摘 要:文章介紹了隧道光面爆破設(shè)計(jì),并有針對(duì)性地闡述了光面爆破的實(shí)踐效果,總結(jié)了硬巖隧道控制爆破的鉆爆技術(shù),對(duì)類似隧道施工具有參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞:控制爆破 技術(shù)實(shí)踐
1 工程條件
道德山隧道為新建向莆鐵路中的一條隧道,全長(zhǎng)6043m,圍巖以Ⅱ級(jí)為研究基礎(chǔ)。
2 光面爆破設(shè)計(jì)
2.1 光面爆破的意義
隧道施工中,光爆質(zhì)量越好,隧道的安全度越高,施工成本越低。因此,研究和實(shí)施光面爆破技術(shù)在當(dāng)今隧道施工中是十分必要的,具有重要意義。
2.2 光面爆破施工要點(diǎn)
2.2.1 轉(zhuǎn)變“寧超勿欠”的傳統(tǒng)觀念
大部分“規(guī)范”要求嚴(yán)格,不允許欠挖,其實(shí)這是不科學(xué)的。在控制超欠挖的光爆技術(shù)的研究中,首先應(yīng)轉(zhuǎn)變觀念,即必須轉(zhuǎn)變“寧超勿欠”的傳統(tǒng)觀點(diǎn),樹(shù)立“少欠少超”的觀點(diǎn)。
2.2.2 提高鉆孔技術(shù)水平
鉆孔技術(shù)對(duì)隧道超欠挖的影響主要是周邊炮孔的外插角(q)、開(kāi)口位置(e)和鉆孔的深度(L),它們與超欠挖高度(h)有如下的關(guān)系:
h=e+Ltan(q/2)
(1)式表明:隨外插角q和鉆孔深度L的增大,h增大。
L是一個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo),可在設(shè)計(jì)中加以控制。一般情況下,都采用3.5m左右的鉆孔深度。深孔爆破的一次裝藥量也大,對(duì)周邊圍巖的損傷也大。這也不符合施工中盡可能地維護(hù)圍巖自身的、固有的強(qiáng)度的原則。
q和e主要取決于司鉆工的操作水平和所采用的鉆機(jī)的某些性能。通常,鉆機(jī)都有一個(gè)外緣高度,為保證后續(xù)掘進(jìn)能正常鉆孔,就必須有一個(gè)超挖高度hd。
此外由于鉆孔作業(yè)覆蓋空間所限,以及受隧道形狀的影響,拱部180度范圍內(nèi),則應(yīng)控制上仰角,而在兩側(cè)邊墻部位則應(yīng)控制水平的外插角。
周邊孔開(kāi)口位置e有三種情況,第一種情況是在放樣線處開(kāi)鉆孔,第二種情況是在放樣線外e處開(kāi)鉆孔,第三種情況是在放樣線內(nèi)移e處開(kāi)鉆孔。其出現(xiàn)機(jī)率和差值大小則主要決定于鉆孔水平。第一種情況不影響超欠挖;在第二種情況時(shí),將使超挖增加一個(gè)e值,而第三種情況,將使超挖減小一個(gè)e值,而出現(xiàn)欠挖。因而,鉆孔時(shí)先定位,后鉆進(jìn),并在掌子面上完整醒目地標(biāo)出周邊孔位線,把e控制在較小范圍內(nèi)(約在3cm)是可能的。
由(1)式可知:當(dāng)q、L一定時(shí),e作為一個(gè)獨(dú)立參數(shù),當(dāng)e為正值時(shí),隨e的增加,h增加;而當(dāng)e為負(fù)值時(shí),隨e的減小,h則減小。
從實(shí)際施工的經(jīng)驗(yàn)看,控制q是比較困難的,但控制e值是可能的。如一些國(guó)家容許一定的欠挖,即有意識(shí)地使e為負(fù)值(第三種情況),對(duì)減少超挖是有效的。
2.3 爆破參數(shù)的確定
