隧道爆破（精选12篇）
隧道爆破 篇1
由于水下隧道掘进爆破施工, 必然对隧道周围岩石以及覆盖岩石造成损伤和破坏, 严重的情况下会引起突水, 造成灾难性的事故。从防灾减灾角度出发, 合理保护围岩的唯一途径就是对爆破进行主动控制, 也就是需要对爆破实施优化。本文从安全判据的选取、最小覆盖层厚度的确定、损伤范围的确定、现场监测、数值模拟等方面分别考虑, 最终实现爆破参数优化。
爆破前预测爆破可能造成的岩体损伤范围, 一般根据质点峰值振动速度衰减规律, 结合引起岩体损伤的质点峰值振动速度临界值判据计算获得。可以通过数值方法或解析公式计算质点峰值振动速度。数值计算能够综合考虑炸药特性、岩体特性、装药结构和炮孔布置, 有效地模拟爆破地震波传播规律。
1 安全判据
1.1 允许速度选定标准
1) 宏观调查。
国外众多学者通过对大量岩石损伤状况的调查结果, 根据质点峰值振动速度衰减规律, 结合引起岩体损伤的质点峰值振动速度临界值, 提出了爆破损伤质点峰值振动速度判据, 并在国内外得到普遍使用 (见表1) 。
2) 《爆破安全规程》规定。
根据我国《爆破安全规程》的安全标准, 对于交通隧道其允许速度为15 cm/s, 考虑上部水库的存在, 可适当地加强设防, 即在此基础上可适当降低允许速度值。
3) 根据极限拉应变计算。
爆破震动对围岩的影响主要体现在:削弱岩石的力学性能, 岩石的强度和弹性模量降低;在围岩内产生裂纹或使原生裂纹扩展, 从而影响围岩的稳定性和渗透率。
1.2 最小覆盖层厚度的确定
为了降低钻爆法修建水下隧道施工过程中的风险, 减少辅助施工工程的费用, 一般要求隧道位于岩石地层中且洞顶具有一定的岩石保护层厚度, 该厚度与岩体强度、破碎程度及隧道开挖跨度有关。最小岩石覆盖厚度是影响水下隧道造价和安全的最重要的设计参数之一。一般情况下, 确定水下隧道顶板最小厚度时, 应该从三方面综合考虑:围岩稳定性 (风险的控制) 、隧道长度 (造价的控制) 和隧道涌水量的大小 (运营费用的控制) 。为了防范较大风险的发生, 将建设风险控制在一个可以接受的范围内, 必须要对围岩稳定及支护结构的稳定进行投入。因此隧道最小顶板厚度的优化实际上是一个使整个隧道投资最小化的优化决策问题。选择最小岩石覆盖厚度通常采用以下两种途径和方法:工程类比分析和围岩稳定性分析 (数值分析) 。
2 现场监测
现场监测应本着两个原则:1) 在数值模拟中, 利用实测数据为所建模型中的荷载等参数提供校核依据, 其中采集这类数据时, 测点布置参照图1中的1号测点;2) 利用实测数据进行拟合回归得出本爆破场地的爆破震动衰减规律, 进而预测水库底部质点的震动强度, 数据收集时测点布置参照图1中的2号测点。
3 数值模拟
利用ANSYS LS-DYNA对隧道整个爆破过程进行模拟, 实时观察整个爆破过程中隧道围岩及衬砌的应力应变变化情况。在进行数值模拟的过程中, 利用掌子面后15 m～20 m内测点的监测数据, 对掌子面处的爆炸荷载进行校核, 在确保荷载准确的前提下, 对水库底部质点振动及荷载分布情况做重点分析。
实验表明, 对 Ⅳ级围岩断面, 隧道覆盖岩层中速度峰值、加速度峰值在拱顶约12 m范围内衰减比较明显, 其他范围趋于稳定, 可以不考虑爆破震动引起的动力响应;对于Ⅴ级围岩断面, 隧道覆盖岩层中速度峰值、加速度峰值在拱顶约18 m范围内衰减比较明显, 其他范围趋于稳定, 可不考虑爆破震动引起的动力响应。由于场地的复杂性, 所以不能直接引用以上的结论, 需要利用数值模拟方法来确定该场地的合理衰减范围, 以便在确定岩石极限应变[ε]时明确是否考虑动力响应的问题。
4 针对水下隧道的减震措施
1) 隧道微振控制爆破设计。在弱风化和微风化岩层中需要进行钻眼爆破, 由于是在水底进行施工, 必须尽量减少对围岩的扰动, 严格控制用药量, 为此将采取微振控制爆破技术, 并尽量采用台阶法、光面爆破开挖。2) 炸药选型。理论和实践证明, 低威力、低爆速的炸药可以有效降低爆破震动效应, 因为炸药爆速对爆破质点振动速度有直接影响, 爆速越高, 爆破产生的振动越大, 对于周边眼采用小直径低爆速的光爆炸药。3) 非电微差起爆网络设计。爆破震动与同段起爆的炸药量密切相关, 采用非电微差起爆技术, 不但控制单段雷管的起爆药量, 又能有效地控制每段雷管间的起爆时间, 使爆破地震波形不叠加。这样既能保证岩体破碎达到理想爆破效果, 又能消除爆破震动的有害效应。网络起爆采用孔内微差的方式, 选用1 ms～20 ms非电毫秒, 雷管段差控制在50 ms～80 ms。4) 掏槽形式。隧道爆破的掏槽眼是爆破成败的关键, 也是产生最大振动速度的部位, 大量实践和研究表明采用楔形掏槽能有效减少爆破震动, 为此, 隧道掏槽设计均采用楔形掏槽形式。5) 钻爆施工要求。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。6) 改变装药结构。在钻眼爆破中采用小直径的不耦合装药, 大爆破中采用空室条形药包且装药尽量分散, 在药孔布置时尽量保证各排药包中心连线要平行于隧道壁。不耦合作用是利用药包和孔壁之间存在的空隙, 以降低炸药爆炸后, 爆轰产物作用在孔壁的初始压力, 使孔壁不压缩破坏, 由于岩石抗拉强度远小于其抗压强度, 所以爆破后产生的冲击波张拉应力, 仍然可以使炮孔周围产生径向裂缝 (其强度减弱) 。
5 参数优化
5.1 最大装药量优化
结合现场实测爆破震动数据, 利用最小二乘法思想, 对《爆破安全规程》中的萨道夫斯基公式进行回归拟合, 得出爆破场地的爆破震动衰减规律, 表达式如下:
令v=[v], 利用式 (2) 反算装药量, 得出Qmax。
按正常的起爆顺序, 一般掏槽孔优先起爆以便为其他装药孔的成功爆炸提供可靠的自由面;同时, 由于掏槽孔没有足够的爆破临空面, 其爆破地震强度比辅助眼、周边眼等炮孔爆破时都要大。所以在确定Qmax的情况下, 应对掏槽孔的装药方式及掏槽形式进行严格的设计。
5.2 最大进尺优化
结合以上算法, 在求得最大安全药量的前提下, 可对最大掘进尺度进行优化设计, 其依托表达式如下:
其中, lmax表示炮孔的最大深度, m;Qmax为单个爆破循环的总用药量, kg;q为单位炸药消耗量, 与岩石性质有关;η为炮眼利用率, 一般取0.85～0.9;S为开挖断面面积, m2。
5.3 炮孔布置优化
根据确定的岩石损伤范围, 可事先确定最后一排主爆孔离设计轮廓面的最小距离 (预留保护层的厚度) , 指导需要严格控制振动速度的预留保护层的爆破开挖, 以控制岩体的损伤范围。
实践证明[5]:增大孔底距、减小抵抗线, 可以使应力降低区处在固体介质之外的介质中, 炸药的爆炸能主要用于破碎岩石, 从而有利于减小大块的产生, 并降低爆破地震效应。所以在底眼布置中可适当的增大孔底距, 同时减小抵抗线, 即增大炮孔密集系数, 使炸药尽可能的分散装填。
5.4 微差时间优化
根据干扰降震理论[6], 当延时间隔Δt= (2n-1) T/2 (n为炸药段数;T为震波周期) 时, 各部分药包爆炸效应会出现干涉相减;当延时间隔Δt=nT时, 各部分药包爆炸效应会出现叠加。所以在确定微差时间时尽量寻求最佳的延时间隔, 确保爆破震动效应最小。
6 结语
对于水下隧道其设计理念首先是防止任何坍塌, 并遵循“预报先行、加强支护、控制变形、优化工序、快速封闭”的原则, 严格控制周边围岩的渗透水量、减小开挖对围岩的扰动、控制隧道周边围岩及开挖工作面围岩的变形、初期支护及时封闭、二次衬砌紧跟开挖面施作等, 因此从衬砌结构的计算到支护参数的确定, 从超前预支护的设置到施工方法等的选择, 均环环相扣, 每一步都十分重要。所以在施工优化时, 应综合考虑, 统筹思考各个施工工艺, 力求最小的经济开支下取得最理想的效果。
摘要：结合水下隧道掘进爆破施工特点, 从防灾减灾角度出发, 对爆破施工优化进行了探讨, 从安全判据的选取, 最小覆盖层厚度的确定, 现场监测, 数值模拟等方面进行了分析, 最终实现了爆破参数的优化, 并得出了水下隧道的减震措施。
关键词：水下隧道,爆破施工,覆盖层厚度,减震措施
参考文献
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[5]李夕兵, 凌同华, 张义平.爆破震动信号分析理论与技术[M].北京:科学出版社, 2009.
