杨家岭隧道光面爆破施工技术探析
2013-11-20谢庆丰
谢庆丰
(贵州黔辰建设工程有限公司,贵州 贵阳 550001)
0 引言
鉴于杨家岭隧道光面爆破效果获得质监部门“温州市历史上最好”的评定,本文就其光面爆破施工方案、爆破器材选择、光爆设计、施工控制等加以总结,抛砖引玉,供大家参考并完善,共同促进隧道光面爆破施工质量不断提高。
1 工程简介
杨家岭隧道长3 300m,岩石赋存裂隙水,水量贫乏,水文条件较好,隧道洞口段覆盖第四系残坡积层,厚度<1m,岩体破碎,裂隙发育,呈碎石状压碎结构,中等风化,属Ⅱ、Ⅲ类围岩[1];中间段主要为微风化晶玻屑凝灰岩,岩石坚硬,裂隙不发育,岩体结构完整,呈大块状砌体结构,属Ⅳ、Ⅴ类围岩,易采用全断面光面爆破开挖,光面爆破质量对隧道安全、质量、效益、进度都起到了至关重要的作用。
2 钻爆设计
2.1 钻爆施工方案
根据杨家岭隧道地质情况及质量、工期要求,确定对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩采用全断面开挖,以Ⅳ类围岩为例,每循环进尺3.0m,钻孔深度为3.3~3.4m,钻爆机具选择YT—28风动凿岩机。
2.2 爆破器材的选择
2.2.1 炸药的选择
杨家岭隧道主要选用2号岩石铵梯炸药[2],密度为0.95~1.10g/cm3,爆速>3200m/s,猛度>12mm,殉爆距离>3cm,作功能力>298ml。这种炸药的优点是:性能优良、结块性小、爆破性能稳定、使用安全、猛度小、成本低、(洞内)生成有害气体少等;缺点是:吸湿性强、抗水性差,受潮后不能充分起爆甚至不起爆。该隧道在有水地段还使用了2号岩石乳化炸药。
2.2.2 炸药用量估算
炸药用量与围岩类别、开挖方法和炸药品种有关。为控制杨家岭隧道超欠挖情况,借鉴其他隧道的施工经验[3],平均线形超挖h与单位体积耗药量q存在线性关系:
根据隧道规范规定超挖控制目标,平均线形超挖h为7~15cm,利用上式得出q的范围为0.72~1.27kg/m3。 再查阅《工程爆破常用数据手册》,得出全断面开挖单位体积耗药量q=1.4~1.6,由于开挖断面较大,故选取q=1.4;炮眼深度为3.0m,炮眼修正系数为0.8,故理论计算得出单位体积耗药量q为:
结合杨家岭隧道钻孔机具、实际围岩地质等情况,借鉴猫山隧道施工经验,采用工程类比法,取单位体积炸药消耗量为1.0kg/m3。在三次试爆过程中,单位体积炸药消耗量约为0.948kg/m3(IV类循环进尺为3.0m,每米开挖方量为66.79m3,每循环进尺开挖岩石3×66.79=200.37(m3),每循环进尺平均消耗炸药190kg)。
2.3 全断面光面爆破设计
光面爆破是新奥法施工的三大支柱之一,它是采取特殊的装药结构,选择合理的周边布孔和准确的穿孔,严格控制药量,合理安排起爆顺序和起爆方法进行精确开挖的爆破方法。爆破后岩面平整、规则,并留有清晰的半边孔,对围岩的整体性、稳定性损害较小,能保持围岩自身的稳定性和承载力。以杨家岭隧道IV类围岩为例,介绍钻爆设计参数的选择和体会。
2.3.1 起爆顺序
起爆顺序按以下方案进行:
a)段间隔差调配 合理的起爆时差可以避免爆破振动波的叠加,减小振动对围岩的扰动,从而减小超欠挖,根据对以往隧道爆破资料的统计,段与段间隔25ms时,振动波就不会产生叠加,为了使前一段爆破的岩石离开原位,为下一段爆破创造临空面,杨家岭隧道爆破段间隔差控制在50~100ms范围内;
b)起爆顺序 光面爆破从掏槽孔开始,先爆破出一个临空面,再从截面中心往外一层层进行,最后进行周边眼爆破;
c)炮眼布置 先布置掏槽孔、周边孔,然后是底板孔、内圈孔、辅助孔。
3 杨家岭隧道超欠挖施工控制
在隧道钻爆开挖中,超欠挖的控制是一大难题,超欠挖控制较好,将对隧道的质量、安全、进度、效益起到显著的作用。
3.1 造成超欠挖的主要因素和控制措施
