地下岩层顶管微振爆破施工技术的应用与研究

1 工程概况

济南市十六里河排水隧洞位于济南市二环南路附近, 并从地表下约4.5m处穿越二环南路, 为超浅埋隧道, 总长约160m。排水隧洞外径3.0m, 周围岩石属于石灰岩, 岩石结构完整, 无水。排水隧洞上部0~3m的位置内与热力管线、城市燃气管线和自来水管线交叉。

根据济南市勘察测绘研究院提供的地勘资料:该地段地表下0.9m~1.8m为杂填土、素填土, 其下0.5m~1.2m为黄土;再下方0.8m为碎石;最下层为石灰岩, 最大揭露厚度9.0m。

2 施工工艺原理

炸药在炮孔内爆破, 在超大空隙比的情况下、爆炸初期作用耗能仅占爆炸能的4~5%, 它只能提供临界能级断裂 (即唯有两条优势径向裂隙, 形成爆破漏斗线) 。恰好在超大空隙比情况下, 药室空腔形成低压爆轰气体, 即爆轰气体压力低于岩石抗压极限强度, 但大于岩石抗拉强度极限, 在低爆压气体驱动下, 使岩体按固有天然节理裂隙结构松弛, 并获得一定值推移速度。

3 施工组织与过程控制

3.1 施工准备

(1) 进行水文地质条件调查, 掌握被爆岩石的物理力学性质。

(2) 对隧道周边环境进行调查, 确定被保护建筑物的相对位置、及其结构特征、保护对象类别。

(3) 掌握可以提供的炸药、雷管种类和性质, 现场机械设备情况, 以及施工人员的技术水平。

3.2 爆破方案设计

根据现场的具体爆破作业条件进行爆破方案设计, 主要包括几何参数设计、爆破参数设计和低压准静态爆破减振方案设计。

几何参数主要考虑的因素为循环进尺、孔网参数、最小抵抗线等;爆破参数包括炸药单耗、起爆方式、起爆网络、装药不耦合系数、装药结构等;低压准静态爆破减振方案设计主要从以下几个方面控制:

(1) 径深比 (d/h)

径深比, 即炮孔直径 (d) 和炮孔深度 (h) 之比。根据现场试验, 径深比 (d/h) 在0.01~0.02范围之间, 爆破效果较好。

(2) 空隙比 (V/Ve)

空隙比是指炮孔体积 (V) 与装药体积 (Ve) 之比。

(3) 炮眼间距 (a)

炮眼间距是考虑炮孔应力集中、炮孔之间应力场强的叠加作用, 而满足炮孔之间岩石内裂隙贯通的最大距离。根据工程试验结果, 它与炮孔直径的比值, 即a/h=5~8时, 爆破效果最好。

(4) 抛掷药包

准静态爆破破岩技术实现了对岩体的破碎, 对短段掘进, 岩石垮塌在掌子面附近, 当进尺大于2.0米时, 岩石破碎后仍处于相互支撑状态, 给后续挖掘作业造成困难。由于抛掷药包爆破时岩体内已经形成爆生裂隙, 所以该药包爆破引起的振动较小。

