葉吉軍
摘 要:近年來,隨著我國城市化建設的加快,隧道及地下工程建設項目日益增多,鐵路、公路、地鐵隧道“數量多、長度大、大埋深、大斷面”是21世紀我國以及世界隧道工程發(fā)展的總趨勢。本文對隧道光面爆破施工關鍵技術進行了研究,深入開展隧道光面爆破精細化施工技術的基礎研究,對于推動本企業(yè)的隧道工程技術發(fā)展、保證隧道工程安全生產、節(jié)約成本創(chuàng)造更多效益具有重要的理論價值與實際意義。
關鍵詞:隧道 爆破精細化 基礎研究
中圖分類號:U41 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2017)10(b)-0055-04
1 工程概況
新建杭州到黃山鐵路工程位于皖南及浙西地區(qū),線路東起浙江省杭州市蕭山區(qū),向西經杭州市蕭山區(qū)、富陽市、桐廬縣、建德市、淳安縣,越皖浙交界的天目山山脈進入安徽省,經宣城市所轄績溪縣和黃山市所轄歙縣、徽州區(qū)至黃山市。起點為杭長客專蕭山南線路所(杭黃DK23+817.328=杭長客專L3DK6+730.230=杭長客專里程HCDK23+817.328),終點黃山北站南端(杭黃DK288+220.366),長264.785km,其中浙江省境內184.728km,安徽省境內80.057km。
鑼鼓山隧道位于剝蝕低丘區(qū),丘陵地形起伏較大,自然坡度30°~50°,多呈“V”字形,地表植被發(fā)育,多為竹林、蕨類植物。隧道起訖里程DK71+178~DK73+984,全長2806m,隧道最大埋深171.5m,為山嶺深埋隧道。隧道洞身穿過圍巖主要以砂巖為主,地下水主要為基巖裂隙水,基本不發(fā)育。全隧Ⅱ級圍巖237m,Ⅲ級圍巖1332m,Ⅳ級圍巖955m,Ⅴ級圍巖198m,明洞長55m,洞門長29m,施工難度較大。
本隧道為雙線隧道,采用復合式襯砌支護。設計Ⅱ級圍巖開挖斷面面積約120m2,寬(13.62m)×高(10.31m);Ⅲ級圍巖開挖斷面面積約134m2,寬(13.98m)×高(11.81m);Ⅳ級圍巖開挖斷面面積138m2,寬(14.12m)×高(12.03)m;Ⅴ級圍巖開挖斷面面積144m2,寬(14.28m)×高(12.39m)。
隧道施工遵循新奧法施工原理組織施工,各工序依次開展。為了保護圍巖,減少開挖爆破對圍巖的損傷,充分發(fā)揮圍巖的自承能力,采用光面爆破開挖。避免多次開挖爆破圍巖損傷,原則上一次爆破成型,結合設計文件及相關規(guī)范要求,Ⅱ級圍巖采用全斷面開挖,Ⅲ、Ⅳ級圍巖采用臺階法開挖。
2 研究的主要內容
(1)隧道圍巖爆破機理研究。
(2)鉆爆設備、爆破器材性能與各項參數的掌握。
(3)圍巖級別的分級與鉆爆可爆性的判定。
(4)光面爆破鉆爆參數的設計。
(5)現(xiàn)場炮眼布置、裝藥結構與起爆網路的優(yōu)化。
3 關鍵技術研究
3.1 現(xiàn)有光面爆破鉆眼設備與爆破器材的選用
(1)鉆眼設備。
在隧道掘進中,鉆眼爆破工作是一項主要工序,約占循環(huán)工序時間的20%~30%。根據國內目前成熟技術,鉆眼采用YT28型氣腿式鑿巖機。鑿巖機配用2m、2.5m、3m、4m、5m、6m五種長度的釬桿,配備直徑42mm的一字型釬頭。
(2)爆破器材。
根據不同巖石強度選用不同爆速的炸藥,本工程爆破采用2號巖石乳化炸藥,規(guī)格為32mm(200g/卷),周邊眼連線采用導爆索,起爆器材為1~15段非電毫秒雷管、導爆管和MFB200型發(fā)爆器。
3.2 圍巖級別的分級與鉆爆可爆性的判定
根據鐵路隧道設計、施工規(guī)范,現(xiàn)場隧道圍巖分級比較復雜,其綜合了巖石堅硬程度、巖體完整程度,采用定性劃分與定量指標兩種方法確定圍巖基本分級。
另外,光爆的效果不僅與工藝參數有關,而且與圍巖質量有緊密關系。
現(xiàn)行爆破安全規(guī)程、隧道施工技術指南及隧道施工相關文獻均指出隧道光面爆破參數(周邊眼間距、周邊眼抵抗線等)的選取與隧道圍巖的堅硬程度、裂隙發(fā)育程度等性質有關,并給出了或定性或定量的關系。
當斷面較小或圍巖軟弱、破碎或對開挖成形要求較高時,周邊眼間距應取較小值。由此可見,在隧道設計輪廓、斷面大小固定條件下,迅速確定圍巖巖石堅硬程度、巖體完整程度是光面爆破設計的基礎工作,對準確選取光面爆破參數具有指導意義。
3.3 光面爆破設計
(1)炮眼直徑。
炮眼直徑的大小直接影響鉆眼速度、工作面的炮眼數目、單位巖石炸藥消耗量、爆落巖石的塊度和隧道輪廓的平整性。
一般隧道的炮眼直徑在32~50mm,并根據鉆孔設備選擇。本工程鉆孔選用YT28氣腿式鑿巖機,炮眼直徑選擇42mm。
(2)炮眼深度。
(3)每循環(huán)炸藥耗量。
(4)炮眼數目。
(5)周邊眼間距。
周邊眼通常布置在距開挖斷面邊緣0.1~0.2m處,光爆孔的孔底朝隧道開挖輪廓線方向傾斜3°~5°。當爆孔孔徑D為42mm時,周邊孔間距E=(10~16)D,即E=42~672cm,E取45~65cm。
(6)光爆層厚度W(最小抵抗線)。
光爆層厚度就是周邊眼最小抵抗線,它與開挖的隧道斷面大小有關。一般取炮孔直徑的10~20倍,鑼鼓山隧道光爆層厚度W=0.5~0.8m。
(7)密集系數。
炮眼密集系數也稱炮眼鄰近系數,它表達了炮眼間距E與最小抵抗線W之間的關系即m=E/W,是光面爆破參數確定中的一個關鍵值。目前,在工程施工中,光面層厚度的確定,一般情況下,周邊眼間距E與光面層厚度W的比值為:
m=E/W=0.8~1.0
當m>1時,說明E值偏大,W值偏小,爆破時易出現(xiàn)眼間裂縫,周邊眼尚未溝通前應力波已傳到二圈眼,這樣光面眼就變成偏斗爆破;當m=1,即E=W時,爆破時光面眼之間的裂縫形成較好;當m=0.5,即2E=W時,光面層不易爆下來。實踐表明m=0.8~1.0時較好。endprint