软弱及破碎围岩隧道光面爆破技术探讨.pdf

3 2 铁道建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i n g S e p t e mb e r ，2 0 0 6 文 章编 号 1 0 0 3 ． 1 9 9 5 2 0 0 6 0 9 ． 0 0 3 2 ． 0 3 软弱及破碎 围岩隧道光面爆破技术探讨 黄福波 中铁四局集 团公 司 ， 合肥2 3 0 0 2 3 摘要 以西南山区铁路垭I ／ 隧道为实例 ， 对软弱及破碎 围岩光面爆破效果进行 了分析 ， 研 究 了在此类 围 岩条件下的光面爆破参数 ， 总结了在软弱及破碎 围岩 中实施光面爆破取得的经验 ， 供类似工程参考。 关键词 隧道软 弱 围岩破 碎 围岩 光面爆 破 中图分 类号 U 4 5 5 ． 6 文 献标 识码 B 光面爆破技术对于软岩 ， 特别是非均质软岩 ， 爆破 后很难在洞壁上留下半孑 L ， 围岩沿开挖轮廓往往成块 成片剥落 ， 拱顶超挖量 大， 钻孑 L 成孑 L 困难 ， 使装药常常 达不到爆破设计要求。因此应加强软弱及破碎围岩光 面 爆破技 术 的研 究 。 1 单线软岩隧道光面爆破设计 对于单线软弱围岩隧道 ， 一般采用上 、 下台阶进行 爆破开挖， 为了减少上半断面掏槽爆破对拱部 围岩的 影响， 将上半断面掏槽区尽量放在底部 ， 并相应地减少 主掏槽眼之间的间距 ， 同时对上半断 面周边炮孑 L 采用 密孑 L 布置 ， 隔孑 L 装药的技术措施 ， 以减轻爆破振动对围 岩 的扰 动 。 1 ． 1 上半 断面光 面爆 破 设计 1 拱部周边密空孑 L 布置。由于围岩岩质较软 ， 易 于钻孑 L ， 光爆设计时沿设计 轮廓线布置一排密集 的空 孑 L ， 隔 2～ 3孑 L 装药。相邻孑 L 距取孑 L 径的 8～l 2倍 ， 即 孑 L 距 为 3 5 ～5 0 c m 。 2 周边保护层厚度的选取。根据围岩软硬变化以 及爆破效果观察 ， 取保 护层厚度 为 4 0～5 0 c m为 宜。 厚度过大， 则保护层不易剥落， 光爆效果不好 ； 厚度过 小 ， 则起不到对设计轮廓的保护作用。 3 炮孔深度及循环进尺。由于 围岩强度较低 ， 为 了便于爆破后及时支护 ， 设计循环进尺为 1 ． 5 m， 钻凿 眼深度为 1 ． 6 m左右。 4 周边装药孑 L 线装药密度。线装药密度影响光面 爆破的效果， 线装药 密度过大时， 会破坏炮孑 L 的孑 L 壁 ， 线装药密度过小时 ， 则可能形不成炮孑 L 之间的裂缝且 爆破大块率较高。由于是 在软岩 中实施爆破 ， 其抗压 强度较低 ， 炮孑 L 壁很容易被压坏 ， 因此 ， 线装药密度应 适当减少 。实践证明， 取 0 ． 1 0～0 ． 1 2 k g ／ m较为合适 。 5 炮孑 L 布置及起爆顺序设计。软弱围岩单线上半 断面炮孑 L 布置及起爆顺序如 图 1 所示。 6 爆破参数。软弱 围岩单线上半断面爆破装药 参数如表 1 所示 。 7 光爆参数及综合技术指标。单线软弱围岩隧道 上半断面光爆参数及综合技术参数如表 2 、 表 3 所示。 