在控制爆破中,主要的技術(shù)參數(shù)包括:單位巖石炸藥消耗量q、周邊孔線裝藥密度g、周邊孔布置等。合理地解決這些參數(shù)之間的配合,對(duì)減少超欠挖是至關(guān)重要的。
一般說(shuō),單位巖石炸藥消耗量q與平均線性超挖h呈線性正相關(guān)關(guān)系。周邊孔線裝藥密度q與超挖h大體上呈冪函數(shù)的關(guān)系而與炮眼保存率k則呈拋物線相關(guān)關(guān)系。在與相同的條件下,最優(yōu)的g值為0.18～0.28kg/m。
周邊孔的布置,在其他因素一定時(shí),超挖高度h隨周邊孔間距E的增大而增加;而對(duì)最小抵抗線W而言,它與超挖高度h則有近似拋物線的關(guān)系。
由此可見(jiàn),較小的E將有助于減少超挖,并提高輪廓的光滑性;而對(duì)W則是處于某一范圍內(nèi),才能使超挖控制在要求的目標(biāo)范圍內(nèi)。因此,為獲得較小的超挖和光滑的輪廓就必須使相對(duì)間距E/W處于合理的范圍內(nèi)。
2.3.1 爆破器材及裝藥方法
當(dāng)相鄰段位炮孔起爆時(shí)差小于50ms時(shí),振動(dòng)波會(huì)在圍巖中產(chǎn)生疊加作用,從而加大對(duì)圍巖的擾動(dòng)和破壞,使超挖增大。在條件大體相同的條件下,用等差雷管、半秒雷管和毫秒雷管所作的現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明,以“等差”雷管爆破效果最好、振動(dòng)小。采用毫秒雷管跳段使用也可以獲得較好的效果。在道德山隧道施工中選用毫秒隔段雷管。
裝藥方法有:(1)體積不耦合裝藥,即藥包直徑與掘進(jìn)炮眼藥包直徑不一樣,我們?cè)谑┕ぶ羞x用。(2)空氣間隔裝藥,我們?cè)谥苓吙字袘?yīng)用。(3)小直徑藥包,全孔均勻裝藥,周邊孔有時(shí)選擇用�？卓诰门谀喽氯�
有實(shí)驗(yàn)證明小藥包連續(xù)裝藥對(duì)控制超挖效果最好,比間隔裝藥和集中裝藥分別減少超挖16％和28％。因此,在爆破中宜推廣采用小直徑藥包的連續(xù)裝藥,我們選用的是Φ32小直徑藥卷。
2.3.2 確定爆破參數(shù)
(1)掏槽形式:因開(kāi)挖斷面較大,采用垂直楔形掏槽效率高。
(2)炮孔直徑:炮眼直徑選用Φ42。
(3)炮眼數(shù)量:N=qS/(aγ)
q為單位炸藥消耗量,經(jīng)實(shí)踐,取0.65kg/m3;S為開(kāi)挖斷面面積,117m2;a為裝藥系數(shù),根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取0.5;γ為0.78kg/m。計(jì)算N=195孔。
(4)炮眼深度:L=l/η,計(jì)劃循環(huán)進(jìn)尺l按3.5m設(shè)計(jì),炮眼利用率η一般不低于0.85,擬采用L=4m的周邊眼。
(5)藥量分配:計(jì)劃用藥量Q=qSl;符號(hào)意義同上,Q=266kg。如何分配？按裝藥估算系數(shù)計(jì)算。Qi=li×ai。
2.4 光爆設(shè)計(jì)
在Ⅱ級(jí)圍巖全斷面開(kāi)挖、斷面積117m2時(shí),每排炮爆破開(kāi)挖長(zhǎng)度3.3m～3.5m,鉆孔196個(gè)左右,炸藥用量指標(biāo)0.62～0.70kg/m3,一個(gè)循環(huán)炸藥用量230kg～280kg,凝灰熔巖用藥量選低值,花崗巖用藥量選高值。
光面爆破參數(shù)主要參考《客運(yùn)專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》(TZ214-2005)第6.3.6條光面爆破參數(shù)。
