光面爆破技术在西市隧洞中的应用.pdf

第 5 卷增刊 2 0 0 7年 6月 南水北调与水利科技 S o u t bt N o n h Wa t e r T r a n s f e r s a n d Wa t e r S c i e n c eT e c h n o l o g y Vo 1 ． 5 S u p p ． J u n 2 0 0 7 光面爆破技术在西市 隧洞 中的应 用 王新文 ， 魏巍 中铁十三局集团公司， 长春 1 3 0 0 3 3 摘要 以西市隧洞开挖施工为例， 对光面爆破技术在施工过程 中的应用进行了介绍， 并对取得的良好效果和经济效益 进行了分析。 关键词 隧道； 开挖； 光面爆破 ； 参数选择 中图分类号 TV6 8 文献标识码 C 文章编号 1 6 7 2 1 6 8 3 2 0 0 7 增刊一 0 0 3 8 0 2 Th e a p pl i c a t i o n o f s mo o t h bl a s t i ng t e c hni q u e i n Xi s hi t u n ne l W ANG Xi n - we n。WEI W e i Si n o h y dr oCo r po r at i o n Bur e a u No ．1 3， Cha n g c hu n 1 3 0 03 3 ，Ch i n a Ab s t r a c t The s mo o t h b l a s t i n g t e c h n i q u e i s i n t r o d u c e d i n t h e c o n s t r u c t i o n o f Xi s h i t u nn e l a n d t he e f f e c t a nd b e n e f i t a r e a na l y z e d ． Ke y wo r d s t u n ne l ； dig； s moo t h bl a s t ing； p a r a me t e r s e l e c t i o n 1 工程简介 南水北调中线总干渠西市隧洞段是南水北调中线京石段 应急供水工程的重要组成部分。工程位于河北省保定市易县 境内。西市隧洞洞身段长 5 0 0 m， 为双洞线布置。采用无压 流圆拱直墙型断面， 设计底宽 4 ． 9 m， 直墙高 4 ． 7 m， 顶拱半径 2 ． 8 2 9 m， 中 t7 角 1 2 0 。 。 2 工程地质情况 隧洞通过地段以古生界奥陶系下统亮 甲山组地层为主， 出口地段有奥陶系下统冶里组地层及中酸性岩浆岩侵入体， 冶里组地层及侵入体大部被第四系地层覆盖。洞身段长 5 0 0 m， 岩体层状单一结构。山坡高程 1 0 0 ． 0 m以上岩性为亮甲 山组 01 L 1 硅质条带白云质灰岩， 厚层、 中厚层。1 0 0 ． 0 m高 程以下为亮甲山组 0】 r 白云岩， 中厚层为主， 洞身段岩层 产状走向近 E Ⅳ， 倾向 S ， 倾角 1 0 。 ～2 8 o 9 洞身两侧产状变化较 大。在桩号 4 1 7 0 0 0附近有 F 1 断层。断层两侧岩层产状差 异很大， 上盘岩层倾角 5 5 。 ～7 O 。 ， 下盘倾角 2 O 。 ～2 5 。 。桩号 4 1 7 4 0 0 4 1 7 4 1 0附近 ， 由于受 F 4 断层影响， 岩层产状亦 有 明显变化 。 3 ．爆破施工方案设计 对于光面爆破的成缝机理， 目前以爆炸应力和爆生气体 联合作用为大家所公认。该理论认为 炮孔装药爆炸后， 在岩 石中产生的冲击波和应力波沿径向传播。岩石径向受压切向 受拉。由于应力集 中， 在切向拉应力作用下， 在炮孔连心线方 向上的孔壁上产生初始径向微裂缝； 继应力波之后 ， 高温高压 爆生气体的气楔效应和膨胀作用使裂缝逐步发展扩大 ； 同时 由于不偶合装药空气的缓冲作用， 孔壁岩石受压程度大大降 低， 最后沿光爆孔形成较为平整的开裂面。 