钻瀑技术.docx
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钻瀑技术
摘 要
:
在隧道软弱浅埋围岩地层的钻爆设计及施
工中
以减小爆破产生的振动效应
减轻对围岩的扰2 开挖方案的确定
动出发
论述了软弱围岩的爆破设计方法与爆破参考虑到洞身大部分位于浅埋地段和受洞口不良
数的选定以及实施效果分析。
地段的影响以及软岩大跨、工期紧张的特点
在开挖
关键词
:
隧道
;软弱浅埋围岩
;爆破方法的选择上必须确保开挖后的围岩有相对的稳定
:
A时间
在该时间内能够完成必要的初期支护
为后序
工作提供安全保证。
为了保证围岩稳定或减少围岩
1 工程概况
京广铁路信陈段改造工程龙陈家湾隧道
（长
265m）和冯家泷隧道
（长
185m）相距
195m,经过地区
均以丘陵为主
河谷两侧台地狭窄
呈不连续分布。
大部分地区露出基岩
隧道穿越地层主要为元古界
片麻岩、片岩、混合岩类等
片岩、片麻岩全
—强风化
层厚度一般大于
10m,岩体工程地质条件较差
主要
为
Ⅴ级、Ⅳ级围岩
均为软弱围岩浅埋地层。
隧道净
宽
11.6m,净高
9.7m,开挖宽度
13.2m,开挖高度
11.2m,开挖面积
135m2,内轮廓为三心圆
由于两座
隧道受地质构造影响
节理发育
岩石大多为层状
开挖不当极易造成塌方
必须采取强有力的辅助施
工措施才能保证隧道施工的安全。
收稿日期
:
2007-01-05
作者简介
:
刘路
（1975,2-）,男
（汉）,河北
工程师
主要研究桥梁与隧道工程。
扰动
选择适当的开挖方法和掘进方式
并尽可能提
高掘进速度
我们结合工程地质、水文地质等因素
参考设计断面大小、形状和辅助施工手段、工期要
求、现有机械设备配套能力及经济性等客观条件的
限制
经过试验选定了在隧道洞口段及洞内
V级破
碎围岩地段采用弧形开挖预留核心土的方法进行上
部开挖
在隧道内部
Ⅳ级围岩地段
视围岩情况调整
为短台阶法施工以加快施工速度。
3 爆破方案的选择
针对浅埋软弱围岩控制爆破设计的总体思路
是
:
拱部及边墙采用预裂爆破
核心部分采用控制爆
破
掏槽采用抛掷爆破
尽可能减轻爆破对围岩的扰
动
减轻振动强度
维护围岩自身的稳定性
使隧道
轮廓成形良好。
3.1 周边眼布置
本隧道对于
Ⅳ级围岩拱部采用光面爆破
由于
岩面的自重有助于周边眼在最后起爆时岩面沿周边
[6] 张东兴
黄龙男
.玻璃钢管混凝土柱力学性能的试验研
究[J].哈尔滨建筑大学学报
2000,33
（1）:
73—761
ExperimentationofGFRP2concrete
circulartubecolumns
LIUJie,etal.
（SoutheastUniversity,Nanjing210096,China）
Abstract:
Bytheaxialcompressexperimentationof
GFRP2Concretecirculartubeslendercolumns,theload2straincurveandfailuremodes,theregulationofpoisson’s
ratio,forcestages,displacementperformance,andentire
capacityoftubecolumnareanalyzed.Comparetheoretic
analysiswithresultofexperimentation,itfitswell.
