黃天炎,呂冠成,蔡思遠
(崇左市左江治旱工程管理中心,廣西 崇左 532200)
那佳—南慶隧洞位于馱英水庫灌區(qū)總干渠末端,設(shè)計引水流量為16.75 m3/s,總干渠單項工程包括明渠、隧洞、水閘、暗涵等建筑物。其中,明渠段長287 m,隧洞長12 975 m,暗涵長178 m,分兩個標段施工,Ⅰ標段工程為那佳—南慶隧洞前端,長7.87 km(樁號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標段隧洞工程主要有引水隧洞(長7870 m)和進口明渠(長287 m),隧洞均采用城門洞型斷面。根據(jù)圍巖條件,一期支護采用系統(tǒng)(隨機)錨桿+錨噴+鋼拱架,二期支護采用鋼筋混凝土襯砌。
Ⅰ標段掘進方式見圖1。
圖1 Ⅰ標段掘進示意圖
隧洞洞身采用全斷面爆破開挖方式,遵循“短進尺、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,展開兩個工作面,開始時上下游兩個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機洞挖,往上游方向繼續(xù)采用爆破施工。
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)分別進行試爆,再結(jié)合現(xiàn)場實際情況進行適當調(diào)整優(yōu)化,以達到最佳的爆破效果。
Ⅰ本標段隧洞主要為Ⅳ類圍巖,所以實驗對像是針對IV類圍巖進行,擬選擇那佳主洞進行試驗。
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。
鉆孔設(shè)備擬采用8 臺YT-28 型氣腿式鑿巖機,13 m3電動空壓機4 臺。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。
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,這種掏槽方式具有操作簡單,掏槽眼數(shù)量少的優(yōu)點,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%。
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。
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
掏槽眼裝填Φ32 mm 的藥卷,采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu),堵塞長度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),堵塞長度400 mm。起爆藥包靜力壓實,其余滿包加力捅實,消除藥包的孔徑間隙,保證藥包傳爆效果。
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)進尺、隧洞成型的好壞以及爆碴塊度的大小。暫按下式計算炮眼數(shù)目,在施工中,需根據(jù)具體情況再作調(diào)整,以達到最佳爆破效果。
炮眼數(shù)目N,可參考下式計算:
式中:q 為炸藥單耗量,kg/m3;s 為開挖面積,m2;r 為每米長度炸藥的重量,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)計炮眼個數(shù)60 74 72設(shè)計炸藥單耗/(kg/m3)1.25 1.15 1.0斷面面積/m217.91 22.30 22.97計算炮眼個數(shù)42 49 44周邊孔17 24 27空孔111
炮眼裝藥量可參考下式進行計算:
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為每米長度炸藥量,r=0.78 kg/m。
掏槽眼裝藥量計算值為1.87 kg,取1.8 kg;輔助眼裝藥量計算值為1.31 kg,取1.3 kg。在施工中,根據(jù)具體情況再作調(diào)整,以達到最佳爆破效果。
初擬如下爆破參數(shù)(見表2),在實際施工中應(yīng)按照選定的參數(shù)總結(jié)每次爆破效果,測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
Ⅳ類圍巖占主洞總長度的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,周邊孔24 個、底孔9 個,加上空孔與掏槽孔9 個,炮孔總數(shù)設(shè)計為75個(見圖4)。
圖4 炮孔布置圖
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,微風化。根據(jù)以往同類地質(zhì)條件的施工經(jīng)驗,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)合計孔數(shù)/個 1 8 3孔深/mm 3000每節(jié)炸藥重量/kg 0.000每節(jié)長度/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
綜上計算可知,在全斷面每次爆破進尺2.5 m的情況下,每個工作面一次爆破循環(huán)藥量取96.06 kg,循環(huán)方量55.57 m3。
那佳—南慶隧洞Ⅰ標Ⅳ類圍巖采用以上爆破設(shè)計進行施工,并對孔位布置、裝藥質(zhì)量、起爆網(wǎng)路連接、起爆進行了嚴格的監(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)后再進行反復(fù)試驗,使得光面爆破后開挖面成型良好。