增大小断面隧洞开挖单循环进尺探讨

收稿日期:2008-03-24

增大小断面隧洞开挖单循环进尺探讨

吴智囊

(莆田市荔城区黄石镇政府,福建莆田 351144)

摘要:仙游金钟水利枢纽工程引水隧洞开挖断面较小,短进尺工程难度较大。该文根据隧洞实际情况,联合使用中空孔四孔掏槽和水平V 型掌子面掘进方法,使小断面隧洞提高单循环进尺成为可能,对提高工程施工进度有实用意义,可供类似工程参考。关键词:隧洞;单循环进尺;V 形掌子面

中图分类号:TV554 文献标识码:B 文章编号:1002-3011(2008)02-0043-02

1 隧洞简介

仙游金钟水利枢纽工程引水隧洞工程开挖断面为马蹄形,洞径314m,衬砌后洞径218m 。隧洞长11194km,洞挖石方10157万m 3。受地形及环保限制,隧洞工程只在引4+523m 处设置支洞,加上进口和出口,共三个作业面。开挖断面较小,端进尺长,进水口到支洞长4500余米,支洞到出口长7000余米,工程难度较大。2 短进尺爆破方案

隧洞开挖原采用短进尺爆破方案。钻孔采用YT -28气腿式风钻,直径<43mm,光爆孔深118m,掏槽孔深119m,炮孔总数35个,其中光爆孔15个,崩落孔15个,掏槽孔5个(其中1个为空孔)。周边孔布置在轮廓线上,线装药密度0109kg/m,其它孔线装药密度0112kg/m,装药总量3187kg 。从前期施工情况看,隧洞钻孔深度一般为118m~119m,钻孔利用率最多只能达到90%,单循环进尺只有116m~117m 。为加快工程进度,在出渣设备和循环工序衔接上下了很大功夫,但效果仍不理想。短进尺爆破方案已不能满足工程施工需要。3 水平V 型掌子面掘进方法311 爆破试验参数选择

在保证出渣设备和充分挖掘工序衔接潜力的前提下,只有尽可能增大单循环进尺,才能更有效地提高隧洞的掘进速度。为提高单循环进尺,首先要增加钻孔深度。但随着钻孔深度的增加,爆破受到的夹制作用更大,爆破效果受到极大影响。经对比分析,决定采用水平V 形掌子面掘进方法,以有效解决岩体夹制问题,使提高单循环进尺成为可能。

爆破试验选择在仙游金钟水利枢纽引水隧洞大坪施工支洞段附近,桩号引4+517m~4+520m 洞段进行,隧洞断面为马蹄形,洞径314m,断面面积9166m 2。岩性为南园组第二段熔结凝灰岩、凝灰岩。围岩新鲜,节理不发育,

完整性图1 隧洞开挖炮孔布置图

好,硬度8~12。

(1)爆破参数:孔径42mm 。掏槽孔孔距25cm,崩落孔孔距60cm,光爆孔(周边孔)孔距50cm (炮孔布置见图1),抵抗线(光爆层厚度)按60cm 估算。孔深250cm 。掏槽孔5个(1个中空孔),崩落孔23个,不爆孔19个,总布孔数47个。光爆孔线装药密度暂定350g/m (?50g/m);掏槽孔线装药密度暂定500g/m (?50g /m);塌落孔线装药密度暂定400g/m (?50g/m )。药卷直径选用<32mm 和<25mm 。由于断面面积仅9166m 2,考虑除渣方便,采用全

断面开挖。

图2 V 型掌子面水平剖面图

水平V 形掌子面(见图2)要素确定如下:设计开挖洞径B=314m;设计钻孔深度取215m;由于围岩硬度较高,节理不发育,钻孔相对洞径较深,取掌子面内斜角A =45b ;掌子面内斜深度L 1=(B/2)tg A =117m 。

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(2)掏槽方式。由于设计钻孔深度较深,达洞宽的73153%,隧洞洞径只有314m,采用楔形掏槽,受工作面限制较大,因此只能选直孔掏槽。试验中选择中空孔直孔掏槽,非电毫秒雷管引爆。中空孔和4掏槽孔钻深度取215m。

(3)起爆方法和顺序。钻孔工序完毕后,先对各炮孔吹风,将孔内水、石渣吹干净,再按设计要求装药。掏槽孔和崩落孔封堵前,应将孔内炸药用炮棍轻捣,使炸药尽量与炮孔偶合,以增加爆炸威力,提高掏槽孔和崩落孔的钻孔利用率。炮孔封堵采用土卷封堵50cm~60cm,尽量用炮棍捣实。孔内采用1段~10段非电毫秒雷管。孔外导爆管分成2组,用1段非电毫秒雷管联炮,火雷管引爆。

