隧道爆破新方法丨砰!隧道爆破后断面竟这么整齐规范,像切割出来一样

豆丁施工 2021-04-05 10:21:13



 “打眼放炮”是多年来常用的一种隧道开挖施工法,爆破过后岩石支离破碎,施工人员再继续调整、开挖。而在25日蒙华铁路江西段黄岗隧道爆破施工后记者看到,爆破后的断面竟然整齐规范,如同用机器切割出来的一般。隧道施工专家表示,这标志着我国隧道光面爆破施工管理工艺取得突破。



光面爆破是指在隧道开挖施工中,通过调整爆破参数和施工方法,分区分段实施“微差爆破”。爆破后形成的轮廓线符合设计要求,开挖面平整规则的一种高精度爆破控制技术。据中国中铁北京工程局蒙华铁路项目经理陈庆怀介绍,由于光面爆破在隧道开挖断面形状和尺寸上符合设计要求,爆破后形成的岩壁平顺,成形规整,且开挖轮廓以外的围岩不受破坏,可以在强化施工安全的同时,减少超挖、欠挖,有效提高工程质量和施工进度,降低施工成本。(摘自财经新闻)




扩展阅读


隧道掘进光面爆破技术、安全、工艺介绍



1、什么是隧道掘进光面爆破


光面爆破 就是沿隧道开挖轮廓线布一圈较密的炮孔,采用间隔和不耦合形式装药,使爆破后隧道轮廓不受破坏或少受破坏,超欠挖量小(少超少欠,超欠相抵),轮廓面比较完整平顺,围岩较好时在轮廓面上留有相当数量的炮痕,炮痕率30~100%。强调轮廓面是全隧全环,不只是上导坑。


2、搞好隧道掘进光面爆破的意义


2.1安全的需要

搞好光面爆破后,隧道轮廓面比较平顺光滑,能更好地发挥围岩的自承能力作用,使隧道周边围岩不受破坏或少受破坏,不易出现掉块或坍塌、高地应力区也对岩爆有很好的控制作用。


2.2质量的需要

首先光爆效果好,开挖质量就好;

二是超挖量小,立架工作顺利;

三是喷砼工作量小,不易产生空洞;

四是易喷平,为后序防水板铺设等工序保证质量奠定了基础;

五是围岩稳定,初期支护变形易收敛,不易产生拱顶下沉或拱腰收敛太大超过预留量而造成衬砌厚度不够的质量问题。


2.3进度的需要

一是轮廓稳定平顺,缩短排险、找顶时间;

二是超挖量小,减少喷砼时间,好时可缩短50%~70%;掌子面及周边平顺,为下一循环周边眼钻眼工作创造良好条件,钻眼的容容易度及准确度大大提高;

三是掌子面不留残眼,提高了炮眼利用率,提高了进尺;

四是掌子面围岩破坏小,不易出现卡钻、塌孔现象,打眼、装药节约时间,补炮现象大大减少。


2.4提高经济效益的需要

一是超挖量小,减少喷砼量和衬砌砼用量。

相比普通爆破可减少超挖50~150%,普通爆破每米超方量(不算隧底)=0.35*30=10.5m3,按喷砼按每方500元计算,超耗5250元/米,减去采用光爆每米超耗的爆破器材和钻眼费用400元,可节约4850元/米。出碴费用也相应增加。

二是围岩稳定无破坏,可降低初支级别,大大节约初期支护费用。

如某些设计为Ⅳ级A的围岩,如果光爆效果好,可判定为Ⅲ级A,可变更不采用拱架支护,Ⅲ级较Ⅳ级围岩初支节约5000~10000元/米)


2.5标准化施工管理的需要

光爆效果好了,隧道标准化施工就有了基础,为后续工序顺利进行创造了条件,为创造文明工地,标准化工地创造了条件。


3、做好光面爆破的管理措施


3.1提高认识,纠正错误的观念和做法,全面推广光爆

一是光面爆破尽可能要全隧全环采用,不只是上断面采用。

二是光面爆破是各种围岩均需采取,不只是Ⅱ、Ⅲ级围岩。


3.2加强管理,采取严格的约束激励机制,提高积极性

制定科学的评定考核办法和合理的奖罚措施是关键。

不同级别围岩不同评定标准。如Ⅱ、Ⅲ级围岩最大超欠挖量±5cm(炮根部位),Ⅳ级、Ⅴ级围岩最大超欠挖量

± 10cm。

分清因果关系,奖罚要坚持如下原则:补偿材料费和工费,重奖轻罚,参与者人人有责。


3.3系统培训,掌握全面系统的光爆技术,少走弯路

通过现场技术培训和技术交底,对照设计图纸和现场实际反复讲解,解决了钻爆工一知半解,技术员茫然不知问题,让钻爆工人和技术人员全面系统地掌握光面爆破技术,在遇到不同围岩要及时调整爆破参数,经过一两次调整试爆能达到理想的光爆效果。


