隧道富水区光面爆破施工工法

2020-05-24 10:01:12

隧道富水区光面爆破施工工法

1、前言 在隧道施工中,地下水对围岩稳定性的影响举足轻重,其主要表现在以下几 个方面:软化围岩、软化结构面、承压水的水压作用。地质条件的好坏是决定工 程造价、施工难易及施工安全等的重要因素。隧道工程的施工与地质条件密切相 关,由于受勘探条件和自然条件的影响,围岩的组成及节理发育情况难以预知, 加之地层本身的地质也存在微妙的变化。在隧道富水区开挖施工需要解决的两个 重要问题是:1 注浆封水降低地下水对围岩的软化、侵蚀,加固围岩;2 根据新 奥法原理,减少超欠挖,最大限度地降低爆破振动,减少对围岩和支护体系的振 动,加强围岩的自稳能力。在安子垴隧道富水区的施工中,采用合理的注浆加固 光爆施工方法,其经济效益、社会效益显著。本工法就是根据上述工程实践编写 而成。

2、工法特点 2.1.加强地质超前预报和监控量测,以信息化施工手段指导施工。 2.2.以科学技术为手段,采用先进施工技术,程序化、规范化施工,降低成本。 2.3.根据围岩及富水情况进行合理的注浆加固、钻爆设计,实现减振光面爆破。 减少对保留围岩的扰动,减少超欠挖,使隧道断面成型好,增强围岩的自稳能力。 2.4.不断优化施工组织设计,使施工组织设计更趋于合理,避免因施工组织不 合理造成的浪费。

3、适用范围 本工法适用于长大隧道及条件相似的其他隧道及地下工程。

4、工艺原理 按隧道开挖新奥法施工原理,进行地质超前预报,为施工探明地质情况,采 用合理的注浆加固及掏槽爆破与光面爆破相结合的施工方案,降低爆破振动速 度,减少对围岩扰动,增强围岩的自稳能力,优化调整开挖方案和合理进尺,控 制爆破振动的危害。

5、施工工艺流程及操作要点 5.1 工艺流程图

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超前地质预报 预注浆加固 确定开挖方法

施工工艺及操作要点

测量隧道轮廓线;布孔

钻孔

装药和堵塞

连接起爆网络

警戒、起爆

图 5.1-1 施工工艺流程图 5.2 施工工艺及操作要点

5.2.1.施工遵循“先预报,预加固,短进尺,弱爆破,强支护,早封闭”的原 则,配备水平钻机、地质雷达、TSP203 地质预报仪等仪器,采用常规地质法、 声波法相结合的综合手段进行地质超前预报,按照“石变我变”的动态原则组织 施工。

1 超前地质预报 隧道的地质条件复杂,现阶段地质勘探的深度尚难以全面反映全线的详细地质

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情况,尤其是复杂的岩溶地质问题几乎是不可能的。根据隧道地质条件异常情况, 超前地质预报拟采用地质法-物探法-水平钻孔法相结合的综合地质预报手段, 各种手段扬长避短、相互验证,以提高地质超前预报的精度。根据已有的地质勘 探资料,对隧道进行补充地质勘探,进一步了解和掌握隧道区内的水文地质条件, 对水源及其通道情况作出初步判断。

超前地质预报方法: 1)常规地质法:主要有地质素描法、超前水平钻孔法、地质雷达探测法、TSP 法。 2)地质素描:开挖后利用罗盘仪、地质锤、放大镜、皮尺等简单工具对开挖 面围岩级别、岩性、围岩风化变质情况、节理裂隙、产状、断层分布和形态、地 下水等情况进行观察和测定后,绘制地质素描图,通过对洞内围岩地质特征变化 分析来推测开挖面前方的地质情况,据以指导施工,地质素描在每次开挖后均需 进行。 3)超前水平钻孔:通过钻孔设备钻进过程中钻速、冲洗液、岩屑和岩粉的变 化对开挖面前方较短距离内的地质情况进行判断,为提高其预报的准确度,与地 质素描配套使用。 4)地质雷达:为提高地质预报的准确型,除采用常规地质法进行地质预报外, 同时利用 SIR-10B 型地质雷达进行地质超前预报,其探测范围 40m 内,是一种 非破坏型的探测技术,具有抗电磁干扰能力强,分辨率高,图象清晰直观。 5)TSP203 地质预报系统技术:TSP(Tunnel Seimic Prediction)技术由 AMT 公司研制,是一种用于超前预报隧道前方地质变化的地下反射技术。利用地震波 的反射原理进行地质探测。该设备和技术特别适用于高分辨率的折射微地震探 测,以及对断裂带和岩体强度降低的软弱破碎带的探测,对于掌子面前方及其周 围的地质界面情况的位置,均用数据处理后的图象来直接反映,对剪切横波(S 波)的数据处理能籍以提高含水断裂带和地质构造走向的辨识率,并能自动进行 数据分析。对不同岩体及断层带等界面、富水地段的预报效果最好,同时预报距 离长。节省时间,对施工干扰少,每次爆破记录时间仅需 45min,整个量测循环 (包括仪器清理)共需 2h。 2 超前预注浆处理

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隧道施工前根据设计和调查资料,预计可能出现地下水的情况,估计涌水量, 选择最佳方案,在施工中对隧道的出水部位、水量及变化规律等做好观测记录, 并不断改进和完善施工方案。隧道开挖过程中,常见地下水的活动,而地下水的 活动也是新奥法实施中产生失败的一个重要因素。其渗透压力可在极短的时间内 瓦解围岩的自稳能力,同时也给喷射混凝土带来困难。要解决地下水的水压问题, 最好的办法是超前注浆堵水或引排。

对隧道穿越浅埋地段及断层破碎带等可能涌突水地段加强综合超前地质预 报,在分析超前地质预报所获得的有关资料后,根据不同的地段采用不同的超前 加固支护措施。超前加固支护措施,是钻爆法隧道施工中通过软弱、破碎围岩和 施工涌水的重要手段,它可有效地防止隧道坍塌、变形、突水等施工灾害的发生。

隧道开挖在出水量大,开挖施工安全难以保证时,采取大管棚超前支护措施。 当通过注浆加固后,仍存在围岩破碎及散水时,采用小导管注浆超前支护措施。 隧道开挖后,隧道周边存在大面积湿渍或渗漏水现象时,采用径向补注浆封堵。

