深孔光面爆破技术在方斗山隧道施工中的应用

深孔光面爆破技术在方斗山隧道施工中的应用摘要：本文介绍了深孔爆破掏槽形式以及深孔光面爆破的影响因素，并将深孔光面爆破技术应用于方斗山隧道爆破施工中，取得了显著的效果。关键词：深孔爆破，楔形掏槽，隧道开挖ApplicationofTechnologyofDeep-holedandSmoothBlastinginConstructionofFangdoushanTunnelAbstract:Thepaperintroducescutformsofdeep-holedblastingandinfluentialfactorsofdeep-holedandsmoothblasting，thetechnologyofdeep-holedandsmoothblastingisusedtoblastingconstructionintheFangdoushantunnel,markedeffectshasbeengotten.Keywords:deep-holedblasting,cuniformcut,tunnelexcavation1.前言：隧道爆破掘进是控制施工工期的关键工序，缩短隧道施工工期的首要问题就是如何提高有效循环进尺,如何提高炮眼利用率。工程经验表明,循环进尺取决于掏槽眼的掏槽深度。随着隧道施工装备大型化、机械化的发展,带来的是全断面深孔爆破技术的推广和应用。2.深孔爆破掏槽技术2.1掏槽形式2.1.1直眼掏槽对于平行直眼掏槽技术国内外都有不同程度的研究和应用，平行直眼掏槽一般中部设大直径的中空孔，国内采用的主要形式见图1，国外的“恰特最佳掏槽形式”见图2。图1深孔掏槽形式a：单临空孔形式b：双临空孔形式c：三临空孔形式图2恰特最佳掏槽形式图2.1.2楔形掏槽楔形掏槽形式主要有二级复式掏槽，三级复式掏槽和混合掏槽形式。1）二级复式掏槽二级复式楔形掏槽的掏槽眼排数通常情况下可选择5～6排，一般情况下，第一级选5排，第二级选6排。上下排间距选择50～80cm，硬岩取小值，中硬岩取大值(图3)，但是这种方式掏出的碴石块度较大,在有大型出碴设备的情况下，可优先考虑。图3二级复式掏槽2）三级复式掏槽此种方式是在二级复式楔形掏槽形式的基础上加一级掏槽，同时，角度、炮眼数都要做一下调整(图4)。工程实践证明，三级复式楔形掏槽优越性高。图4三级复式掏槽3）混合掏槽形式混合掏槽是在二级复式楔形掏槽的基础上改进而成。主要是在二级复式楔形掏槽的中间加钻3～4个中空直眼，为楔形掏槽进一步创造自由面，从而增加爆破效果。但这种掏槽方式有一定的钻眼顺序，先楔形炮眼后直眼，以免卡钻(图5)。图5混合掏槽形式2.2深孔光面爆破的影响因素炮孔的堵塞在炸药爆炸瞬间，填塞物在孔壁与高压气体之间的相互作用中起一种“调节阀”的作用，主要是阻止高压气体过早外泄，增加高压气体膨胀作用时间，使岩石中应力增大。东北大学邓君华教授通过模型试验研究表明，适当地选择填塞材料和填塞方式，可以改变炸药对岩石的作用，最终改变破碎效果。胡萌通过理论推导得出：堵塞料的长度，式中：LS为填塞长度，dm为炮孔直径，μ为堵塞料与炮孔壁摩擦系数，Wk为填塞料的孔隙率，Kr为侧压系数(为侧向压力与轴向压力之比),一般为0.25～0.4。2.2.2起爆时差同一断面的爆眼须选择同段号的雷管，这样可以减小炮眼之间的爆破时差，以便炸药爆炸时能保证相邻炮眼联心线方向的经向裂隙得到优先均匀发展而形成整齐的贯穿裂隙，否则，爆破时差的增加，相邻炮眼间由于爆轰波传播的不同步而导致炮眼周围产生较多的裂隙，不利于隧道保留完整的半边眼痕，甚至会造成局部超挖。一般要取得良好的爆破效果，其合理的等差时差为200～250ms。2.2.3周边眼的间距周边炮眼间距设计应和岩石性质相适应,对于Ⅳ、Ⅴ围岩来说一般取值为500～600。