片岩超欠挖控制爆破及钻爆设计

2022-11-25

1. 工程概况

药水峡4号隧道起点位于青海省西宁市湟源县境内茶曲村西, 路线进东向穿越药水河西岸山脊, 终点位于湟源县境内茶曲村, 设计为曲线型分离双向六车道隧道, 设计荷载公路—I级, 设计速度80km/h。左洞起止桩号为ZK57+766~ZK59+825, 全长2059m, 为长隧道, 起点设计高程2793.33m, 终点设计高程2841.62m, 隧道底板最大埋深177m;右洞起止桩号为YK57+770~YK59+805, 全长2035m, 为长隧道, 起点设计高程2793.13m, 终点高程2842.09, 隧道底板最大埋深171m, 两洞中轴线最大间距约50m。

2. 掌子面情况

根据揭露的围岩判断:围岩为中风化片岩, 节理裂隙较发育, 裂隙延伸性好, 且有充填物, 易引起掉块;掌子面中间呈大块状, 两边呈碎块状, 易掉块, 围岩整体性和稳定性较差。掌子面围岩情况如图1所示。

3. 药水峡四号隧道左线隧道施工爆破施工现状

该隧道目前洞身Ⅴ级围岩地段采用两台阶法施工, Ⅴ级围岩每循环进尺约1.5m。

钻眼采用凿岩机配合自制简易台车施工, 钻眼直径40mm, 炸药采用岩石膨化硝铵炸药, 药卷直径为Ф32。爆破器材选用塑料导爆管非电起爆系统, 毫秒微差有序起爆。

前期现场光面爆破主要参数, Ⅴ级围岩段周边眼间距60~80cm, 最小抵抗线55cm, 每孔装药量0.2~0.3kg, 采用楔形掏槽, 掏槽眼长度3.3m, 左边5个, 右边4个, 装药量1~1.4kg;辅助眼深度1.25~1.5m, 装药量0.60~0.80kg (从掏槽眼向周边眼逐渐递减) 。6月20日爆破后的ZK59+771断面开挖后轮廓线如图2, 线性超挖10~80cm, 断面难以形成拱形轮廓, 左侧拱腰因存在光滑面而超挖较多, 最大达80cm, 右拱腰小范围欠挖。整个拱部几乎看不到眼痕, 爆破后渣堆中大块率高, 清渣后可见掌子面不平整。

实际施工各炮眼布置、间距及放炮顺序如图3, 表1所示。

4. 药水峡四号隧道左线隧道施工超欠挖控制钻爆设计

本设计本着控制药水峡四号隧道爆破超欠挖, 降低单位用药量, 周边采用光面爆破, 在现场爆破的具体爆破参数以及爆破效果的基础上, 合理的调整理论计算结果, 并在实施中再行调整。施工中Ⅴ级围岩采用两台阶法施工。

4.1 Ⅴ级围岩爆破设计

4.1.1 每循环总炸药用量及总炮眼数

q--爆破1m3岩石用药量, Ⅴ级围岩取0.55kg/m3

S—上台阶开挖断面积, S=90.4m2

L'—计划进尺, 本围岩段每循环计划进尺1.5m

经计算可得Q=74.5kg

N=n×S

N—上台阶断面上炮眼的总数

n—炮眼密度, 取1.78个/m2

经计算N=137个

4.1.2 周边眼

周边眼是指沿隧道开挖轮廓设计的炮眼, 其作用是使隧道爆破后得到的隧道轮廓形状与尺寸达到设计要求, 最大限度的减小超欠挖, 同时避免或最大限度的减小爆破对隧道围岩的破坏。取周边眼间距E为40cm, 最小抵抗线w为50cm, L为上台阶开挖面的周长, 取23.8m。

