趙會強(qiáng)

(中交二公局鐵路工程有限公司,陜西西安 710065)

唐家山隧道光面爆破設(shè)計與施工

趙會強(qiáng)

(中交二公局鐵路工程有限公司,陜西西安 710065)

本文從隧道的光面爆破設(shè)計,在施工過程中,結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)變化不斷終止爆破參數(shù),達(dá)到良好的光面爆破效果,降低了成本,同時也為下半斷面爆破開挖提供了良好的安全施工條件。

隧道光面爆破 設(shè)計 施工 爆破效果

1 工程概況

唐家山隧道是一座雙線曲線隧道 (開挖斷面凈跨13．1m,凈高12m),隧道全長747m,位于圓曲線及緩和曲線上,左線曲線半徑為800m。從DK39+138～DK39+801隧道斷面加寬值為100cm,DK39+801～DK39+885加寬值為50cm。圍巖段巖性為白堊系泥巖、砂巖和頁巖,頁巖主要以薄層狀夾于泥巖中,屬Ⅴ、Ⅳ級圍巖。洞身巖層產(chǎn)狀有一定變化,總體的連續(xù)性和完整性尚較好,巖體較為破碎,節(jié)理發(fā)育,巖層產(chǎn)狀變化較大,巖層間存在順層小構(gòu)造。隧道洞身部位的泥、頁巖具膨脹性,泥、頁巖的自由膨脹率Fs=24～54%,膨脹力Ps=5～33Kpa。根據(jù)本隧道地質(zhì)特點(diǎn)需進(jìn)行爆破開挖施工。

2 爆破施工方案

采取進(jìn)、出口雙口掘進(jìn),上下臺階鉆爆開挖法施工。全隧道采用減輕地震動控制爆破,首先進(jìn)行上臺階光面爆破開挖,下臺階采取左右斷面交錯預(yù)裂爆破開挖。爆破藥品選用二號巖石硝銨炸藥,采用安全性能較好的塑料導(dǎo)爆管和等差雷管、非電毫秒管組合起爆。

3 光面爆破設(shè)計

爆破開挖是隧道施工的關(guān)鍵工序。在采用正臺階法施工的隧道中,上半斷面開挖又是整個隧道爆破開挖的基礎(chǔ),爆破效果直接影響到圍巖的穩(wěn)定和支護(hù)安全,以及施工進(jìn)度和工期安排。施工中根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況進(jìn)行爆破設(shè)計計算和爆破試驗(yàn),并不斷修正爆破參數(shù),力求達(dá)到良好的爆破效果。

3.1 總體構(gòu)想

爆破開挖是隧道施工的關(guān)鍵工序。在采用正臺階法施工的隧道中,上半斷面開挖又是整個隧道爆破開挖的基礎(chǔ),爆破效果直接影響到圍巖的穩(wěn)定和支護(hù)安全,以及施工進(jìn)度和工期安排。施工中根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況進(jìn)行爆破設(shè)計計算和爆破試驗(yàn),并不斷修正爆破參數(shù),力求達(dá)到良好的爆破效果。

表1 炮眼部位系數(shù)λ

表2 周邊眼參數(shù)匯總表

圖1

3.1.1 設(shè)計原則

隧道爆破時盡量做到保護(hù)好圍巖,減少對圍巖的損壞;合理選擇周邊眼間距E及最小抵抗線W;嚴(yán)格控制周邊眼的裝藥量,采用小直徑低爆速炸藥,并盡可能將藥量沿炮眼全長均勻分布,以確保隧道周邊成型良好,并減少對圍巖擾動;根據(jù)爆破效果,調(diào)整掏槽眼形式,并適當(dāng)加深掏槽眼深度,以保證掏槽效果;合理分布掘進(jìn)眼,以達(dá)到炮眼數(shù)量最少、材料最省,同時碴塊又不致過大,便于裝卸。

3.1.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

參照其它巖石隧道爆破藥耗量,本隧道Ⅳ級圍巖平均單位方量巖石消耗炸藥量控制在0.9kg/m3以內(nèi)。

3.1.3 循環(huán)進(jìn)尺

依據(jù)本隧道Ⅳ級圍巖地質(zhì)條件及類似隧道施工經(jīng)驗(yàn),確定隧道開挖循環(huán)進(jìn)尺為3．2m～3．5m。

3.1.4 鑿巖鉆孔

使用TY-25型風(fēng)動氣腿式鑿巖機(jī),鉆頭直徑φ40mm,鉆孔直徑φ45mm;鉆孔深度：周邊眼和掘進(jìn)眼為3．2m,掏槽眼分別為2m和4m,底板眼為3．5m。

3.1.5 爆破器材

采用2號巖石硝銨炸藥(φ22mm、φ32mm藥卷),采用安全性能好的非電毫秒雷管和導(dǎo)爆管起爆,導(dǎo)爆管由導(dǎo)火索和6號火雷管引爆。

3.1.6 裝藥結(jié)構(gòu)

