CN102435114A - 隧道下大导坑超前及后续扩挖法爆破震动控制施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的隧道下大导坑超前及后续扩挖法爆破震动控制施工方法，通过以下步骤：a、利用楔形掏槽区设置下大导坑，并将其作为全断面分部开挖的第一个部分；b、全断面的剩余部分一次性开挖或视地表振速要求情况分为两次开挖；c、全断面分部开挖的每一个分部钻爆设计，需根据隧道工程地质条件、隧道覆盖厚度、地表振速要求，按萨氏公式计算出最大单段允许装药量，做为进行减震钻爆设计的依据；d、全断面各分部利用全断面多功能作业台架一次打眼；可实现超100m2的全断面隧道分部开挖爆破减震；同时，在现场采用大楔形掏槽技术，工效高，进度快，取得了施工效率与保护周边环境的统一。

Description

隧道下大导坑超前及后续扩挖法爆破震动控制施工方法

技术领域

本发明涉及爆破震动控制技术，具体涉及一种隧道下大导坑超前及后续扩挖法爆破震动控制施工方法，适用于在中硬岩地下隧道工程中爆破震动控制施工。

背景技术

随着我国铁路、公路和城市基础建设步伐的加快，隧道多存在着浅埋下穿城乡构筑物和建筑物的情况，这些地段的隧道施工多采用钻爆法施工。为保证地表居民、构筑物和建筑物安全，钻爆法施工必须采用爆破震动控制技术。传统中硬岩爆破震动控制多采用下小导坑超前分多次爆破等手段进行分部开挖施工，工效较低，经济性和振速控制效果相对较差，施工安全保障性差，施工进度相对较慢。如何控制爆破震害，正确处理爆破震动控制与工程效率之间的矛盾，已成为隧道爆破施工的关键问题之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新的、工效较高、更经济又能够显著降低爆破震动的全断面分部开挖施工方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案，包括以下步骤：

a、利用楔形掏槽区设置下大导坑，并将其作为全断面分部开挖的第一个部分；

b、全断面的剩余部分一次性开挖或视地表振速要求情况分为两次开挖；

c、全断面分部开挖的每一个分部钻爆设计，需根据隧道工程地质条件、隧道覆盖厚度、地表振速要求，按萨氏公式计算出最大单段允许装药量，做为进行减震钻爆设计的依据；

d、全断面各分部利用全断面多功能作业台架一次打眼。

为更好的实施本发明创造，也为保证施工安全，下大导坑只超前后续分部一个循环，即下大导坑爆破出砟后，进行全断面后续分部的扩挖装药爆破出砟。

为更好的实施本发明创造，实现爆破减震，以进一步增大距地表首次爆源的距离，下大导坑的楔形掏槽第一批起爆雷管设于掏槽区的下部。

为更好的实施本发明创造，钻爆设计时，设置各类辅助眼雷管的延期时，延期短的尽量设于延期长的下部。

为更好的实施本发明创造，实现爆破减震，以进一步增大距地表首次爆源的距离，后续分部钻爆设计时，设置各类炮眼雷管的延期时，延期短的尽量设于延期长的下部。

由于采用上述技术方案：本发明的积极进步效果在于：

可实现超100m²的全断面隧道分部开挖爆破减震，采用常见的非电毫秒管进行下大导坑钻爆超前后续扩挖分部开挖法，能将2～3倍洞径覆盖层厚的地表振速控制在1.5cm/s以下。

同时，在现场采用大楔形掏槽技术，工效高，进度快，取得了施工效率与保护周边环境的统一。实现循环进尺1.5m左右。

附图说明

图1是铁路双线隧道下大导坑结构及爆破设置点示意图；

图2是铁路双线隧道下大导洞楔形掏槽布置形式及结构示意图；

图3是铁路双线隧道第二分部扩挖结构及爆破设置点示意图；

图4是铁路双线隧道后续第二分部扩挖结构示意图；

图5是铁路双线隧道一部下大导坑爆破振速效果图；

图6是铁路双线隧道第二分部扩挖爆破振速效果图；

图中：1-开挖台架；2-开挖台架一层作业平台；3-开挖台架二层作业平台；4-开挖台架三层作业平台；5-开挖台架顶层作业平台；6-下大导坑开挖轮廓线；7-一层掏槽区；8二层掏槽区；9-抬炮区；10-底板区；11-第二部扩挖区；12-第二部掘进区；13-第二部周边及光爆区；14-第一部下大导坑开挖区；15-第二部扩挖及光爆区。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明创造进一步说明，本示例仅是说明性的，而不是对本发明的限制。

