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凤凰山隧道光面爆破技术范文

时间:2022-05-26 10:28:21

凤凰山隧道光面爆破技术

【论文关键词】隧道;光面爆破;技术参数;效果

【论文摘要】凤凰山隧道应用光面爆破技术,有效控制隧道的超欠挖,减少了爆破对围岩的扰动,加快了掘进速度,控制施工成本,取得较理想的爆破效果。文章着重介绍凤凰山隧道光爆参数的选定及爆破效果。

一、工程概况

(一)工程简介

新建黄织铁路凤凰山隧道全长6662m,是本标段控制工程,也是本线的控制工程;隧道Ⅱ级围岩3559m,Ⅲ级围岩906m,Ⅳ级围岩2178m,Ⅴ级围岩10m。

(二)工程地质

隧道通过地带为岩溶中山地貌,山脊与沟谷、岩溶洼地、漏斗相间,第四系土层零星分布,基岩大面积出露。隧道穿越地段按围岩分级划分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩。Ⅱ级围岩岩质新鲜、坚硬、裂隙欠发育,岩体为块状结构,围岩稳定。Ⅲ级围岩岩质弱风化,裂隙较发育,多薄层结构,围岩基本稳定。Ⅳ级围岩裂隙发育,岩体为破碎结构,围岩稳定性差,易掉块。

隧道开挖采用钻爆法开挖,为保证开挖轮廓成型质量,岩面平整,减少围岩扰动,增强围岩的自身承载能力,保护围岩不被破坏,减小安全隐患,因此,凤凰山隧道施工中采用光面爆破技术。

(三)施工方案基本情况

1.开挖断面大小。Ⅳ级围岩断面积为52m2,每循环需10小时,进尺2.70m,采用台阶法开挖。Ⅱ、Ⅲ级围岩断面积为42m2,每循环需8小时,进尺2.70m,采用全断面开挖。

2.施工设备配备。凤凰山隧道施工中,采用工字钢、钢管、钢筋等焊接自制成钻孔台架,台架上安装有高压风、钢管、通用闸阀、连接风钻、照明配电盒及照明灯具,可以供15台风钻同时钻眼施工。机械排险后,用装载机将台架抬至工作面,只需5分钟即可就位。就位后,人工在台架的各个区域排险,互不影响,紧接着测量放样,采用15台YT-28式气腿式凿岩机钻孔同时钻眼,钻眼孔径为40mm。

二、光面爆破的优点

1.减少超欠挖,减少炸药用量,减少支护混凝土用量;

2.爆破后岩面平整,岩碴块度均匀较小,利于装碴,为后期铺挂防水板及二次衬砌施工缩短时间;

3.减少支护投入,节约施工成本,增加效益。

三、光面爆破设计

1.光面爆破的起爆顺序。起爆顺序:掏槽炮→扩槽炮→内圈炮→周边炮→底板炮→底角炮。

2.光面爆破参数的确定

(1)周边孔间距E。周边眼通常布置在距开挖断面边缘0.1m至0.2m处,光爆孔的孔底的孔底朝隧道开挖轮廓线方向倾斜3~5°。当爆孔孔径D为40mm时,周边孔间距E=(10~16)D,Ⅱ、Ⅲ级围岩周边眼的间距为0.55m,Ⅳ级围岩约为0.50m比较合适。

(2)光爆层厚度W。光爆层厚度就是周边眼最小抵抗线,它与开挖的隧道断面大小有关。断面大,光爆眼所受到的夹制作用小,岩石比较容易崩落,可以大些;断面小,光爆眼受到的夹制力大,光爆层厚度相对要小些。同时,光爆层厚度与岩石的性质和地质构造有关,坚硬岩石光爆层可小些,松软破碎的岩石光爆层可大些。凤凰山隧道光爆层厚度W=0.5m~0.8m,Ⅱ、Ⅲ级围岩W取55cm,Ⅳ级围岩W取60cm。

(3)密集系数K。周边眼密度系数是周边眼间距E与光爆层厚度W的比值,是影响爆破效果的重要因素。

K=E/W(K取值0.8)

(4)孔深L。围岩循环进尺:L=0.5×B×90%=0.5×6.0×90%=2.70m(隧道宽度B=6.0m)。除掏槽眼和底角眼取值3.2m外,其余各眼炮孔深度取3.0m。在实际操作中应视掌子面的凹凸情况,调整各炮眼钻孔长度,使所有炮眼眼底处于同一垂直面上。

