優化隧道光面爆破參數 減小洞碴粒徑

李勇軍

1 工程概況

2 隧道光面爆破施工情況

光面爆破參數及爆破效果見表1,炮眼布置圖見圖1,周邊眼裝藥結構示意圖見圖2。

表1 中條山隧道光面爆破參數及爆破效果

中條山隧道大部分洞碴將用于隧道洞口的路基填筑,洞碴粒徑的大小決定著洞碴能否直接作為路基填筑的合格填料。根據路基試驗段總結,粒徑不大于40 cm的洞碴可以直接作為路基93區的填料(路基試驗段總結:路基93區填料松鋪70 cm,壓實61 cm,三層一重夯,夯擊能1 000 kN·m)。在現有爆破參數的情況下,50%以上的洞碴不能直接作為路基填筑的合格填料。為使大量洞碴能直接作為路基填筑的合格填料,優化爆破參數是很有必要的。

聞垣高速公路中條山隧道為上下行分開的兩座雙車道隧道,左隧道長3 310 m,右隧道長3 175 m,總長6 485 m。左隧道Ⅲ級圍巖占60.1%,右隧道Ⅲ級圍巖占60.9%。

3 減小洞碴粒徑的重要性

1)可縮短收碴時間。2)可縮短裝碴時間。3)能提高每車的裝載量,節約出碴成本,且運輸過程和卸碴時的安全性更高。4)能使大量洞碴可直接作為路基填筑的合格填料。

4 目標要求

在保證既有光面爆破效果的前提下,優化光面爆破參數使85%以上的洞碴粒徑不大于40 cm,同時縮短每循環出碴時間30 min以上。

5 理論分析

隧道光面爆破采用微差控制爆破技術,其原理簡述如下:通過毫秒雷管爆破的時間差,掏槽眼先爆破為掘進眼提供爆破臨空面,掘進眼再爆破為外圈眼提供爆破臨空面,最后外圈眼爆破為周邊眼提供爆破臨空面。裝藥集中度(q),最小抵抗線(W)直接影響周邊巖石的爆落效果;“輪廓圓順”主要與周邊眼間距(E),相對距離(a=E/W)和最小抵抗線(W)有關;半孔率主要與不耦合系數(D=d炮眼/d炸藥)和裝藥方式有關;洞碴塊度主要與單位用藥量(Q)和炮眼密度(m)有關。因此,要想在保證既有光面爆破效果的前提下減小洞碴粒徑,主要是調整單位用藥量(Q)與炮眼密度(m)。但是它們又和其他參數之間是相互聯系的,只有這些參數整體和圍巖地質、炸藥特性及開挖斷面尺寸等處在某一正確的范圍內,才能達到較理想的效果。

通過與現場施工負責人研究,決定從單位用藥量(Q)與炮眼密度(m)方面入手,其他參數暫時不變,單位用藥量(Q)由1.03 kg/m3調整為1.1 kg/m3,掘進眼垂直距離由90 cm調整為80 cm,橫向增加一排掘進眼。

6 第1次試驗爆破總結

表2 第1次試驗爆破情況統計

通過5次試爆,光面爆破效果、掘進進尺基本未有變化,洞碴粒徑大于40 cm的有所減少,但爆堆長有所增加,出碴時間未變。對爆破參數調整前后的爆堆情況及洞碴塊度進行了統計,見表2。

從表2可以看出,未達到預期目標需要再次進行爆破參數的調整。需調整的原因分析及解決辦法見表3。

表3 問題原因分析及解決辦法

表4 炮眼參數及爆破效果表

7 第2次試驗爆破總結

再次通過試爆,在保證了光面爆破效果的前提下,發現洞碴粒徑及爆堆長都有較大的改善,洞碴粒徑不大于40 cm的達到了85%以上,爆堆高6 m～6.5 m,爆堆長達到了15 m左右,出碴時間縮短約30 min。再經過多次原因分析及爆破參數調整,最終達到了預訂目標要求。此時的各項參數見表4。

8 結語

1)通過不斷試驗,在保證既有光面爆破效果的前提下,優化光面爆破參數減小洞碴粒徑是可行的、有效的。

2)不同的圍巖地質條件、炸藥特性及開挖斷面尺寸,爆破參數是不同的。只有及時觀察圍巖地質情況的變化,采取有針對性的方法,是可以得到理想的爆破效果的。

3)技術人員必須對現場的每個環節充分了解,才能準確找出原因,制定有效的解決辦法。

[1] 劉正維,張儒林.隧道爆破現代技術[M].北京:中國鐵道出版社,1995.

[2] JTJ 042-94,公路隧道施工技術規范[S].

[3] JTG D70-2004,公路隧道設計規范[S].