摘 要:本文介绍了传统的爆破技术的新发展,又简介了目前比较新颖的爆破技术,通过应用在瓦斯隧道掘进工程中、隧道断层破碎带、特大断面隧道、繁华城区浅埋大断面隧道减震爆破等具体特定领域的爆破技术的概述,浅析爆破新技术的发展状况,最后,又简单概述当今推动隧道控制爆破技术中起主要作用的“数字化”的应用。
关键词:控制爆破;新技术;数字化;隧道
一、瓦斯隧道爆破新技术
针对无法进行含瓦斯隧道的全断面掘进的问题,我们在隧道掘进爆破过程中,应用短毫秒间隔爆破技术,实现了隧道的全断面爆破掘进,解决了瓦斯隧道爆破中起爆延期时间与全断面掘进的矛盾。这是瓦斯隧道爆破技术的一种新尝试。1、短毫秒间隔爆破作用机理:在掌子面的某个区域同时起爆多个彼此平行且垂直于掘进掌子面的炮眼,利用柱状药包在岩石中的爆炸应力波相互叠加作用,使该区域内的岩石破碎、抛出,形成槽腔,而其周围的炮眼以短毫秒间隔爆破,在爆生气体的挤压作用下,岩石被破碎、抛出。2、工程试验:由于隧道断面尺寸较大,如果全断面的炮孔同时爆破,势必造成单响药量过大,冲击波、振动、飞石等爆破危害加大,为此进行短毫秒间隔爆破试验。在掌子面选择合适的区域,由该区域内的炮孔同时爆破形成槽腔,为周围炮孔的爆破提供临空面,实现隧道的全断面掘进。具体工程实例:华蓥山隧道掘进爆破。(1)此工程试验过程中采用5段电雷管延期起爆整个断面的炮孔,爆破延迟时间为(105±15)ms,不仅减少了全断面掘进爆破的雷管使用段数,而且实现了130ms内隧道的全断面掘进爆破。(2)试验中同时爆破区域的比例深度K’=0.2、孔深L=2.8m、孔网参数为(14～18)F,其余炮孔按常规掘进爆破设计。试验结果证明,爆破参数选择是合理的,炮孔利用率达到93.6%。
二、隧道断层破碎带控制爆破新技术
断层破碎带的爆破除采用常规的缩短循环进尺,控制装要量外,关键是合理设计周边部位的钻眼,装药参数及装药结构,保证良好的成型,尽可能避免对隧道围岩的扰动破坏作用。即尽可能维护隧道轮廓线以外围岩的原始状态,除要求良好的成型外,还要求爆破产生的地震动强度最小。其次还应采取适宜的掏槽形式,钻爆参数及起爆顺序,减轻地震动控制爆破技术。
三、减震爆破新技术
1、爆破参数选择:爆破参数的确定采用理论计算法、工程类比法与现场试爆相结合,在保证爆破震动速度符合安全规定的前提下,提高隧道开挖成型质量和施工进度。按规定炮眼间距E=(8～12)d(d为炮眼直径);抵抗线:W=(1.0～1.5)E。为降低爆破地震动强度,循环进尺根据开挖部位不同来确定,掘进炮眼深度根据循环进尺来确定。当炮眼直径在35～42mm的范围内时,抵抗线(W)与炮眼深度有如下关系式:W=(15～25)d或W=(0.3～0.6)dL,在坚硬难爆的岩体中或炮眼较深时,应取较小的系数,反之则取较大的系数。2、单眼装药量的计算:炮眼的装药量可按下列公式计算:q=k*a*w*L*λ(kg),式中:q―单眼装药量(kg);k―炸药单耗(kg/m3);a―炮眼间距(m);w―炮眼爆破方向的抵抗线(m);L―炮眼深度(m);λ―炮眼部位系数。3、装药连线:因雷管段数较少、炮眼较多,单段装药量受爆破震速要求的限制较小,因此,采用雷管分段控制和孔外微差爆破相结合的方法,以减少单段起爆药量和起爆次数。4、爆破安全验算:Qm=K/R3(Vkp/K′)3/α;式中:Qm―――最大一段允许用药量(kg);Vkp―震动安全速度(cm/s);R―爆源中心到震速控制点的距离(m);K―与爆破技术、地震波传播途经介质的性质有关的系数,取160(试验测定值);α―爆破震动衰减系数,取1.8(试验测定值);K′―在爆破施工实践中的爆破震动衰减修正系数(表2),相关于不同的减震措施及爆破临空面的数量。5、爆破监测:(1)爆破震动监测。爆破震动监测主要采用由振动测试仪、拾振器、计算机、打印机等组成的震动测试系统,量测过程由计算机自动进行控制。