爆破设计的隧道工程

爆破设计的隧道工程（共7篇）

爆破设计的隧道工程 篇1

光面爆破是隧道工程爆破施工中比较常用的一种方法, 它是基于新奥法的基本原理而形成的, 使用光面爆破的方法可以在最大程度上减少对隧道工程软弱围岩的扰动, 同时减少了超挖和欠挖现象的发生, 避免了不必要的隧道病害的发生[1]。为了保证隧道工程爆破的质量和效果, 我们应当对隧道工程围岩的力学性质进行充分的调查和研究, 然后在此基础上结合科学的爆破理论, 采用光面爆破的技术对隧道工程的爆破设计和施工进行具体的设计, 同时还要注意对隧道工程爆破施工的技术和经验进行总结, 以促进隧道工程爆破设计的研究不断进步。为此, 我们通过对笔架山隧道的IV级爆破设计及施工情况进行了研究。

1 隧道工程概况

笔架山隧道工程是张唐铁路的长大隧道之一, 它位于河北省承德市兴隆县境内的燕山山脉中段, 属于侵蚀性低~中山区, 地形切割中等~较深, 沟谷狭窄, 海拔一般为500~900m区内植被发育, 以灌木为主, 隧道所经山脉海拔高程在470m~779m.隧道全长5534m, 最大埋深300m, 隧道范围穿越地层较为复杂, 洞身范围穿越侏罗系侵入二长斑岩脉及正长岩脉;侏罗系中统髫山组安山岩、九龙山组凝灰岩、砂岩。受燕山造山运动影响, 该隧道所传越地段出现多处褶皱和断层破碎带, 地下水较为发育, 主要有孔隙水和裂隙水两种形态。

隧道总长度为5534m, 其中Ⅴ级围岩89m、总长度比例1.6%;Ⅳ级围岩422m, 总长度比例7.6%;Ⅲ级围岩2249m, 总长度比例40.6%;Ⅱ级围岩2774m, 总长度比例50.2%。

隧道为单洞双线设计, 标准线间距为4m, 综合考虑建筑限界, 维修等要求, 内轨顶面以上净空横断面积为63.6m2;隧道进口位于半径为3000m的右偏曲线上, 曲线长度612.67m;隧道从进口至出口位于5.5‰的下坡上。

该隧道从2011年开始施工, 采用双口掘进施工, 至2013年11月底贯通, 扣除冬休时间, 共用时21个月, 平均月进尺110m, 其中IV级围岩月最大进尺110m。爆破完毕后轮廓圆顺, 超欠挖量很小, 不仅为后续工序施工提供了便利条件, 而且节约了大量成本。

2 隧道工程的爆破设计

2.1 选择合适的爆破器材以及炸药

爆破器材以及炸药的用量与炸药本身的威力、围岩的性质、以及炮眼的直径和深度等是息息相关的, 同时在爆破器材的选择时还要注意满足装渣作业和围岩扰动程度的要求。该隧道工程根据上述的条件和要求在爆破设计和施工过程中选用了防水乳化炸药, 采用塑料导爆管传爆作为起爆系统来控制隧道工程的爆破, 周边的炮眼使用导爆索起爆, 并将炸药按照相关的爆破设计要求分成数段均匀绑在了小竹片上, 以此来保证合适的装药间距。其中炸药的药卷直径为不超过29mm, 以实现不耦合装药的理念。此外, 所有的炮眼在装入了炸药以后, 要在20cm范围内用黄粘土堵塞。为了在最大程度上避免爆破对隧道工程围岩产生不利影响, 还采用非电毫秒雷管微差控制爆破技术, 来达到光面爆破和预裂爆破的效果。为了使爆破达到最好的效果, 要在现场进行爆破试验, 然后依据实验的结果对爆破器材以及炸药的选择进行修正, 直到取得最好的爆破效果[2]。

2.2 合理选择开挖方法和进尺

经过对该隧道工程围岩状况的深入调查和研究, 在爆破设计阶段我们决定采用采用中空孔斜眼楔形掏槽作为主要的掏槽型式, 掏槽眼深度超出其他炮眼深度50cm以上;因为隧道的浅埋和断层区域处于浅埋破碎带, 并分布有强风化砂岩, 可以划分为Ⅳ级围岩, 所以此处的稳定系较差, 采用三台阶施工的方法来进行爆破施工, 分上中下台阶对此处进行开挖, 其中上台阶及中、下台阶左、右侧错开3~5m同步施工;上台阶高度为2.89m。开挖面积为24.5m2, 计划每循环进尺1m;中台阶高度为1.89米。开挖面积为17.5m2, 计划每循环进尺1m;下台阶高度为3.76m, 开挖面积为48.8m2, 计划每循环进尺1m。

2.3 设置科学的爆破参数

为了减轻爆破时产生的震动对Ⅳ级软弱围岩形成不利影响, 除了在周边眼之间设置空眼作为散能和定位外, 周边眼均采用小直径光爆药卷, 详细的爆破参数见表1:

3 结束语

综上所述, 我们以笔架山隧道工程为例对关于隧道工程爆破设计进行了分析和研究, 并着重提出了选择合适的爆破器材以及炸药、合理布置炮眼和设置科学的爆破参数等三个方面是爆破设计的关键环节, 爆破技术的进步是没有止境的, 我们还需在爆破设计的过程中勇于创新和突破, 不断总结, 不断推进隧道工程爆破设计的发展。

参考文献

[1]王建秀, 邹宝平, 胡力绳.隧道及地下工程光面爆破技术研究现状与展望[J].地下空间与工程学报, 2013 (04) :800-807.

