第8卷第2期 2011年4月 铁道科学与工程学报 JOURNAL OF RAILWAY SCIENCE AND ENGINEERING VOI.8 No.2 Aor201 1 花岗岩地层隧道光面爆破设计参数优化研究 满奕 (贵广铁路责任有限公司,贵州贵阳550000) 摘要:以新建贵广铁路两安隧道光面爆破施工为背景,开展系统的光面爆破试验研究。根据隧道断面面积、掌子面岩石 完整性和试钻确定的岩体强度,确定光面爆破设计方案,再经过反复试验,逐步调整优化爆破布孔和装药参数,最终形成光 面爆破设计方案。结果表明:1I和Ⅲ级花岗岩围岩中,周边眼的间距取为0.55//1,装药量宜控制在0.9~1.0 k m 。该方 案对同类工程具有一定的参考价值。 关键词:隧道工程;光面爆破;钻爆设计;花岗岩 中图分类号:U452 文献标志码:A 文章编号:1672—7029(2011)02—0064—04 Optimization of smooth blasting parameters of tunnels in granite stratum MAN Yi Abstract:Based on the smooth blasting construction of Liang hn tunnel of the newly built Gui—Guang Railway, systematic study of smooth blasting was camed out.According to the area of tunnel section,rock integrity of tunnel heading and rock strength determined by drilling,the smooth blasting design was determined.After lots of trials and adjustments of blasting holes arrangement and charging parameters,the final smooth blasting design was formed.The results show that,in grade 11 or IiI granite surrounding rock,space of peripheral holes can be 0.55 m。 the charge weight can be 0.9—1.0 krJm .This program has certain reference value for similar projects. Key words:tunnel engineering;smooth blasting;drilling and blasting design;granite 新建贵广铁路是我国《中长期铁路网规划》的 重点项目,设计时速为250 km/h的国家高速铁路 客运专线。因受地形、地质条件限制,隧道占全线 比例高达85.42%。其开挖断面面积达150 m 以 上,属铁路大断面隧道,施工要求严,建设标准高。 光面爆破是隧道施工中必不可少的施工手段,很多 学者在此方面进行了很多研究¨ 。在施工中也 1.1光面爆破初步设计参数 (1)周边孔问距E。周边眼通常布置在距开 挖断面边缘0.1~0.2 nl处,光爆孔的孔底朝隧道 开挖轮廓线方向倾斜3。~5。。当爆孔孔径D为40 1花岗岩地层隧道光面爆破初步设计 形成了一系列的施工工艺及施 _【措施 。两安 隧道位于广西壮族自治区桂林市和贺州市境内,隧 道全长12 634 nl,属特长隧道,围岩为花岗岩,花岗 岩岩块强度为120 MPa以上,Ⅱ和Ⅲ级围岩占 83%,施工中,通过优化光爆参数,调整施丁工艺, 取得了良好的光爆效果,保证了工程质最,节约了 工程施丁 成本,加快了工程施工进度。 收稿日期:2011一O1—20 mm时,周边孔间距E取值在(10—16)D之间,Ⅱ 和Ⅲ级围岩周边眼的间距为0.4—0.6 In比较合 适,此处花岗岩隧道Ⅱ级周岩周边眼问距取0.45 一n,Ⅲ级围岩周边眼问距取0.5 nl。 (2)光爆层厚度 。即,}占j边眼最小抵抗线,它 与开挖的隧道断面有关。断面大,光爆H艮所受到的 作者简介:满奕(1977一),女,山东潍坊人,硕 ,从事铁道工程{ :删 研究 第2期 满奕:化岗岩地层隧道光面爆破设计参数优化研究 65 夹制作用小,岩石比较容易崩落,光爆层厚度可以大 些;断面小,光爆眼受到的夹制力大,光爆层厚度相 对较小。同时,光爆层厚度与岩石的性质和地质构 造有关,坚硬岩石光爆层- ̄f/l,些,松软破碎的岩石光 爆层呵大些。此处取花岗岩隧道光爆层厚度 为 0.55 m(对Ⅱ级围岩)和0.66 m(对Ⅲ级围岩)。 (3)密集系数 。周边眼密度系数是周边眼 间距 与光爆层厚度 的比值,是影响爆破效果 的重要因素。K=E/W,取0.8左右。 (4)孔深 。循环进尺:L=0.3 X B X 90%= 0.3×13.62×90%=3.68 m(隧道宽度B=13.62 m)。除掏槽眼和底角眼取值4.5~4.7 m外,其余 各眼炮孔深度取3.5~3.7 Ill。在实际操作中应视 掌子面的凹凸情况,调整各炮眼钻孔长度,使所有 炮眼眼底处于同一垂直面上。 (5)装药集中度Q。首先确定炸药单耗量q, 炸药单耗量对装药效率、炮孔利用率、开挖壁面的 平整程度和围岩的稳定性都有较大的影响,它取决 于岩性、断面积、炮孔直径和炮孔深度等多种因素, 此处q取值0.8~1.2 kg/m 。根据炸药单耗量q、 周边眼间距E与光爆层厚度 可求得装药集中度 Q。Q=qEW,取0.20~0.30 kg/lIl。 7 (6)炮孑L数量Ⅳ。炮孔数量取决于掘进断面 积、岩石性能和炸药性能。孔数过少将造成大块增 5 8 8 多,周壁不平整,甚至会出现炸不开的情况;相反, 孔数过多将使凿岩工作量增大。 5 N=0.O012qS/(ad ) 式中:N为炮孑L数量;q为单位炸药消耗量;S为开 " 挖断面面积(对Ⅱ级围岩,S=116.9 Ill ;对Ⅲ级围 岩,S=119.7 m );a为炮眼装填系数,取0.62;d 为药卷直径,对硝铵炸药,药卷直径为32ram。可 求得Ⅱ级围岩炮孔数量N=228,II级围岩炮孔数 量N=200。 (7)装药结构。周边眼装药采用径向不耦合 间隔装药结构,不耦合系数为1.5~2.0。所有爆 眼统一装 32标准药卷,周边眼问隔装药,岩石炸 药与乳化炸药混装,周边眼药卷不需绑在竹片上, 直接装入,孔口用炮泥堵塞。光面爆破装药过程 中,如果只注意控制周边眼用药量而忽视内圈辅助 眼的药量控制,很难达到理想的爆破效果。