3 ． 1 爆 破 参数 选择 为能实现良好的光爆效果， 就要合理地确定光面爆破参 数， 以使爆破产生的爆炸应力波峰值压力和爆生气体准静压 力既能足以形成较理想的光爆面和克服光爆层最小抵抗线将 岩石破碎下来， 又能消除对孔壁岩石的压碎破坏。光面爆破 参数选择主要与地质条件有关 ， 其次是炸药的品种与性能、 隧 道断面的形状与尺寸、 装药结构与起爆方法。由西市隧洞所 处地质情况可知， 本隧道围岩类型大部分为 Ⅱ、 Ⅲ类围岩； 采 用 2号岩石硝铵炸药和防水乳化炸药； 周边眼采用小直径药 卷间隔装药、 其它炮眼采用连续柱状装药结构 见图 1 、 2 ； 采 用非电毫秒雷管起爆。 炮泥 药 卷 导 爆索 图 1 周边眼不偶合装药结构示意图 收稿 日期 2 0 0 7 0 6 1 6 作者简介 王新文 1 9 5 9 一 ， 男， 山东利津人， 高级工程师， 现任南水北调中线京石段 4 4 、 4 5 标项目经理， 主要从事隧洞工程施工管理工作。 3 8 曩露 维普资讯 王新文等 光面爆破光面爆破技术在西市隧洞中的应用 导爆管 图 2 其它炮眼连续柱状装药结构示意图 根据以上实际情况， 我们对光爆参数进行了如下研究及 选择 1 炮孔间距。根据光爆成缝机理 ， 爆生气体在贯通 裂缝形成过程中为主要作用。为了形成贯通裂缝 ， 就必须使 得每单个炮孔爆生裂缝的长度至少等于炮孔间距 的一半， 忽 略由爆炸应力波产生的初始导向微裂缝， 炮孔间距应满足下 式 E≤ 2 a 式中 E一炮孔间距； a 一裂缝的最终长度； 一炮孔直径。 2 最小抵抗线和炮孔邻近系数。光爆孔的最小抵抗线 w 即光爆层厚度。其值过大， 光爆层岩石将得不到很好的破 碎， 甚至不能使岩石沿炮孔底部最小抵抗线爆落； 反之其值过 小， 反射波将对需保留围岩造成破坏， 甚至造成单个炮孔以漏 斗形式爆落岩石， 使光爆面凹凸不平。据此， 光爆层的厚度应 在避免反射应力波拉伸作用对围岩造成破坏的前提下 ， 最大 限度地利用爆破能量。对此， 我们可根据豪柔公式计算最小 抵抗线和炮孔邻近系数如下 w一 q L ／ q E； E ／ W 式中 w一最小抵抗线； E 一炮孔 间距 ； 优一炮 孔邻近 系数； q L 一炮孔装药集中度即装药线密度； g 一单位炸药消耗量。 3 装药参数 。 A 单位炸药消耗量 q 。 q 值是经验参数， 通常取 软石 0 ． 4 8 ～O ． 5 2 次坚石 0 ． 5 2 ～O ． 6 6 坚石 0 ． 6 6 ～O ． 8 4 B 线装药密度 q L 。 其大小取决于钻孔直径和装药密度， 可通过下式计算 口 Ln d 2 ／ 4 △ k g ／ m 式中 △ 一装药密度 g ／ c m ， 可取经验值或通过试验确定。 C 每孔装药量 Q O 。 QO qbH a D 装药长度 L 1和堵塞长度 L 2 。 L 1在 L一3 2 d ～ LC 之 间 L 2 ff w P ． C 式中 L 一炮孔深度； 一炮孔直径 ； C _ 一 孔口距梯段台边距离； 一 当炮孔与梯段坡面大致平行时取 0 ． 7 5 ； 垂直炮孔取 0 ． 7 5 ～ 1 ． 2 ， 坡面较陡时取较低值； 反之取高值。 根据以上的研究计算和实际情况， 我们对 w、 E和 优进 行取值， 同时我们又根据经验对装药结构 包括不偶合装药系 数、 空气柱长度、 装药结构参数 和装药集中度等光爆参数进 行了合理取值， 见表 1 、 2 。 表 1Ⅱ、 Ⅲ类 围岩钻爆 参数 表 2 I V 类 围岩钻爆 参数 3 ． 2炮 眼布置 在合理地选取光爆参数后， 如何能确实有效地发挥出我 们预计的光爆效果 ， 主要取决于炮眼的布置。在本隧道的施 工过程中， 我们根据具体围岩类型的不同， 采用了不同的炮眼 布置 。