水平成层隧道施工超欠挖控制及爆破参数优化

水平成层隧道施工超欠挖控制及爆破参数优化水平成层隧道施工超欠挖控制及爆破参数优化摘要为了研究水平岩层当中隧道光面爆破的效果,以太古高速西山隧道工程(右线)为依托项目,采用了施工现场调查和现场爆破漏斗试验的方法,对水平成层围岩中隧道超挖、欠挖的原因进行了深入分析,进而对爆破的设计参数进行了优化。最后采用缩小周边眼间距、降低周边眼装药量,采用间隔装药结构的同时又对钻爆施工过程采用了强化管理、优化工序的措施,最终达到了理想的光面爆破效果,证明了所采用手段有效地控制了光爆超欠挖的不利现象,加快了施工进度,提高了施工的安全性,降低了工程造价。关键词水平岩层光面爆破超欠挖控制参数优化中图分类号U451,U455;文献标识码:A1引言在我国目前的隧道施工过程中,开挖工序通常采用光面爆破的方法,该法虽然在破岩效率与断面控制上有诸多优点,但却又受到诸多因素的制约,尤其是地质条件和施工精度管理方面。因围岩本身存在有大量的裂隙、节理、夹层,加之部分地区存在有大量的水平层状围岩,如本文所述吕梁山脉石千峰北缘地区。其水平方向节理十分发育,极易导致拱部成层坍塌掉块,再加上施工管理不到位,易导致光爆过程中超欠挖现象严重,给隧道工程的建设带来了极大困难。本文通过太原至古交高速公路的西山隧道右线施工现场调查,现场又采用爆破漏斗试验手段,对水平层状围岩条件下隧道钻爆法施工的超欠挖控制技术进行了深入研究分析,制订了相应的控制手段;采用了工程经验法对爆破参数进行了多次计算,最终对光面爆破参数进行了多方面的调整与优化,在加快施工进度、降低工程造价的同时亦有效保证了隧道支护结构的安全与稳定。2依托工程爆破现场调查2.1工程概况西山特长公路隧道工程是我国第二长公路隧道,位于吕梁山脉石千峰北缘区域。该区构造上位于吕梁-太行断层的中西部,太原断陷盆地西侧,山体多由石炭系、二叠系砂岩、页岩和第四系新黄土组成,隧道右线所经处多为石灰岩夹白云质灰岩与泥灰岩互层,中厚层状,水平或接近水平分布[1]。隧道右线长13.580km(YK1+010~YK14+590),采用+0.4%(10930m)、-0.715%(2640m)的人字坡,隧道底板最大埋深445.85m,距左线最大间距55m。隧道穿越采空区,施工中极有可能发生突水、涌水现象。同时由于隧道长度大,辅助导坑的设置方式、快速施工以及隧道施工通风、运营通风和防灾难度都非常大。隧道采用复合式衬砌,隧道开挖半径为6.13m,采用全断面开挖法施工。隧道支护参数为:喷射C25混凝土,厚25cm;φ6钢筋网,15×15cm;I14型钢拱架;Φ22药卷式径向锚杆,长度3.5m,纵向间距100×100cm,个别围岩较差出按具体情况进行加密;二次衬砌为C25模筑混凝土,厚45cm。2.2依托工程爆破现场概况(1)爆破眼痕残留情况通过对西山隧道右线爆破过程的现场分析,发现在目前的爆破设计参数条件下,全断面爆破后炮孔的炮痕残留率不是很理想,在Ⅲ级围岩条件下小于75%,在Ⅳ级围岩条件下小于45%,无法得到平顺圆滑的破岩面,超欠挖较严重,且周边有大量的爆生裂隙。(2)超欠挖情况西山隧道右线在实际爆破过程中,水平岩层地段超挖大多发生在拱部,炮痕残留率极低,爆破后岩体沿拱部层理面整体脱落、离层,形成状如天花板的平顶现象(如图1所示)。且层理多被构造切割为斜向X状剪切裂隙,导致拱部超挖现象失分严重(如图2所示)。图1隧道拱顶局部超欠挖严重情况图2拱肩爆破成型情况超欠挖严重情况从图1、2中可以看出,在既有的爆破参数之下,隧道开挖过程中超欠挖情况比较严重,这很大程度上制约了现场需快速掘进的要求,误时、误工、不经济。为了解决这种不利情况,下面着重分析水平层状围岩隧道光爆的超欠挖原因,并在此处对光爆的设计参数重新进行理论计算,最后提出相应的优化方案与控制措施。3水平层状围岩隧道超欠挖原因分析及优化措施3.1超欠挖产生的原因(1)地质原因掌子面围岩节理较发育,岩面较破碎,受爆破震动后,在拱部范围内易出现塌落掉块现象,超挖严重。另外由于围岩呈水平层理状,爆轰波除了直接压缩破碎炮孔附近的岩层外,当遇有裂隙、节理时应力波还会被反射,形成反射拉伸波。由于岩体抗拉...

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