论文部分内容阅读
【摘要】:本文主要介绍茅荆坝隧道斜井在Ⅲ级围岩掘进时,对光面爆破进行优化设计,总结出了适合该斜井的光爆技术,从而有效地提高斜井施工质量,保证施工安全,加快施工进度,光面爆破这一工序特别是对长下坡斜井的快速施工有着关键性的作用。
【关键词】: 隧道斜井 光面爆破 技术
1、工程概况
茅荆坝隧道属于大广公路赤峰至承德高速公路,为分离式特长隧道,全长6774米,位于内蒙喀喇沁旗与河北省隆化县交界处。该隧道设计了一座通风斜井辅助正洞施工,斜井长度为802.5m,其中Ⅲ级围岩有618m,开挖宽度6.91m,高度6.68m,面积为50m2,设计坡率为-13.593%。斜井施工至正洞后,辅助正洞施工长度为1200m。
该斜井担负正洞的施工任务,为保证质量,保证工期,降低施工成本,而且斜井中Ⅲ级围岩居多,有条件组织快速施工。按照施工计划,拟计划12月15日完成,斜井月平均进尺要求在180m以上。
2、施工方案
茅荆坝隧道斜井辅助正洞施工,以实现长隧短打的目的,该斜井施工采用“新奥法(NATM)”原理,开挖采用平台配合风动凿岩机钻孔,光面爆破、锚喷支护、自卸汽车无轨运输、压入式通风技术。Ⅲ级围岩采用全断面施工,实行光面爆破能减少爆破对围岩的扰动,形成光滑平整的开挖轮廓,避免围岩应力集中,从而能较大程度地发挥围岩自承载力,而且搞好光面爆破还能有效地控制超欠挖,避免坍方。
岩石特征:根据地质及钻探揭露,斜井区段地层为第四系全新统冲洪积碎石和白垩系花岗岩、凝灰岩,为中风化至微风化岩,较坚硬岩,Rc=90.23Mpa,裂隙较发育,有滴水或线状水流。
3、斜井钻爆技术
3.1 钻眼机械与爆破器材
钻眼采用自制层式台架,设置三层,14台YT-28气腿式凿岩机可同时施钻,互不干扰,运用¢30mm六角钻钎和¢40mm型的合金钻头,炸药采用2#岩石铵锑炸药和乳化炸药(有水地段),规格均为¢30mm×20cm-150g,雷管1、3、5、7、9、11、13段抗水、抗静电、抗感应毫秒雷管,引爆采用塑料导爆管雷管及起爆器,周边眼用红色导爆索。
3.2爆破参数的优化设计
斜井运输采用无轨运输方式,由于钻孔作业台架下需要通过装载机械,而台架为开字形结构,中下部有较大面积无法进行直眼钻孔,选择了大楔形斜眼掏槽法,钻爆炮眼布置详见图1。
图1 光面爆破炮眼布置图
爆破参数表如下表1。
表1 Ⅲ级围岩光面爆破炮眼装药量及起爆顺序
眼
号 炮眼
类型 眼数(个) 眼深(m) 总长(m) 药卷(个) 单孔药量(kg) 总药量(kg) 起爆顺序
1-4 掏槽眼1 4 2.6 10.4 10 1.5 6.0 Ⅰ
5-10 掏槽眼2 6 4.1 24.6 14 2.1 12.6 Ⅱ
11-26 辅助眼1 16 3.5 56 12 1.8 28.8 Ⅲ
27-46 辅助眼2 20 3.5 70 10 1.5 30.0 Ⅳ
47-64 辅助眼3 18 3.5 63 10 1.5 27.0 Ⅳ
65-95 周边眼 31 3.5 108.5 5 0.75 23.25 Ⅴ
96-105 底眼 10 3.5 35 12 1.8 18 Ⅵ
合计 105 367.5 145.45
实际开挖面积 50 m2 循环进尺 3.3m 炸药单耗 0.88kg/ m3
3.3 钻眼
① 合理布置掏槽眼。隧道快速掘进的关键是掏槽的好坏,掏槽眼是为其余炮孔爆破创造第二个临空面,掏槽的成功与否决定整个光面爆破及至每个循环的进尺,同时减少了其它炮眼的夹制作用,有利于提高爆破率,获得最佳爆破效果。该斜井采用楔形掏槽法,充分扩大自由面。在施钻掏槽眼时,同一组掏槽眼之间必须保持水平、对称布置、深度一致、夹角相等,掏槽眼眼底最小抵抗线为30-50cm。掏槽眼施钻应由丰富经验的老师傅担当。
