隧道內(nèi)開采花崗巖料石爆破設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

隧道內(nèi)開采花崗巖料石爆破設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

1隧道地質(zhì)概況浮山市道路隧道位于浮山新區(qū)與浮山灣旅游業(yè)發(fā)展走廊，縮短了距海參崴港口1公里的交通。隧道設(shè)計(jì)總長(zhǎng)1666m,采用小凈距分離式雙洞單向雙車道設(shè)計(jì),開挖單洞寬11.3m、高7.3m,開挖斷面積67m2。按地質(zhì)勘察報(bào)告,該隧道巖石共有四類,其中Ⅴ、Ⅵ類巖石為石料開采區(qū),分布在2個(gè)地段,分別為K1+330～K1+817和K1+917～K2+000段,長(zhǎng)度為570m;其余段地質(zhì)為Ⅲ、Ⅳ類巖石?？刹纱至鲜?5600m3,要求粗料石規(guī)格為2.4m×1.2m×1.0m占40%、2.0m×1.0m×0.8m占40%、1.4m×0.7m×0.7m占20%。2施工技術(shù)方案的選擇2.1把好用水脹法成縫切割法隧道內(nèi)開采料石在國內(nèi)尚屬首例,沒有可借鑒的現(xiàn)成經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)資料,本采石方案主要借鑒光面爆破和預(yù)裂爆破的經(jīng)驗(yàn),參照部分可用參數(shù),用于創(chuàng)造采石臨空面;利用山東有關(guān)部門生產(chǎn)的水壓脹裂機(jī),進(jìn)行靜態(tài)水脹法成縫切割;并結(jié)合當(dāng)?shù)囟嗉衣短觳墒瘓?chǎng)的開采經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析;在實(shí)施前進(jìn)行試驗(yàn),形成切實(shí)可行的施工方案。2.2試驗(yàn)2,離縫試驗(yàn)(1)三臨空面形成試驗(yàn)。(2)預(yù)裂爆破的成縫試驗(yàn)。(3)水脹法切割試驗(yàn)。(4)料石離床、裝載試驗(yàn)。(5)高效靜態(tài)爆破劑試驗(yàn)(可代替水脹法采石)。2.3分層切割,整地整地地下隧道采石與露天采石不同,由于巖石受圍巖的約束,必須首先創(chuàng)造足夠的臨空面,方可使所開采的料石與巖體離床,開采滿足尺寸的粗料石。經(jīng)充分論證,我們采?、賯?cè)導(dǎo)洞開挖→②底部自由面開挖→③預(yù)裂分段→④由下而上水脹法分層切割→⑤叉車鏟裝→⑥汽車運(yùn)輸→⑦修整成材的施工程序。料石開采順序如圖1所示。2.4粗石的質(zhì)量要求(1)粗石尺寸必須具有直角六面體形狀,允許正公差3～5cm。(2)完整性任何有細(xì)小裂隙的石料均不能作為板材加工。(3)材料粗料不應(yīng)有石線、石斑等雜質(zhì),否則會(huì)降低板材的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。(4)顏色結(jié)構(gòu)粗料必須是材質(zhì)均勻、色調(diào)一致,同色調(diào)的粗料最小批量不少于20m3。(5)節(jié)段粗料石的節(jié)理面應(yīng)與巖石的節(jié)理走向平行。3爆炸主要參數(shù)的確定創(chuàng)造底部臨空面(見圖2)是實(shí)現(xiàn)采石的重要環(huán)節(jié),而控制裝藥量是確保料石成材的關(guān)鍵。3.1爆炸設(shè)備的選擇(1)巖石高爆地層海上試驗(yàn)高為減弱對(duì)預(yù)裂孔的沖擊破壞和震動(dòng),應(yīng)采用低密度、低爆速和傳爆性能好的炸藥,經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)采用采石專用導(dǎo)火索(30g/m)和2#巖石炸藥(?20×(200～600))。(2)導(dǎo)爆管嫌犯分段起爆為操作使用安全、降低爆破震動(dòng),選用非電導(dǎo)爆管毫秒雷管分段起爆。主要段別選用DH-1系列產(chǎn)品,并采用隔段選段方法減少巖石阻力,即選用同排孔間毫秒延時(shí)50ms。3.2預(yù)裂孔裝藥量底部自由面爆破中的底孔、中間孔采用2#巖石炸藥,藥卷直徑?25,連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu),單孔藥量為0.96kg;預(yù)裂孔采用2#巖石炸藥,藥卷直徑為?20,間隔裝藥結(jié)構(gòu),單孔裝藥量為0.48kg。每區(qū)段(寬2m)裝藥量為9.36kg,不耦合系數(shù)1.6。圖2中底孔計(jì)13個(gè),孔距50cm;擴(kuò)大孔9個(gè),孔距75cm;預(yù)裂孔14個(gè),孔距40cm;圈號(hào)為起爆順序,間隔時(shí)間為75～100ms。