聚能水压光面爆破在隧道掘进中的实用技术.pdf
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1、242023年7 月第38 卷第4 期铁路工程技术与经济聚能水压光面爆破在隧道掘进中的实用技术武兆弛,高远,陶山峰,张长飞(中铁上海工程局集团有限公司,上海。宝山2 0 1 30 8)摘要:为了解决隧道掘进超挖和超耗严重的问题,杭温铁路3标项目隧道施工创新采用了聚能水压爆破技术。实施过程中,根据聚能水压爆破技术原理,对炮孔布置及钻孔、炮孔装药及起爆连线等关键步骤进行了技术研究和创新,通过现场应用实践,取得了显著的效果,对类似工程具有一定的参考价值。关键词:聚能;水压;光面爆破;隧道掘进;实用技术中图分类号:U455.6文献标识码:A文章编号:1 0 0 7-9 8 9 0(2 0 2 3)0
2、4-0 0 0 5-0 6Practical technology of shaped water pressure smooth blastingin tunnelingWU Zhaochi,GAO Yuan,TAO Feng,ZHANG Fei(Shanghai Civill Engineering Group Co.LTD of crec,Zhe Jiang.Jin Hua 322300 China)Abstract:In order to achieve the efficiency of the tunnel construction of the third standard pr
3、oject ofHangzhou-Wenzhou railway,and solve the serious problems of over-excavation and over-consumptionin tunnel tunneling,the shaped charge water pressure blasting technology is adopted.In the process ofimplementation,according to the principle of shaped charge water pressure blasting technology,th
4、e keysteps of hole layout,hole drilling,hole charging and initiation line are studied and optimized.Through thefield application records,remarkable results are obtained,which has a certain reference value for similarprojects.Key words:shaped;the water pressure;smooth blasting;tunneling;practical tec
5、hnology0引言光面爆破技术在隧道掘进中得到了广泛应用,为减少围岩扰动,降低安全风险;控制隧道超挖超耗,降低施工成本;提高工效,加快施工进度,确保总体工期。杭温铁路3标项目成立了“长大隧道创新工作室”,结合现场实际情况和开挖揭示的地质条件,从传统爆破、水压爆破、聚能爆破等多种爆破方式进行优化创新,逐步探索出聚能水压爆破工艺和管理方法。通过两年的使用和总结,聚能水压光面爆破技术较传统光面爆破技术对隧道控制超挖超基金项目:中国中铁股份有限公司科技研究开发计划重点课题(2022-重点-4 1)作者简介:武兆弛,高级工程师,工学学士,现主要从事铁路、公路、市政等项目施工管理工作。E-mail:耗、
6、施工进度和安全质量都有很大提升。笔者仅对聚能水压光面爆破实施过程中的关键技术和管理进行赞述。1工程概况杭温铁路为双线高速铁路,设计时速350 km/h,其中站前3标工程全长4 2.8 0 3km,包含7 座隧道,长达36.1 8 7 km,占标段长度的8 4.5%,其中、级围岩2 9.6 6 0 km,I V、V 级围岩6.4 2 7 km。隧道处于浙江中部的大盘山区,属中低山为主的纯山区地貌,地势起伏较大。地层以白垩系沉积岩、侏罗系火山岩和燕山期花岗岩类等组成;本区构造活动强烈,断裂发育,断裂构造与侵人岩接触带对隧道工程围岩等级、水文地质条件等有较大影响;区内崩塌岩堆、危岩落石等不良地质现象
7、较发育;总体252023年7 月武兆弛,等毛水压光面爆破在隧道掘进中的实用技术第38 卷第4 期上本区工程地质条件较好。2聚能水压爆破基本原理聚能爆破就是利用“V”型聚能装置,在爆破时使爆破产物聚集起来,产生射流,提高能量密度,增强爆破破坏作用。不同装药及爆破聚能形成过程如图1 所示。(a)普通柱状装药裸眼井壁爆轰散射流爆轰聚能流爆轰金属流金属时(b)无罩聚能装药有罩聚能装药图1不同装药及爆破聚能形成过程在隧道掘进中采用聚能水压光面爆破就是在隧道周边孔中采用聚能管装置代替普通光爆装药结构,取消导爆索,在炮孔底部增设水袋,孔口增设水沙袋。(1)在周边孔中加人聚能管,利用线性聚能射流切割开挖轮廓线