Keywords:
GFRP2concretecirculartubecolumn;slender
column;axialcompressivestrength
围岩短台阶法采用双斜形,半硬半软或出现厚软夹
层断可采用单斜形灵活布置。
3.3 辅助眼、底眼
从爆破破碎机理看,要求控爆效果达到爆后不
出现破碎区,不产生漏斗,在较小裂隙区内实现控
爆。
布眼顺序:
掏槽眼、扩槽眼、周边眼、二层眼、辅
助眼和底眼。
其中,二层眼直接影响控爆效果,布孔
要确保周边孔抵抗线参数,二层眼自身要有合理的
相对距离,装药量控制在爆破后裂隙区不扩展到周
边孔轮廓线;辅助眼布置按掌子面剩余空间均匀环
状分布,眼间距与层距按松动爆破漏斗作用指数控
制;底眼适当加大装药密度并加密布置[1]。
3.4 爆破机具及材料
本隧道钻爆施工钻孔采用自制钻孔台车配合
YT28型气腿式凿岩机和电动空压机,人工钻孔,钻
孔直径为40mm,钻头为一字形合金钢钻头。
3.4.1 炸药的选择
软弱岩层的抗拉强度较低,声阻抗系数较小,在
周边眼爆破时,为了充分发挥炸药的最大效率和减
少对围岩的破坏,应选用低爆速炸药,其它眼根据有
无水的情况选用标准的硝铵炸药或防水炸药。
本隧
道采用Φ32mm×200mm的2#岩石硝铵炸药,有水
地段则选用Φ32mm防水乳化炸药,周边眼则采用
Φ22mm的小药卷。
3.4.2 雷管的选择
爆破采用非电毫秒雷管起爆系统。
为满足大断
单段的允许装药量,
段爆破创造良好的临空面。
3.6 循环进尺
刘 路
:
浅埋软弱岩层隧道的钻爆设计与施工
表
1 Ⅳ、Ⅴ级围岩周边眼爆破参数表
眼开裂
不仅保证了爆破效果
而且对降低周边眼的
振动强度较为有利
下半断面采用预裂爆破
即首先
沿周边轮廓形成预裂缝
有利于保护围岩稳定。
而
Ⅴ级围岩由于过于软弱
自稳时间很短
周边眼均采
用预裂爆破。
对周边眼要求成眼距离准确
眼与眼
平行
外插角最小。
3.2 掏槽眼
由于掏槽爆破的振动强度比其它爆破的振动强
度要大
因此在软弱围岩中爆破开挖应从减小掏槽
眼爆破的振动强度、维护围岩自身稳定为出发点。
本隧道软岩具有短进尺、穿层掘进、一次爆破断面大
（50—70m2）等特点
选定掏槽基本形式为斜形
V级
围岩弧形导坑开挖部分采用斜形和中
—斜形
Ⅳ级
面的爆破减振要求
（段间隔时差的要求
）,雷管应有
足够的段数
炮眼内的起爆雷管采用
1—15段非电
毫秒雷管
引爆雷管为
8号工业纸壳火雷管
双雷管
引爆。
考虑到有的地段岩性差
孔内装药段附加塑
料导爆管传爆
四通管连接
由于在软弱围岩中爆
破
振动频率较低
为避免振动强度的叠加作用
雷
管跳段使用。
3.5 起爆顺序
光面爆破时
从掏槽眼开始
一层一层地从截面
中心往外进行
最后是周边眼爆破。
预裂爆破时
先
周边预裂后掏槽
然后依次为扩槽眼、辅助眼、二层
眼、底眼
布置雷管段号时应注意
:
必须具有合理的
段间隔时间
并且同一段炮眼的装药量应小于最大
经监控量测
本隧道
Ⅴ级围岩自稳时间为
10—
16h,Ⅳ级围岩自稳时间为
15—20h。
隧道采用超前
小导管预支护
初期支护采用钢拱架和锚喷联合支
护系统
钢拱架间距分别为
Ⅴ级围岩
0.6m、Ⅳ级围
岩
0.8m。
根据地质条件、爆破后围岩自稳时间内所
完成的初期支护作业内容、超前支护有效范围、钢拱
架间距的模数和进度安排等综合因素考虑
并经过
参数选定试验
最终确定
Ⅴ级围岩循环进尺为
1.8m,Ⅳ级围岩循环进尺为
2.4m。
4 爆破设计
通常
爆破设计应根据该隧道的地质情况、开挖
机具、爆破材料以及施工经验等初步拟定爆破参数
再通过现场试验修正确定。
由于爆破效果与现场实
际地质及其它条件密不可分
不同条件会导致不同
的质量缺陷的出现
所以
爆破参数还需要随施工过
程逐步进行调整、优化。
