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1、黄练隧道光面爆破的施工应用1.1.工程概况工程概况南广铁路黄练隧道位于广西省贵港市黄练镇，隧道起讫里程为DK26+230DK27+030，全长800m。该隧级围岩长47米，级围岩长85米，级围岩长430米，级围岩长180米。第1页/共29页1.1 工程地质特征（1）地层岩性隧区覆盖层为第四系全新统崩坡积块石土，坡残积黏土，下伏泥盆系上统和中统东岗岭组白云质灰岩、灰岩。白云质灰岩、灰岩中至厚层状，节理、裂隙较发育，节理面见铁锈色，溶蚀严重。（2）地质构造隧道段基岩多裸露，岩层单斜，节理、裂隙较发育，岩层产状为N2030W/5068NE；节理：产状为N2060W/3550SW的延伸性，节距约0.2
2、1m，而产状为N20E/90和N36E/55的延伸性较差，节距约12m。第2页/共29页1.2 1.2 水文地质特征水文地质特征隧道范围内地表水缺乏。地下水主要为基岩裂隙溶隙水。基岩裂隙溶隙水水量较小，旱季少，雨季较丰富，水量受季节变化影响大，由大气降水补给。第3页/共29页2.2.光面爆破的特点光面爆破的特点根据“新奥法”施工的需要和工程地质条件，结合施工现场实际情况，决定采用光面爆破施工。光面爆破施工，可以减少对围岩的扰动，增强围岩的自承能力，保证了施工的安全；由于光面爆破使开挖面平整，岩石无破碎，减少了裂隙，这样可以大大减少超欠挖量,减少出碴量，还很大程度的减少了支护的工作量，从而降低了
3、成本，加快了施工进度。第4页/共29页3.3.总体掘进方案总体掘进方案3.1 暗洞施工：、V级围岩采用两台阶开挖法。3.2、级围岩地段采用全断面开挖。第5页/共29页4.4.级围岩爆破方案设计级围岩爆破方案设计光面爆破的目的是使周边眼形成贯穿的裂缝。当两炮眼同时起爆时，炸药所引起的压缩应力波将在两孔中间相遇，两孔间的岩石在压缩应力的作用下产生垂直方向上的拉应力，如果此拉应力超过岩石的极限强度，周边就会沿两眼连线产生孤形裂缝。该裂缝产生情况与周边眼的间距、角度、装药结构及起爆方式均有关。故此，合适的周边眼间距及角度，合理的装药结构及起爆方式，使炸药爆炸所产生的压应力刚好克服岩石动态抗拉强度，炸药
4、的爆破作用才能形成贯穿裂缝，岩层周边才能形成规整的断面形状轮廓。第6页/共29页4.1 4.1 爆破参数的选择爆破参数的选择光面爆破参数选择主要与地质条件有关，其次是炸药的品种与性能，隧道开挖断面的形状与尺寸，装药结构与起爆方法。黄练隧道II级围岩全断面开挖断面的面积为120.10m2，采用2号岩石硝铵炸药，周边眼采用空气间隔装药，其他炮眼采用连续柱状装药，采用塑料导爆管孔内微差非电毫秒雷起爆。严格控制周边眼的装药量，采用合理的装药结构，尽可能使药沿炮眼长均匀的分布，这是实现光面爆破的重要条件。在光面爆破中，周边眼间距E、最小抵抗线W、相对距系数K、装药密度q是相互制约的。第7页/共29页4.
