施工工法简介 隧道Ⅴ级围岩采用三台阶临时仰拱法施工,上断面台阶长为5~10m,每两榀施作一榀临时仰拱,中台阶及下台阶左、右侧开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定,最大不得超过1.5m,开挖高度宜为3~3.5m,左、右侧台阶错开2~3m。 上下断面开挖匀采用人工手持风钻进行钻孔,光面爆破。起爆为上、中、下断面同时起爆,出碴、立拱、喷浆和钻孔为上、中、下断面相互交叉施工。落底采用左右错进开挖。
施工工法简介
隧道Ⅴ级围岩采用三台阶临时仰拱法施工,上断面台阶长为5~10m,每两榀施作一榀临时仰拱,中台阶及下台阶左、右侧开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定,最大不得超过1.5m,开挖高度宜为3~3.5m,左、右侧台阶错开2~3m。
上下断面开挖匀采用人工手持风钻进行钻孔,光面爆破。起爆为上、中、下断面同时起爆,出碴、立拱、喷浆和钻孔为上、中、下断面相互交叉施工。落底采用左右错进开挖。
上断面采用挖机扒碴,下断面用装载机配合自卸汽车进行出碴。Ⅳ级围岩采用采用三台阶法进行开挖;Ⅲ级围岩施工采用台阶法进行开挖;Ⅱ级围岩采用全断面法进行开挖,循环进尺为2.5m-3.0m,施工时采用人工手持风钻打眼起爆,爆破采用光面爆破。
两台轮式装载机配合8台自卸汽车进行出碴。第一次初喷在出碴完后进行,第二次喷浆工序紧跟在开挖工序后面6m进行作业,一次喷浆作业为6m。
采用光面爆破的方式,人工风钻打眼,高压风清孔,人工装药,非电毫秒雷管连接,起爆针起爆。
隧道爆破设计
隧道爆破设计方案
依据隧道的地勘资料和岩石坚硬、完整情况,本隧道选用低密度、低爆速、威力适中、匹配性好、防水性能好、易于切割分装成小卷的2#岩石乳化炸药,该炸药直径32mm,每卷长200mm,每卷重量200g;引爆器材选用国产系列15段非电毫秒微差导爆管。详见表1爆破器材选用表
表1 爆破器材选用表
爆破器材名称 |
规格 |
用途 |
非电导爆管起爆器 |
FD--3E型号 |
引爆 |
1~15段非电毫秒雷管 |
|
起爆 |
炸药 |
乳化炸药爆速3800~4000m/s直径φ32mm |
爆破掘进 |
注:本表中的爆破器材为建议选用,可根据爆破器材销售部门的规格、型号择优选用。
依据隧道的地勘资料和岩石坚硬、完整情况,为减少对隧道围岩的扰动,爆破成型,本隧道采用光面爆破的方式。
由于周边眼光面爆破是在设计断面主爆体爆破之后最后同时起爆,因此其临空面比较大,其爆破参数与其它炮眼是不同的。
周边眼光面爆破参数包括:不耦合系数,炮眼间距(E),抵抗线(W)、密集系数(K)和线装药密度等。影响光面爆破参数的因素有很多,主要有地质条件、岩石的可爆性、炸药品种、断面大小、断面形状、凿岩设备、钻眼直径和深度等,其中影响最大的是地质条件。
光面爆破参数的选择,通常采用简单的计算并结合工程类比法加以确定,可在现场爆破实践中加以修正改善。
根据人工手持钻机开挖的施工经验,设计如表“钻机开挖光面爆破参数表”,供人工手持风钻开挖爆破设计时选用。
表 2 人工手持钻机开挖光面爆破参数表
序号 |
项 目 |
参 数 |
备 注 |
1 |
炮眼直径(mm) |
φ41 |
|
2 |
药卷直径(mm) |
φ32 |
|
3 |
不耦合系数 |
1.5~2.0 |
|
4 |
间距E(cm) |
45~65 |
Ⅱ级围岩 |
5 |
抵抗线W(m) |
60~75 |
Ⅱ级围岩 |
6 |
线装药密度(kg/m) |
0.15~0.20 |
Ⅱ级围岩 |
7 |
密集系数K |
0.70~0.90 |
Ⅱ级围岩 |
在隧道开挖过程中,总是在开挖工作面中下部先钻一定量的炮眼,装药起爆后,形成一个空腔,作为新的临空面,使周围的岩石顺着这个空腔方向崩落,以取得较好的爆破效果,这个空腔称为掏槽。
掏槽时只有一个临空面,破碎岩石比较困难,掏槽成功与否直接影响到其它炮眼的利用率,影响爆破效果,进而影响到整个隧道的开挖进尺。
隧道爆破开挖的关键是掏槽,掏槽成功与否直接影响爆破效果,并且掏槽的深度直接影响隧道掘进的循环进尺。根据所选用的钻孔机械不同而选用最佳的掏槽形式。根据本隧道的实际情况,采用大楔掏槽技术,掏槽眼与工作面的夹角分别为55°、65°、80°。
隧道爆破作业炮眼布置也是一个非常重要的方面,合理地布置炮眼能够提高爆破效率和爆破质量。
①掏槽炮眼布置在开挖断面的中下部采用楔形掏槽,炮眼方向在岩层层理或节理明显时,不得与其平行,呈一定角度并尽量与其垂直。