本隧道爆破设计过程如下
:
4.1 炮眼深
L
以循环进尺为眼深
掏槽眼加深
10%—20%。
4.2 边眼间距
E、抵抗线
W、装药集中度
r
依据围岩情况并参照文献
[1],合理相对距离
:
Ⅴ级围岩
E/W=0.6—0.8,Ⅳ级围岩
E/W=
0.72—0.83。
选取参数见表
1。
周边眼间距
周边眼抵抗线
相对距离
装药集中度
围岩类别
E/cmW/cmE·W-1r/kg·m-1
Ⅴ级围岩
45600.750.15Ⅳ级围岩
50650.770.21
长春工程学院学报
（自然科学版）2007,8
（1）
16
W———炮眼爆破方向的抵抗线,m;
λ———炮眼所在部位系数（取值参见文献
[2]）。
4.4 断面炮眼布置
断面炮眼布置见图1、图2。
图1 Ⅴ级围岩弧形开挖预留核心土法炮眼布置图
Ⅴ辅助眼1.890°140.6×149
Ⅵ二层眼1.890°280.45×2811
Ⅶ周边眼1.8外插3°480.27×481
合计12256.8
注:
开挖断面S=56m2,循环进尺L=1.8m,炸药0.56kg/m3。
表3 Ⅳ级围岩断面装药设计参数表
炮眼
编号
炮眼
名称
炮眼深
/m
炮眼
角度
炮眼数
/个
装药量
/kg
眼内雷
管段别
Ⅰ掏槽眼2.763°41.3×41
Ⅱ扩槽眼2.770°81.3×73
Ⅲ底板眼2.5下插3°171.1×1713
Ⅳ辅助眼2.490°110.8×115
Ⅴ辅助眼2.490°60.8×67
Ⅵ辅助眼2.490°41.0×47
Ⅶ辅助眼2.490°180.8×189
Ⅷ二层眼2.490°250.8×2511
4.3 炮眼布置及单眼装药量
先布置掏槽眼、周边眼
然后是底板眼、扩槽眼、
二层眼
最后布置辅助眼
二层眼比辅助眼密一些
比周边眼稀一些
其间距为周边眼间距的
1.5倍左
右
抵抗线为间距的
0.7倍左右
考虑到扩槽眼、底
板眼爆破时负荷较大
其布置稀密应与二层眼相似
辅助眼间距为抵抗线
1—1.25倍。
周边眼单眼装药量可参照表
1进行计算
其它
各部炮眼装药量
:
q=kαWLλ
式中
:
k—
———
单位炸药消耗量
kg/m;（取值参见文献
[2]）
a—
———
炮眼间距
m;
图
2 Ⅳ级围岩台阶法上半断面法炮眼布置图
4.5 断面装药设计参数
Ⅴ级围岩和
Ⅳ级围岩的断面装药设计参数如表
2、表
3所示。
4.6 装药结构
周边眼装药结构一般采用
2种形式
:
比较破碎
软弱的
Ⅴ级围岩采用双导爆线、小直径药卷连续装
药
;Ⅳ级软岩类岩层
采用导爆索、小直径药卷空气
间隔装药。
为克服眼底岩石的夹制力
可在眼底放
置半卷标准药卷
（dc=32mm）,以适当加强底部药
量
其它炮眼一般均采用连续装药结构
炮眼均采用
黄泥填塞封堵炮眼。
表
2 Ⅴ级围岩断面装药设计参数表
炮眼炮眼炮眼深
炮眼炮眼数
装药量
眼内雷
编号名称/m角度/个/kg管段别
Ⅰ掏槽眼
2.063°
40.75×43
Ⅱ扩槽眼
2.070°
100.75×105
Ⅲ底板眼
2.0下插
3°
80.75×813
Ⅳ辅助眼
2.076°
100.63×107
Ⅸ周边眼
2.4外插
3°
400.42×4015
合计
132103.1
注
:
开挖断面
S=68m2,循环进尺
L=2.4m,炸药
0.63kg/m3。
5 钻爆施工工艺
钻爆作业必须按照爆破设计进行钻眼、装药、接
线和引爆。
开挖条件出现变化
需要变更设计时
由
主管技术人员或领工员确定。
5.1 放样布眼
每循环钻眼前在工作面标出开挖轮廓和炮孔位
置
钻眼前用红油漆绘出开挖断面中线、水平线和断
面轮廓线
并根据爆破设计标示出炮孔位置
;每次测
量放线的同时
要对上次爆破断面进行检查
利用隧
道开挖断面量测系统对测量数据进行处理
及时调
整爆破参数
以达到最佳爆破效果。
参考文献
