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隧道工程施工中光面爆破技术运用

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摘要:光面爆破技术日渐在隧道工程施工中受到重视。结合实际的隧道施工案例,详细地对光面爆破技术进行了介绍,包括具体的施工工艺、施工措施以及质量监控等,为后续隧道工程提供经验。

关键词:光面爆破;隧道施工;不耦合装药 

1工程概况

某隧道工程是新建单线铁路隧道,长272m。该工程在进口处以直线进入,但在全长中也有曲线,且进口处与出口处方向有3‰的坡度。该工程隧道的岩石属于石灰岩一类,施工过程中没有地下水渗入。

2实施方案

2.1施工方案

由于该单线铁路隧道较短,属于非重点工程,且施工队资金匮乏,设备不齐全,需要以人工风枪钻眼的方式进行挖掘,从进口处开始施工掘进,装载机出渣,上下台阶先开挖上部,再继续下挖。图1所示为隧道横断面示意图。该隧道具体施工顺序为:首先挖拱部,并用混凝土初喷,然后复喷;接着以台阶式开挖下部,并用混凝土进行二衬施工,且仰拱混凝土与铺底施工需保持35m的距离。在具体施工中,由于隧道浅埋围岩变形大,再加上实际干扰因素多和施工误差等,需要在实施工艺中增加隧道的预留变形量,宽度和高度各约预留10cm,所以隧道的实际挖掘高度为829cm,宽度为650cm。此次单线铁路隧道的施工方案优势在于资金花费小,施工危险小。加之单口的挖掘方式,对出口压力疏散、运输和通风等较为便捷;待挖通上部后,可以自然排烟,节约资源[1]。此外,该工程的施工顺序较大程度地提高了施工安全及效率。

2.2爆破方案

由于该隧道工程是电气化铁路隧道,需通过导线为机车提供动能,所以要在隧道顶部进行锚固件锚固,因此对顶部岩石的结实程度要求较高,采用光面爆破技术可以降低开挖过程中对周围岩石的扰动,从而达到对顶部岩石的整体性要求。另外,该技术可以较大程度地控制挖掘的范围,从而降低对岩石的损坏程度,达到工程项目的要求,同时也提高了工程施工的质量,降低了经济成本。爆破方案将该工程项目的开挖分为拱部和中下台阶3个部分。其中,拱部用水平布眼,以光面层爆破;中台阶垂直布眼,周边以预留光面层爆破;下台阶用水平布眼,并光面爆破。

3光面爆破施工技术

3.1技术参数和装药量结构

3.1.1合理确定周边眼间距在隧道施工中,影响光面爆破施工技术的重要参数是周边眼距。在我国,爆破技术的周边眼距按下式计算:(1)式(1)中:E为炸孔的距离(mm);d为炮眼的直径(mm)。在该工程项目中d取42mm,由于隧道的岩石以灰岩为主,硬度约80~100MPa,按照工程施工的基本要求,并确保灰岩的最大承载能力和减少损害,将炸孔的距离定为40cm。事实证明,炸孔间距为40cm是恰到好处,既没有欠挖,也没有超挖。3.1.2合理确定光面层厚度及炮眼集系数光面爆破技术的影响因素还有光面层厚度和炮眼集系数。光面层厚度是指周边眼和最外层辅助眼中间的岩石层,取厚度为N,周边眼间距为E、则周边眼密集系数K及W的关系为:,K值的大小决定爆破效果,须保证E<W,K一般取0.8~1.0。该工程取K为0.83,W为60cm。

3.1.3合理确定装药量在开凿隧道时,炸药的合理用量是保障隧道安全性和高质量的前提和准则。如果在钻眼内填充的炸药量过多,则会产生过大的冲击力,容易将爆破以外的周边岩石炸坏,甚至会产生掉块超挖等现象[2]。如果填充的炸药量过少,则不足以满足爆破效果,使爆破面积过小,出现欠挖等情况,此时还得重新对周围岩层补炮。因此,要严格控制炸药密度,确保爆破质量。3.1.4采用不耦合装药光面爆破所采用的炸药需要满足不耦合性,以满足同时爆破的需要。常规意义上采用的炸药不耦合性一般需要大于2,且要求直径较小的炸药以确保稳定性,从而保证爆破的准确性与安全性,达到爆破的最佳效果。(1)炸眼的炸药和装药结构。对于光爆技术所采用的炸药配比要有严格的限制。药卷一般选用岩石硝酸2#炸药,长200mm,宽25mm。炸眼通常选用小直径且不耦合的装药结构,不耦合系数约为1.7。(2)确保周边炸眼引爆时间的一致性。对于爆破来说,引爆时间的一致性是爆破的关键之一。炸眼与炸眼之间的距离相近时,如果炸药同时被引爆,就可以起到力量的叠加效应,达到事半功倍的效果。两个炸眼之间的岩石受双向拉力后会出现明显的裂缝,最终形成平整的截面。如果爆破时间出现差异,对于岩石来说就会受力不均匀,使岩石层变的曲折不平整。因此要严格把控炸药的引爆时间,完成高质量的爆破任务。