②周边炮眼沿设计开挖轮廓线布置,以保证爆出的断面符合设计要求。
③辅助眼交错均匀布置在周边眼和掏槽眼之间,力求爆下的石渣块度适合装渣的需要。
④周边眼与辅助眼的眼底在同一垂直面上,以保证开挖面平整,但掏槽炮眼加深10-20cm。
⑤炮眼布置数量视隧道开挖断面的大小和围岩情况而定。
⑥先起爆的炮眼不破坏后序起爆的炮眼,也不影响后序起爆炮眼内装药炮轰的稳定性。
⑦石碴块度均匀,基本没有大块(即不需处理大块),也没有过小破碎岩石,便于装碴运输。
⑧石碴移动距离小,碴堆集中,飞石运动距离小,不损坏后方的作业台架、通风管、风水管、电缆线、照明设施等。
⑨光面爆破效果好,炮眼利用率高,进尺符合设计要求,对周边围岩扰动小,保证其稳定性,基本没有危石。
⑩掌子面比较平整,周边开挖超欠挖控制得好,符合设计要求。
炮眼直径主要由断面大小、炸药性能和钻眼速度来确定。在具体条件(即岩石、开挖断面、炸药品种、眼深、采用的凿岩设备等)下,选择合理的钻头钻眼,可得到比较理想的炮眼直径,可以使钻眼爆破及出渣的总时间为最小。
选择炮眼直径必须根据开挖断面的大小,破碎块度要求,并考虑凿岩设备的能力及所用炸药的性能等因素,加以综合分析和选择。目前,钻机常用钻头有φ38、φ45等几种,成孔直径大约为42mm、51mm。本设计方案采用人工手持风钻钻孔,其钻孔直径为42mm。
炮眼深度是决定开挖作业循环次数的重要因素,在爆破参数中居重要地位,它影响着开挖作业循环时间、开挖进尺、爆破效果、单位材料消耗及单位配件消耗。
共有浅眼(短进尺)多循环和深眼(长进尺)少循环两种施工工艺。两种工艺各有所长,凿岩开挖时,应根据围岩状态适当选择。比较理想的是开挖单位长度的隧道所用的总时间最小、成本最低的炮眼深度为最佳选择。本钻爆设计采用深孔爆破作业,一般爆破进尺为3m左右。
炮眼数量的多少,影响钻眼爆破作业循环时间和爆破效果。眼数过少,大块率增加,开挖轮廓不平整,甚至出现爆不下来的情况;眼数过多,增加钻眼工作量,增加了钻具消耗,同时也增加了钻眼爆破作业循环时间,成本投入加大。
炮眼数量的选择与开挖断面的大小、地质情况及炸药的性能等因素有关。基本原则是在保证有较好的爆破效果的前提下,尽可能减少炮眼数量。通常以爆破设计的炮眼数量做参照,依据爆破效果适当减少炮眼。
布置炮眼时,首先要选择恰当的掏槽方式及掏槽眼的位置,将掏槽眼布置好,然后再布置周边眼、底板眼,最后根据开挖断面的大小,布置辅助眼、二台眼、内圈眼等。掏槽眼通常布置在开挖断面中部偏下的位置,可根据断面大小适当调整,并保证底板眼、辅助眼便于布置。周边眼一定要布置在开挖轮廓线上,从测量人员放线的位置开眼,并保持各炮眼钻眼方向平行,尽量使眼底在同一个隧道横断面上。
底板眼布置时,要控制好最小抵抗线、炮眼间距(可根据爆破效果,适当调整),不能使底板留“门槛”,眼底要超过开挖轮廓线。辅助眼要分层均匀布置在掏槽眼槽腔周围,并根据开挖断面的大小,适当调整最小抵抗线和炮眼间距,保证不影响爆破效果即可。
扩槽眼、内圈眼、二台眼、底板眼均比掏槽眼、周边眼稀一些,而与掘进眼相比,适当加密。扩槽眼的作用是将槽腔进一步扩大,为后续的爆破提供良好的临孔条件;为保证爆破效果,扩槽眼适当加密。
内圈眼装药量过大或过于集中,均会引起围岩的破坏,因此必须适当加密,使炸药量能在内圈眼带均匀分布,减小围岩的爆破破坏。
扩槽、掘进眼的爆破有部分岩渣被抛出开挖面以外,还有部分岩渣堆积在底板上,增加了二台眼、底板眼爆破的负荷,为克服这一现象及保证底部的爆破效果,二台眼、底板眼也适当加密。他们的间距或抵抗线一般为掘进眼的80%左右。
掘进眼一般均匀布置,可采用线性布置形式,也可采用环形布置形式,一般情况下,抵抗线均小于同排炮眼间距,常为炮眼间距的80%~100%,根据经验也可采用大孔距,小抵抗线的线性布置形式,炮眼间距为抵抗线的1.5~2倍。
根据不同围岩级别而采用不同的炮眼布置,Ⅱ级围岩全断面爆破设计见图1~图2、相应的装药参数及综合技术指标见表3~表4。
图1 Ⅱ级围岩全断面爆破炮眼布置立面图
图2 Ⅱ级围全断面爆破掏槽眼布置剖面图
表3 Ⅱ级围全断面爆破装药参数表
炮眼名称 |
段号 |
眼深 |
眼数 |
炸药类型 |
单孔条数 |
单孔药量 |
单段药量 |
装药长度 |
装药 |
m |
(kg/条) |
(条) |
(kg) |
(kg) |
(m) |
结构 |
掏槽眼 |
1 |
3.8 |
6 |
0.18 |
18 |
3.24 |
19.44 |
3.6 |