3 光面爆破實(shí)踐
因目前我們采用人工鑿巖,非大型機(jī)械造孔,自制人工鉆孔臺(tái)車架子,多人同時(shí)在架子上用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)人工造孔。將斷面上下分成五層,十個(gè)操作空間。層高在1.5m～2.2m。人員組織:每班需鉆工30人,另加現(xiàn)場(chǎng)安全員一名,總計(jì)31人,要形成連續(xù)作業(yè)班子,共需要32名工人,進(jìn)行一班半的人員配置完成連續(xù)倒班作業(yè)。工作風(fēng)槍YT-28型計(jì)28臺(tái),考慮到備用,有至少32臺(tái)風(fēng)槍才能滿足施工需要。
炮眼布置:中部主掏槽孔16個(gè),上部掏槽孔6個(gè),輔助孔104個(gè),周邊孔54個(gè),總計(jì)180個(gè)孔�？偣灿昧俗�1段到15段的奇數(shù)段位非電雷管。周邊孔采用導(dǎo)爆索起爆。按此爆破參數(shù)實(shí)踐,平均每炮進(jìn)尺3.54m,平均每排炮用藥量279kg、導(dǎo)爆索284.7m、非電雷管181發(fā)。
4 結(jié)語(yǔ)
道德山隧道在Ⅱ級(jí)圍巖全斷面鉆爆開(kāi)挖過(guò)程中,應(yīng)用光面爆破技術(shù)取得良好成績(jī),在多次“信用評(píng)價(jià)”中獲得好評(píng),在向莆鐵路有限公司的工作總結(jié)中,道德山隧道榮獲“光面爆破樣板工程”稱號(hào),可見(jiàn)光面爆破技術(shù)的應(yīng)用是隧道工程提高質(zhì)量、降低成本的必由之路。
參考文獻(xiàn)
[1] 王海亮.鐵路工程爆破[M].中國(guó)鐵道出版社,2001.
[2] TZ214-2005.客運(yùn)專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[M].中國(guó)鐵道出版社,2005.
關(guān)鍵詞:控制爆破 技術(shù)實(shí)踐
1 工程條件
道德山隧道為新建向莆鐵路中的一條隧道,全長(zhǎng)6043m,圍巖以Ⅱ級(jí)為研究基礎(chǔ)。
2 光面爆破設(shè)計(jì)
2.1 光面爆破的意義
隧道施工中,光爆質(zhì)量越好,隧道的安全度越高,施工成本越低。因此,研究和實(shí)施光面爆破技術(shù)在當(dāng)今隧道施工中是十分必要的,具有重要意義。
2.2 光面爆破施工要點(diǎn)
2.2.1 轉(zhuǎn)變“寧超勿欠”的傳統(tǒng)觀念
大部分“規(guī)范”要求嚴(yán)格,不允許欠挖,其實(shí)這是不科學(xué)的。在控制超欠挖的光爆技術(shù)的研究中,首先應(yīng)轉(zhuǎn)變觀念,即必須轉(zhuǎn)變“寧超勿欠”的傳統(tǒng)觀點(diǎn),樹(shù)立“少欠少超”的觀點(diǎn)。
2.2.2 提高鉆孔技術(shù)水平
鉆孔技術(shù)對(duì)隧道超欠挖的影響主要是周邊炮孔的外插角(q)、開(kāi)口位置(e)和鉆孔的深度(L),它們與超欠挖高度(h)有如下的關(guān)系:
h=e+Ltan(q/2)
(1)式表明:隨外插角q和鉆孔深度L的增大,h增大。
L是一個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo),可在設(shè)計(jì)中加以控制。一般情況下,都采用3.5m左右的鉆孔深度。深孔爆破的一次裝藥量也大,對(duì)周邊圍巖的損傷也大。這也不符合施工中盡可能地維護(hù)圍巖自身的、固有的強(qiáng)度的原則。
