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        光面爆破法在那佳—南慶隧洞工程中的應(yīng)用

        2021-01-06 02:18:24黃天炎呂冠成蔡思遠(yuǎn)
        廣西水利水電 2020年6期
        關(guān)鍵詞:底孔裝藥量光面

        黃天炎,呂冠成,蔡思遠(yuǎn)

        (崇左市左江治旱工程管理中心,廣西 崇左 532200)

        1 工程概況

        那佳—南慶隧洞位于馱英水庫灌區(qū)總干渠末端,設(shè)計(jì)引水流量為16.75 m3/s,總干渠單項(xiàng)工程包括明渠、隧洞、水閘、暗涵等建筑物。其中,明渠段長(zhǎng)287 m,隧洞長(zhǎng)12 975 m,暗涵長(zhǎng)178 m,分兩個(gè)標(biāo)段施工,Ⅰ標(biāo)段工程為那佳—南慶隧洞前端,長(zhǎng)7.87 km(樁號(hào)0+000~7+870),隧洞洞身混凝土澆筑后隧洞斷面寬3.5 m,高4.3 m,縱坡為1/2000。

        Ⅰ標(biāo)段隧洞工程主要有引水隧洞(長(zhǎng)7870 m)和進(jìn)口明渠(長(zhǎng)287 m),隧洞均采用城門洞型斷面。根據(jù)圍巖條件,一期支護(hù)采用系統(tǒng)(隨機(jī))錨桿+錨噴+鋼拱架,二期支護(hù)采用鋼筋混凝土襯砌。

        2 開挖方案選取

        Ⅰ標(biāo)段掘進(jìn)方式見圖1。

        圖1 Ⅰ標(biāo)段掘進(jìn)示意圖

        隧洞洞身采用全斷面爆破開挖方式,遵循“短進(jìn)尺、多循環(huán)”原則,采用光面爆破隧洞輪廓線一次成型。

        崠橋、崠樣支洞開挖至主洞時(shí),展開兩個(gè)工作面,開始時(shí)上下游兩個(gè)方向均采用爆破施工各60 m,保證120 m的安全距離,然后往下游方向采用掘進(jìn)機(jī)洞挖,往上游方向繼續(xù)采用爆破施工。

        3 隧洞Ⅳ類圍巖光面爆破方案設(shè)計(jì)

        光面爆破參數(shù)選擇與隧洞所在的地質(zhì)圍巖穩(wěn)定性有關(guān),與爆破物品的性能有關(guān);同時(shí)還與選用的裝藥結(jié)構(gòu)和起爆方法、開挖斷面的形狀和尺寸有關(guān),爆破參數(shù)的確定是控制光面效果的關(guān)鍵,施工中根據(jù)不同圍巖情況確定各次的爆破參數(shù)分別進(jìn)行試爆,再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整優(yōu)化,以達(dá)到最佳的爆破效果。

        Ⅰ本標(biāo)段隧洞主要為Ⅳ類圍巖,所以實(shí)驗(yàn)對(duì)像是針對(duì)IV類圍巖進(jìn)行,擬選擇那佳主洞進(jìn)行試驗(yàn)。

        3.1 爆破器材品種選用

        炸藥選用2#巖石乳化炸藥,規(guī)格為Φ32 mm×300 g、Φ25 mm×210 g,導(dǎo)爆索,規(guī)格為50 m/卷;雷管選用這毫秒延期導(dǎo)爆索雷管。

        3.2 鉆孔設(shè)備和孔徑

        鉆孔設(shè)備擬采用8 臺(tái)YT-28 型氣腿式鑿巖機(jī),13 m3電動(dòng)空壓機(jī)4 臺(tái)。炮孔直徑D=λΦ,其中λ 為不偶合系數(shù),Φ為藥卷直徑。選用較小不偶合系數(shù)λ=1.2,則D=1.2×32 mm=38.4 mm,因此炮孔直徑選用40 mm。

        3.3 掏槽形式和參數(shù)

