水平层状围岩光面爆破施工技术
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光面爆破技术在坚硬岩层中的实践应用光面爆破技术是指通过正确确定爆破参数,合理利用炸药能量将设计断面的轮廓爆崩出来,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扰动和破坏,尽可能地保持原岩的完整性和稳定性的爆破技术。
实施光面爆破的基本目的是减少超欠挖量,并尽可能的降低爆破对围岩的破坏。
由于岩石性质和爆破过程的复杂性,巷道超欠挖是不可避免的,如果光面爆破参数选择合理,且施工得当,减少巷道超欠挖是可行的。
因此,在巷道施工过程中衡量光面爆破效果的主要指标之一就是巷道的超欠挖量。
本文结合枣庄市金庄生建煤矿三北采区轨道巷具体工程实例对光面爆破技术在坚硬岩层中的实践应用进行研究和探讨,最终确定最优光面爆破参数,为巷道快速高质量掘进提供依据和指导。
2 掘进工作面概况三北采区轨道巷布置在矿井二水平新开拓区域,该工作面在细粒砂岩~砂质泥岩层中施工,岩层产状稳定,岩层变化较小,岩层倾角最小0°,最大8°,平均6°左右,细粒砂岩灰色、薄层状,细粒砂质结构,成分以石英为主,岩石普氏硬度10.38-15.84。
三北采区轨道巷开门穿岩层掘进,采用炮掘工艺施工,巷道断面形状为直墙半圆拱型,掘进宽度4200mm、高度3400mm,巷道采用锚网喷作为永久支护。
3 光面爆破技术3.1 影响光面爆破参数的选择光面爆破参数的选择主要与地质条件、围岩稳定性有关,其次和炸药的性能有关,三北采区轨道巷地质条件较为简单,围岩类别主要为I类,开挖断面积12.38m2,周边眼采用空气间隔装药,其他炮眼采用连续柱状装药。
严格控制周边眼装药量,采用合理的装药结构,尽可能的使炸药与炮眼深度均匀分布,这是实现光面爆破的重要条件。
3.2 光面爆破主要器材炸药:使用煤矿许用二级乳化炸药(安全等级为二级),Φ23m m、长230mm、每块重量0.2kg。
雷管:煤矿许用毫秒延期电雷管,电雷管编号。
起爆器材:使用*****A型发爆器。
探讨水平岩层隧道围岩稳定性及施工措施1、引言在公路隧道施工作业中,薄板状水平岩层是经常遇到的一种地质构造,在隧道开挖过程中,经常出现拱顶大面积平顶、落石、塌顶等现象,不但直接影响隧道的爆破效果,还会影响裸洞的围岩稳定性,增加初期支护喷射混凝土的使用量,导致施工成本不可控。
虽然光面爆破、预裂爆破等控制爆破技术日益成熟,且已成为山岭隧道开挖爆破的常规方法,但受钻爆人员技术水平参差不齐,以及施工管理水平高低等其他因素影响,在薄板状水平岩层公路隧道开挖施工时易造成拱顶落石、片帮、崩塌等现象,给施工安全带来极大的隐患和困难。
另外在薄板状水平岩层中,岩体通常都较为破碎,节理发育,粘着性差,完整程度不高,围岩稳定性较差。
由此,对薄板状水平岩层隧道围岩进行稳定性分析,预先考虑及采取防止围岩失稳垮塌的措施,对薄板状水平岩层隧道的安全施工以及成本控制等有着较大的积极意义。
2、工程概况瓦店子隧道在重庆万州区境内,隧道左线起讫桩号:ZK10+990~ZK14+246,长3256m;右线起讫桩号:K11+000~K14+280,长3280m,单线合计长度6536m。
瓦店子隧道进口前线路跨越长江,隧址区属丘陵地貌,隧道地表高程在260~575m之间。
洞身段属丘陵地貌区,高程575~347m,相对高差228m。
出口段位于槽谷山脊斜坡,高程265~320m,相对高差55m,斜坡坡度8~56°。
沿线地形起伏较大,属中低山地貌。
隧道位于万州区向斜近轴部,为单斜构造。
