隧道光面爆破施工工法资料

2020-05-24 10:01:36

石灰岩地区隧道Ⅲ级、Ⅳ级围岩 光面爆破施工工法

中铁十九局集团第三工程有限公司 葛育松 梁岩 张国辉 张洪敏

一、前言 在工程爆破技术中,隧道爆破占有重要地位,这不仅是因为隧道爆破价格昂贵, 而更重要的是爆破成功与否,直接影响着隧道安全、支护类型及投资。从一些事故调 查中可知,隧道塌方落石所造成的人身伤亡事故,都直接或间接与隧道爆破技术有关。 迄今为止,隧道爆破在国内还没有一套较为系统的设计理论和方法,隧道光面爆破技 术也未得到大力推广和应用,因此进一步提高和发展隧道爆破技术意义重大。我单位 一直把隧道光面爆破技术作为一项研究课题,组织专人攻关,经过广大技术干部几个 月的不懈努力,现已掌握了石灰岩地区隧道Ⅲ级、Ⅳ级围岩光面爆破施工技术,并获 得各级监理、业主、设计单位等专家的认可。我单位承建的新建武广铁路客运专线 XXTJV 标坪土隧道Ⅲ级、Ⅳ级开挖均采用光面爆破法,对保护围岩、减少超挖、节 约投资具有很大意义。 坪 土 隧 道 位 于 广 东 省 韶 关 市 境 内 , 隧 道 进 口 里 程 DK1904+649, 出 口 里 程 DK1908+556,隧道全长 1907m,隧道洞身最大埋深约 115m。该隧道主要以灰岩夹 泥质灰岩为主,节理发育岩体较破碎,隧道围岩主要有Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级。受断层的影响, 岩溶发育,易造成大规模涌泥、涌水和突水。 二、工法特点 采用光面爆破对周围岩石扰动小,能够有效控制“超、欠挖”,施工质量能够得到 很好的控制,满足设计及验收标准的要求。 施工工艺完善、简便。 采用本工法施工进度稳定。 三、适用的范围条件 本工法适用于石灰岩地区隧道开挖施工。 主要围岩级别为Ⅲ级、Ⅳ级。岩质主要为: 下伏石炭系下统灰岩、角砾状灰岩局部夹有炭质页岩、 灰岩夹泥质灰岩、下伏 石炭系下统石蹬子组灰岩、弱风化;石炭系下统岩关阶灰岩、下伏石炭系下统灰岩、 泥质条带灰岩、钙质页岩、粉砂岩和石英砂岩。

四、施工工艺流程 (一)施工工艺原理 施工中主要采用的开挖施工方法为爆破法开挖,爆破施工过程中严格控制装药 量,减少炮轰波对围岩的扰动,达到爱护围岩的目的。采用 YT28 型风动凿岩机钻眼, 非电毫秒雷管微差起爆。 周边眼采用φ25mm 小直径药卷间隔装药方式,其余炮眼采用连续装药,富水地 段采用乳化防水炸药,掏槽眼采用复式楔形掏槽。爆破材料采用 1~17 段非电毫秒 雷管和塑料导爆管起爆,周边眼采用低爆速、低密度、高爆力、传爆性好的小直径 2 号岩石硝铵炸药(φ25mm 直径),富水地段采用乳化炸药,厂制炮泥堵塞,导爆管 复式网路联接,各部一次起爆。光面爆破受多种因素影响,包括围岩强度、整体性、 节理、层理等地质因素,现场围岩地质结构千变万化,爆破参数进行现场设计动态调 整。同一类围岩经试爆取得的技术参数,做为初步依据,每一循环爆破作业都要由有 经验的爆破工程师根据上一循环爆破效果,以及本循环围岩特征进行适当调整,选择 一组最佳技术参数。上一循环是下一循环的预设计和试爆破。 (二)施工工艺流程图

测定围岩参数 爆破参数预设计

试爆破 爆破效果评判

不理想

确定爆破参数 结合围岩具体特征调整参数

钻爆作业

调整爆破参数

(三)施工顺序 测量放样→标出孔位→钻正顶孔→钻孔→装药连线→起爆。 钻爆采用 YT28 型风动凿岩机,凿岩台车钻孔作业:固定人员司钻,固定部位孔 眼,严格控制外插角和周边眼间距。在拱部周边眼钻孔完毕后,利用装药平台进行装 药联线作业。 (四)钻孔技术要求和质量标准 1、钻孔要做到“准、顺、平、齐”。