周邊眼采用間隔不偶合裝藥,并采用Φ22mm藥卷;掏槽眼及掘進(jìn)眼采用連續(xù)裝藥(Φ32mm藥卷)結(jié)構(gòu);掏槽眼的首段采用正向裝藥起爆,其他炮眼采用反向裝藥起爆,以提高爆破效果。

3.2 爆破參數(shù)設(shè)計

3.2.1 爆破參數(shù)的選定

炮孔數(shù)量的確定：

在藥量一定的條件下,炮孔數(shù)量過少會影響爆破效果,過多會增加鉆孔工作量,影響施工進(jìn)度。正確確定炮孔數(shù)量是取得良好爆破效果和提高開挖速度的重要條件之一。

表3 鉆孔裝藥參數(shù)總表

圖2

炮孔數(shù)可按照總裝藥量與單個炮孔裝藥量之比來計算：

式中：q —單孔平均裝藥量;

k—單位炸藥消耗量(kg/m3);

S—Ⅳ級圍巖上半斷面開挖面積(m2);

α—各部位炮眼的裝藥系數(shù),指藥卷總長度與炮眼長度比;

β—藥卷單位長度質(zhì)量值,kg/m;

影響炮眼數(shù)量的因素較多,在計算時,將過去施工的經(jīng)驗(yàn)數(shù)進(jìn)行類比,然后在爆破設(shè)計圖上進(jìn)行排列,再到現(xiàn)場試驗(yàn),最后確定合理的炮眼數(shù)。唐家山隧道上半斷面光面爆破經(jīng)計算和反復(fù)試驗(yàn)確定為126個。

3.2.2 總裝藥量及藥量分配

總裝藥量Q=KLS(kg)

式中：Q—一次(一個循環(huán))爆破總裝藥量(kg)

k—單位炸藥消耗量(kg/m3),取0．9;

S—開挖面積(m2),取56．8;

L—炮眼深度(m)取3．2;

將各系數(shù)代入得

Q=163．6(kg)

單孔裝藥量分配：

掏槽眼的裝藥量比擴(kuò)槽眼的裝藥量增加20～30%,底板眼的裝藥量比輔助眼的裝藥量增加20～30%,經(jīng)調(diào)整總裝藥量為163．14kg。

除周邊眼外其它炮眼單孔裝藥量q q=K·E·W·L·λ

式中：

q—單孔裝藥量(kg);

K—單位炸藥消耗量(kg/m3);

E—炮眼間距(m);

W—炮眼爆破方向的抵抗線(m);L—炮眼深度(m);

λ—炮眼部位系數(shù),見表1。

3.2.3 周邊眼爆破參數(shù)

一般在隧道光面爆破施工中,選擇的鉆孔參數(shù)為孔距E=40～60cm,光爆層厚度為W=0．50～0．75cm,其周邊孔密集系數(shù)m=E/W=0．8～1．0,裝藥集中度為0．20～0．30kg/m,不偶合系數(shù)為1．4～2．1。

依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：E=(8～12)d,W=(1．0～1．5)E,裝藥集中度：0．20～0．30kg/m。

D取45mm,用40mm鉆頭打孔,成孔φ=45mm,取E=50cm,W=60cm,裝藥集中度取q=210g/m。

周邊眼參數(shù)匯總見表2。

3.2.4 炮眼布置(見圖1)

炮眼布置：先布置周邊眼,然后布置內(nèi)圈眼,其次布置掏槽眼和底板眼,輔助眼則根據(jù)斷面形狀合理布置。內(nèi)圈眼比掘進(jìn)眼密一些,比周邊眼稀一些,其間距為周邊眼的1．5倍,底板眼比掘進(jìn)眼適當(dāng)加密,其間距為掘進(jìn)眼的80%;輔助眼根據(jù)其蹦落量計算其裝藥量,輔助眼間距一般按1．1倍抵抗線計算。

3.2.5 總體爆破參數(shù)

根據(jù)以上計算并結(jié)合實(shí)際地質(zhì)情況,在多次爆破試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對爆破參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化和調(diào)整,設(shè)計出如下總體爆破參數(shù)。(見表3、圖2)

4 光面爆破施工

4.1 爆破施工工藝要求

放樣布眼：用紅油漆繪出開挖斷面的中心線和輪廓線,標(biāo)出炮眼位置,其誤差不得超過5cm。

定位開眼：嚴(yán)格按炮眼位置正確鉆眼,對周邊眼和掏槽眼精度要求比其他眼高,開眼誤差要控制在3～5cm以內(nèi)。

鉆眼：周邊眼開挖時,鉆桿保持水平,并平行于隧道軸線,稍微外插3°角,掏槽眼鉆孔精度要高,誤差3cm以內(nèi),控制炮眼間距、深度、角度,防止炮眼打穿、相交,掘進(jìn)眼均勻分布,若遇滲漏水,則鉆孔稍微向上,但傾斜不大于1°,孔眼間保持相互平行,底板眼向下傾斜,但眼底不超過輪廓線10cm。