岩层产状340°∠4~8°,产状稳定构造简单。
穿越地层主要为侏罗系上统上遂宁组砂岩、泥岩,围岩岩性主要为泥岩、砂岩为主。
地层为水平岩层或近水平岩层,呈层状结构,层间结合力较差,地下水以基岩裂隙水为主,空间分布不均,整体水量较小。
3、薄板状水平岩层稳定性分析瓦店子隧道主要是以薄层~中厚层水平岩层或近水平岩层为主,岩层倾角较缓(4°~8°)。
光面爆破施工流程一、工艺原理炸药爆炸时,对岩体产生了两种效应:一是药卷爆炸瞬时高温高压气体形成的冲击波效应;二是爆炸气体膨胀做功所起的作用。
光面爆破是周边眼同时起爆,各炮眼的冲击波向其周围作径向传播,相邻炮眼的冲击相遇,则产生切向拉力,拉力的最大值发生在相邻炮眼中心连接线的中点上,当岩体的极限抗拉强度小于此拉力时,岩体便被拉裂,在炮眼中心连线上形成裂缝,随后,爆炸空气的膨胀进一步扩展,形成平整的爆破面。
光面爆破是通过选择爆破参数和合理的施工方法,达到爆破后壁面平整规则,轮廓线符合设计要求,同时减少对围岩扰动,保持围岩稳定的一种控制爆破技术。
二、工艺流程1、光面爆破工艺流程工艺流程见光面爆破工艺流程图。
光面爆破工艺流程图2、光面爆破工艺⑴爆破设计爆破设计的目的在于避免超欠挖和达到预期的循环进尺,并尽可能节省工料消耗。
爆破设计的内容包括炮眼(掏槽眼、辅助眼、周边眼)的布置、数目、深度和角度,爆破器材、装药量和装药结构,起爆方法和爆破顺序,钻眼机具和钻眼要求等。
⑵放样布眼周边眼应沿隧道开挖轮廓线布置,保证开挖断面符合设计要求。
辅助炮眼交错均匀布置在周边眼与掏槽眼之间,力求爆破出的石块块度适合装碴的需要。
钻眼前,测量人员用红铅油准确地绘出开挖断面的中线和轮廓线,标出炮眼位置,其误差不得超过5cm,并交付隧道队技术负责人。
⑶定位开眼按炮眼布置正确钻孔,掏槽眼和周边眼的钻孔精度要高,开眼误差控制在3cm和5cm 以内。
⑷钻眼司钻工要熟悉炮眼布置,要能熟练地操纵凿岩机械,特别是钻周边眼,一定要由有较丰富经验的老钻工司钻,以确保周边眼准确的外插角,尽可能使两茬炮交界处台阶小于15cm.同时,应根据眼口的位置、岩石的凹凸程度调整炮眼深度,以保证炮眼底在同一平面上。
周边眼与辅助眼的眼底在同一垂直面上,掏槽眼应加深10cm.炮眼的深度和角度应符合设计要求。
掏槽眼眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm;辅助眼眼口排拒、行距误差均不得大于10cm;周边眼眼口位置误差不得大于5cm,眼底不得超出开挖断面轮廓线15cm.⑸清孔装药前,必须用由钢筋弯制的炮钩和小直径高压风管输入高压风将炮眼内石屑刮出和吹净。
光面爆破施工技术要求1、光面爆破基本参数(1)光面爆破层厚度:即最小抵抗线的大小,一般为炮孔直径的10~20倍。
岩质软弱、裂隙发育者,眼距应小而抵抗线应大;坚硬、稳定的岩石上,眼距应大而抵抗线应小。
(2)孔距:一般为光面爆破层厚度的0.75~0.90倍,岩质软弱、裂隙发育者取小值。
(3)钻孔直径及装药不偶合系数可参照预裂爆破选用。
明挖工程钻孔直径为70~165mm;不偶合系数指炮孔半径与药卷半径的比值,为防止炮孔壁的破坏,该值一般取2~5。
(4)线装药密度一般按照松动爆破药量计算公式确定,预裂爆破的线装药密度一般为200~500g/m,为克服岩石对孔底的夹制作用,孔底段应加大线装药密度到2~5倍。
2、光面爆破技术要点:(1)根据围岩特点,合理选定周边眼的间距和最小抵抗线,尽最大努力提高钻眼质量。
(2)严格控制周边眼的装药量,尽可能将药量沿眼长均匀分布。