准:按周边孔参数要求,孔位要选准; 顺:侧墙孔孔口要顺开挖轮廓线布置,使孔底均位于开挖允许的超欠范围内; 平:各炮眼相互平行(孔口和孔底距相等); 齐:孔底要落在同一平面上,爆出的断面要整齐,便于下一循环作业。 2、保证钻孔质量措施:光爆钻孔时,由爆破设计技术员统一指挥协调行动,认 真实行定人、定位、定机、定质、定量的“五定”岗位责任制;分区按顺序钻孔,避免 相互干扰、碰撞、拥挤;固定钻孔班,以便熟练技术,掌握规律,提高钻孔的速度和 准确性。 按各断面炮孔爆破设计装药量装药联线,塑料导爆管起爆网络联接采用复式联接 网路。炮孔孔口采用炮泥堵塞,炮泥由炮泥机加工成型。 (五)钻爆设计 1、炮眼布置原则 (1)掏槽眼:正洞Ⅲ级围岩采用中空直眼掏槽,为保证掏槽钻眼精度,掏槽位 置选择在隧道中线偏下的位置;正洞Ⅳ级围岩采用斜眼掏槽。 (2)周边眼:根据光面或预裂爆破选定的周边眼间距,严格控制外插角以减少 超欠挖。 (3)内圈眼:内圈眼所在位置在周边眼抵抗线的边缘,内圈眼的孔距稍大于周 边眼抵抗线(w)。 (4)辅助眼:掘进炮眼,其炮孔间距,视岩石坚硬程度、装运手段、岩石破碎 程度的要求等因素而定,一般取 0.65~1.2m,岩石坚硬取小值,反之取大值。 (5)底板眼:底板眼沿开挖轮廓底线布置,并适当增加药量起翻碴作用,使爆 落的岩碴翻松,便于装载设备装碴。 2、装药结构与堵塞 (1)根据不同炮眼直径和不偶合系数选择不同的药卷。各级围岩炮眼直径和药 卷直径的选择具体见后附钻爆设计图和装药参数表。周边眼采用间隔装药。岩石很软 时,可采用导爆索起爆。 (2)装药后用黄泥或聚氯乙烯、聚乙烯等薄膜加工的专制水袋装满水后充当炮 泥放在炮孔中对炮孔进行堵塞,炮眼堵塞长度不少于 30cm。 (3)周边眼起爆方法 采用导爆索起爆。 (4)起爆顺序 掏槽眼→辅助眼→内圈眼→周边眼→底板眼。

(Ⅲ级围岩光面爆破炮眼布置图见图 1;装药结构见图 2)

85 75

60

70

80

85 85

7段 v形捣槽区

90

90

17段

15段 13段 11段 9段

掘进深度320cm

300

200

100 100 100 100 100

19段 90

10段

90

90

70

2段 12段

4段 6段

30 30 70 70 30 30

V形掏槽眼布置图

250

90 90

8段 10段

60

说明: 1、本图尺寸均以厘米计。

65

2、周边眼间距E=60cm,抵抗线W=75cm,底板眼间距E=65cm。

14段

3、炮眼深度320cm,循环进尺3.0m。

图 1 Ⅲ级围岩台阶光面爆破炮4、起眼爆方式布为孔置内微图差起爆,图中数字为孔内毫秒雷管段别。

80 60

图 3 Ⅳ级围岩正台阶开挖光面爆破炮眼布置图

光面爆破成功与否,不仅取决于孔网参数的设计和装药量及结构,更重要的是布 孔的正确与否和钻孔偏差的大小。现在无论哪种类型的钻机在钻周边光爆孔时,都有 2°~4°的偏角、仰角或俯角,这样实际上无法形成完整的平面,易导致超挖。这种超 挖随着一次爆破进尺加深而增大,如偏角为 4°时,每进尺 1m 则超挖 7cm,每进尺 2.5m 则超挖 17.5cm。正确做法是采用所谓的“欠挖法”布孔,即测量布孔时,按欠挖 5cm 左右布孔,这样可以最大限度地减少超挖量。

