的身体健康。

通风采用压入式通风方式

人员配置：

钻孔：

4台7655式风动凿岩机同时工作，每台1个人计4个人，机

动1人，总计5人；

装药，连接爆破网络：

2~3个人；

出渣：

2~3个人

支护：

由于围岩级别不需要超前支护，进行初级支护，锚喷支护，6~7

个人

外加监理等初步估计同时洞内工作人数在20人左右。

1）根据同一时间，洞内工作人员数及内燃机功率计算：

Qk（mq1nq2）

k－风量备用系数，取1.1；

m－同时在洞内工作人数，取20；

3

q1－每一工作人员所需新鲜空气量，取4mmin；

n－洞内同时工作的内燃机功率，HP或KW；

q2－每马力或每千瓦功率的耗气量，取28m3/min·HP或

4m3/min·KW；

2.按爆破作业确定通风量

压入式通风量：

Qy

21.4QSL

t

Qy－压人式通风计算风量（m3/min）；

S－隧洞的断面面积（m2），15.36m2；

L－隧洞长度（m）,2m；

Q－同时爆破的炸药量（kg），49.726kg；

ｔ－通风时间,按掘进循环图表中确定的通风时间计算,一般定为

0.5～1h,取0.5h

Qy

21.4

49.72615.3621672.81m3

0.5

五、压缩空气量计算

确定该坑道掘进时所需压缩空气量（假定只有凿岩机需要空压机

供给压缩空气，凿岩机数量自行确定）。

qNqK同K磨

其中：

N－使用台数,4台；

q－每台耗风量，3.2m3（查）；

K同－同时工作系数，取0.95；

K磨－风动机具磨损系数，凿岩机取1.15；

得qNqK同K磨43.20.951.1513.984m3

Qqqn

其中：

qn－管道漏风系数，取1.15；

∑q－同时工作的各种风动机具耗风量：

得Qqqn13.9841.1516.08

Q总Q

（1）KKm

δ－空压机使用安全系数，取电动为1.4；

K－效率降低的修正系数，一般采用1.05；

Km－不同海拔高度增加高压风耗风量的修正系数，取1.01；

∑Q－风动机具同时工作耗风量总和：

Q总

16.08（1

1.4）1.051.0140.93m3

六、围岩分级

某隧道岩石点荷载试验数据表

日期:

2008.9.12岩石名称：

花岗闪长岩取样地点：

RK343+660

表1

参点间试件等效直破坏荷强度指强度抗拉强抗压强

数距宽度径载数指数度度

D（cm

Is（MPa

Is（50）（

σ

2

2

t（Mpa）

L（cm）De（cm）P（kN）

）

）

Mpa）

c（Mpa）

编

号

4.72

1

9.112

54.794

4.90

0.089

0.038

0.082

1.964

2

4.21

2

5.118

27.452

9.33

0.340

0.123

0.264

4.740

2

4.27

12.21

3

66.448

5.40

0.081

0.036

0.077

1.886

2

4

3.65

4

8.11

37.718

16.20

0.430

0.167

0.359

5.961

2

5

4.20

7.128

38.198

11.11

0.291

0.114

0.245

4.477

8

6

4.84

12.70

78.291

2.93

0.037

0.017

0.037

1.074

2

7

5.46

4.82

33.564

11.12

0.331

0.125

0.269

4.797

8

8

5.01

8.158

52.049

7.51

0.144

0.060

0.129

2.766

9

6.36

6.402

51.868

9.93

0.191

0.080

0.172

3.433

2

1

5.11

6.606

42.988

10.39

0.242

0.097

0.209

3.966

0

1

5.59

6.672

47.496

13.96

0.294

0.121

0.260

4.682

1

1

5.51

7.648

53.665

11.19

0.209

0.088

0.189

3.687

2

1

3.56

8.22

37.266

10.36

0.278

0.108

0.232

4.299

3

1

4.47

14.97

85.216

24.59

0.289

0.135

0.290

5.082

4

1

6.74

7.408

63.585

20.13

0.317

0.139

0.299

5.195

5

15.52

7.6954.0973.680.0680.0290.0621.604

64

某隧道RK343+660岩体声波测试数据表

编

发射点

测点

测

距

时间

波速

号

位置

位置

S（m）

Tp（us）

（m/s）

掌

子

3

掌子面

面

1.4

306

4575.16

掌

子

6

掌子面

1.16

264

4393.94

面

掌

子

某

9

掌子面

1.48

467

3169.16

隧

面

道

掌

子

11

掌子面

面

1.48

449

3296.21

掌

子

12

掌子面

面

1.48

460

3217.39

平均波速：

3730.37m/s

RK343+660岩石声波测试数据表

时

间速

度

编号

测距S（m）

（us）

Vpr（m/s）

平均波速Vpr（m/s）

1

0.22

47.9

4592.90

4563.61

2

0.16

33.6

4761.90

30.1636.94336.04

某隧道RK343+6