5、1.1周边眼间距（E）周边眼通常布置在距开挖断面边缘0.1m至0.2m处,光爆孔的孔底的孔底朝隧道开挖轮廓线方向倾斜35。当爆孔孔径D为42mm时，周边孔间距E=（1016）D，通过观察光爆成型情况，总结发现周边眼间距在55-65cm之间最宜。第8页/共29页4.1.2最小抵抗线（W）最小抵抗线与开挖的隧道断面大小有关。断面大，光爆眼所受到的夹制作用65-75cm范围内及时调整小，岩石比较容易崩落，可以大些；断面小，光爆眼受到的夹制力大，光爆层厚度相对要小些。同时，光爆层厚度与岩石的性质和地质构造有关，坚硬岩石光爆层可小些，松软破碎的岩石光爆层可大些。根据黄练隧道II级围岩的情况，在最小抵抗线
6、光爆层的厚度，取得了较好的爆破效果。第9页/共29页4.1.3 相对距系数（K）相对距系数是周边眼间距（E）与最小抵抗线（V）的比值，是影响爆破效果的重要因素。在抵抗线（W）一定的条件下，眼距大小直接影响光爆效果。因为在爆破的瞬间其自由面处的反射拉应力应等于入射的压应力，而两眼间所引起的拉应力则小于入射的压应力；同时在自由面方向上的岩石是处于双向应力状态，所以自由面方向的岩石易被拉坏。因此为了充分利用炸药能量，选择合理的眼距（E），产生满意的爆破效果，就要设法使自由面方向的反射拉应力与两眼间爆破拉应力相等。实践证明：只有当E/W=0.8-1.0时，上述两应力才近似一改，光面爆破效果才有可能达到
7、最佳。所以黄练隧道II级围岩E取60cm，W取70cm。第10页/共29页图图1 1 全断面开挖炮眼布置示意图全断面开挖炮眼布置示意图(单位：厘米)第11页/共29页4.1.4 装药量计算光面爆破装药量的计算，主要是确定周边光爆孔炮眼装药集中度，即以kg/m表示，一般采用实验方法求得或从同类工程中选取。q=QaB式中 q装药集中度，kg/m；Q单位体积耗药量，kg/m3；a周边眼间距，m；B最小抵抗线，m；通过现场试验和施工经验数据，用计算法进行校核，确定q=0.110.30kg/m。第12页/共29页4.1.5 装药结构和起爆方式光面爆破采用不耦合装药，一般不耦合系数为1.52.0，施工现场
8、钻孔直径为42mm，炸药直径为25mm，不耦合系数为d=42/25=1.68。按各断面炮孔爆破设计装药量装药联线，周边眼采用25mm小直径药卷不耦合装药方式，富水地段采用乳化防水炸药，掏槽眼中空直眼掏槽。爆破材料采用117段非电毫秒雷管和塑料导爆管起爆，周边眼采用低爆速、低密度、高爆力、传爆性好的小直径2号岩石硝铵炸药（25mm直径），富水地段采用乳化炸药。第13页/共29页图图2 2 周边眼装药结构示意图周边眼装药结构示意图第14页/共29页4.1.6 光面爆破的起爆顺序按设计联结起爆网络。起爆网采用复式网络，以充分保证起爆的可靠性和准确性。光面爆破要合理选择各炮孔起爆次序，如果次序不合理或
9、雷管的段别小，就不能取得满意的爆破效果。本工程选用雷管段别是115段，各类孔别所用雷管段别是：掏槽孔用15段，辅助孔用7段，掘进孔用89段，内圈孔用11段，底板孔用13段，周边孔用15段。从掏槽孔开始，按照雷管段数从小到大从截面中心往外一层一层起爆，最后是周边孔，根据设计的网络及爆破顺序进行起爆。第15页/共29页4.2 4.2 装药量（表装药量（表1 1）及光面爆破参数（表）及光面爆破参数（表2 2）表1 全断面开挖爆破装药量表顺序炮孔分类炮眼个数（个）雷管段数（段）炮眼深度（m）单眼装药（kg/孔）合计装药量（kg）1掏槽孔614.02.41442633.52.213.23453.52.0
10、8.04辅助孔1663.51.828.851773.51.627.26掘进孔2083.51.428.072493.51.228.88内圈孔32113.51.032.09底板孔14133.52.230.810周边孔56153.50.844.8合计196256第16页/共29页全断面开挖断面面积：121.10平方米，掘进长度按3.0m考虑。炸药单耗量：k=0.70kg/立方米。周边眼直径：42mm，使用小直径药卷25mm，装药不耦合系数=1.7。周边眼间距E=60cm，最小抵抗线W=70cm，E/V=0.9。表2 光面爆破参数名称炮眼间距（cm）最小抵抗线（cm）相对距系数装药集中度（kg/m）不
11、耦合系数一般参考值405050800.51.00.110.301.52.0黄练隧道取值60700.900.301.7第17页/共29页5 5 施工方法及工艺施工方法及工艺钻孔采用18台YT28型凿岩机和4台20m空压机，人工钻孔，钻孔直径为42mm，一字形合金钢钻头。采用 25mm小直径药卷。爆破网络采用塑料导爆管连接孔内微差非电毫秒雷管起爆，掏槽眼采用跳段雷管以利用扩大掏槽效果。第18页/共29页5.2 5.2 光面爆破施工工艺光面爆破施工工艺钻眼前，测量人员用全站仪和水准仪，准确定出隧道中心线和拱顶面高程；用红油漆画出开挖轮廓线，并标出炮眼位置，其误差不得超过5cm；每次测量放线的同时，要