(2)围岩松动圈监测。为了监测爆破对临近岩柱的影响,采用雷达对爆破后的断面进行连续探测,以形成CT剖面,监测围岩松动圈的变化,分析爆破震动对该段岩柱的影响。工程实例:临江门车站隧道的减震爆破施工。炮眼利用率的高低与爆破设计、施工均有直接关系。在此工程爆破设计中,由于掏槽眼增加了减震孔、周边眼增加了导向孔,采取隔孔装药方式,同时施工中严格控制炮眼深度、炮眼角度,提高炮眼堵塞质量,从而对提高炮眼利用率起到了良好的作用。掏槽眼的炮眼利用率达95%以上;由于扩槽眼、掘进眼的间距、抵抗线设计合理,钻眼偏差小,炮眼利用率均在92%以上。
四、特大断面隧道开挖技术
为提高施工速度,降低成本,经过方案类比、论证,特大断面隧道宜采用了正台阶弧形导坑法6步成巷。工程实例:北京鹰山特大断面隧道开挖。北京鹰山特大断面隧道开挖实践证明,在施工中时刻贯彻“超前锚,短进尺,弱爆破,强支护,勤量测,快封闭”的18字施工原则,抓好各工序的衔接,正台阶弧形导坑法6步成巷技术在特浅埋三线隧道中应用是成功的。不但确保了安全生产,还缩短工期。
五、数字技术对隧道控制爆破新技术的推动
目前,我们可以已在隧道施工过程中实现新的数字技术突破,通过使用地质雷达、红外线探水等一系列数字设备,研制出弱爆破技术,实现了在居民密集区“静悄悄”施工的目的。针对隧道施工常遇到的诸如安全平稳地穿过居民密集区、穿过河底、穿过高速公路等“下穿”难关,隧道应按信息化施工,进行信息化反馈设计和动态管理,做到及时反馈、及时修正,确保施工安全和质量。
目前隧道控制爆破技术应用越来越广泛,我们也不断开始新的尝试,但技术的发展相对滞后于施工需求,还有许多问题有待探讨。希望我们的施工人员,研究人员,以及从事这方面教学的教师不断探索研究,不断完善隧道控制爆破技术,推动这一领域更快更好地发展,更好地为我国现代化建设服务。
参考文献:
[1]邓志勇,刘慧.《瓦斯隧道掘进爆破新技术探讨》
[2]薛新广.《彭水隧道控制爆破技术及经济分析》
[3]唐果良.《繁华城区浅埋大断面隧道减震爆破技术》
关键词:控制爆破;新技术;数字化;隧道
一、瓦斯隧道爆破新技术
针对无法进行含瓦斯隧道的全断面掘进的问题,我们在隧道掘进爆破过程中,应用短毫秒间隔爆破技术,实现了隧道的全断面爆破掘进,解决了瓦斯隧道爆破中起爆延期时间与全断面掘进的矛盾。这是瓦斯隧道爆破技术的一种新尝试。1、短毫秒间隔爆破作用机理:在掌子面的某个区域同时起爆多个彼此平行且垂直于掘进掌子面的炮眼,利用柱状药包在岩石中的爆炸应力波相互叠加作用,使该区域内的岩石破碎、抛出,形成槽腔,而其周围的炮眼以短毫秒间隔爆破,在爆生气体的挤压作用下,岩石被破碎、抛出。2、工程试验:由于隧道断面尺寸较大,如果全断面的炮孔同时爆破,势必造成单响药量过大,冲击波、振动、飞石等爆破危害加大,为此进行短毫秒间隔爆破试验。在掌子面选择合适的区域,由该区域内的炮孔同时爆破形成槽腔,为周围炮孔的爆破提供临空面,实现隧道的全断面掘进。具体工程实例:华蓥山隧道掘进爆破。(1)此工程试验过程中采用5段电雷管延期起爆整个断面的炮孔,爆破延迟时间为(105±15)ms,不仅减少了全断面掘进爆破的雷管使用段数,而且实现了130ms内隧道的全断面掘进爆破。(2)试验中同时爆破区域的比例深度K’=0.2、孔深L=2.8m、孔网参数为(14～18)F,其余炮孔按常规掘进爆破设计。试验结果证明,爆破参数选择是合理的,炮孔利用率达到93.6%。
二、隧道断层破碎带控制爆破新技术
断层破碎带的爆破除采用常规的缩短循环进尺,控制装要量外,关键是合理设计周边部位的钻眼,装药参数及装药结构,保证良好的成型,尽可能避免对隧道围岩的扰动破坏作用。即尽可能维护隧道轮廓线以外围岩的原始状态,除要求良好的成型外,还要求爆破产生的地震动强度最小。其次还应采取适宜的掏槽形式,钻爆参数及起爆顺序,减轻地震动控制爆破技术。
