大斷面隧道爆破設(shè)計(jì)與改進(jìn)

王 軼

(中交一航局，天津 300000)

0 引言

花石隧道采用的是新奧法原理，上下臺(tái)階法開挖，開挖爆破中炮眼的布置間距較小，炮眼平行，通過(guò)控制每個(gè)炮眼的裝藥量，選用私密度和低爆速的炸藥，采用不耦合裝藥，得以控制爆破作用的范圍和方向，借此減少超挖、欠挖和支護(hù)的工作量，增加巖壁的穩(wěn)定性，減少爆破的震動(dòng)作用，進(jìn)而達(dá)到控制巖體的開挖輪廓。爆破結(jié)束后可以更加有效地與混凝土和錨桿支護(hù)相配合。

1 工程概況

新建蘭渝鐵路六標(biāo)段花石入口隧道所處位置，地形西高東低，起伏較大。地面高程約在615 m～1 284 m，相對(duì)高差約669 m，隧道最大埋深約630 m。隧道進(jìn)口位于四川省廣元市朝天區(qū)花石鄉(xiāng)小灣子頭村，施工里程為DK478+765～DK481+750，長(zhǎng)度為2 985 m，縱坡依次為6‰，13‰，12.8‰的單面下坡。

隧道采用新奧法開挖，上下臺(tái)階法作業(yè)，上臺(tái)階開挖斷面74 m2，下臺(tái)階開挖49 m2，以炭質(zhì)千枚巖和板巖為主。巖體較破碎，節(jié)理、裂隙較發(fā)育。現(xiàn)以風(fēng)化破碎的千枚巖段(f=4～6)為例進(jìn)行分析。

2 爆破設(shè)計(jì)

1)根據(jù)月計(jì)劃計(jì)算炮眼深度進(jìn)行炮眼深度的設(shè)計(jì)。

其中，l為炮眼深度;L為每月工作進(jìn)度，m;N為每月工作日，d;n為每天完成循環(huán)數(shù);η1為正規(guī)循環(huán)率(每月實(shí)際完成的循環(huán)個(gè)數(shù)與計(jì)劃循環(huán)個(gè)數(shù)的百分比，應(yīng)不小于90%);η2為炮眼利用率。

2)炮眼直徑。

依據(jù)我們選用乳化炸藥的密度和爆速，以及圍巖的單軸抗壓強(qiáng)度，并結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)選擇2.0的不耦合系數(shù)，選用的乳化炸藥的直徑為200 mm，鉆桿的直徑為200 mm，釬頭的直徑為400 mm，炮眼直徑為400 mm。

3)炮眼數(shù)目(N)。

其中，N為炮眼數(shù)目;q為單位炸藥消耗量，kg/m3;s為巷道掘進(jìn)面積，m2;m為每個(gè)藥卷長(zhǎng)度;η為炮眼利用率，0.85～0.9;α為平均裝藥系數(shù)，0.5 ～0.7，掏槽眼取 0.7 ～0.8;p 為每個(gè)藥卷的重量，kg。

經(jīng)過(guò)計(jì)算上臺(tái)階炮眼計(jì)算數(shù)目為136個(gè)。

炮眼數(shù)目初定后，經(jīng)試排，確定數(shù)目，經(jīng)過(guò)n個(gè)循環(huán)實(shí)踐調(diào)整、優(yōu)化，最終確定炮眼數(shù)目。

4)工作面炮眼的布置。

主要有以下幾類:掏槽眼:在工作面上最先爆破，形成第二個(gè)自由面的一組炮眼。周邊眼:在井巷工作面為控制掘進(jìn)斷面周邊輪廓而鉆鑿的一組炮眼。輔助眼:在掏槽眼和周邊眼之間鉆鑿的炮眼，使大量巖石崩落的一組炮眼。

a.選擇掏槽方式。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，圍巖性質(zhì)，決定采用楔形掏槽，與工作面夾角55°～75°，每側(cè)眼間距取300 mm～500 mm，眼底比其他炮眼深200 mm，眼底距200 mm，采用楔形掏槽，掏槽面積大;爆破效果好;雷管段數(shù)少;利于全斷面一次爆破。由于在斷面大時(shí)不約束炮眼的施作，尤其適合大斷面的隧道的開挖。

b.確定周邊眼距，輔助眼和底眼眼距，以及最小抵抗線。

查找《爆破工程實(shí)用大全》，結(jié)合花石隧道的圍巖性質(zhì)，初步確定周邊的眼距為600 mm，底眼的眼距為800 mm。輔助眼的眼距為700 mm，最外層炮眼距離設(shè)計(jì)線為150 mm。

c.分配各種炮眼裝藥量(見表1)，再驗(yàn)算單位炸藥消耗量。

表1 炮眼排列及裝藥量表

d.裝藥結(jié)構(gòu)和起爆順序。

采用不耦合裝藥，且采用空氣柱間隔裝藥的方式。起爆順序是:掏槽眼，輔助眼，幫眼，頂眼，底眼。

3 實(shí)際爆破過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題

進(jìn)行了爆破作業(yè)的初步設(shè)計(jì)后，我們通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際操作進(jìn)行檢驗(yàn)，按照動(dòng)態(tài)管理的思想，從組織、管理、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的角度去實(shí)施糾偏。

