摘要:为提高地铁隧道施工过程中的光面爆破开挖效果,以新建铁路珠三角城际轨道交通广佛环线广州南站至白云机场段东环隧道工程为研究对象,开展地铁隧道光面爆破开挖技术应用研究。阐述工程的基本情况,依据实际工程所需,确定炮眼直径和炮眼数量。采用反向装药的方式完成炸药填装,确定周边眼抵抗线距离,同时结合周边眼间距和实际高度计算其厚度比值。使用炮泥对孔道进行堵塞,并设置掏槽眼、周边眼和底板眼,使其间距保持一致。完成装药并连线,确保所有孔底处于相同高度。采用顺开方式来挖掘侧墙孔孔口,并使用小药圈进行不耦合间隔装药,分段、分时完成炸药引爆。测试结果表明,应用所提方法爆破波速始终控制在2cm/s以下,围岩的损伤程度小于0.1mm/m,始终控制在标准范围内,有效提高了隧道围岩稳定性。
关键词:矿山法;光面爆破;开挖技术
0 引言
目前,在地铁隧道和矿山工程等领域,施工全程的质量管控效果不佳,影响光面爆破的各种不利因素增加,利用现有方法无法及时对施工现场的爆破参数进行优化和调整,而陡峭的山体又增加了施工过程中的安全风险。而依靠人工开挖和加固施工,会导致整体施工质量下降,施工效果难以达到预期[1]。
本文以新建铁路珠三角城际轨道交通广佛环线广州南站至白云机场段东环隧道施工工程为例,结合实际情况开展光面爆破开挖技术研究。希望可通过本次研究,提高地铁隧道光面爆破开挖施工的施工质量。
1 工程概况
选取新建铁路珠三角城际轨道交通广佛环线广州南站至白云机场段东环隧道工程为例开展研究。该隧道区间上行线DSK35+771~DSK36+151段,W3强风化层采用地面注浆,纵向长度6m。岩石饱和抗压强度为37.1~155.6MPa。上行线剩余段落有702m隧道,隧道相对集中,地表环境复杂,地质情况不容乐观,施工安全风险极高。其余段落404m为全断面硬岩,硬岩强度较高,盾构掘进较慢。为确保隧道按期贯通,施工单位提出采取暗挖接应盾构的措施。DSK35+771~DSK35+866段采用静态爆破,DSK35+866~DSK36+151段采用控制爆破。以此为基础,开展实验研究。
2 光面爆破开挖关键技术设计
2.1 炸药参数设置
2.1.1 炮眼数量
在光面爆破开挖前,需要使用风动凿岩机及其余多功能设备完成钻孔[2]。其钻孔的数目与爆破效果存在一定关系,需先对施工的炮眼数量N进行计算,其公式如下:
N=Ksl-Wƒh (1)
式中:K为岩石体积所需要的炸药量;s为实际挖掘面积;l为实际挖掘深度;W为在周边眼中实际使用的炸药量;ƒ为炮眼装药系数;h为炸药布置密度。
2.1.2 炮眼挖掘深度
在完成炮眼数目确认之后,根据实际工程情况,计算炮眼深度[3]。为获得最佳炮眼挖掘深度,需要先分析岩石强度等因素对其影响,以减少光面以外围岩的干扰,增加有效支护时间。这有利于减少因孔深过大而导致的超挖问题,从而全面提升地铁隧道工程的效率。
2.1.3 爆破层厚度与两侧眼位置之比
光面爆破层厚度和两侧眼位置之间的比值,通常为0.5~1.0之间最为适宜。如此设置可以促进光面爆破的顺利进行,并确保两侧眼爆破后形成的孔面更加安全,从而避免围岩壁受到破坏。
2.1.4 装药结构与装药系数
合理安排装药构造至关重要。本次选择具有高爆破力的炸药[4]。同时,装药过程中,对实际工程进行仔细分析,采用反向装药的方式,具体装药过程如图1所示。爆破效果受装药系数的影响,在选择光面爆破耦合系数时,要控制孔壁上作用力与围岩的抗压程度成正比,且在标准范围内。
2.2 炮眼填埋堵塞施工
2.2.1 计算厚度比值
在完成爆破设计后,完成炮眼的填埋堵塞施工设计。首先,确定周边眼抵抗线距数值,根据上文得到的周边眼间距,结合实际高度,计算厚度比值j,其公式为:
(2)
式中:y为周边眼间距;r为光面爆破层厚度。
2.2.2 炮眼堵塞参数设计
根据现场施工经验,延长孔内爆炸产生高压气体的作用时间,能提升炸药的反应程度和能量[5]。在周边眼爆破过程中,本次选择直径较小但爆轰时较为稳定的炸药,并采用空气间隔装药的结构形式来完成炸药的填装。
在进行炮眼堵塞时,如果长度控制不当,将对爆破质量产生一定的影响,因此需要精确控制堵塞长度,以充分利用爆破能量。本次使用炮泥进行堵塞,并将堵塞长度设定为150mm。
在设计中,合理设置掏槽眼结构非常重要。采用三角形结构,并配合中空眼,以拓宽辅助眼爆破的范围。同时,在隧道开挖轮廓线沿线布置周边眼,并保持均匀间距。另外还需要设置底板眼,以保持间距的一致性。
2.3 光面爆破施工
2.3.1 钻孔要点
