摘 要:文章介绍了隧道光面爆破设计,并有针对性地阐述了光面爆破的实践效果,总结了硬岩隧道控制爆破的钻爆技术,对类似隧道施工具有参考价值。
关键词:控制爆破 技术实践
1 工程条件
道德山隧道为新建向莆铁路中的一条隧道,全长6043m,围岩以Ⅱ级为研究基础。
2 光面爆破设计
2.1 光面爆破的意义
隧道施工中,光爆质量越好,隧道的安全度越高,施工成本越低。因此,研究和实施光面爆破技术在当今隧道施工中是十分必要的,具有重要意义。
2.2 光面爆破施工要点
2.2.1 转变“宁超勿欠”的传统观念
大部分“规范”要求严格,不允许欠挖,其实这是不科学的。在控制超欠挖的光爆技术的研究中,首先应转变观念,即必须转变“宁超勿欠”的传统观点,树立“少欠少超”的观点。
2.2.2 提高钻孔技术水平
钻孔技术对隧道超欠挖的影响主要是周边炮孔的外插角(q)、开口位置(e)和钻孔的深度(L),它们与超欠挖高度(h)有如下的关系:
h=e+Ltan(q/2)
(1)式表明:随外插角q和钻孔深度L的增大,h增大。
L是一个设计指标,可在设计中加以控制。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也大,对周边围岩的损伤也大。这也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。
q和e主要取决于司钻工的操作水平和所采用的钻机的某些性能。通常,钻机都有一个外缘高度,为保证后续掘进能正常钻孔,就必须有一个超挖高度hd。
此外由于钻孔作业覆盖空间所限,以及受隧道形状的影响,拱部180度范围内,则应控制上仰角,而在两侧边墙部位则应控制水平的外插角。
周边孔开口位置e有三种情况,第一种情况是在放样线处开钻孔,第二种情况是在放样线外e处开钻孔,第三种情况是在放样线内移e处开钻孔。其出现机率和差值大小则主要决定于钻孔水平。第一种情况不影响超欠挖;在第二种情况时,将使超挖增加一个e值,而第三种情况,将使超挖减小一个e值,而出现欠挖。因而,钻孔时先定位,后钻进,并在掌子面上完整醒目地标出周边孔位线,把e控制在较小范围内(约在3cm)是可能的。
由(1)式可知:当q、L一定时,e作为一个独立参数,当e为正值时,随e的增加,h增加;而当e为负值时,随e的减小,h则减小。
从实际施工的经验看,控制q是比较困难的,但控制e值是可能的。如一些国家容许一定的欠挖,即有意识地使e为负值(第三种情况),对减少超挖是有效的。
2.3 爆破参数的确定
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、周边孔线装药密度g、周边孔布置等。合理地解决这些参数之间的配合,对减少超欠挖是至关重要的。
一般说,单位岩石炸药消耗量q与平均线性超挖h呈线性正相关关系。周边孔线装药密度q与超挖h大体上呈幂函数的关系而与炮眼保存率k则呈抛物线相关关系。在与相同的条件下,最优的g值为0.18～0.28kg/m。
周边孔的布置,在其他因素一定时,超挖高度h随周边孔间距E的增大而增加;而对最小抵抗线W而言,它与超挖高度h则有近似抛物线的关系。
由此可见,较小的E将有助于减少超挖,并提高轮廓的光滑性;而对W则是处于某一范围内,才能使超挖控制在要求的目标范围内。因此,为获得较小的超挖和光滑的轮廓就必须使相对间距E/W处于合理的范围内。
2.3.1 爆破器材及装药方法
当相邻段位炮孔起爆时差小于50ms时,振动波会在围岩中产生叠加作用,从而加大对围岩的扰动和破坏,使超挖增大。在条件大体相同的条件下,用等差雷管、半秒雷管和毫秒雷管所作的现场对比实验表明,以“等差”雷管爆破效果最好、振动小。采用毫秒雷管跳段使用也可以获得较好的效果。在道德山隧道施工中选用毫秒隔段雷管。
装药方法有:(1)体积不耦合装药,即药包直径与掘进炮眼药包直径不一样,我们在施工中选用。(2)空气间隔装药,我们在周边孔中应用。(3)小直径药包,全孔均匀装药,周边孔有时选择用。孔口均用炮泥堵塞。
有实验证明小药包连续装药对控制超挖效果最好,比间隔装药和集中装药分别减少超挖16％和28％。因此,在爆破中宜推广采用小直径药包的连续装药,我们选用的是Φ32小直径药卷。
2.3.2 确定爆破参数
(1)掏槽形式:因开挖断面较大,采用垂直楔形掏槽效率高。
(2)炮孔直径:炮眼直径选用Φ42。