[6]熊代余, 顾毅成.岩石爆破理论与技术新进展[M].北京:冶金工业出版社, 2002.
隧道爆破 篇2
结合光面爆破在隧道中的应用实例,介绍了光面爆破的施工作业要点,探讨了光面爆破的施工方法,结果表明该方法取得了很好的.效果,同时证明光面爆破对隧道开挖具有较好的经济效益和推广价值.
作 者：罗友华 LUO You-hua 作者单位：中铁十九局集团第三工程有限公司,辽宁,辽阳,111000 刊 名：山西建筑 英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE 年，卷(期)：2009 35(14) 分类号：U455 关键词：隧道 光面爆破 施工技术 钻爆设计
隧道光面爆破技术的实践与思考 篇3
关键词:光面爆破 实施 管理 思考
一、光面爆破及其优点
光面爆破是通过正确确定爆破参数和施工方法,使爆破后的围岩断面轮廓整齐,最大限度地减轻爆破对围岩的震动和破坏,尽可能维持围岩原有的完整性和稳定性的爆破技术。
光面爆破主要有以下三大优点:
1.光面爆破对围岩最大限度地减少了扰动,尽可能地保存了围岩自身原有的承载能力,从而改善了衬砌结构的受力能力;
2.光面爆破后围岩壁面平整,减少了应力集中和局部落石现象,保证了施
工安全;
3.光面爆破成型好,减少了超挖和避免欠挖,能节省大量混凝土超挖回填数量和降低单位工作量,降低工程造价,加快施工进度。
二、光面爆破的实践
桐庐县冷坞水库保安工程放水设施改造隧洞爆破,该工程全长156米,宽1.8米,净高1.95米,其中隧拱同0.9米,总爆破方量495立方米,工期60天。该工程位于瑶琳镇东琳村冷坞,东、南、西、北向均为荒山,最近离冷坞村3—500米。
爆区岩石为石灰岩,硬度系数为f=6—10,属中硬岩石,岩石新鲜,成洞条件较好,裂隙及节理不发育,但在隧洞开挖过程中,若遇裂隙及节理作相应的处理。
1.首先在进水口及出水口同时进行推进开挖,岩渣分向外运指定地点,做好两端的安全警戒工作,推进施工以隧洞施工为控制主线,保持连的续循环作业,即钻爆、逐风、出渣、初期支护循环进行,实现隧洞快速施工,隧洞石渣采用人力手推车运至洞外弃渣场。
2.洞口的明方爆破:明方土石方开挖采用自上而下分层松动爆破,钻机设备先用27型气腿式凿岩机配6M3/min移动式空压机
洞口石方爆破技术设计:
浅孔爆破
(1)孔径:∮=38—42mm
(2)最小抵抗线:W=(25—35) ∮=1.0—1.5m
(3)炮眼间距:a=(0.8—1.2)W=1.0—1.8m
(4)炮眼排距:b=(0.8—1.0)W=0.8—1.4m
(5)台阶高度:H=1—5m
(6)炮孔深度:L=3.5—5.0m
(7)单孔焊药用量:Q=qab1
3、洞身推进爆破:
隧洞开挖采用钻爆法,由于岩石均匀且比较坚硬,断面高度不超过2米,故采用全断面开挖,局部可采用分部分阶法施工,按设计开挖轮廓线布置周边眼,间距60—70cm,辅助眼间距55—75cm,采用乳化炸药,采用少药卷、孔内延期,用非电毫秒导爆管起爆。
3.爆破参数:
(1)露天浅孔爆破与掘进爆破的孔径主要取决于钻机类型,岩石性质选择钻机类型,主要依据穿孔能力能否满足破岩生产量要求,同时还要考虑经济效益是否合理等因素,循环进尺,考虑周边控制爆破,故不宜采用大的孔径,因此该工程采用38—42mm孔径。
(2)考虑围岩的夹制力,每循环进尺控制在2米左右,掏槽型式采用混合形式,确保掏槽效果。
(3)钻孔前准确测画开挖轮廓线,点出掏槽眼与周边眼的位置,为使爆破后不留根底形成平整的底部平台,故在打眼时要考虑超深。根据实践经验,超深采用下式确定。
H=(0.8—1.2)d
式中H……超深M,d……钻孔直径mm
H取值0.5Mm
孔深H=2.0+0.5=2.5米
(4)隧道爆破施工:
本隧道主要属次坚石和坚石,弱围岩地段较短,在此主要针对坚石类围岩的全断面施工加以阐述。
(1)主要系数:次坚石围岩采用全断面推进,炮孔布置按每循环进尺2米控制,其参数选定根据公式:炮眼数N=q×s/r ,q为单位用药量(取3.0kg/M3),s为隧洞断面3.06M2,r为每米炮眼的平均装药量(取0.55),测计算炮眼值N=22,实用量为21.6Kg,布眼及装药情况如下表:
爆破参数表:
注:单位岩石耗药量约3.5Kg/M3,循环进尺2.0M,爆破效率80%,等岩石开挖后据实进行调整爆破参数。
4. 炮孔装药及堵塞:
确定合理的堵塞长度并保证质量,对改善爆破效果和提高炸药能量利用有关重要作用,堵塞长度过短将产生较强冲击波,噪音和飞石危害,反之将降低爆破量,增加钻孔费用。一般堵塞长度不小于抵抗线0.75倍或取孔径的20—40倍,根据孔深堵塞长度12=0.5M,但炮孔的深度发生变化,堵塞长度也应做相应 调整。
随着地形的变化,炮孔深度降低 装药量减少,要根据留有合理的堵塞长度来计算装药量。
5.爆破网络,炮孔布置及起爆方式:
(1)炮孔布置及装药:
本次爆破工程采用三角形布孔,其优点是能量均匀分布,本工程采用连续装药结构,采用2个起爆药包,分别置于孔内装药长度的1/4和3/4处。
(2)起爆顺序及网络:
本工程采用对角线顺序起爆,又称斜线起爆。其主要优点是在同一排炮孔间实现了孔间延期,最后的一排炮孔也是逐孔起爆,减少了后冲,又利于下一个爆区的传爆工作。同时也降低了地震波。
6.安全距离计算及控制:
(1)爆破地震:
当炸药在固体介质中爆炸时,爆破冲击波和应力波将其附近的介质粉碎、破裂,这种弹性震动是以弹性波动形式向外传播,与天然地震一样,也会造成地面震动。
爆破时量产生的地面质点峰值振动速度,为减少震动、飞石及噪声,保证洞内安全作业,需合理进行钻爆设计,严格控制装药量,确保堵塞长度及质量,降低噪声,减弱震动。
(2)爆破震动的校核:
V=K(Q1/3/R) a
式中:V——震速控制值
R——爆源中心到震速控制点的距离
Q——最大装药量21.6Kg
U——爆破震动传播途经介质系数
a——爆破震动衰减系数
依据经验公式:K=200 a=1.8
经爆破震动校验,该爆破设计对附近建筑物及隧道本身结构的震动影响均在规范允许范围内。
(3)爆破冲击波:冲击波对工作人员的安全允许距离:
RR=25Q1/3 取值21.6 Rk=69
(4)爆破飞散物
R=K￠×D
K￠——安全系数,取15—16
D——孔径42cm
计算及R=67M,爆破警戒范围不应小于200米。
三、对光面爆破技术的思考
1.为确保光面爆破的效果,合理的光面爆破设计是前提,其中关键的是周边眼间距要布置好,装药量要根据现场情况及时调整,并进行严格的施工管理。
2.准确的测量放线和精确的钻眼是保证光面爆破效果的必要条件。
3.当岩层层理明显时,炮眼方向应尽量垂直于层理面。如节理发育,炮眼应尽量避开节理,以防影响爆破效果和卡钻。
4.不均质岩体对爆破作用的影响是十分明显的,其爆破参数要根据两种岩体的特性加以考虑。
5.根据每次爆破完后的效果,及时分析原因并修正爆破参数,从而不断地提高爆破效果。
参考文献:
[1] 张应立. 工程爆破实用技术[M].北京:冶金工业出版社,2005.