集中 |
辅助眼 |
3 |
3.6 |
6 |
0.18 |
16 |
2.88 |
17.28 |
3.2 |
集中 |
扩槽眼 |
5 |
3.3 |
13 |
0.18 |
13 |
2.34 |
30.42 |
2.6 |
集中 |
掘进眼 |
7 |
3.2 |
23 |
0.18 |
9 |
1.62 |
37.26 |
1.8 |
集中 |
内圈眼 |
9 |
3.2 |
27 |
0.18 |
8 |
1.44 |
38.88 |
1.6 |
集中 |
周边眼 |
11 |
3.2 |
46 |
0.15 |
5 |
0.75 |
34.5 |
1 |
间隔 |
底板眼 |
13 |
3.2 |
13 |
0.18 |
15 |
2.7 |
35.1 |
3 |
集中 |
表4 Ⅱ级围全断面爆破综合技术指标
爆破断面(m2) |
总装药量(kg) |
前几段各段装药量(kg) |
最大单段 药量(kg) |
钻孔数量(个) |
1 |
3 |
5 |
7 |
9 |
11 |
84 |
212.88 |
19.4 |
17.3 |
30.4 |
37.3 |
38.9 |
34.5 |
38.9 |
134 |
设计爆破进尺(m) |
钻孔延米 (m) |
炮眼密度 (个/m2) |
雷管单耗 (个/m3) |
炸药单耗(kg/m3) |
装药 箱数 |
3 |
436.1 |
1.60 |
0.53 |
0.84 |
8.87 |
周边眼位于开挖轮廓线上,如果装药结构不合理,可能会引起周边围岩的过度破坏,以致发生坍塌,危及施工安全,并造成回填砼,因此,周边眼采用空气柱间隔装药、不耦合装药。连续装药、耦合装药时,炮眼壁面直接受到爆轰波的作用,接受到炸药爆炸后的大量能量,冲击压力峰值最大,应力波作用时间最短,对岩体的破坏作用比较大,造成围岩粉碎。
掏槽眼、二台眼、内圈眼、辅助眼等炮眼都是用于破碎围岩的,因此采用连续装药,耦合装药。在施工中,由于钻眼直径(因凿岩设备而异)与炸药直径往往不能配套,因此掏槽眼、二台眼、内圈眼、辅助眼等炮眼也不能完全做到耦合装药,但要做到尽量减小不耦合系数(炮眼直径与装药直径之比),控制在1.15以内。
底板眼由于夹制作用比较大,通常也采用连续装药,而且要加强装药。为了减少对底板的扰动,减少超挖,底板眼装药时不耦合系数可适当大一些。如果围岩条件允许,底板眼也可采用间隔装药,光面爆破。
周边眼:采用空气柱间隔不偶合装药,当遇软质围岩时采用导爆索引爆炸药,减少爆破对围岩的扰动。周边眼装药结构示如图3所示。
图3 周边眼空气柱间隔不偶合装药结构示意图
掏槽眼及辅助眼均采用孔底药卷连续装药,并将雷管置于孔底倒数第二节药卷上,进行反向起爆。
装药时,每2人一组,分片按照钻爆设计图确定的装药量自上而下进行装药。
各段毫秒微差雷管脚线集束于掌子面中央悬挂,用专用启爆器启爆。孔内微差低段雷管一般跳段使用,使各相邻段间隔时间大于50ms,以改善爆破效果和防止地震波叠加而产生较大的地震动;为了确保周边眼同时起爆,保证光爆效果,还将各孔内的导爆索延长至孔外,用一长主干导爆索顺拱部周边眼进行串联,确保同时起爆。工作面爆破起爆网络示意如图4所示。
图4 隧道工作面起爆网络示意图
爆破效果检查项目主要有:断面周边超欠挖检查;开挖轮廓圆顺度,开挖面平整检查;爆破进尺是否达到爆破设计要求;爆出石碴块是否适合装碴要求;炮眼痕迹保存率,硬岩≥80%,中硬岩≥60%,并在开挖轮廓面上均匀分布;两次爆破衔接台阶不大于15cm。
爆破设计优化:每次爆破后检查爆破效果,分析原因及时修正爆破参数,提高爆破效果,改善技术经济指标。
(1)根据岩层节理裂隙发育、岩性软硬情况,修正眼距,用药量,特别是周边眼。
(3)根据开挖面凹凸情况修正钻眼深度,使爆破眼底基本落在同一断面上。
(4)炮眼直径对凿岩的生产率、炮眼数目、单位耗药量和洞壁的平整程度均有影响,加大炮眼的直径以及相应的装药量可使炸药的能量相对集中,爆破的效果得以改善,但炮眼的直径过大将导致凿岩速度显著下降,并影响岩石的破碎质量,洞壁的平整程度和围岩的稳定性。因此必须根据岩性、凿岩设备和工具、炸药性能参数综合考虑,合理选用孔径,同寨隧道的炮眼直径选用Φ42的孔径,药卷为Φ32的乳化炸药。
隧道爆破安全技术
采用《爆破安全规程》(GB6722-2003)第623条规定的公式:
式中:V——保护对象所在地质点振动安全允许速度(厘米/秒)
Q——炸药量,齐发时为总药量,延时爆破为最大一段药量
