高速公路隧道光面爆破施工技术-

高速公路隧道光面爆破施工技术一、概况xx高速公路xx隧道左线全长2587米，右线全长2518米，断面采用拱顶为R=5.70m的曲墙圆拱式，曲墙半径为8.2m，断面净宽11.4m，净高7.3m，为xx高速公路全线最长一条双线隧道。工程规模大,地质条件复杂。xx隧道位于太行拱断束山地，处于构造侵蚀中低山，总体构造线NE-NNE，岩层层理发育，层面平缓，倾向北东，倾角3°-5°，顶部灰岩呈中厚状态，厚度0.2-0.5米，近地表呈强风化，高角度裂隙较发育，隧道内地下水类型为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩岩溶裂隙水和基岩裂隙水；洞身围岩为下寒武统钙质泥岩夹石灰岩，上部为寒武统厚层石灰岩，隧道最大埋深为272米，围岩类别为Ⅳ、Ⅴ级，其中Ⅳ级围岩占93%。隧道按“新奥法”施工原理进行洞身结构设计，即以系统锚杆、喷砼、钢筋网、格栅拱架、型钢钢架等组成初期支护与二次模筑砼相结合的复合衬砌形式。结合xx隧道围岩破碎、松散，保证隧道施工安全的前提下，拟采用台阶法光面爆破技术对隧道进、出口及洞身段进行开挖。其主要风险为：穿越泥夹石地层、穿越破碎砂、卵石胶结体地层、穿越含水地层，存在塌方和突水风险。二、光面爆破的特点及影响光面爆破效果的主要因素（一）光面爆破的特点隧道光面爆破是一种能按设计轮廓线爆破岩体，使隧道开挖面平整，并使围岩不受明显破坏的控制爆破技术。其实质就是在隧道掘进设计断面的轮廓线上布置加密周边孔，减小药包直径，减少装药量，采用低密度和低爆速的炸药，以控制炸药爆炸能量及其作用，降低爆炸冲击波的峰值压力，削弱在岩石中引起的应力波强度，避免在炮孔周围产生压碎区，而使爆破作用集中到需要爆落的一侧岩体上，减弱对原岩体的破坏作用。这种加密的周边孔称为光爆孔。当相邻的光爆孔爆破时，在其连心线上将形成贯通裂隙，岩体被劈裂，形成平整的断裂面。隧道光面爆破的爆破原理对隧道施工意义巨大：（1）隧道的开挖质量（超、欠挖控制质量）的好坏，直接影响着一个隧道施工的成本控制。采用光面爆破使开挖面平整，岩体破碎少，超欠挖控制质量好。爆破后开挖面基本接近设计轮廓线，直接减少了将来支护的工程数量。（2）光面爆破后，开挖面平整，危石少，撬顶工作简单，减轻了表面应力集中现象，避免局部掉块，增进了围岩稳定，加快了隧道掘进速度。（3）光面爆破对围岩破坏轻微，危石少，直接提高了围岩稳定性，保证了施工安全及隧道开挖质量。（二）影响光面爆破效果的主要因素⑴地质条件：对于裂隙少、整体性好的围岩，可采用全断面深孔光面爆破；对于地质构造复杂，节理发育的围岩，开挖采用台阶法“短进尺、弱爆破、强支护、快封闭”的施工方法，以“多打眼、少装药、少扰动”为原则，尽可能避免对隧道围岩的扰动、破坏。⑵钻爆参数设计：岩体结构变化无常，选择与之适应的爆破参数才能取得最佳效果。⑶钻眼精度：引起钻眼误差的因素有测量放线误差、开眼误差、钻眼角度误差等。⑷起爆顺序：起爆顺序是为了逐层扩大临空面，为周边眼起爆创造最佳条件。⑸网路的可靠性：网路某一分支的失效，将影响起爆顺序和爆破效果。⑹炸药的品种选择及装药的不耦合系数：乳化炸药适用于有水岩石隧道；周边眼不耦合系数宜控制在1.25～2.0之间。⑺装药结构和堵塞质量：选择合理的装药结构，使爆能在炮眼长度内均匀作用；炮眼堵塞长度应不短于20cm。三、光面爆破的关键技术要使光面爆破取得良好效果，需掌握以下几个关键技术：⑴根据围岩特点，选定合理的周边眼参数①周边眼间距E：它是直接控制开挖轮廓面平整度的主要因素。一般情况下E=(10～15)×d，其中炮眼直径d=42mm。