[2] 王林成. 光面爆破在隧道开挖中的应用[J].山西建筑,2007(7):280- 281.
隧道爆破 篇4
关键词：既有隧道,爆破,数值模拟
1 工程概况
新建的小瓢沟隧道与既有大瓢沟隧道为小净距隧道, 隧道起始里程是DK79+993, 隧道终止里程为DK80+570, 隧道的全长约为577m, 隧道的最大埋深是210m。在本工程中, 既有隧道与新建隧道的平面关系图如图1所示。
2 模型的建立
通过三维隧道爆破动力分析, 姚勇取不同边界进行计算后认为, 当边界取得一定远 (大于隧道开挖洞径的3倍) 以及两隧道净距不大时, 边界的反射效应对隧道周围地震效应的峰值影响可以忽略。本文的有限元模型尺寸取为65m×42m×35m, 整体有限元模型如图2所示。模型的六个边界均施加无反射边界, 模型底部施加三向约束。在有限元模型中, 围岩选用solid181实体单元, 衬砌选用shell163壳单元。
数值模拟时, 模型是由岩石、炸药和空气三部分组成的, 炸药选用LS-DYNA自带高性能炸药材料MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN, 状态方程为JWL的状态方程, 岩石采用*MAT_PLASTIC_KINEMATIC材料, 采用拉格朗日网格来建模, 空气及炸药选用欧拉网格建模, 单元选用ALE算法, 炸药和岩石进行了流固耦合。材料的相关参数如表1所示:
3 模拟结果分析
选取里程DK80+346进行爆破数值模拟, 对既有线隧道衬砌应力曲线进行分析, 如图4和6所示。
图3是既有隧道轴向单元布置图, 根据相关研究已经表明, 振速在既有隧道拱墙上最大, 故本文选取拱墙上的单元进行应力分析。图4是既有隧道轴向单元应力时程曲线图, 由图4 (a) 可知, 在X方向的应力曲线图中可以发现最大值约为36kpa, 在单元81799处, 在单元81804处的X方向应力次之, 单元X方向81809应力也较大;由图4 (b) 可知, 在Y方向的应力曲线图中, 最大的应力值约为277kpa, 在单元81804处, 单元81809和单元81799的Y方向应力也较大;由以上分析可知, Y方向的应力比X方向应力大, 在这些方向上出现的最大应力值都在爆破断面后10m附近, 说明新建隧道的爆破震动对既有隧道产生的影响在爆破断面后10米比较大, 所以在新建隧道爆破时要加强爆破断面后10m的监测。
图5为既有隧道径向单元布置图, 图6是既有隧道径向单元应力时程曲线图, 由图6 (a) 可知, X方向的应力曲线图中, 最大值约为-298kpa, 出现于既有线隧道拱顶的位置单元82146处;由图6 (b) 可知, 在Y方向的应力曲线图中, 最大的应力值约为313kpa, 出现于既有隧道拱肩位置的单元81732处;通过以上的相关分析可知, 这两个方向最大应力值相差不大。这两个方向上的最大应力值大都出现于爆破断面拱顶, 拱肩及边墙处, 说明爆破震动对既有隧道的拱肩, 边墙及拱顶的的影响最大, 在进行现场监测时, 要加强这些地方的监测。
图7是既有隧道径向单元最大主应力时程曲线图, 单元位置分布图如图5。通过图7最大主应力时程曲线图分析可得:既有线隧道在迎爆侧的边墙位置单元81804上出现了最大主应力, 其值大约为369kpa臂其它位置的单元的最大主应力大, 其次是迎爆侧边墙单元81822和拱肩单元81732。所以, 在现场进行施工爆破监测时, 应该对迎爆侧边墙和拱肩位置重点监测。同时可知, 既有线隧道主要为受拉破坏, 因为最大的主应力都为正。
4 结论
通过以上的数值分析, 可以得到以下结论: (1) 新建隧道的爆破震动对既有隧道产生的影响在爆破断面后10米比较大, 所以在新建隧道爆破时要加强爆破断面后10m的监测。 (2) 爆破震动对既有隧道的拱肩, 边墙及拱顶的的影响最大, 在进行现场监测时, 要加强这些地方的监测。 (3) 在现场进行施工爆破监测时, 应该对迎爆侧边墙和拱肩位置重点监测。同时可知, 既有线隧道主要为受拉破坏, 因为最大的主应力都为正。
参考文献
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黑石岭隧道光面爆破施工技术 篇5
黑石岭隧道为张石二期化稍营至蔚县(张保界)段高速公路特长隧道,隧道分左、右线,左线全长3720米,右线全长3870米,属于全线控制工程.建筑界限:净宽13.25米,净高7.8米,建筑界限高度5米.隧道进口围岩主要为残坡积碎石土和强风化白云岩.强风化白云岩为粉晶结构,层状构造,表层风化变色节理裂隙发育,岩体破碎呈碎石状.洞口岩体和隧道围岩稳定性差.隧道出口围岩主要为残坡积碎石土和强风化页岩.
作 者：崔艳丽 作者单位：中铁二十二局集团第四工程有限公司 刊 名：河南科技 英文刊名：HENAN KEJI 年，卷(期)： “”(7) 分类号：U4 关键词：
隧道爆破 篇6
【关键词】铁路;大断面隧道;全断面;光面爆破;超欠挖
0.隧道概況
我集团公司承建我国第一条铁路客运专线石家庄至太原铁路客运专线Z7标段，是一条高起点、高标准、高要求的铁路，时速达200公里/小时，其中我公司担负施工石家庄至太原铁路客运专线Z7-2标全线重点控制工程小坡山隧道施工取得了新突破。
小坡山隧道位于太行山东麋低，地处河北省井陉县境内，东临冶河，西连库隆峰小作河。隧道全长4507米，为双线隧道，进口里程为DIK38+210，出口里程为DIK42+717；出口段长759米位于R=6000m曲线上，其余部分位于直线上；隧道出口段37m位于8‰的上坡上，其余部分均位于3‰的上坡上。
1.地质情况
小坡山隧道岩石主要为白云岩，最大埋深360米，岩层成宽环波状起伏，岩层近于水平，且岩层呈薄至中厚层状，加页岩、泥岩，其页理节理发育，特别是角砾岩泥灰岩、泥灰岩，出现溶洞现象。预报最大涌水量2755.2m3/d。
2.控制要点
2005年ll月18日开工建设。由于其地质复杂，开工后，指挥部根据铁路客运专线新验标要求，结合地质特点分别制定了“小台阶、短进尺、弱爆破、强支护、快衬砌”和“全断面、光爆破、全跟进”的施工方案，并根据地质变化情况及时调整和优化施工方案。这里只讲述大断面隧道全断面，采用光面爆破的开挖方法控制施工质量。
2.1隧道施工重要的原则是要像保护眼睛那样保护围岩，要想方设法地加强围岩的自支护能力。而保护围岩，对坚硬围岩主要方法是控制爆破对遗留围岩的影响。目前，隧道施工中，采用光面爆破的主要理由是控制爆破对遗留岩体的损伤，其重要标志就是控制隧道在开挖掘进中出现的超欠挖。目前有爆破造成的超欠挖，是个严重而普遍的问题。它对隧道施工速度和成本有着不容忽视的影响。在超欠挖严重的情况下，对围岩的稳定性也会产生一定的影响。应该指出由于爆破引起的超欠挖虽然是不可避免的，良好的爆破技术可以使超欠挖控制在一定的水平之内，也就是说可以把对围岩的损伤控制在一定的水平之内。
