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        光面爆破技術(shù)在木座隧道中的應(yīng)用及優(yōu)化

        2024-12-21 00:00:00劉宏國楊勇
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2024年16期
        關(guān)鍵詞:光面爆破

        摘 要:為解決隧道濕噴混凝土損耗超量問題,以木座隧道為例,對光面爆破進行優(yōu)化,對光面爆破施工過程中的炸藥量計算、周邊眼布置、裝藥結(jié)構(gòu)分別進行優(yōu)化,最大程度地控制圍巖擾動,減少超挖。本文對常規(guī)爆破和優(yōu)化后爆破的效果進行分析,確定V級圍巖爆破采用底部加強藥+聚能管裝藥(間隔裝藥)+水袋+雙層周邊護壁孔爆破模式,圍巖的松動圈半徑縮小了40%,最終有效鉆孔深度達3.55m,炮孔有效利用率達到96%,雙層周邊眼護壁的防護效果顯著??梢詾楣饷姹圃谄扑閹r體條件下的施工技術(shù)提供數(shù)據(jù)參考,對控制隧道超欠挖具有經(jīng)濟意義。

        關(guān)鍵詞:光面爆破;周邊眼;間隔裝藥;超欠挖

        中圖分類號:U 45" " " 文獻標志碼:A

        在隧道爆破開挖過程中,由于各地段圍巖地質(zhì)類型不相同,因此無法使用同一種爆破參數(shù),否則會對部分隧道工程爆破質(zhì)量及施工進度產(chǎn)生很大影響,導(dǎo)致嚴重的超欠挖問題。針對不同圍巖地質(zhì),為了提高爆破質(zhì)量,需要在隧道爆破施工中不斷優(yōu)化施工方案,以適應(yīng)施工條件的變化,同時調(diào)整爆破參數(shù),規(guī)避超欠挖等問題[1]。因此,國內(nèi)外許多學(xué)者對優(yōu)化爆破設(shè)計的理論和方法進行了大量研究。

        光面爆破是一種控制周邊輪廓線、維持圍巖穩(wěn)定的科學(xué)施工技術(shù),尤其在周邊輪廓線要求較高的隧道、地鐵等爆破施工中具有較為明顯的優(yōu)勢,有助于形成規(guī)整、符合設(shè)計要求的爆破輪廓線[2]。

        光面爆破對圍巖的擾動范圍較小,在隧道爆破施工中有利于保證圍巖的穩(wěn)定性,在完整性較好的巖體施工過程中有較大優(yōu)勢,但是在圍巖強度較差,巖體較為破碎的巖體中,普通光面爆破技術(shù)對巖體更容易形成超挖現(xiàn)象,使支護成本增加。因此,優(yōu)化光面爆破在破碎巖體條件下的施工技術(shù),從而控制隧道超欠挖更有意義。

        1 工程概況

        木座隧道為特長隧道,長2594m。隧道最大埋深分別為653m、697m。木座隧道洞口段圍巖等級為V級,洞身段分別為V級、IV級、Ⅲ級。IV級圍巖以中微風(fēng)化云母鈉長片巖為主,夾少量絹云片巖和韌性剪切帶,巖體較完整,結(jié)構(gòu)面結(jié)合較好,屬較硬巖,巖體呈中厚層狀、塊狀構(gòu)造,V級圍巖以強風(fēng)化云母鈉長片巖為主局部夾雜漂石堆積體發(fā)育為主,受風(fēng)化作用影響,巖體松散、破碎,多夾黃褐色破碎帶,夾層局部有孤石、夾泥堆積,圍巖自穩(wěn)能力差、層間結(jié)合力差,隧道開挖后,拱頂及側(cè)壁容易掉塊和局部坍塌。

        對木座隧道超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果進行分析,木座隧道洞口段的圍巖多為軟弱破碎圍巖,因此當隧道洞口段爆破開挖時,V級圍巖段采用機械開挖和光面爆破方式,洞身IV級圍巖段采用光面爆破[3]。