(3)周边眼宜使用小直径药卷和低猛度、低爆速的炸药,为满足装结构要求,可借助导爆索(传爆线)来实现空气间隔装药。
(4)采用毫秒微差有序起爆,要安排好开挖程序,使光面爆破具有良好的临空面。
(5)边孔直径小于等于50mm。
3、质量控制标准(1)开挖壁面岩石的完整性用岩壁上炮孔痕迹率来衡量,炮孔痕迹率也称半孔率,为开挖壁面上的炮孔痕迹总长与炮孔总长的百分比率。
对节理裂隙极发育的岩体,一般应使炮孔痕迹率达到10%~50%;节理裂隙中等发育者应达50%~80%;节理裂隙不发育者应达80%以上,且岩壁面不应有明显的爆生裂隙。
(2)围岩壁面不平整度(又称起伏差)的允许值为±15cm。
(3)在临空面上,预裂缝宽度一般不宜小于1cm。
实践表明,对软岩预裂缝宽度可达2cm以上,而且只有达到2cm以上时,才能起到有效的隔震作用;但对坚硬岩石,预裂缝宽度难以达到1cm。
东江工程的花岗岩预裂缝宽仅6mm,仍可起到有效隔震作用。
预裂缝的宽度标准与岩性及工程部位有关,应通过现场试验最终确定。
爆破施工方案1:隧洞开挖采取钻孔、光面爆破工艺,炸药采用二号岩石或二号抗水硝铵炸药。
导火索、8#工业雷管、导爆管、毫秒雷管组成爆破系统。
药卷采取Ф32和Ф25两种。
钻孔采用YT23(7655)或YT28型气腿式风动钻凿岩机。
2:钻爆设计钻爆设计内容包括以下各点:①炮眼:分为掏槽眼、辅助眼、周边眼、周边眼又分为顶眼、帮眼、底眼。
②炮眼的布置、数目、深度和角度、装药量和装药结构、起爆方法和爆破顺序等。
(3)、炮眼的布置总则:本工程根据围岩的类型,掏槽眼初选为桶形掏槽和楔形掏槽两种形式。
在今后再经过施工实践,根据爆破效果调整改进,定出符合具体情况的掏槽形式。
掏槽眼布置在断面中下部合适的位置。
辅助眼交错均匀地布置在周边眼和掏槽眼之间,眼深较掏槽眼浅150~200mm 并垂直于开挖面,力求爆破下的渣块大小适合装渣的要求。
辅助眼采用环行布置形式,抵抗线均应小于同一环行炮眼间距,常为炮眼间距的80~100%。
周边眼沿设计开挖轮廓线均匀的布置,深度与辅助眼的眼底在同一垂直面上,保证开挖面平整。
周边眼的布置原则是周边眼的间距为炮眼直径的8~18倍。
炮眼布置同时应遵循以下几点:a、炮眼方向在一个临空面的情况下最小抵抗线不与炮眼重合;b、炮眼垂直层理面;c、眼间距基本匀称的原则。
d、炮眼的数目炮眼数根据岩石强度、地质构造、自由面数、断面尺寸、炸药性质、炮眼布置、炮眼直径、炮眼深度等确定,经试验调整后决定。
初步确定炮眼数目可按下述方法进行:N=qs/γη式中:q---单位用药量S---坑道断面面积γ每米长度炸药的重量η---炮眼装药系数,一般为0.60--0.75(4)、炮眼深度和角度本工程结合投入的钻孔设备、隧洞的断面尺寸、围岩状况、进度要求等,结合经验初步选定掏槽眼炮眼深度为:Ⅱ、Ⅲ类围岩2.7M,Ⅳ类围岩为2.2M,Ⅴ类围岩1.8M。
辅助眼、周边眼深度较掏槽眼浅0.2M左右。
掏槽眼、辅助眼炮眼角度以垂直掌子面为主,周边眼布置在距开挖断面边缘0.2M左右处,眼底朝轮廓外方向稍稍倾斜,当穿过坚硬岩石时,眼底可达到或稍稍超出轮廓线位置,岩石中等坚硬时,眼底距轮廓线约0.1M左右,在松软岩体中可不倾斜。
维社隧道掌子面钻爆工法总结钻爆技术乃山岭隧道最核心技术,也是我们项目部应该重点学习和总结的隧道施工技术。
如果爆破控制得好,不但可以节省大量成本,而且能大大提高工程进度。
可以说一条山岭隧道能否在保证安全质量的前提下按时竣工及盈利,关键看爆破技术能否做的好。
不同的围岩状况对应有不同的钻爆施工方案,维社隧道基本属于水平层状分布且竖向节理大量发育的石灰岩围岩。
