CN111322077A - 一种板岩隧道超欠挖控制聚能水压光面爆破施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种板岩隧道超欠挖控制聚能水压光面爆破施工方法，该方法分别采用板岩岩层综合地质预报系统、ANSYS有限元爆破模拟分析方法、现场施工Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类板岩围岩炮眼优化以及电子雷管微差爆破技术来解决板岩隧道爆破后隧道轮廓线平顺度不足、炮眼保留率较低、超欠挖控制较差、围岩震动影响大等难题。采用本发明方法爆破后在断面成型、超欠挖控制方面取得良好效果。超挖量控制在10％以内，开挖效率提高15％左右，炸药消耗量降低20％左右，施工进度加快了20％左右，炮眼残存率为70％‑90％。本发明适用于喀斯特地貌条件下板岩Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类板岩围岩隧道采用聚能光面爆破掘进施工，对其他松散类片状岩石或节理发育充分的岩石均有较好的参考作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种板岩隧道超欠挖控制聚能水压光面爆破施工方法，属于道路、桥梁工程中隧道爆破施工技术领域。
背景技术
在板岩地质条件下进行隧道施工时，采用聚能水压光面施工方式因板岩节理发育的特点影响，对爆炸瞬间在岩体中除爆破产生的径向压应力和切向拉应力的切割效果影响较大，形成的光面效果较差，主要影响表现为光面爆破引起的超欠挖，在垂直于板岩层理面部位的轮廓线存在欠挖，平行于板岩层理面部位的轮廓线存在严重超挖，主要是泄能、楔入、破裂线改变的影响。以上因素导致板岩隧道爆破后隧道轮廓线平顺度不足，炮眼保留率较低，超欠挖控制较差等情况，主要影响为：
(1)板岩隧道超欠挖现象：因爆破过震导致板岩围岩超挖，进而影响围岩的整体性及自拱能力，衬砌荷载增大；因爆破不足导致的欠挖，使衬砌厚度降低，达不到设计支护要求。
(2)板岩围岩的结构损伤问题：过大的爆破震动对板岩保留的岩体损害大，导致围岩自稳能力降低，甚至会诱发突水、突泥、岩爆塌方等地质灾害，对隧道施工的安全性、经济性、进度管控等方面制约很大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种板岩隧道超欠挖控制聚能水压光面爆破施工方法，以解决板岩隧道爆破后隧道轮廓线平顺度不足、炮眼保留率较低、超欠挖控制较差、围岩震动影响大等问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种板岩隧道超欠挖控制聚能水压光面爆破施工方法，包括以下步骤：
步骤一、采用板岩岩层综合地质预报系统对岩层的物理参数和地质情况进行预报，形成循环进尺参数表；
步骤二、根据循环进尺参数表数据采用ANSYS有限元爆破模拟分析方法进行爆破模拟，并形成最优爆破方案；
步骤三、对现场施工Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类板岩围岩炮眼布置参数进行优化设计；
步骤四、采用电子雷管微差爆破技术精确控制爆破时间间隔，设置延期时间和起爆密码，保证爆破振动降低80％。
上述方法中，所述板岩岩层综合地质预报系统是指地质超前钻孔试验分析及隧道地震波反射法(TSP)检测相结合的综合预报体系；采用超前钻孔取样获取岩石密度、弹性模量、泊松比、屈服强度、单轴抗压强度、抗压强度、切线模量、有效塑应变等参数；同时，通过隧道地震波反射法对掌子面前方的反射波相位、溶洞、断层、反射波相位、节理裂隙密集带及富水情况等不良地质情况做出相应推断，形成循环进尺参数表。
