隧道光面爆破技術(shù)的改進(jìn)與應(yīng)用
關(guān)鍵詞：隧道;光面爆破;圍巖
1.工程概況
某隧道工程續(xù)穿越含砂粘性土、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中亞帶、強(qiáng)風(fēng)化煌斑巖，其余段為中～微風(fēng)化隧道圍巖。地貌形態(tài)為剝蝕斜坡，場(chǎng)地地形稍有起伏，對(duì)II、III 級(jí)圍巖采用上、下斷面光面爆破技術(shù)進(jìn)行施工，為了降低施工成本、控制周邊輪廓、減小對(duì)鄰近圍巖穩(wěn)定性的影響，在施工過(guò)程中需要不斷地探索合適的爆破參數(shù)與工藝。
2.光面爆破技術(shù)的優(yōu)化
在隧道掘進(jìn)過(guò)程中，針對(duì)大斷面隧道安全高效鉆爆施工技術(shù)進(jìn)行了專門的試驗(yàn)與研究，取得了很好的效果。
2.1. 爆破參數(shù)
2.1.1. 周邊孔間距E
周邊眼間距是影響開(kāi)挖輪廓面平整度的主要因素，一般采用以下經(jīng)驗(yàn)公式確定E = (12～15)d 式中，d為炮孔直徑，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)平均炮孔直徑為42 mm。合理的周邊眼間距需要結(jié)合圍巖類型、巖石條件等因素進(jìn)行選擇，對(duì)于節(jié)理發(fā)育、層理明顯的地段，周邊眼間距可適當(dāng)減小。隧道掘進(jìn)過(guò)程中，遇到的主要是II、III級(jí)圍巖。在經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算值的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)踐中的爆破效果比較，對(duì)II 級(jí)圍巖，取E = 350 mm;對(duì)III 級(jí)圍巖，取E = 350 mm。
2.1.2 炮孔密集系數(shù)m
炮孔密集系數(shù)m 是衡量光面爆破效果的一項(xiàng)重要指標(biāo)，取決于周邊孔間距E 與最小抵抗線W。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在隧道施工中一般取m =0.6 ～1.2為宜。本工程經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)與效果對(duì)比，確定炮孔密集系數(shù)m=0.9。
2.1.3. 最小抵抗線W
隧道開(kāi)挖過(guò)程中，最小抵抗線一般取決于光爆層的厚度，它直接影響光面爆破效果和爆破塊度。最小抵抗線W 可以通過(guò)炮孔密集系數(shù)與周邊孔間距來(lái)確定，即W = E /m。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化試驗(yàn)，對(duì)II 級(jí)圍巖，取400 mm; 對(duì)III 級(jí)圍巖，取400 mm。
2.1.4. 裝藥集中度q
本工程中II 級(jí)圍巖的巖石平均抗壓強(qiáng)度為183 MPa，III 級(jí)圍巖的巖石平均抗壓強(qiáng)度為148 MPa。經(jīng)計(jì)算，II 級(jí)圍巖光爆孔的裝藥集中度q=169g /m，取170g/m，III 級(jí)圍巖光爆孔的裝藥集中度q= 127.7g/m，取130g/m。利用光爆孔裝藥集中度的上述取值進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，由試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)計(jì)算值對(duì)應(yīng)的裝藥量偏低，效果不佳。根據(jù)爆破效果，不斷優(yōu)化和調(diào)整裝藥量，最后得到了本工程光爆孔裝藥集中度的最佳取值為II級(jí)圍巖，q =400g/m，III 級(jí)圍巖，q=300g/m。
2.2. 炮孔布置
在隧道施工過(guò)程中，在對(duì)地質(zhì)條件、開(kāi)挖斷面、開(kāi)挖進(jìn)尺、爆破器材、振速要求等因素綜合考慮的基礎(chǔ)上，首先預(yù)選爆破參數(shù)，然后通過(guò)多次不同開(kāi)挖進(jìn)尺的試爆，再不斷調(diào)整和優(yōu)化爆破參數(shù)。針對(duì)不同圍巖情況，通過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和參數(shù)調(diào)整，確定出了合理的炮孔布置方式。周邊眼、輔助眼按環(huán)形布孔，掏槽眼按線性布孔。為了能給輔助眼提供充分的自由面，本工程采用復(fù)式楔形掏槽，炮孔布置方式見(jiàn)圖1。
圖1 上斷面開(kāi)挖光面爆破設(shè)計(jì)示意圖
2.3.裝藥結(jié)構(gòu)
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，周邊孔利用PVC 管，實(shí)現(xiàn)連續(xù)不耦合裝藥。將Φ15 mm 的PVC 管劈開(kāi)，管的長(zhǎng)度與炮孔的長(zhǎng)度相對(duì)應(yīng)。炸藥選用Φ25 mm的小直徑藥卷，單個(gè)藥卷重量為300 g。將其一分為四后，按1/4小直徑藥卷連續(xù)裝入PVC半管內(nèi)，在底部將非電雷管塞入炸藥內(nèi)，實(shí)現(xiàn)不用竹片、不用導(dǎo)爆索的周邊孔裝藥結(jié)構(gòu)(如圖2所示)。與傳統(tǒng)的“竹片+導(dǎo)爆索”間隔裝藥結(jié)構(gòu)(如圖3所示)相比，效果更好，成本更低。
2.4.起爆網(wǎng)路
