CN112880499B - 一种隧道软弱围岩的光面爆破方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道软弱围岩的光面爆破方法，该爆破方法通过开设大直径辅助掏槽孔，并在孔底装填药卷，药卷上部设置水袋，孔口用水沙袋堵塞；或该爆破方法采用聚能水压周边眼爆破的方式，通过聚能管的切缝将爆破冲击波释放并传递到岩壁上形成裂缝并且相互贯通，最终形成完整的围岩松动圈。可以减少或消除在矿岩中产生塑性变形带来的能量损失，这样可以极大地提高炸药的利用率，极大地提高了炮眼利用率。并使得爆破对岩石的破坏进一步加强，爆破面积增加，且增加爆破进尺。

Description

一种隧道软弱围岩的光面爆破方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体为一种隧道软弱围岩基于水袋间隔掏槽孔及聚能水压周边眼的光面爆破方法。

背景技术

隧道穿越不良地质区，由于地形跌宕起伏，褶皱断层及围岩裂隙水涌水严重，软弱围岩、破碎地层比重大，同时可能存在岩溶等问题，给隧道施工带来极大的困难。软弱破碎围岩是隧道施工中最为常见的不良地质，也是影响隧道围岩稳定性的重要因素，通常情况下软弱破碎围岩处于稳定状态，当受到爆破、开挖等外力影响时，软弱破碎围岩的稳定性将会发生破坏，出现塌方、冒顶等工程事故。

目前隧道开挖常采用常规光面爆破技术，常规光面爆破技术的原理是通过选取适宜爆破参数钻孔装药，引爆光爆孔内炸药产生可在岩石中沿设计方向传播切向拉应力和径向压应力的应力波，使爆破裂隙沿设计方向发展进而形成连续的光滑壁面。在互相为“空眼”的相邻炮孔连线两侧产生拉应力，其具有高应力集中度并且超过岩石抗拉强度，因此，炮孔间岩体形成大量的初始裂缝，在炸药引爆过程中生成的大量高压气体又沿初始裂缝膨胀扩散产生静力作用，进一步延伸扩大了初始裂缝。除此之外常规爆破还存在：钻孔作业时间长，炮孔之间的间距小使得打眼数量过多、布眼过于密集；无回填堵塞使得炮孔内充满大量空气，应力波传播中消耗部分能量压缩该空气，降低应力波强度，减少应力波对周边围岩的破碎作用；爆破产生大量有毒气体及粉尘不利于工序快速衔接，降低了施工效率等问题。

当前在技术管理不断优化，保证质量的前提下，越来越重视成本控制，企业的精细化管理显得尤为重要。尤其是在隧道爆破施工时，开挖爆破工程造价占整个隧道工程造价己达到30％以上。

在目前山岭隧道施工中，施工单位为了追求工程进度，盲目的加大装药量，加大开挖进尺，使得隧道开挖中超欠挖现象特别明显。隧道超欠挖首先会影响施工进度，造成隧道内出渣时间比较长，施工人员施作支护结构周期长；同时超欠挖会影响工程质量，造成支护厚度不足，当厚度达到一定量值时，会对工程质量验收产生不利影响，超挖的凹陷部分还会影响混凝土的附着；此外，超欠挖会提高工程造价，使工程的材料成本和人员成本增加，导致工程造价的提高；最后，超欠挖会影响隧道围岩稳定性，对于超挖部分要进行二次爆破，对围岩产生不利扰动的爆破震动，扩大隧道围岩松动圈范围，影响围岩稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种隧道软弱围岩的光面爆破方法，以低成本实现安全可靠的隧道爆破施工。并具有施工快、效果好、和适用性强的特点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种隧道软弱围岩的光面爆破方法，该爆破方法通过开设大直径辅助掏槽孔，并在孔底装填药卷，药卷上部设置水袋，孔口用水沙袋堵塞。