[2]牛泽林.基于传统爆破公式的山区城镇隧道爆破参数设计与优化[J].西部探矿工程, 2014 (11) :183-185.

大断面隧道爆破设计与改进 篇2

花石隧道采用的是新奥法原理, 上下台阶法开挖, 开挖爆破中炮眼的布置间距较小, 炮眼平行, 通过控制每个炮眼的装药量, 选用私密度和低爆速的炸药, 采用不耦合装药, 得以控制爆破作用的范围和方向, 借此减少超挖、欠挖和支护的工作量, 增加岩壁的稳定性, 减少爆破的震动作用, 进而达到控制岩体的开挖轮廓。爆破结束后可以更加有效地与混凝土和锚杆支护相配合。

1 工程概况

新建兰渝铁路六标段花石入口隧道所处位置, 地形西高东低, 起伏较大。地面高程约在615 m~1 284 m, 相对高差约669 m, 隧道最大埋深约630 m。隧道进口位于四川省广元市朝天区花石乡小湾子头村, 施工里程为DK478+765~DK481+750, 长度为2 985 m, 纵坡依次为6‰, 13‰, 12.8‰的单面下坡。

隧道采用新奥法开挖, 上下台阶法作业, 上台阶开挖断面74 m2, 下台阶开挖49 m2, 以炭质千枚岩和板岩为主。岩体较破碎, 节理、裂隙较发育。现以风化破碎的千枚岩段 (f=4~6) 为例进行分析。

2 爆破设计

1) 根据月计划计算炮眼深度进行炮眼深度的设计。

其中, l为炮眼深度;L为每月工作进度, m;N为每月工作日, d;n为每天完成循环数;η1为正规循环率 (每月实际完成的循环个数与计划循环个数的百分比, 应不小于90%) ;η2为炮眼利用率。

2) 炮眼直径。

依据我们选用乳化炸药的密度和爆速, 以及围岩的单轴抗压强度, 并结合以往的施工经验选择2.0的不耦合系数, 选用的乳化炸药的直径为200 mm, 钻杆的直径为200 mm, 钎头的直径为400 mm, 炮眼直径为400 mm。

3) 炮眼数目 (N) 。

其中, N为炮眼数目;q为单位炸药消耗量, kg/m3;s为巷道掘进面积, m2;m为每个药卷长度;η为炮眼利用率, 0.85~0.9;α为平均装药系数, 0.5~0.7, 掏槽眼取0.7~0.8;p为每个药卷的重量, kg。

经过计算上台阶炮眼计算数目为136个。

炮眼数目初定后, 经试排, 确定数目, 经过n个循环实践调整、优化, 最终确定炮眼数目。

4) 工作面炮眼的布置。

主要有以下几类:掏槽眼:在工作面上最先爆破, 形成第二个自由面的一组炮眼。周边眼:在井巷工作面为控制掘进断面周边轮廓而钻凿的一组炮眼。辅助眼:在掏槽眼和周边眼之间钻凿的炮眼, 使大量岩石崩落的一组炮眼。

a.选择掏槽方式。

根据现场的实际情况, 围岩性质, 决定采用楔形掏槽, 与工作面夹角55°~75°, 每侧眼间距取300 mm~500 mm, 眼底比其他炮眼深200 mm, 眼底距200 mm, 采用楔形掏槽, 掏槽面积大;爆破效果好;雷管段数少;利于全断面一次爆破。由于在断面大时不约束炮眼的施作, 尤其适合大断面的隧道的开挖。

b.确定周边眼距, 辅助眼和底眼眼距, 以及最小抵抗线。

查找《爆破工程实用大全》, 结合花石隧道的围岩性质, 初步确定周边的眼距为600 mm, 底眼的眼距为800 mm。辅助眼的眼距为700 mm, 最外层炮眼距离设计线为150 mm。

c.分配各种炮眼装药量 (见表1) , 再验算单位炸药消耗量。

d.装药结构和起爆顺序。

采用不耦合装药, 且采用空气柱间隔装药的方式。起爆顺序是:掏槽眼, 辅助眼, 帮眼, 顶眼, 底眼。

3 实际爆破过程中出现的问题

进行了爆破作业的初步设计后, 我们通过现场的实际操作进行检验, 按照动态管理的思想, 从组织、管理、经济、技术的角度去实施纠偏。

在隧道开挖进行了一段时间后我们发现了以下问题:

1) 隧道开挖的超欠挖现象突出, 开挖面不整齐。

2) 炮眼的利用率低, 最低的时候仅为55%, 开挖状态不均衡, 有时候的炮眼利用率能达到90%。

3) 爆破的岩块不均匀。

4) 炮工打眼时炮眼定位不准确, 不进行系统的定位, 打眼作业非常随意。

5) 掌子面开挖凹凸严重, 十分的不平整。

4 解决措施

4.1 原因分析

依据动态管理的理论, 依照隧道已开挖段的围岩、机械、人员、组织等方面进行了分析。

1) 开挖炮眼利用率有时不足85%, 主要由以下几个方面造成:

隧道内的围岩性质有变化, 在花石隧道中, 每开挖几十米总会遇到岩性软弱的岩层, 这个时候, 炮眼利用率较低的情况特别的明显。

在开挖时, 炮工班为了图省事, 在现场技术人员不在的情况下, 竟然使用炮泥, 直接的开口放炮。

辅助眼的分布不均匀, 不按照炮眼分布图进行炮眼布置, 导致爆破后岩块体积较大。

2) 开挖超欠挖现象突出, 掌子面凹凸严重, 隧道轮廓线上留下半个眼痕的炮眼数不足50%。主要由以下几个方面造成:

炮工在开钻周边眼时, 不按照技术交底的炮眼角度进行打钻, 周边眼眼距和钻眼角度, 有时甚至超过隧道轮廓线。炮眼的眼底, 不落在同一个底面上, 以控制炮眼的深度为主要控制, 不注意炮眼眼底的控制。

4.2 纠偏措施

1) 组织措施。

在现有的炮工队伍里将炮工组长的任务明确为:保证炮工班的施工作业质量, 尤其是保证炮工炮眼的布置, 打眼的质量, 辅助眼的均匀分布和周边眼的角度控制。

2) 管理措施。

和开挖班签订质量及进度保证合同。对炮工班进行最低工作量限制, 督促提高自身作业质量的意识。加强现场工作的指导, 技术员及时的了解掌子面的开挖状况, 结合现场及时的做出调整。

3) 经济措施。

结合签订的质量和进度合同, 当开挖班的月进度以及质量达到合同要求, 要进行合理的奖励, 如达不到要求, 在领取保底工资的同时, 根据实际情况领取全额奖金的一部分。

4) 技术措施。

每个星期对现有的循环数进行班组分析, 找出技术上的难点易错点和通病, 及时的通报解决;保证班前技术交底落到实处, 检查交底的落实情况。当碰到软弱围岩时, 不采用一次爆破的手段, 采用跳段爆破的手段。由于各段的爆破时间延长, 岩石得以充分的粉碎。第一, 可以减少抛掷的距离以及岩石的抛掷量。第二, 增加了岩石的破碎程度。跳段爆破后, 爆破缀体集中性好, 利于装岩运输。

5 结语

经过一系列的纠偏措施, 花石隧道进口, 在纠偏结束后即达到采用气腿式风钻, 在仅有14人作业的情况下, 月度连续作业开挖130 m的业绩, 领先于同类施工机械的其他隧道开挖量。隧道的爆破开挖设计应该包括前期的参数设计和后期的参数改进, 特别是设计后期的采取动态管理的方法提出的纠偏措施, 是保证隧道开挖设计科学、有效、经济的必要手段。花石隧道的开挖设计可以作为其他隧道开挖设计的一个现实范例。

摘要：鉴于隧道爆破开挖对施工进度、成本控制和安全管理的重要意义, 结合新建兰渝铁路花石隧道的工程案例, 就大断面铁路隧道爆破开挖的设计过程进行了研究, 总结了工程中出现的问题, 并给出了解决措施, 保证了隧道开挖设计的科学性、有效性、经济性。

关键词：隧道,爆破设计,炮眼,措施

参考文献

[1]余超, 梁波, 欧阳天烽.特大断面隧道爆破开挖对既有隧道振动影响分析[J].隧道建设, 2010 (2) :151-156.

[2]丛云野.大断面隧道光面爆破技术的改进与应用[J].科技致富向导, 2013 (6) :223-226.

隧道软弱围岩控制爆破设计与施工 篇3

在隧道和地下工程的修建过程中, 经常会遇到强度低、易风化、破碎的软弱围岩 (Rb<30MPa) 。软弱围岩控制爆破设计的总体思路是拱部采用光面爆破, 边墙采用预裂爆破, 核心部分采用控制爆破, 掏槽采用抛掷爆破。尽可能小地减轻爆破对围岩的扰动, 减轻振动强度, 维护围岩自身的稳定性, 使隧道轮廓成形良好。

1 开挖方案的确定

1.1软弱围岩隧道的开挖, 一般采用短台阶法, 其方法是:洞身拱部超前3~5m, 以满足新奥法施工工作平台的需要;然后拱部与洞身的下半部同时爆破开挖。洞身开挖后, 立即进行喷锚支护。

1.2在围岩极风化、破碎、松散的情况下, 采用先打通拱部 (开挖后马上予以支护) , 然后进行下半部拉中槽、挖马口并予以支护。

2 爆破方案的确定

2.1 周边眼布置 一般软岩拱部采用光面爆破。由于岩面的自重有助于周边眼最后起爆时岩面沿周边眼开裂, 不仅保证了爆破效果, 而且对降低周边眼的振动强度较为有利。下半断面采用预裂爆破, 即首先沿周边轮廓形成的预裂缝, 有利于保护围岩稳定。当围岩过于软弱, 自稳时间很短时, 周边眼均应采用预裂爆破。

2.2 掏槽眼 从隧道爆破开挖振动速度的观测中发现:掏槽爆破的振动强度比其它爆破的振动强度要大。因此在软弱围岩中爆破开挖从减小掏槽眼爆破的振动强度、维护围岩自身稳定为出发点, 宜选用楔形掏槽。在雷管段数足够的条件下, 掏槽部分的岩体应分部地进行爆破, 保证掏槽效果良好, 且使掏槽的单段药量减少, 保证减振效果。

2.3 爆破器材 (1) 炸药的选择软弱岩层的抗拉强度较低, 声阻抗系数较小, 在周边眼爆破时, 为了充分发挥炸药的最大效率和减少对围岩的破坏, 应选用低爆速炸药 (如专用光爆炸药) 。其它眼根据有无水的情况选用标准的硝铵炸药或防水炸药。 (2) 雷管的选择为满足大断面的爆破减振要求 (段间隔时差的要求) , 雷管应有足够的段数。隧道大断面爆破, 要有1~15段雷管。