1 ． 2 软弱 围岩 单线 隧道 下半 断面 爆破 设计 对软弱 围岩下半断面爆破 ， 在不大量增加钻孔个 数的前提下 ， 靠改变炮孔的起 爆顺序来提高侧边墙的 半孑 L 保有率是可行 的， 实践证 明亦是成 功的。其炮孑 L 图 1 单线软 岩上 半断面爆 破炮 眼布置 及起 爆顺序图 单位 e m 表 1 单线软岩隧道上半断面爆破装药参 数表 炮眼 段 眼深 眼数 炸 药类 型 单孔条 单孔药 单段药 装 药长 装药． 种类 号 ／ m ， 个 ／ k g ／ 条 数， 条 景／ k g 量／ l cg 度／ m 结构 掏槽眼 l 1 ． 7 4 0 ． 1 8 4 0 ． 7 2 2 ． 8 8 0 ． 8 连续 掏槽眼 3 1 ． 8 4 0 1 8 5 0 ． 9 0 3 ． 6 0 1 ． 0 连续 扩槽眼 5 1 ． 6 4 0 1 8 4 0 ． 7 2 2 ． 8 8 0 8 连续 掘进眼 7 1 ． 6 7 0 ． 1 8 4 0 ． 7 2 5 ． 0 4 0 ． 8 连续 内圈眼 9 1 ． 6 9 1 ． 1 8 3 0 ． 5 4 4 ． 8 6 0 ． 6 连续 拱周边眼 1 1 1 ． 6 7 0 ． 1 2 3 0 3 6 2 ． 5 2 0 ． 6 间隔 墙周边眼 1 3 1 ． 6 6 0 ． 1 2 3 0 ． 3 6 2 ． 1 6 0 ． 6 间隔 底板眼 1 5 1 ． 6 9 0 1 8 7 1 ． 2 6 1 1 ． 3 4 1 ． 4 连续 维普资讯 2 0 0 6年第 9期 软弱及 破碎围岩隧道光面爆 破技 术探 讨 表 2 单线软岩隧道光面爆破 周边 区装药参数表 装药 集中度 炮孔深 周边眼 内圈眼 内圈眼及周 单孔装药／ k g ／ k g ／ m 度／ m 间距／ m 问距／ m 边 眼排距／ m 周边 内圈 周边 内圈 1 ． 6 O． 3 5 0． 7 0 O． 6 5 O ． 3 6 0． 5 4 O ． 2 2 O． 3 3 表 3 单线软岩 隧道上 半断面爆破综合技 术参数表 开挖断 预计进 爆 破方 炮 眼总 雷管用 炸药总 炸药单耗 面／ m 尺／ m 量／ m 数／ 个 量／ 发 量／ k g ／ k g ／ m 1 2． 6 1． 5 1 9 5 0 5 0 3 5． 2 8 1． 8 7 布置及起爆顺序如图 2所示 。其装药爆破参数及综合 技术参 数 如表 4 、 表 5所 示 。 图 2 单线软岩隧道下 半断面爆破炮 眼布 置 及起爆顺序 图 单位 c m 表 4 单线软岩下半 断面 爆破装药参数表 段 眼深 眼数 单孔 条数 单孔 药 单段药 药 长 装药 炮 眼名称 号 ／ 个 ／ o ． 1 8 k g ／ 条 量／ k g 量／ k g ／ m 结 构 上排炮眼 1 1 6 2 6 1 O 8 4 ． 3 2 1 ． 2 集 中 上排炮眼 3 1 ． 6 4 6 1 ． 0 8 5 ． 5 O 1 ． 2 集中 中排炮眼 5 1 ． 6 6 6 1 ． O 8 7 ． 5 6 1 ． 2 集中 中排炮眼 7 1 6 6 6 1 ． O 8 6 ． 