兩種爆破方式在隧道開挖中的應(yīng)用

謝俊源

(福建民化建設(shè)工程有限公司，福建 龍巖364000)

1 工程概況

坂尾隧道位于龍巖市新羅區(qū)蘇坂鎮(zhèn),全長(zhǎng)4 149 m,為雙線隧道,線間距4.4 m。 隧道開挖寬度最大13.72 m,開挖高度11.58 m,開挖面積138.49 m2。

坂尾隧道洞身穿越圍巖主要為第四系坡殘粉質(zhì)黏土,進(jìn)口施工長(zhǎng)度2 074.5 m,為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖。 隧道Ⅴ級(jí)圍巖總長(zhǎng)188 m,占隧道總長(zhǎng)的9.1%;Ⅳ級(jí)圍巖300 m,占隧道總長(zhǎng)的14.5%。 Ⅳ級(jí)圍巖采用三臺(tái)階開挖法施工,Ⅴ級(jí)圍巖采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法。 初期支護(hù)采用型鋼拱架+錨網(wǎng)噴支護(hù),二次襯砌緊跟。 爆破中,以Ⅳ級(jí)圍巖為例,采用普通裝藥和不耦合間隔裝藥兩種方式進(jìn)行爆破效果對(duì)比,以便在后期大面積施工時(shí)選用更好的爆破施工方案。

2 普通爆破

坂尾隧道Ⅳ級(jí)圍巖爆破分為上臺(tái)階爆破、中臺(tái)階爆破、下臺(tái)階爆破和仰拱爆破,以上臺(tái)階爆破為主分析不同的爆破方式和爆破參數(shù)下的爆破效果。其中,上臺(tái)階高度為4 m,寬度為12.37 m。

2.1 普通爆破方式參數(shù)

普通爆破方式采用斜孔掏槽,連續(xù)裝藥,上臺(tái)階爆破的具體參數(shù)見表1。

表1 上臺(tái)階爆破參數(shù)表

2.2 爆破效果

通過對(duì)多組爆破參數(shù)適當(dāng)調(diào)整,爆破后,爆后輪廓成型不平整,超挖明顯。 爆破結(jié)果對(duì)照情況見表2,爆后效果如圖1 所示。

表2 爆破結(jié)果對(duì)照表

圖1 普通爆破爆后局部拍攝效果

3 光面爆破

3.1 光面爆破方法

雖然Ⅳ級(jí)圍巖很破碎,但是考慮到爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng)太大時(shí)不利于巖石的穩(wěn)定,故按照光面爆破進(jìn)行設(shè)計(jì),力圖對(duì)圍巖的擾動(dòng)降到最低,為順利施工打下基礎(chǔ)。 爆破采用間隔裝藥,控制炸藥量,控制好起爆順序,提高爆破效果[1-2]。

3.2 上臺(tái)階孔網(wǎng)參數(shù)

隧道拱圓弧周長(zhǎng)為15.56 m,每4 個(gè)周邊孔導(dǎo)爆索由1 發(fā)毫秒延期導(dǎo)爆管雷管連接,爆破采用直徑32 cm 的2 號(hào)巖石乳化炸藥,普通導(dǎo)爆索,雷管為7 m 毫秒延期導(dǎo)爆管雷管。

3.2.1 炮孔深度的確定

炮孔深度根據(jù)下述3 種情況考慮選定。

1)采用斜眼掏槽時(shí),炮孔深度不宜過大,當(dāng)巖石為Ⅳ級(jí)時(shí),根據(jù)巖石性質(zhì)和開挖安全性降低孔深。

2)利用每一掘進(jìn)循環(huán)的進(jìn)尺數(shù)及實(shí)際的炮孔利用率來確定。

3)按每一掘進(jìn)循環(huán)中所占時(shí)間確定。

掏槽孔應(yīng)加深10 ～20 cm,以保證其他炮孔能充分發(fā)揮效能。 底眼應(yīng)加深5 ～10 cm,且應(yīng)多裝藥。 炮孔的孔底均位于爆破開挖面底部同一斷面。

3.2.2 輔助孔的布置

輔助孔的布置主要是解決炮孔間距和最小抵抗線的問題,抵抗線為炮孔間距的60% ～80%,并在整個(gè)斷面上均勻排列。

3.2.3 周邊孔的布置

光面爆破開挖根據(jù)地質(zhì)條件、開挖斷面、開挖進(jìn)尺和爆破器材等條件設(shè)計(jì)。 原則如下:

