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軟巖隧道斜井超欠挖鉆爆技術(shù)與優(yōu)化設(shè)計

2018-03-27 01:03任麗娜張曉華
西部探礦工程 2018年3期
關(guān)鍵詞:導(dǎo)爆管裝藥量內(nèi)圈

任麗娜,張曉華

(中交一航局第三工程公司,遼寧大連116083)

1 概述

項目位于滇南山區(qū),地形及交通條件惡劣,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多變,本標(biāo)段隧道施工占比達92.6%,其中斜井施工長度7.8km,正線隧道施工長度25.7km,斜井占正線隧道施工的30.03%,其中斜井和正線Ⅳ/Ⅴ級圍巖占比達78.16%,軟弱圍巖開挖施工難度大,為確保施工順利進行,針對圍巖特點進行優(yōu)化,重點對鉆眼、布眼、裝藥量及段落聯(lián)接進行有效控制;假如不采取科學(xué)、動態(tài)施工,不僅影響隧道巖壁平整度及周邊成形效果,還會危及到周邊圍巖的穩(wěn)定性,增加了支護噴射混凝土回填量,引發(fā)拱頂脫空等安全/質(zhì)量事故,造成項目成本虧損,所以優(yōu)化鉆爆設(shè)計對保證隧道施工安全、質(zhì)量及進度,提高圍巖的穩(wěn)定性,節(jié)省項目成本具有重要的意義[1-4]。

方坤對南五臺公路隧道爆破設(shè)計提出改進意見[5],炮眼之間距離控制在0.7m左右,使爆破參數(shù)得到了合理優(yōu)化;鄒樹梅以多打孔少裝藥施工模式,減輕弱爆破對軟弱圍巖的擾動為出發(fā)點,重點優(yōu)化軟弱圍巖的微爆破設(shè)計方案[6];賈明倫通過爆破試驗及數(shù)據(jù)分析,完善泥巖、風(fēng)化巖地段爆破方案,介紹蘭新鐵路站前I標(biāo),大陽山隧道黃土巖性及淺埋段施工,同時制定淺埋段爆破藥量控制,對地表結(jié)構(gòu)物造成的破壞力,嚴格控制段落微差爆破施工方法[7];王梅通過鉆眼深度及炮孔的裝藥量,特別是周邊眼裝藥量的控制,根據(jù)開挖循環(huán)進尺,采取堵塞殘余孔弱爆破施工措施[8],有效控制了爆破共震力造成圍巖擾動破壞;參考了唐中華研討的宜萬鐵路八字嶺隧道,對灰?guī)r、凝灰?guī)r夾白云巖地段爆破設(shè)計[9],確定了不同圍巖條件下的光面爆破,鉆眼、布孔及裝藥量等關(guān)鍵施工要點,有效解決了掘進斷面超/欠挖等疑難問題。

2 現(xiàn)場地質(zhì)情況

曼木樹2號斜井位于正線DK423+000處,線路左側(cè)設(shè)置,斜井總長1666.81m,采用無軌單車道施工運輸,最大斜坡度為-10%,凈空尺寸為7.5m(寬)×6.2m(高),斜井全部為Ⅳ、Ⅴ級圍巖為主,隧道施工穿過(J2h)泥巖、順層頁巖夾板巖地段,目前掌子面拱頂、拱腰出現(xiàn)砂巖夾少量炭質(zhì)泥巖。

泥質(zhì)板巖,肉紅色,局部出現(xiàn)葉片狀順層結(jié)構(gòu),節(jié)理裂隙發(fā)育,手摸裂面光滑,巖質(zhì)較軟。巖層走向與斜井中線夾角13°,產(chǎn)狀為N20°W/45°SW傾向線路左側(cè),橫斷面45°視傾角,掌子面右側(cè)存在順層偏壓,拱頂、拱腳有滲、滴水現(xiàn)象,遇水碾壓后軟化崩解。

2.1 掌子面圍巖情況調(diào)查

圍巖沿隧道中軸線巖性變化較大,從5月27日至6月4日現(xiàn)場調(diào)查中,巖性由泥質(zhì)板巖慢慢過渡至泥巖夾凝灰?guī)r,掌子面左側(cè)出現(xiàn)泥質(zhì)凝灰?guī)r(粉末狀),灰綠色,右側(cè)拱頂為板巖,肉紅色,巖層層面構(gòu)造發(fā)育明顯,拱頂及右側(cè)拱腰有滴水、滲水現(xiàn)象,對鉆孔、布孔、裝藥影響比較大。

