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光面爆破施工技术总结

摘要:横山隧道埋深相对较大,岩层主要为砂岩或泥岩水平走向,故使用光面爆破技术有利于降低对围岩的扰动,减弱地应力的集中,保证施工能安全、快速地进行。文章结合横山隧道工程,对在Ⅲ、Ⅳ类围岩条件下的光面爆破进行了探析,并总结了在该条件下的光面爆破参数设计和施工工艺,为以后类似隧道施工提供借鉴。 
关键词:隧道施工;光面爆破;施工工艺;参数设计;围岩
  1 概述 
  横山隧道位于新建太中银铁路太原-中卫之间,全长为11448m(起迄里程DK333+265~DK344+713),设计为单洞双线隧道。隧道所在范围地层岩性为第四系全新统冲洪积层细圆砾土,上更新统风积新黄土,中更新统风积老黄土,第三系上新统粉质粘土和侏罗系中统砂岩夹泥岩含煤线层。隧道洞身通过的基岩主要为泥岩夹砂岩,泥岩、砂岩互层,层厚不一,薄层~厚层不等,节理发育,泥质胶结,呈碎块状,压碎、镶嵌结构,易产生掉块、坍塌现象。隧道设计以Ⅲ级围岩为主,分布总长度为9690m,占隧道总长的85%;Ⅳ级围岩分布总长度为1390m,占隧道总长的12%;Ⅴ级围岩分布总长度为368m,占隧道总长的3%。 
  2 光面爆破的必要性 
  由于该隧道埋深相对较大、岩层主要为砂岩或泥岩水平走向,故使用光面爆破技术,有利于降低对围岩的扰动,减弱地应力的集中,保证施工能安全、快速地进行。做好光面爆破,控制好超欠挖,在保证了开挖质量的同时,降低了喷射砼、二次衬砌砼的回填量,减少了防水材料的浪费,从降低生产成本、提高企业经济效益的角度讲,实施光面爆破有其必要性。 
  3 施工方法与机具 
  3.1 施工方法 
  采用多断面台阶法施工,利用可移动的钻爆平台人工风钻打眼,人工装药,非电毫秒雷管引爆,初期支护紧跟,无轨装碴、运输,模板台车衬砌。 
  3.2 施工机具 
  采用国产YT-28型手持风钻,钻头直径42mm,钻爆平台(自制)分三层,立体作业。柳工856型侧翻式装载机装渣,20t自卸汽车运输。 
  4 爆破设计 
  4.1 爆破器材的选用 
  (1)主爆药要采用爆炸性能、抗水性能、安全性能均较好及环境污染小的2#岩石乳化炸药,规格为Φ32mm×200m;(2)周边眼采用直径为25mm的药卷,装药结构是用竹片绑扎,进行间隔装药;(3)起爆材料采用1~20段的非电毫秒雷管起爆,塑料导爆管引爆,其中雷管,导爆索是作为网络起爆用。 
  4.2 钻眼深度的选择 
  综合考虑作业环境与施工设备等因素,通过现场试验,确定横山隧道在Ⅲ、Ⅳ级围岩条件下每循环进尺为2.5~2.8m,眼深确定为3.0~3.3m,掏槽眼比其他眼加深0.2~0.5m。 
  4.3 掏槽眼的确定 
  掏槽技术要为开挖爆破创造一个新的临空面,影响着炮眼的利用率和开挖进尺。它是隧道爆破的关键之一。 
  分析隧道围岩的整体性能、岩性特点、开挖断面的大小、施工队伍的施钻技术水平、钻机钻进速度、开挖循环时间、炮眼数量、装药量、爆破的震动强度、对围岩的扰动等因素。经过比选直眼掏槽与斜眼掏槽的优缺点,最终确定采用斜眼楔型掏槽方式。 
  掏槽眼开口间距:B=2×344×cos54°+0.2=4.24m,确定为4.2m。 
  掏槽眼布置如图1及图2所示: 
  4.4 光面爆破 
  周边炮眼间距(E)、周边眼密集系数(m)、最小抵抗线(w)、不偶合系数(D)和线装密度(q)是影响光面爆破效果主要参数。只有这些参数确定在一个合理的范围时,爆破效果才能理想。 
  依据以往施工经验,光面爆破参数在以下范围:周边眼间距E为8~18d,d为炮眼直径,周边眼密集系数m为0.7~1.0,最小抵抗线w为15~22d,d为炮眼直径,不偶合系数D为1.8~2.2,装药集中度q为0.15~0.35kg/m。 
