浅谈隧道光面爆破施工方法

岩土工程　浅谈隧道光面爆破施工方法　薛向龙戴亚平　江苏交通工程咨询监理有限公司　江苏南京２１０００４　【摘要】光面爆破在现代隧道施工中最为常见，也最为实用。光面爆破一般采用毫秒时差预裂爆破，其效果既　减少了对围岩的扰动，又减少破坏围岩自身的稳定性，还有效的控制围岩的超欠挖。　【关键词】光面爆破；隧道施工；方法　中图分类号：Ｕ４　５　５　１．工法特点及适用范围　（１）工艺简单，便于操作，投入的机械设备少。（２）　可根据预留光爆层的爆破情况调整光爆参数，爆破效果好，　文献标识号：ｎ　文章编号：２　３０６—１４９９（２０１　３）Ｏ卜０１２Ｏ一３　道、公路隧道、弓１水洞等。　（７）本工法适用于采用钻孔台车　或简易钻孔平台的全断面开挖法。　２．施工工艺　２．１基本原理　药包爆炸时产生高温高压气体作用于岩体，使岩体产生　作业效率高，炸药单耗小，经济效益显著。　（３）根据不同的　围岩类别，施工方法转换灵活机动，对隧道施工的适用范围广。　（４）对围岩的扰动小，施工安全可靠。（５）起爆网路简单，　易于掌握。　（６）适用于ＩＩＩ类以上围岩类别的单、双线铁路隧　破坏，这种高温极大瞬间静压力加之松散膨胀力迫使被破坏　岩体向自由面冲出，自由面瞬间出现鼓包。紧接着就可看到　严重不均的多孔层，合同中建议的混凝土灌注桩难以成桩，　如果采用混凝土灌注桩必须要加钢套管，套管施工后拔除困　难，同时增加施工周期和费用，而且当地在这种地质条件下　也没有使用灌注桩的经验。混凝土预制桩和闭口钢管桩等挤　密桩的施工对珊瑚砂（岩）地基的结构产生严重影响，并将　应力传递到填充的粘土材料，引起粘土材料固结，使地面和　大小按照土壤承载力和桩的承载力曲线，分别采用２８米及　１８米长的钢管桩基础，比地质资料中建议的桩长共减少１７４０　米，节约材料及施工费用约１１７万。　３．４钢管桩连接设计　钢管桩的连接在国内外手册中多采用内切环加衬板连接　方式，内切环的加工和焊接都比较复杂，无论是内切环还是　桩顶产生较大下沉，打桩时影响附近已建设施结构及基础的　桩管少微有变形，就难于安装，而且现场无法加工，必须要　安全，因此也不宜采用挤密桩。综合考虑地质条件、施工等　各种情况选择了钢管桩（与工字钢桩比较：Ｈ型钢桩其刚度　不如钢管桩，且两个方向的刚度不一，很容易在刚度小的方　向发生失稳），钢管桩运输方便，对珊瑚岩（砂）地基的穿　到工厂专门加工。经分析这种内切环主要是在钢桩连接时起　导向和焊缝垫板作用，由于该项目中对钢桩桩体的承载力要　求不高，只要焊接达到满焊，强度就不会有问题。因此，钢　管桩的连接我们用４根直径２２　１ＩⅡｎ长３００　ｍｉｌ的内切钢筋代替　了内切环加衬板连接方式，见图，减少了６７０多个内切环和　２６８０块垫板的加工焊接，节约了施工时间和费用。　透性强，施工快捷容易，因此，确定采用钢管桩。　３．桩基设计　３．１钢管桩直径确定　确定采用钢管桩后，首先要确定桩径，地质资料中提供　了３种直径的钢管桩供选择。在选择桩径时，除考虑竖向抗压、　抗拉承载力外，还要考虑水平承载力。通常，桩上部周围土　层对桩的侧向承载力起控制作用，在珊瑚砂层中，约为１０倍　桩径的深度起主要作用。因此，对桩径分别为５０８，７６０，　９１０的桩是５米，７．５米和９米。该场区顶部有４米左右的硬　土层，下部松散和软弱的土层对桩的水平承载力影响较小，　因此选用直径为５０８ｒａｍ。　３．２钢管桩壁厚确定　根据ＡＰＩＲＰ　２Ａ规定，钢管桩最小壁厚应不小于下式计算　结果：ｔ＝Ｏ．２５＋Ｄ／１００（单位为英寸）　因此，桩径为５０８ｍｍ（２０英寸）时，钢管桩最小壁厚为：　ｔ＝Ｏ．