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论光面爆破技术在隧道中的应用

作者:未知

   摘要本文介绍了山西忻州至保德高速公路云中山特长隧道开挖施工中核心大掏槽光面爆破技术,该隧道的特点是开挖围岩硬度大、石质脆,节理裂隙发育。并结多功能作业台架结构特点,提出了保证隧道开挖成型质量和提高循环进尺的爆破施工方案,对同类隧道光面爆破施工有一定的参考价值。
  
  关键词 大掏槽光面爆破技术 应用
  
  一 工程概况
  云中山特长隧道起讫里程左线LK41+475~LK47+040,全长5565米,右线RK41+455~RK47+030,全长5575米。隧道内轮廓采用单心圆断面,其内轮廓宽11.06m,高7.15m(带仰拱高8.65m)。人行横洞内轮廓采用直墙拱形断面,其内轮廓宽2.5m,高3m。车行横洞横断面采用三心圆曲墙断面,其内轮廓宽5.64m,高6.3m。紧急停车带横断面内轮廓采用三心圆曲墙断面,其内轮廓宽13.81m,高7.72m(带仰拱高9.78m)。
  隧址区分布的地层主要为:下元古界的云中河组花岗岩及元古代侵入岩体,岩性为微风化花岗闪长岩和辉长岩;岩体受构造影响严重,节理裂隙发育,节理多闭合。其中Ⅳ围岩Rb=35MPa,C=6 MPa; Ⅴ围岩Rb=70MPa,C=10MPa。岩体较破碎,呈碎石状压碎结构。岩石可钻性中难,岩石爆破为脆性破坏,岩石可爆性能中等。Ⅳ、Ⅴ围岩开挖占整个隧道围岩开挖的80%以上。Ⅳ围岩开挖宽度11.94m,开挖面积83.55�,Ⅴ围岩开挖开挖宽度11.76m,开挖面积80.22�。
  
  二 开挖方案
  Ⅴ类围岩采用上部留核心土台阶开挖法,Ⅳ类围岩采用台阶法开挖,Ⅳ、Ⅴ类围岩多功能移动作业台架,人工钻爆大掏槽光面爆破全断面法开挖,装载机装碴,自卸汽车运输施工。多功能作业台架门架必须有足够的高度和宽度保证装载机、自卸汽车安全从下穿行作业。本文重点介绍Ⅳ、Ⅴ类围岩爆破施工方案。
  
  三 爆破设计方案
  3.1光面爆破设计方案确定
  根据多功能作业台架必须保证装载机、自卸汽车安全穿行,台架门架内设计宽度5.4m,高4.7 m范围没有作业平台,按常规掏槽光面爆破设计,增加台架门架内钻孔难度,不能保证成孔质量,影响爆破效果,如果在台架门架内搭建临时作业平台保证开挖质量,不仅增加了搭建、拆除临时作业平台工作量,施工工序时间相应增加。根据本隧道岩石爆破为脆性破坏,岩石可爆性能中等及作业台架的特点,采用下底宽度6.5m,上底宽3.6m,高度4.0m的面积为20m2核心大掏槽光面爆破,采用减少钻孔操作困难区炮眼数量增大装药量,增加周边眼及辅助眼数量减小装药量,提高光面爆破效果和隧道开挖成型质量。多功能作业台架见图1。
  3.2炮眼布置
  3.2.1掏槽眼
  采用复式楔形掏槽,掏槽眼内插角均为600,长度4.3m,炮孔直径42mm,炮眼深度3.7m。下部设3排,排间距分别为30cm、60cm,每排炮眼间距40cm,上部设1排眼,炮眼间距120cm。为保证掏槽效果,掏槽眼相临炮眼段别间隔以50~75ms为宜,掏槽形式布置见图2。
  