[1] 蔡福广.光面爆破新技术[M].北京:
中国铁道出版社,
19941
参考文献
[1] 蔡福广.光面爆破新技术[M].北京:
中国铁道出版社,
19941
刘 路
:
浅埋软弱岩层隧道的钻爆设计与施工
5.2 钻眼
钻工要熟悉炮眼布置图
严格按照标定的眼位
钻眼
特别是周边眼
一定要由经验丰富的老钻工司
钻
炮眼深度、角度按设计施工
眼口排距、行距误差
控制在允许范围内
尽可能使两茬炮交界处的台阶
<15cm。
当开挖面凸凹面较大时
应按实际情况
调
整炮眼深度
力求所有炮眼
（除掏槽眼和底板眼外
）
眼底在同一垂直面上。
5.3 清孔装药
钻完孔装药前用小直径高压风管将炮眼内石屑
吹洗干净
装药分片分组负责
严格按爆破参数表及
炮孔布置图规定的装药量、雷管段号对号入座
不得
混装。
所有炮孔均用炮泥堵塞
堵塞长度
:
周边眼
≮
20cm,其它眼
≮
35cm,炮孔装药均采用反向装药
结构。
5.4 联接起爆网络
起爆网络采用复式网络
以保证起爆的可靠性
和准确性
导爆管采用四通管连接
不能打结和拉
伸
各类炮眼雷管连接段数应严格按爆破设计连接
引爆雷管应用绝缘胶布包扎
放在离一根导爆管的
自由端约
15cm处
聚能穴背向传爆方向
网络连接
好后由专人负责检查后再起爆。
6 爆破效果分析
（1）爆破成形较好
线性超挖
10—20cm,个别部
位最大
30cm,无欠挖
炮眼保存率拱部
80%,边墙光
面爆破炮眼保存率
70%左右
采用预裂爆破可达
80%,炮眼利用率
90%以上
碴块度适宜
便于装
运。
由于围岩壁面平整
减小了应力集中现象
施工
更安全
并可减少开挖石方和混凝土的回填量
对确
保安全施工和工期要求创造了基本条件。
（2）本隧道炸药消耗指标
:
Ⅴ级围岩为
0.5—
0.6kg/m3,Ⅳ级围岩为
0.6—0.7kg/m3,加权平均隧
道炸药单耗
0.61kg/m3,略低于施工规范指标。
由于
在隧道施工中始终坚持控制弱爆破、合理的循环进
尺和布孔方式
并且弧形开挖预留核心土方法和台
阶法开挖方法的灵活运用
增加了爆破的自由面
爆
破效率始终较好
也使总体炸药消耗指标值也比
较低。
（3）在软弱围岩的地质条件下进行大断面掘进
实践证明采用减轻地震动控制爆破技术
合理设计
周边部位的钻眼、装药参数与装药结构
控制进尺
采用适宜的掏槽形式、钻爆参数和起爆顺序
保证良
好的成型及时支护
施工作业较安全。
同时
软弱围
岩的减振措施和爆破控制技术还需不断地发展
应
用时应慎重
要通过现场试验
修正参数以确定爆破
实施方案。
[2] 刘殿中
.工程爆破实用手册
[M].北京
:
冶金工业出版
社
19991
Designandimplementationofborehole
blastingforshallowburied
tunnelinweakrock
LIULu
（The5thEngineeringCompany,the13thChinaRailway
ConstructionBureau,Changchun130012,China）
Abstract:
Inthispaper,thedesignandimplementationof
boreholeblastingforshallowburiedtunnelinweakrock
areintroduced.Thiskindofconstructionmethoddecreas2
estheeffectofvibrationanddisturbancetosurrounding
rockofthetunnel.
Keywords:
tunnel;shallowburiedweakrock;blasting
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