２５＋２０／ｉ００＝０．４５”＝１１．４３ｍｍ　亘　钢管桩连接详图　４．结论　桩基施工完成后，对钢管桩进行了高应变检测，钢桩簿　弱部位没有出现在接桩处，证实桩的连接是成功的。现在，　印尼气体处理厂已建成投用几年，经过多次地震和大风的考　验，建筑结构使用正常，各建（构）筑物没有出现变形、沉　考虑钢管产品规格及打桩时的冲击荷载作用，取壁厚为　１２．７ｍｍ（１／２英寸）。　３，３钢管桩长确定　・　降等影响使用的问题；　参考资料　［１］ＪＴＪ２５４—９８－一一港口用桩基规范　［２］ＡＳＴＭ　Ａ２５２　ｇｒａｄｅ　２一…Ｓｔｅｅｌ　Ｐｉｐｅ　Ｐｉｌｅ　根据地质资料提供钢管桩竖向及水平允许承载力曲线，　确定单桩承载力，结合上部结构传到基础的荷载，对承载力　和沉降要求较高的压缩机、火炬塔、脱碳塔及联合平台等基础，　采用３６米长的桩，对于其它设备和结构基础，根据作用荷载　囤　岩土工程　大量破碎物脱离原母体向外抛出；同时爆炸又产生爆炸波并　衰减成冲击波到自由面就产生反射应力拉伸波，使岩体进一　步得到破坏。部分冲击波衰减为声波传波远处。这就是我们　从远处掩体所看到的破坏现象和基本原理。　２．２光爆作业的工艺参数设计　２．２．１确定中导洞的断面尺寸　式中：Ｅ——炮眼问距，ｃｍ；ｗ＿一最小抵抗线，ｃｍ。但　也可根据岩石的情况，中导洞临空面的情况适当减小。　光面爆破炮眼装填系数的计算：　Ｅ・Ｗ．［Ｔ］＋［ｏ。］‘Ｅ’Ｌ　＝　ｆ［６　ｅ］・ｄｋ＋［６　ｅ］・Ｅ）・Ｌ　式中：　——光面爆破炮眼装填系数；［　］——岩石抗　剪强度，Ｐａ；［６　ｅ］——岩石抗拉强度，Ｐａ，Ｌ——炮眼深度，　ｃ／ｎ；其它代号说明同前。　光面爆破单孔装药量的计算：　根据所施工隧道的地质条件、采用的施工设备、隧道的　开挖轮廓尺寸等综合确定导洞的断面尺寸，主要是能满足所　采用的机械设备施工。　２．２．２中导洞与光面爆破掌子面的距离确定　隧道的断面不同，采用的施工设备不同，导洞掌子面与　光面爆破作业面的距离也就不一样。这个距离主要是满足导　洞与光面爆破作业面同时作业时双方不受影响，减少两者之　间的干扰，提高作业效率，保证施工安全。通常采用钻孔台　架打眼时，两工作面距离控制在ｌ２～１７ｍ为宜，采用钻孔台　车施工时，通常控制在２５～３０ｍ为宜。　３．爆破设计　根据隧道施工方法爆破设计分两部分，即导洞爆破设计　和全断面预留光面层光面爆破设计。　３．１导洞爆破设计　根据选定的导洞断面大小和不同的钻孔机具，可采用常　规的爆破方法来开挖导洞，关键足控制好爆破进尺同时注意　降低炸药消耗，其中增大爆破进尺的关键是选择好合适的掏　槽方式。根据围岩类别和不同的导洞断面，可选择如下掏槽　形式。　①复式楔形掏槽：这种掏槽形式是在浅眼楔形掏槽的基　础上，进行双级甚至三级的掏槽，只要钻眼精确（达到深度，　保证角度），按设计装药，一般均能得到良好的效果，且适　用于不同围岩类别的中深眼隧道爆破。②螺旋形掏槽：可根　据石质的软硬分别布置两到三个空眼，以作为ｌ号炮眼爆破　的临空面，起爆的顺序从１号眼开始，而后２号、３号、４号　螺旋形进行，装药量为炮眼深度的９０％左右。这种掏槽形式　只要设计合理，较易形成槽腔，且掏槽爆破振动效应较小。　③菱形掏槽：这是直眼掏槽中常用的一种掏槽形式，中间设　两空眼，其它炮眼对称布置。ｌ、２号炮眼爆完后形成一个菱　形槽腔，装药量取其炮眼深度的９０％左右，一般均能取得满　意的效果。④大直径中空直眼掏槽：当采用钻孔台车进行作　业时，为提高作业效率，通常采用这种掏槽形式。可根据钻　孔深度，岩石的软硬程度分别选用一到三个中空孔的型式。　３．