        2 V級圍巖常規(guī)爆破設(shè)計

        在木座隧道爆破初期,根據(jù)設(shè)計方案對隧道某段進行光面爆破試驗,使待爆破的巖石松動且?guī)r壁不受或少受破壞;在爆破后,對爆破效果進行分析。

        2.1 爆破參數(shù)設(shè)計

        孔徑D為42mm,考慮圍巖不穩(wěn)定等情況,掏槽孔、輔助孔、周邊孔、底板孔孔深根據(jù)實際情況取值,具體見表1和表2。

        采用楔形掏槽,周邊輪廓布置周邊孔,按光面爆破要求進行布孔和裝藥,開挖部分炮孔布置如圖1所示。

        2.2 爆破效果分析

        采用上述光面爆破方案爆破開挖后輪廓圍巖成形不規(guī)則,如圖2所示??梢钥闯?,輪廓周圍巖炮孔殘痕較少,隧道拱頂輪廓為波折形分布,巖塊掉落分界面位置存在局部超挖,最大線性超挖約為30cm。左拱肩、右拱肩以及邊墻巖體較為完整,局部存在欠挖,左、右拱肩最大線性欠挖分別約為20cm、15cm。

        3 V級圍巖隧道光面爆破技術(shù)的應(yīng)用與優(yōu)化

        在保持其他影響因素不變的情況下,只考慮周邊孔間距對隧道超欠挖的影響,對不同級別的圍巖來說,周邊孔間距有一個最合理的值。當周邊孔間距大于該合理值時易發(fā)生欠挖現(xiàn)象,當周邊孔間距小于合理值時,易發(fā)生超挖現(xiàn)象。

        根據(jù)眾多試驗和數(shù)值模擬的結(jié)果,對V級圍巖來說,在模擬的所有工況中,當炮孔間距約為40cm時,可以呈現(xiàn)較好的爆破效果,可以將隧道超欠挖控制在合理的范圍內(nèi)。

        通過木座隧道左線圍巖的爆破效果分析及改進設(shè)計方案,在木座隧道左線圍巖段裝藥結(jié)構(gòu)采用底部加強藥+聚能管裝藥(間隔裝藥)+水袋+雙層周邊護壁孔爆破。

        3.1 炮孔參數(shù)

        孔徑D為42mm,掏槽孔、輔助孔、周邊孔、底板孔孔深等根據(jù)圍巖質(zhì)量、破碎情況等實際情況取值,具體見表3。

        采用楔形掏槽,周邊輪廓布置周邊孔,按光面爆破要求布孔和裝藥[4]。

        根據(jù)不同地質(zhì)條件和施工進度確定炮眼深度,一般為0.7~2m,掏槽眼加深10%~20%。

        根據(jù)公式(1)計算炮眼數(shù)目N。

        (1)

        式中:K為單位炸藥消耗量,㎏/m3;s為開挖面積,m2;r為炸藥的線裝藥密度,㎏/m;n為炮眼裝藥系數(shù)(0.2~0.4)。

        周邊眼間距:E=(12~18)d。抵抗線:W=(1.0~1.5)E。裝藥量集中度:q=0.09~0.19kg/m。

        炸藥及裝藥參數(shù):木座隧道選用?32mm的巖石乳化炸藥。

        用公式(2)計算單位炸藥消耗量。

        (2)

        式中:f為巖石堅固性系數(shù);S為開挖斷面面積,m2;k為考慮不同炸藥的修正系數(shù)。

        實際單孔裝藥量根據(jù)不同圍巖類別裝藥系數(shù)計算后確定,Ⅴ級圍巖炮孔裝藥系數(shù)見表4。

        周邊孔裝藥結(jié)構(gòu)采用直徑?32mm藥卷,周邊眼裝藥模式為不耦合間斷裝藥,并采用空氣間隔。

        炮孔填塞采用有堵塞爆破,炮泥作為填塞物,其炮泥材料取黃泥∶沙=3∶1,用木質(zhì)炮棍把將所有裝藥孔的炮泥填塞緊實,填塞長度不小于30cm[5]。裝藥結(jié)構(gòu)周邊孔裝藥結(jié)構(gòu)如圖3所示。