优选的，所述大直径辅助掏槽孔内由下至上依次设置有雷管、药卷、水袋和水沙袋；所述药卷与岩石为横向不耦合设置。

优选的，所述大直径辅助掏槽孔的排布方式为

第一掏槽孔，所述第一掏槽孔设置在中心处；

K孔，所述K孔的数量为4个，且与第一掏槽孔的距离为100-300mm，所述K孔周向分布在第一掏槽孔的外侧；

第二掏槽孔，所述第二掏槽孔的数量为4个，且第二掏槽孔周向分布在第一掏槽孔的外侧，所述第二掏槽孔与K孔的距离为150-350mm；

第三掏槽孔，所述第三掏槽孔的数量为4个，且第三掏槽孔周向分布在第一掏槽孔的外侧，所述第三掏槽孔与K孔的距离为300-500mm；

第四掏槽孔，所述第四掏槽孔的数量为4个，且第四掏槽孔周向分布在第一掏槽孔的外侧，所述第四掏槽孔与第三掏槽孔的距离为500-700mm。

优选的，所述第一掏槽孔和K孔首先同时起爆，第二掏槽孔、第三掏槽孔和第四掏槽孔随后一次起爆。

本发明还提供如下技术方案：该爆破方法采用聚能水压周边眼爆破的方式，通过聚能管的切缝将爆破冲击波释放并传递到岩壁上形成裂缝并且相互贯通，最终形成完整的围岩松动圈。

优选的，所述聚能水压周边眼由孔底向孔口依次设置加强药、反向雷管、聚能管、周边眼水袋、周边眼水沙袋；导爆管穿过周边眼水袋、周边眼水沙袋连接到反向雷管；且反向雷管置于加强药中。

优选的，所述聚能管由两个形状相同的半壁管组成，采用PVC管，管壁厚度为1.5-3.5mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

与常规光面爆破相比，水袋间隔底部装药大直径辅助掏槽孔扩大了炮眼间距，增强了爆破效果，使得在相同药量下爆破面积大大增加，从而减少了辅助眼的数量，达到减少药量的效果；可以使得碎石更容易抛出，且抛掷更为整齐集中，为施工提供了方便；爆破作用在水袋上，可以使得水袋产生水压，增强爆破对岩石的应力，水是难以压缩的介质，变形能损失较少，传递能量效率高，爆破产生的冲击波使得水极易对岩石冲击出裂缝，加大对岩石的破裂；增大了炮眼间距，使得掏槽面积增大；在大直径辅助孔底部装药，且上部为水袋，孔口用水沙袋堵塞，极大的增强了爆破冲击波，使得爆破对岩石的破坏进一步加强，爆破面积增加，且增加爆破进尺。

与常规光面爆破相比，周边眼采用聚能水压水压爆破的方法，水具有缓冲作用和均匀传递压力的作用，能使压力较平缓而均匀地作用在周围介质上，使介质均匀地破碎，并大大降低了爆破的有害作用，有效地减少了超挖；周边眼采用聚能水压水压爆破的方法，高压下水介质的压缩性比岩石大，水介质又是炸药爆炸产物与岩体间的缓冲层。缓冲层不但可以延长爆炸冲击波对岩体的作用时间，而且可以减少或消除在矿岩中产生塑性变形带来的能量损失，这样可以极大地提高炸药的利用率，极大地提高了炮眼利用率。

附图说明

图1为本发明隧道软弱围岩的光面爆破方法的大直径辅助掏槽孔布置示意图。

图2为本发明隧道软弱围岩的光面爆破方法的大直径辅助掏槽孔剖面示意图。

图3为本发明隧道软弱围岩的光面爆破方法的聚能水压爆破装药结构示意图。

图4为本发明隧道软弱围岩的光面爆破方法的聚能管几何模型示意图。

1、第一掏槽孔；2、第二掏槽孔；3、第三掏槽孔；4、第四掏槽孔；5、水袋；6、水沙袋；7、药卷；8、雷管；9、周边眼水袋；10、周边眼水沙袋；11、导爆管；12、反向雷管；13、加强药；14、空气；15、聚能管。