光爆孔的炸药最好采用小药卷,并按一定间距捆扎在导爆索和竹片上做成炸药串 装入炮孔,通常在竹片底部捆扎 1/2~1 条直径 32mm~35mm 的药卷作为起爆药和 底部装药。在装药过程中,为了保证内圈孔爆炸时不破坏光爆孔内的药串,药串上的 竹片不能露出孔口外,且内圈孔的堵塞长度不得小于炮孔间距的 80%。邻近光爆孔 的内圈孔装药也很重要,内圈孔所受夹制较大,在爆破中如果装药量过大,这些孔爆 破时所产生的裂缝,可能扩展到最终形成的断面以外,因此对内圈孔进行仔细均衡装 药非常重要。

导爆管 导爆管

炮泥

小直径药卷间隔装药

传爆线

雷管

竹片支架

炮泥

药卷

雷管

图 2 装药结构图

表 1 Ⅲ级围岩台阶光面爆破炮眼药量分配表

序号

上下 台阶

炮眼 分类

1

2

掏槽眼

3

4

5

6

辅助眼

7

8

内圈眼

9

周边眼

10

底板眼

11

合计

12

13

14

15

掘进眼

16

17

周边眼

19

底眼

20

合计

21

总计

炮眼数 (个)

3 2 3 6 12 16 20 25 35 22 144 16 16 15 14 7 12 24 104 248

雷管 段数 (段)

1 3 5 7 9 11 13 15 17 21

2 4 6 8 10 12 14

炮眼 长度 (m)

2.5 3 3.5 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.3

3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.3

每孔 药卷数 (卷/孔)

10 13 15 12 12 12 12 12 8 14

炮眼装药量 单孔

装药量 (Kg/孔)

1.5 1.95 2.25 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.08 2.1

13

1.95

13

1.95

13

1.95

13

1.95

13

1.95

8

1.08

14

2.1

合计 药量 (Kg) 4.5 3.9 6.75 10.8 21.6 28.8 36 45 37.8 46.2 241.35 31.2 31.2 29.25 27.3 13.65 12.96 50.4 195.96 437.31

表 2 Ⅲ级围岩正台阶光面爆破主要经济技术指标

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

开挖断面积

预计每循环进尺

每循环爆破石方

炮眼总数

钻孔总数

雷管用量

炸药用量

比钻眼数

比钻眼量

比装药量

单位 m2 m m3 个 m 发 Kg

个/m2 m/m3 Kg/m3

数量 151.71 3.00 455.13 248.00 713.40

284 437.31 1.63 1.57 0.96

11

单位体积岩体耗雷管量

发/m3

0.62

12

预计炮眼利用率

%

94

表3

序 台阶分类

炮眼分类

1 2 3 4

上台阶 5 6 7 8

掏槽眼

掘进眼

内圈眼 周边眼 底板眼 小计

掘进眼

二台阶

周边眼 底板眼 小计

掘进眼

三台阶

周边眼 底板眼 小计

掘进眼

四台阶

周边眼

底板眼

小计

合计

Ⅳ级围岩全段面光面爆破炮眼药量分配表

炮眼数 (个)

6 2 9 15 23 35 16 108 12 14 12 16 54 14 14 10 14 52 13 9 8 15 45 259

雷管段数 (段)

1 3 5 7 9 11 13

3 5 11 7

5 7 11 9

9 11 15 13

炮眼深度 (米)

2.5 2.2

2.2 2.2 2.2 2.2 2.3

每孔药卷数(卷 /孔) 11 11 9 9 9 6 11

炮眼装药量 单孔装药量 (Kg/孔) 1.65 1.65 1.35 1.35 1.35 0.9 1.65

2.2

8

2.2

8

2.2

4

2.3

9

1.2 1.2 0.6 1.35

2.2

8

2.2

8

2.2

4

2.3

9

1.2 1.2 0.6 1.35

2.2

8

2.2

8

2.2

4

2.3

9

1.2 1.2 0.6 1.35

合计药量 (Kg) 9.9 3 12.15 20.25 31.05 31.5 26.4 134.25 14.4 16.8 7.2 21.6 60 16.8 16.8 6 18.9 58.5 15.6 10.8 4.8 20.25 51.45 304.2