目前四个洞钻爆施工均采用光面爆破技术,通过观察,总结钻爆队施工的人力、设备、材料状况及爆破诸技术参数,希望今后在其他隧道特别是具有类似围岩地质状况的隧道施工中起到指导和借鉴作用。
一、人、机、料统计1 人力状况所用钻爆队分别来自四川(进口)、陕西(出口右洞)和湖北(出口左洞)三地。
钻爆手工作年限不一,最短2年,最长20年,经验与水平参差不齐。
初步感觉来自四川的钻爆施工队伍工作年限较长,打钻经验较丰富,业务水平较高。
打设一个上台阶掌子面需用人员12人,其中带班人员1名,负责运送炸药和区分毫秒雷管段别。
11名钻眼工人分布于掘进台架不同部位,如图1所示:拱顶站3人,其他8人两两分布于台架两侧的中层和下层。
图1 上台阶掌子面钻爆施工人员分布照片2 机械设备所采用打眼设备为风动凿岩机,如图2所示。
由于气腿和钻杆转动均是由风压提供动力,所以还需要空压机提供一定风压。
空压机生产能力(或供风能力)Q的计算:)(∑q K+q漏)k mQ=(1+K备=α∑L其中:q漏-----空压机备用系数,一般取75%~90%;K备∑q----风动机具所需风量,凿岩机为3.2~3.5m3/min;-----管路及附件的漏耗损失;q漏α-------每公里漏风量,平均为1.5~2 m3/min;L-------管路总长,km;K-------同时工作系数,见表1;k-----空压机所处海拔高度对空压机生产能力的影响系数,见表2;m表1 同时工作系数表2海拔高度影响系数km经过初步计算,掘进1km的掌子面满足11台风动凿岩机同时工作,要求空压机供风量为60 m3/min。
聚能水压爆破技术在水平岩层隧道施工中的应用超欠挖控制一直是影响隧道施工成本、工期的关键环节。
水平岩层是隧道工程施工经常遇到的一种地质构造,水平岩层的超欠挖控制相较于其他岩层更为复杂和困难,如果处理不好,隧道拱顶会出现大面积平顶、落石、冒顶等现象,造成大量超挖增加回填混凝土用量,还会影响围岩的稳定性,从而影响施工作业人员和机械安全,所以水平岩层的光面爆破超欠挖控制对于隧道施工意义重大。
通过研究新奥法施工的基本原理以及水平岩层对爆破的影响特点,在张吉怀铁路凤凰隧道使用了聚能水压爆破技术,取得了较好效果。
本文对此技术在水层岩层的光面爆破施工技术作一介绍。
2 工程概况凤凰隧道位于湖南省湘西州凤凰县沱江镇关岩层村境内,全长4375m,为时速350km单洞双线隧道,最大埋深约220m。
隧道分进口、横洞和出口3个工区平行组织施工。
隧道围岩为K1泥质粉砂岩,局部夹泥粉质砂岩,含砾砂岩,石英砂岩,红色,综红色,强风化~弱风化。
洞身弱风化层,粉砂岩,泥质胶结,中厚层状构,节理较发育,岩体较破碎,层厚1~3m。
岩层产状:100°~140°∠8°~25°。
岩层取样,实测饱和单轴抗压强度28MPa,属软软岩。
全隧地下水不發育,主要为基层裂隙水。
隧道最大开挖宽度14.7m,隧底至拱顶开挖高度12.38m,爆破开挖断面148.91m2。
其中进口工区采用全电脑三臂凿岩台车全断面法开挖施工,横同工区采用传人工钻眼爆破台阶法施工。
3 水平岩层变形破坏机理在薄水平岩层地段,爆破时岩体也极易沿着拱部某一层理面整体脱落,形成平如桌面的平顶现象。
此时隧道顶板呈悬露状态,顶板以梁(或板)的形式支撑着上覆岩体的重力作用,保持着应力场的平衡,此时覆岩的力学结构属于典型的梁(或板)式平街结构。
当此跨度达到岩梁的极限长度时,顶板在上部荷载的作用下,造成断裂、垮落破坏,顶板岩层在第一次断裂后,应力转移到两侧,使得上面的岩层又成为梁(或板)式平衡结构,其两侧分别位于隧道两侧悬臂岩层的上方。