12、对上次爆破断面进行检查，及时调整爆破参数，以达到最佳爆破效果。第19页/共29页5.2.2 钻眼要求掏槽眼：深度、角度按设计施工，眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm。辅助眼：深度、角度按设计施工，眼口排距、行距误差均不大于5cm。周边眼：开眼位置在设计断面轮廓线上的间距误差不得大于5cm；周边眼外斜率不得大于5cm/m，眼底不得超出开挖断面轮廓线10cm，最大不得超过15cm。内圈眼至周边眼的排距，误差不得大于5cm；内圈眼与周边眼宜采用相同的斜率。钻眼装药率调整，当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度并相应调整装药量，力求所有炮眼眼底在同一垂直面上。钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查
13、并做好记录，有不符合要求的炮眼应重钻，经检查合格后，方可装药爆破第20页/共29页5.2.3 5.2.3 炮眼布置要求炮眼布置要求（1）先布置掏槽眼，其方向在岩层层理明显时应尽量垂直于层理，掏槽眼应比其他眼加深20cm。（2）周边眼严格按设计开挖轮廓线布置，在硬岩层中，周边眼的眼口在断面设计轮廓线上，眼底超出轮廓线小于10cm。（3）辅助眼均匀分布的原则布置。第21页/共29页5.2.4 孔口堵塞长度已装药的炮眼应及时用炮泥堵塞、密封，周边眼的堵塞长度不宜小于20cm，其余炮眼的堵塞长度不宜小于35cm，且堵塞密实，严禁用纸箱等易燃物进行堵塞。第22页/共29页5.2.5 5.2.5 清孔装药
14、清孔装药装药前用小直径高压风管将炮眼内石屑吹净，装药需分片，分组按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，雷管要“对号入座”不得混装。周边眼采用小直径药卷配导爆索，以增加不耦合系数和爆破时的缓冲作用，炮孔装药均采用反向装药结构。第23页/共29页5.2.6 连接起爆网络起爆网络采用复式网络，以保证起爆的可靠性和准确性。导爆管采用四通管连接，不能打结和拉伸，各类炮眼雷管连接段数相同。引爆雷管应用绝缘胶布包扎在离一根导爆管自由端15cm处，聚能穴背向传爆方向，网络连好后要有专人负责检查后再起爆。第24页/共29页5.2.7 光面爆破施工技术措施（1）对所有爆破作业人员进行岗前培训，使他们充分了解光面爆
15、破的重要性及一些有效可行的施工方法，以提高操作熟悉程度。（2）选用低爆速、低猛度、低密度、传爆性能好、爆炸威力大的2号岩石硝铵炸药。（3）用不耦合装药结构，光面爆破不耦合系数为1.52.0，但药卷直径不应小于该炸药的临界直径，以保证稳定传爆。（4）严格掌握与周边眼相邻的内圈眼的爆破效果，为周边眼爆破创造临空面。（5）控制周边眼装药集中度，必要时采取间隔装药结构，为克服眼底岩石的夹制作用，可在眼底加强装药。（6）当岩石层理明显时，炮眼方向应尽量垂直于层理面，如节理发育，炮眼应尽量避开节理，以防卡钻和影响爆破效果。第25页/共29页6 6 光面爆破实施效果与经济效益光面爆破实施效果与经济效益黄练隧
16、道开挖全部实行光面爆破，在已开挖的400余米取得了良好效果。6.1.1 爆破后周边炮眼痕迹保存率达80%90%，两茬炮衔接台阶最大尺寸为8cm，超欠挖量仅为5%左右，比非光面爆破的超欠挖量要低得多。6.1.2 岩碴块度较小亦均匀，利于装碴，节省装运时间。6.1.3 减少了超挖初支回填量，降低工程造价。6.1.4 岩面平整，应力集中小，减少安全隐患。第26页/共29页6.2 6.2 经济效益经济效益6.2.1 节省时间：光面爆破施工钻眼及装药延长30min，清理危石或补炮缩短30min，初期支护缩短60min，装碴及出碴缩短30min，并方便了后续工作的施工。6.2.2 节省材料：光面爆破比非光面爆破减少超挖量15%，按现行规范标准平均超挖值为10cm，即每延米少开挖约2.0m3。减少同标号喷射混凝土超挖回填量约2m3，同时也节省了火工品和因非光面爆破所造成的围岩破碎所需锚杆、钢筋网等初期支护的工程量。第27页/共29页7 7 结束语结束语 采用光面爆破对围岩扰动小，开挖轮廓线较好，开挖面较平整，避免了大量的超欠挖，减少浮石的塌落，提高施工效率和降低喷射砼喷补数量，围岩自身的承载力得到充分的发挥，因此，光面爆破技术被广泛地推广和应用。第28页/共29页感谢您的观看！第29页/共29页