4 8 1 2 集中 下排炮眼 9 1 6 6 6 1 ． O 8 4 ． 3 2 1 ． 2 集 中 下排炮眼 l 1 1 ． 6 4 7 1 ． 2 6 2 ． 1 6 1 ． 4 集 中 侧墙炮眼 1 3 1 ． 6 7 3 O ． 3 6 2 ． 5 2 0 ． 6 间隔 侧墙炮眼 1 4 1 ． 6 7 3 O ． 3 6 2 ． 5 2 0 ． 6 间隔 底板眼 1 5 1 ． 6 9 7 1 ． 2 6 l 1 ． 3 4 1 ． 4 集 中 表 5 单线软岩 下半 断面爆破综 合技 术参数表 开挖断 预计进 爆 破方 炮 目 艮 总 雷管用 炸药总 炸药单耗 面／ m 尺／ m 量／ m 数 ／ 个 量／ 发 量／ k g ／ k g ／ m 44． 7 1 ． 5 6 7． 0 5 5l 5l 4 6． 72 O． 7 O 1 ． 3 提高光面爆破质量的措施 1 根据地质条件选择合理的爆破参数。在观察爆 破效果中发现， 拱部在 密孑 L 布置 、 隔孑 L 装药 的情况 下， 装药孑 L 口部位一般很难 留有炮痕 ， 在施工中 ， 首先调整 周边装药孔的药量 ， 并对装药孑 L 装药结构进行调整 ， 具 体做 法是将 光爆炸药一分 为二 绑扎在竹片 导爆 索 上 ， 使炸药能量更加均布于炮孑 L 壁上 ， 以减轻爆破对围 岩的扰动。其次是 加强掏槽 ， 增大 内圈眼至周边眼 的 段问隔时间 ， 跳 1 ～2段分别使 用毫秒雷管 ， 以减轻爆 破时 围岩对周边孑 L 的夹制作用 ， 提高爆破效果。最后 是加强孑 L 口填塞质量 ， 用炮泥堵塞 3 0 c m。 2 提高测 量画线 的精度。在测 量放线时， 应尽可 能采用激光制 向仪来导向 ， 提高 中线 与标高的精度 ， 并 配合支距法提高轮廓线放样精度 。 3 提高钻孑 L 精度 及炮孑 L 质量。光爆效果好坏 ， 超 欠 挖 多少 均与 周边 钻 孑 L 质 量 有 密切 关 系 。在钻 凿周 边 孑 L 时 ， 尽管钻机 比较靠近开挖轮廓线 ， 但 由于钻机头部 本身要 占有一定 的空 间以及操作条 件的要 求 ， 所 以周 边孑 L 口开眼位置均在 开挖轮廓线 以 内， 而且钻杆需 向 外倾 斜一定的角度钻 眼， 才能使开挖 出的断 面不会逐 渐缩小。根据实测 ， 在钻凿周边眼时 ， 是可 以将钻杆外 插 角 控制 在 2 。 ～3 。 以 内的 。 1 ． 4光面爆 破 技术 应 用效 果 隧道断面成形基本上达到 了要 求 ， 拱部的半 孑 L 保 有率达到了 6 0％左 右 ， 采用密孔布 置 ， 隔孔装药的爆 破 方 法取得 良好 的光 爆 效 果 ， 基本 上 没 有 发 现 爆 振 裂 隙和围岩松动掉块现象 。在小软弱带 ， 留下约 1 ／ 4孔 壁 ， 炮眼利用率达 到了 1 0 0％。下半 断面洞壁 的半孔 保有率稍低于拱顶 ， 仅在炮孑 L 底部附近留有半孑 L ， 起爆 药位置处爆振裂隙较多， 但形成 的侧墙壁基本上平整 、 稳 定 ， 超 欠挖 量 少 ， 整 个 断 面 洞 壁 平 均 起 伏 高 差 1 5 2 光面爆破技 术在破碎 围岩 中的应 用 隧道进 口端为下飞仙关组 T l f 紫红 ， 暗紫色砂岩 及同色页岩 ， 局部夹 泥灰岩等。