巖土工程師:工程軟弱圍巖隧道爆破技術(shù)設(shè)計探討

　　1、工程概況

　　新林隧道位于王屋山區(qū)，隧道為分離式隧道，全長670m.隧道位于王屋鄉(xiāng)新林小學(xué)附近，屬侵蝕剝蝕底山丘陵區(qū)(Ⅱ)。隧道軸線通過處最高海拔約578m，最大相對高差約55m.山體走向呈南北向。新林隧道區(qū)內(nèi)巖石節(jié)理裂隙普遍發(fā)育，隧道區(qū)圍巖主要發(fā)育產(chǎn)狀為90°∠88°、60°∠85°、200°∠28°、183°∠40°的四組節(jié)理，節(jié)理以平直為主，多閉合，節(jié)理密度2～5條/m，局部密集可達(dá)7條/m.隧道區(qū)段內(nèi)巖石為砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，抗風(fēng)化能力較弱。進(jìn)洞口段自然坡向東傾，地形坡度200～400，為斜坡地形，表面殘坡積層較薄，部分缺失，巖性為亞粘土，屬V級圍巖，下伏基巖為三疊系二馬營組砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，強(qiáng)風(fēng)化層厚約1.5m，圍巖穩(wěn)定性差，BQ<250，屬于Ⅴ級圍巖。

　　本隧道穿過砂巖強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化層，埋置淺，地下水不發(fā)育，主要為基巖裂隙水，水量較貧乏。

　　2、軟弱圍巖隧道爆破開挖方案確定

　　在開挖過程中應(yīng)根據(jù)圍巖類別(或級別)選用合理的爆破參數(shù)和掏槽形式、爆破材料、起爆方式、裝藥結(jié)構(gòu)及堵塞材料，盡量減小爆破對圍巖和鄰近洞室的擾動和破壞，嚴(yán)格控制超欠挖和爆破震動速度，充分保護(hù)圍巖的自承能力。前一洞室爆破對相鄰洞室爆破震動速度的影響應(yīng)控制在5cm/s之內(nèi)。

　　3、鉆爆設(shè)計

　　3.1鉆爆設(shè)計方案

　　總的設(shè)計思想是拱部采用光面爆破，邊墻采用預(yù)裂爆破，核心采用控制爆破，掏槽采用拋擲爆破的綜合控制爆破技術(shù)。根據(jù)開挖方法分別采用半斷面及全斷面兩種爆破方式，采用非電毫秒雷管爆破網(wǎng)路。對Ⅴ級和Ⅳ級圍巖采用半斷面臺階方式爆破，為減輕爆破對圍巖的擾動，開挖斷面采用多段位非電雷管進(jìn)行網(wǎng)路設(shè)計。

　　根據(jù)本項(xiàng)目圍巖特點(diǎn)，Ⅳ級圍巖為軟弱粉砂巖，采用直眼掏槽、斜眼掏槽混合使用。眼深小于2m時采用斜眼掏槽。

　　在風(fēng)化、破碎較嚴(yán)重的地質(zhì)條件下，宜采用光面爆破或輪廓線鉆眼法，或者預(yù)留光面層光面爆破開挖修邊。

　　3.2底板眼鉆爆要求

　?、賹⒌装逖鄯殖蓭锥畏珠_起爆，這樣能減少底板眼同段起爆，共同作用的炸藥量，改變了底板眼抵抗線的方向，實(shí)際上縮小了底板眼的抵抗線，從而可以減小底板眼爆破產(chǎn)生的地震強(qiáng)度

　?、谄鸨樞颍禾筒垩?rarr;掘進(jìn)眼→內(nèi)圈眼→底板眼→周邊眼。

　?、圻x擇雷管段號時注意三點(diǎn)：第一，合理的段間隔時間;第二，同一段炮眼的裝藥量應(yīng)小于最大單段的允許裝藥量;第三，前一段的爆破要盡量為后段爆破創(chuàng)造良好的臨空面。

　　3.3爆破參數(shù)的選擇

　　通過對爆破試驗(yàn)確定爆破參數(shù)，光面爆破參數(shù)