使用毫秒雷管數(shù)量及裝藥參數(shù)如表1所示。3.3導(dǎo)爆索、麻黃長(zhǎng)度(1)底孔、中層孔及預(yù)裂孔為避免“爆息”現(xiàn)象,均用普通導(dǎo)爆索和毫秒雷管起爆,導(dǎo)爆索長(zhǎng)度與裝藥長(zhǎng)度相同,見圖3(a)。(2)每采石段的豎向預(yù)裂孔,裝藥結(jié)構(gòu)為導(dǎo)爆索1根30g/m,孔距為25cm,孔深為2.04m,如圖3(b)所示。3.4第三，以爆爆表作為燃燒立法底部創(chuàng)造臨空面的爆破,將分段的毫秒雷管簇連捆綁在火雷管上,用導(dǎo)火索點(diǎn)燃引爆;預(yù)裂切縫爆破,用同段毫秒雷管,將導(dǎo)爆管簇連捆綁,同時(shí)起爆。4洞穴中的粗石開采4.1開挖出側(cè)導(dǎo)洞采用光面爆破方法在采石一側(cè)進(jìn)行預(yù)裂爆破,開挖出寬3.6m、高5.2m的側(cè)導(dǎo)洞,沿采石側(cè)的豎向邊線必須達(dá)到垂直規(guī)整,不得產(chǎn)生任何裂紋,保證巖體面平整,為采石創(chuàng)造條件。4.2炮孔爆破孔沿洞底開挖邊線向洞高方向開挖1.45m高的底部臨空面,其最小抵抗線設(shè)計(jì)在導(dǎo)洞一側(cè),共布3層炮孔,頂層孔為預(yù)裂爆破孔,孔距為40cm,分段預(yù)裂,以降低對(duì)巖體的震動(dòng),每次爆破寬度2m,孔深2.4m(等于大塊料石長(zhǎng)度),見圖2(預(yù)裂孔深2.04m,共鉆孔爆破3次,施工時(shí)料石長(zhǎng)度應(yīng)增加3～5cm的富余量進(jìn)行畫線排孔)。4.3粗料石切割、鉆孔、切割(1)沿軸線方向每2.4m為一段,采用預(yù)裂控制爆破法預(yù)裂成縫,再進(jìn)行水脹切割料石塊,預(yù)裂穿孔垂直線長(zhǎng)為3.75m,預(yù)裂孔間距為25cm,計(jì)21個(gè)孔,孔深2.04m,爆破采用同段非電導(dǎo)爆管網(wǎng)路一根30g/m導(dǎo)火索起爆,見圖4(施工中為保證料石尺寸,畫線布孔長(zhǎng)寬高各增加3～5cm)。(2)為采出合格的料石,在形成3個(gè)自由面的基礎(chǔ)上,按料石1.2m×1.0m的短邊規(guī)格分層、分排鉆水平孔,每塊料石豎向孔3個(gè)、間距35cm,橫向孔3個(gè)、間距40cm,全斷面切割18塊,共分3層,鉆孔一次完成,利用水壓脹裂機(jī)加壓切割(見圖5)。(3)水脹切割料石分層進(jìn)行,每次切割1塊,依次每孔內(nèi)裝入脹裂膠囊,每次6個(gè)脹裂膠囊即可完成1塊粗料石切割。開始施工時(shí),采用手動(dòng)泵同時(shí)加壓,使料石塊體沿設(shè)計(jì)切割線分離。(4)熟練后采用SSZ40型電動(dòng)水壓脹裂機(jī),該設(shè)備最高工作水壓35MPa,施工中一般達(dá)到25～30MPa料石即可分離,從安裝脹裂器、加壓到料石分離正常為12min。(5)料石裝卸及運(yùn)輸。當(dāng)?shù)?區(qū)段的底部臨空面形成后,將石碴全部清除,鋪墊廢舊橡膠輪胎,對(duì)下落的料石起到緩沖作用。第1塊料石用叉車裝運(yùn)后,再依次脹裂其余各塊料石。第2、3區(qū)段的底部臨空面及料石采運(yùn)工序和方法同第1區(qū)段。4.4石屑修有些料石缺邊少角,尺寸偏差超標(biāo)或石材、石質(zhì)有缺陷的,可將大塊切割成中塊或小塊。5選擇這種方案的效果5.1、、、類火山巖由于城市環(huán)保要求,石材開采受到限制,城外山區(qū)加工運(yùn)到市區(qū)費(fèi)用高,而城市建設(shè)開采出來的石碴又要運(yùn)到郊外。由于該工程石質(zhì)為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ類花崗巖,而Ⅴ、Ⅵ類花崗巖完全能達(dá)到料石的材質(zhì)要求,該工程Ⅴ、Ⅵ類花崗巖占工程總量的34.2%。在可開采的Ⅴ、Ⅵ類花崗巖中,計(jì)劃開采率為35.5%,實(shí)際開采率為28.4%,亂石實(shí)際開采率為26%;2～6cm石子實(shí)際開采率為35.4%;其余10.2%為石粉,而石粉也可作為市政建設(shè)等用材。與常規(guī)施工法相比,成本雖增加27%,但效益增加60%。5.2采用水壓脹裂法和藥壓預(yù)裂法,其主要特點(diǎn)為料石離床時(shí)選用水壓脹裂法,主要是考慮以下幾點(diǎn):①施工安全,便于操作;②對(duì)料石無破壞;③無振動(dòng),無污染。沿軸線垂直方向預(yù)裂成縫,如采用水壓脹裂法不能滿足要求,而采用炸藥預(yù)裂對(duì)料石破壞比較大,經(jīng)過比較采用30g/m導(dǎo)爆索效果比較好。側(cè)導(dǎo)洞和底部自由面的開