② 辅助眼是大量崩落岩石和继续掏槽的炮眼。辅助眼要均匀布置在掏槽眼和周边眼之间,使周边眼内侧形成凌空面,为周边眼创造一个理想的光面层。眼距控制为75cm,最小抵抗线按其眼距三分之二左右(50cm)。辅助眼平行斜井轴线,眼深一致。
③ 根据斜井断面和围岩情况,周边眼的眼距按50cm控制布置,周边眼平行于斜井轴线,由测量人员放出轴线平行线,参照平行线打周边眼,由有经验的人员直接引钎和指导周边眼的施钻。
周边眼的外插角大小是影响光面爆破效果的关键,虽然掌握外插角有一定难度,周边眼的眼底向外控制在10cm内,否则会明显起台。
④ 控制好底板标高。底眼整齐均匀在布置在底板以上10cm处,以利钻眼和防止灌水,采用俯角打设底眼。爆破后底板是否平整、是否超欠挖,关键在底眼的俯角是否适度,底眼的眼底应落在底板以下10cm,不能无限地往下插,眼口不能无限制地往上抬,否则都会造成底板超挖或欠挖。斜井底眼比一般隧道布置较困难,斜井底板倾角度较大。为了便于爆破和抛碴,因此底眼适当增加炸药量。由于掌子面容易積水、积淤,在施钻一个底眼后,应立即用木塞临时堵塞炮眼,防止石碴落入孔中,施钻完毕后再进行逐一清孔装药。
⑤ 钻眼采用分区定人、定钻、定时间的岗位责任制,严格按照爆破循环时间作业,尽量减少钻孔误差,提高钻眼精度,并按照爆破进尺独立考核。
3.4 控制装药量
① 掏槽眼:由于掏槽区域较大,其装药量显著要大于其它眼,因此,掏槽眼按眼深的70%左右装药;
② 辅助眼:按眼深的50%左右装药;
③ 周边眼:装药量必须根据岩石的硬度而定,同时严格控制好周边眼装药集中度,本斜井在岩中周边眼每米不超过250g;
④ 由于斜井装碴设备受到限制,为了保证出碴速度,开挖断面底部适当增加药量,使其能充分炸碎、抛掷岩石。
在装药过程中,随着岩石硬度的变化,药量也要有所调整。在光面爆破施工中要不断总结经验,不断提高,以达到用较少的消耗及用较短的时间,获得最佳光面爆破效果和理想的进尺。
3.5 爆破
斜井采用连续单数段毫秒雷管。按编号安装毫秒管,控制起爆顺序。
起爆网络为雷管引爆并联的分区分段毫秒导爆管,由导爆管起爆炸药;炸药爆破施工由具有一定经验持证的爆破工指导完成,光面爆破各参数实行量化管理。
3.6 光面爆破技术控制措施
① 爆破设计动态调整,爆破参数适时优化
根据围岩地质状况实行动态调整,合理选取钻爆参数和单位炸药消耗量,通过实践不断修正。周边眼采用光面爆破,不耦合间隔装药,使药量沿炮眼全长均匀分布,用毫秒微差爆破,周边眼位置在设计断面轮廓线上,允许沿轮廓线调整,其误差不大于5cm,眼底不超出开挖面轮廓线10cm;控制起爆顺序,以控制爆破震动的危害,减少超挖数量,炮眼保留率超过90%;当开挖面凸凹较大时,按实际情况,调整炮眼深度,力求所有炮眼(掏槽眼除外)眼底在同一垂直面上。
② 实行现场技术交底,执行“三检”制度
严格按设计方案实施,钻孔过程应严格按现场爆破员的技术交底进行钻孔、装药、联线、填塞。钻眼前应先定出开挖面中线、水平线和断面轮廓,标出炮眼位置,检查符合要求后方可钻眼;为方便布置周边眼和在钻眼过程中很好的控制,可采用水平尺和自制光爆辅助尺,钻孔采用分区定人定岗定位的方法,在钻孔过程中不断提高钻孔技术;执行三检制度,钻孔前检查炮眼布置,装药前检查钻孔精度,爆破前检查装药量、起爆顺序和雷管段别。
③ 坚持现场量测分析,提高光爆效果
根据围岩地质情况,每次钻爆循环后,应进行爆破效果的量测和观测,包括爆破震动速度、炮痕保留率、超欠挖、炮眼利用率、装药量、残眼深度及数量,抛碴距离、碴块大小等多方面的量测和数据对比分析,不断修正爆破设计,调整到一个合理的钻爆参数。
4、快速钻爆技术实施效果
隧道斜井采用楔形掏槽快速钻爆技术,实现了快速、高效、安全的施工目标,为保证整个隧道施工工期创造了条件。斜井全长802.5m,其中Ⅲ级围岩有618m,进入Ⅲ级围岩后,每循环进尺达到3.3m,最高月进尺为265m,经过近6个月的施工,斜井于2011年11月顺利进入正洞位置,并提前计划22天完成斜井的开挖,保证了工期要求。具体月进度情况详见表2。