2017年6月2日,爆破施工結(jié)束后,進行現(xiàn)場超欠挖實測,臺階法開挖施工,上臺階進尺為3.0m,開挖輪廓線左邊墻超挖小于0.1m,屬于合理可控制范圍;拱頂、右拱腰超挖0.2~0.3m;右拱腳超挖約0.2m;右邊墻、右墻腳局部超挖約0.4~0.5m。

2.2 鉆眼參數(shù)現(xiàn)場實測調(diào)查

一級掏槽孔豎向間距控制在0.8m左右,水平間距3.4m(外八字),角度55°,鉆孔深度3.5m;二級掏槽孔豎向間距控制在0.4m左右,水平間距為4.0m,角度62°,鉆孔深度3.0m,偏差絕對值為7°,一、二級掏槽眼之間距離為0.3m;共設(shè)置一層內(nèi)圈眼,環(huán)向之間距離為0.8~1.4m,與二級掏槽孔間距0.75m;底板眼水平間距0.9~1.05m,下插角-3°~-6°;周邊眼環(huán)向間距0.5~0.7m,外甩(插)角5°,鉆桿深度為3.1m,按支護兩榀鋼架長度2.4m為準(zhǔn),掘進長度超進0.6m,拱頂出現(xiàn)掉塊,掌子面拱頂及右下角拱腰超/欠挖現(xiàn)象嚴重。

3 爆孔施工工藝

通過對2#斜井現(xiàn)場多次勘察和研究,再次對鉆爆工藝進行優(yōu)化調(diào)整,要求做到拱部及斷面松動危巖清除、量測布眼、鉆眼、清眼、裝藥、殘孔堵塞、導(dǎo)爆索應(yīng)用及微差導(dǎo)爆管聯(lián)接;控制炮眼數(shù)量、角度、深度及結(jié)構(gòu)尺寸布置,尤其單孔裝藥量的控制,必須嚴格按優(yōu)化后工藝執(zhí)行。

3.1 炮眼布置

(1)炮眼布置前,先采用挖掘機配合人工清除掌子面松動危巖、上臺階底板虛渣及回彈噴射混凝土。

(2)施工測量放樣開挖斷面輪廓線,炮眼位置、數(shù)量及結(jié)構(gòu)尺寸;現(xiàn)場采用紅漆做記號,標(biāo)定隧道中心線,對稱劃出掏槽眼位置,然后進行內(nèi)圈眼、周邊眼及壓頂眼布置,布孔結(jié)束、檢查確認無誤后,方可進行鉆眼施工作業(yè)。

3.2 炮眼鉆孔

(1)采用28#手動或三臂風(fēng)機鉆眼,鉆孔直徑為42mm。

(2)嚴格控制鉆眼的角度和深度,特別是周邊眼和一級掏槽眼的傾斜角度,嚴格按優(yōu)化工藝執(zhí)行;要求現(xiàn)場技術(shù)主辦,在炮孔鉆眼施工中,做好鉆孔施工技術(shù)指導(dǎo)及地質(zhì)素描記錄,為下循環(huán)施工提供依據(jù)。

3.3 炮眼清孔

(1)炮眼施工結(jié)束后,撤出鉆孔設(shè)備,進行炮孔清理工作,確??咨顫M足施工要求。

(2)采用吹風(fēng)管進行清孔,清除孔內(nèi)渣體、積水及污泥,確認眼孔無堵塞后,方可將孔口封堵(防止底眼孔積水或小碎石再次堵塞炮孔,建議采用編織袋或廢紙堵塞)。

3.4 炮眼裝藥

(1)由開挖班施工人員,配合專業(yè)爆破技術(shù)人員進行裝藥,裝藥過程中應(yīng)嚴格控制周邊眼、內(nèi)圈眼及掏槽眼的裝藥量,要求提前計算炮孔眼藥量,提高裝藥施工效率。

(2)眼底藥倒插導(dǎo)爆雷管,一手抓住導(dǎo)爆管腳線,慢慢放進炮孔眼口處,然后用?30mmPVC炮棍,輕輕推入炸藥至眼底;每孔裝藥時,注意裝藥過程中,推力均勻,不得強推,確保每節(jié)藥首尾連接密實(除周邊眼外)。

3.5 炮眼堵塞

(1)宜用廢舊紙或黃泥作殘余孔堵塞物,將黃泥捏成條狀,優(yōu)化殘余孔約為20~50cm。

(2)堵塞物慢慢用力推進,然后壓實以充分接觸炸藥,依次用力推實堵塞物,確保殘孔長度堵塞密實。

3.6 爆管聯(lián)接

(1)為減少爆破共震力,對周邊圍巖擾動破壞,現(xiàn)場必配1段、3段、5段、7段、9段、11段微差導(dǎo)爆管,實現(xiàn)周邊眼、內(nèi)圈眼、掏槽眼及底板眼各自獨立引爆,減弱爆破共震力對拱部圍巖完整性的破壞,達到預(yù)裂爆破效果。