K、a ——与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减系数,在现场判定有关因素后按规定选取。
根据《爆破安全规程》(GB 6722-2011)规定:建(构)筑物的爆破振动判据,采取保护对象所在地质点峰值震动速度和主振频率两个指标。一般建(构)筑物的爆破振动安全性应满足安全振动速度的要求,并对主要类型的建(构)筑物的安全质点振动速度规定见表5。
表5 爆破振动安全允许标准
序号 |
保护对象类别 |
安全允许质点振动速度V,cm/s |
f≤10Hz |
10Hzf≤50Hz |
f>50 Hz |
1 |
土窑洞、土坯房、毛石房屋 |
0.15~0.45 |
0.45~0.9 |
0.9~1.5 |
2 |
一般民用建筑物 |
1.5~2.0 |
2.0~2.5 |
2.5~3.0 |
3 |
工业和商业建筑物 |
2.5~3.5 |
3.5~4.5 |
4.2~5.0 |
4 |
一般古建筑与古迹 |
0.1~0.2 |
0.2~0.3 |
0.3~0.5 |
5 |
运行中的水电站及发电厂中心控制室设备 |
0.5~0.6 |
0.6~0.7 |
0.7~0.9 |
6 |
水工隧洞 |
7~8 |
8~10 |
10~15 |
7 |
交通隧道 |
10~12 |
12~15 |
15~20 |
8 |
矿山巷道 |
15~18 |
18~25 |
20~30 |
9 |
永久性岩石高边坡 |
5~9 |
8~12 |
10~15 |
10 |
新浇大体积混凝土(C20): 龄 期:初凝~3d 龄 期:3 d~7 d 龄 期:7d~28d |
1.5~ 2.0 3.0~4.0 7.0~8.0 |
2.0~2.5 4.0~5.0 8.0~10.0 |
2.5~3.0 5.0~7.0 10.0~12 |
注1:表中质点振动速度为三分量中的最大值;振动频率为主振频率。 注2:频率范围根据现场实测波形确定或按如下数据选取:硐室爆破f<20 Hz;露天深孔爆破f=10~60 Hz;露天浅孔爆破f=40~100 Hz;地下深孔爆破f=30~100 Hz;地下浅孔爆破f=60~300 Hz。 注3:爆破振动监测应同时测定质点振动相互垂直的三个分量。 |
爆破振动的产生,一是洞口开挖时所产生,二是隧道掘进时所产生。隧道进口位于村庄附近,1000米内无民房等建筑物。经计算分析,隧道洞内掘进爆破不会对附近民房等建筑物等造成损害。
除爆破振动的公共安全外,还要考虑爆破振动对自身工程的影响。测得的质点振动速度应符合《爆破安全规程》(GB6722)的规定,若振速超过规定时应调整爆破设计参数。自身工程目标主要有:
——对新喷混凝土、刚脱模的二次衬砌混凝土的振动影响等。
爆破振动测试是为了分析和掌握爆炸地震波的特征,传播规律及对保护目标的影响、破坏等,确定预报参数,改善爆破震动预测模型,根据量测结果及时调整爆破参数和施工方法,指导爆破安全作业,从而有效地控制爆破地震效应。
测试内容包括:质点振动速度、质点振动位移、质点振动加速度以及频谱特性等。
以规范为准确定附近边坡建筑物所能承受的安全质点振动速度和位移,按反分析方法,确定达到质点振动速度和位移的炸药量,即安全炸药量。如果实测质点振动速度和位移大于安全值,要反复试验,调整药量,一直到实测值小于或等于保护目标的安全值为止。
爆破飞石是指爆破时个别或少量脱离爆堆、飞得较远的石块或碎石。在爆破施工中,爆破飞石往往是造成人员伤亡、设备和建(构)筑物损坏的主要原因。因此,在爆破施工中,控制飞石是防止发生事故的一项重要措施。
隧道内爆破时因受隧道断面影响,飞散距离相对近。在警戒范围外可不考虑飞石的影响。
①炮孔设计合理、炮孔位置准确是控制飞散物事故的基础;清理台阶面上松动的石块,装药前应认真校核各药包的最小抵抗线,如有变化,必须修正装药量,不准超装药量。
②严格控制炮孔深度及炮孔方向,孔口应避开保护对象。
③施工时慎重对待软弱带、地质构造、节理裂隙较发育的区域,采取调整孔网参数、间隔堵塞和调整药量等技术措施。
④堵塞长度必须大于最小抵抗线,堵塞必须密实,确保堵塞质量,堵塞物中避免夹杂碎石。
⑤采用不耦合装药和毫秒起爆等,可以起到控制飞散物的作用。多排爆破时要选择合理的延期时间,防止因前排带炮,造成后排抵抗线变小与方向失控。
⑥必要时采取设置挡墙、搭建防护排架、砂袋、竹笆覆盖炮口等措施。
由于本工程采用钻孔内部装药爆破,炸药的能量主要消耗在破碎岩石和转化为地震波的危害,露天爆破时,在警戒范围外的冲击波影响可不予计算。
