光面爆破技术在隧洞开挖中的应用

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摘要:景洪水电站左岸下游渣场排水洞开挖施工,在Ⅲ类和Ⅳ类围岩洞段应用光面爆破技术,在岩层节理裂隙发育等不良地质条件下,减少了超挖,并确保了施工安全。

关键词:排水洞 围岩类别 光面爆破

一、概述

光面爆破在隧洞开挖中已经是一种成熟而且是常被应用的技术,它根据光面爆破的原理,对不同围岩类别,合理选用爆破参数,进行生产性爆破试验,在实践中进一步优化爆破参数,并取得较好的光面爆破效果。

景洪水电站左岸下游渣场是为该电站主体施工中堆放废渣而设置的,是电站前期辅标项目,其中排水洞则用于引排该渣场上游河道常年流水。隧洞全长797.78m,设计开挖断面积为25.08m2,隧洞通过的围岩类别有Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类三种,大部份洞段为Ⅴ类围岩,地质情况很差,而Ⅲ类和Ⅳ类围岩洞段亦节理裂隙发育,常遇不稳定块体。经过实践探索,本隧洞在Ⅲ类围岩和Ⅳ类围岩洞段应用光面爆破技术,Ⅴ类围岩洞段则采用反铲或人工开挖。

二、光面爆破基本原理及参数设计

2.1 基本原理

隧洞光面爆破,是通过对周边孔爆破参数的合理选择和试验优化,而使爆破后留下半边炮孔,岩层沿着炮孔连线爆落,洞壁较为平整,减少超挖,并把爆破时对围岩破坏降至最小程度。其主要制约因素为周边孔线装药密度P、周边孔间距E和最小抵抗线W,其中周边孔密集系数K=E/W,K值范围在0.6≤K≤0.9,通常取K=0.8左右,相同条件下,K值越小,岩体越能较精确地沿炮孔连线裂开,但钻孔工作量大,如不增大钻孔量,则是增大W值,但又会受到装药量制约而产生冲炮情况,K值过大时,各炮孔只能独立起作用,造成两炮孔之间洞壁欠挖,如再增大装药量,则加剧围岩破坏,造成炮孔附近周围洞壁超挖,使洞壁成形情况恶化。因而,合理地选择爆破参数是光面爆破能否成功的关键。

2.2 光面爆破参数设计

参数设计依据《水工建筑物地下工程施工技术规范》(DL/T5099-1999)对隧洞光面爆破参数的要求进行选择,通过生产性爆破试验后,取得优化参数,见下表:

三、全断面炮孔布置

本设计综合了隧洞工程地质情况、开挖断面的大小,每班生产能力,围岩稳定情况等因素,对Ⅲ类、Ⅳ类围岩,分别作出炮孔布置设计。

3.1 Ⅲ类围岩炮孔布置

设计孔深为3.0m,掏槽空孔的孔径为ф52mm,周边孔的孔径为ф42mm,其余孔的孔径为ф32mm,其中掏槽空孔1个,掏槽孔10个(楔形掏槽),辅助孔26个,底孔5个,周边光面爆破孔22个,总计炮孔64个,掏槽空孔比其它炮孔长20cm。

装药结构:全断面使用乳化炸药爆破,其中掏槽孔、辅助孔连续装药;周边光爆孔间隔装药,导爆索连结,以竹片扎紧,加工成药串。周边光爆孔药卷直径为ф25mm,起爆药卷直径为ф32mm,其余炮孔药卷直径也为ф32mm。

起爆网络:各炮孔采用非电毫秒雷管微差顺序起爆,分1、3、5、7、9共五段,反向起爆,一次性并联集束,由火雷管引爆各段炮孔。

炮孔堵塞:所有炮孔均用普通粘土堵塞,堵塞长度30～35cm。

3.2 Ⅳ类围岩炮孔布置

设计孔深为2.5m,周边孔的孔径为ф42mm,其余孔的孔径为ф32mm,其中掏槽孔6个(楔形掏槽),辅助孔25个,底孔4个,周边光面爆破孔29个,总计炮孔64个。

装药结构:全断面使用乳化炸药爆破,其中掏槽孔、辅助孔连续装药;周边光爆孔间隔装药,导爆索连结,以竹片扎紧,加工成药串。周边光爆孔药卷直径为ф25mm,起爆药卷直径为ф32mm,其余炮孔药卷直径也为ф32mm。

起爆网络:各炮孔采用非电毫秒雷管微差顺序起爆,分1、3、5、7共四段,反向起爆,一次性并联集束,由火雷管引爆各段炮孔。

炮孔堵塞:所有炮孔均用普通粘土堵塞,堵塞长度30～35cm。

3.3 炮孔布置图

见图1和图2:

四、光面爆破工艺技术要求及施工注意事项

(1)任一周边孔装药量所引起的爆破裂隙伸入到岩体的破坏带不应超过周边孔爆破产生的破坏带,因而光面爆破孔应尽量采用低爆速炸药,并严格控制其装药量。

(2)周边孔的装药不偶合系数一定要达到≥1.5的要求。

(3)由于周边孔装药量小,必须采用导爆索实行间隔不偶合装药,因而周边孔药串必须精心加工,绑扎牢固。

(4)每循环开挖必须测定隧洞中线、腰线及开挖轮廓线,周边孔必须沿轮廓线开孔,控制孔位偏差不大于5cm。

(5)周边孔为3%孔深的倾斜角度向外放射,孔底误差范围≤10cm,每米炮孔长度误差范围≤5cm,并应保证炮孔平行度。

(6)各炮孔必须用炮泥堵塞,堵塞长度≮30cm,并紧靠药卷。

(7)做好爆破原始记录和爆破效果分析记录,检查原因,不断完善。

作者简介:

张士勇,1977年3月生,汉族,湖北人,工程师