4.1.3 掏槽眼

掏槽爆破是隧道爆破技术的关键之一, 否则爆破缺少有效的临空面, 会导致光爆效果差, 超欠挖严重。本设计采用“V”型垂直楔形掏槽取代直眼掏槽。

掏槽眼数量及药量

掏槽眼布置如图4所示。

4.1.4 掘进、辅助及底板眼数量及药量

同理, 可确定下台阶各爆破参数, 每循环爆破参数具体详见爆破参数表

Ⅴ级围岩台阶法施工各炮眼布置、间距及放炮顺序如图5和图6所示。

Ⅴ级围岩炮眼布置参数如表2所示。

5. 钻爆方案调整后超欠挖分析

依据公路隧道施工技术规范要求, 拱部破碎岩土 (IV、V级围岩) 平均允许超挖值100mm, 最大允许超挖150mm。边墙每侧平均允许超挖值正100mm至负0mm之间, 钻爆方案调整后超挖效果明显好转, 超挖问题明显得到控制, 钻爆方案调整后轮廓线如图7所示 (图7单位m) 。

6. 药水峡四号隧道左线隧道施工超欠挖控制爆破措施

6.1. 精确测量放样, 控制钻眼精度

在隧道开挖前需准确画出开挖轮廓线, 误差控制在5cm之内。隧道轮廓测量画线的精度直接影响着隧道开挖效果, 特别是周边眼的精度。严格按设计轮廓放样, 同时应考虑预留沉降量和变形量。每次测量放线时应对上次爆破断面进行检查根据爆破效果及时调整参数。

为了减少因钻眼误差而引起的超欠挖, 采取了以下措施:周边炮眼的外插角根据钻眼深度和规范允许超欠挖进行计算, 控制在2o以内, 将工人的经济利益与司钻技术水平结合起来;其次所有炮眼 (掏槽眼除外) 的眼底位置尽可能控制在同一垂直面上。

6.2 装药结构及起爆

光面爆破孔采用32mm的药卷间隔装药, 所有炮眼均以炮泥堵塞, 堵塞长度不小于50cm。采用不偶合装药时装药结构如图8所示。

本隧道爆破材料采用32mm/150g硝铵炸药, 装药参数如表3。

6.3 施工管理

6.3.1 加强人员培训, 提高钻孔精度

为了使超欠挖值限制在最小范围内, 必须加强对司钻人员的培训, 使他们熟练掌握钻孔技术, 做到按操作细则、设计要求和布置的孔位施钻, 确保达到规定的孔位、孔深和倾斜度等。同时要严格工序间的检查和监督, 坚持按图验收。

6.3.2 加强钻爆设计的执行力度

加强项目部对施工队的管理与监督, 项目部应派专人负责隧道掌子面的钻孔、装药, 将钻爆设计的执行情况和超前挖的控制效果与施工队的经济利益挂钩, 实行奖优罚差的措施。

6.4 注意事项

施工必须重点注意周边眼及外围辅助眼施工质量。周边眼应采取间隔装药, 应严格控制药量。炮孔应采用炮泥填塞, 填塞长度不少于50cm。

7. 结语

本项目在爆破施工中通过钻爆设计和控制爆破有效的控制了片岩隧道施工的超欠挖问题, 保证了隧道施工的安全和质量, 同时也减少了初喷混凝土量, 为项目节约了成本, 加快了进度。

摘要：药水峡四号隧道左线开挖掌子面揭露围岩为强中风化片岩, 节理裂隙发育, 围岩破碎, 掌子面中间呈大块状, 两边呈碎块状, 易掉块, 围岩无裂隙水, 因此掌子面具有一定自稳能力, 但是隧道开挖施工围岩扰动后易松动, 易掉块, 有安全隐患, 且超欠挖较多时初喷质量难以保证, 因此在片岩隧道施工中控制超欠挖是一项重要工作, 控制超欠挖除了严格控制循环进尺、搞好超前支护以外, 加强控制爆破更是重中之重, 本文主要介绍片岩隧道施工中超欠挖控制爆破及钻爆设计。

关键词：片岩,超欠挖,控制爆破,钻爆设计