  4.5 爆破参数的确定 
  4.5.1 炮眼深度。炮眼深度根据循行进尺确定,公式为L=l/η。 
  式中: 
  L――炮眼眼深度(m) 
  l――循环进尺(m),按3.0m考虑 
  η――炮眼利用率,采用85% 
  计算并经调整以后,周边眼及掘进眼为3.3m,底板眼为3.4m,掏槽眼确定为3.8m。 
  4.5.2 循环装药量。单循环装药量Q=k×v 
  式中: 
  k――单位体积炸药消耗量,kg/m3 
  v――需要爆破体积 
  4.5.3 炮眼数量。炮眼数目N=ks/ar 
  式中: 
  k――单位体积炸药消耗量,kg/m3 
  s――开挖面积,m2 
  a――炮眼装药系数 
  r――炸药的线装药药密度,kg/m 
  4.5.4 炮眼布置。按照炮眼布置原则,先布置掏槽眼、周边眼,再布置底板眼,最后布置掘进眼。 
  4.5.5 周边眼单孔装药量。按照光面爆破的技术要求,E/W比值采用0.8;周边眼距E=14d,确定为54cm;抵抗线W则为65cm;线装药密度q=0.27kg/m。 
  4.5.6 其他炮眼单孔装药量。公式为 Q=kawlλ 
  式中: 
  k――单位炸药消耗量,kg/m3 
  w――炮眼爆破方向的抵抗线,m 
  a――炮眼间距,m 
  l――炮眼深度,m 
  λ――炮眼的部位系数   4.5.7 装药结构。周边眼采用连续装药结构,药卷直径Φ25mm,装药不耦合系数为1.9,用竹片将药卷与围岩隔开,其他炮眼采用Φ32mm药卷。起爆方式采用导爆管传爆,采用并联方式联结,使用导火索引爆。眼口用泥砂堵塞,长度不小于30cm。 
  4.5.8 修正。经过计算,钻爆参数确定以后,按照经验进行适当修正。最后再根据现场的实施效果,进一步做了调整。炮眼布置见图3所示,装药参数见表2。 
  4.6 起爆顺序及网络 
  4.6.1 光爆爆破时,从掏槽眼开始,一层一层从截面中心向外起爆,最后是周边眼爆破。 
  4.6.2 根据现场人工装药的方便及非电毫秒的延时误差,确定合理的起爆时差,以保证时差。 
  4.6.3 为保证周边眼同时起爆,引爆雷管均采用同段导爆管。 
  4.6.4 传爆导爆管均使用双线加强,以保证传爆正常。 
  4.6.5 起爆网络采用导爆管并联起爆。 
  4.7 经济技术指标 
  每循环钻爆的平均钻孔数量143个,实际开挖断面71.11m2、单位面积钻孔2.01个/m2,平均每循环炸药消耗量201.9kg,单位岩石体积炸药消耗量1.01kg/m3,单位体积非电毫秒雷管消耗量0.72发/m3。 
  4.8 爆破效果 
  实际钻眼深度3.2~3.4m,平均循环进尺3.0m,平均炮眼利用率90%,两茬炮衔接台阶拱部最大没有超过10cm,而且残眼前后基本在一个平面上,拱部炮眼痕迹率90%~95%,边墙两茬炮衔接台阶最大不超过8cm,残痕迹率平均达90%,爆炸后石碴块度适度,符合装载机装渣要求。 
  5 结语 
  (1)E/W值对光面爆破效果有很大的影响,现场作业时必须严格按钻爆设计布眼,每茬炮均要用测量仪器放出轮廓线、炮眼位置及角度,按眼钻孔清孔,不合格的眼孔要重新钻,检查合格方可按设计要求正确装药连接爆破,以达到理想的光爆效果;(2)要根据不同的围岩变化情况及时调整爆破参数,不断完善爆破设计;(3)光爆施工可以发挥围堰的自稳能力,减少了找顶时间,减少了临时支护,为下道工序创造了良好的施工条件;(4)采用炮眼少、耗药量少、爆破震动强度低楔型掏槽,比直眼掏槽更合理更经济;(5)在实际操作中,边墙光爆效果不够理想,还要进一步总结提高。 

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