大面积深孔楔形掏槽爆破技术在终南山隧道的应用

大面积深孔楔形掏槽爆破技术在终南山隧道的应用

税明东

(中铁五局集团一公司　湖南长沙　410116)

　　摘　要:主要介绍终南山隧道在中、硬岩爆破施工中,为改善爆破效果、加快隧道掘进速度,在传统的楔形掏槽技术基础上,采用大面积深孔楔形掏槽技术,炮眼利用率达到95%以上,光爆效果达到优良标准。

关键词:公路隧道;大面积深孔楔形掏槽;爆破技术;应用

　　中图分类号:U45516　　文献标识码:B　　文章编号:10042954(2003)12003303

1　工程概况

技术。炮眼布置及具体参数分别见图1、表1。

秦岭终南山特长公路隧道位于新建西安—安康高速公路西安—柞水段青岔与营盘镇之间,隧道全长181020km,是目前世界第二、亚洲第一的特长公路隧道。隧道开挖断面89m2,断面宽度12m。隧道围岩主要以Ⅳ类、Ⅴ类混合片麻岩为主,占隧道总长的8316%,石英含量高,石质完整、坚硬,岩石干抗压强度大部分为150～300MPa,这样大区段的坚硬岩石在国内隧道施工中尚不多见,给钻眼和爆破带来极大的困难。

图1　炮眼布置(单位:cm)表1　主要技术指标

炮眼总开挖断炸药总钻眼总比装药量比钻眼量

数/个面积/m2量/kg长度/m/(kg・m-3)/(m・m-2)

160

84148

366195

54516

1124

6146

2　施工方法选择

本标段隧道按新奥法设计施工,开挖后及时施作

初期支护,变形稳定后施作二次衬砌。

终南山隧道东线北口单口掘进3000m,施工工期为13个月,平均月进尺必须达到230m以上,工期十分紧迫;且隧道有断层14条,并有岩爆、热害、突然涌水等地质灾害,施工难度很大。根据隧道的地质特点及快速掘进的要求,对Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类围岩采用简易台车全断面钻爆法施工。隧道钻爆法开挖成败的关键是掏槽技术,掏槽成功与否直接影响爆破效果,掏槽深度直接影响掘进进尺。选定掏槽形式一般需考虑:开挖断面的大小和宽度、地质条件、机具和器材条件、钻眼爆破技术水平、开挖技术要求、工期要求和经济技术效果等条件。

3　掏槽方案的选择和效果比较

(1)三级楔形掏槽技术

项目全断面

　　(2)效果分析

经2002年3月1日～3月30日统计:钻眼深315m,实际循环进尺219～310m,炮眼利用率为83%～86%,炸药单耗1124kg/m3,月进尺220m,光爆效果一

般。原因分析如下。

①正洞围岩以混合片麻岩为主,岩质脆硬,节理不发育,呈巨块整体结构,造成掏槽未达到预期效果;

②掏槽眼较集中,面积在3m2左右,产生临空面较小,导致爆破效果差,炮眼利用率低,无法满足快速掘进的要求。

掏槽眼个数、炮眼与开挖面的夹角、上下两对炮眼的间距和同一平面上掏槽眼眼底的距离是影响楔形掏槽的重要因素。

根据楔形掏槽的理论,掏槽眼底部的锐角,一般应≥58°。由于各炮孔之间存在着殉爆的可能性,同一段位炮孔不一定会同时起爆。通常,起爆的时差很大,同一段起爆的各爆孔不能协同作用,而当角度大约为58°或更小时,炮孔就不容易从楔形的底部切断岩石。另

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施工时,根据以往经验初期采用了三级楔形掏槽

收稿日期:20030411

),男,工程师,1994年毕业于中国地质大学土作者简介:税明东(1970—

建学院,工学学士。

铁道标准设计RAILWAYSTANDARDDESIGN　2003(12)

・隧道/地下工程・一方面,必须预防相对炮孔之间与相邻炮孔之间发生殉爆。根据经验,装满炸药的炮孔之间的间距不应小于20cm。改善楔形掏槽法的办法,就是增大掏槽眼底部的锐角,即增大工作面掏槽眼的间距,并采用段发时间精确的毫秒雷管和减少炮孔偏差的影响。另外,由于间距增大,形成加强抛掷爆破漏斗,岩石夹制作用减小,保证了后续炮孔崩落的岩石有足够的松散空间。针对这些特点,在三级楔形掏槽的基础上,结合无轨运输岩碴块度可适当增大的特点,通过10多天近40个循环的努力,研发应用了超过20%面积的大面积深孔楔形掏槽技术。