对于隧道内的掘进爆破等,在警戒范围外的冲击波影响亦可不予计算,但应注意以下安全要点:
(1)不得进行裸露爆破,如必须进行裸露爆破,应经爆破工程技术人员同意,并进行冲击波的安全设计。
(3)不得在隧道内销毁爆破器材。销毁爆破器材时的冲击波相当于裸露爆破。
(4)严格禁止在警戒范围内的遮蔽角、陡坎等处避炮。
炸药起爆后会形成有毒有害气体和粉尘,对其预防措施为:
(1)使用质量合格的爆破器材,不使用过期变质的炸药。
(2)加强炸药的防水防潮,保证堵塞长度和质量,避免炸药的不完全反应。
(3)隧道爆破后进行机械充分通风,爆破15分钟后,施工检查人员才可以进入爆破现场,防止炮烟中毒。
(4)凿工钻孔时应坚持戴口罩,并实施湿式凿岩,避免吸入粉尘引起尘肺病。
爆破进入装药阶段,爆区中已有爆炸物品,从这时起一直到起爆,爆区应实行全天候的警戒,并在爆破作业现场设立“爆破现场,禁止入内”的标示标牌,禁止无关人员进入爆区现场。
进出施工现场的爆破施工作业人员、爆破技术人员、火工材料管理员和指挥部成员应佩戴相应的证件标志,并接受警戒人员检查,严禁携带火种进入警戒区域,严禁携带爆炸物品离开施工现场;
在危险区内派安全员巡视,检查施工现场安全情况,制止违章作业。
为确保爆破安全,在实施爆破前,必须制定安全警戒方案,做好安全警戒工作。最少提前一天将爆破区域、起爆时间、警戒范围、警戒标志、警戒信号进行公告,并通知到监理,并且要将爆破事项及时通知到感受到爆破振动、声响的居民。
在约定起爆时间前20分钟,由爆破负责人发布开始警戒指令。起爆前后的警戒按爆破指挥小组确定的警戒范围、警戒方案执行。执行任务的人员,应按照指令到达指定地点并坚守岗位。各警戒点应与指挥部保持通讯或信号联系,并按照指挥小组命令按时进行清场撤离、封锁要道等工作。
炮响后,在未发出解除警戒信号之前,警戒点岗哨应继续执勤,除爆后检查人员以外,禁止任何人员和车辆机械进入危险区。
爆破前,必须同时发出音响和视觉信号(话筒、口笛、铜锣、红旗、 红灯等)使危险区的人员都能听到看到。每次起爆的警戒信号均分3次发出。
第一次信号为预警信号。该信号发出后爆破警戒范围内开始清场工作,所有与爆破无关的人员必须立即撤离警戒区,向警戒边界派出警戒值勤人员。
第二次信号是起爆信号。确认其他人员、设备全部撤离警戒区,具备安全起爆条件时,方许发出起爆信号,起爆信号发出后,准许负责起爆人员起爆。
第三次信号是解除信号。安全等待时间过后,除爆破负责人批准的检查人员以外,不准其他人进入警戒区,检查人员进入爆破警戒范围检查、确认安全后,方可发出解除爆破警戒信号。未发出解除警戒信号前,所有警戒岗位不得撤离。
爆破后必须待通风合格,且等待15分钟后方可进入爆破面检查,等待时间一是为给通风排烟以充足的时间,二是为避免可能发生的“迟爆”伤人。
根据相关规定,确定露天爆破的警戒区半径为300m;隧道爆破警戒距离为300m。起爆时警戒范围内不得有任何人员车辆等,道路封闭,本单位机械设备撤离至150m以外。
爆破警戒区设明显的爆破警戒信号标识,对警戒范围、警戒标志、警戒信号的意义及爆破时间等要进行明牌公告,警戒人员要佩戴明显标志。
钻眼前,测量人员用全站仪和水准仪,准确定出隧道中心线和拱顶面高程;用红油漆画出开挖轮廓线,并标出炮孔位置,其误差不得超过5cm;每次测量放线的同时,要对上次爆破断面进行检查,及时调整爆破参数,以达到最佳爆破效果。
1)先布置掏槽眼,其方向在岩层层理明显时应尽量垂直于层理,掏槽眼应比其他眼加深20cm。
2)周边眼严格按设计开挖轮廓线布置,在硬岩层中,周边眼的眼口在断面设计轮廓线上,眼底超出轮廓线小于10cm;在软岩中,周边眼的眼口在断面设计轮廓线内小于8cm,眼底落在轮廓线上。
掏槽眼:深度、角度按设计施工,眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm。
辅助眼:深度、角度按设计施工,眼口排距、行距误差均不大于5cm。
周边眼:开眼位置在设计断面轮廓线上的间距误差不得大于5cm;周边眼外斜率不得大于5cm/m,眼底不得超出开挖断面轮廓线10cm,最大不得超过15cm。内圈眼至周边眼的排距,误差不得大于5cm;炮孔深度超过2.5m时,内圈眼与周边眼宜采用相同的斜率。钻眼装药率调整,当开挖面凹凸较大时,应按实际情况调整炮孔深度并相应调整装药量,力求所有炮孔(除掏槽眼外)眼底在同一垂直面上。钻眼完毕,按炮孔布置图进行检查并做好记录,有不符合要求的炮孔应重钻,经检查合格后,方可装药爆破
