Ⅲ类围岩凿岩爆破设计

1 工程地质情况

根据“石岭隧道”地质调查报告, 石岭隧道穿越的Ⅲ类围岩地段岩体为cd炭质灰岩、灰岩, 含方解石脉, 弱风化, 中厚层状, 灰岩表面有小型溶沟及刀砍纹, 产状280°～300°∠25°～29°, 节理不发育, 岩体完整, 岩溶发育。

根据现场开挖实际记录情况:石岭隧道穿越的Ⅲ类围岩岩体多呈层状排列分布, 其厚度大多在30～80cm之间;倾角在45°～80°之间, 多数向隧道掘进方向倾斜;结构走向与隧道掘进方向呈60°～90°之间角, 含有1～3组不等节理面;岩体的完整性相对较好, 但含有大量的方解石脉, 部分部位还含有少许的石英晶族;在局部地段富含溶沟、溶槽及一系列小断裂裂隙, 内部充填物多为呈流塑状态的黄色黏土, 含水量一般在13%～20%之间。总体而言, 石岭隧道的围岩产状相对于隧道的开挖是有利的。

2 凿岩爆破参数的确定

2.1 开挖断面面积的确定

根据石岭隧道设计端面尺寸要求, 其Ⅲ类围岩全断面开挖面积为S=146.31m2。由于采用全断面开挖不符合实际, 导致开挖断面面积太大, 故设计为上下台阶法开挖。上下台阶以圆心面为分界面, 由此上台阶开挖面积S=83.708m2, 下台阶开挖面积S=62.609m2。

2.2 单位岩体炸药消耗量确定

根据不同开挖断面尺寸的单位岩体的炸药消耗量的计算公式, 可计算不同台阶的单位岩体炸药消耗量。

根据相关经验, 实际单位岩体的炸药消耗量比计算所得应少0.2kg, 故实际单位岩体的炸药消耗量为:

上台阶q上=0.767kg/m3;

下台阶q下=0.82kg/m3。

2.3 炮眼布置个数确定

根据现场多次爆破实验经验的总结, 现将石岭隧道Ⅲ类围岩 (炭质灰岩) 定性在中等可爆岩体和难爆岩体之间。

对于中等可爆岩体, 各台阶炮眼个数:

上台阶:N上=37.6+1.36·83.708=151.4取N上=151

下台阶:N下=37.6+1.36·62.609=122.7取N下=122

对于中等可爆岩体, 各台阶炮眼个数

上台阶:N上=30.9+1.0·83.708=114.6取N上=114

下台阶:N下=30.9+1.0·62.609=93.5取N下=93

将其折中初定石岭隧道上下台阶的炮眼布置个数为:

上台阶:N上=132

下台阶:N下=107

2.4 炮眼深度的确定

依据前数次凿岩爆破的经验, 石岭隧道Ⅲ类围岩 (炭质灰岩) 各台阶的预计循环进尺控制在:

上台阶:2.8～3.0米, 炮眼掘进深度在3.4米左右。炮眼的利用率在82%～88%之间。

下台阶:3.9～4.2米, 炮眼掘进深度在4.8米左右。炮眼的利用率在81%～87.5%之间。

2.5 炸药消耗量的确定

依据循环进尺, 每一循环上下台阶的土石方爆破方量分别为:

上台阶:V=284.61m3;下台阶:V=300.52m3

每一循环各台阶的的炸药消耗总量为:

上台阶:K=2 8 4.6 1·0.7 6 7=2 1 8.3 0kg;

下台阶:K=300.52·0.82=246.43kg

2.6 炮眼布置形式及起爆方式

依据炮眼的间距、最小抵抗线和其他相关的要求, 现确定石岭隧道Ⅲ类围岩 (炭质灰岩) 每一循环各台阶的炮眼分布数量布置如下:

上台阶:

炮眼总个数为131个, 起具体的分布形式和参数控制如下表:

下台阶:

炮眼总个数为96个, 其具体的分布形式和参数控制如下表:

2.7 各炮眼装药量

依据炮眼个数和总的装药量, 单个炮眼的装药量计算如下:

上台阶:

(1) 炸药均布每孔的装药量:

(2) 周边眼:根据光面炮破的经验理论, 周边眼的装药量的控制要求为 (0.8～0.9) 。取系数为0.8。单眼的装药量为1.34kg。

(3) 掏槽眼与底板眼:根据光面炮破的经验理论, 掏槽眼与底板眼的装药量的控制要求为 (1.1～1.2) 。结合此要求, 取系数为1.2得掏槽眼与底板眼的单孔装药量为2.004kg。

(4) 辅助眼:结合周边眼、掏槽眼与底板眼单孔的布药量, 剩余药量均布于辅助眼中。得辅助眼单孔的炸药装药量为1.73kg

上台阶合计用炸药总量为:218.27kg。

下台阶:

依据上台阶单孔布药的计算方法, 下台阶单孔的炸药布置两如下。

周边眼:2.06kg。

掏槽眼与底板眼:3.08kg。

辅助眼:2.46kg。

下台阶合计用炸药总量为:246.86kg。

2.8 装药结构形式

提高凿岩爆破效率, 提高炮眼的利用率, 装药结构采取偶合连续装药、不偶合连续装药、不偶合不连续装药三种装药形式相互配合、相互补充的装药形式。其具体的的布置形式如表3所示。

采取偶合连续装药、不偶合连续装药、不偶合不连续装药三种装药形式相互配合、相互补充的装药结构形式的优点在于:

(1) 岩体未有大裂隙时, 其拥有的夹持力最大。掏槽眼采用大药量最先起爆可为后续爆破 (即第一层辅助眼爆破) 提供爆破的自由面。

(2) 每一层辅助眼的顺序起爆为相应临近未爆破的辅助眼起爆进一步提供爆破的数个自由面, 降低岩体的夹持力, 提高炸药的爆破效果。

(3) 周边眼严格采取密布置, 少装药的方式起爆。密布眼可在围岩未爆破前形成一条大致的开挖轮廓线;少装药防止超挖现象的发生, 也减少对无须爆破围岩的扰动, 维持其完整性, 使得围岩在一段时间内可很好的发挥自支乘能力。

(4) 由于岩体自身重力的影响, 处于底版的岩体受到各方面的挤压力相对最大。底版眼最后起爆缓解了周边岩体对其作用过大的作用力, 采用大药量可防止剩余作用力仍然过大而导致欠挖现象的发生。

摘要：本文探讨Ⅲ类围岩凿岩爆破设计, 主要从工程地址情况、凿岩爆破参数的确定等几方面进行考证, 进而得出相关实践数据, 对围岩凿岩爆破设计有一定的考证作用。

关键词：爆破设计,工程地质,参数