  
  图1多功能作业台架示意图 图2掏槽眼布置图
  3.2.2掘进眼
  a.辅助眼:根据核心大掏槽布眼要求,上部掏槽眼和两侧掏槽眼内插角度均为600,如果按常规施工方法平行隧道中线打掘进眼,掘进眼眼底的抵抗线可达230 cm以上,很难取得理想爆破效果。因此必须采取减小临近掏槽区掘进眼抵抗线,增大装药量才能提高炮眼利用率,才能取得良好的爆破效果。为此在掏槽区中下部增设一排辅助掏槽眼,炮眼间距110 cm,抵抗线50 cm,其中两侧掘进眼内插角度150。从而使两侧掘进眼底抵抗线减小至160 cm,炮孔直径42mm,炮孔深度3.8m。,
  b. 二圈眼:炮眼间距120 cm,上部和两侧掘进眼下部抵抗线110 cm,为克服下部爆破的夹制作用,可减小下部掘进眼抵抗线,同时加大二圈眼的装药量,保证循环进尺,为此下部掘进眼抵抗线取82 cm,炮孔直径42mm,炮孔深度3.7m。
  c.内圈眼:因周边眼抵抗线为60 cm,如果内圈眼装药量过大,内圈眼起爆后产生的爆破冲击和震动可能对周边眼附近岩壁造成较大的破坏,影响隧道成型和围岩稳定。在减小内圈眼抵抗线的同时,适当减小内圈眼装药量,并将内圈眼内插角度调整为7.50,从而使两侧掘进眼底抵抗线减小至160 cm,提高爆破效果和质量。内圈眼炮眼间距Ⅳ类围岩取90cm,Ⅴ类围岩取100 cm,抵抗线取60 cm。炮孔直径42mm,炮孔深度3.7m。
  3.2.3周边眼
  为降低爆破对岩壁的破坏,提高半眼残存率,提高隧道光面爆破成型质量,为此采取减小周边眼孔距、抵抗线和装药量,采用不耦合间隔装药结构。为保证周边眼同时起爆的准确性,降低毫秒雷管延时误造成的不良影响,提高爆破成型的效果。周边眼采用导爆索串联起爆,导爆索采用同段毫秒雷管起爆。为节约成本,每4个孔串联一发毫秒雷管。炮孔直径42mm,炮眼深度3.5m,外插角度20,炮孔方向与隧道轴线平行。Ⅳ类围岩周边间距50cm,Ⅴ类围岩周边间距60cm炮眼,抵抗线均为60 cm,周边眼装药结构见图3。
  
  
  图3周边眼装药结构示意图
  3.2.4底板眼
   底板眼最后起爆,爆破夹制作用较大,且底板爆破是否平整直接影响装载机装碴效率,须采用减小底板眼孔间距和抵抗线,增大单孔装药量,加强炮孔堵塞,底板才能取得较好的爆破效果。Ⅳ类围岩周边间距75cm,Ⅴ类围岩底板眼间距80cm炮眼,抵抗线均为60 cm。全断面爆破施工炮眼布置见图4。
  
  
  图4全断面爆破施工炮眼布置示意图
  3.3装药参数
  掏槽眼、掘进眼采用φ32乳化炸药,周边眼采用φ25小直径乳化炸药不耦合结构装药,1~15段毫秒雷管跳段使用,8#工业火雷管引爆。周边眼采用孔外导爆索串联同段毫秒雷管起爆,孔内导爆索传爆。所有炮眼采用炮泥堵塞,堵塞长度不小于30cm。炮眼分布及药量分配见表1、表2。
   Ⅳ类围岩炮眼分布及药量分配表 表1
  序号 炮眼名称 段位 炮眼数量 孔深(m) 装药
   每孔药卷数 单孔药量(kg) 总装药量(kg)
  1 掏槽眼1 1 4 4.3 8 1.6 6.4
  2 掏槽眼2 3 8 4.3 13 2.6 20.8
  3 掏槽眼3 5 6 4.3 12 2.4 14.4
  4 掏槽眼4 5 4 4.3 10 2 8
  5 辅助眼 7 12 3.8 10 2 24
  6 掘进眼1 9 24 3.8 9 1.8 43.2
  7 掘进眼2 11 20 3.7 7 1.4 28
  8 周边眼 13 46 3.7 3 0.45 20.7
  9 底板眼 15 17 3.5 10 2.2 37.4
  合计 141 202.9
  Ⅴ类围岩炮眼分布及药量分配表 表2
  序号 炮眼名称 段位 炮眼数量 孔深(m) 装药
   每孔药卷数 单孔药量(kg) 总装药量(kg)
  1 掏槽眼1 1 4 4.3 13 2.6 10.4
  2 掏槽眼2 3 8 4.3 17 3.4 28.8
  3 掏槽眼3 5 6 4.3 15 3.0 18
  4 掏槽眼4 5 4 4.3 15 3.0 12
  5 辅助眼 7 12 3.8 13 2.6 31.2
  6 掘进眼1 9 23 3.7 13 2.6 59.8
  7 掘进眼2 11 19 3.7 10 2 38
  8 周边眼 13 38 3.7 4 0.6 22.8
  9 底板眼 15 17 3.5 14 2.8 47.6
  合计 131 267
  