1)超前大管棚 在出水量大,开挖施工安全难以保证时,按开挖轮廓线,在地层中打入φ108mm 钢管形成支护体系。根据地质情况,管棚施作必须有一定的超前长度,并在管内 注入浆液,使该段地层形成一个整体,有效地稳定开挖面。 管棚的施工可分为:制作导向架(套拱)——钻孔——顶管——封口——注浆。 ①导向架(套拱):导向架是保证钻孔方向的正确,使其孔向不发生偏斜,施 工采用混凝土(止浆墙)作导向架,纵向长度 2.0m。施作前,先安装 3 榀钢拱 架。钢拱架安装时,按照倾角 1.5°架立。钢拱架安装好后,在钢拱架上标出线 路中心,按钢管 40cm 间距,在拱部定出空口管的位置,并焊接固定。空口管φ 127mm,每根长 2.0m。 ②钻孔:钻孔时间在套拱混凝土强度达到 75%之后,方可进行。因钻孔深度为 20m,采用液压潜孔钻钻孔。钻机就位后保证钻机稳定。钻孔顺序由高空位向低 空位进行,并间隔错开。在钻到一定深度时,要用测斜仪检查孔的倾角是否正确, 以便及时进行纠正,深度达到要求后,应边退钻边清孔。 ③顶管:管棚钢管采用无缝钢管,第一节钢管做成尖锥状,起导向和减小摩 阻力。钻孔成型后,顶管工作及时进行。顶管采用人工配合机械打入钢管,顶管

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时,应注意在同一断面内相邻孔的钢管接头至少错开 1.0m。 ④注浆封管:浆液采用水泥-水玻璃双液浆,注浆压力控制在 2.0Mpa。注浆方

式采用孔口注浆,注浆前,首先用锚固剂将孔口 1.5~2.0m 的钢管与孔壁固结, 以防跑浆。再对钢管进行封口,并在其端口焊接一根与注浆管相连接的小钢管。 管壁按梅花形布置注浆孔,孔径为 8~15mm,间距 75cm。注浆材料配合比应根据 现场注浆试验确定。

⑤在注浆将达到设计压力前,注入水泥砂浆,以满足管棚设计强度。 2)超前小导管注浆 为确保隧道开挖时掌子面的稳定,沿隧道拱部或拱墙设置超前小导管注浆支 护。超前小导管在钢架完成后,复喷砼前施作。小导管注浆作业包括封面、钻孔、 安管、注浆四道工序 ①封面:注浆前喷射砼封闭掌子面,防止漏浆,喷层厚度不小于 40mm。 ②布孔:按设计环向间距 35~50cm,将小导管位置正确布设在工作面上。 ③ 钻 孔安 管: 小导 管采 用 φ42mm 的 无缝钢 管 加工 而成 ,长 度 按 设 计 3.2~3.9m。施工时对钢管尾部焊箍,顶部做成尖椎状,管壁按梅花形布置溢浆孔, 孔径为 8mm,间距 15cm。采用 YT-28 型风枪成孔,孔眼长度应大于小导管长度。 沿钢架腹部将加工好的小导管打入孔中,外插角控制在 5~10 度,尾部置于钢架 腹部并与钢架焊接,增强共同支护能力。小导管纵向搭接长度 1.2~1.4m。 ④注浆:采用双液注浆泵压注水泥、水波璃双液浆,注浆压力控制在 0.5~ 1.0Mpa。在孔口处设置止浆塞,浆液类型及配合比根据地层的渗透系数及地质情 况,由现场实验取得参数后确定。 ⑤小导管注浆量计算:Q=2∏RLη

式中: R——浆液扩散半径,取 1.5m。 L——小导管长度,取 5.8m。 η——岩体孔隙率,取 15%。 3)径向补注浆 隧道开挖后,隧道周边存在大面积湿渍或渗漏水现象时,采取径向注浆进行封 堵。注浆加固范围一般为隧道开挖轮廓线外 0.5~1.0 倍洞径。

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B

B-隧道开挖宽度 注浆加固横断面

注浆加固纵断面

采用风钻在出水部位及其附近钻孔,钻孔直径为 50mm 左右,钻孔深度应为

3.0~6.0m,梅花形布置。在集中出水点处,间距控制在 0.5~1.0m,在一般渗

水处间距控制在 1.0~1.5m。

注浆采用φ42mm 钢管,根据钻孔出水部位,在钢管前端 2.0m~3.0m 范围内

钻花孔。注浆材料选用超细水泥浆、普通水泥浆或其他特种注浆材料。如水量较

大,水泥浆在地层中凝固困难,在浆液中加入外加剂,缩短其凝胶时间,或者使

用少量水泥-水玻璃浆液及化学浆液。注浆材料配合比应根据现场注浆试验确定。

5.2.2 爆破施工准备

1.确定爆破开挖施工方案

1)采用掏槽爆破技术和光面爆破技术相结合施工方案。

隧道爆破开挖质量,关键在于掏槽爆破技术和周边成型控制爆破技术,掏槽

爆破的目的:为后续炮眼爆破提供新的、足够的临空面和空间,隧道周边成型控

制爆破技术采用光面爆破施工技术。光面爆破参数的选择,采用工程类比法并结

合施工经验综合选取,并由现场爆破试验进行总结和动态调整。

2)确定爆破振动安全标准

根据《爆破安全规程》(GB6722-2003)的规定,爆破振动安全允许标准见表

5.2.2

序号

爆破振动安全允许标准表 5.2.2

安全允许振速/(cm/s)

保护对象类别

<10Hz

10Hz~50Hz

50Hz~100Hz

1

土窑洞、土坯房、毛石房屋

0.5~1.0

0.7~1.2

1.1~1.5

2 一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物 2.0~2.5

2.3~2.8

2.7~3.0

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3

钢筋混凝土结构房屋

3.0~4.0

3.5~4.5

4.2~5.0

4

一般古建筑与古迹

0.1~0.3

0.2~0.4

0.3~0.5

5

水工隧道

7~15

6

交通隧道

10~20

7

矿山巷道

15~30

注 1:表列频率为主振频率,系指最大振幅所对应波的频率。 注 2:频率范围可根据类似工程或现场实测波形选取。选取频率时亦可参考下列数据:洞 室爆破<20Hz;深孔爆破 10~60Hz;浅孔爆破 40~100Hz。