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。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：该爆破方法通过开设大直径辅助掏槽孔，并在孔底装填药卷，药卷上部设置水袋，孔口用水沙袋堵塞。

大直径辅助掏槽孔内由下至上依次设置有雷管8、药卷7、水袋5和水沙袋6；药卷7与岩石为横向不耦合设置，即横向不耦合设置为药卷7与岩石之间留有较大空袭，且用水袋5填充。掏槽孔的深度都为3.2m。

大直径辅助掏槽孔的排布方式为

第一掏槽孔1，第一掏槽孔1设置在中心处。第一掏槽孔1采用满装药结构，装药1.8kg，药卷直径为32mm，孔口采用炮泥堵塞，堵塞长度为400mm。

K孔，K孔的数量为4个，且与第一掏槽孔1的距离为100-300mm，K孔周向分布在第一掏槽孔1的外侧。k孔孔底装0.3kg的药卷，药卷长度为300mm，孔口用400mm长的水沙袋堵塞。K孔与第一掏槽孔1的距离优选为200mm。

第二掏槽孔2，第二掏槽孔2的数量为4个，且第二掏槽孔2周向分布在第一掏槽孔1的外侧，第二掏槽孔2与K孔的距离为150-350mm，同时K孔处于两个相邻的第二掏槽孔2的中间。第二掏槽孔2采用满装药结构，装药1.8kg，药卷直径为32mm，孔口采用炮泥堵塞，堵塞长度为400mm。第二掏槽孔2与K孔的距离优选为250mm。

第三掏槽孔3，第三掏槽孔3的数量为4个，且第三掏槽孔3周向分布在第一掏槽孔1的外侧，第三掏槽孔3与K孔的距离为300-500mm。第三掏槽孔3采用满装药结构，装药1.8kg，药卷直径为32mm，孔口采用炮泥堵塞，堵塞长度为400mm。第三掏槽孔3与K孔的距离优选为400mm。

第四掏槽孔4，第四掏槽孔4的数量为4个，且第四掏槽孔4周向分布在第一掏槽孔1的外侧，第四掏槽孔4与第三掏槽孔3的距离为500-700mm，同时第三掏槽孔3处于两个相邻的第四掏槽孔4的中间。第四掏槽孔4采用满装药结构，装药1.5kg，药卷直径为32mm，孔口采用炮泥堵塞，堵塞长度为400mm。第四掏槽孔4与第三掏槽孔3的距离优选为600mm。

工作原理：第一掏槽孔1和K孔首先同时起爆，第二掏槽孔2、第三掏槽孔3和第四掏槽孔4随后一次起爆。

请参阅图3-4，本发明还提供另一种技术方案：该爆破方法采用聚能水压周边眼爆破的方式，通过聚能管的切缝将爆破冲击波释放并传递到岩壁上形成裂缝并且相互贯通，最终形成完整的围岩松动圈。

聚能水压周边眼由孔底向孔口依次设置加强药13、反向雷管12、聚能管15、周边眼水袋9、周边眼水沙袋10；导爆管11穿过周边眼水袋9、周边眼水沙袋10连接到反向雷管12；且反向雷管12置于加强药13中。

聚能管15两个形状相同的半壁管组成，其采用PVC材质，管壁厚度为1.5-3.5mm。管壁厚优选为2mm。聚能管15与土层开孔之间填充有空气14。

工作原理：由于聚能管装置的适用性较强，对起爆元件未提出特定的要求，仅使用常规的毫秒管即可。注药阶段需要使用专用设备，如长45cm的注药枪、800W的空压机等。基本的组装步骤如下：