        3.2 炮孔布置

        爆破時為了解決超挖問題,施工中針對V級軟弱破碎圍巖設(shè)置了雙層周邊眼[6],而在外層周邊眼采用了光面護壁爆破的開挖方法,在研究中利用有限元軟件來模擬光面護壁爆破對防止超挖的效果,并結(jié)合現(xiàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行驗證。

        原施工方案中最外層為周邊眼,次外層為輔助眼,改進后的施工方案將外層輔助眼設(shè)置為內(nèi)層周邊眼,整個斷面的炮孔設(shè)置如圖4所示。

        周邊眼裝藥采用不耦合間斷裝藥,并采用水袋間隔,將輔助眼改為周邊眼直接減少了炸藥的使用量。在隧道開挖斷面設(shè)置雙層周邊眼,布孔間距為450mm。采用反向爆破方式,雙層周邊眼中,在外層周邊眼使用護壁管,整個斷面起爆時先引爆周邊眼再引爆輔助眼,先利用外層周邊眼炸出基本的輪廓線,內(nèi)層周邊眼則不用護壁管,起爆內(nèi)層周邊眼形成完整的斷面,這樣能夠減少超挖現(xiàn)象,周邊孔結(jié)構(gòu)如圖5所示。

        3.3 起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

        起爆順序依次為掏槽孔→掘進孔→輔助孔→周邊孔→底板孔。起爆網(wǎng)路采用束狀聯(lián)結(jié),利用一段毫秒導(dǎo)爆雷管綁扎,使用激發(fā)針激發(fā)導(dǎo)爆雷管。

        3.4 爆破結(jié)果分析

        原始方案爆破效果與優(yōu)化后爆破效果對比見表5。

        根據(jù)工程爆破中常規(guī)爆破及現(xiàn)場光面爆破優(yōu)化試驗結(jié)果,最終形成了底部加強藥+聚能管裝藥+水袋間隔裝藥爆破方案,滿足木座隧道建設(shè)要求的光面爆破設(shè)計方案。

        根據(jù)表5,對比原爆破方案,間隔底部裝藥大直徑輔助掏槽孔能夠增加爆破面積,而雙層周邊眼護壁爆破可以有效地減少對保留巖體一側(cè)的振動損傷[7],光面爆破方案爆破效果有顯著提高,有效控制了隧道圍巖損傷及超欠挖現(xiàn)象,隧道輪廓面光滑、平整、圍巖損傷程度低,炸藥使用量減少了27.66%,圍巖的松動圈半徑縮小了40%,最終有效鉆孔深度達到3.55m,炮孔有效利用率達到96%,雙層周邊眼護壁的防護效果顯著?,F(xiàn)場效果如圖6所示。

        4 結(jié)論

        鑒于木座隧道洞口及部分洞體圍巖強度較差、巖體較破碎,采用普通爆破對隧道開挖更容易形成超挖現(xiàn)象,本項目采用光面爆破的方式,對爆破機制、參數(shù)進行改進,從而對圍巖擾動進行控制,減少超挖。

        本文對木座隧道周邊眼進行優(yōu)化,采用雙層周邊護壁孔爆破,最大程度地減少超欠挖,而雙層周邊眼護壁爆破可以有效地減弱對保留巖體一側(cè)的振動損傷,圍巖的松動圈半徑縮小了40%,雙層周邊眼的防護效果顯著。

        本文對裝藥方式進行優(yōu)化,采用底部加強藥+聚能管裝藥+水袋間隔裝藥爆破形式,水袋間隔[8]、底部裝藥、大直徑輔助掏槽孔能夠增加爆破面積,有效鉆孔深度達到3.55m,炮孔有效利用率達到96%。

        參考文獻

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        [4]周志偉.隧道軟弱圍巖開挖光面爆破技術(shù)在桂溪隧道的應(yīng)用[J].中國水能及電氣化,2021(7):9-14.

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