2 人、材、机配备

人员配备:隧道爆破配备人员有爆破技术人员、生产管理人员、爆破员、安

全员、凿岩机操作手、爆破辅助工等,所有人员均必须参加由公安部门组织的爆

破安全培训并持证上岗。对于作业班组、作业人员要保持相对稳定,人员数量满

足施工需要。

材料准备:采用当地民用爆炸物品管理部门批准使用品种,主要有非电导爆

索、2#岩石硝铵炸药、2#岩石乳化炸药,炸药均采用ф25mm 和ф32mm 卷装炸药。

设备机具配置:设备机具应结合隧道爆破方案、开挖方法、工期要求进行合

理配置。配套的生产能力应为均衡施工能力的 1.2~1.5 倍。根据围岩类别和开

挖方法,掌子面配备钻机台车、气腿式钻机、空气压缩机、半自动施工台架以及

其它辅助设备等。

5.2.3 确定开挖方法

隧道开挖按照新奥法原理施工,根据不同的围岩等级选择不同的开挖方法如

全断面法、台阶法、三台阶法、弧形导坑预留核心土等,特别对于软弱围岩、断

层破碎带及岩溶地段,严格按照“早预报、先治水、管超前、短进尺、弱爆破、

强支护、快封闭、勤量测,步步为营,稳步前进”的原则,施工则由人工配合机

械开挖或弱爆破进行开挖,稳扎稳打。

为提高围岩的自稳能力,对坚硬围岩则主要控制对遗留岩体的损伤,而对软

弱破碎围岩则是主要控制围岩的松弛,各开挖方法确定应考虑爆破振动控制和爆

后光面层的要求。

各级围岩一般开挖方法见表 5.2.3。

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各级围岩开挖方法表 5.2.3

围岩级别

开挖方法

机械配备

Ⅰ、Ⅱ级 全断面法、台阶法 液压钻机台车配 YT28 风动凿岩机钻孔,减振光面爆破

Ⅲ级

台阶法开挖

钻孔平台配 YT28 风动凿岩机钻孔,减振光面爆破

Ⅳ级 台阶法或三台阶法开挖 钻孔平台配 YT28 风动凿岩机进行上下断面钻孔,减振光面爆破

Ⅴ级

导坑预留核心土、三台阶 风镐配合机械开挖,减震光面爆破或非爆破法开挖

七步法开挖

5.2.4 掏槽爆破技术

掏槽爆破是利用微差爆破的原理,在只有一个临空面条件下,首先在工作面

形成较小但有足够深度的槽穴,创造其它炮孔爆破需要的辅助自由面和破碎岩石

膨胀空间,为后起爆装药眼创造有利爆破条件,依次扩大槽腔。这个槽穴是隧道

等地下工程施工开挖中的先导,掏槽爆破是实现爆破减振的关键,隧道爆破能否

减轻爆破振动,关键在于掏槽爆破能否成功。掏槽爆破若失败,爆碴未抛掷出去,

大部分爆炸能量将以振动波的形式传播出去,则掘进无进尺,爆破振动大。

掏槽型式主要取决于岩性和掏槽眼深度,其主要包括空眼直径、空眼数目,

布置掏槽平面几何形状等方面的控制。在隧道爆破开挖中常使用直眼掏槽和楔形

掏槽两种形式。掏槽形式的选择应遵循如下原则:掏槽孔设计越简单越好,易于

工人掌握和实现设计;每孔掏出面积大,以节省钻孔劳动量和用药量;首段起爆

的每装药孔占中空孔眼数多,可增大每装药孔的自由面和补偿空间,提高爆破效

率;尽可能减少起爆段数;炮眼利用率高。

1.直眼掏槽

1)为保证减振效果和隧道围岩及地表、附近建筑物的安全,直眼掏槽适用于

除韧性岩石之外炮眼深度小于 2 米的各种硬度围岩条件,尤其更适用于Ⅲ级~Ⅴ

级围岩的台阶法、三台阶法、三台阶七步法、导坑预留核心土等围岩较差较小断

面开挖。经现场爆破试验、掏槽效果观测,直眼掏槽方法采用双孔眼六孔菱形直

眼掏槽、相隔双孔眼七孔菱形掏槽和单孔眼五孔菱形掏槽三种型式,请见图 1、

图 2、图 3。

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图1 双空眼六孔菱形直眼掏槽(单位:cm)

图2 相隔双空眼七孔菱形直眼掏槽(单位:cm)

说明:1、2表示雷管段次; 装药孔 中空孔

图3 单空眼五孔菱形直眼掏槽(单位:cm)

2)特点:掏槽眼都垂直于工作面,钻眼互相干扰少,要求钻眼精度高;岩石抛

掷不远,爆渣集中,不易崩倒棚子和损坏设备;韧性岩石不适用。利用中空眼作

为其它炮孔临空面,在掏槽区域实现逐孔和少孔起爆,最大限度降低掏槽爆破单

响药量,降振效果显著,提高炮孔利用率,装药量可至炮眼深度的 85%左右。

隧道掘进施工多采用钻头ф32mm 的小直径气腿式凿岩机,中空眼间距

15~30cm,抵抗线间距 25~50cm,中空眼的直径为 60~100mm,解决的办法可用多个

小直径空眼或毗邻并列的空眼来代替。

3)三种掏槽形式现场施工数据比较表,见表 5.2.4-1

掏槽型式

双孔眼六孔菱 形直眼掏槽

相隔双孔眼七 孔菱形直眼掏

槽 单孔眼五孔菱

形直眼掏槽

掏槽形式施工数据比较表表 5.2.4-1

抵抗距(cm)

眼数(个)

平均掏槽 孔深

W1 W2 装药孔 空孔 合计 面积(m2) (cm)

20 40

4

2

6

1.365

200

20 50

5

2

7

1.675

200

20 40

4

1

5

1.36

200

起爆 段数

2

2

2

炸药单耗 (kg/m3)

3.11

3.17

3.125

由表分析:三种掏槽型式炸药单耗量几乎相同,以相隔双孔眼七孔菱形直眼

掏槽效率最高,单孔眼五孔菱形直眼掏槽效率最小。

2.楔形掏槽

1)楔形掏槽形式:楔形掏槽由两排及以上相邻对称的倾斜炮孔组成,爆破

后形成楔形槽,槽可分为水平楔形和垂直楔形掏槽两种形式;其掏槽形式分为水

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平楔形掏槽和垂直楔形掏槽;根据地质情况及开挖面宽度,可采用单层掏槽、双 重掏槽、多重楔形掏槽,常采用对称多重楔形掏槽等方式。

2)楔形掏槽与直眼掏槽比较具有的优点:直眼掏槽炸药消耗量大,炮眼利 用率偏低,并需要大直径中空孔为其提供临空面。楔形掏槽在岩石条件复杂、岩 性坚硬又有较大塑性情况下,楔形掏槽显出更大的优越性。楔形掏槽能提供较大 区域的槽腔体积,有利于后续炮孔的爆破,提高循环进尺和炮孔利用率,有利于 快速施工;楔形掏槽的夹制作用比直眼掏槽相对较小,减振效果较好。但是药量 控制不得偏大,不得盲目增加掏槽高度和采用大角度和大抵抗线,否则飞石过远、 冲击波偏大。

3)适用条件:楔形掏槽是斜眼掏槽中较易掌握并具有普遍性掏槽方式,其 适用性较强。适用于各种围岩等级(包括塑性岩石)、各种开挖断面的隧道爆破 开挖,可根据开挖面节理裂隙发育程度以及走向分别采用水平楔形掏槽和垂直楔 形掏槽(当存在水平层理时应用水平楔形掏槽,当存在竖向层理时应用垂直楔形 掏槽)。

4)起爆顺序:根据现场爆破振速测试:当采用楔形掏槽时,雷管使用 ms1、 3、5、7、9 计 5 个段别的非电毫秒雷管,在距工作面 5m 附近测得最大振动速度 超过 20cm/s,同等条件下采用不跳段布置,即用 ms1、2、3、4、5、6、7、8、9 等段,其振动速陡降 10cm/s 以上,其超前支护以外的围岩坍落高度大大减小, 通过分析与测试表明,控制爆破振动是防止不良地质条件下产生坍方及降低爆破 危害的有效措施。