(5) 起爆顺序

为减小振动, 采用预裂爆破技术, 周边眼先起爆, 接着是掏槽眼起爆, 再次是辅助眼起爆, 最后是抛掷药包起爆。

3.3 施工要点

(1) 布孔点要准确, 误差不超过2cm;钻孔方位要准确, 偏差小于2°。

(2) 药卷制作要标准, 装药结构符合设计要求;堵塞材料、尺寸满足要求。

(3) 正确连接起爆网络, 并进行检查、确保电路通畅。

(4) 对爆破测振仪器进行安装、调试。

(5) 设立警戒范围、进行起爆。

(6) 采集爆破振动数据, 并进行分析, 根据振动结果修正下一循环的爆破方案。

3.4 施工过程重点参数的确定

3.4.1 确定合理的孔网参数

(1) 根据当前钻孔设备确定径深比

(2) 利用大孔距、小排距缩小抵抗线

(3) 使用V型掏凿孔, 使作用力集中

3.4.2 确定合理的装药控制参数

(1) 通过计算和试验确定各段装药量

(2) 采用不藕合间隔装药结构

(3) 确定不耦合系数

3.4.3 确定合理的起爆间隔时间

通过多次试验最终确定辅助眼微差时间为25ms, 周边眼微差时间为20ms, 爆破效果和振动峰值最小。

3.5 质量保证措施

(1) 隧道开挖每个循环都要进行施工测量, 控制开挖断面, 在掌子面上用红油漆画出隧道开挖轮廓线及炮眼位置, 误差不超过5cm。

(2) 钻眼必须按设计指定的位置进行。

(3) 装药前由专业技术人员制作药卷, 确保下一步按装药结构设计方案进行装药。

(4) 装药前炮眼用高压风吹干净, 检查炮眼数量。

(5) 装药后炮孔堵塞长度、材料和质量确保按设计进行。

3.6 安全措施

(1) 爆破施工人员必须经专业培训, 持证上岗, 严格佩戴劳动防护用品, 熟知消防和设备报警信号。

(2) 爆破采用电雷管分段引爆, 起爆药包的装配必须在有安全防护的加工房进行, 并有爆破工携送至现场。

(3) 爆破作业要统一指挥, 由专业技术人员负责雷管的延期设置、装填、更改、起爆。

(4) 进行爆破时所有人员撤至不受有害气体、振动及飞石伤害地点。

(5) 每日放炮的时间、次数要根据施工条件有明确规定, 放炮的信号要统一, 并要让施工作业人员都清楚。

(6) 爆破后必须经过通风排烟后, 才准检查人员进入工作面, 经检查和妥善处理后, 其他工作人员才准许进入工作面。

(7) 爆破前对爆破器材及起爆设备进行检查, 爆破器材的使用与管理依据当地公安部门的规定办理。

(8) 每次爆破前, 对掌子面对应的地面部位进行爆破振动监测, 依据不同岩性、围岩厚度等情况, 分析振动波形, 确定最佳爆破参数。

3.7 环保措施

(1) 距居民较近的施工现场, 对主要噪声源做封闭隔声或隔声屏, 使其对居民的干扰降至规定标准。

(2) 本工程施工有可能会对地层产生扰动, 引起建筑变形或沉陷。对临近建筑物将事先详查、做好记录, 对可能的危害采取加固等预防措施。

(3) 施工场地的生产废水, 经过滤网过滤, 通过污水管输入池中沉淀, 并做除油处理。经业主和环保部门认可后排放。

4 结语

施工全过程处于安全、稳定、快速、优质的可控状态, 化解了居民因振动而干扰施工的矛盾, 加快了施工进度, 在本工程中研究的《降低城镇地下岩层微振爆破振动峰值》的QC课题荣获全国QC成果发布二等奖、《城区隧道开挖准静态微振爆破施工技术研究》课题荣获全国技术类科学技术奖三等奖。

摘要：采用人劈裂机凿岩或静态破碎剂破岩, 施工进度慢, 每天进度约0.3m, 下个汛期来临前难以竣工, 影响雨水及时排放;采用普通钻爆法施工, 给上覆管线和隧洞本身的安全带来隐患。上覆岩层厚度仅为0.5米, 属超浅埋隧道;隧洞沿线的管线密集, 与煤气管线的最近距离为1.5米, 与热力管线的最近距离为0.5米, 对爆破振动控制要求极高, 按原施工方法, 不能满足地面建 (构) 筑物及隧道工程本体安全要求, 并严重影响工程进度。低压准静态微振爆破技术, 大大提高了建 (构) 筑物及隧道工程本体安全性及施工进度, 取得了明显的社会效益和经济效益。

关键词：地下岩层,工程管理,微振爆破