炮 眼布 置见 图 3 、 4 所 示 。 一 、 。 。 一 、。 。 ㈠ 3 、 ㈡ { 。 々 々 ㈠ j i ■ 二 段散j 炮 g 称 炮 撒 量 炮 探 鹰 单眼鞋 } t { 装； 量 备 注 1 掏 槽 3 辅助 周边 装药量 t a 2 o x 2 5 02 A馇岩 5 辅且 打 礞 5炸药 ，每米簧药 7 辅助 量0 1 5 其余炮 9 2 9’2 9 0 0 3 8 7 装药量为每米装 药量 为n7 5 k z 。 1 1 } 9 2 9 0 1 ． 2 i 1 0 ． 8 合计 6 8 说明 1 奉腰 寸脒药古卷 毫米外 ． 余 均 厘米计。 2 本设计掏槽 采用6 郇 l 中孔垂直 形掏 槽 ．采周边 采用 偶台装药结构 3 本设计采用非电毫秒雷管复式 起 ■ 同结。 4 奉设计每循环进 2 ． 5 m 、开控段面3 3 m 每循环开控目方8 2 5 ． 单位耗药量为0 , 8 2 ． h， m 。 5 爆破参教为韧步设计 ． 在施工 中 根 据实际情况进行调整 图 Ⅱ、 Ⅲ类围岩断面开挖钻爆设计图 电 箍● 炮 深度 单 装葑捌 装药量 炮 名种 ， 个 鲁洼 掏槽 辅助 周曲 装药量为 2 0 辅助旺 x2 ， 0 2 A 馇岩 辅助 石炸药，每米装药 量O J 5 ； 其案炮 辅助 装药量为每米装 药量为0 , 7 5 k 底 R寸 除药 古卷“毫米外．余均 厘米计 i 謦 嚣器。釉 拥 4 奉设计每搪环避 尺2 2 m 开控段面 坤 ． 每 搪 环开挖 百方∞ m 图 4 Ⅳ类围岩断面开挖钻爆设计图 4 钻爆施工 如果说合理的设计是我们取得 良好效果的前提， 那么能 否达到我们预期的光爆效果， 将完全取决于施工环节控制的好 坏。预善其事， 必先利其器。因此， 我们先在机具上选择了 下转第 6 5页 ■ 3 9 虢 g 确虢姐 糟 街 女E 稚 * l 镪 赫 ∞ 。 、 。 ． ． 一书 ≥ ■ 。。 ； ● ■ 维普资讯 李 朝 放水河渡槽混凝土施工温度控制及管理措施 测量一次气温和内部混凝土温度， 做好观测记录。冷却水温 度根据实测混凝土内部温度而定， 保证与混凝土内部温度温 差保持在 2 0 C～2 5 ℃之间， 以免发生内部开裂。冷却水管内 冷却水流向需 1 ～2 d 变换一次 ， 使混凝土均匀冷却。 在放水河渡槽 8 号墩混凝土埋设 了2 6 4 m冷却水管及 3 根温度测量钢管 ， 实测 8号墩浇筑完成后进行通水冷却的 4 月 2 4日一4月 2 7日混凝土温度以及冷却水温度见图 1 。 器 3 0 乏22 o5 1 5 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 45 5 0 5 5 6 0 6 5 7 O 7 5 8 0 8 5 9 0 _ l _ _ 一T 大气 T l T 2 ℃一 x - 1 ’3 叫 一 T 进水 ℃ 出水 注 上图中 T1 、 T2 、 T3为三根温度测量钢管测得 的温度。 图 1 混凝 土温 度及 冷却水温度 实测浇筑后第 3 天 ， 混凝土内部最高温度达到 4 4 C， 冷 却水平均温升为 1 4 C。通水冷却降低混凝土 内部温度计算 如下 墩台冷却水管 2 6 4 m， 冷却水管埋设间距为 1 5 0 1 5 0 c m。以 1 ． 5 1 ． 5 1 m混凝土埋设 l m管道为计算单元 。通 水经过 2 6 4 m管道水温上升 1 4 C， 水流经过每米管道温度平 均上升 0 ． 0 5 3 C， 实际通水量为 2 2 L ／ mi n ， 即0 ． 7 6 m／ s ， 通水 时间为 7天 。 水流经过每米管道吸收的热量为 7 d 2 4 h 3 6 0 0 s Ⅱ 0 ． 0 1 2 5 0 m0 4 ． 2 k J ／ k g ℃ 1 1 0 3 k g ／ ma 0 ． 