浅谈范家山隧道出口超欠挖控制.doc

浅谈范家山隧道出口超欠挖控制（中铁五局一公司，长沙，陈志坚，410000）摘要：以范家山隧道出口为例，对隧道超欠挖的危害、超欠挖的影响因素进行了分析,针对水平层状砂岩特点编制了全断面法施工的钻爆设计; 鉴于现场钻爆施工的方便性及可操作性, 提出了从提高钻孔精度、控制装药参数、规范装药结构和加强施工管理四方面来控制水平层状红砂岩隧道超欠挖的技术措施。关键词：隧道；水平层状砂岩；超欠挖控制；光面爆破。一、引言 隧道的光面爆破，多年来一直是各单位探讨研究的课题。隧道实施光面爆破，既可以节省成本，加快工程进度，又能充分发挥围岩的自身稳定作用，提高隧道施工的安全性；但是隧道实施光面爆破，其影响因素较多，如地质岩层因素、装药结构、炮眼间距、钻眼精度及施工管理等，施工时必须综合考虑，才能保证隧道的光面爆破效果。 二、工程概况范家山隧道设计长度10190m，级围岩占到全隧道围岩的90以上，其地质状况主要为水平状红色砂岩或砂岩夹泥岩，层间结合多数较差，岩层裂隙水较大。范家山隧道出口大部分岩层均为泥岩砂岩平互层，有时泥岩和砂岩平互层为两层，有时为多层，砂岩强度往往较高，而泥岩强度低。尤其是当拱顶为石质差的泥岩时，该部位开挖后容易掉块，要及时进行支护。如果对这种围岩缺少认识，容易造成较大超欠挖情况。三、岩性特点及注意事项该隧道岩层主要为砂岩或和岩夹泥岩，该岩石的主要爆破特点：爆破主要的作用原理是当炸药在炮孔中爆炸时，其能量是沿炮孔周圈迅速释放，在释放过程中，爆炸能在介质中传播往往是沿最小抵抗线方向或介质弱面处集中。当层理面处于拱腰及下台阶时，该部位炮孔最小抵抗线与层理面平行时，将减少爆破方量，可能顺层发生冲炮，容易留根底，造成该部位的欠挖，而隧道开挖严禁欠挖，因此还需要补炮处理，影响了工程的进度，又浪费了人力和物力；当层理面位于拱顶时最小抵抗线与层理面垂直时，将扩大爆破漏斗，造成拱顶两侧超挖，并使块度降低，这样又必须进行超挖处的喷混凝土处理，既增大了投入，又影响了进度。 因此当岩层层理明显时，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，以防影响爆破效果和卡钻；同时针对不均质岩体对爆破作用影响明显的情况，爆破参数要根据两种岩体的特性加以考虑，砂岩的周边眼间距比泥岩要稍小，装药量比泥岩要稍多，当层理位于起拱线至拱顶时，要减少该部位的装药量。四、爆破设计光面爆破是通过正确确定爆破参数和施工方法，使爆破后的围岩断面轮廓整齐，最大限度地减轻爆破对围岩的震动和破坏，尽可能维持围岩原有的完整性和稳定性的爆破技术。光面爆破的主要参数有：炮孔数目、最小抵抗线、炮孔密集系数、线装药密度、孔距和起爆顺序和起爆时差等。1、周边眼间距光面爆破周边眼间距比主爆孔小，它与炮孔直径、岩性和装药量等参数有关。孔距过大，难以爆出平整光面,且产生大块。孔距过小会增加凿岩费用,合理的孔距可按炮孔直选取，一般按以下经验公式确定：a=（1015）d2式中d2 为炮孔直径，取32mm；周边眼间距a取0.48m。2、周边眼密集系数密集系数过大，爆破后可能在光爆孔间留下岩埂，造成欠挖，达不到光面爆破效果，反之则可能出现超挖。由此可见，周边孔密集系数是光面爆破的一个重要参数。实践中多取0.50.8,即最小抵抗线大于孔距,具有小孔距、大抵抗线的特点。炮眼密集系数计算公式为： K=a/w=0.48/0.6=0.8式中：K-周边孔密集系数；a-周边孔间距,取a=0.48；W-光爆层厚度（周边孔最小抵抗线）,周边孔最小抵抗线W取0.6m。3、线装药密度线装药密度是指单位长度炮孔的装药量，又称装药集中度，用计算式为： Q1=qaW=0.75*0.48*0.6=0.216 式中 q-单位体积耗药量（kg/m3)；a-光爆炮眼间距（m）；w-光爆层厚度（m）。取q为0.75kg/m3,密集系数Ql=0.216kg/m,实际取Ql为0.21kg/m；4、炮孔装药结构 周边孔采用轴向空气间隔装药结构，如图3所示，在光爆炮眼深3.2m中安放3.5个药包（每个药包0.2kg）,用导爆索起爆，每个光爆炮眼用同一段毫秒雷管（13段）。要特别指出，炮眼堵塞长度不小于0.7m。5、光爆炮眼起爆间隔时间光爆炮眼与内圈炮眼起爆时间间隔为190ms,即内圈炮眼为11段，周边孔为13段。 