2.4 段间隔差实测资料表明: 在软弱围岩中爆破, 振动频率较低。为避免振动强度的叠加作用, 雷管应跳段使用。段间隔时差考虑控制在75~110ms范围内。

2.5 循环进尺主要根据地质条件、进度安排等来考虑。在软弱围岩中, 一般控制在08~15m。

2.6 底板眼的爆破底板眼的爆破, 习惯做法是加大装药量, 同时起爆, 以达到翻碴的目的, 便于出碴。但是, 隧道爆破振动观测表明:爆破产生的振动效应, 掏槽眼最大, 其次是底板眼, 从保护围岩的角度来看, 这种做法显然不合理。将底板眼分成几个段依次起爆, 减少了同时起爆的药量, 从而可减小底板眼爆破产生的振动效应。

2.7 起爆顺序光面爆破时, 从掏槽眼开始, 一层一层地从截面中心往外进行, 最后是周边眼爆破。预裂爆破时, 先周边预裂后掏槽, 然后依次为扩槽眼、掘进眼、二台眼、内圈眼、底眼, 布置雷管段号时应注意: (1) 合理的段间隔时间。 (2) 同一段炮眼的装药量应小于最大单段的允许装药量。 (3) 前一段的起爆要尽量为后段爆破创造良好的临空面。

2.8 爆破参数的选定 根据经验初步拟定爆破参数, 再通过现场试验修正确定。 (1) 炮眼深L以循环进尺为眼深, 掏槽眼加深10%~20%。 (2) 炮眼数目N可根据下式计算:N=ks/ (nr) 式中:k——单位炸药消耗量, kg/m3; (见表1) s——开挖段面积, m2;r——炸药的线装药密度, kg/m;n——炮眼装药系数 (取02~04) 。 (3) 炮眼布置:先布置掏槽眼、周边眼, 然后是底板眼、内圈眼、二台眼, 最后布置掘进眼。内圈眼比掘进眼密一些, 比周边眼稀一些, 其间距为周边眼间距的15倍左右, 抵抗线为间距的07倍左右, 考虑到二台眼、底板眼爆破时负荷较大, 其布置稀密应与内圈眼相似。周边眼参考经验计算式:间距:E= (8~12) d (d为炮眼直径) ;抵抗线:W= (10~15) E;装药量集中度:q=0 04~0 19kg/m; (4) 一次爆破总装药量的计算Q=ks L式中:L——炮眼深度, m。 (5) 单眼装药量的计算:a周边眼可参照光面爆破进行计算。b其它各部炮眼装药量:q=ka WLλ式中:a——炮眼间距, m;W——炮眼爆破方向的抵抗线, m;λ——炮眼所在部位系数 (见表2) 。 (6) 装药结构:a周边眼装药结构一般采用3种形式:比较破碎软弱的岩层采用双导爆线, 如图1a所示;软岩类岩层, 采用竹片、传爆线、小直径药卷间隔装药, 底部药量适当加强, 如图1b所示;较为完整的软弱岩层, 采用专用小直径光爆炸药的连续装药结构, 如图1c所示。上述装药结构均要求堵塞炮泥。b其它炮眼一般均采用连续装药结构, 装药后要求将炮泥堵在与装药相接的部位, 实践证明这种堵塞方法比堵在眼口效果好。

3 爆破效果

爆破成形较好, 线性超挖10~20cm, 个别部位最大30cm (正断层泥坍引起) , 没有欠挖。炮眼保存率拱部80%, 边墙光面爆破炮眼保存率60%左右, 采用预裂爆破可达80% (Ⅲ类围岩) , 炮眼利用率90%以上。爆破岩碴抛掷距离在10~25m, 碴堆集中, 块度适宜, 便于装运。 (见表3)

4 结束语

在软弱围岩的地质条件下进行大断面掘进, 实践证明采用减轻地震动控制爆破技术, 合理设计周边部位的钻眼、装药参数与装药结构, 控制进尺, 采用适宜的掏槽形式、钻爆参数和起爆顺序, 保证良好的成型及时支护, 施工作业较安全。同时软弱围岩的减振措施和爆破控制技术还需不断地发展, 应用时应慎重, 要通过现场试验, 修正参数以确定爆破实施方案。

参考文献

公路大跨隧道爆破设计技术 篇4

大红田隧道为安宁至楚雄高速公路第5-2b合同段控制性工程;隧道全长1 475 m,其中Ⅱ类围岩段长425 m,Ⅲ类围岩长400 m,Ⅳ类围岩长650 m,分别占隧道全长28.8%,27.1%和44.1%。隧道洞门采用削竹型,明洞长10 m。本隧道Ⅲ类围岩开挖净空为16.9 m(宽)×11 m(高);Ⅳ类围岩开挖净空为16.18 m(宽)×9.005 m(高)。

2钻爆设计原则

采用预裂爆破和光面爆破技术。根据地质条件、开挖断面、开挖进尺、爆破器材等条件编制爆破设计。钻爆参数是一动态参数,根据围岩的变化及时调整,进行动态管理。1)根据围岩特点合理选择周边眼间距及周边眼的最小抵抗线,辅助炮眼交错均匀布置,周边眼与辅助炮眼眼底在同一垂直面上,掏槽炮眼加深15 cm;2)严格控制周边眼的装药量,采用间隔装药,使药量沿炮眼全长均匀分布;3)选用低密度、低炮速、低猛度的炸药;4)本工程选用乳化炸药,非电毫秒雷管起爆。