3.2施工工艺

3.2.1施工工艺流程施工工艺流程主要如下:测定围岩参数→爆破参数预设计→试爆破→爆破效果评判→调整爆破参数→确定爆破参数→结合围岩具体特征调整参数→钻爆作业。(1)测量定位。在开凿炮眼以前,要进行测量工作和布眼工作,要求测量人员熟悉隧道位置和精确定位,得到数据后的下一步工作是按照爆破设计图纸,确定每一个炮眼所在的位置,然后确定地点并作好标记,画好轨迹。要严格控制每一个坐标点的误差,要求最大误差≤5cm。(2)根据确定的位置进行打眼。打眼工作需要利用钻机设备进行,这就必须要将钻机设备与原有隧道方向周边保持一致,在规定地点准确地进行开槽打眼。(3)钻眼。钻眼过程要保证外插角与眼深相协调,一般情况下,当眼深在3m左右时,外斜角要求小于3˚;当眼深达到5m左右时,外插角要求小于2˚。炮眼深度要保持一致,保证在爆破后横截面在同一个平面上[3]。(4)清理孔中的杂物。在装炸药前,需用高压风管将已钻好的炮眼里面的废料、废渣清理干净,以便确保炸药填充一致,达到最佳效果。(5)炸药填装。每一个炮眼中填装的炸药量要基本保持一致,严格按照原设计图中的需求量进行填制。装药完成后,每一个炮眼都需要用炮泥堵塞。对于每一个炮眼需要的炸药量,需要精确计算,争取达到爆破的最佳状态。

3.2.2施工技术要点(1)确保施工过程中的四要素:齐、顺、平、准。其中“准”指在施工过程中进行精确的定位、打孔、测量等工作;“顺”指按照原先设定好的孔位依次开凿;“平”指开凿的孔位要有距离感,互相保持平行。“齐”指开凿深度要保持一致,进而保证截面平整统一。(2)确保孔的开凿质量。开凿爆破孔是开凿的基础,同时也最为关键。开凿时要有统一的施工管理人员进行规划和领导,使每个施工人员落到实处、精准定位,保质保量地完成自己的工作。还需给每一个施工人员进行区域划分,实行定人定岗体系,让其按照顺序依次作业,减少相互干扰所带来的不必要麻烦,提高工作效率。开凿完成后填装炸药及引线,完成爆破任务。

4结语

综上所述,光面爆破技术是克服传统爆破的一种新技术,简单实用、操作性强,可达到全新的标准。该技术是当前实现人工精准操作的最佳选择之一,可克服传统爆破施工方法的碎石乱飞和炮眼利用率低等情况,从而提高爆破周边岩石的稳定性,确保施工过程中更加快捷安全方便。这种技术可以使爆破面光滑平整,如刀切一般,而且不会出现超挖或欠挖的状况,对工程的质量起到优化的作用。相比传统爆破技术,该技术更加省工省力,能减少大量混凝土的喷射时间与用量,成本也急剧降低。当前我国已引进了光面爆破技术,但相关经验还不足以支撑精确爆破,需要在实践中不断创新和总结经验,将理论基础和实践相结合,彻底突破传统爆破技术的不足,从而提高隧道施工的工程质量。

参考文献:

[1]王建秀,邹宝平,胡力绳.隧道及地下工程光面爆破技术研究现状与展望[J].地下空间与工程学报,2013,9(4):800-807.

[2]曹琴,吴战,田新邦,等.光面爆破技术及其在隧道掘进中的应用[J].交通科技与经济,2015(4):105-109.

[3]李平.隧道光面爆破技术与应用[J].中国矿业,2007(7):108-109.

作者:欧全文 单位:中铁隧道集团三处有限公司

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