对于双重楔形掏槽起爆顺序如下(对于多重楔形掏槽与此类同):

说明:1、2、3.、4为雷管的起爆顺序 装药孔,楔形掏槽无中空孔

图 5.2.4-2 楔形掏槽的起爆顺序 5)楔形掏槽炮眼布置特点

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①.掏槽爆破是相邻掏槽孔装药爆炸作用相互叠加的结果,相邻炮孔起爆后 装药爆炸产生的动态应力场和准静态应力场相互叠加,使岩石破碎、抛掷,实现 掏槽爆破。

②.楔形掏槽爆破时掏槽孔倾角一般控制在 45~70°,且不同强度的岩石掏 槽爆破时需要做爆破试验确定与之相适应的最佳炮孔倾角,才能有效调整炸药爆 炸能量的分配形式和分配比例,使其与掏槽效果相匹配,提高炸药的有效能量利 用率,确保良好的掏槽效果,此需要根据现场爆破试验和爆破振动计算综合考虑 确定。

③.掏槽孔对称布置可充分利用炮孔的相互作用,对掏槽爆破炮孔利用率、 槽腔深度和槽腔体积均有较大影响,对称布置掏槽孔是保证掏槽效果的关键。

④.为发挥掏槽孔的共同作用,掏槽孔高度方向,雷管应连段设置不得跳段 使用。

6)楔形掏槽孔网参数 ①. 楔形掏槽孔网参数 楔形掏槽由掏槽深度 Wi、掏槽高度 H 及夹角θ、扩槽孔孔底最小抵抗线 W、 孔口间距 a、炮孔长度 L、掏槽孔最小抵抗线 W 等主要要素组成,如图 5 所示。

掏槽深度H〈 2m 掏槽深度H=(2--3)m

掏槽深度H 3m

单层楔状掏槽 (围岩较软)

单层楔状掏槽 (围岩较硬)

单层楔状掏槽 (围岩较硬)

图 5.2.4-3 楔形掏槽剖面示意图 ②.掏槽孔深度 Wi 楔形掏槽深度与凿岩设备构造、开挖断面和地质情况密切相关,同时将减振 效果和掏槽效果作为决定进尺的先决条件,按下表通过爆破试验和减振效果进行 综合确定:

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开挖断面大小决定的掏槽深度 Wi 单位:m

表 5.2.4-4

断面宽度(m) 4~5 5~6 6~8 8~12

备注

最大掏槽深度 2~2.5 2.5~3 3~4 4~6 由开挖断面、地质岩性确定,未考虑减振因素

推荐掏槽深度 1~1.5 1.5~2 2~2.5 2.5~3 由地质岩性、减振因素、合理循环时间综合确定

地质情况决定的掏槽深度 Wi 单位:m

表 5.2.4-5

围岩类别

备注

最大掏槽深度 0.5~1.0 推荐掏槽深度 0.5~1.0

0.8~1.2 1.0~1.5

1.5~2.5 1.5~2.0

2.5~4 2.0~2.5

>3.5 2.5~3.0

充分考虑减振因素

③.掏槽高度 H 及夹角θ

掏槽高度由岩石性质决定,可按表 5.2.4-6 选择:

掏槽参数与岩石极限抗压强度关系表 5.2.4-6

类别

极限抗压强度(Mpa) 夹角θ(o) 相邻眼口距离 a(m) 掏槽高度 H (m) 单层炮孔数 N(个)

次坚硬岩石

20~60

45~50

0.5~0.8

0.5~0.8

4

及软岩

60~80

55~60

0.4~0.5

0.4~1.0

4~6

80~100

50~55

0.35~0.4

0.7~0.8

6

普通坚硬岩石

100~120 60~65

0.35~0.3

0.6~0.7

6

特坚硬岩石

120~160 160~200

60~65 65~70

0.2~0.3 0.2

0.4~0.6 0.4~0.6

6 6~8

④.扩槽孔底抵抗线 W

扩槽孔抵抗线过大,不利于提高炮孔利用率,可按表 5.2.4-7 进行选取:

扩槽孔底抵抗线 W 取值表 5.2.4-7

岩石软硬取值

坚硬岩石 中硬岩石 软岩

备注

允许值 (m)

0.8~1.0 1.0~1.2 1.2~1.4

已计入钻孔偏差

建议值 (m)

0.6~0.8 0.8~1.0 1.0~1.2

考虑技术可靠系数

7)楔形掏槽装药参数

①.计算经验公式

掏槽孔装药量不宜过大,装药量过大危害:增大爆破振动扰动范围,影响围

岩稳定及隧道地表、隧道附近建筑物安全;产生远距离飞石,损坏洞内设施。装

药量计算原则是应既能满足槽腔抛碴彻底又不致于产生过大振动。

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同层楔形掏槽孔装药量建议按下述经验公式(公式 5.3.2)进行计算,并结 合表 5.3.2 进行取值:

Q单孔

a N

KWi 2

f

ntg 

2

(kg)

q线  Q单 / L 式中:a—指相邻孔孔口间距,单位:m;

(kg/m)

N—指同层掏槽深度 Wi 时的掏槽炮孔数,单位:(个) K—指标准爆破漏斗炸药单耗(kg/m3);

Wi—指同层掏槽孔的掏槽深度,单位:m; f(n)—指爆破作用指数函数,其值为: f(n)=0.4+0.6 n3

θ—指楔形掏槽炮孔之间夹角;

L—指楔形掏槽炮孔深度,单位:(m)

Q—单孔装药量,单位:(kg);

q 线—单孔平均线装药量,单位:(kg/m) ②. 计算参数及线装药量参考取值

各参数及线装药量参照下表取值:

楔形掏槽炮孔装药量计算参数表表 5.2.4-8

围岩

深度 f(n) K(kg/m3)

Wi(m)

夹角 θ(o)

软岩 1~1.25 1~1.2 1~2

58

间距 a(m) 0.6~ 0.8

炮孔 数N

平均线装药量 q 线(kg/m)

4

0.15~0.20

中硬 1.25~

1.3

1.2~ 1.6

1.5~ 2.0

58~ 60

0.5~ 0.6

4~6

0.25~0.45

坚硬 1.3~ 1.6~ 1.2~ 60~ 0.4~

6

0.50~0.65

1.5

2.0

1.5

70

0.5

注:岩石可爆性好时,f(n)、θ取小值,a、wi 取大值;可爆性差时,f(n)、 θ取大值,a、wi 取小值。

5.2.5 隧道光面爆破设计

1 光面爆破原理:光面爆破是沿开挖轮廓线布置间距较小的周边眼,在周边眼

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中配置药量较少的不偶合装药,然后同时起爆,爆破时沿周边眼中心连线贯穿成 缝并形成平整的岩面;其微观原理是周边眼炸药同时起爆,各炮眼的冲击波径向 传播时,相邻炮眼的冲击波相遇产生叠加,并产生径向拉力,当炮孔中心连线上 径向拉力大于岩体的极限抗拉强度时,岩体被拉裂,在炮孔中心连线上形成裂缝, 随后爆轰气体的膨胀使裂缝进一步扩展,形成平整的爆裂面。