  四 施工技术措施
  4.1布眼调整及装药量控制
  为控制保证隧道开挖成型质量,减少测量误差,炮眼采用莱卡激光断面仪布置,保证开挖轮廓线和炮眼布置符合设计要求,然后由技术人员根据爆破设计图与围岩节理发育实际情况技术人员现场对炮眼位置和装药量进行局部动态调整,确保炮眼布置和装药参数合理保证开挖进度、成型质量和施工安全。
  4.2炮眼施工质量的控制
  为保证隧道成型质量,减小炮茬之间的错台,严格控制周边眼的外插角,结合云中山特长特长隧道线路坡度3%和爆破循环进尺为3.5m的特点,确定拱部周边眼外插角度为20,边墙周边眼方向与隧道轴线基本平行。为提高循环进尺和斜眼掏槽施工质量,必须严格控制掏槽斜眼内插角度,施工时采用导向杆定位或附近炮孔插杆导向,保证炮孔方向符合要求,加强炮孔堵塞,堵塞长度不小于50cm。
  4.3操作人员控制
  如何提高钻爆施工工艺,操作人员是关键,为此根据不同部位炮眼施工特点和施工质量要求,对周边眼、掏槽眼、掘进眼和底板眼进行区域划分,根据不同钻爆区域进行分工,因人定岗,让钻爆技能熟练人员分别负责控制循环进尺和成型质量的掏槽眼和周边眼施工。
  
  五 效果及分析
  5.1 成本控制
  云中山特长隧道采用本施工方案后,炮眼利用率达到98%以上,循环进尺在3.4~3.6m之间,符合设计循环进尺3.5m的要求、Ⅳ类围岩炸药单耗控制在0.75kg/m3以内,Ⅴ类围岩炸药单耗控制在0.95kg/m3左右,开挖断面炮眼数量为平均1.7个/�,节约了开挖成本。每循环钻爆时间为3.5小时,提高了钻爆效率。
  6.2 隧道开挖成型质量
   周边炮眼痕迹在开挖轮廓面上均匀分布,残存率达到93以上;两茬炮衔接时出现的台阶形误差在5cm以内,开挖断面平均线性超挖值控制在10cm以内,隧道开挖轮廓线平整,开挖成型质量控制较好,允许偏差值均低于《公路工程质量检验评定标准》规定数值。
  
  六 结束语
  云中山特长隧道为长大隧道,是忻保高速公路的重点控制性工程之一,施工质量要求非常高,其中隧道初期支护喷射混凝土表面平整度要求用2m直尺检查,允许偏差在5cm以内,对隧道开挖成型质量提出了更高的要求,为此施工技术人员根据隧道开挖成型质量要求、隧道开挖地质条件、作业台架等特点采用了设计核心大掏槽光面爆破施工技术,并成立了隧道超欠挖控制小组,从测量放线、布眼、钻眼、装药、钻爆人员控制等进行全过程控制,施工进度加快,隧道开挖成型质量进一步得到控制,极大减少了隧道超挖和欠挖,施工成本降低,取得了良好的经济效益和社会效益,可供同类隧道施工参考。
  


常见问题解答