        洞挖爆破中掏槽效果的好壞直接影響洞挖的效果,因此,作業(yè)時(shí)空眼與裝藥眼底距必須控制好,本工程斷面較?。?.3 m×5.8 m),爆破段圍巖硬度大,擬采用平行空孔直線桶形掏槽方式,孔數(shù)8 個(gè),這種掏槽方式具有操作簡(jiǎn)單,掏槽眼數(shù)量少的優(yōu)點(diǎn),適宜于小斷面爆破。桶形掏槽示意圖見圖2。

        圖2 桶形掏槽示意圖

        掏槽孔與空孔中心距取90~100 mm,掏槽孔布置在掌子面中心偏下200 mm 處,以減小底部炮孔爆破的阻力,掏槽眼應(yīng)比其他炮眼加深200 mm,裝藥量比輔助孔多10%~20%。

        3.4 周邊孔和底孔參數(shù)

        周邊孔距洞身輪廓線取100 mm,向外稍斜(2°~3°),孔底超出輪廓線100~250 mm。在硬巖層中,周邊孔的孔口在斷面設(shè)計(jì)輪廓線上,孔底超出輪廓線小于100 mm;在軟巖中,周邊孔的孔口在斷面設(shè)計(jì)輪廓線內(nèi)小于80 mm,孔底落在輪廓線上。炮孔眼口間距誤差和眼底間距誤差不得大于5 cm。

        底孔間距取小值,底眼在距底線50 mm 處開口,稍向下傾斜。

        3.5 起爆網(wǎng)絡(luò)

        起爆順序:掏槽孔→輔助孔→周邊孔(包含光爆孔)→底孔。

        起爆網(wǎng)絡(luò)采用非電導(dǎo)爆管并簇聯(lián)方式,使用FB-500型起爆器擊發(fā)激發(fā)針引爆導(dǎo)爆索,從而起爆雷管,最后引爆炸藥(見圖3)。

        圖3 起爆網(wǎng)絡(luò)圖

        3.6 裝藥結(jié)構(gòu)

        掏槽眼裝填Φ32 mm 的藥卷,采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu),堵塞長(zhǎng)度500 mm;周邊光爆眼裝Φ25 mm 的藥卷,采用軸向不藕合裝藥結(jié)構(gòu),由導(dǎo)爆索串聯(lián)聯(lián)結(jié)起爆,堵塞長(zhǎng)度400 mm;輔助眼和底眼裝填Φ320 mm 的藥卷,采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu),堵塞長(zhǎng)度400 mm。起爆藥包靜力壓實(shí),其余滿包加力捅實(shí),消除藥包的孔徑間隙,保證藥包傳爆效果。

        3.7 炮眼數(shù)量

        炮眼數(shù)目的多少直接影響每一循環(huán)鑿巖工作量、爆破效果、循環(huán)進(jìn)尺、隧洞成型的好壞以及爆碴塊度的大小。暫按下式計(jì)算炮眼數(shù)目,在施工中,需根據(jù)具體情況再作調(diào)整,以達(dá)到最佳爆破效果。

        炮眼數(shù)目N,可參考下式計(jì)算:

        式中:q 為炸藥單耗量,kg/m3;s 為開挖面積,m2;r 為每米長(zhǎng)度炸藥的重量,乳化炸藥r=0.78 kg/m;η為炮眼裝藥系數(shù),取η=0.67。

        經(jīng)計(jì)算,各類圍巖相應(yīng)斷面炮眼數(shù)目見表1。

        圍巖類別Ⅲ類Ⅳ類Ⅴ類設(shè)計(jì)炮眼個(gè)數(shù)60 74 72設(shè)計(jì)炸藥單耗/(kg/m3)1.25 1.15 1.0斷面面積/m217.91 22.30 22.97計(jì)算炮眼個(gè)數(shù)42 49 44周邊孔17 24 27空孔111

        3.8 每個(gè)炮眼裝藥量

        炮眼裝藥量可參考下式進(jìn)行計(jì)算:

        式中:Q為炮眼裝藥量,kg;η為炮眼裝藥系數(shù),掏槽眼取η=0.8,輔助眼取0.5~0.8;L為眼深,掏槽眼3.0 m,輔助眼2.8 m;r為每米長(zhǎng)度炸藥量,r=0.78 kg/m。

        掏槽眼裝藥量計(jì)算值為1.87 kg,取1.8 kg;輔助眼裝藥量計(jì)算值為1.31 kg,取1.3 kg。在施工中,根據(jù)具體情況再作調(diào)整,以達(dá)到最佳爆破效果。

        3.9 光面爆破參數(shù)

        初擬如下爆破參數(shù)(見表2),在實(shí)際施工中應(yīng)按照選定的參數(shù)總結(jié)每次爆破效果,測(cè)量半孔率和輪廓不平整度,不斷優(yōu)化調(diào)整光爆參數(shù)。

        周邊孔間距a=(15~10)D=(15~10)×40 mm=600~400 mm;

        密集系數(shù)m=a/W=0.65~1.0;

        最小抵抗線W=600~400 mm。

        巖石堅(jiān)固系數(shù)f 4~6 6~10不偶合系數(shù)k 1.6~1.8 1.4~1.6裝藥量Q/(g/m)100~200 150~250炮孔間距a/cm 0.60~0.50 0.65~0.55最小抵抗線W/m 0.55~0.45 0.55~0.45

        4 隧洞Ⅳ類圍巖爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

        4.1 炮孔布置

        Ⅳ類圍巖占主洞總長(zhǎng)度的96%,共7570 m,為C型斷面,開挖斷面尺寸為:4.6 m×5.25 m。

        輔助孔距掏槽孔0.6 m,輔助孔間距0.7 m,周邊孔間距0.5 m,底孔間距0.6 m。輔助孔33 個(gè),周邊孔24 個(gè)、底孔9 個(gè),加上空孔與掏槽孔9 個(gè),炮孔總數(shù)設(shè)計(jì)為75個(gè)(見圖4)。

        圖4 炮孔布置圖

        4.2 鉆孔深度

        Ⅳ類泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、青灰色砂巖,巖體完整性一般,微風(fēng)化。根據(jù)以往同類地質(zhì)條件的施工經(jīng)驗(yàn),取定掏槽眼深度為3.0 m,輔助孔眼深度為2.8 m,周邊孔深度為2.8 m,底孔深度為2.8 m。爆破施工參數(shù)見表3。

        炮孔名稱空孔掏槽孔輔助孔底孔周邊孔(光面)合計(jì)孔數(shù)/個(gè) 1 8 3孔深/mm 3000每節(jié)炸藥重量/kg 0.000每節(jié)長(zhǎng)度/m 0.00總裝節(jié)數(shù)0.00單孔裝藥量/kg 0.00總裝藥量/kg 0.00藥卷直徑/mm 0 3000 0.300 0.33 6.00 1.80 14.40 32 3 9 24 2800 0.300 0.33 5.00 1.50 48.00 32 2800 0.300 0.33 5.00 1.50 13.50 32 2800 0.210 0.33 4.00 0.84 20.16 25 75 96.06

        4.3 爆破炸藥使用量

        綜上計(jì)算可知,在全斷面每次爆破進(jìn)尺2.5 m的情況下,每個(gè)工作面一次爆破循環(huán)藥量取96.06 kg,循環(huán)方量55.57 m3。

        5 光面爆破效果評(píng)價(jià)

        那佳—南慶隧洞Ⅰ標(biāo)Ⅳ類圍巖采用以上爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行施工,并對(duì)孔位布置、裝藥質(zhì)量、起爆網(wǎng)路連接、起爆進(jìn)行了嚴(yán)格的監(jiān)督。根據(jù)爆破效果逐步調(diào)整和優(yōu)化相關(guān)爆破參數(shù)后再進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn),使得光面爆破后開挖面成型良好。

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