2.光面爆破类型的选择:隧道的光面爆破分为三类:光面爆破、预留光面层 爆破和预裂爆破,一般情况下,预留光面层爆破效果最好,其次是预裂爆破,光 面爆破稍差一些。但是预留光面层爆破将隧道断面分成两次开挖,增加了一道施 工工序,一般不采用;预裂爆破产生的爆破振动较大,由于爆破减振的目的,不 采用;根据隧道的断面形状和不同开挖方法,采用拱部光面爆破、边墙光面爆破 及其两者相结合的光面爆破方法,效果较好。

3.爆破参数的选择 光面爆破参数选择,主要考虑地质水文岩性条件、炸药品种与性能、隧道开 挖断面形状与尺寸、装药结构、装药量和起爆方法等。 在光面爆破中,光爆层厚度 B、炮眼密集系数 K、装药量 q、周边眼间距 a、 线装药密度 q 等参数相互联系、相互制约。 1)光爆层厚度 B 光爆层厚度即周边眼最小抵抗线,其与隧道开挖断面大小、岩性及振动控制 要求有关。隧道断面跨度大,周边眼所受到夹制作用小,岩石比较容易崩落,光 爆层厚度可以大些;断面小,周边眼所受到的夹制作用大,光爆层厚度可以小些; 坚硬完整岩石光爆层可小些,松软破碎的岩石光爆层可大些;有减振要求,光爆 层可小些,无减振要求,光爆层可大一些。光爆层厚度是控制隧道超欠挖的重要 参数之一。 根据岩石的软硬程度,光爆层厚度 B=(10~20)d,d 为钻孔直径。 2)周边眼密集系数 K 周边眼密集系数是周边眼间距(a)与光爆层厚度(B)的比值,是影响爆破 效果的重要因素。K 值过大时,爆破后会在光爆孔间留下岩埂造成欠挖,达不到光 面爆破效果;反之 K 值过小时,则会在新壁面造成凹坑出现超挖。 经试验多取光爆层厚度大于孔距,具有小孔距、大抵抗线的特点,尤其在坚硬

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岩石中密集系数皆小于 1。这样,可使反射拉伸波从光爆层方向折回之前造成贯

穿裂缝,隔断反射拉伸波向围岩传播的可能,减少围岩破坏。

K= a/B

(5.2.5-1)

式中:a =(12~16)d,为周边炮眼间距,有减振要求取下限,根据岩石的

软硬程度取值范围 40~70cm;

d 为炮眼直径,38~46mm,一般取值 42mm;

K〈1。

3)线装药密度 q

严格控制周边眼的装药量,采用合理的装药结构,尽可能的使药沿药眼长均

匀的分布,这是实现光面爆破的重要条件,也是减振的需要。

光面爆破线装药密度的计算,主要是确定周边眼光爆层周边眼装药集中度,

一般采用爆破实验方法求得或从同类工程中选取。

q=QaB

(5.2.5-2)

式中:q—线装药密度,kg/m;

Q—单位体积耗药量,g/m3;

a—周边眼间距,m;

B—光爆层厚度,m。

根据岩石软硬程度和围岩条件,周边眼的线装药密度 0.1~0.5 kg/m 范围取值。

4)装药结构和起爆方式

周边眼采用不耦合空气间隔装药,不耦合系数为 1.25~2.5,由于目前国家

生产小直径药卷规格品种较少,可采用小直径药卷(ф25mm)空气间隔装药。为

克服底部炮眼的阻力,在炮眼底部放一半标准药卷,使光爆层易于脱离岩体。

图 5.2.5-3 周边孔空气间隔装药示意图 光面爆破的分区起爆顺序为:在爆破岩石断面上由内向外,掏槽眼——扩槽眼 ——掘进眼——内圈眼——周边眼——底板眼。掏槽眼、扩槽眼、掘进眼、内圈 眼、底板眼采用ф32mm 普通标准药卷起爆。采用多段微差起爆。周边眼外地主

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爆区使用非电毫秒雷管,起爆时差越短则壁面平整效果越有保证,光爆层的周边

眼用用导爆索连接一次同时起爆。

5)炮眼装填系数

炮眼装填系数为装药长度与炮眼长度的比值。可按下表经验取值并根据试验

调整。

炮眼装填系数表 5.2.5-1

围岩级别 Ⅰ

炮眼名称

Ⅳ、Ⅴ

掏槽眼

0.65~0.85

0.60

0.55

0.5

辅助眼

0.55~0.85

0.50

0.45

0.4

周边眼

0.60~0.75

0.55

0.45

0.4

6)炮眼深度 L

①.对于Ⅰ、Ⅱ类围岩且爆破环境良好、隧道地表及附近无需要保护的构筑物,

根据开挖断面确定炮眼深度:

L=(0.2~0.5)B

(5.2.5-4)

式中:L-炮眼深度,m;

B-开挖断面宽度, m。

考虑到使用 3.5m 长钻杆较普遍,取 B=3.0m;掏槽眼深度加长 0.20m,为 3.2m。

②.对于Ⅲ~Ⅴ围岩或隧道地表、附近存在需要保护的构筑物等设施时,根据

爆破减振控制要求进行爆破试验、振动检测,优化调整,适当减小炮孔深度,缩

小循环进尺,降低爆破振动,合理确定炮眼深度。

7)光面爆破参数动态调整

①.根据围岩变化调整在隧道开挖施工过程中,围岩级别会发生变化,为了

确保光面爆破效果,光面爆破设计参数应针对围岩变化情况而调整,经过调整后

光面爆破应达到减少超欠挖和减振的双重效果。

②.根据光爆效果调整光面爆破参数经过爆破实施后,光面爆破效果可能达不

到最佳效果,隧道洞身会出现超欠挖现象,需要对光面爆破参数进行调整。隧道

洞身出现欠挖,需减小周边孔距、光爆层厚度、增加炮孔的数目和炸药填装量;

隧道洞身出现超挖,需加大周边孔距、光爆层厚度、减少炮孔的数目和炸药填装

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量。再经过钻爆循环作业实施验证,以达到最佳效果。 4.光面爆破施工工艺 光面爆破施工工艺:测量隧道轮廓线、布孔-钻孔-装药、堵塞-警戒-起爆-