2.2小坡山隧道出口于2005年11月8日进洞施工， 2006年7月9日全断面进行开挖至2006年8月1开挖至DIK42+019。隧道开挖30个循环光爆质量进行检查，共检查360个点，其中合格点数为259个，合格率为72％，局指挥部及现场工程师对各循环中的超欠挖、炮眼保存率、两循环接茬台阶以及每循环爆破进尺等进行了质量统计，隧道开挖的质量问题主要表现在隧道超欠挖严重和半眼炮痕残留率低。本隧道为大断面隧道，还有地质变化复杂，施工过程中控制难度较大。
3.控制内容
3.1序号 检查项目 质量标准 检查点数 合格点数 不合格点数 隧道超欠挖
3.1.1最大超挖25cm，平均线性超挖10cm，不得欠挖86 60 26
3.1.2周边眼炮痕迹保存率 大于80％ 72 51 21
3.1.3两循环接茬台阶 小于15cm 20 16 4
3.1.4每循环进尺 大于3.1m 20 18 2
合计198 145 53
合格率（145÷198）×100%＝73.2％
3.2要因分析
★ 围岩变化较大★围岩坚硬但破碎
★拱顶岩层节理面成水平状 ★周边眼钻眼精度差
★质量意识差、责任心不强 ★未根据围岩变化调整爆破参数
★钻孔台架台阶设计不合理 ★光爆层太薄周边眼外插不一
★施工人员技术水平不高
3.3光爆的好坏，直接影响到项目的经济效益
超挖引起多装、多运碴；新铁路验标要求超挖部分必须采用同级混凝土回填，欠挖则要清楚，从而造成人工、工期和材料的超额消耗，致使工程成本增加。超挖也会给后续作业造成困难。，如果光爆效果好，就会减少了超挖回填，其经济效益将上百万。
从实际检查情况来看，影响隧道开挖质量的主要因素是隧道超欠挖，超挖造成开挖轮廓不圆顺，影响了光爆效果。针对大断面隧道开挖，保证光面爆破质量，我们深入调查和认真分析，造成超欠挖、炮眼痕迹残留率低的原因，归纳为以下几点：(1)钻孔精度;(2)爆破技术;(3)施工组织管理;(4)地质条件变化。
3.3.1台车设计
台架台阶设计高度不合理、造成人员在操作过程中造成钻孔困难，炮眼角度难以掌握，外插角过大，且炮眼间距过大出现欠挖补炮而超挖。在台架设计时，在第二层与第三层间都要加设一层活动台架，可以供操作人员进行调整。
3.3.2钻孔精度
（1）首先考虑周边眼的布置于周边眼抵抗线的距离，周边眼抵抗线过小，造成光爆层厚度太薄，内圈眼爆破时对周边围岩震动过大，破坏了围岩的完整性，排危后造成超挖，因此，调整光爆层厚度，确保周边眼间距与其抵抗线之比在0.8左右。
（2）钻孔技术对隧道超欠挖的影响主要是周边炮孔的外插角⊙、开口位置e和钻孔深度L的控制。超欠挖高度（h）= e+Ltan(⊙/2),随着外插角⊙和钻孔深度L的增大，h增大。L可在设计中加以控制，即在其他条件一定时，采用较浅孔爆破对减少超挖是有利的。这也是国外在钻孔深度上很少采用超过4.0m以上深孔的原因。一般情况下都采用3.5m左右的钻孔深度。深孔爆破的一次装药量较大，对周边围岩的损伤也很大，不符合施工中尽可能地维护围岩自身的、固有的强度的原则。
⊙和L主要取决于司钻工的操作水平和所采用钻机的某种性能。新客专铁路隧道的容许超挖为15cm。这样如L=3m,则外插角应为⊙=4.55°；如L=5m,则外插角应为⊙=2.265°。显然，一般的人工操作水平是难于达到的。因此，为确保控制⊙，一定要努力提高司钻人员的操作水平和责任心，并借助测量仪器定向。
钻孔作业时，拱部180°范围内，则应控制上仰角，两侧边墙则应控制水平的外插角，对底板则应注意下插角。钻孔时先定位，后掘进，并在掌子面上完整醒目的标出周边孔位线，把e控制在较小的范围内（约在3cm）。
（3）周边眼钻设时，首先是由测工班准确放出开挖轮廓线，用红铅油标出周边眼位置；其次周边眼由熟练钻工司钻，采用先钻一个标准眼，在标准眼内插入炮棍，其它周边眼平行于炮棍钻孔，确保周边眼外插角一致；周边眼与辅助眼的眼底应在同一垂直面上，掏槽炮眼应加深10～20cm。
3.3.3爆破技术
（1）爆破方法的影响。全断面一次爆破方式有利于减少爆破重复振动、减少工序转换和干扰，偏于快速施工。光面爆破施工过程中宜选用导爆索毫秒雷管起爆，宜选用低密度、低爆速、低猛度或高爆力的炸药，我施工段选用岩石乳化炸药。
（2）爆破方式。在控制爆破中，主要的技术参数包括：单位岩石炸药消耗量q、周边孔装药密度g、周边孔炮孔布置等。调整这些参数之间的配合，对减少超欠挖是至关重要的。通过现场实验调整，对于坚硬围岩控制到0.25kg/m，周边孔45～55cm,E/W=0.8,最小抵抗线W=50～75cm。
（3）爆破器材的爆破方法。实验表明：①毫秒雷管跳段使用，光爆效果较好，而且减少费用。②周边眼装药根据实际情况采用小直径药包，全孔均匀装药，孔口均用炮泥堵塞。③优化起爆对起爆网络进行优化，采用每孔周边眼光爆索装至离孔口80cm，并用雷管在80cm处与光爆索连接，孔口80cm用机制炮泥堵塞密实。
3.4现场施工组织和管理
现场对人员组织、作业技术指导、质量检测、反馈以及相应规章、技术标准的制定等。管理的目的是要把众多的因素置于可控制的状态，达到爆破设计的基本要求。
3.4.1针对施工人员质量意识差、责任心不强的问题，由专人组织全体施工人员进行质量意识教育和学习光面爆破基本知识，从思想上提高大家光爆质量意识。同时，制定奖罚措施，每循环考核光爆效果，达到要求每循环奖励100元，不合格每循环罚款200元。
3.4.2施工人员技术水平不高 加强对施工人员的光面爆破技术教育，熟悉施工方案，严格执行施工中各项措施，进行操作技能的培训，并对光爆施工工艺要点进行书面技术交底，专人现场跟班进行监督和技术指导，开展技能比武，提高操作水平。
总结起来说，在爆破质量管理中，应坚持以下原则：
（1）通过现场实验，优化光面爆破参数设计。
（2）应优先考虑采用操作简单且精度高、有良好性能的钻孔机械、测量放线及精度、断面监测仪器及爆破器材等。
（3）严格控制桩孔精度，重点控制周边眼的外插角、开口误差以及炮眼在断面分布的均匀性。
（4）严格控制爆破质量，特别是要控制装药量，并保证正确的起爆顺序。
（5）强化施工组织管理、推行作业标准化并经常加强作业人员文化和责任心的教育等。
3.5地质条件
地质条件是客观条件，它是确定爆破参数的基本依据，爆破设计主要是根据经验、类比或现场实验设计，而地质条件是随掘进而不断变化的。其中主要是围岩节理裂隙的变化。在现场施工，应根据情况调整钻孔方位和角度，或适当调整周边孔的参数。我段是按如下措施进行控制：在施工中，紧跟开挖面对围岩进行观测描述，并对围岩的节理裂隙状态进行预测，据此调整爆破参数和施工方法或采取局部内移炮眼、局部空孔不装药、加密炮眼、局部调整起爆顺序等辅助措施。
4.成果检查和效果
我标段现场控制开挖最大超挖，保证开挖轮廓线平顺，拱部平均线性超挖15cm，最大超挖值控制在25cm，边墙平均线性超挖10cm，最大超挖值控制在15cm，爆破后每循环炮眼痕迹基本连续，两次爆破的衔接台阶尺寸不大于10cm，爆破后炮眼痕迹保留率大于90％以上。
4.1我施工段洞身开挖质量有了更深层次的提高。
4.2对开挖光爆过程中出现的种种难题进行攻关，不但技术水平有了很大层次的提高，同时也提高了开挖光爆质量和掘进进度，为小坡山隧道施工按期保质保量打下了坚实的基础保证了开挖掘進的质量及进度，同时减少了混凝土的回填，提高了项目的经济效益。在石太线树立了良好形象，并得到了业主、外籍监理的好评。
5.总结
隧道爆破 篇7