裝藥：裝藥前,炮眼用高壓風(fēng)吹掃,藥串和起爆藥卷按要求加工好,盤好腳線,分段號存放在箱內(nèi),確保裝藥作業(yè)的有序進(jìn)行;裝藥作業(yè)分片、分組進(jìn)行,并按規(guī)定搗實(shí),堵塞泡泥,堵塞長度不小于20cm。

起爆網(wǎng)絡(luò)：起爆網(wǎng)絡(luò)為復(fù)式聯(lián)接網(wǎng)絡(luò),為保證起爆的可靠性和準(zhǔn)確性,連接時要注意,導(dǎo)爆管不能打結(jié)和拉細(xì),各炮眼連接次數(shù)相同,引爆雷管用黑膠布包扎在離一簇導(dǎo)爆管自由端10cm以上處,網(wǎng)絡(luò)連接好后,派專人負(fù)責(zé)檢查。

起爆順序：段間隔差調(diào)配;在隧道爆破中為避免振動強(qiáng)度的疊加,雷管全部跳段使用,爆破順序按掏槽眼、掘進(jìn)眼、內(nèi)圈眼、周邊眼、底板眼進(jìn)行。

4.2 爆破施工注意事項(xiàng)

當(dāng)?shù)刭|(zhì)出現(xiàn)破碎帶或遇有地表水滲漏情況時,及時調(diào)整爆破開挖方案,對原爆破設(shè)計進(jìn)行修正,以達(dá)到最優(yōu)爆破效果。

嚴(yán)格控制鉆眼的平面位置和角度誤差,特別是周邊眼和掏槽眼,嚴(yán)格打好周邊孔,其技術(shù)要求是：炮孔位置精確,掌握鉆孔方向,打出“平、直、齊”的炮孔,采用鉆孔臺車,提高鉆孔質(zhì)量。

底板眼爆破的好壞對于能否按設(shè)計要求形成底板輪廓線影響很大。為避免欠挖、消除底坎,要適當(dāng)減少底孔的間距,并使鉆孔方向超出底板標(biāo)高10～15cm。

爆破網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)好后,再次認(rèn)真檢查和確認(rèn)聯(lián)結(jié)無誤,避免起爆順序混亂。周邊眼以最小的時間差分段同時起爆。

施工過程中堅持“短進(jìn)尺、弱爆破、少擾動、早噴錨、勤量測、早封閉”的施工原則,以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和施工安全。

巖石爆破作業(yè)要嚴(yán)格遵守《中華人民共和國民用爆炸物品管理?xiàng)l例》和《爆破安全規(guī)程》中的規(guī)定。參加爆破施工的工程技術(shù)人員必須持有國家主管部門頒發(fā)的安全作業(yè)證上崗,并經(jīng)過巖石爆破施工技術(shù)的短期培訓(xùn)。

爆破工作按規(guī)定的信號(預(yù)告信號、起爆信號、解除警報信號)執(zhí)行;爆破后檢查爆破效果,如有啞炮,按爆破安全規(guī)程有關(guān)規(guī)定及時處理;解除警報命令發(fā)布前,無關(guān)人員不準(zhǔn)進(jìn)入爆破現(xiàn)場。

5 光面爆破效果

在河口隧道上半斷面光面爆破施工過程中,由于參數(shù)選取合理,過程控制到位,措施得當(dāng),爆破后半孔率基本達(dá)到了90%以上,超欠挖現(xiàn)象較少,圍巖穩(wěn)定、巖面規(guī)則、平整,為初期支護(hù)、二次襯砌創(chuàng)造了良好的條件。

6 結(jié)語

通過對唐家山隧道光面爆破設(shè)計的探討,結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)變化不斷修正爆破參數(shù),摸索出了適合唐家山隧道的鉆爆方法。在光面爆破施工過程中掏槽眼和周邊眼的設(shè)計參數(shù)、孔眼布置、裝藥量是開挖斷面能否滿足設(shè)計要求的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。良好的光面爆破效果減少超挖量及噴射混凝土、二襯混凝土用量,節(jié)約爆破物品,降低施工成本,同時也為下半斷面爆破開挖提供良好的安全施工條件。

[1]劉正雄等著.隧道爆破現(xiàn)代技術(shù).中國鐵道出版社,1999.9.

[2]鐵二院主編.鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊:隧道.中國鐵道出版社,1999.6.

[3]鐵二局主編.鐵路工程施工技術(shù)手冊:隧道.中國鐵道出版社,1999.4.