一、隧道情况简介：

长洪岭隧道(13299m)为渝利铁路第二特长隧道，隧道出口位于重庆市丰都县江池镇。该隧道于DK183+050～DK183+350段下穿江池镇，埋深较浅，地表房屋密集。DK183+000～DK183+400段施工采用控制爆破，地表振速按不大于1.5cm/s进行控制。控爆段地质为<8-2>J3s砂岩，地层总体上单斜，岩层倾角较小，节理间距0.5～2m，延伸长度2～5m。断面跨度为13.82m，高11.82m；全断面开挖高度为9.98m(边墙脚以上部分)，开挖断面面积116.82m²。

DK183+280.2处覆盖层厚为32米。采用隧道下大导坑钻爆超前后续扩挖爆破震动控制施工方法施工，循环进尺1.6m。

二、炸药和雷管的选择

选择2号岩石乳化炸药，药卷直径32mm；选择非电毫秒雷管。

三、施工方案

根据隧道工程地质条件、隧道覆盖厚度、地表振速要求等，按萨氏公式计算出最大单段允许装药量，将全断面分成二个分部进行开挖。

利用楔形掏槽区设置下大导坑，并将其作为全断面分部开挖的第一个部分。全断面后续部分一次性扩挖。

为提高工效，全断面各分部利用全断面多功能作业台架一次打眼。全断面分部开挖的施工顺序为：利用开挖台架1，人员在开挖台架作业平台2～5上进行钻孔作业，按照下大导坑开挖轮廓线6，进行一层掏槽区7，二层掏槽区8，抬炮区9及底板区10钻孔，根据开挖进尺、掏槽区钻孔罢角及钻孔间距要求进行钻孔；同时进行第二部扩挖区11，第二部掘进区12，第二部周边及光爆区13的钻孔。钻孔后按爆破参数装药爆破，第一部下大导坑开挖区14爆破出砟后，即进行全断面分部开挖的后续分部，即第二部扩挖及光爆区15装药爆破出砟。

为保证施工安全，下大导坑只超前后续分部一个循环，也就是说下大导坑爆破出砟后，即进行全断面后续分部“第二分部”的扩挖装药爆破出砟。

为实现爆破减震，以进一步增大距地表首次爆源的距离，下大导坑的楔形掏槽第一批起爆雷管设于掏槽区的下部。钻爆设计时，设置各类辅助眼雷管的延期时，延期短的尽量设于延期长的下部。