(3)炮眼数量:N=qS/(aγ)
q为单位炸药消耗量,经实践,取0.65kg/m3;S为开挖断面面积,117m2;a为装药系数,根据经验取0.5;γ为0.78kg/m。计算N=195孔。
(4)炮眼深度:L=l/η,计划循环进尺l按3.5m设计,炮眼利用率η一般不低于0.85,拟采用L=4m的周边眼。
(5)药量分配:计划用药量Q=qSl;符号意义同上,Q=266kg。如何分配？按装药估算系数计算。Qi=li×ai。
2.4 光爆设计
在Ⅱ级围岩全断面开挖、断面积117m2时,每排炮爆破开挖长度3.3m～3.5m,钻孔196个左右,炸药用量指标0.62～0.70kg/m3,一个循环炸药用量230kg～280kg,凝灰熔岩用药量选低值,花岗岩用药量选高值。
光面爆破参数主要参考《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》(TZ214-2005)第6.3.6条光面爆破参数。
3 光面爆破实践
因目前我们采用人工凿岩,非大型机械造孔,自制人工钻孔台车架子,多人同时在架子上用风动凿岩机人工造孔。将断面上下分成五层,十个操作空间。层高在1.5m～2.2m。人员组织:每班需钻工30人,另加现场安全员一名,总计31人,要形成连续作业班子,共需要32名工人,进行一班半的人员配置完成连续倒班作业。工作风枪YT-28型计28台,考虑到备用,有至少32台风枪才能满足施工需要。
炮眼布置:中部主掏槽孔16个,上部掏槽孔6个,辅助孔104个,周边孔54个,总计180个孔。总共用了自1段到15段的奇数段位非电雷管。周边孔采用导爆索起爆。按此爆破参数实践,平均每炮进尺3.54m,平均每排炮用药量279kg、导爆索284.7m、非电雷管181发。
4 结语
道德山隧道在Ⅱ级围岩全断面钻爆开挖过程中,应用光面爆破技术取得良好成绩,在多次“信用评价”中获得好评,在向莆铁路有限公司的工作总结中,道德山隧道荣获“光面爆破样板工程”称号,可见光面爆破技术的应用是隧道工程提高质量、降低成本的必由之路。
参考文献
[1] 王海亮.铁路工程爆破[M].中国铁道出版社,2001.
[2] TZ214-2005.客运专线铁路隧道工程施工技术指南[M].中国铁道出版社,2005.
关键词:控制爆破 技术实践
1 工程条件
道德山隧道为新建向莆铁路中的一条隧道,全长6043m,围岩以Ⅱ级为研究基础。
2 光面爆破设计
2.1 光面爆破的意义
隧道施工中,光爆质量越好,隧道的安全度越高,施工成本越低。因此,研究和实施光面爆破技术在当今隧道施工中是十分必要的,具有重要意义。
2.2 光面爆破施工要点
2.2.1 转变“宁超勿欠”的传统观念
大部分“规范”要求严格,不允许欠挖,其实这是不科学的。在控制超欠挖的光爆技术的研究中,首先应转变观念,即必须转变“宁超勿欠”的传统观点,树立“少欠少超”的观点。
2.2.2 提高钻孔技术水平
钻孔技术对隧道超欠挖的影响主要是周边炮孔的外插角(q)、开口位置(e)和钻孔的深度(L),它们与超欠挖高度(h)有如下的关系:
h=e+Ltan(q/2)
(1)式表明:随外插角q和钻孔深度L的增大,h增大。
L是一个设计指标,可在设计中加以控制。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也大,对周边围岩的损伤也大。这也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。
q和e主要取决于司钻工的操作水平和所采用的钻机的某些性能。通常,钻机都有一个外缘高度,为保证后续掘进能正常钻孔,就必须有一个超挖高度hd。
此外由于钻孔作业覆盖空间所限,以及受隧道形状的影响,拱部180度范围内,则应控制上仰角,而在两侧边墙部位则应控制水平的外插角。
周边孔开口位置e有三种情况,第一种情况是在放样线处开钻孔,第二种情况是在放样线外e处开钻孔,第三种情况是在放样线内移e处开钻孔。其出现机率和差值大小则主要决定于钻孔水平。第一种情况不影响超欠挖;在第二种情况时,将使超挖增加一个e值,而第三种情况,将使超挖减小一个e值,而出现欠挖。因而,钻孔时先定位,后钻进,并在掌子面上完整醒目地标出周边孔位线,把e控制在较小范围内(约在3cm)是可能的。
由(1)式可知:当q、L一定时,e作为一个独立参数,当e为正值时,随e的增加,h增加;而当e为负值时,随e的减小,h则减小。