因此, 为保证光爆效果,司钻手定岗定位,掏槽眼、底板 眼、辅助眼、周边眼(又分拱部、拱墙、边墙3部分) 都实行专人负责。 (8)起爆方法。隧道爆破从掏槽眼到辅助眼 至周边眼,采用多段微差毫秒雷管由里向外起爆, 其中周边眼比辅助眼要跳2段,间隔时间为25~ 100 ms,且用同一段雷管同时起爆。 1.2光面爆破初步设计 依据以上参数,确定了光面爆破初步设计。Ⅱ 级围岩光爆设计参数见表1,炮孔布置如图1所 示;Ili级围岩光爆设计参数见表2,,炮孑L布置如图2 所示,光面爆破装药结构如图3昕示。 表1 U级围岩钻爆参数 Table 1 Drilling and blasting parameters in grade 1I sur— rounding rock 爆眼类别 参数名称 钻孔深度/m 问(孔)距/m 炮眼数量/个 炮眼装填系数/% 光爆层厚度/m 周边眼装药线密度 /(kg・lfl ) 炸药单耗/(kg・m。) 蚰 表2Ⅲ级围岩钻爆参数 Table 2 Drilling and blasting parameters in grade m sur— ) ) rounding rock 参 加 ; 3 O ㈨ 6 6 3 0 ∞ 图1 两安隧道Ⅱ级围岩光面:曝破设计 Fig.1 Smooth blasting design of Liang"an tunnel in grade lI surrounding rock 8第2期 满奕:花岗岩地层隧道光面爆破设计参数优化研究 67 2009年6月创下单月掘进385 In的纪录。此外, 施工成本也得到了有效节约,开挖爆破炸药量节约 8%~20%,喷射混凝土损失量减少20%左右。 图5两安隧道花岗岩光面爆破效果 Fig.5 Smooth blasting effect in granite stratum of Lianghn tunnel 4结论 (1)对硬岩隧道开挖,必须反复试验,逐步优 化调整各项爆破参数,才能最终确定光面爆破设计 方案并取得良好的爆破效果。 (2)花岗岩Ⅱ和Ⅲ级围岩宜采用二级复式楔 形掏槽方式,周边眼的间距宜取为0.55 In,装药量 应控制在0.9~1.0 kg/In。。 (3)在优化确定爆破设计后,施工中必须严格 控制炮眼的位置深度、角度、间距等。同时必须保 证炮眼堵塞质量,周边眼的堵塞长度不宜小于 200 mm 参考文献: [1]盛新民.新编爆破工程经典实例大全[M].北京:中 国建筑工业出版社,2007. SHENG Xin—min.New compilation of examples in blas— ting engineering[M].Beijing:China Architecture and Building Press,2007. [2]Chung S H,Tidman J P.Effective modeling for cast blas— ting[J].International Journal of Mining,Reclamation and Environment,1989,3(3):151—153. [3]Naidu H G,Singhal R K.Experience with cast blasting in Canadian surface coal mines f J 1.haternational Journal of Mining,Reclamation and Environment,1989,3(1):51 —58. [4]Sunu M Z,Reed S M,Singh R S.Evaluating the effect of rock parameters on surface mine blasting by finite element analysis[J].International Journal of Mining,Reclama— tion and Environment,1988,2(4):209—215. [5]齐景狱,刘正雄,张儒林,等.隧道爆破现代技术 [M].北京:中国铁道出版社,lO95. QI Jin—yu,LIU Zheng—xiong,ZHANG Ru—lin,et a1. Modern blasting techniques in tunnel engineering[M]. Beijing:China Railway Publishing House,1995. [6]董文锋.现代矿山爆破技术实用手册[M].北京:北 京商业书店,2009. DONG Wen—feng.Practical manual of modern blasting technique in mine engineeirng[M].Beijing:Beijing Com— meree Bookstore,2009. [7]王金华.最新爆破设计施工控制新技术评价应用与爆 破作业安全技术标准实务全书[M].北京:中国科学 技术出版社,2005. WANG Jin—hua.Assessment and application of design, construction and management of neW blasting technology and safety and technical standards in blasting[M].Bei— jing:China Science and Teehnolog) Press,2005. [8]闻广厚.现代水利水电工程爆破新技术与现场安全管 理及强制性标准规范实务全书[M].北京:当代中国 出版社,2004. WEN Guang—hou.New blasting teelmology in modern wa— ter resources and hydropower engineering and site safety management and obliged standards[M].Beijing:Con— temporary China Publishing House,2004. [9]闻广厚,金景全.现代建筑工程爆破新技术与现场安 全管理及强制性标准规范实务全书[M].北京:中国 知识出版社,2010. WEN Guang—hou,JIN Jing—quan.New blasting technolo— gy in modem construction engineering and site safety man— agement and obliged standards[M].Beijing:China Knowledge Press,2010.