q和e主要取決于司鉆工的操作水平和所采用的鉆機(jī)的某些性能。通常,鉆機(jī)都有一個(gè)外緣高度,為保證后續(xù)掘進(jìn)能正常鉆孔,就必須有一個(gè)超挖高度hd。
此外由于鉆孔作業(yè)覆蓋空間所限,以及受隧道形狀的影響,拱部180度范圍內(nèi),則應(yīng)控制上仰角,而在兩側(cè)邊墻部位則應(yīng)控制水平的外插角。
周邊孔開(kāi)口位置e有三種情況,第一種情況是在放樣線處開(kāi)鉆孔,第二種情況是在放樣線外e處開(kāi)鉆孔,第三種情況是在放樣線內(nèi)移e處開(kāi)鉆孔。其出現(xiàn)機(jī)率和差值大小則主要決定于鉆孔水平。第一種情況不影響超欠挖;在第二種情況時(shí),將使超挖增加一個(gè)e值,而第三種情況,將使超挖減小一個(gè)e值,而出現(xiàn)欠挖。因而,鉆孔時(shí)先定位,后鉆進(jìn),并在掌子面上完整醒目地標(biāo)出周邊孔位線,把e控制在較小范圍內(nèi)(約在3cm)是可能的。
由(1)式可知:當(dāng)q、L一定時(shí),e作為一個(gè)獨(dú)立參數(shù),當(dāng)e為正值時(shí),隨e的增加,h增加;而當(dāng)e為負(fù)值時(shí),隨e的減小,h則減小。
從實(shí)際施工的經(jīng)驗(yàn)看,控制q是比較困難的,但控制e值是可能的。如一些國(guó)家容許一定的欠挖,即有意識(shí)地使e為負(fù)值(第三種情況),對(duì)減少超挖是有效的。
2.3 爆破參數(shù)的確定
在控制爆破中,主要的技術(shù)參數(shù)包括:單位巖石炸藥消耗量q、周邊孔線裝藥密度g、周邊孔布置等。合理地解決這些參數(shù)之間的配合,對(duì)減少超欠挖是至關(guān)重要的。
一般說(shuō),單位巖石炸藥消耗量q與平均線性超挖h呈線性正相關(guān)關(guān)系。周邊孔線裝藥密度q與超挖h大體上呈冪函數(shù)的關(guān)系而與炮眼保存率k則呈拋物線相關(guān)關(guān)系。在與相同的條件下,最優(yōu)的g值為0.18～0.28kg/m。
周邊孔的布置,在其他因素一定時(shí),超挖高度h隨周邊孔間距E的增大而增加;而對(duì)最小抵抗線W而言,它與超挖高度h則有近似拋物線的關(guān)系。
由此可見(jiàn),較小的E將有助于減少超挖,并提高輪廓的光滑性;而對(duì)W則是處于某一范圍內(nèi),才能使超挖控制在要求的目標(biāo)范圍內(nèi)。因此,為獲得較小的超挖和光滑的輪廓就必須使相對(duì)間距E/W處于合理的范圍內(nèi)。
2.3.1 爆破器材及裝藥方法
當(dāng)相鄰段位炮孔起爆時(shí)差小于50ms時(shí),振動(dòng)波會(huì)在圍巖中產(chǎn)生疊加作用,從而加大對(duì)圍巖的擾動(dòng)和破壞,使超挖增大。在條件大體相同的條件下,用等差雷管、半秒雷管和毫秒雷管所作的現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明,以“等差”雷管爆破效果最好、振動(dòng)小。采用毫秒雷管跳段使用也可以獲得較好的效果。在道德山隧道施工中選用毫秒隔段雷管。
裝藥方法有:(1)體積不耦合裝藥,即藥包直徑與掘進(jìn)炮眼藥包直徑不一樣,我們?cè)谑┕ぶ羞x用。(2)空氣間隔裝藥,我們?cè)谥苓吙字袘?yīng)用。(3)小直徑藥包,全孔均勻裝藥,周邊孔有時(shí)選擇用�？卓诰门谀喽氯�
有實(shí)驗(yàn)證明小藥包連續(xù)裝藥對(duì)控制超挖效果最好,比間隔裝藥和集中裝藥分別減少超挖16％和28％。因此,在爆破中宜推廣采用小直徑藥包的連續(xù)裝藥,我們選用的是Φ32小直徑藥卷。