上述方法中，所述爆破模拟是指采用ANSYS软件进行SOLID164实体单元建立隧道模型，将待开挖光爆层岩体与隧道的围岩分别建模并定义，将隧道开挖断面以及周围一倍半径范围内进行单元体网格加密，用于分析爆破时径向压应力和切向拉应力对板岩的影响；根据Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类板岩围岩的节理发育情况、岩石密度、弹性模量、泊松比、屈服强度、单轴抗压强度、抗压强度、切线模量、有效塑应变等参数，结合板岩围岩破碎、节理发育情况裂隙纹理情况及分析结果对炮眼间距、深度、装药量、装药形式等参数进行荷载模拟分析，调整形成最优爆破方案。
上述方法中，所述对现场施工Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类板岩围岩炮眼布置参数进行优化设计是指列出炮孔布置图，并对起爆网络进行优化设计，即掏槽孔、辅助孔以及底边孔采用常规爆破，周边眼采用聚能水压光面爆破；当进尺在2～2.5m时，且板岩围岩破碎、节理发育时，炮眼间距控制在80～85cm；当围岩比较完整、节理不发育时，炮眼间距控制在90～95cm。
上述方法中，所述周边眼单孔装药量为420～500g/m。
由于采用了上述技术方案，本发明的具有以下优点：采用本发明的方法爆破后，在断面成型、超欠挖控制方面取得良好效果，超挖量控制在10％以内，开挖效率提高15％左右，炸药消耗量降低20％左右，施工进度加快了20％左右，炮眼残存率为70％-90％。充分解决了解决板岩隧道爆破后隧道轮廓线平顺度不足、炮眼保留率较低、超欠挖控制较差、围岩震动影响大等问题，具有简单、实际操作易行、经济成本低和便于推广等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的实施例：请参阅图1，一种板岩隧道超欠挖控制聚能水压光面爆破施工方法，包括以下步骤：
A、板岩地层综合地质预报
针对板岩地层的特点在地质预报时建立以地质超前钻孔试验分析及隧道地震波反射法(TSP)检测相结合的综合预报体系。采用超前钻孔取样获取岩石密度、弹性模量、泊松比、屈服强度、单轴抗压强度、抗压强度、切线模量、有效塑应变等参数。
通过TSP方法对掌子面前方的反射波相位、溶洞、断层、反射波相位、节理裂隙密集带及富水情况等不良地质情况做出相应推断，形成循环进尺参数表输入ANSYS有限元分析系统。
B、ANSYS有限元爆破分析
采用ANSYS软件进行SOLID164六面体实体单元建立隧道模型，将单元和节点进行编号，找出炮孔连心线涉及的单元和节点组成为单元组，采用正负号分别代表压力和拉力，通过施加等效爆破荷载模拟爆破时速并进行隧道周边眼爆破应力分析影响，通过调整炮眼间距、深度、装药量、装药形式等参数进行荷载模拟分析，形成最优爆破方案。
C、聚能水压光面炮眼布置方案优化
当板岩隧道围岩等级为Ⅳ、Ⅴ级且节理发育较为完全使时，炮眼间的延时间隔时间不应过大，炮眼因延时过大起爆不能形成共振，对板岩隧道围岩破碎效果差，且炮眼利用率低，严重影响隧道爆破进尺和岩体破碎效果。炮眼间延时间隔时间过短，爆破错峰不明显，会使降振效果下降，当振动叠加明显时，爆破振动也会增大。当循环进尺在2m以内，爆破速率控制在1.8cm/s时，有利于施工进度的进行。
D、施工现场布眼放样
钻孔要做到“准、顺、平、齐”，严格按钻爆参数司钻。
准：按参数要求，孔位要选准；
顺：周边眼要顺开挖轮廓线布置，使孔底均位于开挖允许的超欠范围内；
平：各组炮眼相互平行(孔口和孔底距相等)；
齐：孔底要落在同一平面上，爆出的断面要整齐，便于下一循环作业。
E、聚能水压爆破炮药装填
首先装入1个水袋(其他炮眼深度时孔底亦安放1个水袋)紧贴孔底，然后按照上述工艺加工聚能管，聚能槽保持平行开挖面安装入孔，再安装1个水袋后使用2节炮泥将炮孔堵塞密实，周边眼装药量一般为420-500g/m。开挖进尺为2.5m，炮眼残存率为70％-90％。
F、聚能水压爆破电子雷管延时起爆降震
