简述光面爆破技术在隧道施工中的应用
xycd47124
xycd47124 Lv.8
2015年07月15日 00:26:00
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1.工程概况 古城水电站位于四川省平武县境内的涪江上游干流上,是涪江上游干流水电梯级开发的第二级,为低闸引水式电站。成(都)—九(寨沟)环线公路(北线)从电站工程区左岸通过,平武至江油为三级公路,江油至成都为高等级公路,有宝成铁路通过江油市,对外交通较为方便。 3#施工支洞位于车家湾上游,洞口高程813m,洞长约564m,最大开挖断面高位5.9m,宽为5.4m。支洞口大多为残坡积层覆盖,基岩部分出露,岩石呈强风化状,边坡开挖时应清除表层覆盖层及变形松动体,并挂网喷锚支护。支洞沿线地面高程813m~1035m,洞室围岩微风化~新鲜,岩层及主要结构面走向与支洞轴线交角约50°,但岩体中片理及节理裂隙发育,围岩类别以Ⅳ类为主,进口浅埋段和结构面密集切割部分为Ⅴ类。

1.工程概况

古城水电站位于四川省平武县境内的涪江上游干流上,是涪江上游干流水电梯级开发的第二级,为低闸引水式电站。成(都)—九(寨沟)环线公路(北线)从电站工程区左岸通过,平武至江油为三级公路,江油至成都为高等级公路,有宝成铁路通过江油市,对外交通较为方便。

3#施工支洞位于车家湾上游,洞口高程813m,洞长约564m,最大开挖断面高位5.9m,宽为5.4m。支洞口大多为残坡积层覆盖,基岩部分出露,岩石呈强风化状,边坡开挖时应清除表层覆盖层及变形松动体,并挂网喷锚支护。支洞沿线地面高程813m~1035m,洞室围岩微风化~新鲜,岩层及主要结构面走向与支洞轴线交角约50°,但岩体中片理及节理裂隙发育,围岩类别以Ⅳ类为主,进口浅埋段和结构面密集切割部分为Ⅴ类。

2.光面爆破的作用机理及影响因素

隧道成型技术的关键是光面爆破技术,由于钻爆法施工工艺特点决定超挖是不可避免的,所以合理的超挖成为施工控制的关键,尽量使炮孔中心与开挖轮廓线重合、仰角按炮孔深度适当确定,这样才能到达光面爆破的效果。光面爆破是一项能有效控制岩体开挖轮廓减少超欠挖的爆破技术,通过对隧道周边进行正确的钻孔和爆破,可以保留完整的周边轮廓及减少对围岩的扰动。确定合理的光爆参数,是获得良好光面爆破效果的重要保证。

光面爆破首先是选择爆破方案,其次是钻孔、爆破、组织管理、测量放线等。影响光面爆破效果的主要因素是钻孔技术,其次是爆破技术和组织管理。

以下就以古城水电站3#支洞为例,分析影响光面爆破效果的各种因素。

2.1爆破方案的选择

本工程采用光面爆破,炮孔按设计间距钻孔、装药。在破碎地层地段。同一炮孔内采用微差减震爆破技术, 必要时采用短进尺钻孔,从总体上提高光面爆破的效果。具体做法是:

①周边眼:根据光面爆破选定的周边眼间距,将炮孔布置在周边轮廓线上,钻眼时稍向外张,控制外插角以减少超挖;

②掏槽眼:掏槽眼位置选在开挖断面中心位置,采用楔型掏槽形式,保证掏槽眼精度和方便布孔;

③辅助眼:炮孔间距,视装药直径、岩石坚硬程度、装运方式,岩石破碎程度的要求等因素而定,一般取0.7m—1.0m;

④底板眼:底板眼布置在设计底板高程以上,距底板线10cm,适当减小孔距,以保证底板平整。

2.2钻孔技术

钻孔技术表现在插钻位置、外插角控制、钻杆左右向摆动的控制等几个方面。钻头正确位置应在设计轮廓线中心,偏外侧则超挖,偏内侧则欠挖。外插角在2°左右可以满足工艺要求,古城水电站3#支洞围岩属Ⅳ~Ⅴ类,允许超挖最大为15cm~25cm。