对于节理发育、层理明显的地段，周边眼间距可适当减小，也可在两炮眼之间增加一个不装药的导向空眼。②最小抵抗线W(光面层厚度)：W值直接影响光面爆破效果和爆碴块度，其取值在（13～22）×d范围内，周边眼密集系数K=E/W=0.6～0.8。③装药集中度q：根据不同的围岩情况选定，围岩较好取大值，软弱破碎围岩地段应取小值。xx隧道超前雷达地质预报情况：（见图1）图1xx隧道超前雷达地质预报图从点测及线测结果来看，掌子面前方0m～1m范围内为爆破震动松动区，掌子面前方1m～30m范围内雷达波形较为均一，中部局部反射波较强，出现明显的同相轴，预计此段范围内围岩较掌子面处变化不大，围岩完整性较好，节理裂隙一般发育，中部局部节理裂隙发育，有可能发生掉块。科学的预测围岩情况。根据xx隧道的超前地质预报情况以及施工经验，最终取值如表1。表1周边眼常用参数取值表围岩级别周边眼间距E/cm周边眼最小抵抗线W/cm周边眼密集系数K装药集中度q/(kg/m)Ⅳ级45600.6670.05⑵采取合理装药结构尽可能使炸药沿孔深均匀分布本隧道周边眼爆破均采用空气间隔不耦合装药结构，采用非电毫秒导爆雷管起爆。（见图2），其中软弱围岩地段采用双导爆索和隔眼空气间隔不耦合装药结构。⑶科学选择炮眼布置方式，选用合适的掏槽形式，合理安排起爆顺序（炮眼布置见图3）。一般周边眼、内圈眼按环形布孔，掏槽眼按线性布孔。硬岩深孔爆破掏槽眼采用宽孔距、小抵抗线布孔方式，本隧道采用斜眼掏槽，并将传统的掏槽部位上移，底部增加底眼，以提高爆破效果。合理安排爆破顺序，使爆破按掏槽眼→辅助眼→内圈眼→周边眼→底板眼的顺序进行。实现顺序起爆的手段是采用非电毫秒雷管分段起爆，为保证起爆顺序的精确性，毫秒雷管跳段使用。四光面爆破施工工艺4.1放样布眼钻眼前，测量人员用红油漆准确绘出开挖断面的中线（开挖方向线）和轮廓线，标出炮眼位置，其误差不得超过3cm。图3：爆破炮眼布置图4.2定位开眼本隧道采用YT28手持凿岩机钻孔。人员就位后要严格按炮眼布置图正确钻孔，对于掏槽眼和周边眼的钻眼精度要求比其它眼要高，开眼误差要控制在3cm～5cm以内。图4：定位开眼图4.3钻眼钻工要熟悉炮眼布置图，按照不同眼位及钻工的施钻习惯，将钻工定点定位。周边眼一定由有较丰富经验的钻工司钻，左侧周边眼应由习惯用左手司钻的钻工司钻。要有专人指挥，确保周边眼有准确的外插角，使两茬炮交界处衔接台阶不大于15cm。当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度，保证周边眼、辅助眼眼底在同一垂直面上。图5：钻孔图4.4清孔装药前，必须用高压风将炮眼内的石屑、泥岩刮出吹净。图6：炮孔清孔图图7：钻孔完成图4.5装药装药需分片分组，按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，雷管要“对号入座”。图8：光面爆破药量分配表序号炮眼分类炮眼数雷管段数炮眼长度装药量每孔药卷数单孔装药量合计药量个段㎝卷/孔㎏/孔㎏上台阶1掏槽眼61350142.112.6283350142.116.8365350142.112.64辅助眼67320101.659.95219320101.531.561711320101.525.57内圈眼251332071.0526.258周边眼421532030.4518.9小计137154.054.6联结起爆网路起爆网路为复式网路，以保证起爆的可靠性和准确性。联结时要注意：导爆索的连接方向和连接点的牢固性，导爆索应正接；导爆雷管连接时,引爆雷管的聚能穴应指向导爆管的尾部，也就是常说的反绑连接。