選用非電毫秒塑料導(dǎo)爆管起爆系統(tǒng)，為減小爆破震動(dòng)，相鄰段別之間需要保證足夠的、合適的毫秒延期時(shí)間。根據(jù)爆破器材，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況，將相鄰段別之間的間隔時(shí)間定為50ms。因此，選用1～15段的非電毫秒雷管，跳段使用，可以將工作面炮孔分成七個(gè)區(qū)域按先后順序微差起爆。將工作面上各炮孔的導(dǎo)爆管分片集中成束，裝入聯(lián)接塊。各聯(lián)接塊外接的導(dǎo)爆管再集中成束裝入上一級(jí)聯(lián)接塊。依此類推，逐級(jí)簇聯(lián)，最后采用起爆器引爆。
圖2 連續(xù)裝藥
圖3 傳統(tǒng)間隔裝藥
3.爆破效果與經(jīng)濟(jì)分析
3.1. 光爆效果
在隧道Ⅱ級(jí)圍巖地段，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，光面爆破效果基本達(dá)到了預(yù)期要求。爆破后形成了光潔平整的輪廓面，半孔殘眼率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了規(guī)范規(guī)定，達(dá)到90%。炮眼利用率達(dá)到95%。欠挖很少，補(bǔ)炮工作量不大，超挖基本控制在10cm之內(nèi); 爆堆比較集中，巖渣粒度控制在30 cm以內(nèi)，沒(méi)有二次解炮的現(xiàn)象，便于鏟裝。爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，質(zhì)點(diǎn)( 距爆源30m處) 最大爆破振動(dòng)速度為3.743cm/s，遠(yuǎn)小于規(guī)定的震動(dòng)速，不會(huì)引起建筑物破壞�？傊�，隧道的光面爆破效果比較理想，很好地實(shí)現(xiàn)了“長(zhǎng)進(jìn)尺、弱擾動(dòng)、少欠挖、小超挖”的安全高效施工要求。試驗(yàn)過(guò)程中光面爆破效果見(jiàn)圖4 (a) ，相比之下，傳統(tǒng)的間隔裝藥結(jié)構(gòu)的爆破方法對(duì)于超欠挖等不易控制，如圖4(b) 。
圖4 光面爆破效果
3.2. 經(jīng)濟(jì)效果
試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)采用了PVC 半管連續(xù)不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的“竹片+導(dǎo)爆索”間隔裝藥結(jié)構(gòu)相比，爆破效果更好，施工操作更加方便，經(jīng)濟(jì)成本更低。表1 給出了兩種裝藥結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)對(duì)比情況，按一個(gè)2m長(zhǎng)的周邊孔來(lái)計(jì)算成本。顯然，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中采用的PVC半管裝藥方式，經(jīng)濟(jì)效果更加顯著。
表1 經(jīng)濟(jì)比較計(jì)算表
序列號(hào)材料名稱PVC 半管裝藥竹片、導(dǎo)爆索裝藥
數(shù)量/m 單價(jià)/元金額/元數(shù)量/m 單價(jià)/元金額/元
1PVC 半管21.53///
2導(dǎo)爆索///23.57
3竹片///20.51
4炸藥248248
5雷管24.89.624.89.6
合計(jì) 18.68 25.6
結(jié)論采用PVC 半管一個(gè)周邊孔節(jié)約5元材料投入
4.應(yīng)用體會(huì)
通過(guò)隧道光面爆破技術(shù)的試驗(yàn)與應(yīng)用，再次證明了光面爆破技術(shù)是一項(xiàng)較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要結(jié)合實(shí)際施工，不斷優(yōu)化參數(shù)設(shè)計(jì)。在施工過(guò)程中嚴(yán)格管理，加強(qiáng)對(duì)爆破作業(yè)各工序的監(jiān)督與指導(dǎo)。施工過(guò)程中要做到工作到位，責(zé)任到人，獎(jiǎng)罰制度明確。這樣以來(lái)，可以充分調(diào)動(dòng)施工人員的勞動(dòng)積極性，提高技術(shù)水平，加快施工進(jìn)度，改善爆破效果，降低爆破成本。從具體的技術(shù)角度來(lái)講，在光面爆破施工過(guò)程中，需要注意以下幾個(gè)方面的質(zhì)量保證:
(1)鉆孔質(zhì)量
鉆孔質(zhì)量是保證光面爆破效果的關(guān)鍵，周邊孔的外插角掌握不當(dāng)就會(huì)造成超、欠挖，影響周邊輪廓的平整度。因此，在安排鉆工時(shí)，盡量選派技術(shù)水平高、經(jīng)驗(yàn)豐富且責(zé)任心強(qiáng)的工人來(lái)作業(yè)，實(shí)行定人、定位、定機(jī)、定質(zhì)、定量的崗位責(zé)任制。
(2)堵塞質(zhì)量
爆破作業(yè)中，不可忽視堵塞炮泥的作用，尤其是對(duì)不耦合系數(shù)較大的光面爆破。對(duì)于低爆速和低猛度的炸藥來(lái)說(shuō)，爆轟氣體的作用尤為重要，而堵塞炮泥可以延長(zhǎng)其作用時(shí)間，形成光滑、平整的輪廓面。
(3)嚴(yán)格檢查
爆破前，對(duì)光爆孔的間距、孔深、外插角按要求進(jìn)行檢查、驗(yàn)收，并詳細(xì)記錄炮孔數(shù)目、裝藥量和圍巖變化情況。爆破后檢查作業(yè)面的平整度、半孔率和超欠挖等，以便根據(jù)光爆效果調(diào)整和優(yōu)化爆破參數(shù)。
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