3钻爆参数的确定

1)周边眼最小抵抗线W。

周边眼最小抵抗线就是光爆层厚度,它与隧道的断面大小有关;根据本隧道的开挖断面,结合隧道的地质情况,并参考相关规范的要求,确定大红田隧道周边眼最小抵抗线W=60 cm～80 cm。

2)周边眼间距E。

周边眼间距是影响爆破效果的重要因素,E=(12～16)d;其中,d为炮眼直径,本工程炮眼直径取38 mm～42 mm,因此周边眼间距E=45 cm～65 cm。

3)装药量计算。

光爆法的装药量计算主要是要确定周边眼的装药集中度q;装药集中度q采用爆破试验和类似工程计算公式来确定:q=Q×E×W,其中,Q为单位体积耗药量;通过本工程的现场试验和施工经验数据计算,确定q=0.16 kg/m～0.25 kg/m。

4)掏槽方式。

本工程Ⅲ类、Ⅳ类围岩较多,岩性主要为中硬岩,采用斜眼掏槽,以减少钻眼数量。

5)装药结构和起爆方式。

采用不耦合装药,一般不耦合系数为1.5～2.0,炮眼装药按照装药集中度均匀地装入炮眼内。为了克服底部炮眼的阻力,在炮眼底部放半个标准药卷,使光爆层易于脱离岩体;周边眼采用间隔装药,其余炮眼采用集中装药;所有炮眼均用炮泥堵塞,周边眼的堵塞长度不小于20 cm。装药结构见图1。

4各类围岩爆破设计

4.1Ⅱ类围岩段

Ⅱ类围岩施工采用CD法施工,先支护后开挖,机械配合人工进行开挖,个别地方石方开挖采用放小炮松动,机械出碴。

4.2Ⅲ类围岩段

Ⅲ类围岩施工采用CD法施工;上半断面左右幅均采用微震光面爆破,下部台阶左右幅均采用一次性爆破施工。

施工过程中,根据爆破效果及时修改爆破参数,爆破参数见表1,表2。

4.3Ⅳ类围岩段

本隧道Ⅳ类围岩段采用上下台阶法开挖;上、下台阶均采用一次性爆破施工;爆破参数见表3。

4.4爆破设计图

Ⅲ,Ⅳ类围岩爆破设计见图2,图3。

5爆破效果

大红田隧道采用此次爆破设计后,爆破效果良好,炮眼痕迹率达80%～90%,两茬炮衔接台阶最大尺寸为10 cm,超欠挖为5%左右;爆破岩面平整,应力集中小,减少了超欠挖量,加快了施工速度,节约了工程成本。

摘要：介绍了大红田隧道各类围岩的爆破设计及各种爆破参数,阐述了爆破设计的依据、爆破参数的选择以及爆破设计对施工的影响,对三车道大跨公路隧道的类似工程的施工提供了借鉴和参考。

关键词：大跨度,公路隧道,爆破设计,爆破参数,施工技术

参考文献

[1]中国公路学会隧道工程分会,山西省交通厅.2003年全国公路隧道学术会议论文集[C].北京:人民交通出版社,2003.

[2]刘正雄.隧道爆破现代技术[M].北京:中国铁道出版社,1995.

浅谈软岩铁路隧道控制爆破设计 篇5

铁路行车速度的提高,引起了设计标准和建设理念发生质的变化,大半径曲线代替小半径曲线以提高列车运行质量等要素引起铁路工程施工不可能绕避复杂的地质情况。隧道工程是一种地下结构物,围岩既是荷载的来源又是主要承重部分,如何尽可能减小爆破对围岩的扰动、减少超欠挖量、保持围岩的自稳能力是隧道施工成败的关键,特别对于软弱围岩更要重视。

习惯上把强度低、风化、破碎的岩层统称为软弱围岩。在一类岩层中开挖的隧道称为软岩隧道。承建的浙赣电化工程浙江段第七合同段义乌隧道工程为两条单线隧道,总长3.6 km,线间距19.19 m～44 m。大部分围岩为凝灰岩,遇水成粉、泥状;裂隙杂乱,受地质构造影响严重,节理发育;层间夹层;属软质岩石。因此,控制地震强度、减小对围岩的扰动是本隧道施工的重点。

对于软岩隧道采用钻爆法开挖时,一般采用减轻地震动控制爆破技术进行半断面微台阶开挖爆破。

半断面微台阶爆破开挖方法就是洞身拱部超前3 m～5 m,以满足施工工作台的需要,而后拱部与洞身的下半部可同时爆破开挖。

软岩隧道减轻地震动控制爆破技术半断面微台阶爆破开挖设计总体思路是拱部采用光面爆破,边墙采用预裂爆破,核心采用控制爆破,掏槽采用抛掷爆破的综合控制爆破技术。尽可能减轻对围岩的扰动,维护围岩自身的稳定性,达到良好的效果。

