灰?guī)r白云巖地質(zhì)隧道光面爆破施工技術(shù)總結(jié)
灰?guī)r白云巖地質(zhì)隧道光面爆破施工技術(shù)總結(jié)
摘要:光面爆破是通過有效控制爆破的作用力范圍和方向,使爆破后的巖面圓順平整,防止巖面開裂,保持圍巖自穩(wěn)性,確保施工安全,同時(shí)又能減少超、欠挖和支護(hù)工程量,節(jié)省施工成本,提高工程質(zhì)量和進(jìn)度,以達(dá)到控制巖體開挖輪廓的施工方法。光面爆破技術(shù)在硬巖、較硬巖中應(yīng)用較為廣泛。
關(guān)鍵詞:灰?guī)r白云巖地質(zhì)隧道光面爆破施工技術(shù)
中圖分類號(hào):u455.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a文章編號(hào):1672-3791(201*)01(b)-0068-021工程概況
團(tuán)寨隧道位于貴州省都勻市西郊,全長201*.93m,最大埋深約300m。設(shè)計(jì)為客專雙線隧道,設(shè)計(jì)時(shí)速250km/h。隧道開挖斷面約140m2,凈寬約12.8m,凈高約8.7m。全隧穿越的圍巖以較完整的灰?guī)r、白云巖為主,其中有iii級(jí)圍巖1039m。下面就灰?guī)r白云巖地質(zhì)隧道的光面爆破施工技術(shù)做如下總結(jié)。2超欠挖影響
嚴(yán)重的超欠挖會(huì)浪費(fèi)資源、增加成本、加大施工難度,主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。
(1)增加棄渣量,浪費(fèi)機(jī)械和增加耗時(shí)。
(2)超挖部分回填,增加混凝土用量和加大工程量。(3)欠挖直接影響襯砌結(jié)構(gòu)厚度,處理費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、耗材。
(4)超欠挖形成的褶皺面,既影響外觀質(zhì)量,又不利混凝土噴射、防水板鋪掛,致使工序難以正常銜接,不利于施工組織。(5)局部嚴(yán)重的超欠挖會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中,影響圍巖的穩(wěn)定能力,巖體易崩落、掉塊,給施工造成安全隱患。
要盡量減小由于超欠挖帶來的不利影響,必須針對不同的圍巖地質(zhì),選取適宜的爆破參數(shù)。3光面爆破參數(shù)選擇
團(tuán)寨隧道設(shè)計(jì)要求iii級(jí)圍巖采用上下臺(tái)階法施工,iii級(jí)圍巖段隧道主要以較完整的灰?guī)r白云巖地質(zhì)為主。在實(shí)際施工中,上臺(tái)階高度為7.63m。
光面爆破的主要參數(shù)有:不耦合系數(shù)(k)、最小抵抗線(w)、周邊眼間距(e)、周邊眼密集系數(shù)(μ)、和裝藥集中度(γ)。3.1不耦合系數(shù)(k)3.2最小抵抗線(w)
最小抵抗線即光面層厚度,光爆效果的好壞,除受周邊眼間距的周邊裝藥結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響外,更主要受到最小抵抗線的影響,光面層厚度不僅影響周邊眼裂紋的形成,而且還影響著光面層的破碎和開挖后隧道圍巖的穩(wěn)定,因此確定合理的光面層厚度對提高光面爆破效果有積極的作用。3.3周邊眼間距(e)
周邊眼原則上應(yīng)布置于設(shè)計(jì)輪廓線上,施工中因受鑿巖機(jī)機(jī)型的
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山尖石隧道光面爆破施工技術(shù)
【摘要】工程爆破生產(chǎn)實(shí)踐中的一個(gè)顯著特點(diǎn)是理論與經(jīng)驗(yàn)并重,通過對山尖石隧道光面爆
破施工設(shè)計(jì)理論分析,實(shí)踐應(yīng)用,以及光面爆破效果評價(jià)對比,進(jìn)一步完善光面爆破施工設(shè)計(jì),對隧道施工有很好的借鑒意義。