对超欠挖影响最大的是钻孔精度(44.2%),然后依次为爆破技术(20.3%)、施工管理(17.6%)、测量放线(7.6%)、地质条件变化(6.1%) 等,其中前四项的影响占89.7%。因此杨家岭隧道控制超欠挖的重点是控制钻孔精度、爆破技术、施工组织管理、测量放线。
3.1.1 钻孔精度控制
在钻爆施工中,周边眼的外插角、钻孔定位、钻孔深度对控制超欠挖影响很大。杨家岭隧道周边眼的外插角根据超欠挖要求及因风钻外观尺寸限制,无法贴近岩石侧面,选定为1.70,周边孔外斜率为3cm/m,最大不超过4.5cm/m,以确保孔底不超出开挖轮廓线10cm,最大不超过15cm;周边眼和掏槽眼的孔位精度要求较高,施工误差控制在3cm以内,最小抵抗线误差控制在5cm以内,通过实践,总结出一套可行的钻孔方法。
钻眼前由测量人员定出隧道中心线、拱脚,用坐标法标定周边眼位置;按标定的周边眼位置进行钻孔,首先选好开口位置,敲掉浮石,根据断面方向确定支架的角度,使钻杆与开口处断面垂直,当开孔5cm深左右时调整钻孔的角度,同时根据眼口位置处岩石的平整程度调整炮眼深度,以保证除掏槽眼外,其余炮眼底均落在同一平面上(掏槽眼比其他炮眼深10cm);钻杆、风钻、支架必须在同一垂直面上,并掌握好进气量,使钻架稳定,钻杆在炮眼中心位置旋转。钻周边眼时还必须做到“准、直、平、齐”的标准。
3.1.2 爆破技术的控制
技术人员根据围岩的变化,对钻爆参数及时进行修正。特别是对单位体积耗药量、周边眼装药集中度、周边眼间距、最小抵抗线等参数进行修改设计。
3.1.3 施工管理水平对超欠挖的影响
在钻爆作业中必须详细进行人员组织、作业安排、技术交底,并加强质量检查及信息反馈,以减小超欠挖数量,将其控制在目标值内。
3.1.4 测量放线的控制
由于周边眼间距E=50cm,杨家岭隧道开挖轮廓放样是“五寸弧坐标”放样。每次全断面钻孔前,逐一测定周边眼位置,其他炮眼根据设计图,由周边眼位置定出。断面画眼完成后,为确保其精度,应在已画的孔位内抽查几个,保证其准确性。
3.2 加强断面检测及信息反馈
开挖质量包括两个方面:
a)开挖断面的平整度、炮眼利用率、残留率、错台情况(采用目测、仪器测量结合的方法进行评定);
b)超欠挖的控制(测出隧道开挖的实际轮廓线,并与设计轮廓线比较,得出超欠挖部位和数量,及时指导下一步的施工)。
杨家岭隧道选择了三种检测超欠挖的方法:a)“圆心、半径、铅垂线”法;b)坐标法;c)以台车内模为参照物检测超欠挖偏差。
4 爆破效果
杨家岭隧道K53+000~K53+518段Ⅳ、Ⅴ类围岩光面爆破效果较好,主要表现在:爆破后围岩稳定,无大块岩体剥落和坍塌;断面平整,错台不大于10cm;平均线形超挖不大于10cm,最大超挖15cm;局部欠挖不大于7cm;炮孔利用率93%以上,炮孔残留率85%以上。
同时根据二衬混凝土实际用量与设计用量比较,平均每延米多用混凝土1.71m3,换算后平均线形超挖8cm,低于规范要求的超挖10cm误差,从另外的角度证明了光面爆破效果较好。
5 结论
5.1 钻孔精度对超欠挖影响最大(44.2%),然后依次为爆破技术(20.3%)、施工管理(17.6%)、测量放线(7.6%)、地质条件变化(6.1%)等,前四项因数的影响占89.7%。施工中理论应与实际相结合,根据不同围岩地质条件及时调整钻爆参数,隧道光面爆破效果良好,超欠挖控制符合隧道规范要求。
5.2 “导爆索-继爆管微差起爆法”,在相同的钻爆参数情况下,光面爆破质量比“非电塑料毫秒延期雷管”的光面爆破质量好,但其缺点是成本较高、单独使用时难以在爆破前判断网路的可靠性。
5.3 杨家岭隧道光面爆破也存在一些不足,例如受钻机外观尺寸和路线左转的影响,在开挖右侧边墙时,不得不将周边眼位置水平缩进2~3cm,造成右侧边墙局部超欠挖偏大(仍在规范允许的范围内)。
[1]JTJ 042—94,公路隧道施工技术规范[S].
[2]杨文渊.工程爆破常用数据手册[M].北京:人民交通出版社,2002.
[3]邓江.猫山公路隧道工程技术[M].北京:人民交通出版社,2002.
[4]贾仁辉.隧道工程[M].重庆:重庆大学出版社,2001.