(5)装药量Q。一是确定炸药单耗量q,炸药单耗量对装药效率、炮孔利用率、开挖壁面的平整程度和围岩的稳定性都有较大的影响。它取决于岩性、断面积、炮孔直径和炮孔深度等多种因素。q取值1.2kg/m3。二是装药集中度Q。光面爆破装药量的计算,主要是确定周边眼光爆层炮眼装药集中度,即

Q=qEW

Q确定为0.11~0.30kg/m。

(6)炮孔数量N。炮孔数量取决于掘进断面积、岩石性能和炸药性能。孔数过少将造成大块增多,周壁不平整,甚至会出现炸不开的情况;相反,孔数过多将使凿岩工作量增大。

N=0.0012qS/ad2

式中N—炮孔数量,个;q—单位炸药消耗量,取1.2kg/m3;S—开挖断面面积,(Ⅳ级围岩S=52m2,Ⅱ、Ⅲ级围岩S=42m2)a—炮眼装填系数,取0.62;d—炸药直径,硝铵炸药为32mm。Ⅱ、Ⅲ级围岩炮孔数量N=95个,Ⅳ级围岩炮孔数量N=118个。

3.装药结构。周边眼装药采用径向不偶合间隔装药结构,不偶合系数为1.5~2.0。所有爆眼统一装φ32标准药卷,周边眼间隔装药,岩石炸药与乳化炸药混装,周边眼药卷不需绑在竹片上,直接装入,孔口用炮泥堵塞。光面爆破装药过程中,如果只注意控制周边眼用药量而忽视内圈辅助眼的药量控制,很难达到理想的爆破效果。因此,为保证光爆效果,司钻手定岗定位,掏槽眼、底板眼、辅助眼、周边眼(又分拱部、拱墙、边墙)都实行专人负责。

4.起爆方法。隧道爆破从掏槽眼到辅助眼至周边眼,采用多段微差毫杪雷管起爆由里向外起爆,其中周边眼比辅助眼要跳2段,间隔时间为25~100毫秒,且用同一段雷管同时起爆。

四、光面爆破参数的调整

光面爆破是一项能有效控制岩体开挖轮廓减少超欠挖的爆破技术,通过对隧道周边进行正确的钻孔和爆破,可以保留完整的周边轮廓及减少对围岩的扰动。确定合理的光爆参数,是获得良好光面爆破效果的重要保证。

凤凰山隧道钻孔直径为φ40mm,钻孔深度为3m(除掏槽眼和底角眼取值3.2m),爆破中使用2号岩石铵梯炸药和乳化炸药。在施工中分别对周边眼间距为40cm,50cm,55cm,60cm,65cm,70cm、光爆层厚度及炮孔数量等进行多次现场爆破试验,总结出以下爆破技术参数:

1.周边眼间距E:当爆孔孔径D为40mm时,Ⅱ、Ⅲ级围岩周边眼的间距为0.55m,Ⅳ级围岩约为0.50m比较合适。

2.Ⅱ、Ⅲ级围岩光爆层厚度W取55cm,Ⅳ级围岩W取60cm。

3.密集系数K。K取值0.8

4.孔深L。隧道光面爆破,周边眼的深度,取决于钻眼精度。本隧道钻眼深度L取值3.0m,进尺2.70m。

5.装药量Q。经过现场试验和施工经验数据,装药量Q确定为0.20kg/m。

6.炮孔数量N。N=0.0012qS/ad2。考虑到周边眼适当加密,不同围岩级别相应增加8~10个炮孔,Ⅱ、Ⅲ级围岩炮眼总数选取104个,Ⅳ级围岩炮眼总数选取128个。

五、爆破效果

1.周边轮廓基本符合设计要求,爆破后岩石壁面基本平整,起伏度在15cm以内。

2.爆破后岩面保留有半眼孔痕,整体性好的围岩半眼率大于85%。

3.爆破后,在围岩壁面上无粉碎损伤,无明显新生裂隙,对围岩破坏轻微。

4.爆破后围岩稳定,基本无剥落现象,大的危石浮石少。

5.循环进尺理想。当炮眼深度达3.0m时,每循环进尺达到2.7m以上。

6.石碴最大块40cm,碴堆集中,抛距30m。

六、结论

1.爆破设计是隧道开挖的关键技术,在进行爆破设计时应根据隧道断面大小、围岩级别、机械设备等进行综合考虑。

2.对同级围岩,根据其岩石构造、破碎程度等不同情况,选取不同的光爆参数,可获得比较的理想效果。

3.合理选用炸药品种和优化装药结构是保证光爆质量的重要因素。

4.提高测量画线布眼精度是保证光爆质量的一项重要措施。

5.加强对起爆顺序和光爆孔起爆时差的控制,为光爆孔提拱良好的爆破条件新晨

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