1 爆破参数的选定

1.1 炮眼深度L

通常以循环进尺作为眼深,掏槽眼可加深10 cm～15 cm。对于软弱围岩控制在0.8 m～1.6 m,以减少单响用药量且减少对围岩的振动强度。

1.2 炮眼数目N

采用公式计算同经验类比相结合的方法确定。在小直径炮眼(35 mm～42 mm),开挖面积在5 m2～50 m2的条件下,单位面积钻眼数为1.5个～4.5个。炮眼计算公式为:N=K·S/n·r。其中,N为炮眼数目;K为单位炸药消耗量;n为装药系数;S为开挖断面积。计算时注意:隧道的炮眼平均装药数可在0.2～0.4的范围内。

1.3 炮眼布置

原则上先布置掏槽眼、周边眼,然后布置底板眼、内圈眼、二台眼,最后布置掘进眼,掘进眼可均匀布置。通常内圈眼比掘进眼密,比周边眼稀,其间距为周边眼的1.5倍左右,抵抗线为间距的0.7倍左右。另外,底板眼要有下插角度,以不至于底板越爆越高。

周边眼布置参数:

间距:E=(8～12)d(d为炮眼直径),cm。

抵抗线:W=(1.0～1.5)E,cm。

1.4 一次爆破总药量的计算

Q=K·S·L。

其中,K为单位炸药消耗量,kg/m3;S为开挖断面积,m2;L为炮眼深度,m。

1.5 单眼装药量的计算

隧道爆破,炮眼所在的部位不同,所起的作用也不同。掏槽眼要求抛掷,掘进眼要求松动,周边眼要求光爆,底板眼抛掷。因此,各部位炮眼的装药量是不同的。

周边眼间距一般为(8～18)d;炮眼密集系数取0.7～1.0;抵抗线为(10～20)d;装药集中度一般为0.04 kg/m3～0.4 kg/m3。

其他部位炮眼装药量计算公式为:q=K·a·W·L。

2 操作过程中需注意的问题

2.1 掏槽形式的选定

一般情况下,掏槽爆破的地震动强度比其他部位炮眼爆破时地震动强度要大。因此,从减轻地震动强度出发,一般选用楔形掏槽,眼深稍大一点时,最好选用多重楔形掏槽、直眼分层掏槽。在雷管段数够的条件下,掏槽部位的岩体应一部分一部分地进行爆破,保证减震效果。

2.2 考虑段间隔时差

为避免振动的叠加,雷管要跳段使用,间隔时差控制在100 ms左右。在雷管段数不足的情况下,采用减少单响用药量来进行控制。

2.3 选定合理的循环进尺

循环进尺要综合考虑地质条件、安全、进度要求,确保万无一失。一般在0.8 m～1.5 m范围内选择,以控制一次爆破的总用药量,达到减少对围岩的振动。

2.4 底板眼的爆破与起爆顺序

底板眼的爆破,习惯做法是加大装药量,且最后同时起爆,达到翻碴的目的。但是产生的地震强度很大,从保护围岩的角度来看,显然是不合理、不安全的。因此,应将底板眼分段起爆,减少底板眼爆破时产生的地震强度。

3 结语

隧道工程地质情况千变万化,每一条隧道均有其独特的一面,由于接触到的地质情况不够全面、实际经验不够丰富,因此,在今后的工作中要具体情况具体分析,逐步探索总结经验,形成更为详尽的资料。

参考文献

[1]TB 10204-2002,J 163-202,铁路隧道施工规范[S].

爆破设计的隧道工程 篇6

关键词：大断面,海底隧道,爆破设计,震动特性

西方发达国家自20世纪30年代起就开始修建海底(水下)隧道。迄今拥有海底(水下)隧道的国家主要有日本、英国、法国、美国、挪威、澳大利亚、丹麦、冰岛等,修建的过程并非一帆风顺。尽管国外在修建海底隧道的过程中积累了丰富的经验,但海底隧道地质条件复杂,施工风险大,施工中如果发生突水、失稳等灾害,后果将非常严重。

1 工程概况

厦门海底隧道是中国大陆第一条采用钻爆暗挖法施工的海底隧道。行车隧道开挖最大断面尺寸为17.04 m×12.56 m(宽×高),净宽13.5 m,建筑限界净高5.0 m,最大面积170 m2,是世界上第一条大跨度海底隧道。本工程为该隧道的A3标,周围环境较为简单,爆破场地四周200 m内没有居民区,但主要工程位于海底之下,对爆破震动安全要求很高,主要是保护围岩尽可能小的受到扰动,以便减小围岩渗透量和避免由于围岩扰动而出现大的突水。对爆破产生的飞石和空气冲击波安全要求较高,主要为了保护设备和施工人员的安全。

2 爆破设计

2.1 钻机型号选择

根据长期施工经验,炮孔直径40 mm～42 mm。三臂电脑凿岩台车,型号:21SGBC-CR,挪威产;风动凿岩机,型号:YT28,中国天水产。

2.2 爆破器材选择

海底隧道开挖,炮孔内水量大,炸药选用岩石乳化炸药,药卷直径为32 mm;周边眼采用光面爆破,炸药为乳化炸药,药卷直径25 mm,普通导爆索;雷管选用GB-6378系列1段～20段非电毫秒雷管。

2.3 掏槽形式选择

隧道爆破的掏槽眼是爆破成败的关键,也是产生最大震动速度的部位,大量实践和研究表明采用楔形掏槽能有效减少爆破震动,根据该隧道实际情况,隧道掏槽均采用楔形掏槽形式。

2.4 Ⅱ,Ⅲ级围岩爆破设计

主洞Ⅱ,Ⅲ级围岩台阶法开挖轴向震动测试的爆破参数和炮孔布置均与径向开挖相同,开挖断面面积约为62.5 m2,开挖高度为6.0 m,开挖宽度14.59 m,掏槽眼深度2.0 m,周边眼1.8 m。炸药单耗为1.0 kg/m3,周边孔眼距为60 cm,掌子面炮眼数目为124个(其中周边眼37个左右)。炮眼布置见图1。