(2)聯(lián)接導(dǎo)爆索和導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆管與電雷管時,均采用膠粘帶綁扎;為防止導(dǎo)爆管產(chǎn)生盲炮現(xiàn)象,綁扎導(dǎo)爆管與電雷管時,宜包裹少許炸藥(電雷管需插入炸藥中),達到共同引爆效果。

3.7 爆破作業(yè)與起爆

(1)裝藥聯(lián)接結(jié)束后,由專職爆破員統(tǒng)一指揮,現(xiàn)場人員全部撤離,必須在安全距離之外躲藏。

(2)引爆線長度不得小于200m,采用12Ⅴ電壓起爆,確?,F(xiàn)場人員及機械設(shè)備,全部撤出安全距離之外后放可引爆,同時關(guān)閉洞外通風(fēng)設(shè)備,以防爆破氣流對風(fēng)袋造成損壞。

4 改進的鉆眼爆破炮孔設(shè)計

結(jié)合斜井工程地質(zhì)情況,施工隊伍的作業(yè)習(xí)慣,通過和現(xiàn)場技術(shù)人員、施工負責(zé)人共同研討,對2#斜井7.5m(寬)×6.2m(高)斷面尺寸進行優(yōu)化鉆爆;建議采用短臺階開挖,上臺階施工高度控制在3.75m,按每循環(huán)2.4m進尺,具體鉆眼結(jié)構(gòu)尺寸布置、鉆孔藥量參數(shù)修訂如下。

4.1 炮孔參數(shù)設(shè)計

(1)掏槽眼。采用兩級掏槽眼、楔形外“八”字掏槽對稱布置,一級掏槽眼內(nèi)掏角度72°,兩側(cè)掏槽眼水平距離2.4m,距隧道中線1.2m,共3層,每層豎向間距為0.5~0.65m,每側(cè)3個炮孔,共設(shè)置6個炮孔,每孔鉆眼深度3.2m;二級掏槽眼內(nèi)掏角度79°,兩側(cè)掏槽眼水平距離3.4m,與一級掏槽眼水平間隔0.5m,共2層,每層高度間距不得大于0.58m,鉆眼深度3.0m,每側(cè)2個炮孔,共4個炮孔;一、二級掏槽眼距底眼高度0.6m,見圖1、圖2;新增壓頂眼2個孔,每孔水平間距0.75m,距2層內(nèi)圈眼豎向距離0.6m,鉆眼深度3.2m,下插角-20°;通過多次試驗,掏槽眼及壓頂眼平均系數(shù)均取0.75kg/m3,則每孔裝藥量為:q掏={平均孔深[(3.2m+3m+3.2m)/3]-殘孔堵塞長度0.4m}×平均系數(shù)0.75=2.05kg,每孔藥量2.05kg。

掏槽眼總裝藥量Q掏=2.05×(6+4+2)=24.6(kg)。

圖1 掏槽眼和壓頂眼布置示意圖

圖2 掏槽鉆孔控制平面圖

(2)內(nèi)圈眼。第一層內(nèi)圈眼環(huán)向間距0.7m,環(huán)向布置,炮孔角度與隧道中線平行,鉆眼深度2.7m,共13個炮孔;第二層內(nèi)圈眼環(huán)向間距0.8m,第二層與第一層內(nèi)圈眼水平間距0.7m,環(huán)向布置,與隧道中線內(nèi)插角度84°,鉆眼深度2.9m,與二級掏槽眼間隔0.6m,共9個炮孔,見圖3;內(nèi)圈眼裝藥平均系數(shù)取0.6kg/m3,則每孔裝藥量為:n內(nèi)=[平均孔深(2.7m+2.9m)/2-殘孔堵塞長度0.4m]×平均系數(shù)0.6=1.44kg,每孔總藥量1.44kg。

內(nèi)圈眼總裝藥量N內(nèi)=1.44×(13+9)=31.68(kg)。

圖3 內(nèi)圈眼布置示意圖

圖4 周邊眼布設(shè)示意圖

(3)周邊眼。周邊眼距開挖輪廓線-0.1m環(huán)向布置,拱頂120°范圍內(nèi)鉆眼下插角-2°~-1°,拱腰以下鉆眼角度與隧道中線水平,炮眼間距0.45m,鉆眼孔深2.7m,共25個炮孔。裝藥采用間斷隔離方式,間斷長度0.32m,現(xiàn)場紅線導(dǎo)爆索串聯(lián)爆破,通過現(xiàn)場多次試驗后,光面效果比較理想,見圖4;周邊眼每孔裝藥量平均系數(shù)為0.45kg/m3,則單孔裝藥量為:z周=單孔裝藥長度(0.32×4)×平均系數(shù) 0.45=0.57(kg),每孔總藥量0.57kg。周邊眼間斷隔離裝藥布置示意圖,見圖5。