砂 岩 中常含大量 同生 泥砾岩层 ， 斜层理 及交错层理发育。底部为一层 暗紫 红色粉砂 岩， 呈球状 网化 的特征 ， 整合于宣 威组地 层 上 ， 设计为 Ⅲ类围岩 。该段为岩溶地层。在节理 、 裂隙 发育 的围岩破碎带且有大量渗水 的情况下 ， 尽管 采用 了预留光爆层 、 轮廓线 内移等通常控 制超欠挖 的施 工 方法 ， 但隧道断面成 形仍未达到光爆标准。拱部 岩体 基本上仍沿层理剥落 ， 隧道成门框形断面， 拱肩处超欠 挖量大 ， 周边炮孑 L 痕迹仅在边墙部 位完整岩体剥 落后 保留， 拱部基本上无炮孑 L 痕迹保留， 全段面半孑 L 保有率 2 0 ％ 维普资讯 3 4 铁道建筑 S e p t e m b e r ， 2 0 0 6 由于该里程段所 揭露的地质较为破碎 ， 节理裂隙 发育， 掌子面渗水量大 ， 完 全低于 Ⅲ类 围岩标准， 掘进 时， 光爆效果差 ， 顶部 围岩松弛， 仅靠锚 喷支护维持其 稳定 。为了确保施 工安全 ， 首先提出改全断面为上下 台阶法施工 ， 但由于初 支变更方案未能通过设计方认 同， 且台阶法施工时， 光爆效果仍不能有所保证， 更重 要的是在全线保铺架 的形势下， 上下 台阶法开挖 因工 序多 ， 劳动强度大等原 因， E t 进尺不能保证。在现有的 机械配套设施 、 工人施工的熟练程度等客观条件下 ， 最 终仍选择全断面一次成形 的开挖方法。 2 ． 1 破碎 围岩 隧道超 欠 挖原 因分析 对周边区装药结构及 控爆参数调整后， 通过超欠 挖量统计分析 ， 破碎带拱部超欠挖量基本上与拱顶周 边眼爆破参数关系不大， 周边眼在距设计轮廓线 一定 距离内变化 ， 即内移周边 眼法， 爆破后实测到的拱部超 挖量变化较小 ， 拱 顶岩体基本上仍沿某 一层理剥落 。 另外 ， 尽管对周边炮 眼实施 了弱装药 ， 竹片 导爆索等 辅助措施仍未能使隧道沿拱部炮眼连成线而成形 。相 对而言 ， 边墙部位光爆效果则要好得多 ， 边墙轮廓线基 本上沿炮眼连线而成形 ， 炮 眼痕迹保有率 在 8 0％ 以 上 。其超欠挖量主要是 由钻杆外插角造成 ， 遇到个别 地方层理剥落所至， 且超欠挖量较少 ， 这主要由于边墙 部位岩体受到上 、 下岩体 支撑而受爆 破振动的影响较 少的原 因。而拱顶岩体 由于下方的支 撑力已被取消 ， 使岩体具有下落空间， 在 爆破振动及其 自重的作用下 沿层理下落， 使拱顶 围岩沿某一层理脱落而出现超欠 挖。在破碎围岩中进行开挖 ， 减轻爆破振动是控制超 欠挖 的重要手 段之一 。 2 ． 2 单 线隧 道破碎 围岩 带控 制超 欠挖 施工 技术措 施 在破碎地质带 ， 为了控制隧道的超欠挖 ， 通常采用 以下方 法进行 。 1 采用特殊的掏槽形式 ， 减轻振 动。减少每循环 爆破进尺， 采用楔形掏槽技术等。其 中选用楔形掏槽 技术是 比较好的减振技术措施 。