2.5 钻孔施工要求

钻眼前绘出开挖断面中线、水平线和断面轮廓线,并根据爆破设计标定炮眼位置;掏槽眼眼口间距误差和眼底间距误差不大于5 cm;辅助眼深度、角度按设计施工,眼口排距、行距误差均不大于10 cm;周边眼位置在设计断面轮廓线上,允许沿轮廓线调整,其误差不大于5 cm,眼底不超出开挖面轮廓线10 cm;内圈炮眼至周边眼的排距误差不大于5 cm,炮眼深度超过2.5 m时,内圈眼与周边眼以相同的斜率钻眼;当开挖面凸凹较大时,则按实际情况调整炮眼深度,力求所有炮眼(除掏槽眼和底眼外)眼底在同一垂直面上;钻眼完毕,按炮眼布置图进行检查,并做好记录,有不符合要求的炮眼应重钻,经检查合格后,准备装药起爆。装药分片分组,严格按爆破参数表及炮眼布置图规定的单孔装药量、雷管段分别“对号入座”。装药前将炮眼内泥浆、石粉吹洗干净。所有装药的炮眼均堵塞炮泥,周边眼的堵塞长度不小于20 cm,确保连线无漏连现象,另外,为减少粉尘的扩散,在炮眼堵塞时,装入水袋。

3 爆破震动特性研究

3.1 试验目的

对于钻爆法施工的海(水)底隧道,要进行控制爆破,以减小松弛圈的厚度;减小爆破震动,以保护隧道围岩及结构的稳定和环境安全。同时在隧道开挖时进行爆破震动监测,及时反馈信息,调整爆破参数,减轻爆破震动效应,从而确保隧道施工安全。

3.2 试验内容

为了分析爆破震动在各个方向上的影响区域,特别是分析爆破震动对隧道覆盖岩层的稳定性,我们对钻爆开挖时隧道轴向和径向方向的震动进行了测试,并在此基础上归纳分析出各个方向上的震动衰减规律。

3.3 试验结果及分析

主洞Ⅴ级围岩轴向震动测试结果见表1。

利用前苏联学者萨道夫斯基的经验公式进行回归分析,建立爆破地震震动速度与爆心距之间的线性相关关系:

其中,R为测点至爆心的距离,m;Q为炸药量,齐发爆破取总药量,微差爆破取最大段装药量,kg;V为测点的最大质点震动速度,cm/s;α为爆破地震波衰减指数,与地形地质条件及距爆破中心的距离有关;K为同岩石的性质、爆破方式及地形条件等因素有关的系数。

把药包中心的震动速度值进行回归分析,得到Ⅱ级围岩径向震动衰减规律为:

通过试验研究表明,爆破设计满足施工要求,确保了爆破震动不会对周边围岩产生较大扰动,确保了施工安全。

4结语

1)通过优化爆破设计,根据现场围岩条件动态施工,提高了光爆效果。2)在局部裂隙构造发育,地质构造复杂处,要减小线装药密度,避免裂隙扩大和产生新的裂隙,极大地降低爆破震动3)提高光爆效果后,减小了超挖量,进而减少了混凝土的回填量,有效控制了工程成本。

参考文献

爆破设计的隧道工程 篇7

京沪高速铁路作为我国高速铁路网中“四纵”的重要组成部分于2008年4月开工建设, 线路总长度达1300多km, 设计时速350 km/h, 是新中国成立以来一次建设里程最长、投资最大、标准最高的高速铁路, 京沪高速铁路现已建成并于2011年6月正式开通运营。

本文研究之金牛山隧道位于山东省泰安市岱岳区六郎坟村与高新区小官庄村之间, 隧道进口里程为DK465+335, 出口里程为DK467+240, 隧道全长1 905 m, 隧道内为单面坡, 坡度3‰和12‰的上坡, 隧道所处地形起伏较大, 其中隧道最大埋深为35.37 m, 隧道在里程为DK466+230-DK466+330区段下穿京福高速公路C匝道, 此区段内埋深仅为9.8 m, 属于超浅埋隧道, 在DK466+560-DK466+660段下穿京福高速公路正线, 其中高速公路宽度为36 m, 其中隧道与公路匝道和正线的交角分别为14.57°和36.7°, 属于斜交。隧道的工程地质情况为风化花岗片麻岩, 局部夹杂角闪岩和部分石英, 其中围岩已经风化, 尤其接近地表埋深较浅处节理裂隙较发育, 岩石比较破碎并有地下裂隙水发育, 属Ⅳ级围岩。

2控制爆破方案设计

当隧道采用钻爆法进行开挖时, 由于炸药的爆破产生的震动, 对既有隧道的结构和洞周围岩影响非常之大, 并且使得既有隧道比静力状态下更容易遭到破坏。京沪高铁金牛山隧道为超浅埋隧道, 围岩风化比较严重, 加之地表有既有高速公路通过, 在进行爆破开挖时, 这种破坏将会更加严重。所以如何将爆破对隧道支护结构、围岩以及上部的既有公路的影响减小到最低限度是本章所要研究的核心内容。