炮眼间距过大，会造成爆炸不充分，间距过小,又会造成爆炸地震波过度辐射对围岩破坏加剧而使半眼率降低。2.2.3周边眼的装药结构在光面爆破中，周边炮眼通常采用与其它炮眼相同的直径而炸药则应选用小直径的药卷，以便形成不偶合装药结构。不偶合装药结构不仅能降低炮眼的装药密集度，而且因药卷与炮眼壁之间留有较大的空气柱，可以缓冲炸药的爆轰压力，以达到减小对围岩破坏的效果。3.工程应用3.1工程概况沪蓉国道主干线重庆石（柱）-忠（县）高速公路方斗山隧道属于特长大隧道，全长7.6公里，是西南地区第一长隧。出口段ZK59+100～ZK62+865（长3765m），其中Ⅱ类围岩为631m，Ⅲ类围岩为581m，Ⅳ、Ⅴ围岩为2554m，占出口段全长的67％。开挖工期为22个月，工期十分紧迫，为给不良地质段施工留下充足的时间，硬岩段必须快速通过。因此配备了两台353E液压凿岩台车，采用深孔楔形掏槽光面爆破施工技术。3.2掏槽技术方案选择隧道爆破施工成败在于掏槽形式,掏槽的成功与否直接影响开挖循环进尺和光面爆破效果。我们对直眼掏槽和楔形掏槽的优劣做了详细的对比，见表1。表1直眼掏槽和楔形掏槽的优劣分析序号选用条件直眼掏槽楔形掏槽1开挖断面大小大小断面均可以以，小断面面更优大断面较适用2地质条件韧性岩层不适用用各种地质条件均均可以3炮眼深度不受断面大小限限制，可以以较大适合于大断面4对钻眼要求钻眼精度高相对来说可稍差差些5炮眼利用率偏低比较高6爆破材料消耗炸药、雷管管用量较多多相对较少7施工条件钻眼互相干扰小小钻机干扰大8爆破效果爆堆较集中抛碴远,宜损坏坏设备9钻孔时间较长比直眼缩短1～～2小时在选用何种掏槽形式时，我们充分考虑了进度、质量、效益的要求和直眼掏槽和楔形掏槽的优缺点以及作业队伍的钻爆技术水平,并考虑到掏槽效果对于光面爆破效果的影响,同时在较宽大的隧道中，用液压凿岩台车进行大楔形掏槽法，能够取得一定的优势，最终选择三级复式楔形掏槽技术。3.3钻爆参数设计对于Ⅳ、Ⅴ类围岩，开挖断面80.5㎡，为控制超挖，循环进尺控制在4.0m～4.5m，钻孔孔径为45mm。其施工顺序为：测量放线→双台车定位→钻孔→清孔→装药起爆→通风→找顶→出碴→进入下一循环。采用非电毫秒导爆管系统，均为φ35岩石乳化炸药，具体如下：全断面开挖共布置炮眼116个～120个，循环进尺4.5m，采用φ45快速钻头，直孔深4.7m。装药约15箱，火工品消耗平均为：炸药1.0～1.05Kg/m3，雷管0.42个/m3，导爆索0.45米/m3。周边眼布置：眼深4.6m，共30眼，间距E=550～650mm，光爆层厚650mm。装6节药，眼底密布3节，其余均布，眼口留380mm堵炮泥。边角周边眼4个，装11节药，装药系数0.55；掏槽眼布置：眼深4.6m～5.0m，40眼，装12～15节药，密布；底板眼布置：眼深4.7M，间距850mm，13眼，装14节药，眼底密布，装药系数0.65；辅助眼布置：辅助眼均匀布置在掏槽眼和周边眼之间，间距为0.7m～1.1m，底部辅助眼间距取小值，掏槽眼以上的辅助眼间距取大值,装药系数0.45～0.5。Ⅳ、Ⅴ类围岩台车开挖全断面炮眼平面布置及大楔形掏槽周边眼装药结构如图6、图7所示：图6Ⅳ、Ⅴ类围岩全断面炮眼平面布置图图7大楔形掏槽周边眼装药示意图4.结论通过深孔楔形掏槽技术的成功运用，炮眼利用率达到95%以上，半眼残存率达到90%以上，确保了爆破的成功率和炮眼利用率，降低了各项技术指标，节约了工程成本。在方斗山隧道开挖施工中，创造了最高单进尺18.9m和最高月进尺362m的好成绩，保证了隧道开挖的快速掘进。参考文献[1]杨国春.硬岩隧道深孔爆破技术影响因素及参数的合理确定[J].长春工程学院学报，2003（4）：8～11[2]齐景嶽.隧道爆破现代技术[M].北京:中国铁道出版社,1999[3]李保艳，岳荣，单士军.隧