層狀圍巖對隧洞爆破開挖時超欠挖的影響

周峰

【摘要】隧道開挖的時候會出現(xiàn)很多超欠挖的情況，這個問題也一直成為施工單位施工過程中的一個難題，不但讓隧道施工的造價提高，出現(xiàn)一定的經(jīng)濟損失，還會讓后期施工的難度進一步加大，如果沒有妥善處理圍巖隧洞，還會導(dǎo)致隧洞出現(xiàn)大面積坍塌的問題，嚴重影響工程施工質(zhì)量，給工程施工造成很大的安全隱患，爆破的過程中如果沒有辦法很好的對超欠挖所造成的影響進行控制，還會讓施工單位的經(jīng)濟效益下降，讓資金成本增加，本文對層狀圍巖對隧道爆破開挖時超欠挖的影響進行分析，以供參考?！娟P(guān)鍵詞】層狀圍巖；隧洞爆破；超欠挖；影響1、層狀結(jié)構(gòu)對爆破的影響分析圍巖的角度，把爆破之后的藥包分成兩部分，在藥包附近的巖石在爆破壓力的作用下被炸得粉碎爆破，壓力條件下巖石的質(zhì)點會出現(xiàn)壓縮，應(yīng)力向外偏移。由于巖石的拉力強度和抗壓強度相比比較小，所以在巖石被拉斷的條件下，在附近會出現(xiàn)很多的裂縫，直到抗拉力超過應(yīng)力為止，如果爆炸氣溫的壓力和溫度下降時，就會將彈性釋放出來。出現(xiàn)質(zhì)點偏移的情況，爆破氣體膨脹的條件下，巖石就會被大量拋出而出現(xiàn)爆破斗。1.1對爆破應(yīng)力的影響在圍巖中出現(xiàn)爆破后，應(yīng)力就會在巖體當(dāng)中進行傳播，但是在巖石當(dāng)中傳播的過程中，無法越過有空氣存在的縫隙，只能將其繞過，因為爆破之后應(yīng)力傳播的過程中，應(yīng)力相對復(fù)雜，造成夾層產(chǎn)生的影響無法分析。1.2對爆破氣體的影響層狀圍巖爆破的過程中，因為其側(cè)面具有不同的結(jié)構(gòu)，在爆破的時候，氣體產(chǎn)生外溢而導(dǎo)致爆破的能量無法集中而造成爆破位置出現(xiàn)不均勻能量分布等情況，與此同時，側(cè)面還會出現(xiàn)應(yīng)力波折射的問題，而造成巖層出現(xiàn)損壞或者變形。2、超欠挖的形成因素2.1爆破的方法及參數(shù)在爆破的過程中，一定要控制炮眼的數(shù)量和類型，在施工的時候泡眼比較多，如果沒有辦法合理控制其間隔和數(shù)量，就會造成超欠挖等情況的出現(xiàn)，炮眼的位置一定要精準(zhǔn)，由于施工過程中由于施工水平不高而出現(xiàn)局限性。在隧道開挖的時候，布眼沒有辦法嚴格按照要求來進行布眼，尤其是在其間隔和數(shù)量分布情況方面，所以導(dǎo)致大量超欠挖等情況的出現(xiàn)。 2.2層狀圍巖的層理分布如果圍巖表面產(chǎn)生和泡孔方向夾角很小的水平或豎直層理的出現(xiàn)，由于夾角的條件，就會造成鉆桿外插角產(chǎn)生較大改變，水平圍巖容易出現(xiàn)門框形變等情況，而豎向傾斜巖層就可能會造成拱腳處出現(xiàn)超欠挖的問題，分布層理不同還會導(dǎo)致局部出現(xiàn)超欠挖等情況。2.3測量帶來的誤差當(dāng)前隧洞控制開挖斷面的測量方法越來越多，一般的人工測量很容易出現(xiàn)一定的誤差，這就需要施工人員任以認真負責(zé)的態(tài)度，嚴謹認真地進行測量，防止產(chǎn)生大量誤差給后期施工產(chǎn)生較大的麻煩。3、層狀圍巖對隧洞爆破開挖時超欠挖的影響3.1工程概況某水電站當(dāng)中引水系統(tǒng)斜井段的角度為60度，總斜長達到了656米。為了更好的進行施工，將斜長分成三段，用水平段進行連接，在開挖的過程中，斜井段上覆巖體厚度達到100至600米之間，開挖洞徑控制在4.2米，本文對掌子面進行研究，模型取的尺寸控制在20米*10米*10米。掌子面是一個對側(cè)面，所以需要進行對稱約束，其他圍巖附近沒有產(chǎn)生反射性邊界條件。因為爆破過程中具有對稱性，所以本次研究只研究半個模型來計算校核。3.2計算結(jié)果對比掌子面前方5到20米的洞軸線，水平振動情況如圖1所示，掌子面前后方五米處的水平位移情況如圖2所示。掌子面后方五米以及前方的單元垂直位移情況如圖3所示。方以及掌子面的前方大約1.5 m的地方的最大主應(yīng)力圖。因為隧洞的開挖半徑達到了2.1 m，開挖的進尺也達到了2 m，因此在層狀圍巖隧洞的掌子面上部大約1.5 m的隧洞邊壁位置，和開挖方向距離1.5 m出現(xiàn)了大約一個進尺的長度。這個主應(yīng)力圖主要體現(xiàn)的是在爆破結(jié)束之后在隧洞內(nèi)部當(dāng)中的主應(yīng)力，能夠具體分析其主應(yīng)力的大小看出被爆破巖體的拉力情況和爆破力的大小。