爆破振动检测-优化爆破设计参数-进入下一个循环。 1)测量隧道轮廓线、布孔 钻孔前,测量人员用全站仪测量出隧道中心线和拱顶高程;用全站仪测量出

隧道开挖轮廓线,用红油漆画出隧道开挖轮廓线,并标出炮孔位置。 2)钻孔 周边眼沿隧道断面开挖轮廓线距开挖断面边缘 0.1m 处按设计孔间距均匀布

置,孔稍外倾以 3%~5%的斜率外插,并根据炮孔深度来调整斜率,孔底不超过 隧道断面开挖轮廓线 10cm,力求孔底在同一垂直面上。钻孔施工是光面爆破最 重要的一环,尤其是钻孔精度,它直接影响到光面爆破的成败。为了确保钻孔精度, 应严格做好隧道周边的测量放线,按照“对位准、方向正、角度精”三要点进行 钻孔,挑选技术水平较高、熟悉钻机性能的钻机司机,以保证钻孔的准确性。

底板眼布置:底板眼爆破主要用于形成隧道底板轮廓。施工过程中通常采用 底板眼紧贴隧道底部轮廓、增加药量、减少堵塞长度等措施,以保证底眼爆破强 度,产生翻碴作用,以便出碴作业。

光面爆破的钻孔精度要求为:周边孔应按设计点位成孔,钻孔偏斜误差不超 过 1°;孔口坐标误差为±10cm;钻孔底部偏差不大于 15cm;孔深为±0.05m。

3)装药、堵塞 钻眼完成后,应按炮眼布置图进行检查,并作好记录,不符合要求的炮眼应 重钻眼,经检查合格后才能装药。装药前应将炮眼泥浆、石粉吹洗干净。 按照设计装药量和各段药量分配,将药卷捆绑在导爆索上,形成一个断续的 炸药串,为方便装药和将药串大致固定在钻孔中央,可将药串绑在竹片上。装药时 竹片一侧应置于靠保留区一侧。装药后孔口的不装药段应先用沙等松散材料,然 后再填塞粘土炮泥。在线装药量、装药结构和不偶合系数确定的情况下,堵塞炮 泥时要保证回填物不会进入至装药段,否则,不偶合系数将会改变,影响光爆效 果。炮孔回填堵塞质量优劣,回填堵塞必须有足够长度,严禁用炸药箱卷成卷堵 在炮眼口。

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4)连接起爆网络

为了避免闲散电流对爆破安全的影响和防水要求,采用国家Ⅱ型 15 段非电

导爆管雷管组成的非电起爆系统。

周边眼应同时起爆,采用一根主导爆索将所有周边眼内的导爆索联接起来,

在主导爆索上安装电雷管,达到齐爆;为减少光面爆破本身产生的爆破振动效应,

周边眼可分成 2~4 个段号来进行。

整体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相同。引爆雷管应用绝缘胶

布包扎在离一根导爆管自由端 15cm 处,聚能穴背向传爆方向,网络连好后要有

专人负责检查后再起爆。

5)警戒、起爆

爆破警戒时应及时准备声音、颜色信号,并向隧道附近和地表的居民下发《爆

破告知单》,协调村民撤离到安全地带,隧道工作人员全部撤出洞外同时爆前应

注意通风管和设备防护。爆破网络在爆破技术人员负责检查后再进行起爆,并且

爆破后通风 15 分钟以上才能进洞。

5.2.6 爆破振动验算

根据《爆破安全规程》(GB6722-2003)爆破振动经验公式:

V= K×(Q1/3/R)α(5.2.6-1)

式中:V——爆破振动速度,cm/s;对于交通隧道爆破,隧道围岩最大允许

振动速度 V<10cm/s。

Q——同段最大药量,kg;

R——至保护物的距离,m;

K、α——与爆破点至计算保护对象之间的地形、地质条件有关的系

数和衰减系数;见下表:

爆区不同岩性的 K、a 值表 5.2.6

岩性 坚硬岩石 中硬岩石

软岩

K

50-150 150-250 250-350

a

1.3-1.5 1.5-1.8 1.8-2.0

目前振动速度的经验公式主要用于爆破前爆破振动估算、事前控制。

5.2.7 减振技术措施

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除以上掏槽爆破控制技术、光面爆破控制技术、爆破振动验算对减振的控制 外,还应注意以下减振技术措施:

1. 选 用 低 猛 度 、 低 爆 速 、 低 密 度 、小 直 径 、 传 爆 性 能 良 好 的 炸 药 (2000~2500m/s)或专用的光面爆破炸药进行隧道周边孔的光面爆破,由于国家 标准专用光面爆破炸药的品种限制,ф25mm 标准药卷为主要光爆炸药。

光面爆破周边眼使用的雷管选用要求是:选择分段多,起爆同时性好的非电 毫秒雷管,国产非电毫秒雷管有 20 个段,充分利用微差效果,节约炸药、减少 振动。

2.优化掏槽爆破设计,为掏槽爆破创造良好的临空面条件,如采用多重楔形 掏槽、采用大直径孔作为临空孔的直眼掏槽爆破。

3.采取措施创造隧道爆破临空面条件,如分部开挖等;在掏槽后槽腔足够大 时,尽可能采用宽孔距小抵抗爆破技术措施,取得更好的临空面条件。

4.选择合理的段间隔时差,使段间隔时差大于爆破主振相的振动延续时间, 使每段炸药的爆破基本上独立作业,避免爆破振动波的叠加。实践证明,硬岩隧 道 爆 破 段 间 隔 时 差 宜 采 用 50~100ms , 软 岩 隧 道 爆 破 段 间 隔 时 差 宜 采 用 100~200ms。

5.周边眼采用光面爆破,以减少掏槽眼、掘进眼爆破对周边围岩的爆破振动 影响。工程测试证明:贯通缝有着显著的减振效果,一般可减少振动强度 30%~50% 左右。必要时可沿周边轮廓钻一圈密集的减振眼,也可起到一定的减振效果。为 减少预裂爆破本身产生的爆破振动效应,周边眼可分成 2~4 个段号来进行光面爆 破。

6.应用控制爆破的原理,控制单位岩体爆破的炸药量,在隧道断面爆破开挖 中,可根据炮眼的部位及作用,采用不同的炸药单耗。周边眼通过计算和试验, 采用临界装药量;掏槽眼采用加强抛掷爆破的装药量;扩槽眼和底板眼采用标准 抛掷爆破的装药量;槽腔下部的掘进眼采用标准抛掷爆破的装药量;内圈眼采用 松动爆破的装药量。在保证爆破效果的前提下,控制炸药单耗,控制炸药用量, 减小爆破振动。

