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运营隧道排水侧沟控制爆破开挖技术(2003.06)

2006-12-01 00:00:00.0

 
 
 

运营隧道排水侧沟控制爆破开挖技术

 

张翠兵  杨年华

 

1.引   

在运营隧道内进行爆破施工遇到的困难多种多样,需要考虑各种因素。既要防止爆破飞石击打接触网和瓷瓶;又要控制好单次起爆的药量、规模,防止因爆破振动对隧道造成危害,留下隐患;还要充分利用列车行车间隔时间放炮,防止因爆破而影响行车等。

 

2.工程概况

    西安铁路分局宝鸡西工务段79#隧道(宝兰线DKl 299+750里程处)建于50年代。由于隧道所处地段地下水丰富,原设计的排水侧沟过浅,不能满足排水要求。多年来由于排水不畅,雨季经常水浸道床,危及到行车安全,急需进行降落改造。该排水沟总长380 m,断面宽0.6 m,沟深为0.40.5 m。水沟内侧距隧道边墙0.5 m。外侧距路基1.0 m。降落沟需开挖的降落深度0.4 m,沟壁和沟底为坚硬基岩。

在该排水沟降落改造工程中要求开挖一步到位,在如此狭窄的工作面中开挖,破碎挖掘机械设备难以发挥作用,因此选用爆破法开挖。

 

3.爆破方案

(1)爆破设计原则

该处隧道排水沟的降落改造,爆破施工受到下面各因素的制约:

    ①开挖断面小,岩层夹制作用大;

    ②开挖处为坚硬岩石,开挖难度大;

    ③在不中断行车的情况下施工,需确保列车畅通;

    ④既要保证行车安全,又要保证施工进度和工程质量。

    因此,要求在爆破开挖过程中首先要保证路基基础和隧道边墙的稳定,不允许有位移和变形;第二,必须严格控制爆破后的开挖断面形状,爆破完成后不应残留根底,影响后续的施工进度:要保护好道床,确保列车走行的稳定。

    (2)爆破方案

    根据工程要求,特提出下面的爆破设计方案。

    降落沟周边爆破开挖设计为预裂孔形式,间隔炮孔装药;降落沟内炮孔作为开挖主爆孔,以毫秒控制爆破法,尽可能降低爆破对隧道结构的扰动影响。爆破设计参数计算如下:

  ①炮孔直径

  为了施工方便,降低成本,整条降落沟的开挖中全部采用f40 mm的手风钻打眼布孔。

  ②炮孔深度h

  由于设计沟槽开挖深度为0.4 m,炮眼需预留一定的超深,超深按照设计挖深的1/3计算,则炮深度应取为0.6 m

    ③炮孔间距与最小抵抗线

    如此小的开挖断面上,爆破夹制作用很大。为抵消岩石的夹制作用,炮孔的间距应适当减小,中间一排主爆炮孔的间距取为04 m。两边的炮孔为预裂孔,间距设计为主爆炮孔的12倍,应为O2 m。在实际装药时,每个装药孔之间留一空孔不装药,这样既可改善预裂效果,又能降低爆破振动对隧道壁的扰动。

    ④装药量计算

    在一般的沟槽爆破开挖中,岩石不太坚硬并且临空面又比较好的情况下,炸药单耗可以控制在0.5 kgm3左右。而对于岩石坚硬或夹制作用较明显的情况,炸药单耗可以适当加大。

    单孔装药量计算如下:

    孔网担负体积V

V=0.4×0.5×0.6=0.12 m3

    本工程中,炸药单耗按照0.6 kgm3计算,单孔装药量应为:

Q=0.6×0.12=0.072 kg

    两边预裂孔采取隔孔装药,每孔装药0.035 kg

    ⑤炮孔布置图

    沟槽内炮孔布置图见图1、图2

    ⑥装药及连线

    由于炮孔内充满积水,故决定选用乳化炸药。隧道内有电气化接触网,不宜用电雷管,决定采用非电导爆管毫秒雷管,每两个周边孔和一个主爆孔同段起爆,单段最大药量控制在0.15 kg以内,起爆网路为完全非电系统。引爆应采用非电雷管或击发笔装置。

    为了增大单炮进尺量,网路的连接采用非电导爆管雷管毫秒接力式网路,一次开挖长度控制在20 m内。

    ⑦降落沟周边孔的光面爆破

光面或预裂爆破的原理是沿待开挖面钻凿一排较密集的炮孔,每孔装少量的药或隔孔装药,空孔起导向作用。爆破时,裂缝在炮孔连心线处产生,从而减弱了主爆炮孔对开挖面的破坏,保证了保留面的完整性。

 

 

1  降落沟内炮孔布置剖面图

 

 

降落沟内炮孔布置平面图

 

在本次365体育中,由于降落沟开挖深度很浅,不能象常规光面或预裂爆破那样采用导爆索药串的形式,只好沿着降落沟两侧面以0.2 m的间距钻凿一系列炮孔,采取了隔孔装药的措施,每个装药孔仅装0035 kg炸药。从爆破后的效果看来,这样的布孔和装药是正确的,爆破后保留的降落沟沟壁面光滑完整。

 

4.爆破安全及飞石防护

    (1)爆破振动测试与分析

    由于本工程的特殊性以及周围环境条件的复杂性,爆破不能对隧道造成任何损坏,因此很有必要对爆破规模和振动影响进行控制。在整个工程进行之前,先进行了两次试验炮的爆破,并进行了相应的振动测试与分析,以期探求到该地方的场地系数K和衰减指数。值,并用此指导后续的爆破开挖。

