隧道開挖施工光面爆破技術(shù)總結(jié)

XX隧道開挖施工光面爆破技術(shù)內(nèi)容提要：本文詳細(xì)介紹了光面爆破技術(shù)隧道開挖施工中的成功應(yīng)用，并結(jié)合XX隧道施工情況，總結(jié)出隧道光面爆破施工技術(shù)和施工工藝。關(guān)鍵詞：隧道施工技術(shù)光面爆破1.工程概況XX隧道位于XX省XX縣XX鎮(zhèn)XX村所轄，為分離式雙線公路隧道，左線全長(zhǎng)1717米m,右線全長(zhǎng)2082米，總長(zhǎng)4169米。隧道主要穿越變質(zhì)巖系地層，巖性比較單一，變余砂巖夾粉砂質(zhì)板巖為主。巖質(zhì)軟硬相兼，板理和節(jié)理裂隙較發(fā)育，多有泥質(zhì)充填，部分地段地下水豐富，隧道圍巖以Ⅱ、Ⅲ級(jí)為主。該隧道于XX年6月開工,XX年5月12日貫通。該隧道Ⅱ級(jí)圍巖地段長(zhǎng)2050m,Ⅲ級(jí)圍巖地段長(zhǎng)970m，Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖占整個(gè)隧道長(zhǎng)度的80%左右，均采用全斷面光面爆破開挖。2全斷面光面爆破開挖2.1理論依據(jù)光面爆破是一項(xiàng)能有效控制巖體開挖輪廓減少超欠挖的爆破技術(shù),通過對(duì)隧道掌子面及周邊進(jìn)行正確的鉆孔和爆破,可以形成規(guī)整的周邊輪廓壁面并能達(dá)到盡量保留炮眼痕跡和減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)。周邊眼間距(E)、周邊眼密集系數(shù)(m)、最小抵抗線(W)、不耦合系數(shù)(D)、和裝藥集中度(q)。在XX隧道Ⅱ級(jí)、Ⅲ圍巖開挖施工中通過現(xiàn)場(chǎng)開挖光爆試驗(yàn)選定的各光爆參數(shù)如下:2.1.1光面爆破不耦合系數(shù)(D)和裝藥直徑(di)D=dk/di=[(1-a)(ρ0/[σc])1/r+a]1/2式中D———不耦合系數(shù);dk———炮眼直徑(mm)；di———裝藥直徑(mm)；a———爆生氣體分子余容系數(shù),a=0.395；ρ0———爆生氣體初始?jí)毫?ρ0=6.997Pa；[σc]———巖石三軸抗壓強(qiáng)度,對(duì)于中硬的砂巖[σc]=800MPa；r———絕熱指數(shù),1/r=0.8299。將上述數(shù)據(jù)代入后,D=(1-0.395)×(6.997÷800)0.8299+0.395=2.01則di=dk/D=5/2.01=25mm（實(shí)際中炮眼直徑為4.5-5cm左右）。當(dāng)采用直徑為25mm乳化炸藥。采用直徑25mm的炸藥后,實(shí)際周邊不耦合系數(shù)D=45（50）/25=1.8（2）,符合規(guī)范D=1.5～2.0的要求。2.1.2最小抵抗線周邊眼密集系數(shù)周邊眼間距(E)、最小抵抗線(W)、周邊眼密集系數(shù)(m)參照規(guī)范,周邊眼間距取值范圍為(8～18)dk,即336～756mm。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,E值取500mm。最小抵抗線W=1.25E=625mm；周邊眼密集系數(shù)m=E/W=0.8;2.1.3裝藥集中度(q)周邊眼裝藥集中度按規(guī)范取值范圍為0.04～0.30kgPm。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,q值取0.2kg/m。2.1.4循環(huán)進(jìn)尺L=0.5B=0.5×12.4=6.2m(B為隧道斷面寬度,B=12.4m)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)取L=3.5m。（主要綜合考慮鉆孔難度和保證進(jìn)尺長(zhǎng)度）2.1.5炮眼直徑及孔深鉆孔采用YT228風(fēng)鉆,炮眼孔徑為45-50mm。為克服巖石的夾制作用,除掏槽眼深度取4.5m以外,其余各眼炮孔深度取3.5m。