　　對爆破參數(shù)選擇的注意事項(xiàng)：

　?、佘泿r隧道采用光面爆破的相對距離(E/W)宜采用表中的最小值。

　?、谘b藥集中度(q)按照2號巖石硝銨炸藥考慮，當(dāng)采用其它炸藥時應(yīng)進(jìn)行換填，換算指標(biāo)主要是猛度和爆力(平均值)。

　　③采用光面爆破時，爆破振動速度應(yīng)控制在：中硬巖15 cm/s，軟巖5 cm/s.要求爆破的振動速度是根據(jù)離開挖工作面1～2倍洞跨處實(shí)測得的，它可以用速度傳感器將所得的信號通過測震儀放大，在光線示波器記錄得到。光面爆破以后，開挖巖面上不應(yīng)該有明顯的爆震裂縫。

　　3.4軟弱圍巖光面爆破器材的選擇

　?、偬筒垩?、掘進(jìn)眼選用乳化炸藥。

　?、谥苓呇圻x用低爆速、低密度、高爆力、小直徑、傳爆性好的光爆炸藥。

　?、燮鸨坠苓x用分段微差非電毫秒雷管。

　　3.5周邊眼參數(shù)選用及鉆眼要求周邊眼參數(shù)的選用周邊眼參數(shù)經(jīng)驗(yàn)計算公式：間距：E=(8～12)d(d為炮眼直徑)，抵抗線：W=(1.0～1.5)E，cm裝藥集中度：q=0.04～0.19Kg/m.

　　3.6炮孔設(shè)計及施工

　?、倥诳撞贾谩Ｏ炔贾锰筒垩?、周邊眼，再布置底板眼、內(nèi)圈眼、二臺眼，最后布置掘進(jìn)眼，掘進(jìn)眼均勻布置，內(nèi)圈眼間距為周邊眼間距的1.5倍，抵抗線為間距的0.7倍。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，不至于使底板越爆越高，底板眼設(shè)計下插角度;二臺眼、底板眼也要比掘進(jìn)眼適當(dāng)加密，確?？紤]到先爆破眼的部分石碴堆在上面，減少爆破負(fù)荷。

　?、谂谘凵疃萀.軟弱圍巖隧道通常以循環(huán)進(jìn)尺作為眼深，掏槽眼加10～20%。在軟弱圍巖中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般宜在1.0～1.5m范圍內(nèi)考慮，新林隧道根據(jù)進(jìn)度及爆破效果，選擇炮眼深度為1.5m.

　?、叟谘蹟?shù)目N.在小直徑(35cm～42cm)炮眼，開挖斷面積在5～50m2的條件下，單位面積鉆眼數(shù)為1.5～4.5個/m2.在計算時注意：軟巖隧道的炮眼平均裝藥系數(shù)n大約在0.2～0.4的范圍內(nèi);單位炸藥消耗量在大斷面爆破與小導(dǎo)坑爆破不同，若采用光面爆破，炮眼數(shù)目應(yīng)增加20%左右。

　?、芄饷姹茊慰籽b藥量的計算。

　　——單孔裝藥量，g;

　　——光面爆破炮眼裝填系數(shù);

　　——炮眼深度;

　　——炸藥的密度，g/cm3;

　　——炸藥直徑，cm;

　　爆破總裝藥量的計算：(Kg)

　　——開挖斷面積，m2;

　　——炮眼深度，m.鉆孔作業(yè)及裝藥結(jié)構(gòu)及堵塞方式按有關(guān)施工規(guī)范執(zhí)行。

　　4、爆破效果

　　在新林隧道軟弱圍巖(Ⅳ、Ⅴ級)爆破施工中，對鉆爆設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，從直眼掏槽到斜眼掏槽方式及組合斜眼掏槽方式進(jìn)行優(yōu)化，爆破效果顯著，線性平均超挖13.2cm，炮眼利用率均達(dá)到90%～95%，邊墻光面爆破炮眼保存率62%，采用預(yù)裂爆破可達(dá)80%(Ⅳ級圍巖)，幾乎每茬炮進(jìn)尺均達(dá)1.5m(孔深1.7m)。這一效果極具經(jīng)濟(jì)價值。

　　5、結(jié)語來源：

　?、佘浫鯂鷰r隧道爆破施工中，宜采用臺階法施工，對爆鉆設(shè)計，先現(xiàn)場試驗(yàn)，再不斷的總結(jié)，不斷的完善。

　?、趯τ谒狡叫袪顜r采用預(yù)裂爆破效果較好，在傾斜狀層狀圍巖中實(shí)施光面爆破效果較好

　?、蹖τ谲浫鯂鷰r隧道鉆爆法施工是一個長期發(fā)展的施工方法，可以采用工程類比法和現(xiàn)場試驗(yàn)法相結(jié)合選擇爆破參數(shù)，要不斷的總結(jié)。

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