采用有限元法分析爆破震动影响的一项关键工作是建立爆破加载模型, 这包括确定爆破激振力的大小、作用位置和方向、峰值时刻和持续时间等方面的内容。关于地下洞室爆破冲击荷载的确定, 至今尚无一种完善的方法和理论。一般认为, 岩土介质内任意一点的爆炸压缩波多呈三角形荷载形式, 其超压在经过峰值以后都急剧衰减, 而按卸载波传播, 此时, 与静载加压的情况不同, 原先已被压实的岩土体又将产生回弹膨胀现象。所以将爆炸波简化成三角形波是比较符合实际情况的, 对于进行爆破震动的数值分析, 这种方法是比较实用和合理的方法, 已被广泛采用。
根据文献[2]的分析, 对于V类围岩取Pmax=10 MPa, 以此可以进行线性插值, 推算出Ⅲ类和Ⅳ类围岩的初始波峰压力值, 如表1。
2 计算参数的选取
2.1 围岩及隧道支护结构计算参数
计算中将围岩和既有隧道衬砌视为紧密相联的整体, 采用共同变形理论。由于爆破施工多在硬岩中进行, 所以本次计算主要考虑Ⅲ类和Ⅳ类围岩的情况, 围岩力学参数参照《隧规》表A04-1选用。
在冲击荷载作用下, 混凝土的极限强度和弹性模量将会与静载情况有所不同。20世纪50年代, 日本野王等人发现, 混凝土材料在冲击荷载作用下, 极限抗压强度和弹性模量均随加载时间的缩短而增大, 当荷载作用时间从100s减至0.03 s时, 强度和弹性模量分别提高30%~56%和20%~25%。因此, 本次计算假定:在爆炸荷载下, 围岩的弹性模量提高到原来的5倍;衬砌的强度和弹性模量分别提高50%和25%, 因此混凝土的抗拉动极限强度为2.67 MPa, 弹性模量为25 MPa。
2.2 阻尼
在对隧道结构进行瞬态动力分析前, 必须先确定结构的基本振动特性, 即结构的固有频率和振型, 从而确定结构的阻尼系数, 为进一步进行结构分析提供必要的乘数。
在本模型中采用1972年Lysmer和Wass提议的粘性边界 (Viscous Boundary) 。为了定义粘性边界需要计算相应的土体x、y、z方向上的阻尼, 而计算阻尼的方法通过计算得出的质量因子和刚度因子计算阻尼比矩阵的方法。模态分析结果见表2。
2.3 隧道质点振速安全控制标准参考值
爆破产生的冲击波常常危及周围建筑物的安全和稳定, 隧道衬砌和围岩的安全与否不仅取决于隧道结构的抗振能力, 而且与震动波的强度有关。目前, 我国的控制标准有多种, 采用的是长江水利水电研究院建议的允许爆破振动速度和破坏标准。
3 数值分析
3.1 两隧道不同间距振速计算
3.1.1 计算模型
本有限元分析过程是通过MIDAS/GTS软件实现的, 将隧道和围岩体系按三维有限元分析, 采用空间六面体单元来划分模型单元, 在三角形波荷载作用下进行瞬态动力分析。模型模拟右侧新建隧道在一次全断面爆破开挖2m的情况下, 右侧新建隧道对左侧既有隧道衬砌的影响。分析不同围岩类型和不同隧道间距情况下爆破对既有隧道的影响, 所以本模型固定隧道埋深保持不变 (28 m) ;且两隧道在隧道纵向是平行的, 分析了隧道净间距为0.5D, 1D, 1.5D, 2D, 2.5D 5种情况下衬砌的振动速度, 如图1。
3.1.2 计算结果分析
既有隧道衬砌结构计算结果分析:通过有限元分析, 在相同药量爆破的情况下, 既有隧道衬砌的最大振动速度见图2, 可以看出其中的一些规律。
通过对上述数据、图形的分析, 可以得到一下几点结论:
1) 新建隧道时, 爆破开挖产生的振动对既有隧道衬砌迎爆面的边墙影响最大, 迎爆面边墙的振动速度明显高于其他部位, 是最危险的部位。2) 既有隧道衬砌的振动速度随着隧道间距的增大而减小, 当间距小于1.5D时, 振动速度随间距的变化比较大, 而大于1.5D以后, 振动速度随间距的变化比较小。所以, 当隧道间距比较大时, 衬砌振动对距离的敏感度减低, 而隧道间距比较小时, 衬砌振动对间距变化的敏感度很高, 间距较小的变化对衬砌的振动影响却会很大。3) 从Ⅲ类围岩和Ⅳ类围岩数据的比较可以看出, Ⅳ类围岩中既有隧道衬砌的振动明显小于Ⅲ类围岩, 这是因为Ⅳ类围岩的稳定性比Ⅲ类围岩的高, 而且对爆破波的阻尼效应大, 减弱了爆破波传到既有隧道衬砌时的能量, 从而导致既有隧道衬砌的振动速度降低。4) 以该文引用的允许振动标准来判定, 当隧道间距小于l D时, 既有隧道的衬砌将发生破坏, 大于1D时, 既有隧道衬砌只会在部分地方发生损伤, 而大于2.5D以后, 爆破振动对既有隧道衬砌的影响是轻微的。既有隧道衬砌最先是在迎爆面的边墙处发生破坏。
3.2 既有隧道沿纵向4个衬砌断面比较
3.2.1 计算模型
由于只是对既有隧道衬砌纵向响应进行分析, 本模型假设既有隧道和新建隧道的间距为12 m, 在这种情况下, 研究新建隧道在爆破开挖情况下, 既有隧道沿纵向取6 m、12m、18 m、24 m 4个断面, 分析这4个断面的振速。每个断面就迎爆侧拱脚、起拱线、拱顶、背爆侧拱脚4处进行分析。
3.2.2 计算结果分析
对既有隧道沿隧道纵向4衬砌断面振动速度值见图3 (a) 、图3 (b) 所示, 可以看出其中的一些规律。
各断面隧道衬砌的最大垂直地面振动速度, 见图4 (a) 、图4 (b) 所示。
由上述数据、图形的分析, 可以看出:所选的4个断面在距离上具有一定的代表性, 即都位于炸药的侧后方。4个断面中, 均以迎爆侧起拱线处振速最大, 其中又以与炸药最近的6 m断面振速最大。12 m, 18 m, 24 m隧道衬砌断面均以起拱线处水平速度最大, 其次为迎爆侧拱脚处, 再次为拱顶处, 较安全的是背爆侧拱脚处;在垂直地面方向上振速以18 m断面起拱线振速最大, 为4.82cm/s, 振速的变化是先由小变大。再又由大变小, 在图中反映为一个凸的弧线。
4 降低爆破振动的有效措施
通过以上的分析可以看出, 近间距隧道爆破对临近隧道迎爆侧边墙至拱顶处影响最大, 使得拱顶周边的围岩成为最危险的破坏发生区。因此在相邻隧道爆破施工时应尽量降低爆破振动, 而降低爆破扰动的根本途径之一是降低爆破荷载的峰值压力;根据邻近隧道爆破的振动特点, 结合施工经验, 给出如下几项爆破减振措施:
1) 将一次爆破的所有炮孔分成较多段按顺序起爆, 段数越多, 单段爆破最大药量越少, 爆破最大振速将会明显降低。
2) 为避免微差爆破延时时间不够或延时误差造成应力波叠加, 从而使振动加强, 在选择雷管段数时, 应加大相邻段的段位差。这样做, 既利于相邻两段振动的主振相分开, 避免振动叠加, 也利于为后排爆破创造更充分的临空面, 减轻爆破夹制作用。
3) 在减振要求较高地段, 除应适当减小炮孔内线装药密度外, 还可采用周边预裂爆破技术阻隔爆破地震波向外传播。
4) 若采用空孔直眼掏槽爆破方案, 应增加空孔数量或增大空孔直径, 以加大临空面, 这对减小夹制作用、降低掏槽爆破的振动强度十分有效。
摘要：本文结合在建中的某隧道, 采用MIDAS/GTS软件进行数值模拟的方法, 对后修建隧道爆破开挖对既有隧道的振动影响进行了数值分析, 提出合理的爆破减振和安全防护措施。
关键词：隧道,爆破,振速计算,数值分析
参考文献
[1]孙钧, 侯学渊.地下结构[M].北京:科学出版社, 1988:695-697.