在板岩隧道隧道爆破施工过程中对震动的敏感性很大，采用的单孔连续起爆降振技术时基于数码电子雷管特点的基础上，通过降低电子雷管爆破中所产生震动的能量、降低电子雷管的装药量来实现的。主要手段为通过设置单孔数码电子雷管的延时时间来实现，通过工程实践证明，掏槽眼间点火时间间隔应控制在4ms，辅助眼间点火时间间隔则控制在28ms，周边眼间点火时间间隔控制在45ms，控制最大延时时间为15s，最小的延时时间为1ms，误差在0.1ms以内，能够最大限度地降低电子雷管爆破震动对板岩的影响。
当板岩隧道围岩等级为Ⅳ、Ⅴ级且节理发育较为完全使时，炮眼间的延时间隔时间不应过大，炮眼因延时过大起爆不能形成共振，对板岩隧道围岩破碎效果差，且炮眼利用率低，严重影响隧道爆破进尺和岩体破碎效果。炮眼间延时间隔时间过短，爆破错峰不明显，会使降振效果下降，当振动叠加明显时，爆破振动也会增大。当循环进尺在2.5m以内，爆破速率控制在1.8cm/s时，有利于施工进度的进行。
Claims (5)
1.一种板岩隧道超欠挖控制聚能水压光面爆破施工方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、采用板岩岩层综合地质预报系统对岩层的物理参数和地质情况进行预报，形成循环进尺参数表；
步骤二、根据循环进尺参数表数据采用ANSYS有限元爆破模拟分析方法进行爆破模拟，并形成最优爆破方案；
步骤三、对现场施工Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类板岩围岩炮眼布置参数进行优化设计；
步骤四、采用电子雷管微差爆破技术精确控制爆破时间间隔，设置延期时间和起爆密码，保证爆破振动降低80％。
2.根据权利要求1所述的板岩隧道超欠挖控制聚能水压光面爆破施工方法，其特征在于：所述板岩岩层综合地质预报系统是指地质超前钻孔试验分析及隧道地震波反射法(TSP)检测相结合的综合预报体系；采用超前钻孔取样获取岩石密度、弹性模量、泊松比、屈服强度、单轴抗压强度、抗压强度、切线模量、有效塑应变等参数；同时，通过隧道地震波反射法对掌子面前方的反射波相位、溶洞、断层、反射波相位、节理裂隙密集带及富水情况等不良地质情况做出相应推断，形成循环进尺参数表。
3.根据权利要求1所述的板岩隧道超欠挖控制聚能水压光面爆破施工方法，其特征在于：所述爆破模拟是指采用ANSYS软件进行SOLID164实体单元建立隧道模型，将待开挖光爆层岩体与隧道的围岩分别建模并定义，将隧道开挖断面以及周围一倍半径范围内进行单元体网格加密，用于分析爆破时径向压应力和切向拉应力对板岩的影响；根据Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类板岩围岩的节理发育情况、岩石密度、弹性模量、泊松比、屈服强度、单轴抗压强度、抗压强度、切线模量、有效塑应变等参数，结合板岩围岩破碎、节理发育情况裂隙纹理情况及分析结果对炮眼间距、深度、装药量、装药形式等参数进行荷载模拟分析，调整形成最优爆破方案。
4.根据权利要求1所述的板岩隧道超欠挖控制聚能水压光面爆破施工方法，其特征在于：所述对现场施工Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类板岩围岩炮眼布置参数进行优化设计是指列出炮孔布置图，并对起爆网络进行优化设计，即掏槽孔、辅助孔以及底边孔采用常规爆破，周边眼采用聚能水压光面爆破；当进尺在2～2.5m时，且板岩围岩破碎、节理发育时，炮眼间距控制在80～85cm；当围岩比较完整、节理不发育时，炮眼间距控制在90～95cm。
5.根据权利要求4所述的板岩隧道超欠挖控制聚能水压光面爆破施工方法，其特征在于：所述周边眼单孔装药量为420～500g/m。
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