  ①测试仪器

  振动分析仪器采用四川动态测试研究所近几年研制开发的最新产品EXP2850爆破振动自记仪,这是集采集、测量、处理和输出为一体的先进测振仪器。

    拾振器采用北京测振仪器厂生产的CD-21型磁电式速度传感器,工作性能如下:a.灵敏度:200 mV1 cmsb.频率响应范围:101 000 Hz

  ②测点布置

  铁科院爆破室在对沈阳铁路局浑白线枫叶岭隧道病害整治科研中,曾对隧道内降落沟的开挖爆破引起的爆破振动问题作过专门研究,他们通过大量的试验和观测度为最大振动速度出现在隧道壁的边墙处。因此,在运营隧道侧向排水沟的爆破开挖时应对隧道衬砌进行安全监测,监测点应选在隧道壁的边墙处。根据测试要求和现场地形条件,在每次爆破时,沿降落沟靠近隧道壁一侧共布置了三台仪器六个测点,每个测点布置一个传感器,测量垂直方向的振动速度。

    在测点现场用石膏将传感器固定在测点位置处,这样就能测到隧道壁处的真实振动波形。

    设置好振动记录仪的量程和各项参数后,分别与各测点处的传感器连接好,并在起爆前5 min打开记录仪,待振动信号触发后,记录仪器就开始工作。

  ③测试数据处理

  根据对所测得的垂直方向的振动波形进行分析,发现波形分段明显,段间差别较大,无叠加现象,这说明采用这种接力式连接网路既可控制爆破振动,又可增大爆破规模,有利于快速开挖。

振动测试数据见表1。根据萨道夫斯基公式,爆破时,质点振动速度峰值衰减规律如下:

 

代入表1中数据,可回归如下(回归曲线见图3)

y=264 x2.15

由此可得到场地系数K=264,衰减系数a=2.15

l减动测试数据

药量Q(kg)

距离R(m)

振速Vcm/s

比例距离(R/Q1/3

0.15

2.75

7.697

0.193

0.15

3.54

531

0.15

0.15

3.50

4.69

0.166

0.15

4.62

3.75

0.115

0.15

4.92

2.81

0.108

0.15

5.5

2.03

0.096

0.15

6.0

1.25

0.088

 

 

回归曲线图

 

    通过对振动速度回归分析得到Ko值,n值较大,说明爆破振动衰减很快。这对隧道抗振稳定性是很有利的。

    ④振动测试分析

    通过对试验爆破的振动测试数据分析,可以得到以下几点结论:

    a.在爆破开挖中,距离第一排炮孔2.27 m处的振动速度为7.97 cms,随着距离的不断增大,振动速度也迅速衰减,到6.0 m时,振动速度仅为1.25 cms,如此小的振速不会对隧道的安全造成影响。

    b.采用非电毫秒爆破可以起到降低爆破振动的作用,有利于隧道衬砌及围岩的稳定。从本次测试的爆破振动波形可以看出,本工程水沟爆破的各段爆破振动持续时间小于25ms

    因此采用非电毫秒爆破,并使地面雷管与起爆药包雷管段号合理组合,段间间隔时间可在150脚以上,各段爆破振动互为独立,可按最大段装药量作为爆破规模的控制依据,并且可增大一次爆破的规模,加快工程进度。

    c.通过对爆破振动的频率进行分析,发现振动频率一般在50 Hz左右,而隧道类建筑物的自振动频率一般不到10 Hz,二者相差很大,这说明爆破不会对隧道造成危害。

    d.采用非电导爆管毫秒雷管控制爆破技术,爆破产生的振动值非常小,完全在允许的安全范围内,并且爆破后效果也比较理想,岩石块度均匀,没有留下根坎,大大方便了后续的施工。这说明,采用的布孔方法、设计和装药参数是合理的,可以应用于整条降落沟的爆破开挖。

    (2)爆破飞石的防护

    为了防止爆破时产生的飞石对降落沟上方的电缆和接触网造成损害,在爆破中针对当地钢板和枕木较多的情况,采取了钢板加枕木的防护措施。具体地说,就是在降落沟上部盖上钢板,钢板上压上枕木,事实证明,此种防护对爆破飞石很有效。爆破过程中,看不到飞石飞出,减少了爆破危害。

 

5.体会与建议

    通过对降落沟开挖采取了上面的控制爆破措施,原计划3个月的工期不到1个月就顺利完成了,有下面几点体会。

    (1)在这种小段面的沟槽内进行钻孔时,所设计的炮眼要垂直,钻孔深度必须满足设计要求,要进行验孔,钻孔位置要准确。

    (2)装药时要严格按照设计要求的装药型式,按每孔装药量认真装填,不得随意增减药量。

    (3)起爆网路连接时,要按设计要求的雷和段数,分别连接好传爆雷管和起爆雷管,严防连接错位。

    (4)爆破时一定要做好安全警戒工作,警戒距离不得小于150 m

(5)在运营条件下进行隧道内水沟的爆破开挖施工,施工条件复杂,影响因素众多,必须认真作好施工组织,严格施工管理,健全各项安全制度,精心施工,才能保证施工进度和质量,确保行车安全。

 

 

发表刊物:铁道工程学报。2003年第2期。

 


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