为实现爆破减震，以进一步增大距地表首次爆源的距离，后续分部钻爆设计时，设置各类炮眼雷管的延期时，延期短的尽量设于延期长的下部。

四、最大单段装药量计算

根据萨氏公式，最大单段装药量与爆破允许震速的计算公式如下：

$Q\max =R^3{\left(\frac{V}{K}\right)}^{\frac{3}{\mathrm{\&alpha;}}}---(3-1)$

式中：Qmax——最大单段允许用药量；

V——振速控制标准，这里采用1.5cm/s；

R——爆源中心到振速控制点的距离，这里取32m；

K——与爆破技术、地震波传播途径介质的性质有关的系数，根据围岩情况取150；

α——爆破振动衰减指数，取1.7；

按照既有边界条件对上述系数赋值，代入公式，计算先行导坑掏槽区爆破时单段允许最大装药量，计算结果见表“隧道先行下大导坑掏槽爆破时控制单段最大药量计算表”。

隧道先行下大导坑掏槽区单段最大药量控制值表

按设计隧道爆破边界条件计算，最大单段药量应控制在8.0kg以下。

对于其它段装药量，根据多年隧道爆破及实测经验，其最大装药量可控制在最大单段允许药量1.5倍以下，即12kg以下。

五、隧道下大导坑爆破震动控制钻爆设计，炮孔直径42mm。

(1)隧道下大导坑爆破震动控制钻爆设计

爆破设计如图1、2所示，用楔形掏槽区设置下大导坑，根据萨氏公式计算出的最大单段充许装药量8.0kg和雷管1号至15号段别，设计下大导坑区域和钻爆设计。

钻爆设计时，掏槽区下部炮眼装1号段雷管，上部装3号段雷管。其它各类炮眼低段号雷管装在高段号的下部。

掏槽炮眼斜率α根据开挖进尺在45°～55°之间，二、三层炮眼斜率，自掏槽开始向外侧炮眼逐渐调大炮眼斜率。其它辅助眼方向为线路方向。底板眼沿开挖轮廓顺线路方向有一定外插角。掏槽眼开挖面间距B在掏槽区在450cm左右，孔底间距A在50cm左右，同侧间距在60cm～80cm，周边眼45cm左右。根据爆破振速要求，开挖进尺L在150～280cm。下大导坑开挖高度H在620cm左右，剩余第二部扩挖+光爆层厚约380cm。

最大段装药量为7.2kg。

(2)爆破参数

隧道下大导坑减震爆破参数表

下大导坑减震爆破综合技术参数表

六、隧道后续第二分部扩挖爆破震动控制钻爆设计，炮孔直径42mm。

(1)隧道后续扩挖爆破震动控制钻爆设计

爆破设计如图3、4所示，根据萨氏公式计算出的最大单段充许装药量8.0kg和雷管1号至15号段别，进行第二分部扩挖钻爆设计。

钻爆设计时，各类炮眼低段号雷管装在高段号的下部。

二、三层炮眼斜率，自掏槽开始向外侧炮眼逐渐调大炮眼斜率，至内圈眼时炮眼方向调整为线路方向。其它辅助眼方向为线路方向。周边眼和底板眼沿开挖轮廓顺线路方向有一定外插角。

最大段装药量为8.0kg。

(2)爆破参数

预留扩挖层+光爆层减震爆破参数表

预留扩挖层+光爆层减震综合技术参数表

七、爆破振速监测数据

二部开挖法爆破振动数据表

部位	时间	垂直振速cm/s	主频Hz	持续时间s
					一部下大导坑	3:29	0.783	45.166	0.776
二部扩挖	8:09	0.806	57.373	0.914

爆破振速效果图如图5、6。

八、与传统小导坑施工方法相比

(1)降震：采用本工法能将2～3倍洞径覆盖层厚的地表振速控制在1.5cm/s以下。

(2)采用要本工法，施工用时290分钟。采用小导坑分部开挖施工用时450分钟。

文中未详尽叙述部分为公知技术。

Claims (5)

1.隧道下大导坑超前及后续扩挖法爆破震动控制施工方法，其特征是：包括以下步骤：

a、利用楔形掏槽区设置下大导坑，并将其作为全断面分部开挖的第一个部分；

b、全断面的剩余部分一次性开挖或视地表振速要求情况分为两次开挖；

c、全断面分部开挖的每一个分部钻爆设计，需根据隧道工程地质条件、隧道覆盖厚度、地表振速要求，按萨氏公式计算出最大单段允许装药量，做为进行减震钻爆设计的依据；

d、全断面各分部利用全断面多功能作业台架一次打眼。

2.根据权利要求1所述的隧道下大导坑超前及后续扩挖法爆破震动控制施工方法，其特征是：下大导坑只超前后续分部一个循环，即下大导坑爆破出砟后，进行全断面后续分部的扩挖装药爆破出砟。

3.根据权利要求1所述的隧道下大导坑超前及后续扩挖法爆破震动控制施工方法，其特征是：下大导坑的楔形掏槽第一批起爆雷管设于掏槽区的下部。

4.根据权利要求1所述的隧道下大导坑超前及后续扩挖法爆破震动控制施工方法，其特征是：钻爆设计时，设置各类辅助眼雷管的延期时，延期短的尽量设于延期长的下部。

5.根据权利要求1所述的隧道下大导坑超前及后续扩挖法爆破震动控制施工方法，其特征是：后续分部钻爆设计时，设置各类炮眼雷管的延期时，延期短的尽量设于延期长的下部。

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