在實(shí)際操作中應(yīng)視掌子面的凹凸情況,調(diào)整各炮眼鉆孔長(zhǎng)度,使所有炮眼(除掏槽眼和底角眼外)眼底處于同一垂直面上。2.1.6炸藥品種周邊眼采用<25mm×200mm防水乳化炸藥,其它眼采用<32mm二號(hào)巖石硝銨炸藥。2.1.7炮眼數(shù)量N=0.0012qS/ad2式中N———每循環(huán)炮眼數(shù)目(個(gè));q———單位炸藥消耗量,取0.65kg/m3;S———開挖斷面面積,S=86.52m2;d———炸藥直徑,硝銨炸藥為32mm;a———炮眼裝填系數(shù),取0.62;將上述數(shù)據(jù)代入后,N=0.0012×0.65×86.52/(0.62×0.0322)=106(個(gè))將此理論計(jì)算值作為參考,考慮到周邊眼適當(dāng)加密,我們暫選取炮眼總數(shù)為110-120個(gè)。2.2施工流程2.2.1機(jī)械排險(xiǎn)和臺(tái)車就位2.2.2測(cè)量布眼:用全站儀在掌子面上準(zhǔn)確定出開挖輪廓線、周邊眼及掏槽眼位置。在測(cè)量的同時(shí)對(duì)前一個(gè)循環(huán)的爆破效果進(jìn)行檢查,分析檢查結(jié)果,合理調(diào)整光爆參數(shù)。2.2.3鉆孔裝藥:周邊眼采用間隔裝藥,眼底部分適當(dāng)增加藥量,導(dǎo)爆索連接、竹片串聯(lián)；其它炮眼采用連續(xù)裝藥,全部采用反向起爆裝藥結(jié)構(gòu)。裝藥按炮眼藥量分配表確定的裝藥量自上而下進(jìn)行,雷管“對(duì)號(hào)入座”,裝藥后所有炮眼應(yīng)堵塞炮泥,堵塞長(zhǎng)度≮20cm。2.2.4起爆網(wǎng)絡(luò):各眼的導(dǎo)爆索引線連接采用“一把抓”形式,同組連接線采用同段非電毫秒延期雷管。2.3計(jì)劃安排Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖均采用全斷面開挖,運(yùn)用自制鉆孔臺(tái)架,實(shí)施14臺(tái)風(fēng)鉆同時(shí)司鉆、大斷面錐形掏槽、巖石炸藥和乳化炸藥共同使用、機(jī)械化配套、單機(jī)壓入式通風(fēng),鉆眼用YT-28氣腿式風(fēng)鉆及<40鉆頭,統(tǒng)一裝<32標(biāo)準(zhǔn)藥卷,周邊眼間隔裝藥,巖石炸藥與乳化炸藥混裝,周邊眼藥卷不需綁在竹片上,直接裝入。為保證光爆效果,司鉆手定崗定位,掏槽眼、內(nèi)圈眼、輔助眼（輔助眼）、周邊眼(又分拱部、左邊墻、右邊墻)都專人負(fù)責(zé)。掘進(jìn)單循環(huán)平均時(shí)間為11-12小時(shí),平均循環(huán)進(jìn)尺3.5m，日進(jìn)尺6-7米。全斷面開挖循環(huán)時(shí)間見下表1：表1每循環(huán)開挖橫道圖作業(yè)項(xiàng)目時(shí)間循環(huán)時(shí)間（小時(shí)時(shí)）123456789101112臺(tái)車就位0.5測(cè)量放樣1鉆孔裝藥6臺(tái)車退出0.5通風(fēng)0.5出渣3.52.4主要施工方法2.4.1開挖臺(tái)車XX隧道開挖臺(tái)車采用工字鋼、鋼管、鋼筋等焊接加工而成,臺(tái)架上安裝有高壓風(fēng)、水鋼管,通過閘閥,連接風(fēng)鉆、照明配電盒及照明燈具,可以10臺(tái)風(fēng)鉆同時(shí)施工。機(jī)械排險(xiǎn)后,直接用60裝載機(jī)拖住臺(tái)車上橫梁將開挖臺(tái)車運(yùn)至開挖掌子面,距工作面100m處,只需10分鐘左右即可就位。就位后,工人在臺(tái)架的各個(gè)區(qū)域排險(xiǎn),互不影響,緊接著測(cè)量放樣,出碴完到開鉆只需30分鐘,鉆孔臺(tái)架結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單(見圖2),加工比較方便，整個(gè)臺(tái)車各種鋼材8噸左右。2.4.2大斷面錐形掏槽從左、右、上三個(gè)方向掏槽,掏槽面積20m2,掏槽眼總數(shù)16個(gè),掏槽眼傾角15度，凈深4.5m,掏槽體積60m3左右。