从实际施工的经验看,控制q是比较困难的,但控制e值是可能的。如一些国家容许一定的欠挖,即有意识地使e为负值(第三种情况),对减少超挖是有效的。
2.3 爆破参数的确定
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、周边孔线装药密度g、周边孔布置等。合理地解决这些参数之间的配合,对减少超欠挖是至关重要的。
一般说,单位岩石炸药消耗量q与平均线性超挖h呈线性正相关关系。周边孔线装药密度q与超挖h大体上呈幂函数的关系而与炮眼保存率k则呈抛物线相关关系。在与相同的条件下,最优的g值为0.18～0.28kg/m。
周边孔的布置,在其他因素一定时,超挖高度h随周边孔间距E的增大而增加;而对最小抵抗线W而言,它与超挖高度h则有近似抛物线的关系。
由此可见,较小的E将有助于减少超挖,并提高轮廓的光滑性;而对W则是处于某一范围内,才能使超挖控制在要求的目标范围内。因此,为获得较小的超挖和光滑的轮廓就必须使相对间距E/W处于合理的范围内。
2.3.1 爆破器材及装药方法
当相邻段位炮孔起爆时差小于50ms时,振动波会在围岩中产生叠加作用,从而加大对围岩的扰动和破坏,使超挖增大。在条件大体相同的条件下,用等差雷管、半秒雷管和毫秒雷管所作的现场对比实验表明,以“等差”雷管爆破效果最好、振动小。采用毫秒雷管跳段使用也可以获得较好的效果。在道德山隧道施工中选用毫秒隔段雷管。
装药方法有:(1)体积不耦合装药,即药包直径与掘进炮眼药包直径不一样,我们在施工中选用。(2)空气间隔装药,我们在周边孔中应用。(3)小直径药包,全孔均匀装药,周边孔有时选择用。孔口均用炮泥堵塞。
有实验证明小药包连续装药对控制超挖效果最好,比间隔装药和集中装药分别减少超挖16％和28％。因此,在爆破中宜推广采用小直径药包的连续装药,我们选用的是Φ32小直径药卷。
2.3.2 确定爆破参数
(1)掏槽形式:因开挖断面较大,采用垂直楔形掏槽效率高。
(2)炮孔直径:炮眼直径选用Φ42。
(3)炮眼数量:N=qS/(aγ)
q为单位炸药消耗量,经实践,取0.65kg/m3;S为开挖断面面积,117m2;a为装药系数,根据经验取0.5;γ为0.78kg/m。计算N=195孔。
(4)炮眼深度:L=l/η,计划循环进尺l按3.5m设计,炮眼利用率η一般不低于0.85,拟采用L=4m的周边眼。
(5)药量分配:计划用药量Q=qSl;符号意义同上,Q=266kg。如何分配？按装药估算系数计算。Qi=li×ai。
2.4 光爆设计
在Ⅱ级围岩全断面开挖、断面积117m2时,每排炮爆破开挖长度3.3m～3.5m,钻孔196个左右,炸药用量指标0.62～0.70kg/m3,一个循环炸药用量230kg～280kg,凝灰熔岩用药量选低值,花岗岩用药量选高值。
光面爆破参数主要参考《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》(TZ214-2005)第6.3.6条光面爆破参数。
3 光面爆破实践
因目前我们采用人工凿岩,非大型机械造孔,自制人工钻孔台车架子,多人同时在架子上用风动凿岩机人工造孔。将断面上下分成五层,十个操作空间。层高在1.5m～2.2m。人员组织:每班需钻工30人,另加现场安全员一名,总计31人,要形成连续作业班子,共需要32名工人,进行一班半的人员配置完成连续倒班作业。工作风枪YT-28型计28台,考虑到备用,有至少32台风枪才能满足施工需要。
炮眼布置:中部主掏槽孔16个,上部掏槽孔6个,辅助孔104个,周边孔54个,总计180个孔。总共用了自1段到15段的奇数段位非电雷管。周边孔采用导爆索起爆。按此爆破参数实践,平均每炮进尺3.54m,平均每排炮用药量279kg、导爆索284.7m、非电雷管181发。
4 结语
道德山隧道在Ⅱ级围岩全断面钻爆开挖过程中,应用光面爆破技术取得良好成绩,在多次“信用评价”中获得好评,在向莆铁路有限公司的工作总结中,道德山隧道荣获“光面爆破样板工程”称号,可见光面爆破技术的应用是隧道工程提高质量、降低成本的必由之路。
参考文献
[1] 王海亮.铁路工程爆破[M].中国铁道出版社,2001.
[2] TZ214-2005.客运专线铁路隧道工程施工技术指南[M].中国铁道出版社,2005.