表2 斜井逐月进度表
时间(月) 月进尺(m) 累计掘进(m) 备注
2011.6 25 25 进洞
2011.7 60 85 Ⅴ、Ⅳ级围岩
2011.8 83 168 Ⅳ、Ⅲ级围岩
2011.9 186 354 Ⅲ级围岩
2011.10 265 619 Ⅲ级围岩
2011.11 193.5 802.5 Ⅲ级围岩,至23日完成
斜井平均超挖小于8cm,最大超挖量小于13cm,無欠挖,炮眼利用率90%以上,较好地段达到95%;炮眼痕迹保存率:拱部达到94%以上,边墙达到90%以上,由此说明茅荆坝隧道斜井爆破设计较为合理。
表38月及10月下旬超挖情况对比表
施工日期8月/日 平均超挖/cm 最大超挖/cm 施工日期8月/日 平均超挖/cm 最大超挖/cm
21~22 15 27 21~22 7 13
23~24 13 24 23~24 9 14
25~26 14 26 25~26 8 12
27~28 10 15 27~28 6 12
29~30 11 17 29~30 9 15
5、结束语
本文主要通过茅荆坝隧道斜井中硬岩的钻爆法施工,结合地质条件和断面特点,并在施工中反复试验,进行爆破优化设计。该斜井采用经优化后的爆破设计的实践表明:在允许产生大块洞碴的情况下,利用斜眼进行掏槽,以简化掏槽眼从而节约时间;斜井光面爆破主要是控制周边眼各参数,在坚持小间距、少装药的前提下采用导爆索传爆,可以确保光面爆破的质量,满足斜井施工要求,达到较理想的光爆效果,加快施工进度,实现斜井的快速施工。
参考文献:
[1] 戴俊、王树仁:爆破工程,机械工业出版社,2005年
[2] 高存成:长大斜井快速施工技术与施工管理,隧道建设,2003年
[3] 黄成光:公路隧道施工,人民交通出版社,2001年
注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
【关键词】: 隧道斜井 光面爆破 技术
1、工程概况
茅荆坝隧道属于大广公路赤峰至承德高速公路,为分离式特长隧道,全长6774米,位于内蒙喀喇沁旗与河北省隆化县交界处。该隧道设计了一座通风斜井辅助正洞施工,斜井长度为802.5m,其中Ⅲ级围岩有618m,开挖宽度6.91m,高度6.68m,面积为50m2,设计坡率为-13.593%。斜井施工至正洞后,辅助正洞施工长度为1200m。
该斜井担负正洞的施工任务,为保证质量,保证工期,降低施工成本,而且斜井中Ⅲ级围岩居多,有条件组织快速施工。按照施工计划,拟计划12月15日完成,斜井月平均进尺要求在180m以上。
2、施工方案
茅荆坝隧道斜井辅助正洞施工,以实现长隧短打的目的,该斜井施工采用“新奥法(NATM)”原理,开挖采用平台配合风动凿岩机钻孔,光面爆破、锚喷支护、自卸汽车无轨运输、压入式通风技术。Ⅲ级围岩采用全断面施工,实行光面爆破能减少爆破对围岩的扰动,形成光滑平整的开挖轮廓,避免围岩应力集中,从而能较大程度地发挥围岩自承载力,而且搞好光面爆破还能有效地控制超欠挖,避免坍方。
岩石特征:根据地质及钻探揭露,斜井区段地层为第四系全新统冲洪积碎石和白垩系花岗岩、凝灰岩,为中风化至微风化岩,较坚硬岩,Rc=90.23Mpa,裂隙较发育,有滴水或线状水流。
3、斜井钻爆技术
3.1 钻眼机械与爆破器材
钻眼采用自制层式台架,设置三层,14台YT-28气腿式凿岩机可同时施钻,互不干扰,运用¢30mm六角钻钎和¢40mm型的合金钻头,炸药采用2#岩石铵锑炸药和乳化炸药(有水地段),规格均为¢30mm×20cm-150g,雷管1、3、5、7、9、11、13段抗水、抗静电、抗感应毫秒雷管,引爆采用塑料导爆管雷管及起爆器,周边眼用红色导爆索。