【關(guān)鍵詞】隧道光面爆破施工設(shè)計(jì)1、工程概況
山尖石隧道是西部開發(fā)省際公路通道重慶至長沙公路酉陽至大涵段F4合同段一座上、下
行分離的四車道高速公路長隧道,線間距35m,右線總長1510m,隧道進(jìn)口處于R-2700m的右偏曲線上,出口段處于R-1290m的左偏曲線上,隧道中部位于直線上,縱坡2.21%;左線總長1495m,隧道進(jìn)口處于R-2700m的右偏曲線上,出口段處于R-1500m的左偏曲線上,隧道中部位于直線上,縱坡2.20%;隧道最大埋深248m,隧道進(jìn)出口均采用削竹式。建成后將成為重慶至長沙省際高速公路的標(biāo)志性建筑之一,對于周邊環(huán)境的環(huán)保、水保都有十分重要的意義。
2、工程地質(zhì)及隧道圍巖設(shè)計(jì)勘探
山尖石隧道位于我國西部,地處山嶺重丘,山高、谷深,進(jìn)口為較破碎巖體,圍巖
圍巖設(shè)計(jì)勘探力學(xué)性能表1
天然密度天然抗壓強(qiáng)度單軸飽和抗壓強(qiáng)度Rb抗拉強(qiáng)度堅(jiān)固性系數(shù)破壞能量消耗p=2774Kg/m76.5Mpa67.4Mpa~68.1Mpa2.14Mpa750kJ/m33抗剪強(qiáng)度內(nèi)摩擦角巖體彈性波速Vp彈性模量巖石的波阻抗8.56Mpa47.2度2410~4878m/s40704.9Mpa10×10kg/m〃m/s63白云質(zhì)灰?guī)r中發(fā)育二組裂隙;出口段圍巖灰質(zhì)白云巖,巖體較完整;依據(jù)“巖石破碎性分級(jí)法”,洞身圍巖級(jí)別劃分為III、IV級(jí),圍巖總體穩(wěn)定性好,但局部巖溶發(fā)育、破碎帶巖體完整性較差,圍巖堅(jiān)固性系數(shù)f值在:6.74~6.81,堅(jiān)固性系數(shù)取7;圍巖巖石的波阻抗計(jì)算在6.685×106kg/m3〃m/s~13.531×106kg/m3〃m/s,根據(jù)圍巖等級(jí)情況取10×106kg/m3〃m/s,破壞能量消耗50kJ/m3,巖石破壞性質(zhì)為準(zhǔn)脆性破壞。3、光面爆破施工初步設(shè)計(jì)
3.1光面爆破施工是為了減輕爆破對圍巖的損傷,通過減弱作用在孔壁上的爆炸應(yīng)力波達(dá)到減輕爆破對圍巖的損傷的效果,光爆炸藥的選用一是考慮低威力炸藥,二是選用小直徑藥卷炸藥,增加炮孔的不耦合裝藥系數(shù),以達(dá)到保護(hù)圍巖的目的。山尖石隧道地處重慶市酉陽縣,通過對當(dāng)?shù)卣ㄋ幨袌稣{(diào)查,適合于隧道爆破施工的炸藥有2號(hào)巖石乳化炸藥和2號(hào)巖石銨銻炸藥,炸藥的性能基本符合光面爆破低威力和小直徑藥卷的要求。
爆破炸藥的性能表2
藥卷規(guī)格φ×l炸藥品種(mm×mm)2號(hào)巖石乳化炸藥2號(hào)巖石銨銻炸藥2號(hào)巖石銨銻炸藥32×24032×18032×24039003201*201*.241.01.00.830.830.83爆速(m/s)密度(g/cm)3線裝藥密度(Kg/m)3.2根據(jù)山尖石隧道圍巖級(jí)別,開挖采用全斷面鉆爆法開挖,為保證開挖輪廓成型質(zhì)量,巖面平整,減少圍巖擾動(dòng),增強(qiáng)圍巖的自身承載能力,保護(hù)圍巖不被破壞,減小安全隱患,因此,山尖石隧道施工中采用光面爆破技術(shù)。
3.3隧道全斷面開挖平均面積為85m2,IV級(jí)每循環(huán)平均進(jìn)尺2m,每循環(huán)9小時(shí),單洞平均日進(jìn)尺4m,III級(jí)每循環(huán)平均進(jìn)尺3m,每循環(huán)8小時(shí),單洞平均日進(jìn)尺6m,總工期初步確定為8個(gè)月,符合合同總工期要求。
