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      衢寧鐵路塔石嶺隧道控制爆破施工技術(shù)

      2018-08-31 11:44:36王允有曲景麗
      中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2018年17期
      關(guān)鍵詞:單段裝藥量炮眼

      王允有 曲景麗

      (中交隧道局衢寧鐵路浙江段Ⅲ標項目經(jīng)理部,北京 100020)

      0 前言

      近年來,我國交通工程建設(shè)蓬勃發(fā)展,高速鐵路、高速公路、城市地鐵等重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中,受地形地質(zhì)條件制約,特別是節(jié)約土地資源,通常會出現(xiàn)臨近隧道施工的情況。新建隧道施工對既有隧道結(jié)構(gòu)安全的影響,主要表現(xiàn)在爆破震動影響和開挖引起圍巖應(yīng)力重新分布。為確保既有隧道的安全,進行控制爆破至關(guān)重要。

      1 工程概況

      新建衢寧鐵路塔石嶺隧道位于浙江省麗水市境內(nèi),單線鐵路,設(shè)計速度160km/h,全長3672m,隧道最大埋深244m。隧道出口位于半徑2500m的圓曲線上,隧道內(nèi)設(shè)置“人”字坡,進口至變坡點段為5.1‰的單面上坡,長2508m;變坡點至出口段為5.1‰的單面下坡,長1164m。

      2 地質(zhì)情況

      隧區(qū)為剝蝕丘陵區(qū),丘坡自然坡度約 20°~45°,植被茂密,以喬木及灌木為主。丘坡表層為 Q el+dl 粉質(zhì)黏土,褐黃色,層厚約 1m~3m;下伏基巖主要為侏羅系上統(tǒng)上段(J3d2)流紋質(zhì)含角礫玻屑凝灰?guī)r,強-弱風(fēng)化,強風(fēng)化層呈黃褐色,厚度 15m~27m,其下為弱風(fēng)化層,巖體破碎節(jié)理裂隙發(fā)育。地下水主要為基巖裂隙水。

      3 交叉情況

      衢寧鐵路塔石嶺隧道與麗龍高速塔石嶺隧道線路夾角為60°,最小凈距33m。交叉處地表標高約480m,新建隧道標高約298m,隧道埋深182m。

      4 爆破技術(shù)

      4.1 爆破開挖方案及技術(shù)要求

      要求爆破產(chǎn)生的震動不能對既有隧道襯砌產(chǎn)生破壞效應(yīng)。同時要求爆破飛石必須控制在安全范圍內(nèi),確保人員和設(shè)備安全。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》規(guī)定,對交通隧道的最大允許振動速度應(yīng)小于10cm/s。結(jié)合實際情況,麗龍高速塔石嶺隧道已運營多年,并考慮到多次爆破可能造成累積損傷,控制震動速度值小于5cm/s。從震動安全角度考慮,結(jié)合既有隧道襯砌的實際狀況,采用臺階法分區(qū)掘進、淺眼多循環(huán)、微差控制爆破、減少單段最大裝藥量、不耦合裝藥、中間預(yù)留空孔楔形掏槽控制爆破方案。

      4.2 主要鉆孔設(shè)備及爆破器材選取

      鉆孔采用YT-28氣腿式鑿巖機、φ42mm的鉆頭鉆孔。對于爆破器材,要求炸藥采用乳化炸藥;同時要求雷管采用延時非電毫秒雷管,塑料導(dǎo)爆管起爆。

      4.3 爆破技術(shù)設(shè)計

      4.3.1 跨麗龍高速塔石嶺隧道爆破技術(shù)設(shè)計

      當開挖到距離麗龍高速塔石嶺隧道上方一側(cè)35m處時,為保證既有隧道安全,就開始控制爆破。開挖部位距離既有隧道正上方大于35m時,全斷面法開挖,進尺3m,單段藥量最大值控制在30千克。對于開挖部位距離既有隧道正上方15m~35m時,上下臺階法開挖,進尺3m,單段藥量最大值控制在12kg。開挖部位距離既有隧道正上方小于15m時,上下臺階法開挖,進尺1.2m,單段藥量最大值控制在5kg,采用中間預(yù)留空孔的楔形掏槽技術(shù)。洞內(nèi)鄰近既有隧道的一側(cè)周邊孔,每兩個裝藥孔之間設(shè)一空孔,作為減震導(dǎo)向孔,空孔與光爆孔的間距為22.5cm。

      4.3.2 爆破基本參數(shù)

      (1)炮眼深度。為避免單段炸藥量過大而造成強烈的地震效應(yīng),炮孔深度取0.6m、1.2m及3m,掏槽孔超深0.2m。

      (2)炮眼間距。周邊眼距E取(10~16)Dcm;周邊眼間距抵抗比E/W一般為0.6~1.2。其他孔孔距a一般為8D~25D。

      (3)炸藥單耗q=1.4×(f/s)1/2。

      式中,q為炸藥單耗(kg/m3),f為巖石普式系數(shù);s為開挖斷面積。按式計算得q=0.58kg~0.95kg/m3,取q=0.9kg/m3。

      (4)炮眼數(shù)量。

      其中:開挖面積S=56.3m2,炸藥單位耗藥量q=0.9kg/m3,裝藥系數(shù)α=0.31,Ф32乳化炸藥每米重量γ=1。

      (5)每一循環(huán)裝藥量Q的計算及炮眼裝藥量的分配使用乳化炸藥,藥卷直徑為32mm,長度為150mm,每卷藥卷為0.15kg。以開挖進尺1.2m計算。Q=qV; q=0.9kg/m3;V=56.3×1.2=67.5m3;Q=0.9×67.5=60.75kg