隧道爆破时， 最大振 速往往位于掏槽时刻， 这是因为掏槽 眼装药最多 ， 受围 岩夹制作用亦最大 ， 段与段之间的间隔时差又小 ， 易产 生串段叠加现象， 从而使爆破振速加大 ， 另外， 对楔形 主掏槽眼采用分层分段装药 ， 减少最大段装药量 ， 亦能 控制最大爆破振动。 2 严格规范周边 眼装药结构。由于 围岩破碎 ， 其 裂隙之间易受到爆炸气体的气楔作用而分劈。为了分 散周边炮孔内药量 ， 防止能量集中， 造 成超挖， 一般周 边孔均实行竹片 导爆索 声 2 5 m m小卷光爆炸药 ， 且 长 2 0 c m的小卷还分成 二节， 使炸药 更加均布于周边 炮孔壁 ， 严禁炮孔底部加装 大管炸药。还需要将各孔 内导爆索伸出孔外 ， 用一长导爆索顺拱部周边眼进行 串联 ， 以确保拱部周边眼同时准爆。 3 控制钻杆的外插角。钻杆 的外插角过大 ， 超挖 量将会愈大 ， 在破碎 围岩地 质段超 挖将更加 明显。在 钻凿拱顶炮眼时 ， 要求安排司钻技术好的工人司钻， 领 钻工旁领钻 ， 拱顶眼钻好后半插入水平标杆 ， 其它炮孔 均平行于标杆方向钻进。 4 拱肩处加密炮 眼， 利用空孔控制断面成形。在 破碎围岩 中隧道最大点超挖量位于拱肩处， 断面成形 基本为门框形 。为了控制拱肩处隧道轮廓， 在拱肩处 加密炮眼且隔孔装药 ， 以减少周边眼段起爆药量 ， 减轻 地振动且利用空孔来控制周边轮廓成形。 5 内移周边轮廓线法， 控制超挖。由于岩体的性 质在一定距离内有相似性 ， 例如裂隙的多少， 节理的方 向等。如果作用力 、 作用距离基本相等， 拱顶平均超挖 量 应该 是一 个 常数 ， 通 过统计 数 个循 环 的超挖量 ， 可 以 在测量放线 时， 有意识地对拱顶采用 内移轮廓线来减 少 隧道 的超 挖 量 ， 拱 顶 内移 距 离 为 统 计 出 的超 挖 量 的 平均值。 2 ． 3 破碎 带 光爆技 术应 用效 果 地质破 碎 带 的光 面爆 破 成 形试 验 ， 得 到 了一 些 很 宝贵的装药经验公式及数据 。在该破碎地层中控制住 了大量的超欠挖 ， 保证了隧道施工的顺利进行 ， 表明所 采用的钻爆参数是合理的 ， 对围岩的扰动深度浅 ， 所采 用的控制超欠挖措施是合理 的， 是一例 比较成功在破 碎围岩地区安全进行隧道掘进 的施工实例。 3 结 语 在软弱围岩中实施光面爆破 ， 尽管不能形成留有 较多半孔炮痕的洞壁 ， 但仍须强调实施光爆技术 ， 以减 轻爆破振动对围岩的扰动。软弱 围岩地段进行拱部周 边密孑 L 布置 ， 隔孑 L 装药是保证隧道拱顶成形 ， 减少超欠 挖的 良好办法。控制钻杆外插角 ， 不进行超量装药是 保证周边不产生较大超挖 的主要对策。禁用增加药量 增大周边I] l f L 间距的办法 ， 将每节光爆药卷一分为二 ， 等间距地绑扎在竹片 导爆索上 ， 使得 炸药均匀分布 在全长的炮孔壁上采用此法可以改善软弱 围岩 中的光 爆效果。在破碎 围岩中采用 预留光爆层 、 二次爆破技 术将会给施工带来安全隐患 ， 在不能有效保证安全 的 前提下尽量少使用 。在破碎 围岩 中进行 隧道开挖 ， 减 轻爆破振动是控制超欠挖 的重要手段之一 。 修回 13期 2 0 0 6 0 61 0 责任审编 王红 维普资讯