光面爆破在小断面隧洞施工中的应用

2022-09-11

1 前言

近年来, 隧洞爆破施工技术不断发展光面爆破在施工中已被广泛应用。它是通过正确的选择爆破参数和合理的施工方法, 达到爆破后岩壁平整、规则, 线条、轮廓美观的一种控爆技术。云南某项目隧洞长约3874m, 具备以下特点: (1) 开挖断面较小, 隧洞直径约7.5m; (2) 技术指标和质量标准要求高; (3) 施工工期紧。采用光面爆破施工难度较大, 但成功的应用光面爆破能够有效控制围岩开挖面的起伏差, 减小对围岩的扰动。

2 实施光面爆破的目的

施工过程中, 因自然地质灾害影响, 工期严重滞后。考虑到隧洞围岩地质条件好较好围岩占整个洞段的86.7%。经研究认为, 隧洞施工可充分利用现有围岩条件, 改进施工工艺, 加强光面爆破控制, 以达到隧洞开挖后平整光滑, 可取消衬砌的质量要求, 在节省工期的同时降低工程造价。

3 光面爆破方案设计

设计原则:为加强不衬砌洞段的光爆效果, 确保不衬砌后隧洞的开挖质量, 设计方对隧洞爆破开挖质量提出以下要求: (1) 开挖质量要求:隧洞开挖严格按光面爆破要求控制, 洞壁不允许欠挖且不平整度不允许大于15cm, 周边孔孔壁不应有明显的爆破裂痕, 半孔率为90%以上; (2) 开挖中需做一次支护的洞段, 应及时支护;遇渗水洞段需喷护时, 应采取适当措施将渗水引出喷层至洞内; (3) 喷砼与岩面的粘结度不低于0.8MPa。

设计方案:施工结合现场实际情况, 针对隧洞施工断面较小, 炮孔布置难度较大, 爆破效果不易控制的特点, 决定设计两种爆破方案进行现场试验。

第一种采用导洞法施工, 导洞超前15m~20m, 周边预留光爆层60cm~70cm进行二次扩挖, 扩挖时将周边孔孔距控制在40cm~50cm范围。光爆孔采用导爆索引爆, 以达到良好效果。导洞法光面爆破参数如下:断面积:55.14m2;炮孔数:180个;装药量:215.0kg;设计进尺:2.5m;单位耗药量:1.56kg/m3;单位面积炮孔数:3.26个/m2;炮孔利用率:0.90。此方案缺点是在二次扩挖前不能及时支护, 存在较大安全隐患;优点是施工工艺相对简单。

第二种采用拱部光面爆破技术, 边墙采用预裂爆破技术的施工方法。采用全断面一次爆破成型。周边孔孔距控制在40cm~50cm范围, 间隔装药结构。预裂爆破周边孔采用隔孔装药, 首先爆破形成切割面, 光爆孔和预裂孔均采用导爆索引爆。预裂法光面爆破参数如下:断面积:55.14m2;炮孔数:180个;装药量:200.35kg;设计进尺:2.5m;单位耗药量:1.45kg/m3;单位面积炮孔数:3.26个/m2;炮孔利用率:0.90。此种方法优点是可全断面开挖, 缺点是施工工艺要求较高。

爆破施工注意事项: (1) 导洞施工因不能及时支护, 施工中应时刻注意安全, 重点排查塌方和危石, 若遇节理较发育及渗水量较大时, 可适当减少导洞长度, 必要时停止导洞法施工; (2) 由于断面较小, 爆破参数要根据围岩变化及时进行调整, 调整结果可结合现场试验确定; (3) 周边孔间距确保在40cm左右, 根据现场爆破效果作适当调整; (4) 周边孔钻孔要确保钻孔精度, 外插角不大于3°, 钻孔平直; (5) 爆破网络要规范连接, 避免出现哑炮。

4 方案应用及比选

两种爆破施工方案的设计主要是为更好的适应洞内各种不同围岩条件, 通过对比分析, 选取最佳方案, 确保开挖质量达到预期效果。方案确定后, 在100m范围洞段分别采用两种爆破方案施工, 不断优化参数进行现场试验。对比效果统计如下:采用导洞法施工, 洞壁平整度平均为24cm, 拱部半孔率为85%, 边墙半孔率为72%。采用全断面法施工, 洞壁平整度平均为16.5cm, 拱部半孔率为95%, 边墙半孔率为90%。以上数据表明, 在小断面隧洞爆破施工中, 采用第二种光面爆破方案效果更为理想。

5 应用成果

本项目隧洞较好围岩洞段长度为3359.3m, 施工方案确定后全部采用全断面光爆法施工, 经参建各方联合验收, 光爆段达到设计方提出的质量要求, 考虑隧洞开挖质量, 水力学要求等因素, 确定其中1800m取消二次衬砌。经核算, 本工程经采用光面爆破施工后缩短了近半年的工期并节省了约750万元工程投资, 为投资方取得了极大的经济效益。

摘要：主要介绍光面爆破在小断面隧洞施工中的应用, 阐述光面爆破方案设计比选、应用效果等。

关键词：光面爆破,隧洞,小断面,施工