3.4精确量测,测量和量测工作要做实,缺一不可

首先做好围岩量测,根据量测的收敛、沉降结果确定合适的围岩沉降收敛量,进而确定合适的开挖断面尺寸。

第二要做好测量放样。钻孔前,测量人员用全站仪测量出隧道中心线和拱顶高程;用激光断面仪测量出隧道开挖轮廓线,用红油漆画出隧道开挖轮廓线,并标出炮孔位置。


3.5合理分工,根据工人技术特点明确分工,相对固定

钻爆工人分工原则如下:技术熟练并有一定爆破专业知识的工人钻掏槽眼、相对认真负责的工人钻周边眼,其余人员钻辅助。分工后,先试爆几个循环,并根据钻眼情况做适当调后固定下来,钻爆工人位置不要再轻易改变,以便每个人熟练掌握自己所负责炮眼的钻眼技巧,提高钻眼质量,同时也便于爆破效果分析和明确奖罚责任。


3.6系统配套,优化钻爆台车结构和尺寸,方便钻眼

好的钻爆台车必须具备如下要求:一要结构合理,便于移动和固定,结实耐用;二要保证车辆及装载机能从其下顺利通过;三要保证前立柱的宽度和其距掌子面的距离合适,不影响掏槽眼钻机的角度摆设;四要求各层高适中,保证各种爆眼均能打平;五要保证各片区空间能容下该片区的施工人员,使各片区打眼工作量与钻机台数匹配,钻眼时间基本相同。


4、隧道掘进光面爆破设计


4.1确定合理的单循环进尺

由隧道断面尺寸与围岩级别确定,一般设计进尺为断面宽度的一半,但不大于5m,围岩好时取大值,差时取小值。 

4.2上半断面炮眼参数设计

目前常用的为斜眼楔形掏槽,其钻孔参数与隧道宽度及围岩级别有关,同时要考虑钻眼台架的影响。具体参数设计详见图1所示,设计原则如下:

掏槽眼:位于隧道掌子面的中下部,底板眼的上部,为便于打眼一般钻孔台架的第一、二层均布设,每层3~5排,间距a=6~12D(D--为炮眼直径)一般为 25~50cm,易爆取大值,反之取小值。掏槽眼开口宽度为隧道半幅宽减50cm,眼底间距20 cm,与掌子面夹角为55~70°,垂直深度比设计进尺深20 cm。

周边眼:布于隧道的开挖轮廓线上,间距E=8~15D,一般为40~50 cm。垂直深度比设计进尺浅20 cm,最好为每循环实际进尺深度。

底板眼:位于隧道低部开挖轮廓线上,间距a=15~20D,一般为70~80 cm,垂直深度与设计进尺相同。

内圈眼:布于周边眼的内侧于周边眼平行,距周边眼距离W= 1.0~1.2E,间距a=20~25D,一般为80~100 cm,垂直深度与设计进尺相同。

辅助眼:布于掏槽眼于边墙内圈眼之间的炮眼,根据断面大小,一般布设3~5排,炮眼底部排距b=20~35D,一般为80~130 cm;间距a= 25~35D,一般100~140 cm。垂直深度与设计进尺相同。

掘进眼:位于隧道上部,内圈眼与掏槽眼、辅助眼之间的炮眼,间排距较大,间距a= 30~40D,一般120~160 cm;排距b=25~35D,一般100~140 cm;垂直深度与设计进尺相同。


图1  隧道上半断面爆破炮眼布置图

a、炮眼布置正视图

b、炮眼布置立面图                  c、 超欠挖示意图


4.3钻眼质量要求

要使爆破效果好,要做到掏槽眼角度正确,间距均匀;周边眼、内圈眼、及底板眼要尽量平直,钻机紧贴隧道轮廓面钻眼;辅助眼间距、排距均匀。

周边眼沿隧道开挖轮廓线内侧布置(在轮廓线内3~10cm),以3%~5%的斜率外插,并根据炮孔深度来调整斜率,保证孔底不超过开挖轮廓线10cm,为保证眼底在同一平面上,可采用插炮杆的办法控制。

错误做法:在实际围岩较完整时且设计立拱架的地段,每循环进尺可达3.5m以上,周边眼仍在开挖轮廓线上并采用一种深度和外插角布眼,由于受拱架的限制,造成孔底超挖量超过25~70cm,如不按光爆工艺施工的甚至达到80~100 cm,平均超挖量达到15~50 cm。如图1C所示。

改进后的做法:首先在开挖轮廓线内约10cm 处打一排正常的周边眼,深度与进尺一至,孔底外插不超过10 cm,另外再在这些炮眼间布一排浅眼约1m深,孔底落于轮廓线上,将深眼孔口欠挖部分爆出,保证第一榀拱架可立。具体图1C所示。