２光爆层爆破设计　光爆层的光爆设计，主要内容有：周边眼的间距Ｅ、炮　眼密集系数ｍ、最小抵抗线ｗ、炮眼装填系数　、装药集中度ｑ、　装药结构、起爆方式等。设计方法可采用经验法和理论计算　方法，通常两者相结合。　光面爆破周边眼间距：Ｅ　５４．２９７６ｋｐ・ｄｉ　式中：ｋｐ——岩石抗破坏屈服系数，ｄｉ——炸药直径，　Ｃｍ　ｏ　表１岩石抗破坏屈服系数　●‘＇　ｆ值　４～６　８　ｌ０　１２　ｌ　ｋ　０．５６　０．５３　Ｏ．５１　０．４８　光面爆破周边眼间距与抵抗线的关系：理论和实践均　证明光面爆破眼间距与最小抵抗线之比取０．８为好，即Ｅ／　Ｗ＝Ｏ．８这样得到：Ｗ＝Ｉ．２５Ｅ　；ＱＫ＝＝　兀・ｄｉ２・　．Ｌ．ｐ。ｌ　式中　ＱＫ——单孔装药量，ｇ；ｐ　Ｏ一炸药的密度，ｇ／　ｃｍ３；根据实践经验，通常采取的光爆参数如下表所示：　表２光爆参数选取经验参考表　开挖跨　炮Ｈ　间距　最小抵抗　装药集中度ｑ　辑｝对　离Ｅ／Ｗ　度　Ｅ（ｃｍ）　线ｗ（Ｃｌ１ｆ）　（ｋｇ／ｍ）　软　或较　＜６ｍ　４０～５０　５５～７５　０　６５～０　７５　０　ｌ～（】＿１５　破碎的中　硬岩　＞６ｍ　５０￣６０　７０～８５　０　６～Ｏ　７３　０　０８～０　ｌ５　接体性较　＜６ｍ　６０～６５　７０～８０　０　８～０　８５　０　ｌ５～０　２６　好的中硬　岩～硬岩　＞６ｍ　６５　８０～８５　０　７５～０　８１　０　１３～０　２３　３．３周边眼装药结构　要取得理想的光爆效果，选择合理的光爆结构非常重要，　通常采取两种形式的装药结构。①间隔装药：根据设计的装　药集中度，把该孔应消耗的炸药量均匀等间距地装入炮孔，　用导爆索引爆。②连续不偶合装药：根据设计的要求，把炸　药加工成光爆小药卷。不偶合系数控制在１．６～２．０范围内　进行连续装药，毫秒雷管反向起爆，或用导爆索起爆，也可　达到理想的爆破效果。　３．４起爆网路　导洞和光爆层分别连接成独立起爆网路，起爆时，可独　立起爆，也可同时起爆，先进行光爆层网络的爆破，再起爆　导洞。　３．５注意事项　预留光面层光面爆破注意事项如：①掏槽眼：深度、角　度按照设计施工，眼口间距和眼底间距误差不大于５ｃｍ。②　辅助眼：深度、角度按照设计施工，眼口排距、行距误差不　得大于ｌＯｃｍ。⑧周边眼：开眼位置在设计断面轮廓线上，允　许沿轮廓线调整，其误差不得大于５ｃｍ，炮眼方向以３％～５％　的斜率外插，但眼底一般不得超出开挖断面轮廓线ｌＯｃｍ，最　大不得超过１５ｃｍ。④内圈眼至周边眼的抵抗线误差不得大于　５ｃｍ，炮眼深度大于２．５ｍ时，内圈眼与周边眼应采用相同的　斜率钻眼。⑤当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼　深度（相应调整装药量），力求所有炮眼（除掏槽眼外）眼　底在同一垂直面。⑥装药前应将炮眼泥浆、石粉吹洗干净，　所有的装药炮眼均应堵塞炮泥，堵塞长度不小于２０ｃｍ。⑦在　地下水较大地段，所用爆破材料应能防水或采取防水措施。　２　０１　３年　月０ｉ　　ｌ２０　　３年黟８总第期Ｌ　囤　二Ｊ　岩土工程　隧道贯通施工技术研究　王豪　路桥华南工程有限公司　湖南韶山４１１　３００　【摘要】本文根据新建沪昆铁路客运专线长昆湖南段ＩＩ标一分部唐家冲隧道施工实际情况，分析隧道贯通施工　技术，总结施工经验和注意事项，为同类型工程施工提供参考。　【关键词】唐家冲隧道；贯通；施工技术　中图分类号：Ｕ４　５　５　文献标识号：Ａ　文章编号：２　３０６－１４９９（２Ｏ１　３）Ｏ卜０１２２—２　（１）洞外控制网引起的横向贯通误差　１．工程简介　新建长沙至昆明客运专线湖南段ＣＫＴＪ—ＩＩ标段第一项目　分部，线路起始于铁甲湾特大桥昆台尾ＤＫ５５＋０６８．