隧道控制爆破施工工法的选择 篇8
关键词：隧道,爆破,工法
根据工程要求和爆破环境、规模、对象等具体条件, 通过精心设计, 采用各种施工与防护等技术措施, 严格的控制爆炸能的释放过程和介质破碎过程, 即达到预期的爆破破碎效果, 又要将爆破的范围、方向以及爆破地震波、空气冲击波、噪声和破碎物体飞散等危害控制在规定的限度之内, 这种对爆破效果和爆破危害的双重控制的爆破, 称为控制爆破。
1 隧道爆破施工方法
1.1 台阶法
在围岩稳固性较差或临近闹市区等需要控制爆破振动带来的影响时, 一般采用台阶法, 对隧道掌子面分上下台阶, 形成上下两个掌子面。为保证隧道开挖边界平整, 周边孔均采用光面爆破。上断面爆破开挖后立即进行初期锚喷支护, 以保证隧道围岩的稳定性。为便于施工作业, 上断面始终超前下断面6m以上。另一方面, 上断面掘进爆破和下断面松动爆破的地震波衰减规律研究结果知, 为使隧道二次衬砌基本不受爆破地震的影响, 上断面掘进掌子面应超前二次衬砌施工点60m以上, 下断面超前50rn以上。
台阶法的优点是开挖具有足够的作业空间和较快的施工速度, 有利于开挖面的稳定性, 尤其是上部开挖支护后, 下部作业较为安全。其缺点是上下部作业互相干扰, 应注意下部作业时对上部稳定性的影响, 台阶开挖会增加对围岩的扰动次数等。台阶法宜采用轻型凿岩机打炮孔, 不宜采用大型凿岩车。采用台阶法应注意下列问题。
(1) 台阶数不宜过多, 台阶长度应适当。一般根据两个条件来确定台阶长度:一是初期支护形成闭合断面的时间要求, 围岩稳定性越差, 闭合时间要求越短;二是上半部断面开挖时, 开挖、支护、出渣等机械设备所需要空间的大小要求。
(2) 个别破碎地段可配合喷锚支护和挂网施工。如遇局部地段石质变坏, 围岩稳定性差时, 应及时架设临时支护或者考虑变换施工方法, 留好拱脚平台, 以防落石和崩塌。
(3) 采用台阶法开挖的关键问题是台阶的划分形式。台阶划分要求做到爆破后渣量较大, 钻孔作业面与出渣运输干扰少。
为进一步保证施工安全, 在掘进爆破过程中, 对节理裂隙发育地段进行超前固结灌浆, 提高岩层的自稳能力, 减少围岩扰动。此外, 还采取缩小钢格栅间距或增加型钢钢架等技术措施, 提高初期支护强度。
1.2 全断面法
在隧道爆破方案设计过程中, 当围岩稳固性较好或施工现场远离闹市等情况时, 一般采用全断面法进行钻爆设计。全断面法常适用于硬岩和中硬岩的石质隧道, 开挖断面较大, 布眼较多, 可采用深孔爆破施工。必须做好钻爆设计。全断面的钻爆设计一般应注意以下问题。
(1) 我国在全断面开挖中, 多采用直眼掏槽, 以减少钻眼时各钻机的相互干扰。
(2) 围岩完整状态较好时, 采用光面爆破, 围岩完整状态较差时, 采用预裂爆破。采用预裂爆破, 爆破后岩石的块度往往过大, 致使装碴困难。因此必须注意适当密布炮眼, 不使岩石块度过大。
(3) 全断面开挖一般采用深眼爆破, 眼深3m~5m。结合直眼掏槽, 应设计大直径空眼, 以保证掏槽效果。
(4) 通过稳定性较差的围岩地段时, 应减小炮眼深度。减小后的炮眼深度要能适应对围岩预先支护的长度及围岩的稳定性, 一般采用1.5m~2.5m。
(5) 单线隧道布眼约为80~120个, 炮眼密度为1.8~2.5个/m, ;双线隧道布眼约为170~200个, 炮眼密度为1.7~2.3个/m。
(6) 采用门架式凿眼台车, 台车常分为三层至四层, 设计炮眼位置时要考虑各层平台的影响, 使之便于钻凿。
由于全断面开挖宽度增大, 因而炮眼的深度也增大, 但一次掘进的长度愈大, 循环作业时间愈长, 一定时期 (例如一个月) 的循环次数则较少。反之, 炮眼的深度愈小, 一次掘进的长度也愈小, 循环作业时间也较短, 一定时期的循环次数则较多。在一个循环中, 有的作业时间与一次掘进长度基本是正比例关系, 有的作业时间则随一次掘进长度增大而比例减小。因此应考虑各种因素如凿岩机的性能、工人技术水平、岩石情况等确定合理的炮眼深, 并在确定的深度条件下, 提高炮眼利用率, 压缩循环作业时间, 在一定时期内力争多循环。
2 隧道爆破施工方法的选择
(1) 一般岩体可以以岩石坚硬程度来分类, 大致可分为硬岩及中硬岩和软岩。针对不同的岩体应选择不同的隧道施工方法和控制爆破方案。在不含断层、围岩结构较稳定等围岩状态较好的情况下, 一般选择全断面一次开挖法进行隧道施工。国内外对掌子面不同岩体条件的爆破特征作了大量研究。爆破过程中掌子面光面爆破的炮孔起爆顺序是:先起爆掏槽眼, 再依次起爆掏槽扩大眼, 掘进眼, 内圈眼, 最后起爆周边眼, 底板眼常后于边墙和拱的周边眼。
(2) 在施工过程中遇到地质条件较差的情况下, 一般选择台阶法进行施工, 同时爆破方案也应相应调整。降低装药量以保证每次爆破时, 尽量减轻爆破震动对岩体的影响;适当降低每循环开挖进尺, 同时也降低了每循环的工作时间, 及时喷锚支护以保证开挖面的稳定性。可以迅速通过相应施工地质条件较差的地段。
在开挖面积大, 没有相应的大型施工机械的情况下, 使用台阶法也是很好的选择。因此, 对具体的隧道进行爆破设计时, 应考虑以下3点: (1) 每条隧道有其特有的地质特征。 (2) 爆破设计要结合现有的隧道施工条件及施工组织水平。 (3) 由于影响爆破效果的因素较多, 爆破设计时各个参数的确定比较困难, 针对具体地质条件的隧道, 通过反复试验确定各个爆破参数及其间相互关系, 尽量简化考虑影响因素。
尽管掌子面岩体特性不同, 但掏槽眼、扩大眼、二周边眼的布眼比周边眼要稀些, 间距要大些, 拱顶和边墙处的周边眼比底板处周边眼间距要小。随着掌子面岩体的变好, 各种炮孔的间距及排距均变大, 炮眼数量减少。炮孔环状布置为首选方式。
3 结语
隧道施工中爆破方案的选择会决定到爆破的效果, 工程的成本, 还会影响到工程的工期和质量, 因此, 爆破方法的选择至关重要。通过本文的分析, 不同的施工条件, 应当采用不同的控制爆破方法, 从而达到理想的爆破效果。
参考文献
[1]刘殿中.工程爆破实用手册[M].北京:冶金工业出版社, 1999.
[2]李存国.近村庄露天深孔爆破地震效应及安全评价系统[D].河北理工学院硕士学位论文, 2003.
[3]胡国忠.城市地下工程爆破的地面爆破震动效应及其震动强度预测[D].重庆大学硕士学位论文, 2005.
[4]胡建敏, 刘华.拓林水电站扩建工程施工期爆破振动衰减规律[J].岩石力学与工程学报, 2001, 20 (增) .