0 5 3 ℃一6 6 ． 0 7 1 0 。 k Js ／ m 混凝土降低温度为 0 ． 7 6 m／ s 6 6 ． 0 7 1 0 。k J s ／ m ／ [- 2 ． 5 1 0 。 k g ／ m。 1 ． 0 0 5 k J ／ k g℃ 1 ． 5 1 ． 5 1 m。 一8 ． 8 8 ℃ 可见， 通水冷却降低混凝土温度将近 9 C， 对混凝土温升 削峰， 预防混凝土温度裂缝具有相当的作用。 3 ． 7混凝 土表 面保 温 1 混凝土浇筑完毕拆模后立即加盖保温层， 保温层采取 悬挂或覆盖保温被的方式进行保温。 2 由于渡槽槽身底部拆模时间较长， 为控制底部混凝土 温差， 采用在承重架外侧悬挂保温被 ， 将底部全部封闭， 防止 气温变化对底部混凝土的影响。 3 入秋后 8月底 ， 用编织彩条布包 2 ． 3 c m厚高发泡 聚乙烯卷材对槽身上部和进出 口进行封堵保护， 以防冷风贯 通产生混凝土表面裂缝。 4 当日平均气温在 2 ～3 d内连续下降超过 含等于 6 ℃时， 对 2 8天龄期内混凝土表面 顶、 侧面 进行保温。 5 低温季节 如拆模后混凝土表面温降可能超过 6 ℃～ 9 C 以及气温骤降期间， 适当推迟拆模时间， 尤其防止在傍晚 气温下降时拆模。否则须在拆模后立即采取其他表面保护措 施 。 3 ． 8混凝 土养 护 混凝土浇筑完毕后， 及时进行养护。高温和较高温季节 的混凝土浇筑完成后， 采用 自动喷水器对已浇混凝土进行不 间断洒水养护并覆盖保温层， 保持仓面潮湿， 使混凝土充分散 热。为做好养护工作， 建立专门养护队伍， 责任落实到人， 并 加强检查 。 4 结语 1 低温季节混凝土温度控制以预热原材料， 控制运输与 浇筑过程中混凝土温度为主。高温季节混凝土施工 ， 从混凝 土原材料温度控制、 出机口温度控制、 运输与浇筑过程温度控 制到混凝土养护散热都需经过精心组织和安排 ， 制定详细的 温控措施， 才能确保混凝土温度正常， 防止混凝土裂缝产生。 2 混凝土原材料温度控制对混凝土温度控制具有相当 重要的作用 ， 因此， 在实际施工过程中， 精心组织， 控制混凝土 原材料温度 ， 对保证混凝土浇筑质量有十分重要的意义。 上 接 第 3 9页 手持、 气腿两用的 YT _ 一2 0凿岩机、 3台 2 0 m3 ／ mi n的固定式 空压机以及自制开挖台车等适合现场需要的、 等级较高的机 具设备。使用全站仪进行测量画出开挖轮廓线， 用红油漆标 出主要炮眼位置 周边眼、 掏槽 眼、 底眼 ， 其误差不大于 5 c m， 钻眼时， 底眼应落在同一垂直面上； 掏槽 眼钻孔误差控制 在 3 c m之内， 辅助眼均匀分布， 孔眼间保持互相平行， 底板眼 向下倾斜， 最大不超过轮廓线 1 0 c m。使炮眼偏差控制在 3 c m范围内。此外， 我们严格按照爆破施工原则进行施工， 采 用完善的管理制度对钻爆施工中的人、 机、 料、 法、 环进行有效 的协调管理， 为取得良好的光爆效果提供了根本保证。 5 光爆效 果 ” “““ “” 一- - 经爆破后现场观察发现， 周遍眼炮眼残 留率平均达到了 8 6 ， 开挖断面线条规则， 轮廓面基本平顺。平均线性超挖量 1 1 ． 2 c m， 最大 超挖 量 1 8 c m。 6 效 益分 析 光面爆破作业不仅有利于安全施工 ， 而且岩面平整， 为衬 砌喷锚等工序创造有利条件， 同时还可以减少开挖土石方和 回填混凝土的数量。本隧道的光爆开挖 ， 平均线性超挖比普 通爆破减少 l 0 b3 0 c m， 相当于每延米少挖 2 ． 3 ～7 ． 5 m3 ， 按 超挖 1 延米增加直接费用 5 0 0元 开挖费用 1 0 0元， 回填 昆凝 土费用 4 0 0元 计算， 每延米节约 的费用达到 1 1 5 0 ～3 7 5 0 元， 经济效益十分显著。 王 蔽g 来 ” ． ． 维普资讯