在隧道開挖進(jìn)行了一段時(shí)間后我們發(fā)現(xiàn)了以下問(wèn)題:

1)隧道開挖的超欠挖現(xiàn)象突出，開挖面不整齊。

2)炮眼的利用率低，最低的時(shí)候僅為55%，開挖狀態(tài)不均衡，有時(shí)候的炮眼利用率能達(dá)到90%。

3)爆破的巖塊不均勻。

4)炮工打眼時(shí)炮眼定位不準(zhǔn)確，不進(jìn)行系統(tǒng)的定位，打眼作業(yè)非常隨意。

5)掌子面開挖凹凸嚴(yán)重，十分的不平整。

4 解決措施

4.1 原因分析

依據(jù)動(dòng)態(tài)管理的理論，依照隧道已開挖段的圍巖、機(jī)械、人員、組織等方面進(jìn)行了分析。

1)開挖炮眼利用率有時(shí)不足85%，主要由以下幾個(gè)方面造成:

隧道內(nèi)的圍巖性質(zhì)有變化，在花石隧道中，每開挖幾十米總會(huì)遇到巖性軟弱的巖層，這個(gè)時(shí)候，炮眼利用率較低的情況特別的明顯。

在開挖時(shí)，炮工班為了圖省事，在現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員不在的情況下，竟然使用炮泥，直接的開口放炮。

輔助眼的分布不均勻，不按照炮眼分布圖進(jìn)行炮眼布置，導(dǎo)致爆破后巖塊體積較大。

2)開挖超欠挖現(xiàn)象突出，掌子面凹凸嚴(yán)重，隧道輪廓線上留下半個(gè)眼痕的炮眼數(shù)不足50%。主要由以下幾個(gè)方面造成:

炮工在開鉆周邊眼時(shí)，不按照技術(shù)交底的炮眼角度進(jìn)行打鉆，周邊眼眼距和鉆眼角度，有時(shí)甚至超過(guò)隧道輪廓線。炮眼的眼底，不落在同一個(gè)底面上，以控制炮眼的深度為主要控制，不注意炮眼眼底的控制。

4.2 糾偏措施

1)組織措施。

在現(xiàn)有的炮工隊(duì)伍里將炮工組長(zhǎng)的任務(wù)明確為:保證炮工班的施工作業(yè)質(zhì)量，尤其是保證炮工炮眼的布置，打眼的質(zhì)量，輔助眼的均勻分布和周邊眼的角度控制。

2)管理措施。

和開挖班簽訂質(zhì)量及進(jìn)度保證合同。對(duì)炮工班進(jìn)行最低工作量限制，督促提高自身作業(yè)質(zhì)量的意識(shí)。加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)工作的指導(dǎo)，技術(shù)員及時(shí)的了解掌子面的開挖狀況，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)的做出調(diào)整。

3)經(jīng)濟(jì)措施。

結(jié)合簽訂的質(zhì)量和進(jìn)度合同，當(dāng)開挖班的月進(jìn)度以及質(zhì)量達(dá)到合同要求，要進(jìn)行合理的獎(jiǎng)勵(lì)，如達(dá)不到要求，在領(lǐng)取保底工資的同時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況領(lǐng)取全額獎(jiǎng)金的一部分。

4)技術(shù)措施。

每個(gè)星期對(duì)現(xiàn)有的循環(huán)數(shù)進(jìn)行班組分析，找出技術(shù)上的難點(diǎn)易錯(cuò)點(diǎn)和通病，及時(shí)的通報(bào)解決;保證班前技術(shù)交底落到實(shí)處，檢查交底的落實(shí)情況。當(dāng)碰到軟弱圍巖時(shí)，不采用一次爆破的手段，采用跳段爆破的手段。由于各段的爆破時(shí)間延長(zhǎng)，巖石得以充分的粉碎。第一，可以減少拋擲的距離以及巖石的拋擲量。第二，增加了巖石的破碎程度。跳段爆破后，爆破綴體集中性好，利于裝巖運(yùn)輸。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)一系列的糾偏措施，花石隧道進(jìn)口，在糾偏結(jié)束后即達(dá)到采用氣腿式風(fēng)鉆，在僅有14人作業(yè)的情況下，月度連續(xù)作業(yè)開挖130 m的業(yè)績(jī)，領(lǐng)先于同類施工機(jī)械的其他隧道開挖量。隧道的爆破開挖設(shè)計(jì)應(yīng)該包括前期的參數(shù)設(shè)計(jì)和后期的參數(shù)改進(jìn)，特別是設(shè)計(jì)后期的采取動(dòng)態(tài)管理的方法提出的糾偏措施，是保證隧道開挖設(shè)計(jì)科學(xué)、有效、經(jīng)濟(jì)的必要手段。花石隧道的開挖設(shè)計(jì)可以作為其他隧道開挖設(shè)計(jì)的一個(gè)現(xiàn)實(shí)范例。

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