贾鲁波
(中铁十四局集团第三工程有限公司,山东济南 250000)
目前,我国修建铁路、公路隧道绝大多数采用钻爆法施工。光面爆破是隧道应用最早、范围最广、适应性最强的施工方法,是山岭隧道工程中较经济、合理的施工方法。钻爆爆破关键技术的研究在于爆破机制、爆破参数、爆破控制管理。
凤树梁特长隧道位于安康市岚皋县四季镇,穿越山梁至滔河镇,分为左、右线,隧道左线长4793.0m,右线长4789.0m。该工程隧道主要以角闪灰石岩、板岩为主,工程中应用的施工方法为山岭隧道中普遍采用的人工钻爆施工,本文研究光面爆破在特长隧道斜岩中的应用。
凤树梁隧道YK62+142—YK62+112,围岩主要以微风化板岩和角闪辉石岩为主,围岩节理较发育,围岩呈镶嵌结构。
根据YK62+142—YK62+112 地质雷达信号分析图推测,掌子面前方电磁波反射信号较强,同相轴局部错断,波形杂乱以中低频为主。根据检测的结果,得出隧道面前30m 围岩主要为微风化板岩,围岩节理裂隙较发育,整体稳定性较差,局部围岩破碎松散[1]。
1.3.1 分析岩性和隧道断面
隧道断面整体为斜岩,倾斜角度相对较大,见图2掌子面围岩素描,拱腰部位相对较破碎。掌子面围岩以中硬岩石为主,坚固系数f=8~10,断面面积90.07m2,围岩级别属于Ⅳ级围岩,局部破碎、松散。
图1 YK62+142—YK62+112 段测试段落地质雷达信号分析图
图2 掌子面围岩素描
1.3.2 确定开挖进尺
Ⅳ级围岩变形受一次开挖进尺影响较大。当一次开挖进尺超过2.3m 时,拱顶易出现拉应力,容易导致拱部围岩沿着节理面滑塌。当一次开挖进尺大于3m 时,拱腰部位容易收到剪应力,导致围岩容易剪切破坏。炮孔深度也被开挖断面,大断面隧道开挖时,炮孔过深,收到围岩夹制作用,炮孔利用率低。一般情况下,炮孔深度L 取隧道高度(或宽度)的0.5~0.7倍,故YK62+142—YK62+112 掌子面围岩属于IV 级较差围岩(拱腰部位为斜岩发育点),宜采用两台阶开挖( 上台阶断面面积61.72m2, 下台阶断面面积28.35m2)。当隧道循环进尺为2.4m,对隧道开挖的扰动较小利于保持隧道围岩的整体稳定性[2]。
1.3.3 炮眼的设计
掏槽眼:位于掌子面中心偏下部位,经查询表1 围岩硬度与炮眼倾角关系和表2 楔形掏心与循环进尺参考值,以及结合现场的围岩情况,掏心采用二级楔形掏心(见图3),炮眼倾角采用α=55o,眼底距离为0.3m。
表1 围岩硬度与炮眼倾角关系
表2 楔形掏心与循环进尺参考值
图3 二级楔形掏心示意图
周边眼:为了达到隧道的设计形状,隧道周边眼沿着设计轮廓均匀布置。光面爆破主要参数有:炮孔直径d、炮孔间距E、光爆层厚度W光、周边孔的密集系数m、不耦合系数D和线装药密度q,一般取:
E=(8~18)d或E=(0.5~0.7)m
W光=(10~12)d或W光=(0.6~0.8)m
m=E/W光或m= 0.7~1.0
D=d孔/d炸或D= 1.25~2.0
q= 0.1~1.2kg/m
辅助眼:为扩大掏槽眼炸出的槽腔,为后续和周边眼爆破创造“临空面”。辅助眼在掏槽眼与周边炮眼之间,均匀布置。
综上所述:凤树梁特长隧道大断面斜岩开挖爆破设计见图4 炮眼布置图。
图4 炮眼布置图
1.4.1 施工时,爆破孔的深度和角度必须符合设计,掏槽孔的眼口、眼底误差不得大于5cm;
1.4.2 施工时,两个相邻辅助孔的间距距离设计位置误差不超过5cm;周边孔的开孔位置误差不应超过5cm,眼底不应与设计轮廓线偏差超过15cm;
1.4.3 炮孔钻设完毕后,需要拿着炮眼布置图检查炮孔并做好记录。检查出不符合要求的炮孔后,应该重新钻孔,所有炮孔检查均合格后,才能进行装药[3]。
1.4.4 钻孔前应在掌子面进行放线,周边眼应沿开挖轮廓线进行开孔。钻孔时要严格控制外插角,外插角越大,超挖越大。初支与掌子面距离越小,周边眼外插角越难控制,超挖往往越大,见图5 隧道周边眼外插脚与隧道超挖的示意图,因此应适当增大初支与掌子面的距离,以此来控制隧道的外插角。
图5 隧道周边眼外插脚与隧道超挖的示意图
1.4.5 周边孔装药采用不耦合装药方式,如图6周边眼不耦合装药示意图所示。
图6 周边眼不耦合装药示意图
现场在试炮结束后进行了两次爆破工程施工作业,现场的爆破效果及超欠挖情况统计如图7YK62+142—YK62+139.6 上台阶超挖统计、图8YK62+139.6—YK62+137.2 上台阶超挖统计、图9 现场实际效果图。
图7 YK62+142—YK62+139.6 上台阶超挖统计(最大超挖28cm,最小超挖4cm)
图8 YK62+139.6—YK62+137.2 上台阶超挖(最大超挖29cm,最小超挖-8cm)
图9 现场实际效果图
效果分析:通过两个循环的超欠挖统计分析,隧道的超欠挖已处于可控状态,隧道超挖得到有效控制,大大减少了隧道的喷射混凝土超方,同时有利于减少出渣时间和喷射混凝土时间,极大地节约了隧道开挖的成本[4]。
本文以凤树梁隧道右线为依托工程,设计完成后,结合现场实际爆破施工。合理的布设炮孔,不仅可以提高火工品的使用率,更可以降低火工品材料消耗。好的爆破施工能效控制超挖,可以大幅度降低初期支护所需喷射混凝土,做到增效、减耗,节省施工成本。
同时,隧道钻爆设计是一个需要不断摸索、改进数据的过程。隧道的爆破施工直接关系到隧道的成本,而隧道爆破参数的设计至关重要。