表 4 Ⅳ级围岩正台阶光面爆破主要经济技术指标

序号 1 2 3 4 5 6

开挖断面积

预计每循环进尺

每循环爆破石方

炮眼总数

钻孔总数

雷管用量

单位 m2 m m3 个 m 发

数量 149.6 2 299.2 259 573.1 302

7

炸药用量

Kg

304.2

8

比钻眼数

个/m2

1.73

9

比钻眼量

m/m3

1.91

10

比装药量

Kg/m3

1.02

11

单位体积岩体耗雷管量

发/m3

1.01

12

预计炮眼利用率

%

92

(六)施工质量控制要点

1、做好超前地质预报工作,准确判定围岩的岩性,合理设计爆破参数,为提高

光面爆破效果提供前提条件。

2、钻爆作业严格按爆破设计图进行钻眼、装药、接线和引爆。如开挖条件出现

变化需要变更设计时,由主管技术人员确定。

3、钻眼前按设计爆破图用红油漆标出炮眼位置及开挖轮廓线,经检查符合设计

要求后才可钻眼。

4、钻眼符合下列要求:按照炮眼布置图正确钻孔;掏槽眼眼口间距误差和眼底

间距误差不大于 5cm;辅助眼深度、角度按设计施工,眼口排距、行距误差均不得

大于 10cm;周边眼位置在设计断面轮廓线上,允许沿轮廓线调整,其误差不大于 5cm,

眼底不超出开挖面轮廓线 10cm;内圈炮眼至周边眼的排距误差不大于 5cm,炮眼深

度超过 2.5m 时,内圈眼与周边眼以相同的斜率钻眼;当开挖面凸凹面较大时,按实

际情况,调整炮眼深度,力求所有炮眼(除掏槽眼和底眼外)眼底在同一垂直面上;

钻眼完毕,按炮眼布置图进行检查,并做好记录,有不符合要求的炮眼重钻,经检查

合格后,装药起爆。

5、装药分片分组,按爆破技术参数及炮孔布置规定的单孔装药量、雷管段分别“对

号入座”。周边眼采用不耦合装药方式,装药前将炮眼内泥浆、石粉吹洗干净。所有装

药的炮眼均堵塞炮泥,周边眼的堵塞长度大于 20cm,仔细连线并检查有无漏连现象。

五、机具设备、材料(见下表)

序号 1 2 3 4 5 6

机具名称 风动凿岩机 电动空压机 多功能组合式凿岩台车 侧卸式装载机

挖掘机 变压器

型号 YT28 型 20m3/min

自制 ZL-50C PC300 S9-500kVA

数量 50 台 4台 2台 1台 1台 1台

材料

序号 1 2 3 4 5 6 7 8

爆破器材名称 2 号岩石硝铵炸药 2 号岩石硝铵炸药 4 号抗水岩石硝铵炸药铵

RJ-2 乳胶炸药 毫秒雷管 导爆索 火雷管 塑料导爆管

规格 Ф25×200mm Ф32×200mm Ф25×200mm Ф32×200mm

1—17 段 Ф5.7~6.2mm 6#、8#工业雷管

Ф3.0mm

备注 无水地段 无水地段 有水地段 有水地段,风枪钻眼

周边眼用

六、劳动组织(见下表)

序号 1 2 3 4 5

分工 技术员 测量员 钻爆组 出碴组 排险组

作业内容 负责全面技术工作

负责测量放线 负责钻孔、装药、起爆

负责装碴、运碴 负责排险、安全

人数 1名 2名 30 名 20 名 6名

七、施工注意问题:安全、质量、环保 (一)安全注意事项 1、掘进是隧道安全控制的最重要环节,针对不同地质情况,采取合理的开挖方 案,严格控制循环进尺,选择最佳的爆破参数,确保施工安全。 2、浅埋段、破碎带地段隧道开挖要采用机械开挖结合浅孔控制爆破方法。爆破 后加强监测,根据监测和地质情况及时调整爆破参数,保证爆破安全。不良地质隧道 先治水,短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌,稳步前进。 3、配备足够的抽水设施,确保排水顺畅。 4、钻孔台车钻眼时,必须采用湿式凿岩,严禁在残眼中继续钻眼。