沙坪隧道爆破施工技术浅析 篇9
1 工程概况
沙坪隧道位于广东省连州市丰阳镇沙坪村境内, 起讫里程为ZK4+615~ZK6+131, 隧道全长1516m, 右线起讫里程YK4+525~YK6+120, 隧道全长1595m。线路所经之处地貌为低丘陵地貌单元, 地表起伏较大;隧道进口处覆盖层较薄。洞口岩性主要为粉质黏土、碎石土、全风化花岗岩, 结构松散, 岩石节理、裂隙发育。为第四系覆盖土层及全- 强风化花岗岩;洞身基岩出露较好, 裂隙较发育, 岩体破碎。
本隧道采用钻爆法施工, 除洞口明洞YK4+525~YK4+530 (右线) 和ZK4+615~ZK4+630 (左线) 采用明挖法外, 其余均采用暗挖法施工。Ⅱ级围岩采用全断面法开挖, Ⅲ级围岩采用全断面法开挖, Ⅳ级围岩采用三台阶七步流水作业法, Ⅴ级围岩采用三台阶七步流水作业法, 特殊地段采用单侧壁导坑法。
2 爆破方案选择及参数选取
2.1 爆破方案选择
选用爆破方案, 首先要尽可能避免对围岩的伤害, 减少对围岩的扰动, 同时, 还要考虑爆破技术的成熟性、可控性, 以及操作工程的技能熟悉程度。目前, 国内隧道爆破基本上都采用的是光面爆破或预裂爆破, 根据经验类比法, 综合考虑, 本隧道爆破施工选用光面爆破。
2.2 爆破参数选取
光面爆破的主要参数有周边眼间距、最小抵抗线、周边眼密集系数和装药集中度, 各参数选取原则如下:根据围岩特点, 合理选定周边眼的间距和最小抵抗线, 尽最大努力提高钻眼量;严格控制周边眼的装药量, 尽可能将药量沿眼长均匀分布; 周边眼宜使用小直径药卷和低猛度、低爆速的炸药。
2.2.1 周边眼间距E
周边眼间距是控制开挖轮廓面平整度的主要因素。一般情况下E= (12~15) d, 其中炮眼直径d=35~45mm。对于节理较发育、层理明显以及开挖轮廓要求较高的地下工程, 周边眼间距可适当减小, 也可在两炮眼之间增加一个不装药的导向空眼。
2.2.2 最小抵抗线W
最小抵抗线即光面层厚度, 直接影响光面爆破效果和爆碴块度, 确定合理的光面层厚度, 对提高光面爆破效果有积极作用。一般W取值在 (13~22) d范围内, 且W≥E。
2.2.3 周边眼密集系数K
炮眼密集系数也称炮眼邻近系数, 它表达了炮眼间距a与最小抵抗线w之间的关系, 是光面爆破参数确定中的一个关键值。一般情况, 以K=E/W=0.7~1.0 为宜。
2.2.4 装药集中度q
采用2 号岩石炸药进行光面爆破时, 全断面一次爆破, 则q=0.2~0.3kg/m。选取光面爆破参数可用类比法, 必要时要在与所做工程地质条件相类似的岩层中试验, 以求得更准确的爆破参数。
3 爆破施工工艺
3.1 放样布眼
钻眼前, 测量人员要用红油漆准确绘出开挖断面的中线和轮廓线, 标出炮眼位置, 其误差不得超过5cm。在直线段, 可用3~5 台激光准直仪控制开挖方向和开挖轮廓线。
3.2 定位开眼
采用风枪钻眼时, 钻杆与隧道轴线要保持平行。按炮眼布置图正确钻孔。对于掏槽眼和周边眼的钻眼精度要求比其它眼要高, 开眼误差要控制在3~5cm以内。
3.3 钻眼
钻工要熟悉炮眼布置图, 要能熟练地操纵凿岩机械, 特别是钻周边眼, 一定要由有较丰富经验的老钻工司钻, 台车下面有专人指挥, 以确保周边眼有准确的外插角 (眼深3 米时, 外插角<3°;眼深5 米时, 外插角<2°) , 尽可能使两茬炮交界处台阶小于15cm。同时, 应根据眼口位置岩石的凹凸程度调整炮眼深度, 以保证炮眼底在同一平面上。
3.4 清孔
装药前, 必须用由钢筋弯制的炮钩和小直径高压风管输入高压风将炮眼石屑括出和吹净。
3.5 装药
装药需分片分组按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行, 雷管要“对号入座”。采取深孔、药壶综合装药结构, 装药后其堵塞长度不得小于排距, 若出现保证不了堵塞长度情况时, 应减少装药量, 所有炮眼均以炮泥堵塞, 确保堵塞长度, 且堵塞料 (润黄土) 中不得掺有小石子。
3.6 联结起爆网路
起爆网路为复式网路, 以保证起爆的可靠性和准确性。联结时要注意:每孔放置两个起爆药包, 分别置于药壶中和柱状装药中间, 所有孔中起爆雷管采取火雷管 (瞬发) 起爆, 分别引出两根导爆管, 排与排之间利用3 段或4 段非电微差毫秒组合雷管族联, 即排间微着时间为50~75ms之间。导爆管不能打结和拉细;各炮眼雷管连接次数应相同;引爆雷管应用黑胶布包扎在离一簇导爆管自由端10cm以上处。网路联好后, 要有专人负责检查。
3.7 隧道洞身爆破
单侧壁导坑以人工配合机械开挖, 需要时辅以弱爆破, 爆破循环进尺0.6~0.8m, 每天2~3 个循环。三台阶七步流水法、环形开挖留核心土法开挖采用弱爆破或人工开挖, 爆破时严格控制炮眼深度及装药量。各部开挖循环进尺不得大于1m, 预留核心土的长度在10m~20m。上导台阶采用弱爆破, 中下台阶及仰拱采用控制爆破开挖;各部台阶距离应控制在3~5m。全断面法施工严格控制装药量及按照光面爆破设计施工, 减少炮轰波对围岩的扰动, 达到保护围岩的目的。采用风枪钻眼, 非电毫秒雷管微差起爆。
光面爆破受多种因素影响, 包括围岩强度、整体性、节理、层理等地质因素, 现场围岩地质结构千变万化, 爆破参数进行现场设计动态调整。同一类围岩经试爆取得的技术参数, 做为初步依据, 每一循环爆破作业都要由有经验的爆破工程师根据上一循环爆破效果, 以及本循环围岩特征进行适当调整, 选择一组最佳技术参数, 上一循环是下一循环的预设计和试爆破。
结束语
高速公路隧道作为永久性地下结构物, 通常所处的地质环境十分复杂, 选择合适的爆破方法和爆破参数、严格按照爆破施工工艺对保证隧道爆破施工质量起着重要的作用。本文结合沙坪隧道工程现场实际情况, 总结了与之相应的隧道爆破技术要点, 为国内公路隧道爆破设计与施工技术提供参考, 促进我国公路建设的发展。
参考文献
[1]杨年华, 张志毅.隧道爆破振动控制技术研究[J].铁道工程学报, 2010, 1 (136) .
软岩隧道爆破技术的探索 篇10
在此我们主要探讨软弱围岩的变形特征、变形原因、隧道爆破需注意的事项以及针对以上特殊情况设计的软岩隧道爆破技术的探索。
1 软弱围岩变形特征及变形原因
1.1 软弱围岩变形特征
软弱围岩变形是一种特殊的围岩变形现象, 它一般具有下列特征:
(1) 主要发生于低级变质岩、断层破碎带及煤系地层等低强度围岩中, 具体岩石类型包括各类片岩、板岩、千枚岩、蛇纹岩、页岩、断层破碎带、泥岩、砂页岩及泥灰岩等。
(2) 变形最大, 一般可以达到数十厘米到数米, 如果不支护或支护不当, 收敛的最终趋势是隧道将被完全封死.如果发生在水久衬砌构筑以前, 往往表现为初期支护严重破裂 (喷混凝土) 、扭曲 (钢拱架) , 挤出面侵人限界。
(3) 在开挖 (一般为台阶法或分部开挖法) 以后, 初期支护以前, 围岩一般能够 (或经过局部塌方后) 能够成拱、自稳, 变形一般发生于初期支护或永久衬砌完成以后, 有的甚至发生于隧道投人运营若干年以后, 因而明显区别于浅埋隧道的塌方与胃顶。
(4) 发生大变形地段的隧道埋深一般在100 m以上。
(5) 径向变形特征明显, 一般表现为拱顶下沉、边墙内挤、隧底隆起, 位移篆本指向隧道开挖面等价圆圆心方向。
(6) 危害巨大、严重影响施工工期或线路正常运营, 而且整治费用高昂。
1.2 软弱围岩大变形的原因
1.2.1 大变形的原因之一, 是开挖形成的应力重分布超过围岩强度而发生塑性化。
如果介质变形缓慢, 就属于挤出。挤出主要取决于岩石强度和搜盖层厚度 (地应力) , 原则上可以在任何类型的岩石中发生.其中包括含有膨胀性矿物的岩石。
1.2.2 大变形的原因之二, 是岩石中的某些矿物和水反应而发生膨胀。
水及某些 (膨胀性) 矿物的存在, 对于膨胀变形是必须的。发生膨胀变形的围岩在开挖时都具有较高的强度, 变形主要发生于隧道运营若干年以后, 变形一般表现为底鼓, 而拱顶和边墙一般保持完好状态。
2 隧道爆破需注意事项
2.1 单自由面爆破
隧道爆破为只有一个临空面的单自由面爆破。因而, 爆破时受到岩石的夹制作用影响较大。通常它的装药量较露天爆破要多。而且, 形成第二个临空面的掏槽技术, 是隧道爆破的关键技术。
2.2 受地质条件影响大
通常隧道爆破受地质条件的影响比露天爆破更大。因此, 必须充分重视岩层的节理、裂隙、软弱夹层、断层破碎带、涌水等对爆破效果的影响。
2.3 受原始地应力场的影响
用爆破方法在山体中开挖隧道时, 由于隧道上方有一定的覆土厚度, 使隧道在山体或地层中有一埋置深度。隧道开挖之前, 地层处于原岩应力状态, 保持着相对平稳和稳定, 地层处于相对静止状态, 通常称为原始应力状态。隧道开挖后, 挖出了隧道断面内的岩体, 产生了新的临空面, 导致围岩面产生应力重分布。
炮眼在爆破时裂缝的生成方向, 通常有与主应力方向一致的现象, 即裂缝生成的顺压力原理。此外, 水平方向炮眼的下方有第二个临空面时, 岩体自重产生的重力作用无疑会有助于这些炮眼的爆破。但是, 某些埋深很大的坚硬岩层中会存在很高的原始地应力, 使得爆破变得格外困难。有时甚至于要先打卸载孔减压, 以顺利完成爆破工程。
2.4 受狭小空间的制约
地下工程因其高度宽度有限, 场地相对狭小, 施工中也受到一定限制。如一次爆破的进尺就有一定限度。受钻机效率及一次掏槽深度的制约, 而有一个一次爆破的合理深度。此外, 隧道的掘进速度相当程度上受制于在相对狭小的洞内采用的机械装备的效率。这些都是与地面爆破工程不相同的。
3 软岩隧道爆破技术方案
3.1 软弱围岩隧道爆破开挖方案确定
在开挖过程中应尽量减小爆破对围岩和邻近洞室的扰动和破坏, 严格控制超欠挖和爆破震动速度, 充分保护围岩的自承能力。前一洞室爆破对相邻洞室爆破震动速度的影响应控制在5cm/s之内。
3.2 钻爆设计
3.2.1 钻爆设计方案
本方案以Ⅳ级软弱粉砂岩为例, Ⅳ级围岩为软弱粉砂岩, 采用直眼掏槽、斜眼掏槽混合使用。眼深小于2m时采用斜眼掏槽。
在风化、破碎较严重的地质条件下, 宜采用光面爆破或轮廓线钻眼法, 或者预留光面层光面爆破开挖修边。
