光面爆破技術(shù)在隧洞開挖中的應(yīng)用主要是通過正確的施工方法與科學(xué)的爆破參數(shù),使爆后壁面達到平整規(guī)則,并且輪廓線符合洞室開挖的設(shè)計要求[1]。相比于傳統(tǒng)爆破技術(shù)而言,光面爆破技術(shù)最大的優(yōu)勢就是對周邊眼炸藥的爆破,并且有效降低對圍巖的擾動作用,從而大大提高了施工的安全性與圍巖的穩(wěn)定性。光面爆破雖然機理復(fù)雜,理論方面也相對不夠成熟,然而在定性分析方面已經(jīng)有了共識。
一、某水電站隧洞工程概述
該水電站引水隧洞的總長度為3441.6m,在引水隧洞的左岸部分為有壓隧洞,該隧洞開挖自Y0+500.00至Y2+037.60,總開挖長度為1475.2m,開挖洞面類型為馬蹄形(頂拱半徑3.5m,側(cè)墻半徑4.3~4.4m)。
該水電站引水隧洞沿線上覆的巖體厚度通暢都大于60m,厚度最大可達220m,洞身大部分位于新鮮的巖體中。由于上覆巖體厚度不大,一般都在30~40m,還有些洞段位于強風化地帶的下段部位,從而導(dǎo)致洞身圍巖總體的穩(wěn)定行并不是很好。由于IV類圍巖需要考慮鉆爆后可能出現(xiàn)的頂拱安全隱患,因而循環(huán)進尺通?？刂圃?.3~2.5m。而II、III類圍巖的整體性較好,因而循環(huán)進尺通?？刂圃?.8~3.0m。其次,由于引水隧洞襯砌洞段開挖的總長度為1475.2m,且隧洞端面本身尺寸不大,因而可以采用一次全斷面爆破支護方案,并用手風鉆進行洞挖鉆采工作。爆破工作完成后需要人工除險,采用ZL50裝載機出渣,并用裝載量為8t的自卸車進行運輸。
二、光面爆破技術(shù)的應(yīng)用與方案制定
2.1 火工品選擇。依據(jù)本次爆破工程的充填系數(shù)與成孔直徑,采用乳化炸藥進行爆破,炸藥卷的規(guī)格為半徑16mm,單節(jié)炸藥重量為0.2kg。采用導(dǎo)爆索作為光面爆破導(dǎo)報材料、非電毫秒微差塑料導(dǎo)爆管作為起爆材料,將雷管段數(shù)控制在5~20段。
2.2 鉆孔設(shè)備選擇。根據(jù)隧洞端面的具體尺寸,選擇手風鉆鉆孔作為作業(yè)鉆孔,單工作面需要配置6把型號為YT28的氣腿式手風鉆。
2.3 炸藥單耗確定。根據(jù)改水電站引水隧洞圍巖的主要特性,同時考慮到作業(yè)人員所能承受的工作強度,進行最終的爆破設(shè)計?？梢詤⒄掌渌麌鷰r特性相似的隧洞施工經(jīng)驗,II類、III類圍巖炸藥單耗在0.75~1.00kg/m3,IV類圍巖在0.65~0.75kg/m3,斷面越大所用炸藥單耗越小[2]。
2.4 鉆爆設(shè)計。依據(jù)引水隧洞鉆具性能與圍巖的特性,選擇四空孔十字形、平行直孔掏槽方式,眼孔的深度至少比輔助眼孔多0.2m。
輔助眼與掏槽眼鉆爆設(shè)計方面,單孔裝藥量的計算方式為
Qd=η?r?h
上述式中,Qd表示單孔裝藥量,其單位為kg;η表示炮眼裝藥系數(shù),主要與巖石堅硬的程度相關(guān)[3]。本次爆破工程中的η值取0.8;r表示每米炸藥的重量,主要依據(jù)炸藥選擇的種類進行確定,單位為kg/m;h表示孔深,單位為m。至于掏槽眼,則應(yīng)當在單孔裝藥量計算出來的基礎(chǔ)上再增加10%,同時所有輔助眼與掏槽眼都采用連續(xù)裝藥。
在設(shè)計光面爆破參數(shù)時,由于該水電站引水隧洞洞徑很小,加上圍巖性質(zhì)也比較特殊,依據(jù)工程類比法進行計算,并且參照其他具有相似圍巖特性的隧洞類型進行爆破參數(shù)的初步選定,并與現(xiàn)場實驗的實際結(jié)果進行結(jié)合,最終確定爆破的參數(shù)值以及制定出科學(xué)的施工方法。該水電站引水隧洞的擬定的光面爆破參數(shù)見表1。其中,α表示插入角,D表示孔徑的大小,d表示炸藥卷直徑大小,Dd代表不耦合系數(shù),E表示的是周邊眼間距,W表示最小周邊眼抵抗線,E/W表示相對距,ρ表示周邊眼線的裝藥密度。
2.5 鉆孔作業(yè)。制定鉆孔方案時,應(yīng)采用一次全斷面爆破技術(shù),同時將操作平臺搭設(shè)在臺車上作為鉆孔平臺,鉆孔作業(yè)時將其時移至工作面上,光面爆破時則將其運到工作面以外的地方;布置孔眼時,需要對隧洞開挖輪廓線及中線進行測量,并依據(jù)設(shè)計圖用油漆畫出;連接起爆網(wǎng)路時,為了使周邊孔能在同一時間起爆,應(yīng)當使孔外、孔內(nèi)導(dǎo)爆索串聯(lián),使同段雷管在一起爆破;爆破孔的起爆依據(jù)不同段別的非電微差
雷管起爆,通過接力網(wǎng)路、并聯(lián)網(wǎng)路作為孔外網(wǎng)路[4]。
2.6 洞挖支護工程。IV圍巖的支護工程主要依據(jù)地質(zhì)特性采用鋼拱架支護,由于圍巖相對比較破碎,爆破工作完成之后不僅要在第一時間將危巖清理干凈,還要即刻進行開挖工作面的錨桿混凝土噴射、鋼拱架等臨時固定處理[5];II、III類圍巖由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好,支護形式建議采用系統(tǒng)錨桿與掛鋼筋網(wǎng)噴混凝土方案,同時為了防止爆破工作對支護造成的影響,通?？蓽笳谱用?5m以上。
三、結(jié)束語
光面爆破技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)隧洞開挖工作中有著十分重要的作用,只有在優(yōu)化爆破參數(shù)的基礎(chǔ)上采用科學(xué)的施工方案,才能取得較好的爆破效果。除此之外,還要對不良地質(zhì)地段進行特殊的施工,從而使整個隧洞開挖爆破工作更加合理、完善。
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