3.2爆破参数的优化设计
斜井运输采用无轨运输方式,由于钻孔作业台架下需要通过装载机械,而台架为开字形结构,中下部有较大面积无法进行直眼钻孔,选择了大楔形斜眼掏槽法,钻爆炮眼布置详见图1。
图1 光面爆破炮眼布置图
爆破参数表如下表1。
表1 Ⅲ级围岩光面爆破炮眼装药量及起爆顺序
眼
号 炮眼
类型 眼数(个) 眼深(m) 总长(m) 药卷(个) 单孔药量(kg) 总药量(kg) 起爆顺序
1-4 掏槽眼1 4 2.6 10.4 10 1.5 6.0 Ⅰ
5-10 掏槽眼2 6 4.1 24.6 14 2.1 12.6 Ⅱ
11-26 辅助眼1 16 3.5 56 12 1.8 28.8 Ⅲ
27-46 辅助眼2 20 3.5 70 10 1.5 30.0 Ⅳ
47-64 辅助眼3 18 3.5 63 10 1.5 27.0 Ⅳ
65-95 周边眼 31 3.5 108.5 5 0.75 23.25 Ⅴ
96-105 底眼 10 3.5 35 12 1.8 18 Ⅵ
合计 105 367.5 145.45
实际开挖面积 50 m2 循环进尺 3.3m 炸药单耗 0.88kg/ m3
3.3 钻眼
① 合理布置掏槽眼。隧道快速掘进的关键是掏槽的好坏,掏槽眼是为其余炮孔爆破创造第二个临空面,掏槽的成功与否决定整个光面爆破及至每个循环的进尺,同时减少了其它炮眼的夹制作用,有利于提高爆破率,获得最佳爆破效果。该斜井采用楔形掏槽法,充分扩大自由面。在施钻掏槽眼时,同一组掏槽眼之间必须保持水平、对称布置、深度一致、夹角相等,掏槽眼眼底最小抵抗线为30-50cm。掏槽眼施钻应由丰富经验的老师傅担当。
② 辅助眼是大量崩落岩石和继续掏槽的炮眼。辅助眼要均匀布置在掏槽眼和周边眼之间,使周边眼内侧形成凌空面,为周边眼创造一个理想的光面层。眼距控制为75cm,最小抵抗线按其眼距三分之二左右(50cm)。辅助眼平行斜井轴线,眼深一致。
③ 根据斜井断面和围岩情况,周边眼的眼距按50cm控制布置,周边眼平行于斜井轴线,由测量人员放出轴线平行线,参照平行线打周边眼,由有经验的人员直接引钎和指导周边眼的施钻。
周边眼的外插角大小是影响光面爆破效果的关键,虽然掌握外插角有一定难度,周边眼的眼底向外控制在10cm内,否则会明显起台。
④ 控制好底板标高。底眼整齐均匀在布置在底板以上10cm处,以利钻眼和防止灌水,采用俯角打设底眼。爆破后底板是否平整、是否超欠挖,关键在底眼的俯角是否适度,底眼的眼底应落在底板以下10cm,不能无限地往下插,眼口不能无限制地往上抬,否则都会造成底板超挖或欠挖。斜井底眼比一般隧道布置较困难,斜井底板倾角度较大。为了便于爆破和抛碴,因此底眼适当增加炸药量。由于掌子面容易積水、积淤,在施钻一个底眼后,应立即用木塞临时堵塞炮眼,防止石碴落入孔中,施钻完毕后再进行逐一清孔装药。
⑤ 钻眼采用分区定人、定钻、定时间的岗位责任制,严格按照爆破循环时间作业,尽量减少钻孔误差,提高钻眼精度,并按照爆破进尺独立考核。
3.4 控制装药量
① 掏槽眼:由于掏槽区域较大,其装药量显著要大于其它眼,因此,掏槽眼按眼深的70%左右装药;
② 辅助眼:按眼深的50%左右装药;
③ 周边眼:装药量必须根据岩石的硬度而定,同时严格控制好周边眼装药集中度,本斜井在岩中周边眼每米不超过250g;
④ 由于斜井装碴设备受到限制,为了保证出碴速度,开挖断面底部适当增加药量,使其能充分炸碎、抛掷岩石。
在装药过程中,随着岩石硬度的变化,药量也要有所调整。在光面爆破施工中要不断总结经验,不断提高,以达到用较少的消耗及用较短的时间,获得最佳光面爆破效果和理想的进尺。
3.5 爆破
斜井采用连续单数段毫秒雷管。按编号安装毫秒管,控制起爆顺序。
起爆网络为雷管引爆并联的分区分段毫秒导爆管,由导爆管起爆炸药;炸药爆破施工由具有一定经验持证的爆破工指导完成,光面爆破各参数实行量化管理。