6 材料及设备

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6.1 爆破材料一览表表 6.1

序号 材料名称

规格

序号

ф32mm 标准卷装

1

普通炸药

5

硝铵或乳化

ф25mm 国家标准

2

光爆药卷

6

卷装硝铵或乳化

材料名称 电雷管 竹片

规格 国家标准 光爆药卷定位

3 非电毫秒雷管 国家标准 1~20 段 7 绝缘胶布 光爆药卷定位

4

导爆索

国家标准

6.2 主要机具设备一览表表 6.2

序号

机具名称

规格型号

数量

备注

1

空压机

4L-20/8

8台

2

钻孔台车

KM 型

1台

3

钻孔台架

自加工

1台

4

风动凿岩机

YT-28

20 台

5

全站仪

DTM830

1台

6

经纬仪

J2B

1台

7

水准仪

DSZ3

1台

8

钻杆

3.5m

若干

9

起爆器

MFB-200

2台

7 质量控制

7.1 质量控制依据 7.1.1《爆破安全规程》(GB6722-2003); 7.1.2《公路隧道施工技术规范》(JTG F60-2009); 7.1.3 隧道洞身开挖控制项目 1.基本要求 1)不良地质段开挖前应做好预加固、预支护。 2)当前方地质出现变化迹象或接近围岩分界线时,必须用地质雷达、超前 小导坑、超前探孔等方法先探明隧道的工程地质和水文情况,才能进行开挖。 3)应严格控制欠挖。当石质坚硬完整且岩石抗压强度大于 30MPa 并确认不

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影响衬砌结构稳定和强度时,允许岩石个别凸出部分(每 m2 不大于 0.1m2)凸入 衬砌断面,锚喷支护时凸入不大于 30mm,衬砌时不大于 50mm,拱墙、拱脚以上 1m 内严禁欠挖。

4)开挖轮廓要预留支撑沉落量及变形量,并利用量测反馈信息进行及时调 整。

5)隧道爆破开挖时应严格控制爆破振动。爆破噪声管理基准为 80 分贝。 6)外观检查: ①.硬岩隧道:爆后围岩稳定,无剥落现象,炮眼利用率 90%以上。 ②.软岩隧道:爆后围岩稳定,无大的掉块或坍塌,炮眼利用率达到 100%。 ③.爆破后壁面上保留半眼孔痕率为:坚硬岩且完整性好的岩石≥80%, 中等 强度的岩石≥65%,软岩或节理发育的岩石>50%。 ④.爆破作用对周围岩体破坏轻微,壁面无明显的爆破裂隙。无松软破碎的 岩体,无危岩浮石。 7.2 质量控制措施 隧道爆破开挖的质量控制实质上就是爆破超欠挖的控制。 7.2.1 爆破超欠挖解决办法 保护围岩是隧道施工最重要的原则。控制爆破对遗留岩体的损伤,其重要标 志就是控制隧道的超欠挖。爆破引起的超欠挖虽然是不可避免的,但可以控制。 良好的爆破技术可以使超欠挖控制在一定的水平之内。 1.影响爆破围岩超欠挖的因素:钻孔精度;爆破技术;施工组织管理;测量 定位;地质条件变化。其中钻孔精度对超欠挖影响最大,其次是爆破技术、施工 管理、测量定位、地质变化。 2.控制超欠挖的解决方法 1)改变“宁超勿欠”的传统观念,树立“少欠少超”的观点,严格按照施 工技术规范施工。 2)提高钻孔技术水平。钻孔技术对隧道超欠挖的影响主要是周边炮孔的外 插角()、开口位置(e)和钻孔的深度(L)。 3)爆破技术参数合理匹配。隧道施工超欠挖统计结果表明:爆破技术对超 欠挖影响很大。所谓的爆破技术指:爆破方法、爆破方式以及各种爆破参数。

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①.爆破方法的影响:即使采用控制爆破也仍然有相当数量的隧道超欠挖。 但与普通爆破比较,超挖大大降低。

②.爆破方式:视开挖方式不同,爆破方式有:全断面一次爆破、台阶法爆破、 导洞先行扩大爆破和预留光面层爆破等方式。地质条件许可时,全断面一次爆破 方式(包括台阶法)有利于减少爆破重复振动、减少工序转换和干扰,便于快速 施工。而从减少超挖,改善开挖成型看,预留光面层、导洞先行开挖的爆破方式 是比较好的,但是预留光面层增加了一道爆破工序,实践中不常用。

③.在控制爆破中,主要技术参数:单位岩石炸药消耗量 q、周边孔线装药 密度 g、周边炮孔布置等。合理地解决这些参数之间的配合,对减少超欠挖至关 重要。

4)现场施工管理和组织 建立比较完善、系统的质量保证体系,对作业全过程及相关因素实行科学管 理。现场管理与组织是指:人员组织,作业安排,技术交底、指导,质量检测、 反馈以及相应规章、技术标准等制定等。管理的目的:把众多的因素置于可控的 状态,达到爆破设计的基本要求。在爆破质量管理中,应坚持以下基本原则: ①.必须采用光面控制爆破,通过工程类比和现场实验,优化爆破参数设计; ②.在满足技术经济要求的情况下,应优先考虑采取操作简单且精度高、有 良好性能的钻孔机械、测量放线仪器、断面检测仪器以及爆破器材等; ③.应严格控制断面的测量放线精度,特别是要避免担心欠挖而随意放大断 面的现像; ④.必须严格控制钻孔精度,重点是控制周边眼的外插角、开口误差以及炮 眼在断面分布的均匀性; ⑤.必须严格控制重要爆破作业质量,特别是要控制装药量,并保证正确的 起爆顺序; ⑥.必须做到及时检测和及时反馈; ⑦.必须强化施工组织管理、推行作业标准化并经常加强作业人员文化和责 任心的教育等。 5)地质条件 地质条件是确定爆破参数的基本客观依据。目前,爆破设计主要是根据经验、

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类比或现场实验设计。地质条件随掘进而不断变化主要表现为围岩节理裂隙的变 化,应根据情况调整钻孔方位和角度或适当调整周边孔的参数。可采取措施:在 施工中,紧跟开挖面对围岩进行观测描述,并对围岩的节理裂隙状态进行预测, 据此调整爆破参数和施工方法或采取局部内移炮眼、局部空孔不装药、加密炮眼、 局部调整起爆顺序等辅助措施。

8 安全措施

8.1 安全技术措施 8.1.1 采用地质超前预报新方法,根据本隧道的地质情况,施工中对破碎带及 其影响带采用先进的地质超前预报手段(TSP203 地质雷达、红外线探水仪等), 为施工提供准确可靠的前方地质资料,以便制定针对性的施工方法和应对措施, 确保本隧道的施工顺利进行。 8.1.2 隧道施工人员到达工作地点后,领工员首先组织大家分头检查工作面、 机具设施是否处于安全状态,详细检查围岩及初期支护是否有变化,顶板和两帮 是否稳定,如有松动和裂纹,应及时加固处理。 8.1.3 爆破器材的使用遵守现行的《中华人民共和国民用爆破物品管理条例》。 爆破器材的加工,在洞外的加工房中进行。进行爆破器材加工和爆破作业的人员, 严禁穿化纤衣物。 8.1.4 爆破后立即进行通风排烟,距爆破时间 15min 后,检查人员进入工作面, 进行以下各项检查并妥善处理后,其他工作人员才准进入工作面:有无瞎炮及可 疑现象;有无残余炸药或雷管;顶板、两帮有无松动的石块;喷锚支护有无损坏 与变形;工作面通风状况如何,烟尘及污染的空气是否超标。 8.1.5 进入隧道的内燃机械与车辆,应设置尾气净化装置,并加强装运碴作业 期间的通风,加大通风功率,做好通风设计,维护和保护好通风管路,保证洞内 空气清新。 8.1.6 施工期间,现场施工负责人将会同有关人员对各部进行定期检查,在不 良地质地段,每班指派专人检查,当发现喷锚支护变异或损坏时,立即增设锚杆 并复喷砼或增设钢支撑,必要时立即衬砌。 8.1.7 做好施工围岩量测和检测工作,当发现量测数据有突变或异变时,及时 通知现场负责人,并采取应急措施,保证施工作业安全。