8、岩体,可以加大炮孔间距,减少周边孔数量,缩短钻孔时间,提高工效和光爆效果。详见图2 和图3。2017.8906图2C型聚能管及截面尺寸(单位:mm)图3“C型聚能管形状及安装姿态(2)在周边孔间隔装药的炸药端头加人聚能穴,利用聚能效应提高传爆距离,聚能穴代替导爆索,起到间隔装药的传爆和降低成本的作用。详见图4。图4聚能穴的安装(3)在炮孔底部放人水袋,在孔口放人水沙袋,利用“水楔”作用和爆破水雾,起到堵孔、降低炸药单耗和降尘的作用;同时利用水介质的近似不可压缩性及缓能效应,在减少爆破能量损失的同时降低孔壁上的爆破振动。详见图5。图5水袋、水沙袋的加工3主要施工工艺和操作要点聚能水压爆破操作工艺
9、基本与传统光面爆破操作工艺相同,主要区别为加大了周边孔的间距,周边孔炸药增加了聚能管,取消了间隔装药导爆索,采用聚能穴传爆;所有炮孔装药前先放人一节水袋(长度2 5cm),孔口采用水带和水沙袋堵孔。其施工工艺如图6 所示杭温铁路站前3标是以人工钻孔为主,采用手持YT28型气腿式凿岩机,钻头直径4 0 mm,成孔直径4 2 mm,钻杆长度为4 m6m。本文以小岭隧道级围岩全断面开挖为例进行实操阐述。3.1炮孔布置及钻孔要点炮孔布置和钻孔是整个聚能水压光面爆破实施过程中的关键环节。炮孔布置重点是根据掌子面开挖断面、炮孔数量、炮孔间距等进行布孔,并综合考虑围岩情况、开挖工法、掌子面裂隙、台架高度和操
10、作空间等。详见图7。钻孔要做到“准、直、平、齐”。即孔位要对准测量放样点,方向、角度要准;在开钻、钻进、退钻时要262023年7 月第38 卷第4 期铁路工程技术与经济施工准备测放开挖轮廊线及爆破孔位置水、电、压缩空气钻眼设备就位钻爆破孔、清理否检查炮孔质量处理是水袋、炮泥,装药及各段位雷管聚能管、聚能穴准备连接起爆网络检查起爆网络处理是起爆通风有处理检查有无瞎炮无出渣调整爆破参数处理开挖质量检查是结图6聚能水压爆破施工工艺流程图&13中小岭隧道II a 级围岩布孔方案33033070707085725图7爆破炮孔布置示意图使凿岩机、钻杆、炮孔成已直线;钻孔时要保证凿岩机平稳钻孔,防止上下、左
11、右摆动;各部位的炮孔底应尽量平齐,在同一断面上。以下为各炮孔的操作要点:(1)掏槽孔:采用斜孔掏槽的方式,掏槽孔比辅助孔加深2 0 cm;掏槽孔打人掌子面成扇形布置,断面中线两内侧掏槽孔底距离控制在30 cm为宜。(2)中心破碎孔:为防止掏槽出现大块石头不便于装运,在掏槽范围、断面中心线中心钻一个炮孔,深度为掏槽孔深或循环开挖深度的一半。(3)扩槽孔:深度略小于掏槽孔,角度略大于掏槽孔。(4)辅助孔:间距和孔深按爆破设计和现场实际适当调整,钻孔角度由内向外逐步垂直掌子面。一般为孔距为8 0 1 2 0 cm,排距6 0 8 0 cm。(5)底板孔:孔距为1 0 0 1 50 cm,深度基本与掏
12、槽孔平齐。(6)内圈孔:间距为1 0 0 1 30 cm;与其他辅助炮眼眼底在同一垂直面上,比周边孔深1 0 cm左右为宜。(7)周边孔:密集系数K=E/W,一般取0.8,采用聚能水压爆破可取0.9 1.0;周边孔间距取6 0 100cm,抵抗线为6 0 8 0 cm,对软弱破碎围岩适当减小,详见图8。小岭隧道采用聚能水压爆破技术,级围岩周边孔放样间距为8 0 cm,抵抗线7 0 cm。EE图8周边孔布置参数示意图3.2装药准备采用聚能水压爆破技术,在装药前除准备好炸药、雷管外,还需要进行聚能管、聚能穴准备,水袋、水沙袋的加工和制作。(1)聚能管装药:首先是将炸药从中间切成两段,然后轻捏聚能管
13、端头插人炸药,再将聚能管全部推人,见图9。(2)聚能穴安装:首先将已安装聚能管的炸药端头切掉,然后将聚能穴安装在炸药上,轻按使炸药包满凸穴,最后安装保护套。如考虑两端传爆可在安装雷管的炸药两端均安装聚能穴。详见图1 0。272023年7 月武兆弛,等能水压光面爆破在隧道掘进中的实用技术第3 8 卷第4期第一步第二步第三步图9聚能管装药第一步第二步第三步单项传爆双项传爆图10聚能穴安装(3)水袋、水沙袋加工:用于孔底和堵孔的水袋和水沙袋为自密式塑料袋,水袋直接与水龙头连接充水即可;水沙袋需先将尾部剪开,灌人2/3 的砂,然后用封口机密封,最后与水龙头连接充水即可。详见图11。第一步第二步第三步水
14、袋注水水袋、水沙袋第四步图11水袋、水沙袋加工3.3爆破参数设计及操作要点常规光面爆破设计总装药量计算公式见式Q=qu=qSLn(1)式中:L一炮眼的平均深度,取4.0 m;S-断面面积,取110 m;炮眼利用率,一般取0.8 5 0.9 5;单耗,硬岩取0.8 kg/m。则:0=0.8 110 40.9=3 5 6 kg采用聚能水压爆破,周边孔采用聚能管,其他炮孔装药量可比常规爆破少一节炸药(0.3 kg)。装药结构详见表1。表1小岭隧道出口爆破装药参数一览表装药量(kg)炮眼孔数雷管孔深序号药卷数单孔类别(个)段别(m)小计(节)用量1掏槽孔2014.8113.3662掏槽短孔212.55
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