在圖中A和B主要表示的是掌子面的右側(cè)位置以及距離上方大約5 m的位置的情況。圖5表現(xiàn)的是經(jīng)過現(xiàn)場測量之后獲取的隧洞輪廓情況。 3.3 結(jié)論分析圖1可以清楚的看出，完整花崗巖隧洞和層狀圍巖隧洞的同一位置隧洞中，如果巖層相對較好，也就是完整花崗巖隧洞和巖性較差的隧洞也就是層狀圍巖隧洞相比，發(fā)生質(zhì)點振動的情況更快，而且更好的能夠達到質(zhì)點振動峰值，振動波一般在巖石巖性較好的條件下，傳播的速度更快。分析圖2以及圖3，可以發(fā)現(xiàn)巖洞的同一部位中，如果巖性比較好的隧洞，也就是完整花崗巖隧洞和巖性較差的隧洞，也就是層狀圍巖隧洞相比，更容易達到豎直位移和水平位移的最大值。在一個隧洞當(dāng)中，掌子面前方未開發(fā)的區(qū)域的豎直位移和水平位移和掌子面后方已開發(fā)區(qū)域的豎直位移和水平位移較大，這是因為開挖隧洞出現(xiàn)了邊壁沒有約束和支撐的情況，所以爆破掌子面周圍時一定要做好支護工作，對掌子面周圍的邊壁進行保護，避免由于暴雨或松動而出現(xiàn)掉落的情況。分析圖4可以明顯的發(fā)現(xiàn)，在同一隧洞距離相同的洞壁和洞頂，因為爆破和重力的共同影響，洞頂?shù)淖畲笾鲬?yīng)力會比洞壁的應(yīng)力要大一些，更容易在爆破的過程中對圓形隧洞洞頂產(chǎn)生破壞，分析圖5可以發(fā)現(xiàn)其為典型的隧洞輪廓圖，洞壁和洞頂?shù)某尚颓闆r比較好，但是洞頂出現(xiàn)嚴重超挖情況，所以一定要在實際施工過程中合理對炮孔的裝藥量和位置進行確定，避免上部裝藥量較大的情況，并且讓好孔的排距增大，防止產(chǎn)生較大超挖等問題。4、超欠挖的控制措施4.1控制炮眼的種類因為爆破中炮眼種類非常多，和傳統(tǒng)爆破方法相同，在爆破的時候一定要對附近的間距以及分布的深度情況進行關(guān)注，科學(xué)合理地對隧洞爆破的炮眼進行選擇，避免出現(xiàn)超欠挖等情況。4.2控制炮眼的數(shù)量控制炮眼數(shù)量是現(xiàn)在最主要的一個問題，要對其進行分析和管理。在爆破施工的時候，相關(guān)技術(shù)人員要避免出現(xiàn)大量資金支出的情況，并且要對開挖的時間進行控制。炮眼數(shù)量如果無法達到施工要求，或者是爆破的用量不大，會出現(xiàn)超欠挖情況的產(chǎn)生。對炮眼的數(shù)量進行適當(dāng)控制，并且在爆破循環(huán)次數(shù)需要的條件下對炸藥的數(shù)量進行控制是非常有必要的。4.3藥量及分配的控制炮孔的裝量對隧洞爆破效果產(chǎn)生直接影響，如果藥量過多，就會對圍巖的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的破壞，對裝運也有很大影響，可能會產(chǎn)生很大的安全隱患，如果藥量不夠就會產(chǎn)生塊度偏大，炸不開，或者輪廓線不整齊等情況的出現(xiàn)，當(dāng)前我國一般情況下使用體積法來對循環(huán)用藥數(shù)量進行計算，然后依照類型不同來合理對藥量進行分配。4.4精準(zhǔn)測量炮眼的精度隧洞輪廓的測量進度也會對隧道開挖的效果產(chǎn)生很大影響，特別是炮眼的精確度。通過研究發(fā)現(xiàn)，在測量的時候一定要檢查前一次爆破斷面，依照爆破的效果對參數(shù)進行調(diào)整，防止產(chǎn)生誤差，在施工的時候一定要讓安全隱患的出現(xiàn)幾率降到最低。結(jié)束語：伴隨我國經(jīng)濟發(fā)展速度進一步加快，地下工程發(fā)展的速度也在逐步加快，通過研究發(fā)現(xiàn)，控制層狀圍巖的隧道爆破的超欠挖方法各種各樣，然而在采取爆破技術(shù)過程中，首先要將層狀圍巖的承受能力進行計算，并且讓圍巖的振動有所降低，但是在隧道爆破過程中，需要依照實際情況對數(shù)據(jù)進行完善，隧道爆破是非常復(fù)雜的工作，一定要在現(xiàn)場施工過程中，合理進行管理和控制，避免出現(xiàn)爆破開挖是超欠挖的情況，并且要監(jiān)督和指導(dǎo)各項工序，確保施工的時候不會產(chǎn)生安全問題，防止出現(xiàn)安全事故。參考文獻：[1]王鵬.層狀圍巖隧洞爆破分析研究[J].2015（13）；25-27.[2]王亮.淺談隧洞爆破施工技術(shù)[J].交通科技，2016（10）；90-91