隧道控制爆破施工工法的选择

2022-09-11

根据工程要求和爆破环境、规模、对象等具体条件, 通过精心设计, 采用各种施工与防护等技术措施, 严格的控制爆炸能的释放过程和介质破碎过程, 即达到预期的爆破破碎效果, 又要将爆破的范围、方向以及爆破地震波、空气冲击波、噪声和破碎物体飞散等危害控制在规定的限度之内, 这种对爆破效果和爆破危害的双重控制的爆破, 称为控制爆破。

1 隧道爆破施工方法

1.1 台阶法

在围岩稳固性较差或临近闹市区等需要控制爆破振动带来的影响时, 一般采用台阶法, 对隧道掌子面分上下台阶, 形成上下两个掌子面。为保证隧道开挖边界平整, 周边孔均采用光面爆破。上断面爆破开挖后立即进行初期锚喷支护, 以保证隧道围岩的稳定性。为便于施工作业, 上断面始终超前下断面6m以上。另一方面, 上断面掘进爆破和下断面松动爆破的地震波衰减规律研究结果知, 为使隧道二次衬砌基本不受爆破地震的影响, 上断面掘进掌子面应超前二次衬砌施工点60m以上, 下断面超前50rn以上。

台阶法的优点是开挖具有足够的作业空间和较快的施工速度, 有利于开挖面的稳定性, 尤其是上部开挖支护后, 下部作业较为安全。其缺点是上下部作业互相干扰, 应注意下部作业时对上部稳定性的影响, 台阶开挖会增加对围岩的扰动次数等。台阶法宜采用轻型凿岩机打炮孔, 不宜采用大型凿岩车。采用台阶法应注意下列问题。

(1) 台阶数不宜过多, 台阶长度应适当。一般根据两个条件来确定台阶长度:一是初期支护形成闭合断面的时间要求, 围岩稳定性越差, 闭合时间要求越短;二是上半部断面开挖时, 开挖、支护、出渣等机械设备所需要空间的大小要求。

(2) 个别破碎地段可配合喷锚支护和挂网施工。如遇局部地段石质变坏, 围岩稳定性差时, 应及时架设临时支护或者考虑变换施工方法, 留好拱脚平台, 以防落石和崩塌。

(3) 采用台阶法开挖的关键问题是台阶的划分形式。台阶划分要求做到爆破后渣量较大, 钻孔作业面与出渣运输干扰少。

为进一步保证施工安全, 在掘进爆破过程中, 对节理裂隙发育地段进行超前固结灌浆, 提高岩层的自稳能力, 减少围岩扰动。此外, 还采取缩小钢格栅间距或增加型钢钢架等技术措施, 提高初期支护强度。

1.2 全断面法

在隧道爆破方案设计过程中, 当围岩稳固性较好或施工现场远离闹市等情况时, 一般采用全断面法进行钻爆设计。全断面法常适用于硬岩和中硬岩的石质隧道, 开挖断面较大, 布眼较多, 可采用深孔爆破施工。必须做好钻爆设计。全断面的钻爆设计一般应注意以下问题。

(1) 我国在全断面开挖中, 多采用直眼掏槽, 以减少钻眼时各钻机的相互干扰。

(2) 围岩完整状态较好时, 采用光面爆破, 围岩完整状态较差时, 采用预裂爆破。采用预裂爆破, 爆破后岩石的块度往往过大, 致使装碴困难。因此必须注意适当密布炮眼, 不使岩石块度过大。

(3) 全断面开挖一般采用深眼爆破, 眼深3m~5m。结合直眼掏槽, 应设计大直径空眼, 以保证掏槽效果。

(4) 通过稳定性较差的围岩地段时, 应减小炮眼深度。减小后的炮眼深度要能适应对围岩预先支护的长度及围岩的稳定性, 一般采用1.5m~2.5m。

(5) 单线隧道布眼约为80~120个, 炮眼密度为1.8~2.5个/m, ;双线隧道布眼约为170~200个, 炮眼密度为1.7~2.3个/m。

(6) 采用门架式凿眼台车, 台车常分为三层至四层, 设计炮眼位置时要考虑各层平台的影响, 使之便于钻凿。

由于全断面开挖宽度增大, 因而炮眼的深度也增大, 但一次掘进的长度愈大, 循环作业时间愈长, 一定时期 (例如一个月) 的循环次数则较少。反之, 炮眼的深度愈小, 一次掘进的长度也愈小, 循环作业时间也较短, 一定时期的循环次数则较多。在一个循环中, 有的作业时间与一次掘进长度基本是正比例关系, 有的作业时间则随一次掘进长度增大而比例减小。因此应考虑各种因素如凿岩机的性能、工人技术水平、岩石情况等确定合理的炮眼深, 并在确定的深度条件下, 提高炮眼利用率, 压缩循环作业时间, 在一定时期内力争多循环。

2 隧道爆破施工方法的选择

(1) 一般岩体可以以岩石坚硬程度来分类, 大致可分为硬岩及中硬岩和软岩。针对不同的岩体应选择不同的隧道施工方法和控制爆破方案。在不含断层、围岩结构较稳定等围岩状态较好的情况下, 一般选择全断面一次开挖法进行隧道施工。国内外对掌子面不同岩体条件的爆破特征作了大量研究。爆破过程中掌子面光面爆破的炮孔起爆顺序是:先起爆掏槽眼, 再依次起爆掏槽扩大眼, 掘进眼, 内圈眼, 最后起爆周边眼, 底板眼常后于边墙和拱的周边眼。

(2) 在施工过程中遇到地质条件较差的情况下, 一般选择台阶法进行施工, 同时爆破方案也应相应调整。降低装药量以保证每次爆破时, 尽量减轻爆破震动对岩体的影响;适当降低每循环开挖进尺, 同时也降低了每循环的工作时间, 及时喷锚支护以保证开挖面的稳定性。可以迅速通过相应施工地质条件较差的地段。

在开挖面积大, 没有相应的大型施工机械的情况下, 使用台阶法也是很好的选择。因此, 对具体的隧道进行爆破设计时, 应考虑以下3点: (1) 每条隧道有其特有的地质特征。 (2) 爆破设计要结合现有的隧道施工条件及施工组织水平。 (3) 由于影响爆破效果的因素较多, 爆破设计时各个参数的确定比较困难, 针对具体地质条件的隧道, 通过反复试验确定各个爆破参数及其间相互关系, 尽量简化考虑影响因素。

尽管掌子面岩体特性不同, 但掏槽眼、扩大眼、二周边眼的布眼比周边眼要稀些, 间距要大些, 拱顶和边墙处的周边眼比底板处周边眼间距要小。随着掌子面岩体的变好, 各种炮孔的间距及排距均变大, 炮眼数量减少。炮孔环状布置为首选方式。

3 结语

隧道施工中爆破方案的选择会决定到爆破的效果, 工程的成本, 还会影响到工程的工期和质量, 因此, 爆破方法的选择至关重要。通过本文的分析, 不同的施工条件, 应当采用不同的控制爆破方法, 从而达到理想的爆破效果。

摘要：隧道是人们利用地下空间的一种形式, 被广泛应用于铁路、公路、水利、水电、矿山、市政、人防等部门, 在国民经济建设中起着重要的作用。爆破是隧道开挖工程中的首要工序, 它不仅直接影响隧道的掘进速度, 还与隧的工程质量和工程造价有着密切的关系。本文介绍了隧道控制性爆破的施工工法, 随后针对不同的施工条件分析了工法的选择, 以期为后续研究提供借鉴。

关键词：隧道,爆破,工法