网路联接好后，要有专人负责检查,非点炮人员撤离至安全区后才能引爆。图9：连接起爆网络图图10：连接起爆网络图图11：连接起爆网络图五光面爆破的质量控制光面爆破的优点是能有效地利用不耦合装药控制周边眼炸药的爆破作用，从而减少对围岩的扰动，保持围岩自身的稳定性，确保施工安全及减少超挖、杜绝欠挖。因此，控制超欠挖是光面爆破质量控制的关键。根据xx隧道的特点，我们采用以下几项措施：⑴根据地质情况，采取不同的措施控制因层理、节理对超欠挖的影响。据以往施工经验，对水平或缓倾岩层，一般拱部超挖较大，而边墙则易出现欠挖，且成形较差。对垂直层理，拱腰和拱脚处易出现欠挖。对倾斜层理，一般超欠挖和成形都较易控制，但在沿纵向某些部位则容易产生松动掉块，增大超挖量。针对以上情况，通过调整周边眼位置、装药量或其它辅助方法等措施来控制超欠挖。①在水平层理地段根据层厚情况，围岩拱部减少装药，边墙部位周边适当加密炮眼，减少装药量。②在垂直层理地段，适当减弱边墙部装药量，拱部周边眼药量相对边墙略大。③在倾斜层理地段，应尽量使周边眼全长均匀装药，在周边局部采取一些辅助措施。④尽量避免沿层理面钻孔，重视做好喷锚网等初期支护。⑵优化周边眼装药方法Ⅳ级围岩地段实行空气间隔装药，导爆索串联，岩石整体性好时，可适当增加药量，在软弱破碎围岩地段，应减小装药量，周边眼可隔眼装药或采用小药卷加导爆索控制。⑶严格控制作业质量①提高测量放样精度和钻孔精度，钻眼前用插杆法定出隧道掘进方向，以便于钻工掌握周边眼的外插角，也可利用激光指向仪辅助钻孔定向。加强司钻工的操作水平和责任心。②由于现有风枪的结构特点，在施工时常会出现“左欠右超”的现象，测量人员在放线时可适当通过测量布孔加以调整消除。③钻眼时，周边眼和掏槽眼的钻眼精度控制在3cm～5cm以内。④周边眼的外插角应随眼深的变化而变化，原则是使两茬炮的衔接台阶小于15cm。⑤根据工作面眼口位置岩面的凹凸程度调整炮眼深度，以保证眼底在同一平面上。⑥所有炮眼均应堵塞炮泥，堵塞长度20～40cm。⑷加强现场管理，实行程序化、规范化、标准化作业。六爆破效果1、循环进尺理想，当炮眼深度达3.2米时，每循环进尺达到3.0米以上。2、开挖面规则成型，平均线超挖〈15cm，最大线超挖〈25cm，局部欠挖〈5cm。3、炮眼痕迹保存率达80%，爆破后围岩稳定，基本无剥落现象。4、两炮衔接台阶最大尺寸15cm，炮眼利用率达95%。5、石碴块径最大60～70cm，一般40cm左右，碴堆集中。七体会1、对同级围岩，根据其岩石构造、破碎程度不同情况，选取不同的光爆参数，可获得较理想的爆破效果。隧道爆破施工中，同一隧道不同地段地质常有岩石软硬不均、风化程度不同、节理发育不均等实际情况，光爆试验选定的光爆参数在使用中要针对不同的地质条件作合理的调整。对于岩石变软或风化趋于严重或节理较发育的情况，宜将周边眼的间距、线装药密度适当减小，反之增大。2、合理选用炸药品种和优化装药结构是保证光爆质量的重要因素。由于周边眼的炸药爆炸直接扰动周边围岩，所以应采用小直径爆力低的炸药，如乳化炸药。周边眼应采用间隔装药，且相邻炮眼所用药串的药卷位置应错开，使炸药在光爆孔内均匀分布，爆炸后可形成规整的壁面。采用反向装药结构可获得较好的石碴块度，因眼底夹制作用大一些，应在低部加强装药，避免周边眼留底现象。另外，在采用竹片串联安装药卷时，竹片应放在靠边墙一侧，这样可以降低爆破对侧部围岩的扰动。3、提高测量画线布眼精度是保证光爆质量的一项重要措施。一般隧道施工测量常用经纬仪、水平仪测出中线、水平线，再用五寸台法画线布眼，这