312试验成果分析

从试验结果看:

(1)在钻孔深度等其它条件相同时,随着开挖断面面积的减少,单循环进尺并没有减少,钻孔利用率也未降低,而炸药单耗却降低了。故用中孔平行直孔掏槽和水平V形掌子面进行隧洞开挖可以有效降低断面大小对单循环进尺的影响。试验表明,影响单循环进尺的主要因素为水平V形掌子面的内斜角大小和掏槽的爆破效果。

(2)在开挖面积相同,其它条件不变的情况下,随着钻孔深度的增加,须适当增大水平V形掌子面的内斜角度,以减小岩体本身对爆破的夹制作用。

(3)在开挖面积等条件相同的情况下,增大钻孔深度的同时,适当增大水平V形掌子面的内斜深度,可以降低岩石炸药单耗,但不会降低钻孔利用率。

(4)在钻孔深度相同、作业时间相同的情况下,V形掌子面掘进方法可有效加快施工进度。

从理论上分析,该方法从两个方面保证了单循环进尺的进度。

(1)岩体夹制作用的克服。要提高爆破单循环进尺,首先要提高钻孔深度。随着钻孔深度的增加,岩体的爆破夹制作用也会更大。采用水平V形掌子面,掌子面由原来1个平齐自由面变成2个相对倾斜的自由面,自由面的面积随之增大;前排炮孔为后排炮孔创造的临空面也比平齐掌子面增大很多,并且前排炮孔创造的临空面深度大大超过后排钻孔孔底,使岩体爆破夹制作用减少到最小。

(2)掏槽爆破效果的保证。掏槽爆破效果的好坏直接影响单循环进尺,因此,选择最优的掏槽方式是试验成功的关键。试验中所采用的中空孔四直孔掏槽(见图1),其中空孔与周围四个掏槽孔的中心距离只有710cm左右,中空孔与掏槽孔间的岩石仅厚210cm~410cm,掏槽孔装药系数为019,绝对可以将其与中空孔间岩石100%粉碎,且空孔利用率达100%;内圈扩槽孔抵抗线只有15cm~18cm,装药系数为018,也绝对能将其100%粉碎,钻孔利用率100%;中、外圈扩槽孔抵抗线分别只有20cm~23cm和40cm~ 43cm,装药系数为018,同样能将其抵抗岩石绝对粉碎,钻孔利用率不低于95%。因此,首先保证了掏槽钻孔利用率不低于95%,这就为试验成功奠定了基础,出现了图2所示掏槽后产生的临空面。

本次试验取得了良好的爆破效果,这与中空孔四孔掏槽的作用密切相关。与其它方式相比,该掏槽方式对提高掏槽孔钻孔利用率具有明显的优越性。实践证明,它能将掏槽孔的钻孔利用率提高到97%以上,为提高隧洞开挖钻孔利用率及单循环进尺奠定了坚实的基础。但由于该种掏槽要求钻孔精度相当高,中空孔及其与掏槽装药孔之间仅隔210cm~ 410cm薄岩体,并且要求各孔之间保持相当的平行,不得打穿亦不得外插,因此掏槽孔的钻孔须由有相当经验、水平的钻工进行。在以后的工程实践中还应对该种掏槽在扩大钻孔孔径、加大掏槽孔深、提高钻孔精度,并使之成为机械化方面作进一步的探索,以利于进一步提高隧洞开挖的单循环进尺。

313试验成果应用

通过以上分析,隧洞开挖施工选择了钻孔深度215m的V形掌子面掘进方法。2007年7、8两月共进行了105个循环,总进尺285m。正常施工期间,平均单日进尺5m以上,钻孔利用率在97%以上。可见,中空孔四孔掏槽与水平V 形掌子面的联合应用对提高小断面隧洞单循环进尺是行之有效的。

4结语

根据爆破试验及其成果的分析研究和实际应用情况,可以得出以下结论:

(1)水平V形掌子面的采用是提高小断面隧洞开挖钻孔利用率和单循环进尺的重要因素之一。

(2)中空孔四孔掏槽的应用成功是提高小断面隧洞开挖单循环进尺的先决条件。

(3)中空孔四孔掏槽和水平V形掌子面的联合应用是提高小断面隧洞开挖单循环进尺的行之有效的方法。

(4)单循环进尺的深度应根据各施工队伍自身机械设备及人员情况并结合经济效益分析后,最终确定。

参考文献

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[2]王永兴1水工隧洞施工与质量控制[M]1郑州:黄河水利出版社,20061

[3]陈胜宏1水工建筑物[M]1北京:中国水利水电出版社,20041

作者简介:吴智囊(1957-),男,福建莆田人,助理工程师,从事水利建设工作。

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