3.4隧道開挖施工設(shè)備配備:自制鉆孔開挖臺(tái)架,臺(tái)架上安裝有高壓風(fēng)、鋼管、通用閘閥、連接風(fēng)鉆、照明配電盒及照明燈具,可以供22臺(tái)風(fēng)鉆同時(shí)鉆眼施工。機(jī)械排險(xiǎn)后,用裝載機(jī)將臺(tái)架抬至工作面,只需5分鐘即可就位。就位后,人工在臺(tái)架的各個(gè)區(qū)域排險(xiǎn),互不影響,緊接著測量放樣,采用22臺(tái)YT-28式氣腿式鑿巖機(jī)鉆孔同時(shí)鉆眼,鉆眼孔徑為48mm。3.5光面爆破參數(shù)的初步確定
3.5.1根據(jù)國內(nèi)部分工程中硬巖光面爆破參數(shù),類比選定確定周邊孔間距E取0.55m。周邊眼通常布在距開挖斷面邊緣0.1m至0.2m處,光爆孔的孔底的孔底朝隧道開挖輪廓線方向傾斜3~5°。當(dāng)爆孔孔徑D為48mm時(shí),周邊孔間距E=(10~16)D=480~768mm,E值取550mm符合要求并偏于安全。
3.5.2光爆層厚度W。光爆層厚度就是周邊眼最小抵抗線,它與開挖的隧道斷面大小有關(guān)。斷面大,光爆眼所受到的夾制作用小,巖石比較容易崩落,可以大些;斷面小,光爆眼受到的夾制力大,光爆層厚度相對要小些。同時(shí),光爆層厚度與巖石的性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造有關(guān),堅(jiān)硬巖石光爆層可小些,松軟破碎的巖石光爆層可大些。山尖石隧道為中硬性圍巖,相對距離E/W取0.85,計(jì)算W=0.647,W取65cm,滿足經(jīng)驗(yàn)取值要求。
3.5.3周邊眼裝藥集中度的確定。根據(jù)采用的2號(hào)巖石銨銻炸藥直徑d=32mm與鉆眼孔
炮眼直徑與諸參數(shù)之間的關(guān)系表3徑為d=48mm,計(jì)算裝藥不耦合系數(shù)為D=48mm/32mm=1.5,符合中硬巖石炮眼直徑與諸參數(shù)之間的關(guān)系,推算周邊眼裝藥集中度應(yīng)為0.225Kg/m(2號(hào)巖石硝銨炸藥),換算為2號(hào)巖石銨銻炸藥的裝藥集中度:
換算系數(shù)K=1/2×(2號(hào)巖石硝銨炸藥猛度/換算炸藥猛度+2號(hào)巖石硝銨爆力/換算炸
藥的爆力)=0.5×(12/12+3600/3200)=1.0625;裝藥集中度:0.225×1.0625=0.239Kg/m3.5.4周邊眼裝藥結(jié)構(gòu):a導(dǎo)爆索或?qū)П魇?
巖石種類中硬巖巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度Rb(Mpa)30~60裝藥不偶合系數(shù)D1.5~2.0周邊眼間距E(mm)450~650周邊眼最小抵抗線W(mm)600~750相對距E/V0.8~1.0周邊眼裝藥集中度(Kg/m)0.2~0.3注:本表適用范圍:1)炮眼直徑40~50mm;2)裝藥集中度僅適用于2號(hào)巖石硝銨炸藥,當(dāng)采用其他炸藥時(shí),應(yīng)進(jìn)行換算,K=1/2×(2號(hào)巖石硝銨炸藥猛度/換算炸藥猛度+2號(hào)巖石硝銨爆力/換算炸藥的爆力)b導(dǎo)爆索孔底裝節(jié)段藥卷;
c節(jié)段藥卷間隔裝藥,導(dǎo)爆管連接結(jié)構(gòu);d炮孔堵塞長度去30cm。
3.5.5周邊眼裝藥量Q的確定:根據(jù)周邊裝藥集中度0.239Kg/m及炸藥的線裝藥密度0.83Kg/m,節(jié)段藥卷間隔裝藥,每1m裝藥量為0.288m,炮孔深度為3m,需裝藥長度0.864m,根據(jù)隧道使用炸藥的規(guī)格φ32×240和φ32×180,裝藥節(jié)數(shù)為3.6節(jié)和4.8節(jié),2號(hào)巖石銨銻炸藥周邊眼裝藥量Q=0.72kg,炮孔深度為2m,裝藥量Q=0.48kg
光面爆破施工初步設(shè)計(jì)參數(shù)表表4
周邊眼工程名稱地地質(zhì)條件間距E(mm)山尖石隧道中硬巖(III)山尖石隧道中硬巖(IV)5555周邊眼最小相對距抵抗線W(mm)65650.850.85E/V周邊眼裝藥集中度(Kg/m)度L(M)0.2390.23932全斷面開挖全斷面開挖炮眼深施工方法4、光面爆破施工參數(shù)調(diào)整