(3)大面积深孔楔形掏槽技术炮眼布置及有关参数可见图2、表2、表3。

爆破产生的临空面大,为后续段爆破创造了条件。

②减少了炮眼数量,缩短了钻爆时间。③掏槽充分、进尺好、炮眼利用率高。单炮循环进尺由原来的219～310m提高到315～316m,炮眼利用率由原来的83%～86%提高到92%～95%。

④减少了炸药单耗。装药量由1124kg/m3降低到0193kg/m3,可节约直接成本费50万元。

⑤岩碴块度较大,集中在50～60cm,最大80cm。⑥不同围岩下大面积楔形掏槽爆破参数(表4)。

表4　Ⅲ类～Ⅴ类围岩爆破参数

围岩类别

ⅢⅣⅤ掏槽眼与工掏槽眼掏槽眼眼底掏槽眼

)间距/cm间距/cm排距/cm作面夹角/(°60～6555～6055～60450～480480～500500～520252020

50～5540～4540

掏槽眼

/个

14+416+618+6

4　施工技术措施

(1)炸药与岩石的阻抗匹配问题

炸药特性阻抗与岩石特性阻抗之比,称为匹配系数K,计算公式为

K=ρV0D/ρ式中　V———岩体中的纵波速度,m/s;

ρ———岩石密度,g/cm3;　　ρ——炸药密度,g/cm3;0—

D———炸药爆破速度,m/s。

对同种炸药、不同的岩石,或者是同种岩石、不同的炸药进行爆破漏斗试验,其结果是随匹配系数值的

图2　炮眼布置(单位:cm)

炮眼

名称

眼深

/m

表2　装药参数

炮眼个数

非电段数

每孔药量/kg

药量

/kg3248156776152022321529815

增加,爆破效果随之提高。从公式可以看出,为更好地爆出槽腔以及满足适宜的破碎度要求,在坚硬、脆性的

非电

个数

162828488820156

岩体中爆破,宜选用爆速高、密度大的炸药。现场经过比选,采用西安红旗民爆生产的乳化炸药,爆速4500～5200m/s,密度0195～1118g/cm3。

(2)钻眼

①在工作面准确定出掏槽位置,每列掏槽眼和扩槽眼应尽量布置在同一直线上,形成平面药包作用,增强破碎和抛掷效果。

②掏槽眼布置在钻爆台车的中间两层、工作面中间位置,采用YT28型风钻钻眼,炮眼直径d=42mm。

(3)掏槽眼装药量及装药结构根据一般经验,掏槽眼装药系数控制在85%～95%。由于采用大面积深孔楔形掏槽技术,经反复试验,选择在75%～80%,眼底加强装药。控制好药卷之间的殉爆距离,不能小于20cm。起爆采用<32乳化

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周边眼3184918(导爆索)0165

二圈眼31810/18161125/2辅助眼4106/16/66/8/10215/2125/2掏槽眼316/4166/181/33/3125扩槽眼41285215二抬眼3188122175底　眼31810143125合计155

表3　主要技术指标

项目全断面

炮眼总开挖断炸药总钻眼总比装药量比钻眼量

数/个面积/m2量/kg长度/m/(kg・m-3)/(m・m-2)

155

84148

29815

611

0193

7123

　　(4)两种掏槽方法效果比较

①大面积深孔楔形掏槽面积占断面面积的22%,34

・隧道/地下工程・

炸药、毫秒间隔非电雷管。Ⅳ类、Ⅴ类围岩采用1、3段

非电雷管,在Ⅲ类围岩下,掏槽眼分区起爆,采用1、3、5段非电雷管,并适当降低装药量。起爆方式采用双雷管反向起爆,以防瞎爆。

(4)严格堵塞炮泥炮泥与孔壁之间的粘结力和摩擦阻力的存在使炮孔内爆炸产生的高压气体作用时间相对延长,使得早先由应力波作用生成的裂缝在受到高压气体的楔裂作用后加速发展,高压气体向裂缝中楔入,不仅提高了破岩效果,而且增加了岩石的抛掷作用。另外,还增加了炸药化学反应的完全程度,从而得到更充分的爆炸能,减少有毒有害气体生成量,并降低炸药单耗。5　隧道光面爆破保证措施

