软弱围岩隧道爆破技术设计

[12-11 16:59:40]   来源:http://www.tmgc8.com  隧道工程   阅读:3527

摘要:文章主要介绍了济邵高速公路新林隧道程地质和水文地质条件,探讨了在软弱围岩地段隧道爆破施工技术,分析了光面爆破设计及安全施工对策,并对钻爆法的设计施工组织为同类工程提供参考。

关键词:软弱围岩;隧道爆破;设计;施工技术     
 
        1工程概况
        新林隧道位于王屋山区,隧道为分离式隧道,全长670m。隧道位于王屋乡新林小学附近,属侵蚀剥蚀底山丘陵区(Ⅱ)。隧道轴线通过处最高海拔约578 m,最大相对高差约55m。山体走向呈南北向。新林隧道区内岩石节理裂隙普遍发育,隧道区围岩主要发育产状为90°∠88°、60°∠85°、200°∠28°、183°∠40°的四组节理,节理以平直为主,多闭合,节理密度2~5条/m,局部密集可达7条/m。隧道区段内岩石为砂岩、粉砂质泥岩,抗风化能力较弱。进洞口段自然坡向东倾,地形坡度200~400,为斜坡地形,表面残坡积层较薄,部分缺失,岩性为亚粘土,属V级围岩,下伏基岩为三叠系二马营组砂岩、粉砂质泥岩,强风化层厚约1.5m,围岩稳定性差,BQ<250,属于Ⅴ级围岩。
        本隧道穿过砂岩强风化、弱风化层,埋置浅,地下水不发育,主要为基岩裂隙水,水量较贫乏
        2软弱围岩隧道爆破开挖方案确定
        在开挖过程中应根据围岩类别(或级别)选用合理的爆破参数和掏槽形式、爆破材料、起爆方式、装药结构及堵塞材料,尽量减小爆破对围岩和邻近洞室的扰动和破坏,严格控制超欠挖和爆破震动速度,充分保护围岩的自承能力。前一洞室爆破对相邻洞室爆破震动速度的影响应控制在5cm/s之内。
        3钻爆设计
        3.1钻爆设计方案
        总的设计思想是拱部采用光面爆破,边墙采用预裂爆破,核心采用控制爆破,掏槽采用抛掷爆破的综合控制爆破技术。根据开挖方法分别采用半断面及全断面两种爆破方式,采用非电毫秒雷管爆破网路。对Ⅴ级和Ⅳ级围岩采用半断面台阶方式爆破,为减轻爆破对围岩的扰动,开挖断面采用多段位非电雷管进行网路设计。
        根据本项目围岩特点,Ⅳ级围岩为软弱粉砂岩,采用直眼掏槽、斜眼掏槽混合使用。眼深小于2m时采用斜眼掏槽。
        在风化、破碎较严重的地质条件下,宜采用光面爆破或轮廓线钻眼法,或者预留光面层光面爆破开挖修边。
        3.2底板眼钻爆要求
        ①将底板眼分成几段分开起爆,这样能减少底板眼同段起爆,共同作用的炸药量,改变了底板眼抵抗线的方向,实际上缩小了底板眼的抵抗线,从而可以减小底板眼爆破产生的地震强度。
        ②起爆顺序:掏槽眼→掘进眼→内圈眼→底板眼→周边眼。
        ③选择雷管段号时注意三点:第一,合理的段间隔时间;第二,同一段炮眼的装药量应小于最大单段的允许装药量;第三,前一段的爆破要尽量为后段爆破创造良好的临空面。
        3.3爆破参数的选择
        通过对爆破试验确定爆破参数,光面爆破参数
        对爆破参数选择的注意事项:
        ①软岩隧道采用光面爆破的相对距离(E/W)宜采用表中的最小值。
        ②装药集中度(q)按照2号岩石硝铵炸药考虑,当采用其它炸药时应进行换填,换算指标主要是猛度和爆力(平均值)。
   ③采用光面爆破时,爆破振动速度应控制在:中硬岩15 cm/s,软岩5 cm/s。要求爆破的振动速度是根据离开挖工作面1~2倍洞跨处实测得的,它可以用速度传感器将所得的信号通过测震仪放大,在光线示波器记录得到。光面爆破以后,开挖岩面上不应该有明显的爆震裂缝。