2.1 现行爆破震动影响控制标准

工程中常以引起结构的位移、速度和加速度等物理量来衡量爆破震动的强度, 那么就必须要有一个临界值或者说标准来衡量这些物理量对既有结构的影响, 并由此来判断爆破震动强度。在实际爆破工程中以上几个因素一旦超过临界值, 就认为相应岩体已经被破坏, 而这一临界值被称为爆破震动的破坏标准。对爆破震动的影响进行了文件性总结并给出了极限值见表1。

我国学者吴德伦等人参考欧洲国家的做法, 建议的爆破震动标准见表2。

综上所述, 可以看出不同的国家、科研部门以及不同的学者对爆破振速的认识和想法是不同的, 因此提出爆破震动速度的限值差别很大, 在实际工程中, 由于地质条件、爆破方式、隧道结构形式存在差异, 所以可操作性很差, 所以针对不同的隧道施工项目应根据工程实际情况角度出发, 提出相适应的爆破方案。

2.2 爆破安全指标的设计

根据《爆破安全规程》 (GB6722-2003) 中的规定, 各类建筑物的爆破震动安全允许标准如表3所示。设计中只考虑爆破对已衬砌隧道的结构安全。根据规定, 隧道安全允许振速标准值为10～20 cm/s, 设计中取安全控制值为10.0 cm/s。

注: (1) 表列频率为主振频率, 系指最大振幅所对应波的频率。 (2) 频率范围可根根据类似工程或现场实测波形选取。选取频率时亦可参考下列数据:硐室爆破<20 Hz;深孔爆破10～60 Hz;浅孔爆破40～100 Hz。a.选取建筑物安全振速时, 应综合考虑建筑物的重要性、建筑质量、新旧程度、自振频率、地基条件等因素;b省级以上 (含省级) 重点保护古建筑物与古迹的安全允许振速, 应经专家论证选取, 并报相应文物管理部门批准;c.选取隧道、巷道安全允许振速时, 应综合考虑构筑物的重要性、围岩情况、断面大小、埋深大小、爆源方向、地震震动频率等因素;d.非挡水新浇大体积混凝土的安全允许振速, 可按本表给出的上限值选取。

3金牛山隧道爆破设计

根据以往的经验, 一般来说, 起爆的药量越大, 所产生的爆破振速也就越大, 所以金牛山隧道在爆破施工过程中, 要保证在距离既有公路最近的地段的起爆药量小于产生临界爆破振速的临界药量, 这样就能够保证既有路面的安全使用。目前, 国内外对于涉及到爆破振速问题, 一般情况下采用前苏联学者萨道夫斯基提出的经验公式来确定最大分段装药量, 如下式 (1) 所示:

V=K (Q1/3/R) a (1)

式中 Q—最大分段装药量, kg;

R—爆心距, m;

V—爆破安全震动速度值, cm/s;

K—与岩石性质、地质条件、爆破规模等综合因素有关的系数;

α—地震波的衰减系数, 大小与地质条件以及距爆破中心的距离有关。

由上式可知, 当具体工程的K、α确定之后, 单段最大爆破药量Q和爆破振速V有直接关系。隧道爆破时, 由于工程地质条件、爆破条件以及爆破点距测点距离的差异, 介质系数K和震动衰减系数α变化很大, 为了确保各参数的真实性, 其取值应由现场试验确定。我国《爆破安全规程》 (GB6722-2003) 中对介质系数和震动衰减系数K, α的建议值如表4所示。

根据本工程所处围岩地质资料和《爆破安全规程》 (GB6722-2003) 建议值, 介质系数K暂取250、震动衰减系数α暂取1.8。对目前各工程上常用的几种工业炸药进行比对, 最终选择了铵梯炸药和乳化炸药, 如果爆破中炮眼里没有水, 使用铵梯炸药, 有水则使用乳化炸药。

金牛山隧道下穿京福高速公路段, 最小埋深为9.28 m, 根据下面公式 (2) , 计算得到的单段最大装药量为:

undefined (2)

计算得到的单段最大装药量为:3.7 kg。

实际工程中, 应该在每次爆破之前, 首先确定爆破点距离监测点的距离, 然后根据萨道夫斯基公式进行计算, 理论上讲在一定的装药量的前提下, 爆破产生的爆破振速和爆心距是成反比的。

采用台阶法、三台阶法开挖采用光面弱爆破。光面爆破参数应通过爆破试验方法确定。当无试验条件时, 有关参数根据表5选用。

同时, 在药量选择上还要考虑爆破振动速率对隧道结构物以及地表建筑物的影响。炮眼布置图见图1。

说明:1.本图尺寸均以厘米计;2.炮眼旁边数字表示雷管段数;3.本设计根据以往爆破经验设计, 实际施工过程中要根据爆破效果进行适当调整。

4结语

在金牛山隧道施工中, 因为施工时坚持在每次爆破之前, 首先确定爆破点距离监测点的距离, 然后根据萨道夫斯基公式进行计算, 并严格安装设计进行施工, 工程得以安全顺利的完成, 未发生安全事故。

摘要：近年来随着交通行业的不断发展, 出现很多隧道下穿既有公路的情况, 而对于沉降控制标准以及采用的施工技术还没有较统一的标准, 目前多采用3 cm作为沉降控制的标准, 带有很大的盲目性, 本文就京沪高铁金牛山隧道下穿既有公路的综合施工技术作为研究内容, 结合金牛山隧道的特点, 采用经验公式对爆破方案进行设计, 以此确定单段最大装药量。