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8.1.8 对于可能产生突涌水的地段采用超前探测、超前预注浆的堵水措施,确 保隧道施工安全顺利的通过。

8.2 工艺保证措施 8.2.1 扎扎实实地搞好新奥法施工中的光爆、喷锚和量测工作。量测指派专 人进行,将结果及时反馈给技术负责人和设计、监理人员,以适时安排二衬施做 时间。 8.2.2 按隧道工程地质及时做好光面爆破设计,确定周边眼、辅助眼、掏槽 眼等的设计参数,在每次爆破后,根据围岩石质、爆破效果等因素的变化,及时 调整爆破参数,不断完善爆破设计。 8.2.3 打眼要求位置准确,人工手持风钻打眼严格按钻爆设计布眼、钻孔, 不合格的眼孔要重新钻,检查合格后方可按设计要求装药爆破,使开挖轮廓线达 到设计要求,以得到理想的光爆效果,为喷锚工序创造良好的施工条件。 8.2.4 锚、网、喷支护要紧跟开挖进行,以利于发挥围岩的自承能力和施工安 全。 由当班领工员负责指挥、检查,保证施工中严格按钻爆设计进行钻孔、装药、 起爆。隧道爆破工程师根据监测数据、爆破效果及围岩变化及时调整爆破参数, 并反馈于主管工程师。

9 环保措施

环境保护是保证社会生态平衡、保证社会人们身体健康的需要,是我国的一 项基本国策。为了控制隧道爆破开挖施工现场的各种粉尘、污水以及噪声、振动 等对环境的污染和危害,采用各种有效措施和各种渠道严格控制。

9.1 爆破有害气体的产生与预防 炸药在爆炸或燃烧后会生成 CO、NO、NO2、H2S、SO2、CO2 等有害气体,当这些 有害气体的含量超过某一限值时,就会危害人的身体健康。 为减少爆破有害气体的危害,可采取以下措施: 9.1.1 尽量采用零氧平衡或接近零氧平衡的炸药,减少爆破有害气体产生量; 9.1.2 如果爆破点附近有井巷、隧道、排水涵洞及独头巷道时,要考虑有害气 体沿爆破裂隙或爆堆扩散的可能性,加强防范,以免产生炮烟中毒; 9.1.3 进行爆破时,要加强通风和爆破后有害气体的检测,以免炮烟熏人。

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9.2 爆破噪声 爆破噪声是指由于爆破而产生的刺耳的声音。它是爆破空气冲击波的继续, 是冲击波引起气流急剧变化的结果。目前,各个国家提出的噪声控制标准还不统 一,我国山西省爆破学会规定,距爆源 20m 以外噪声应限制在 80 分贝以下。 对爆破噪声的预防和爆破空气冲击波的预防措施基本相似,此外加强堵塞、 反向起爆等也可起到一定作用。 9.3 进入隧道的内燃机械与车辆,要设置尾气净化装置,并加强装碴运碴作业期 间的通风,加大通风功率,做好通风设计,保证洞内空气清新。 9.4 隧道施工废水集中排出隧道集中处理,不得直接排入农田、河流和渠道。 9.5 在隧道爆破作业中,采用水幕降尘,保证作业面粉尘含量达标。在装碴 作业时喷水降尘,同时作业人员还必须配备劳保防护用品。 9.6 对使用的工程机械和运输车辆安装消声器并加强维修保养,降低噪音。 合理安排施工作业时间,尽量降低夜间车辆出入频率,夜间施工不得安排噪音大 的机械。

10 效益分析

10.1 技术效益 本工法解决了在复杂环境条件下进行隧道爆破开挖所带来的振动效应问题, 对于地表及附近有建筑物、构筑物的特殊环境下的地下工程爆破具有很重要的指 导作用。 光面爆破使隧道开挖面成型规整,尺寸符合要求,表面光顺,应力集中小, 减少安全隐患。爆破后隧道或坑道轮廓线与周边眼相切,且周边眼残留眼痕,使 隧道坑道不产生或产生少量爆震裂缝,从而保护了围岩的完整性,使围岩的自稳 能力和自身承载能力得以实现,这符合新奥法施工的指导思想。 10.2 经济效益 10.2.1 光面爆破施工由于开挖面平整,缩短了清理岩面、清除危石的时间、 初期支护的时间、装碴及出碴的时间,并方便了后续的挂土工布、防水板施工, 工程进度快。 10.2.2 光面爆破比非光面爆破大大减少了超挖量,因此节省了火工材料和 因非光面爆破所造成的围岩破碎所需钢支撑、锚杆、钢筋网等初期支护的工程量,

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节省了喷射混凝土和超挖回填工程量,提高了衬砌速度,大大节省了成本,提高 了工程进度,也保证了施工质量,五台至盂县高速公路 LJ8 标段安子垴隧道节省 工程成本约 128 万元。

10.3 社会效益 采用此工法,大大提高施工进度,避免了长时间影响当地居民正常生产和生 活秩序;减振降振效果好,减少了对当地建筑物、构筑物的影响,避免了爆破事 故的发生,保证了人民财产安全,同时为施工企业积累了丰富的经验,推动企业 技术进步,并将促进隧道爆破开挖施工技术的发展。本工法也适用于隧道施工之 外的地下铁路、防空通道、矿山巷道等地下工程爆破施工。

11 应用实例

五台至盂县段高速公路 LJ8 合同段安子垴隧道,隧道总长 2855 米,项目开工日 期:2010 年 4 月,本隧道爆破开挖正式开工日期为 2010 年 5 月 15 日。采用此 工法进行隧道爆破开挖,隧道岩面平整、稳定,超挖量得到有效控制,缩短了清 理岩面、清除危石、初期支护、装碴及出碴的时间,清理岩面、清除危石费用低, 为隧道后续施工如初期支护、防水工程施工、二次衬砌等创造了了很好的条件; 同时采用减振光爆施工技术,在保证隧道围岩稳定、机械设备安全的同时,保证 了隧道地表及附近建筑物的安全。

此工法解决了隧道施工爆破振动危害防治和围岩超欠挖难题,保证了施工质 量,提高了工程进度,节省了工程费用,取得良好的经济效益和社会效益,有效 防止了爆破安全事故发生,得到业主好评。

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