(1)测量放线

药前应将眼内泥浆、石粉吹净,装药时需分片分组,按

炮眼设计图确定的装药量依次进行。装药后所有炮眼均应堵塞炮泥,堵塞长度≮40cm。

②装药结构　周边眼采用4支<25125g铵锑型药卷间隔装药,眼底1支<32250g乳化炸药加强装药,导爆索连接。其他眼采用<32250g乳化炸药集中装药。

(4)起爆网络

起爆网络采用复式连接网络,每组组合传爆雷管均使用双雷管,使用段位1段～18段。连接线雷管采用1段毫秒雷管,用8号工业纸壳雷管引爆。6　结语通过大面积深孔楔形掏槽技术的成功运用,炮眼利用率达到95%以上,炮痕保存率达到90%以上,确保了爆破的成功率和炮眼利用率,降低了各项技术指标,节约了工程成本。终南山隧道在7月、11月和第2年1月分别打出了305、365、306m的好成绩,并提前34d竣工,保证了工程进度。实施体会如下。

(1)大面积深孔楔形掏槽技术通过多排药包同时起爆,形成平面药包作用,增强了炸药的破碎和抛掷作用,因而可以明显改善掏槽效果。

(2)掏槽面积大,产生的临空面多,岩石的夹制作用小,为后续段的爆破创造了条件。

(3)第一段掏槽眼起松动爆破作用,减小大块率。(4)减少了钻眼数量,从而缩短了钻爆时间,加快了掘进速度。

(5)大面积深孔楔形掏槽爆破的掏槽眼只用2段雷管,可以减少隧道爆破需要的雷管段数,给软弱围岩降低单段最大药量创造了条件。

(6)岩碴块度适中,岩堆集中在30m以内,适用于无轨运输、大型机械化施工。

用激光导向仪定向,五寸台法准确绘出开挖轮廓线、周边眼及掏槽眼的位置。激光导向仪每隔1d用全站仪、水平仪检查中线、水平。

(2)钻眼

实行定人、定位、定机、定质、定量的五岗位责任制,分区按顺序钻孔;不钻残孔、不钻石缝、不钻软夹层、不钻破碎带的四不钻制度。

周边眼严格控制“准、直、平、齐”,利用长钻杆控制钻眼角度及错台。炮眼间距误差≯5cm,外斜率≯5cm/m,与内圈眼间最小抵抗线误差≯5cm,钻眼位置在轮廓线上。

当工作面凹凸不平时,在工作面拱部及边墙同一竖直面上画一直线,以便按实际情况调整炮眼深度,力求所有炮眼眼底在同一垂直面上(掏槽眼比其他眼深10cm)。炮眼角度用倾角测角仪严格控制。

(3)装药作业

①装药方法　装药作业要定人、定岗、定段别。装

德国多功能轨检车亮相

　　德国研制成功一套全新的、完全数字化的多传感器系统,能对轨道线路上的可见和不可见部分进行全数字化测量、数据采集和分析,其检测速度为100km/h。这套系统集成在名为GeoRail2Xpress的多功能检测车上,主要包括以下几部分装置。

地质勘察装置,由装有4根天线的雷达系统构成,最大探测深度达4m。在轨面以下115m深度范围内具有很高的分辨率,能探明道床、路基保护层、路基和桥台等状况,连续测量可达到120km/h。

隧道检测装置,由装有4根天线的侧壁和顶面检测雷达系统构成。装置能勘测隧道衬砌、回填土和侧壁基岩的状态,记录下松动的岩石。

线路和环境检测装置,由轨道环境照相机构成,能检测机

车司机所能看到的线路部状况和路堤植皮状况。

轨道检测装置,由6个激光传感器和2架数字式行扫描照相机构成。对断轨和绝缘节的正确分辨率达95%,检测速度最高可达160km/h。

轨枕和无碴轨道检测装置,由4架探测混凝土裂缝的数字式行扫描照相机构成。在2×800mm扫描照相区像素达8000个。

轨头检测装置,由2架检测轨头状况的高分辨率行扫描照相机构成。

卫星定位同步装置。

上述各项子系统大部分可以装备在普通的铁路车辆上应用。

据《人民铁道》

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