常用的起爆器材:起爆雷管采用导爆管非电毫秒雷管,引爆雷管采用火雷管,炸药采用2#岩石乳化炸药或2#岩石硝铵炸药(无水时可选用),药卷直径φ25、φ32等,红色的导爆索等。
装药前用小直径高压风管将炮孔内石屑吹净,装药需分片,分组按炮孔设计图确定的装药量自上而下进行,雷管要“对段入座”不得混装。
装药作业与钻孔作业不得在一个断面同时进行。隧道爆破作业采用人工装药、连线。为了加快装药速度,可采取以下加工炸药的方法,即不分间隔装药或连续装药:对于掏槽眼、掘进眼、辅助眼等需要连续剧装药的炮眼,可事先将炸药连续地用胶布缠在竹片上,然后成批地放在台架上,将加工好的炸药连接好导爆管非电毫秒雷管后直接放入炮眼内。对于需要进行间隔装药的周边眼,则采用将炸药一分为二、间隔20cm地用胶布缠在竹片上,并附上导爆索放入炮孔内。各类炮眼装药示意如图5所示。
实践表明,将起爆雷管装在炮眼眼底部位,起爆时有利于克服岩石的夹制作用,能提高炮眼的利用率,减小岩石破碎块度,减小大块率。因此,爆破作业时,除周边眼外,一般采用此种方法起爆,即反向起爆(图6)。
而隧道周边眼采用间隔装药光面爆破,往往常用正向起爆方式,即从眼口向眼底方向起爆,由于导爆索爆速在6500~7000m/s,因此可认为周边眼眼内的炸药几乎是同时爆炸。
所有炮孔均用炮泥填塞严实。其长度,周边眼不小于0.3米,其它炮孔深度小于1米的填塞长度不宜小于1/2;深度1~2.5米的填塞长度不宜小于0.5米,深度超过2.5米的填塞长度不宜小于1米。严禁用纸箱等易燃物进行堵塞。
炮眼堵塞可保证炸药充分反应,降低爆生气体逸出自由面的温度和压力,使炮眼内保持较高的爆轰压力和较长的作用时间,使炸药充分发挥作用,以达到最佳的爆破效果。隧道爆破所使用的炮眼堵塞材料采用砂子和粘土混合物,砂子与粘土比例在1:1~1:1.5之间。钻机炮眼直径在45mm以上,炮眼堵塞长度应不小于45cm。
堵塞时采用人工分层捣实法,堵塞炮泥应捣固密实,禁止无堵塞炮眼起爆。
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,各类炮孔雷管连接段数相同。引爆雷管应用绝缘胶布包扎在离一根导爆管自由端15cm处。
连完线时,应仔细再检查一下雷管段别,发现有装错段位的雷管,应立即更换。连线时,联结方法必须正确,簇联每束不起过15根导爆管,为了保证起爆,部分炮眼可以使用双雷管起爆。
所有联结雷管都必须使用1段导爆管非电毫秒雷管,联结必须牢靠,要用胶布将非电毫秒雷管及其周围的白色塑料导爆管紧紧缠在中间,且导爆管要均匀分散在联结雷管周围,从炮眼内引出的每根塑料导爆管松紧要适中,不可过紧。工作面网络联接示意如图7所示。
起爆网路必须保证每个药卷按设计的起爆顺序和起爆时间起爆。施工中,采用电雷管引爆和导爆管非电毫秒雷管起爆,起爆母线(导爆管)必须长约300m外,将起爆点设置在安全地点。
每次起爆前,爆破员应仔细检查起爆网路;起爆人员必须最后一个离开爆破作业面,在安全的起爆站实施起爆;爆破前必须清点人数,确认无误后方可下达起爆命令。起爆人员接到起爆命令后,应等待5秒后方可起爆。
起爆后必须通过充分通风排烟,等待15分钟后,检查人员方可进入现场。爆后检查分析内容为:
1)爆堆形态;有无盲炮、残炮,有无未爆雷管炸药等。盲炮未经处理,不得进行下道工序作业。
2)爆破后围岩的稳定情况,顶板和两帮有无松动的岩块,支护有无松动或变形等。
5)光面爆破炮孔痕迹保存率应符合规定并在开挖轮廓面上均匀分布。对地质条件好的隧道,光面爆破炮孔残留率要求硬岩达到80%以上、中硬岩达到60%以上。
8)爆破震动监测、噪声监测、空气污染和粉尘监测情况(当在浅埋、软岩、邻近有建筑物等特殊情况地段爆破时,应采用仪器检测围岩爆破扰动范围和垂直振速,并采取措施控制爆破对围岩的扰动程度)。
1)强化施工现场的管理,重视开挖质量。钻机开挖时,外插角不好控制,极易造成较大超挖或欠挖。造成超欠挖的人为因素较多,必须建立一个有效的质量管理体系,形成科学的管理。做到人员和机械的合理组织,每班进行现场技术交底,作业安排,技术指导,班后要查找施工中的不足,总结经验及时反馈信息,及时改进或调整方案。
2)要消除仅在隧道拱部及边墙的周边眼进行光面爆破才能控制超欠挖的思想,从思想上认识到在底板眼采用光面爆破。也是控制超欠挖的有效途径。底板超欠挖控制得好,其经济效益也是相当可观的。
3)严格控制开挖轮廓线的放线精度。放样时,优先采用全站仪,并配以技术水平过硬的专职测量工程师。在掌子面画点时,间距要均匀,不可过密,也不可过疏,宜控制在50~70cm。当出现欠挖时,要及时标明欠挖位置及欠挖数值,以便及时处理。
