行业要闻

 

摘 要:以青岛地铁为工程背景，通过改变掏槽方式及周边眼装药结构形式，对比分析原有方案和现存方案，结果表明当采用新的爆破方案时，周边眼半眼痕率明显提高，光爆效果明显改善; 掌子面上方爆破振速降低 36%。同时满足爆破振速和光爆效果成为创新点。

关键词:地铁; 光面爆破; 方案设计; 效果

 

      试验区间隧道设计里程为 YK23 + 132． 896—YK24 + 127． 000，全长 1 002． 898 m，全线采用暗挖法施工。沿线埋深平均在 20 m 左右，场区内基岩以粗粒花岗岩为主，煌斑岩、花岗斑岩呈脉状穿插其间。区间断面为马蹄形断面，高 6． 3 m，宽 6． 2 m，其中上台阶高 3． 2 m。开挖方法有台阶法、全断面施工法。本文以台阶法为例，寻求合理进尺情况下，保证周边成型和振速要求的爆破方案。

 

      光面爆破是先爆除主体开挖部位的岩体，然后再起爆布置在设计轮廓线上的周边孔药包，将光爆层炸除，形成一个平整的开挖面。通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，最后达到爆后壁面平整规则、轮廓线符合设计要求的一种控制爆破技术，目的是使爆破后留下的围岩形状规整，具有光滑表面^［1］。光面爆破对围岩的扰动范围小，可有效地减少应力集中所引起的塌方现象，有利于围岩稳定，是目前隧道施工中保证周边轮廓、控制超欠挖的主要爆破方法。尤其在不良地质段，光面爆破技术可以改善作业环境，便于喷锚作业，降低喷射混凝土回弹率，从而大大节约工程成本^［2］。关于光面爆破的成缝机理，国内外学者做了大量研究，如光面、预裂爆破成缝原理^［3］，光面爆破和预裂爆破破裂机理的研究等^［4］。归纳起来，有三种较有代表性: ( 1) 应力波波峰干涉; ( 2) 爆炸气体高压静力作用; ( 3) 应力波和爆炸气体的综合作用^［5］。

 

      周边眼间距可按公式( 1) 计算^［6］:

       ………………………………( 1)

      由公式( 1) 可知，光面爆破炮眼间距 E 与岩石的抗压强度和抗拉强度的比值 K_i及炮眼直径成正比。一般情况下: K_i= 10 ～ 16 ，从而得出 E = 10 ～ 16d 。现场采用的炮眼直径 d =42 mm。现场实践证明，周边眼间距E 控制在 400 mm 时效果能够满足要求。当岩性相对较好时，两边眼间距可适当增加到 500 mm，在裂隙、节理发育或层里明显的岩石中，眼距应严格控制。

      周边眼间距 E 和最小抵抗线 W 的比值称为密集系数 K。试验表明一般情况下，K =0． 8 ～1． 0，经过现场分析 K 取 0．8。按公式( 2) 计算:

      ………………………………………( 2)

      代入数值得出: = 500 mm。

      周边眼装药量随着岩性的不同选择不同，为避免围岩产生裂缝，必须严格控制周边眼的装药量。一般不宜超过以下数值: 软岩( f =2 ～3) 100 ～150 g/m; 中硬岩( f =4 ～6) 150 ～200 g/m; 硬岩( f =8 ～10) 200 ～250 g / m。青岛地铁沿线需要特殊控制的地段较多，例如框架结构、砖混结构等，故循环进尺应该根据现场的实际情况而定。本文以循环进尺 1． 5 m 为例，确定周边眼装药量为 300 g。

      掏槽眼对爆破循环进尺影响较大，同时掏槽效果的好坏也会影响到周边成型。由于岩石的夹制作用较大，原有掏槽方式引起的爆破振动较大，见图 1。采用新型复式楔形掏槽，见图 2。其原理是: 第一层掏槽承担一小部分岩体爆破，形成临空面减少岩石的夹制作用，再第二层掏槽爆破，逐渐扩大掏腔。经过此改变，掏槽效果得到了提高，同时掌子面上方爆破振速也得到了相应的降低。

      原方案周边眼采用径向不耦合装药，炸药直径为32 mm，炮孔直径为 42 mm，不耦合系数为 1． 31。采用集中装药孔底方向起爆时，现场发现孔底会超挖，孔口会欠挖的现象。当周边眼采用分段装药，用导爆索连接时，半眼痕率显著提高，周边成型效果有明显改善。炮孔全部采用泡泥堵塞，堵塞长度不小于 20 cm。两种装药结构见图 3。

      新方案和原方案相比，炮眼布置整体没有变化，只是改变了掏槽方式和周边眼装药结构，除掏槽眼药量发生变化外，其他炮眼药量保持不变，炸药单耗由1．3 kg/m³降低到1．26 kg/m³。具体爆破参数见表1 和表2。

      城市地铁光面爆破施工既要求光爆效果，同时也要满足振速要求。本文对前后两种方案进行对比分析，得出采用新方案时，掌子面上方爆破振速为2． 08 cm / s，较原方案 3． 25 cm / s 有明显降低。 同时，新方案的光爆效果较原方案也有一定提高，新方案爆破后周边成型规整，半眼痕率较高，超欠挖现象得到了改善。

 

      ( 1) 通过改变掏槽方式，掌子面上方爆破振速由3． 25 cm / s 降低至 2． 08 cm / s，降低  36% ; ( 2) 通过周边眼装药结构的调整，超欠挖现象得到了改善，半眼痕率明显提高，光爆效果较好; ( 3) 两种爆破方案整体单耗分别为1．3 kg/m³和1．26 kg/m³，变化不大，现场实际施工过程中根据岩性的变化可做适当调整，以满足实际要求。

 

［1］ 王文龙． 钻眼爆破［M］． 北京: 煤炭工业出版社，1984．

［2］ 潘明亮，段宝福． 大断面隧道光面爆破技术的改进与应用［J］． 有色金属( 矿山部分) ． 2011，63( 2) : 69 －71．

［3］ 钱叶甫． 光面预裂爆破成缝原理［J］． 重庆大学学报，1994，17( 1) : 126 － 130．

［4］ 凌伟明． 光面爆破和预裂爆破破裂机理的研究［J］．1990，19( 4) : 79 － 85．

［5］ 李彬峰，潘国斌． 光面爆破和预裂爆破参数研究［J］．爆破，1998，15( 2) :14 －16．

［6］ 周建军，隧道光面爆破技术研究［J］． 科学之友，2011( 4) :62 －63．