其優(yōu)點(diǎn)是掏槽面積大、夾制力小、成功率高;掏槽眼分布稀疏,可減少炮孔數(shù)量(Ⅱ級(jí)圍巖開挖斷面86.52m2,炮孔在110-120個(gè)左右)、雷管和炸藥數(shù)量(kg/m3左右),14臺(tái)風(fēng)鉆同時(shí)掏槽,不會(huì)因掏槽眼較密而控制鉆爆時(shí)間。掏槽眼布置見下圖1。掏槽眼鉆孔示意圖 （圖1）鉆孔臺(tái)架上風(fēng)鉆布置圖（圖2）鉆孔炮眼布置圖（圖3）2.5光爆效果2.5.1循環(huán)進(jìn)尺理想。當(dāng)炮眼深度達(dá)3.5m時(shí),每循環(huán)進(jìn)尺達(dá)到3m以上。2.5.2開挖面規(guī)則成型。平均線超挖<15cm,最大線超挖<25cm,局部欠挖<5cm。2.5.3炮眼痕跡保存率達(dá)90%,爆破后圍巖穩(wěn)定,基本無剝落現(xiàn)象。2.5.4兩炮銜接臺(tái)階最大尺寸15cm,炮眼利用率達(dá)95%以上。2.5.5石碴最大塊<35cm,碴堆集中,拋距<20m。光爆效果圖（圖4）3、體會(huì)3.1對(duì)同級(jí)圍巖,根據(jù)其巖石構(gòu)造、破碎程度等不同情況,選取不同的光爆參數(shù),可獲得較理想的爆破效果。隧道爆破施工中,同一隧道不同地段地質(zhì)常有巖石軟硬不均、風(fēng)化程度不同、節(jié)理發(fā)育不均等實(shí)際情況,光爆試驗(yàn)選定的光爆參數(shù)在使用時(shí)要針對(duì)不同的地質(zhì)條件作合理的調(diào)整。對(duì)于巖石變軟或風(fēng)化趨于嚴(yán)重或節(jié)理較發(fā)育的情況,宜將周邊眼的間距(E)、線裝藥密度(q)適當(dāng)減小;反之增大。3.2合理選用炸藥品種和優(yōu)化裝藥結(jié)構(gòu)是保證光爆質(zhì)量的重要因素。由于周邊眼的炸藥爆炸直接擾動(dòng)周邊圍巖,所以應(yīng)采用小直徑爆力低的炸藥,如乳化炸藥、銨油炸藥等。周邊眼應(yīng)采用間隔裝藥,且相鄰炮眼所用藥串的藥卷位置應(yīng)錯(cuò)開,使炸藥在光爆孔內(nèi)均勻分布,爆炸后可形成規(guī)整的壁面。采用反向裝藥結(jié)構(gòu)可獲得較好的石碴塊度,因眼底夾制作用大一些,應(yīng)在底部加強(qiáng)裝藥,避免周邊眼留底現(xiàn)象。另外,在采用竹片串聯(lián)安裝藥卷時(shí),竹片應(yīng)放置在靠邊墻一側(cè),這樣可以降低爆破對(duì)側(cè)部圍巖的擾動(dòng)。3.3提高測(cè)量畫線布眼精度是保證光爆質(zhì)量的一項(xiàng)重要措施。一般隧道施工測(cè)量常用經(jīng)緯儀、水平儀測(cè)出中線、水平,再用“五寸臺(tái)”法畫線布眼,這種方法簡(jiǎn)單方便,但精度低。在山尾旗隧道施工中由于采用了激光經(jīng)緯儀配合炮眼指示儀進(jìn)行畫線布眼,大大提高了畫線布眼的精度,從而實(shí)現(xiàn)了光爆參數(shù)E、W值在掌子面的準(zhǔn)確定位,降低了施工測(cè)量誤差對(duì)光爆質(zhì)量的影響。3.4預(yù)留光爆層留待下一循環(huán)爆破可改善光爆質(zhì)量。在XX隧道爆破施工中發(fā)現(xiàn)拱部的光面效果好于邊墻。經(jīng)我們分析,究其原因在于,邊墻光爆孔起爆前被其它眼的爆炸碴堆積過高,使邊墻光爆孔的爆破增加抵抗作用,邊墻光爆層抵抗線增大,即增加“附加抵抗線”。因此,邊墻周邊爆破對(duì)側(cè)部圍巖擾動(dòng)增大,以致影響側(cè)部光爆質(zhì)量。針對(duì)這一情況,我們采取了預(yù)留光爆層,與下一循環(huán)一同爆破的方法。實(shí)踐表明,上一循環(huán)光爆孔的起爆時(shí)間選在與后續(xù)循環(huán)擴(kuò)槽孔一同起爆比較理想,因?yàn)榇饲捌鸨奶筒鄄攴搅可?拋散距離遠(yuǎn),不會(huì)增加邊墻光爆抵抗線,采用此辦法對(duì)邊墻的光爆質(zhì)量有顯著改善。3.5加強(qiáng)對(duì)起爆順序和光爆孔