4)加强围岩变形监控量测,根据围岩变形量测结果,了解本工程不同级别围岩的变形量,在测量放线时,可将实际开挖轮廓线适当减小,可减少部分超挖量,节约成本。
5)超欠挖超欠挖是隧道开挖过程中常见的现象,新的客运专线规范对隧道开挖要求比较严格,一般不允许有欠挖,超挖要控制在一定范围内。在当今建筑市场竞争日益激烈的情况下,超欠挖控制得好坏,其实也是一个工程成败的一个很关键的方面。因此,我们在施工中要狠抓钻眼施钻技术,从思想教育、技术培训及奖罚上严格要求施钻人员,激励施钻人员钻研钻眼技术,减少超欠挖,使欠挖控制在5cm以内,超挖控制在允许的范围内,甚至“零超挖”。
1)在爆破效果与设计方案不符时,在爆破现场出现不安全苗头时,爆破负责人要组织专业人员现场分析原因,提出改进措施。
爆破总结要包括以下内容:爆破效果分析;查找施工中不安全因素和隐患;机械作业工艺分析;典型事例分析;新技术、新器材使用情况分析;对爆破设计方案提出改进意见等。
1)控制好隧道掌子面“一个中心,五个基本点”:隧道开挖成型的好坏取决于司钻工钻眼成孔质量的好坏,针对钻眼爆破设计方案,在隧道开挖轮廓线上,突出“一个中心”,即隧道中心大楔形斜眼掏槽、大直径空孔直眼掏槽或混合掏槽,精心设计,合理组织,从钻眼的位置、角度、深度高标准施钻,确保掏槽成功;“五个基本点”,即一个拱顶点、两个起拱点、两个边脚点的施钻,控制好此五点,其它炮眼参照其外插角施钻,确保隧道开挖轮廓环向曲线圆滑、平顺。
2)强化“一条平行线,两个基本点”:钻眼成孔质量的好坏取决于钻杆的平直度,在施钻周边眼时,应高度注意钻杆定位,要求司钻工在不影响钻机运行(即有足够钻机作业的空间)的条件下,必须尽可能保持钻杆与隧道中心线平行。为控制超欠挖,要求司钻工重点关注钻杆顶端和末端“两个基本点”。
可采用在掌子面上事先标出影响爆破效果的关键炮眼位置,其它炮眼则设排间距标尺,由专门的人员站在台架上拿着标尺负责控制炮眼的排距,以尽可能减少或消除开眼误差。
从上表可以看出钻眼角度偏差一样,炮眼越深,眼底偏差越大。炮眼越深,越得下功夫去控制钻眼角度。周边眼钻眼角度严重影响隧道开挖超欠挖,影响经济效益,掏槽眼钻眼角度决定开挖进度,影响爆破效果,是我们控制钻眼角度的重中之重,其它炮眼,只要不影响爆破效果,其钻孔角度可适当放宽。
为了提高钻眼质量,要求加强对司钻工的技术培训和思想教育,使他们认识到钻眼对控制超欠挖、爆破效果的重要性。施工中可采取先钻一个标准炮眼,插入炮棍,其它炮眼按此标准进行平行钻眼的方法,或将钻机安装角度控制仪等方法。
隧道开挖钻眼时,周边眼必须有一个外插角,以保证钻机的操作空间。由于钻机机械结构的特殊性,就要求钻眼时,通过与隧道周边超欠挖相比较,不断调整钻杆的角度(外插角),以确定一个比较合适的钻眼角度。
为了减少测量误差,要求每一个循环都必须放线,仪器采用比较先进的全站仪。周边轮廓用油漆标示时,其标示红油漆点要密一些,间距应控制在50~70cm,基本控制一个周边眼间距左右,为周边眼钻眼间距提供一定的参照。
测量人员用红油漆画出“1m线(即所画点下1m为底板设计高程线)”后,要用红油漆标出底板设计高程或作好记号,确定底板眼开眼位置,根据开眼处的凹凸不平程度,确定每一个炮眼的钻眼深度,控制好钻杆尾部的高度。
钻机尾部的高度对于控制隧道底板超欠挖起着至关重要的作用,合适的高度往往使底板平整,超欠挖控制在允许范围内。施工中,我们发现:底板眼钻进时,钻杆易弯曲,钻头钻进方向易向上倾,钻进方向不易控制,成眼往往是弧形,对控制超欠挖不利。
为了控制超欠挖,钻眼时,我们采取用卷尺量钻机尾部高度,然后与测量给出的底板超欠挖值相比较,最终得出钻机尾部高度控制在0.8~1.0m为宜。当底板出现欠挖时,要记清欠挖量,在该底板欠挖处开眼时,钻进方向要根据欠挖量的多少,适当向下倾一些。
测量人员用红油漆画出开挖轮廓线(出现欠挖时,及时标示在欠挖处)后,司钻工操作风钻,将钻头顶在开眼的位置,调整好钻杆角度后就可以钻眼。
钻眼前,要选好开眼位置,根据开眼处的凹凸不平程度,确定每一个炮眼的钻眼深度,控制好钻机尾部与周边岩壁的距离。炮眼距离要基本均匀,不可过大或过小。如果开眼位置的岩层产状比较复杂,要慢慢地钻进,直至钻出的浅眼易于钻进,易于控制钻进方向为止,切不可为了图快,随意钻进,造成较大的超挖或欠挖。
钻机与周边岩壁的距离对于控制隧道周边超欠挖起着至关重要的作用,合理的距离往往使周边平顺、圆滑,超欠挖控制在允许范围内。