2.3爆破技术

爆破技术首先需要选择的是雷管和炸药,其次是装药方式和炮孔的封堵。

2.3.1雷管

目前电雷管已经发展成为瞬发电雷管、毫秒延期电雷管、秒延期电雷管、半秒延期电雷管四大系列,本工程采用毫秒延期电雷管,毫秒延期在50ms以内,冲击波迭加比较明显。

2.3.2炸药

乳化炸药是一种新型的防水工业炸药,它具有爆炸威力大,爆破效果好,有毒气体少、抗水性能强等优点,储存、运输、使用既安全又方便。

古城水电站3#支洞使用二号乳化炸药,爆炸力适中,使用安全度高,产生有害气体较少,成本较低。

2.3.3装药

爆破效果与装药均匀度有关,药卷直径越小,均匀度越高。古城水电站3#支洞一般崩落孔药卷直径32mm,连续装药,周边孔药卷直径25mm,间隔装药。炮眼采用炮泥封堵,爆破凌空面积减小,爆破效果增强。

2.3.4组织管理

组织管理的核心是充分认识开挖的重要性和科学性,并在此基础上提高施工人员的专业技术水平和实际操作能力。只有让现场一线操作人员真正掌握施工中的关键影响因素,比如外插角的含义、各种类型的炸药的特性,才能更好的去落实技术措施。

2.3.5测量放线

严格控制隧道中线及标高,在洞外控制测量的基础上,利用车行横道对左右侧墙进行中

心和水平闭合导线测量,确保精度。

表1 光面爆破参数


段号

孔名

钻孔参数

装药参数

孔径(mm)

孔深(m)

孔距(cm)

孔数(个)

药径(mm)

单孔药量(kg/孔)

总装药量(kg)

1

掏槽孔

42

1.9

80

6

32

0.4

2.4

3

掏槽孔

42

1.9

80

6

32

0.6

3.6

5

掏槽孔

42

1.9

80

6

32

0.8

4.8

7~9

辅助孔

42

1.9

80

28

32

0.4

11.2

11

周边孔

42

1.8

60~80

42

32

0.1

4.2

13

底板孔

42

1.9

60

9

32

0.6

5.4

合 计

97

31.6


表2 爆破设计主要技术参数


断面面积

孔数

炮孔密度

爆破方量

总装药量

单 耗

爆破效率

进尺

(㎡)

(个)

(个/㎡)

(m3)

(kg3)

(kg/m3)

(%)

(m)

31.7

97

3.06

47.55

31.6

0.665

85

1.5


2.3.6地质变化

随着现代施工技术的发展,地质条件对光面爆破的影响相对较小。但是缺少先进施工技术措施作为保障,受地质条件的影响也是非常大的。就古城水电站3#支洞而言,应对地质变化的技术措施,主要有以下两个方面:

①通过观察、分析,预测控稳结构面的位置

岩石的构造面是不规则的、成立体状分布在岩体中,在支洞开挖过程中,结构面会在某一部位提前被揭露,借助岩层的产状等要素,就可以推测下几个循环的岩石情况。比如当控稳结构面在支洞下部首先发现时,通过岩层的走向、倾向和倾角,推算该结构面在拱顶出现的位置;当控稳结构面在拱顶出现时,要特别注意,因为一个循环的进尺为3m左右,即使比较严重的控稳结构面,也是刚进入开挖面,从横断面来看,可能还没有进入最大跨度范围累,及时的发现和采取相应的措施,能有效地降低塌方风险,保证施工质量。

②针对控稳结构面的具体情况,制定和实施恰当的技术措施

当遇到结构擦面在拱顶交汇时,首先缩短进尺,一般以在1m左右,严格控制炸药装药量,尽量减少对围岩的扰动;

当遇到岩石破碎,且地下水较丰富时,设置超前锚杆并注浆,加强支护,同时缩小开挖进尺。

3.光面爆破效果总结

古城水电站隧道经过4个月的施工,已完成开挖约440m,现将光面爆破情况作如下小结。
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