        3.4软弱围岩光面爆破器材的选择
        ①掏槽眼、掘进眼选用乳化炸药。
        ②周边眼选用低爆速、低密度、高爆力、小直径、传爆性好的光爆炸药。www.tmgc8.com
        ③起爆雷管选用分段微差非电毫秒雷管。
        3.5周边眼参数选用及钻眼要求
        周边眼参数的选用
        周边眼参数经验计算公式:
        间距:E=(8~12)d   (d为炮眼直径),cm;
        抵抗线:W=(1.0~1.5)E,cm
        装药集中度:q=0.04~0.19Kg/m.
;      3.6炮孔设计及施工
        ①炮孔布置。先布置掏槽眼、周边眼,再布置底板眼、内圈眼、二台眼,最后布置掘进眼,掘进眼均匀布置,内圈眼间距为周边眼间距的1.5倍,抵抗线为间距的0.7倍。根据经验,不至于使底板越爆越高,底板眼设计下插角度;二台眼、底板眼也要比掘进眼适当加密,确保考虑到先爆破眼的部分石碴堆在上面,减少爆破负荷。
        ②炮眼深度L。软弱围岩隧道通常以循环进尺作为眼深,掏槽眼加10~20%。在软弱围岩中,根据经验,一般宜在1.0~1.5m范围内考虑,新林隧道根据进度及爆破效果,选择炮眼深度为1.5m。
        ③炮眼数目N。在小直径(35cm~42cm)炮眼,开挖断面积在5~50m2的条件下,单位面积钻眼数为1.5~4.5个/m2。在计算时注意:软岩隧道的炮眼平均装药系数n大约在0.2~0.4的范围内;单位炸药消耗量在大断面爆破与小导坑爆破不同,若采用光面爆破,炮眼数目应增加20%左右。
        ④光面爆破单孔装药量的计算。
        ——单孔装药量,g;
        ——光面爆破炮眼装填系数;
        ——炮眼深度;
        ——炸药的密度,g/cm3; 
        ——炸药直径,cm;
        爆破总装药量的计算:    (Kg)
        ——开挖断面积,m2;
        ——炮眼深度,m。
        钻孔作业及装药结构及堵塞方式按有关施工规范执行。
        4爆破效果
        在新林隧道软弱围岩(Ⅳ、Ⅴ级)爆破施工中,对钻爆设计进行优化,从直眼掏槽到斜眼掏槽方式及组合斜眼掏槽方式进行优化,爆破效果显著,线性平均超挖13.2cm,炮眼利用率均达到90%~95%,边墙光面爆破炮眼保存率62%,采用预裂爆破可达80%(Ⅳ级围岩),几乎每茬炮进尺均达1.5m(孔深1.7m)。这一效果极具经济价值。
     5 结语
        ①软弱围岩隧道爆破施工中,宜采用台阶法施工,对爆钻设计,先现场试验,再不断的总结,不断的完善。
        ②对于水平平行状岩采用预裂爆破效果较好,在倾斜状层状围岩中实施光面爆破效果较好。
        ③对于软弱围岩隧道钻爆法施工是一个长期发展的施工方法,可以采用工程类比法和现场试验法相结合选择爆破参数,要不断的总结。
参考文献:
[1]黄成光.公路隧道施工[M].北京:人民交通出版社,2001.
[2]王梦恕.浅埋隧道暗挖法设计——施工问题新探.隧道建设,1992,(2).
[3]齐景狱.隧道现代爆破技术[M].北京:中国铁道出版社,1995.
[4] JTJ042-94,公路隧道施工技术规范[S].


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