1)岩石乳化炸药可以分割，首先切开药卷的外包装，合并两药卷装入注药枪的枪筒中，无误后拧紧旋转盖。在0.2个大气压下，使用小型空压机将炸药注入聚能管中；

2)手握注药枪，将岩石乳化炸药连续沿聚能管管壁注入，直至注满；

3)注药处理后，将管槽与塑料扣板稳定相扣并配套毫秒管，结束整个聚能管的配置作业；

4)形成聚能管后在其两端分别设置定位块，以提升稳定性，在聚能管中放置一根传爆线，然后将聚能管的两边合上，并用胶带缠绕，最后装上起爆雷管。

在现场的爆破施工中，聚能水压爆破装药形式在该试验段孔底放置的是加强药与反向雷管，装药前先处理孔内残留的岩粉，在高压风的作用下将其清理干净；使用炮棍检查以明确孔内是否存在堵塞现象；遵循分片分组的原则完成装药作业，各孔装药量要满足参数要求；连接爆破网路并全面检查。采用水沙袋和水袋封堵炮眼。水沙袋属于牛顿体，能够更好的堵塞炮眼，有力控制炸药爆炸在炮眼中生成的膨胀气体，其膨胀气体静力作用要比常规光面爆破不堵塞强的多，更有利于已形成的裂缝再延伸扩展加大，提高爆破效果。起爆网路选择电雷管起爆的方式。

Claims (3)

1.一种隧道软弱围岩的光面爆破方法，其特征在于：该爆破方法通过开设大直径辅助掏槽孔，并在孔底装填药卷，药卷上部设置水袋，孔口用水沙袋堵塞；该爆破方法采用聚能水压周边眼爆破的方式，通过聚能管的切缝将爆破冲击波释放并传递到岩壁上形成裂缝并且相互贯通，最终形成完整的围岩松动圈；

所述大直径辅助掏槽孔内由下至上依次设置有雷管(8)、药卷(7)、水袋(5)和水沙袋(6)；所述药卷(7)与岩石为横向不耦合设置，即横向不耦合设置为药卷7与岩石之间留有空隙，且用水袋填充；

所述大直径辅助掏槽孔的排布方式为

第一掏槽孔(1)，所述第一掏槽孔(1)设置在中心处，第一掏槽孔(1)采用满装药结构；

K孔，所述K孔的数量为4个，且与第一掏槽孔(1)的距离为100-300mm，所述K孔周向分布在第一掏槽孔(1)的外侧；K孔孔底装0.3kg的药卷；

第二掏槽孔(2)，所述第二掏槽孔(2)的数量为4个，且第二掏槽孔(2)周向分布在第一掏槽孔(1)的外侧，所述第二掏槽孔(2)与K孔的距离为150-350mm；第二掏槽孔(2)采用满装药结构；

第三掏槽孔(3)，所述第三掏槽孔(3)的数量为4个，且第三掏槽孔(3)周向分布在第一掏槽孔(1)的外侧，所述第三掏槽孔(3)与K孔的距离为300-500mm；

第四掏槽孔(4)，所述第四掏槽孔(4)的数量为4个，且第四掏槽孔(4)周向分布在第一掏槽孔(1)的外侧，所述第四掏槽孔(4)与第三掏槽孔(3)的距离为500-700mm；

所述第一掏槽孔(1)和K孔首先同时起爆，第二掏槽孔(2)、第三掏槽孔(3)和第四掏槽孔(4)随后一次起爆。

2.根据权利要求1所述的隧道软弱围岩的光面爆破方法，其特征在于：所述聚能水压周边眼由孔底向孔口依次设置加强药(13)、反向雷管(12)、聚能管(15)、周边眼水袋(9)、周边眼水沙袋(10)；导爆管(11)穿过周边眼水袋(9)、周边眼水沙袋(10)连接到反向雷管(12)；且反向雷管(12)置于加强药(13)中。

3.根据权利要求2所述的隧道软弱围岩的光面爆破方法，其特征在于：所述聚能管(15)由两个形状相同的半壁管组成，采用PVC管，管壁厚度为1.5-3.5mm。

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