5、隧道爆破作业按《爆破安全规程》操作施工,洞内爆破时,必须统一指挥, 所有人员应撤至不受有害气体、振动及飞石伤害的地点,安全距离大于 200 米。

6、爆破后必须经过通风排烟,且至少相距 15 分钟以上,才准安全检查人员进 入工作面。经过检查和处理确认安全后,其它施工人员才准进入工作面。

7、瞎炮处理必须设立警戒区,瞎炮必须由原爆破手按规定处理。视情况确定具 体处理方法:将引线或电线重新接好,再行起爆,严禁打残眼;在距瞎炮 0.6m 处打 一平行炮眼诱爆,但必须注意岩层节理情况,在打眼地点不得有连通瞎炮的裂缝;安 全妥善地取出堵塞物,重装药起爆。

8、爆破器材加工,在远离洞口 100m 外的加工房中进行。 9、隧道掘进中,围岩量测是施工管理的主要环节。根据不同地质采取相应的安 全技术措施。 10、隧道开挖后及时进行施工支护,围岩量测数据有变或喷砼表面开裂、地表出 现裂缝时,要视为危险警告信号,必须立即通知施工人员撤离现场,待加固处理后再 行施工。 (二)质量注意事项 1、装药作业 (1)清孔:装药前用高压风清孔,吹干净孔内积水及碴粒。 (2)装药:装药前核对雷管段数,使之与设计相符,同时按钻爆设计的装药结构 及药卷规格药量装药。装药时,药装到孔底,起爆药包用炮棍缓慢送入,防止拉雷管 或破损导爆管。 (3)装药检查:装药时,将雷管段数标于孔外导爆管上,由检查人员对雷管段数 进行复核,确保准确无误,同时核对药卷规格及装药长度,使每孔装药符合设计要求, 检查后做好记录。 (4)堵塞:所有炮眼装药后,用炮泥进行堵塞,其长度为 30cm。炮泥用机械加 工,用炮棍顶进,堵塞做到封孔严密。 2、爆破作业 (1)连结网络:连结时尽可能靠近眼孔,孔外网路尽量短,使连结整齐,便于直 观检查网路。连结系统尽量短,但不拉细、打结,避免导爆管、连结块受损坏等。每 个簇联或连结块内都有引爆雷管。 (2)爆破及瞎炮处理:网络连结检查合格后,撤离受爆破影响范围内所有设备和 非爆破作业人员,设好防护哨、发出起爆信号后即点燃导火索,爆破人员快速撤离进 行爆破。 (3)钻爆效果检验 每次掘进爆破通风排烟后,值班技术和质检员即进入对钻爆效果进行检查记录。 检查记录光爆效果,炮孔利用率,平均掘进长度,碴体破碎程度,抛掷距离,围岩的

损坏程度等,作为不断优化钻爆设计的依据。 (4)控制超欠挖措施 根据不同地段情况,选择合理的钻爆参数:采用一炮一分析制度,每次钻爆循环

后,根据爆破震动速度,炮痕保存率、装药量、残眼深度及数量、抛碴距离、堆碴高 度、岩碴块度等多方面的测量和数据对比分析,选择合理的钻爆参数,不断优化钻爆 设计。

(三)环保注意事项 隧道施工均采用钻爆法开挖、爆破震动、冲击波以及设备噪声对现场施工人员都 会有损害,同时会使工作效率降低,影响安全生产。 1、加强工作面的通风,降低有害气体浓度。采用大功率的通风设备,压入式通 风,将新鲜空气由软风管送至工作面。 2、掌子面放炮后由专人喷洒水雾进行除尘以减少空气中的悬浮颗粒。 3、在掌子面 50m 范围内派专人每两小时向洞壁洒水,一方面除尘,一方面降低 岩面温度,在洞内空压站处设降温循环水池,并及时用高压水补充。降低空压机产生 的热量。 4、采用毫秒雷管微差爆破技术,实现光面爆破,根据不同的地质构造及围岩级 别采用不同的爆破参数,使爆破震动减到最低。在爆破时施工人员撤离到安全地方, 防止爆破冲击,达到保护目的。 5、在满足施工需要的情况下,尽量选择噪声低、震动小的施工机械,对通风机、 空压机、凿岩机的操作人员配戴防声耳塞和耳罩进行个人防护,防止噪声损害施工人 员的听觉,以免降低工作效率,影响安全生产。

工程实例照片

拱部光面爆破

边墙光面爆破

边墙光面爆破 拱部光面爆破

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