      各個炮眼的裝藥量分配如下:折合總計60.75/0.15=405卷。各種炮眼的裝藥系數(shù):掏槽眼為0.42,掘進眼為0.4,周邊眼為0.35,根據(jù)這個系數(shù)分配每個炮眼的裝填藥卷數(shù),周邊眼裝藥集中度q=0.21kg/m。

      (6)起爆網(wǎng)路。起爆方式采用非電起爆系統(tǒng)。微差時間用1~19段非電毫秒雷管控制,起爆順序為:掏槽眼→輔助眼→周邊眼→底板眼。輔助眼應(yīng)由里向外逐層起爆。

      4.3.3 掏槽形式的確定

      “有無進尺看掏槽”,隧道爆破開挖的關(guān)鍵是掏槽,掏槽成功與否直接影響爆破效果,且掏槽的深度亦直接影響隧道掘進的循環(huán)進尺。根據(jù)本隧道的地質(zhì)條件、開挖方法以及機械設(shè)備和工人的技術(shù)水平,決定采用設(shè)置中空大減震孔的楔形掏槽。為減少掏槽孔爆破震動對既有隧道的影響,將掏槽孔的位置布置在離既有隧道較遠的上臺階內(nèi)。

      4.3.4 最大單段裝藥量

      以既有隧道至爆破中心的距離為安全控制半徑,以質(zhì)點震速限值小于5cm/s為控制標準,反算各開挖部分允許的最大單段裝藥量。炮孔按淺、密原則布置,控制單孔藥量,使一次爆破的藥量均勻地分布在被爆巖體中,同時采用毫秒雷管進行微差爆破,以減小爆破震動強度。

      V=K(Q1/3max/R)α

      式中:R為震源中心距建筑物的距離(m);Q為最大單段裝藥量(kg);V為地震波振動速度(cm/s;K、a為與爆破地點至計算保護對象間的地質(zhì)地形有關(guān)的系數(shù)和衰減系數(shù)。以爆破允許震動速度小于5cm/s,不同爆心距下的最大允許單段裝藥量:全斷面開挖進尺3m,最大單段裝藥量124.7kg;上下臺階開挖進尺0.6m,最大單段裝藥量5.9kg。

      4.3.5 鉆爆設(shè)計

      以II級圍巖Va型襯砌,開挖進尺0.6m,臺階法開挖為例進行鉆爆設(shè)計,炮孔布置均勻設(shè)計。各炮孔的裝藥量分配為,掏槽眼單孔裝藥量:0.3kg/孔;掘進眼單孔裝藥量:0.225kg/孔,內(nèi)圈眼單孔裝藥量:0.225kg/孔,周邊眼單孔裝藥量:0.135kg/孔,底板眼單孔裝藥量:0.135kg/孔。

      5 施工控制效果

      施工過程中采用DSVM_4C振動測試儀、891-Ⅱ型拾振器,在既有麗龍隧道內(nèi)與交叉處兩側(cè)沿既有隧道縱向分別選取3個測點,每個測點間距為25m。在既有麗龍隧道內(nèi)布設(shè)表面應(yīng)力監(jiān)測點,每個斷面拱頂、左右邊墻3個點。每個上跨段上跨前后30m布設(shè)3個斷面。布設(shè)表面應(yīng)力監(jiān)測點進行爆破應(yīng)力、振動監(jiān)測,爆破震動速度值小于5cm/s。新建隧道爆破施工后,通過檢測機構(gòu)專人對既有隧道內(nèi)觀察,未發(fā)現(xiàn)墻壁有松動情況,墻壁無滲漏水點,墻壁上無新增裂紋或裂縫。全站儀進行拱頂下沉,周邊收斂監(jiān)控量測數(shù)據(jù)監(jiān)測,通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析,新建隧道爆破未對既有隧道產(chǎn)生安全影響,滿足既有隧道的設(shè)計安全要求。

      結(jié)語

      新建隧道跨越既有隧道控制爆破是一項爆破施工技術(shù),根據(jù)不同爆心距,以不同的最大單段裝藥量,有效控制震動速度。結(jié)合隧道施工監(jiān)測分析,調(diào)整設(shè)計爆破方案,修正爆破設(shè)計參數(shù),有效保證隧道結(jié)構(gòu)安全。分區(qū)開挖、分段起爆,先爆破遠離既有隧道的區(qū)域,為爆破區(qū)域形成新的臨空面,確保既有隧道的安全。在靠近隧道側(cè)的各個周邊孔之間設(shè)置空孔作為減震孔,具有明顯的減震作用。

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