全断面光面爆破炮眼药量分配表序号名称炮眼分类炮眼数雷管段数炮眼深度炮眼装药量每孔药卷量每孔装药量合计药量个段cm卷/孔Kg/孔Kg1全断面掏槽眼9127681.612.6210339771.41439538571.412.64扩槽眼22732061.226.45辅助眼23932061.227.66辅助眼411132061.249.27周边眼53133203.50.737.18底板眼141536081.622.49仰拱掘进眼6132071.48.410周边眼17334081.627.2合 计226252.9表2 级围岩光面爆破主要经济技术指标序号名称项 目单 位数 量1全断面开挖断面积m293.42预计每循环进尺m3.23每循环爆破石方m3298.94炮眼总数个2045钻孔总长度m7006雷管用量发2047炸药用量kg224.28比钻眼数个/m22.859比装药量kg/m30.75炮眼布置图级围岩开挖作业循环时间表序号作业名称作业时间1测量布眼及超前地质预报0.5小时2钻眼3.0小时3装药连线50分4爆破撤离20分5通风30分6清理撬挖45分7初喷砼1.5小时8装碴运输4.5小时9初期支护、复喷砼4.0小时合计15小时55分五、光面爆破质量技术措施1、钻爆设计应根据工程地质条件、开挖断面、开挖方法、掘进循环进尺、钻眼机具、爆破材料和出碴能力等因素综合考虑。2、爆破开挖一次进尺应根据围岩条件确定，开挖时应控制在3m左右，最大不能超过3.2m，开挖坚硬完整的围岩时应根据周边眼的外插角及允许超挖量确定。3、根据围岩特点合理选择周边眼间距及周边眼最小抵抗线。围岩软弱、破碎，周边眼间距取小值，E/W取小值。4、严格控制周边眼装药量，并使药量沿炮孔长度合理分布。周边眼宜用小直径药卷和低爆速炸药，可借助传爆线实现空气间隔装药。周边眼雷管应与内圈眼雷管跳段使用。5、周边炮眼与辅助炮眼的眼底应在同一垂直面上，保证开挖面平整，但掏槽炮眼应比辅助炮眼眼底深20cm。当开挖面凸凹较大时，应根据实际情况调整炮眼深度，并相应调整装药量。6、周边眼宜一次同时起爆，软弱围岩段或断层处必须对爆破震动加以控制时，可分段起爆。7、对内圈眼的爆破参数应严格控制，防止围岩过度龟裂。8、斜眼掏槽的炮眼方向，在岩层层理或节理发育时，不得与其平行，应呈一定角度，并尽量与其垂直。9、开挖断面底板两隅处，应合理布置辅助眼，适当增加药量和导向空眼，消除爆破死角。10、在地下水较多地段，所用爆破材料应能防水。11、开挖过程中应监测围岩爆破扰动深度以及爆破对围岩的影响，及时调整钻爆方案。六、光面爆破质量现场控制总结1、实行“定人、定位、定机、定质、定量”的五岗位责任制，分区按顺序钻孔。不钻残孔、不钻石缝、不钻软夹层、不钻破碎带的四不钻制度。2、严格控制周边眼间距及最小抵抗线厚度，并使周边眼尽可能打在轮廓线上。3、周边眼严格控制“准、直、平、齐”，利用长钻杆控制钻眼角度及错台。4、装药必须在技术人员的指导下由专人进行装药，并严格堵塞炮泥。5、工人在钻眼时，应及时将前方围岩的变化反馈给技术人员，以便技术人员及时调整炮眼间距及装药量。6、钻眼完成后，应按炮眼布置图进行检查并作好记录，有不符合要求的炮眼应重钻，经检查合格后才能装药爆破。7、装药前应将炮孔内泥浆、石屑吹洗干净。已装药的炮孔及时用炮泥堵塞，堵塞长度周边眼不小于20 cm，其它眼不小于30 cm。8、判断拱部钻进方向的上挑角度是否适中，可通过观察钻中岩浆外流的情况来确定，在钻眼用水量合适的情况下：1）如果岩浆顺钎杆直接流到岩机前落下时，说明上挑角度太大。2）如果岩浆顺钎杆流出10 cm左右落下时，说明上挑角度合适。3）如果岩浆一出孔口就流下时，说明上挑角度不足。9、为了真正做到“石变我变”，及时准确地修正钻爆设计和调整钻爆参数，并保证光爆设计的实施，确保光爆质量，确保隧道不坍塌，作如下规定：1)技术室必须在本钻爆循环装药前作光爆参数交底（包括周边眼间距、最小抵抗线、炮眼密集系数、周边眼装药集中度、二圈眼装药集中度、总装药量），与上一茬炮之变化也要注明，并对上一茬炮出现的问题进行注明。2 )领工员必须对自己值班范围的实际操作进行记录，包括：炮眼布置图，装药参数，钻眼速度、围岩自稳程度。并对值班范围光爆效果及进尺进行评定，此记录和掌子面的围岩情况将作为下一茬炮光爆参数调整的依据。3)光爆装药参数由工程部技术人员、领工员、队领班人员三人集体研究，最后由工程部确定下发，在装药前由领工员、队领班人员对工班进行集中布置并组织实施。光爆循环考核表光面爆破参数光面爆破效果周边眼间距E（cm）循环进尺（m）最小抵抗线W（cm）最大超挖量（cm）E值最大偏差（cm）最大欠挖量（cm）E/W平均超挖量（cm）W值最大偏差（cm）眼底偏离开挖轮廓线（cm）二圈眼E值最大偏差（cm）炮眼痕迹保存率（%）二圈眼