７５处，止　于寨子岗隧道进口ＤＫ７４＋３７３．Ｏ０处，途经湘潭县、宁乡县、　韶山市、湘乡市，本分部线路全长１９．３０４Ｋｍ。　唐家冲隧道位于韶山市龙洞镇城前村与建时村交接的低　山，隧道进口里程ＤＫ６８＋９０７，出口里程ＤＫ６９＋８４２，隧道全长　９３５ｍ，最大埋深１２４．６５ｍ。　ｍ　＝±√（ｍ　＋ｍ　＋ｍ　２）　＝±Ｊ（≯∑　＋（　）。∑　＋（等）　∑印（　。∑《　ｍｙｐ、式中：　ｍ　、ＩＴＩｙ　为测角、量边和洞口两　隧道进口ＤＫ６８＋９０７至ＤＫ６９＋２５１．６２段位于直线上，　端起始边方位角误差所引起的横向贯通误差；　ｍ８　为地面导线的测角中误差，以秒计；　ＤＫ６９＋２５１．６２至出口ＤＫ６９＋８４２段位于半径为９０００ｍ的左偏曲　线上；隧道内纵坡为１．６２％单面上坡。　２．隧道贯通方案　一ｍ／　为导线边长的相对中误差；　ｌ　２．１贯通面的选择及贯通误差估算　根据唐家冲隧道进出口里程和施工情况，拟定ＤＫ６９＋１４０　为贯通面。　２．１．１洞夕ｌ、控制；９ｌ０量　唐家冲隧道全长９３５米，进口与出口进行三等ＧＰＳ平面　及二等水准刚联测。洞内采用四等支导线平面控制网和二等　高程控制网。　洞外三等ＧＰＳ控制点联测，形成大地四边形控　制网形，共六个控制点。高程控制网采用二等水准测量进行　联测。　２．１．２洞内控制：贝０量　和：　∑　为各导线点至贯通面的垂直距离的平方和；　７＿６；　为各导线边在贯通面上投影长度平方的总　／／／。　、ａ。：为洞口两端起始方位角误差；　为洞口两端点到贯通面的垂直距离。　１　２　隧道进口洞内控制网采用控制点ＣＰＩＩｌ１０５、ＣＰＩＩ１１０４引　入洞内，出口采用控制点ＣＰＩ１０１０６、ＣＰ１０３ＩＡ引入洞内，目　前隧道进口洞内布设１个控制点、隧道出口洞内布设３个控　隧道测角、量边和洞口两端起始方位角误差如下：　采用徕卡ＴＣＲＰ　１２０１＋全站仪测量三个测回的测角中误差　制点，采用四等支导线平面控制网，平均边长１５０～２５０ｍ和　二等水准高程控制。　２．１．３横向贯通误差估计　卢：√１／３　（２）洞内导线测量误差引起的横向贯通误差　⑧周边眼以一次同时起爆为宜。　表３　质量问题　原因分析　１光面层薄；　锯块埘ｋ　１加大周边眼间距；　４．爆破质量问题的分析与解决方法　４．１分析光面爆破质量问题的重要性　残眼少的　２周边眼孔装药密度过大　超欠挖　度过火　２减少周边眼装药密度：　装药密度　（１）光面爆破是控制隧道开挖过程中出现超欠挖的有效　方法，因此减少或消除光面爆破过程中的质量问题是提高开　３内圈眼孔距离边眼近或装药密　３增大内圈眼与周边眼间距或减少　挖质量，控制施工成本的根本手段。　（２）光面爆破质量问题　中有些问题影响施工安全，有些影响施工质量或施工进度，　需要进行细致的研究和分析，找出问题的种类和原因，以有　５．结论　光面爆破是通过控制爆破的作用范围和方向，使爆破后　的岩面光滑平整，防止岩面开裂，以减少超、欠挖和支护的　工程量，增加岩壁的稳定性，减弱爆破振动对围岩的扰动，　针对性解决和消除存在的问题。　（３）光面爆破效果的好坏，　直接影响后续工序的施工。喷锚支护、防水结构、二次混凝　进而达到控制岩体开挖轮廓的一种技术。同时光面爆破参数、　土的质量受光面爆破施工质量影响很大。　施工方法选用不当，往往无法达到理想的爆破效果。所以光　面爆破参数的运用直接影响一个工程的工程实体质量和经济　效益。　４．２光面爆破质量问题的解决方法　质量问题及解决方法，见下表：　图　建筑界Ｂ２０１　３年总第８ＵＩＬ期２ＤＩＮ０Ｇ１　３ＷＯ年０ＲＬ１Ｄ月