三、减震爆破新技术
1、爆破参数选择:爆破参数的确定采用理论计算法、工程类比法与现场试爆相结合,在保证爆破震动速度符合安全规定的前提下,提高隧道开挖成型质量和施工进度。按规定炮眼间距E=(8～12)d(d为炮眼直径);抵抗线:W=(1.0～1.5)E。为降低爆破地震动强度,循环进尺根据开挖部位不同来确定,掘进炮眼深度根据循环进尺来确定。当炮眼直径在35～42mm的范围内时,抵抗线(W)与炮眼深度有如下关系式:W=(15～25)d或W=(0.3～0.6)dL,在坚硬难爆的岩体中或炮眼较深时,应取较小的系数,反之则取较大的系数。2、单眼装药量的计算:炮眼的装药量可按下列公式计算:q=k*a*w*L*λ(kg),式中:q―单眼装药量(kg);k―炸药单耗(kg/m3);a―炮眼间距(m);w―炮眼爆破方向的抵抗线(m);L―炮眼深度(m);λ―炮眼部位系数。3、装药连线:因雷管段数较少、炮眼较多,单段装药量受爆破震速要求的限制较小,因此,采用雷管分段控制和孔外微差爆破相结合的方法,以减少单段起爆药量和起爆次数。4、爆破安全验算:Qm=K/R3(Vkp/K′)3/α;式中:Qm―――最大一段允许用药量(kg);Vkp―震动安全速度(cm/s);R―爆源中心到震速控制点的距离(m);K―与爆破技术、地震波传播途经介质的性质有关的系数,取160(试验测定值);α―爆破震动衰减系数,取1.8(试验测定值);K′―在爆破施工实践中的爆破震动衰减修正系数(表2),相关于不同的减震措施及爆破临空面的数量。5、爆破监测:(1)爆破震动监测。爆破震动监测主要采用由振动测试仪、拾振器、计算机、打印机等组成的震动测试系统,量测过程由计算机自动进行控制。(2)围岩松动圈监测。为了监测爆破对临近岩柱的影响,采用雷达对爆破后的断面进行连续探测,以形成CT剖面,监测围岩松动圈的变化,分析爆破震动对该段岩柱的影响。工程实例:临江门车站隧道的减震爆破施工。炮眼利用率的高低与爆破设计、施工均有直接关系。在此工程爆破设计中,由于掏槽眼增加了减震孔、周边眼增加了导向孔,采取隔孔装药方式,同时施工中严格控制炮眼深度、炮眼角度,提高炮眼堵塞质量,从而对提高炮眼利用率起到了良好的作用。掏槽眼的炮眼利用率达95%以上;由于扩槽眼、掘进眼的间距、抵抗线设计合理,钻眼偏差小,炮眼利用率均在92%以上。
四、特大断面隧道开挖技术
为提高施工速度,降低成本,经过方案类比、论证,特大断面隧道宜采用了正台阶弧形导坑法6步成巷。工程实例:北京鹰山特大断面隧道开挖。北京鹰山特大断面隧道开挖实践证明,在施工中时刻贯彻“超前锚,短进尺,弱爆破,强支护,勤量测,快封闭”的18字施工原则,抓好各工序的衔接,正台阶弧形导坑法6步成巷技术在特浅埋三线隧道中应用是成功的。不但确保了安全生产,还缩短工期。
五、数字技术对隧道控制爆破新技术的推动
目前,我们可以已在隧道施工过程中实现新的数字技术突破,通过使用地质雷达、红外线探水等一系列数字设备,研制出弱爆破技术,实现了在居民密集区“静悄悄”施工的目的。针对隧道施工常遇到的诸如安全平稳地穿过居民密集区、穿过河底、穿过高速公路等“下穿”难关,隧道应按信息化施工,进行信息化反馈设计和动态管理,做到及时反馈、及时修正,确保施工安全和质量。
目前隧道控制爆破技术应用越来越广泛,我们也不断开始新的尝试,但技术的发展相对滞后于施工需求,还有许多问题有待探讨。希望我们的施工人员,研究人员,以及从事这方面教学的教师不断探索研究,不断完善隧道控制爆破技术,推动这一领域更快更好地发展,更好地为我国现代化建设服务。
参考文献:
[1]邓志勇,刘慧.《瓦斯隧道掘进爆破新技术探讨》
[2]薛新广.《彭水隧道控制爆破技术及经济分析》
[3]唐果良.《繁华城区浅埋大断面隧道减震爆破技术》