开挖面往往呈弧形、斜面,外插角也不易控制,钻眼时钻头易沿开眼处向其它方向偏移,钻眼时要根据钻眼的位置的不同及时调整施钻方法,可沿垂直于弧形面或斜面的方向先开出一个深3~5cm的浅孔,再沿该孔以正确的钻进方向钻眼。
开挖时,要控制好钻进方向,杜绝大的欠挖,欠挖太大容易造成更大的欠挖或造成下一循环钻机的“作业净空(指钻机作业时,占据的位置)”不够。周边出现欠挖时,要记清欠挖量,在该欠挖处开眼时,钻进方向要根据欠挖量的多少,适当向外倾一些,即外插角要适当大一些。
为了保证良好的光面爆破效果,除了根据地质情况选取合适的爆破参数外,还应考虑周边钻眼的精度,主要有以下几点要求:
1)所有炮眼应沿开挖轮廓线彼此平行,间距要均匀,其深度应比内圈眼适当深10cm,以减少周边眼附近呈斜面、圆弧形的几率。
2)各炮眼应尽量垂直于隧道横断面,即与隧道设计轴线平行。施工时,要考虑钻机的“作业空间”,炮眼应向外有一个外插角,根据炮眼深度的不同,外插角易控制在2°左右。
3)开眼位置要准确,严格按测量放线的位置开眼、钻进。
4)由于开挖面不平整,凹凸不平,钻眼时,要根据实际情况适当调整钻眼深度及线装药密度,尽量使炮眼眼底在同一个隧道横断面上。
钻机开挖隧道,掏槽方式多采用大楔形水平斜眼掏槽或大直径中空直眼掏槽,掏槽眼钻眼是决定开挖爆破效果好坏的关键,必须控制好掏槽眼的开眼位置、钻眼深度及眼底抵抗线。
掏槽眼钻眼对掌子面的平整度要求较高,如果掌子面极不平整,比如掌子面中部进尺太大,凹进去,而四周进尺太小,势必造成下个班在掏槽眼处无法钻眼,只能去处理中部与四周的进尺的差距,影响开挖。为此,我们从一开始就注重研究如何控制钻掏槽眼,最初只是从外观上观察,也曾用自制的大型量角器量测钻眼角度,误差较大,钻眼精度很差,掏槽效果不太理想。后来,在掏槽眼钻眼上,我们采用以下措施:
1)测量人员放开挖轮廓线时,测出隧道中线的位置,在中线位置左右两侧用皮尺按爆破设计量测出掏槽眼的具体范围,用红油漆标示出来,并且将每一个炮眼的位置也标示出来,减少了开眼位置的误差。
2)钻眼深度对于爆破效果和开挖进尺都有很大影响。深度不够,影响开挖进尺或造成掌子面不平整;钻眼太深,钻具消耗大,造成浪费,加大了成本投入。因此,钻眼时要求眼底尽量同在一个平面上,根据爆破设计的要求及掌子面的平整度确定出每个炮眼的钻眼深度。
3)确定钻眼角度时,需要考虑开眼的位置与台车推进梁尾部离隧道中线的距离的关系。事先在办公室依爆破设计算好钻每个炮眼时台车推进梁尾部与隧道中线的距离,在现场由测量人员在隧道底板测出隧道中线的位置,由红油漆标示出来,然后在标出的隧道中线左右两侧用皮尺量出在办公室算好的钻每个炮眼时台车推进梁尾部离隧道中线的距离,用炮棍在该处沿平行隧道轴线方向标示出来,以作为控制掏槽眼钻眼角度的参照,钻眼角度控制效果比较明显。如图10所示。
4)施钻掏槽眼的两个司钻工要相互协调好,在钻眼位置、角度、眼深等方面多想办法,施钻时,左右两侧两个钻臂要步调一致,相互比较,尽量使左右两侧的炮眼对称,符合爆破设计的要求。
辅助眼在钻眼精度方面的要求要低于周边眼、底板眼、掏槽眼。因此,在辅助眼钻眼上,要求比它们稍低一些,主要有以下几个要求:
1)钻眼时,要根据掌子面具体情况,选择易开眼的位置钻眼,可根据围岩的坚硬程度,节理裂隙的发育情况,岩层产状等适当调整炮眼间距,但不要造成抵抗线太大,影响了爆破效果,甚至无法爆下来或爆出大石块,很难装渣。
2)钻眼深度要根据掌子面的平整度适当调整,凹处钻眼时要适当浅一些,凸处钻眼时要适当深一些。钻眼时,要考虑凹凸不平处与要求的眼深的差距,尽量使眼底在同一个隧道横断面上,以保证爆破后掌子面的平整度。
炮眼的深度对于掌子面平整度、开挖进尺起着重要作用。掌子面明显不平整时,钻眼时应调整炮眼深度,使炮眼眼底尽量在同一个隧道横断面上,但掏槽眼眼底要比其它各炮眼稍深20~30cm,这样才能保证爆破后掌子面比较平整,有利于下一个循环钻眼。
施钻前由测量人员根据设计在掌子面布眼,必须标出掏槽眼位置和周边开挖轮廓线,严格按照炮眼的设计位置、深度、角度和孔径,分工定点、定位、定机进行,多台钻机同时作业。
应注意防止炮眼交叉打穿,炮眼总数不小于爆破设计炮眼总数的90%,掏槽眼眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm;辅助眼眼口排距、行距误差均不得大于10cm;周边眼间距均匀,眼口位置误差不得大于5cm,眼底不得超出开挖断面轮廓线15cm。如果出现较大的偏差,应废弃该炮眼重钻,切实保证钻眼质量。