周邊眼總裝藥量Z圈=0.57×25=14.3(kg)。

4.2 鉆孔施工精度控制要點

根據(jù)斜井設(shè)計施工圖,Ⅳ級圍巖鋼架間距為1.2m,按每循環(huán)開挖兩榀鋼架間距,則每次開挖進尺不得大于2.6m;掏槽眼鉆孔施工,精準(zhǔn)控制外“八”字掏槽角度,一級掏槽控制角度72°,鉆孔深度3.2m,每側(cè)距離隧道中心線1.2m;二級掏槽控制角度79°,鉆孔深度為3m,每側(cè)距離隧道中心線1.7m;第二層內(nèi)圈眼距二級掏槽眼0.6m,鉆孔深度為2.9m,環(huán)向布置,與隧道中線內(nèi)插角度84°;第一層內(nèi)圈眼距第二層內(nèi)圈眼0.7m環(huán)向布設(shè),鉆孔環(huán)向距離0.7m,鉆眼角度平行隧道中線,鉆孔深度為2.7m;周邊眼距第一層內(nèi)圈眼0.6m,鉆孔深度2.7m;壓頂眼位于一級掏槽眼上方,與隧道中線對稱布設(shè),與第二層內(nèi)圈眼豎向距離0.6m,鉆眼下插角-20°,鉆眼深度為3.2m;底板眼位于隧道導(dǎo)坑底板上0.1m處,共11個鉆孔,每孔水平之間距離0.75m,鉆眼下插角-5°,鉆孔深度3.2m。

圖5 周邊眼間斷隔離裝藥及導(dǎo)爆索安裝示意圖

4.3 起爆網(wǎng)路

掌子面均采用導(dǎo)爆管加紅線導(dǎo)爆索及雷管,進行微差組合聯(lián)結(jié)爆破方式,一級掏槽使用1段導(dǎo)爆管,二級掏槽使用3段導(dǎo)爆管,第二層內(nèi)圈眼使用5段導(dǎo)爆管,周邊眼使用7段導(dǎo)爆管,第一層內(nèi)圈眼使用9段導(dǎo)爆管,底板眼使用11段導(dǎo)爆管,束狀族群聯(lián)后,采用電雷管帶線引爆。

5 結(jié)論

(1)實測一級掏槽與隧道中線間距1.7m,現(xiàn)場對掏槽眼間距實測,發(fā)現(xiàn)掏槽眼距中心線的偏差0.5~0.7m,應(yīng)控制在1.2m,偏差不大于0.5m,容易使掏槽爆破效果不理想,產(chǎn)生補炮現(xiàn)象;同時應(yīng)當(dāng)增加二級掏槽眼為4個,左/右側(cè)對稱布置,距一級掏槽0.5m。

(2)現(xiàn)場實測底板眼6個,優(yōu)化后底板眼數(shù)量不少于11個,水平之間距離控制在0.75m左右,每孔裝藥量系數(shù)為0.65kg/m3。

(3)現(xiàn)場量測顯示兩層內(nèi)圈眼之間距離為0.7~1.2m,優(yōu)化后每層內(nèi)圈眼間距不大于0.7m。

(4)原設(shè)計周邊眼環(huán)向間距大于0.5m,優(yōu)化后周邊眼環(huán)向間距不得大于0.45 m,并采用導(dǎo)爆索聯(lián)接,分段間隔裝藥弱爆破方式,盡量減少對開挖輪廓周邊圍巖的擾動。見圖4、圖5。

(5)施工前應(yīng)對設(shè)計尺寸布控開挖眼,采用紅漆標(biāo)出,從隧道中線開始進行兩側(cè)對稱布控,防止掏槽眼、周邊眼及內(nèi)圈眼的偏差及布控效果。

(6)調(diào)查發(fā)現(xiàn),原爆破工藝經(jīng)常存在補炮現(xiàn)象,針對補炮問題的解決,要求施工單位在一級掏槽孔與第二層內(nèi)圈眼之間,增加2個壓頂眼,鉆眼深度為3.2m;通過施工現(xiàn)場多次實驗,施工效果明顯,未發(fā)生補炮及啞炮現(xiàn)象再次發(fā)生,徹底解決了隧道左、右側(cè)拱腳超欠挖及補炮問題,加快了隧道施工進度。

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