2.3.2 確定爆破參數(shù)
(1)掏槽形式:因開(kāi)挖斷面較大,采用垂直楔形掏槽效率高。
(2)炮孔直徑:炮眼直徑選用Φ42。
(3)炮眼數(shù)量:N=qS/(aγ)
q為單位炸藥消耗量,經(jīng)實(shí)踐,取0.65kg/m3;S為開(kāi)挖斷面面積,117m2;a為裝藥系數(shù),根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取0.5;γ為0.78kg/m。計(jì)算N=195孔。
(4)炮眼深度:L=l/η,計(jì)劃循環(huán)進(jìn)尺l按3.5m設(shè)計(jì),炮眼利用率η一般不低于0.85,擬采用L=4m的周邊眼。
(5)藥量分配:計(jì)劃用藥量Q=qSl;符號(hào)意義同上,Q=266kg。如何分配？按裝藥估算系數(shù)計(jì)算。Qi=li×ai。
2.4 光爆設(shè)計(jì)
在Ⅱ級(jí)圍巖全斷面開(kāi)挖、斷面積117m2時(shí),每排炮爆破開(kāi)挖長(zhǎng)度3.3m～3.5m,鉆孔196個(gè)左右,炸藥用量指標(biāo)0.62～0.70kg/m3,一個(gè)循環(huán)炸藥用量230kg～280kg,凝灰熔巖用藥量選低值,花崗巖用藥量選高值。
光面爆破參數(shù)主要參考《客運(yùn)專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》(TZ214-2005)第6.3.6條光面爆破參數(shù)。
3 光面爆破實(shí)踐
因目前我們采用人工鑿巖,非大型機(jī)械造孔,自制人工鉆孔臺(tái)車架子,多人同時(shí)在架子上用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)人工造孔。將斷面上下分成五層,十個(gè)操作空間。層高在1.5m～2.2m。人員組織:每班需鉆工30人,另加現(xiàn)場(chǎng)安全員一名,總計(jì)31人,要形成連續(xù)作業(yè)班子,共需要32名工人,進(jìn)行一班半的人員配置完成連續(xù)倒班作業(yè)。工作風(fēng)槍YT-28型計(jì)28臺(tái),考慮到備用,有至少32臺(tái)風(fēng)槍才能滿足施工需要。
炮眼布置:中部主掏槽孔16個(gè),上部掏槽孔6個(gè),輔助孔104個(gè),周邊孔54個(gè),總計(jì)180個(gè)孔�？偣灿昧俗�1段到15段的奇數(shù)段位非電雷管。周邊孔采用導(dǎo)爆索起爆。按此爆破參數(shù)實(shí)踐,平均每炮進(jìn)尺3.54m,平均每排炮用藥量279kg、導(dǎo)爆索284.7m、非電雷管181發(fā)。
4 結(jié)語(yǔ)
道德山隧道在Ⅱ級(jí)圍巖全斷面鉆爆開(kāi)挖過(guò)程中,應(yīng)用光面爆破技術(shù)取得良好成績(jī),在多次“信用評(píng)價(jià)”中獲得好評(píng),在向莆鐵路有限公司的工作總結(jié)中,道德山隧道榮獲“光面爆破樣板工程”稱號(hào),可見(jiàn)光面爆破技術(shù)的應(yīng)用是隧道工程提高質(zhì)量、降低成本的必由之路。
參考文獻(xiàn)
[1] 王海亮.鐵路工程爆破[M].中國(guó)鐵道出版社,2001.
[2] TZ214-2005.客運(yùn)專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[M].中國(guó)鐵道出版社,2005.