工程爆破生產(chǎn)實(shí)踐中的一個(gè)顯著特點(diǎn)是理論與經(jīng)驗(yàn)并重,山尖石隧道施工過程中分別采用了直徑為φ42mm、φ45mm、φ48mm,鉆孔深度為3m(除掏槽眼和底角眼取值4m),爆破中使用2號(hào)巖石銨梯炸藥和乳化炸藥,在施工中分別對周邊眼間距為50cm,55cm,60cm、光爆層厚度及炮孔數(shù)量等進(jìn)行多次現(xiàn)場爆破試驗(yàn),總結(jié)爆破技術(shù)參數(shù):
4.1當(dāng)爆孔孔徑D為42mm時(shí),周邊眼間距E在Ⅲ級(jí)圍巖周邊眼的間距為0.50m,Ⅳ級(jí)圍巖約為0.55m比較合適,修正后,采用爆孔孔徑D為48mm時(shí),周邊眼間距E在Ⅲ級(jí)圍和Ⅳ級(jí)圍巖約為0.55m比較合適,炮眼殘留率可達(dá)到95%,平均超欠挖達(dá)到預(yù)期效果且施工方操作方便。4.2確定光面爆破的周邊眼間距為0.55m后,對光爆層厚度W取0.60m、0.65m,進(jìn)行對比試驗(yàn),洞渣快度達(dá)到要求,直接可用于路基填料,節(jié)約施工成本。
4.3鉆孔孔深L調(diào)整試驗(yàn):通過對Ⅲ級(jí)圍巖周邊眼的深度分別采用3m、3.5m的進(jìn)尺以及對Ⅳ級(jí)圍巖周邊眼的深度分別采用2m、2.5m的進(jìn)尺,并加強(qiáng)鉆精度的控制,試驗(yàn)證明,在鉆孔施工人員技術(shù)水平提高和圍巖無明顯差異時(shí),采用大進(jìn)尺,提高施工進(jìn)度,達(dá)到日單洞進(jìn)尺9m的記錄。
4.5山尖石隧道光面爆破施工參數(shù)
4.5.1爆孔孔徑D為48mm時(shí),周邊孔間距E=55mm;4.5.2周邊眼最小抵抗線W=65mm;
4.5.3周邊眼裝藥集中度q=0.239Kg/m,每1m裝藥量為0.288m,炮孔深度為3.5m,需裝藥長度1.008m,根據(jù)隧道使用炸藥的規(guī)格φ32×240和φ32×180,裝藥節(jié)數(shù)為4.2節(jié)和5.6節(jié),2號(hào)巖石銨銻炸藥周邊眼裝藥量Q=0.84kg,炮孔深度為2.5m,裝藥量Q=0.595kg
光面爆破施工修正設(shè)計(jì)參數(shù)表表5
周邊眼工程名稱地地質(zhì)條件間距E(mm)周邊眼最小抵相對距抗線W(mm)65650.850.85集中度E/V(Kg/m)(M)周邊眼裝藥炮眼深度L施工方法山尖石隧道山尖石隧道中硬巖(III)中硬巖(IV)55550.2390.2393.52.5全斷面開挖全斷面開挖5、結(jié)束語
隧道圍巖的復(fù)雜性導(dǎo)致了隧道施工的經(jīng)驗(yàn)性,即便是同級(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),可獲得比較的理想效果;在進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)隧道斷面大小、圍巖級(jí)別、機(jī)械設(shè)備等進(jìn)行綜合考慮,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;提高測
量畫線布眼精度是保證光爆質(zhì)量的一項(xiàng)重要措施;通過山尖石隧道爆破設(shè)計(jì)和施工修正,結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)和施工過程設(shè)計(jì)參數(shù)的修正,總結(jié)出山尖石隧道光面爆破施工的一套技術(shù)理論;對以后對隧道施工有很好的借鑒意義參考文獻(xiàn):
《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》人民交通出版社《交通土建工程爆破工程師手冊》人民交通出版社《實(shí)用土木工程手冊》人民交通出版社
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