3.6 光面爆破技术控制措施
① 爆破设计动态调整,爆破参数适时优化
根据围岩地质状况实行动态调整,合理选取钻爆参数和单位炸药消耗量,通过实践不断修正。周边眼采用光面爆破,不耦合间隔装药,使药量沿炮眼全长均匀分布,用毫秒微差爆破,周边眼位置在设计断面轮廓线上,允许沿轮廓线调整,其误差不大于5cm,眼底不超出开挖面轮廓线10cm;控制起爆顺序,以控制爆破震动的危害,减少超挖数量,炮眼保留率超过90%;当开挖面凸凹较大时,按实际情况,调整炮眼深度,力求所有炮眼(掏槽眼除外)眼底在同一垂直面上。
② 实行现场技术交底,执行“三检”制度
严格按设计方案实施,钻孔过程应严格按现场爆破员的技术交底进行钻孔、装药、联线、填塞。钻眼前应先定出开挖面中线、水平线和断面轮廓,标出炮眼位置,检查符合要求后方可钻眼;为方便布置周边眼和在钻眼过程中很好的控制,可采用水平尺和自制光爆辅助尺,钻孔采用分区定人定岗定位的方法,在钻孔过程中不断提高钻孔技术;执行三检制度,钻孔前检查炮眼布置,装药前检查钻孔精度,爆破前检查装药量、起爆顺序和雷管段别。
③ 坚持现场量测分析,提高光爆效果
根据围岩地质情况,每次钻爆循环后,应进行爆破效果的量测和观测,包括爆破震动速度、炮痕保留率、超欠挖、炮眼利用率、装药量、残眼深度及数量,抛碴距离、碴块大小等多方面的量测和数据对比分析,不断修正爆破设计,调整到一个合理的钻爆参数。
4、快速钻爆技术实施效果
隧道斜井采用楔形掏槽快速钻爆技术,实现了快速、高效、安全的施工目标,为保证整个隧道施工工期创造了条件。斜井全长802.5m,其中Ⅲ级围岩有618m,进入Ⅲ级围岩后,每循环进尺达到3.3m,最高月进尺为265m,经过近6个月的施工,斜井于2011年11月顺利进入正洞位置,并提前计划22天完成斜井的开挖,保证了工期要求。具体月进度情况详见表2。
表2 斜井逐月进度表
时间(月) 月进尺(m) 累计掘进(m) 备注
2011.6 25 25 进洞
2011.7 60 85 Ⅴ、Ⅳ级围岩
2011.8 83 168 Ⅳ、Ⅲ级围岩
2011.9 186 354 Ⅲ级围岩
2011.10 265 619 Ⅲ级围岩
2011.11 193.5 802.5 Ⅲ级围岩,至23日完成
斜井平均超挖小于8cm,最大超挖量小于13cm,無欠挖,炮眼利用率90%以上,较好地段达到95%;炮眼痕迹保存率:拱部达到94%以上,边墙达到90%以上,由此说明茅荆坝隧道斜井爆破设计较为合理。
表38月及10月下旬超挖情况对比表
施工日期8月/日 平均超挖/cm 最大超挖/cm 施工日期8月/日 平均超挖/cm 最大超挖/cm
21~22 15 27 21~22 7 13
23~24 13 24 23~24 9 14
25~26 14 26 25~26 8 12
27~28 10 15 27~28 6 12
29~30 11 17 29~30 9 15
5、结束语
本文主要通过茅荆坝隧道斜井中硬岩的钻爆法施工,结合地质条件和断面特点,并在施工中反复试验,进行爆破优化设计。该斜井采用经优化后的爆破设计的实践表明:在允许产生大块洞碴的情况下,利用斜眼进行掏槽,以简化掏槽眼从而节约时间;斜井光面爆破主要是控制周边眼各参数,在坚持小间距、少装药的前提下采用导爆索传爆,可以确保光面爆破的质量,满足斜井施工要求,达到较理想的光爆效果,加快施工进度,实现斜井的快速施工。
参考文献:
[1] 戴俊、王树仁:爆破工程,机械工业出版社,2005年
[2] 高存成:长大斜井快速施工技术与施工管理,隧道建设,2003年
[3] 黄成光:公路隧道施工,人民交通出版社,2001年
注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。