3.2.2 底板眼钻爆要求
(1) 将底板眼分成几段分开起爆, 这样可以减小底板眼爆破产生的地震强度。
(2) 起爆顺序:掏槽眼→掘进眼→内圈眼→底板眼→周边眼。
(3) 选择雷管段号时注意三点:第一, 合理的段间隔时间;第二, 同一段炮眼的装药量应小于最大单段的允许装药量;第三, 前一段的爆破要尽量为后段爆破创造良好的临空面。
3.2.3 爆破参数的选择
通过对爆破试验确定爆破参数, 光面爆破参数对爆破参数选择的注意事项:
(1) 软岩隧道采用光面爆破的相对距离 (E/W) 宜采用表中的最小值。
(2) 装药集中度 (q) 按照2号岩石硝铵炸药考虑, 当采用其它炸药时应进行换填, 换算指标主要是猛度和爆力 (平均值) 。
(3) 采用光面爆破时, 爆破振动速度应控制在:中硬岩15cm/s, 软岩5cm/s。要求爆破的振动速度是根据离开挖工作面1~2倍洞跨处实测得的, 它可以用速度传感器将所得的信号通过测震仪放大, 在光线示波器记录得到。光面爆破以后, 开挖岩面上不应该有明显的爆震裂缝。
3.2.4 软弱围岩光面爆破器材的选择
(1) 掏槽眼、掘进眼选用乳化炸药。
(2) 周边眼选用低爆速、低密度、高爆力、小直径、传爆性好的光爆炸药。
(3) 起爆雷管选用分段微差非电毫秒雷管。
3.2.5 周边眼参数选用及钻眼要求周边眼参数的选用周边眼参数经验计算公式:
间距:E= (8~12) d (d为炮眼直径) , 抵抗线:W= (1.0~1.5) E, cm装药集中度:q=0.04~0.19Kg/m。
3.2.6 炮孔设计及施工
(1) 炮孔布置。先布置掏槽眼、周边眼, 再布置底板眼、内圈眼、二台眼, 最后布置掘进眼, 掘进眼均匀布置, 内圈眼间距为周边眼间距的1.5倍, 抵抗线为间距的0.7倍。
(2) 炮眼深度L.软弱围岩隧道通常以循环进尺作为眼深, 掏槽眼加10~20%。
(3) 炮眼数目N.在小直径 (35cm~42cm) 炮眼, 开挖断面积在5~50m2的条件下, 单位面积钻眼数为1.5~4.5个/m2。在计算时注意:软岩隧道的炮眼平均装药系数n大约在0.2~0.4的范围内;单位炸药消耗量在大断面爆破与小导坑爆破不同, 若采用光面爆破, 炮眼数目应增加20%左右。
(4) 光面爆破单孔装药量的计算。
单孔装药量, g;光面爆破炮眼装填系数;炮眼深度;炸药的密度, g/cm3;炸药直径, cm;爆破总装药量的计算: (Kg) ;开挖断面积, m2;炮眼深度, m.钻孔作业及装药结构及堵塞方式按有关施工规范执行。
结束语
科学技术的发展离不开实践, 工程技术的创新同样需要施工人员进行艰苦的实验性工作, 作为隧道工程的从业者, 我们要依靠科学的精神、本着实事求是的态度, 为隧道爆破工艺的新发展做出贡献!
参考文献
[1]张志毅.交通土建工程爆破工程师手册[M].北京:人民交通出版社.2002.
[2]张应力.工程爆破实用技术.2005.北京:冶金工业出版社.
隧道爆破 篇11
关键词:光面爆破;技术;应用
中图分类号:TQ517文献标识码:A文章编号:1000-8136(2010)11-0036-03
云中山特长隧道起讫里程左线LK41+475～LK47+040,全长5 565 m,右线RK41+455～RK47+030,全长5 575 m。隧道内轮廓采用单心圆断面,其内轮廓宽11.06 m,高7.15 m(带仰拱高8.65 m)。人行横洞内轮廓采用直墙拱形断面,其内轮廓宽2.5 m,高3 m。车行横洞横断面采用三心圆曲墙断面,其内轮廓宽5.64 m,高6.3 m。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13.81 m,高7.72 m(带仰拱高9.78 m)。
1 爆破工程地质
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=35 MPa,C=6 MPa;Ⅴ围岩Rb=70 MPa,C=10 MPa。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11.94 m,开挖面积83.55 m2,Ⅴ围岩开挖宽度11.76 m,开挖面积80.22 m2。
2 爆破开挖方案
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。文章重点介绍Ⅳ、Ⅴ类围岩爆破施工方案。
3 光面爆破设计
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5.4 m,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,施工工序时间也相应增加。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6.5 m,上底宽3.6 m,高度4.0 m的面积为20 m2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4.3 m,炮孔直径42 mm,炮眼深度3.7 m。下部设3排,排间距分别为30 cm、60 cm,每排炮眼间距40 cm,上部设1个排眼,炮眼间距120 cm。为保证掏槽效果,掏槽眼相临炮眼段别间隔以50 ms～75 ms为宜,掏槽形式布置见图2。
3.2.2 掘进眼
(1)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42 mm,炮孔深度3.8 m。
(2)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42 mm,炮孔深度3.7 m。
(3)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90 cm,Ⅴ类围岩取100 cm,抵抗线取60 cm。炮孔直径42 mm,炮孔深度3.7 m。
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42 mm,炮眼深度3.5 m,外插角度20,炮孔方向与隧道轴线平行。Ⅳ类围岩周边间距50 cm,Ⅴ类围岩周边间距60 cm炮眼,抵抗线均为60 cm,周边眼装药结构见图3。
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75 cm,Ⅴ类围岩底板眼间距80 cm炮眼,抵抗线均为60 cm。全断面爆破施工炮眼布置见图4。
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30 cm。
4 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,结合云中山特长隧道线路坡度3%和爆破循环进尺为3.5 m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50 cm。
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。
5 实施效果及分析
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 m～3.6 m之间,符合设计循环进尺3.5 m的要求、Ⅳ类围岩炸药单耗控制在0.75 kg/m3以内,Ⅴ类围岩炸药单耗控制在0.95 kg/m3左右,开挖断面炮眼数量为平均1.7个/m2,节约了开挖成本。每循环钻爆时间为3.5 h,提高了钻爆效率。
5.2 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5 cm以内,开挖断面平均线性超挖值控制在10 cm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。
6 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2 m直尺检查,允许偏差在5 cm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,极大地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。
Application of Explosive Technique in Yunzhong Tunnel’s
Han Xingwen
Abstract: This paper introduced that in Yunzhong special skill tunnel excavation construction explosive technique,according to tunnel excavation adjacent formation degree of hardness big,lithical crisp,geological situations and so on jointing crevasse growth,the parallel connection multi-purpose work gantry unique feature,proposed the guarantee tunnel excavation formation quality and the enhancement circulation footage blast working plan.
大断面隧道爆破设计与改进 篇12
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.
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爆破振动07-14
爆破事故05-16
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