4.4装药量及装药结构

掏槽眼

    掏槽眼的装药量确定,一般从孔底装至距孔口1.0~1.2米处,连续装药,孔口堵塞60~1.0 m 。

周边眼

周边眼装药一般用线装药密度计算,线装药密度是指单位长度炮孔的装药量,又称装药集中度,用计算式为:Q1=qEW

式中  q--单位体积耗药量(kg/m3);

E –周边眼间距(m);

w--光爆层厚度(m)。

取q为0.3~0.5kg/m3,线装药密度Ql=0.06~0.1 kg/m,采用不偶合间隔装药,装至孔口0.7~1.0 m处用炮泥堵塞,导爆索引爆。装药结构如下图


图2周边眼装药结构图


其余炮眼

可按装药量计算公式估算:

Q=q.a.b.h,

其中q=0.5~1.0kg/m3,硬岩及底板眼取大值,距掏槽眼近的先起爆的炮眼取大值,相反取小值,但每孔最大装药量不得超过掏槽眼。均采用孔底集中装药,孔口堵塞。


4.5如何设计起爆网络,起爆顺序要正确

起爆顺序,隧道爆破掘进的起爆顺序为掏槽眼→辅助眼→掘进眼→内圈眼→周边眼→底板眼。(详见图1)

导爆管的连接

导爆管的具体连接如下图所示。

图3 导爆管连接示意图


导爆索连接

导爆索的连接如下图所示,具体注意事项如下:

图5 导爆索连接方式

a-分段并联;b-簇并联    1-雷管;2-主干索;3-支索


切割导爆索应使用锋利刀具,但禁止切割已接上雷管或已插入炸药里的导爆索;不应用剪刀剪断导爆索;

在敷设过程中,应避免脚踩和冲击、碾压导爆索;联结导爆索中间不应出现打结或打圈;

在潮湿和有水的条件下应使用防水导爆索,索头要作防水处理;

交叉敷设时,应在两根交叉导爆索之间设置厚度不小于10cm的木质垫块;平行敷设传爆方向相反的两根导爆索彼此间距必须大于40cm;

导爆索搭接长度不小于15cm,并要绑牢;炮孔支导爆索与主导爆索连接时接头应向着主导爆索传爆方向,夹角不大于90°;

起爆导爆索的雷管与导爆索捆扎端端头的距离应不小于15cm,雷管的聚能穴应朝向导爆索的传爆方向。


5、爆破优化及调整


光面爆破参数选定后,光爆效果可能达不到最佳,会出现进尺不足和超欠挖现象,需要对光面爆破参数进行调整。


5.1当爆破进尺不理想时,看掌子面各部位残留的炮根,如掏槽眼炮根较浅而周围辅助眼较深,则增加辅助眼排数,减小其抵抗线;如果掌子面较平整,则要加密掏槽眼,再不理想就要采用两级或三级掏槽,直至达到设计进尺为止。


5.2出现欠挖,需减小周边孔距、光爆层厚度、增加炮孔的数目和炸药填装量;出现超挖,需加大周边孔距、光爆层厚度、减少炮孔的数目和炸药填装量。经过二、三个钻爆循环作业参数的调整,光面爆破就可以达到最佳效果。


5.3隧道光爆效果一般是拱部炮眼炮痕率较高,而边墙痕率相对低,一般下部台阶起爆顺序不是自上而下逐层起爆,应该采用从中间逐渐向外起爆,如果是全幅爆破中部还要设掏槽眼。


6、取得效果


通过多条高铁的十几座隧道推广应用实践证明,只要按以上管理程序和爆破方案实施隧道掘进光面爆破,不仅能做到Ⅱ-Ⅲ级围岩超欠挖控制在±5cm,平均超挖量为0。 拱墙炮痕率达到90~100%(详见图6),月掘进尺可达170~200m。Ⅳ级围岩的超欠挖控制在±10cm内,平均超挖量为0,炮痕率达到30~60%月进尺可达到130~150 m,材料超耗量控制在5%以内,甚至0超耗。不仅保证了安全、质量,加快了进度,而且大大降低了成本。


光爆效果图片



7、隧道光面爆破可采取水压爆破


面爆破如取水压爆破形式,炮眼中的药卷可以不用导爆索起爆,使用小直径药卷连续装药,只需一个雷管起爆即可。全隧采用水压爆破,不仅降低了爆破材料费用(约20%),而且能提高进尺(约10%,20~30cm),使岩石破碎均匀,爆堆集中(缩短出碴时间),还能起到降尘(60~70%)作用,在高地应力区还可以有效地防止“岩爆”。长大隧道掘进爆破采取水压爆破,真是一举多得,应在今后隧道施工中大量推广应用。

图6 普通爆破与水压爆破装药结构图


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