1)根據(jù)隧道的圍巖特點(diǎn)合理選擇周邊孔間距及周邊孔的最小抵抗線。

2)光面爆破實(shí)施時(shí),根據(jù)不同的巖石情況采用不同的裝藥結(jié)構(gòu)。

3)在施工時(shí)嚴(yán)格控制鉆孔的傾斜角度,光面爆破孔的外插角不超過圖2 所示的尺寸界限。

圖2 周邊光面爆破孔的鉆孔布置

4)采用塑料導(dǎo)爆管非電微差系統(tǒng)起爆,周邊孔采用導(dǎo)爆索同時(shí)起爆。

3.2.4 裝藥結(jié)構(gòu)

裝藥采用間斷裝藥,導(dǎo)爆索連接炸藥,雷管引爆導(dǎo)爆索。 具體裝藥結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 光面爆破裝藥結(jié)構(gòu)

3.3 炮孔布置原則

1)先布置掏槽孔,其次是周邊孔,最后是輔助孔。 掏槽孔布置在開挖面中央偏下部位。 為爆出平整的開挖面,除掏槽孔和底部炮孔外,所有掘進(jìn)孔孔底應(yīng)在同一平面。 按照設(shè)計(jì)的鉆孔布置圖布孔,特別是掏槽部分的鉆孔不能隨意改變炮孔位置、傾角和深度。 周邊孔通常按設(shè)計(jì)的孔距從頂板中心開始向兩側(cè)布置,而其他炮孔可以根據(jù)設(shè)計(jì)的孔距、排距均勻布置,必要時(shí)可以增加炮孔,但不得隨意減孔。 具體爆破參數(shù)見表3。

表3 光面爆破爆破參數(shù)

2)周邊孔應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)位置布置炮孔,在斷面拐角處也應(yīng)布置炮孔。 為滿足機(jī)械鉆孔需要和減少超欠挖,設(shè)計(jì)周邊孔位置應(yīng)考慮0.03 ～0.05 的外插斜率,并使前后兩排炮孔的銜接臺(tái)階高度最小。此高度一般要求為10 cm,應(yīng)不大于15 cm[3]。

3)當(dāng)炮孔的深度超過3 m 時(shí),靠近周邊孔的內(nèi)圈輔助孔應(yīng)與周邊孔有相同的傾角。

4)當(dāng)巖層層理明顯時(shí),炮孔方向盡量垂直于層理面。 如節(jié)理發(fā)育,炮孔應(yīng)盡量避開節(jié)理,以防卡鉆和影響爆破效果[4-5]。

3.4 爆破效果

光面爆破后,在爆后圍巖壁面上無明顯新生裂痕,斷面輪廓成型較圓順規(guī)整,圍巖穩(wěn)定。 巖石無欠挖,基本無剝落現(xiàn)象,大塊危石浮石少,光面效果較好。 爆破結(jié)果對(duì)照情況見表4,爆后效果如圖4所示。

表4 爆破結(jié)果對(duì)照表

圖4 光面爆破后周邊局部拍攝效果

4 兩種爆破方式對(duì)比

1)普通爆破方式爆后形成不平整輪廓面,超挖明顯,但施工方法靈活機(jī)動(dòng),特別適應(yīng)在單次進(jìn)尺小的高級(jí)別巖石中爆破。

2)光面爆破可使輪廓成型規(guī)整,光滑平順,減少隧道超欠挖,減少對(duì)隧道圍巖的擾動(dòng),有利于圍巖的穩(wěn)定,是一種高效的爆破方法。 但對(duì)周邊鉆孔、裝藥技術(shù)要求較高。 在巖石爆破施工中,單次開挖尺度較小時(shí),雖然滿足立拱架工藝,但是如果拱架與開挖面預(yù)留距離太小,依然不能滿足鉆機(jī)鉆孔位置的要求,有時(shí)仍然需要機(jī)械輔助開挖。

3)隧道爆破時(shí),應(yīng)根據(jù)不同的巖石性質(zhì),合理采用爆破方法,適時(shí)調(diào)整裝藥方式和裝藥量,有助于提高爆破效果,提高施工質(zhì)量。