在实际钻孔过程中,需要确保钻孔设备的稳固性,并对两侧眼进行钻孔[6]。在施工过程中,需要合理控制外插角与两侧眼之间的距离。同时,需要使用适当的装药构件进行装药,并进行连线。在此过程中,必须检查钻机设备的各个构件的实际运行情况,并确保管线与不同区域之间的连接良好。另外,还需要在掌子面上标明炮眼的中线等标记,以确定钻孔的范围,并合理规划施工流程。
在展开钻孔操作时,必须确保隧道中线和钻杆方向之间的夹角为120°。在钻好第一个炮孔后,进行下一个炮孔的钻进时,需要遵循平齐原则,以确保所有炮孔底部位于相同的高度上。采用顺开方式对侧墙孔的孔口进行挖掘,并确保孔底位置符合标准要求。同时,需要调整孔底和孔口之间的间距,使其保持一致,并参考周边孔的参数,以提高孔位准确性。
在进行光爆钻孔时,爆破设计师应详细了解施工规律,合理控制钻孔速度,以提高施工技术应用的准确性。钻孔结束后,工作人员应及时清理孔道,通过吹风的方式清扫钻孔中形成的杂质,以保持炮孔内的卫生,从而确保能够顺利进行装药。
2.3.2 周边眼爆破
在进行周边眼爆破时,需要采用小药圈不耦合间断装药,并添加导火线进行引爆。其他装药过程均采用不连续间隔装药的方式,并使用数码电子雷管进行引爆。雷管的引爆速度为4.36cm/s,并使用如图2所示的导爆管雷管起爆网路。上台阶电子雷管起爆顺序如图3所示,下台阶电子雷管起爆顺序如图4所示。
3 实例分析
3.1 实验方案
本次主要在上行线隧道光面爆破方案下的左右洞进行测试,并通过数值模拟,分析上台阶开挖时的爆破振动速度场,通过声波波速来反映隧道轮廓面的距离对围岩整体的变化情况。具体步骤设置如下:
3.1.1 准备实验样本
本次选择上行线隧道光面爆破方案下的左右洞作为实验样本,并收集相关的隧道结构参数和地质信息。根据实际需求,在左右洞中设置一系列测点位置,以覆盖整个隧道截面。同时,确定稳定声波速度为4600m/s。
3.1.2 配置相应的测量设备
准备振动速度场测量仪器和声波波速测量设备,以便进行后续的实验。
3.1.3 分析振动速度场
根据光面爆破方案,对上台阶开挖时的爆破振动速度场进行数值模拟。通过可视化展示模拟结果,可以分析隧道轮廓面的距离对围岩整体变化的影响。
3.1.4 计算波速值
在实验样本的左右洞中,选择预先确定的测点进行声波波速测量。使用测量设备记录并计算波速值,并将其与稳定声波速度4600m/s进行对比分析。
通过这些步骤,能够获取关于上行线隧道光面爆破方案下左右洞的相关实验数据,对测量结果进行分析和对比,便可了解爆破振动速度场对围岩的影响。
3.2 实验结果分析
3.2.1 波速与深度关系
通过测试数据,能够得到隧道围岩中的波速随深度变化的关系曲线。不同剖面中的波速结果如图5所示。
由图5结果可知,爆破后在距离轮廓面80~100cm范围内出现一些波速提升,波速随着测点距隧道轮廓面距离的增加,在100cm时达到最大值。但总体来说,波速始终控制在标准值2cm/s以下,说明在不同的剖面中波速较为平稳。
3.2.2 围岩损伤度
为了取得良好的应用效果,需将爆破对围岩的损伤度控制在0.1mm/m以下。为此,需要选择不同剖面的声波速度进行计算,从而得出波速降低率。通过计算,确定在爆破后围岩所受到的损伤程度。围岩具体损伤度如表1所示。
由表1结果可知,围岩的损伤程度较低,始终控制在标准范围内。由此可说明,运用本文施工技术能够在控制爆源受到的干扰程度较低,声波扰动两侧的岩体均不高。通过分析隧道围岩光面预裂爆破的施工结果可知,爆破后两侧围岩比较平稳,不会产生岩石塌陷等事故发生,能够提升光爆的炮孔痕迹的完整程度,增加炮孔的使用效果。
综上所述,15352bd0a0c87956aabab5515c297c954171eac17d4a7973b4f98987087e64eb应用本文光面爆破开挖技术能够在爆破过程中集中作用力,减少爆破方案对隧道围岩的扰动,降低爆破荷载对围岩损伤的程度,为隧道爆破参数的调整与计算提供有力的数据支撑。
4 结束语
为提高地铁隧道施工过程中的光面爆破开挖效果,本文以新建铁路珠三角城际轨道交通广佛环线广州南站至白云机场段东环隧道工程为研究对象,开展地铁隧道光面爆破开挖技术应用研究。
研究结果表明,应用文中设计技术可降低炸药爆炸的起始数量,减小对炮眼眼壁岩体的影响。应用所提方法爆破波速始终控制在2cm/s以下,围岩的损伤程度小于0.1mm/m,始终控制在标准范围内,有效提高了隧道围岩稳定性。
在今后的研究中,可根据隧道底部的地质条件,结合施工中的设计要求,对裂缝形态进行观测。同时,需要对钻凿底板眼稳定与安全加以要求,以消除施工中有可能产生的误差。要针对具体工程情况,对起爆参数进行调整,实现更安全的、更快速的施工。
参考文献
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