一种喀斯特地貌隧道聚能水压光面爆破结构及方法

技术领域

本发明涉及爆破技术领域，尤其涉及一种喀斯特地貌隧道聚能水压光面爆破结构及方法。

背景技术

当今中国，从以前的火爆、电爆到现在的导爆管，爆破安全有了质的提升，在隧道的建设中，钻爆法已经发挥了不可替代的作用。与普通爆破相比，光面爆破的成型质量及安全具有极大的改善。然而常规光面爆破的缺点在于：光爆炮眼间距为50cm，布眼过密、钻眼过多、钻眼作业占用时间过长；光爆炮眼中有药卷部位极易造成围岩出现裂隙或洞穴，影响围岩的稳定，甚至会造成塌方；常常出现超挖，增加混凝土衬砌量加大施工成本。随着我国质量要求的不断提高，迫切需要我们探索高效、环保的钻爆施工工艺。

喀斯特地貌是发育在以石灰岩和白云岩为主的碳酸盐岩上的地貌，常表现为岩溶、顺层偏压等工程地质问题，故现场对于光爆效果有着更高的要求。长隧道大断面开挖过程中，采用传统的光面爆破往往会产生大量粉尘，由于通风距离长，排烟困难，施工环境恶劣。

因此，提供一种能够适用于处于喀斯特地貌的隧道的爆破结构及方法具有重要的意义。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种喀斯特地貌隧道聚能水压光面爆破结构及方法，用以解决现有技术中光面爆破布眼过密、施工成本高、安全性不足的技术问题。

本发明的第一方面提供一种喀斯特地貌隧道聚能水压光面爆破结构，包括：掏槽眼、辅助眼、周边眼和底板眼；其中，掏槽眼沿隧道中线两侧对称设置，掏槽眼远离隧道中线的一侧设置有辅助眼，辅助眼远离隧道中线的一侧设置有周边眼；底板眼设置于隧道断面底部。

本发明的第二方面提供了一种喀斯特地貌隧道聚能水压光面爆破方法，包括以下步骤：

根据上述喀斯特地貌隧道聚能水压光面爆破结构在待爆破的隧道断面布置掏槽眼、辅助眼、周边眼和底板眼；

在设置好的掏槽眼、辅助眼、周边眼和底板眼内填装炸药；

采用8段延时起爆，起爆顺序依次为掏槽眼、辅助眼、周边眼、底板眼。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的喀斯特地貌隧道聚能水压光面爆破结构及方法显著减少了光爆炮眼数量和深度，从而加快施工进度，提高了炮眼利用率；超欠挖得到直接有效的控制，从根本上减少工人劳动力，经济效益得到显著的提升，对后续施工得到了可靠的保障；同时，聚能水压光面爆破，由于光爆数量相对于常规光面爆破不但大幅度减少，而且炮眼装药结构不耦合系数大，以及聚能管装置在光爆炮眼中间腾空，有利于显著降低围岩扰动，保障围岩的稳定性和施工安全性。

附图说明

图1是本发明提供的喀斯特地貌隧道聚能水压光面爆破结构一实施方式的炮眼布置图；

图2是本发明提供的喀斯特地貌隧道聚能水压光面爆破结构一实施方式的起爆网络示意图；

图3是本发明提供的喀斯特地貌隧道聚能水压光面爆破结构一实施方式的光爆效果图；

图4是本发明提供的喀斯特地貌隧道聚能水压光面爆破方法一实施方式的装药示意图；

图5是对比例1提供的喀斯特地貌隧道常规光面爆破结构的炮眼布置图；

图6是对比例1提供的喀斯特地貌隧道聚能水压光面爆破结构起爆网络示意图；

图7是对比例1常规爆破与实施例1聚能水压平均超挖对比图；

图8是对比例1常规光爆与实施例1聚能水压光炮初支喷射方量分析对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明的第一方面提供了一种喀斯特地貌隧道聚能水压光面爆破结构，包括：掏槽眼101、辅助眼102、周边眼103和底板眼104；其中，掏槽眼101沿隧道中线100两侧对称设置，掏槽眼101远离隧道中线100的一侧设置有辅助眼102，辅助眼102远离隧道中线100的一侧设置有周边眼103；底板眼104设置于隧道断面底部。

进一步地，掏槽眼101的个数为12个，掏槽眼101的垂直深度为2.8m；辅助眼102的个数为62个，相邻两个辅助眼102的间距为80～90cm，辅助眼102的垂直深度为2.6m；周边眼103的个数为22个，相邻两个周边眼103的间距为100cm，周边眼103的垂直深度为2.6m；底板眼104的个数为14个，相邻两个底板眼104的间距为100cm，底板眼104的垂直深度为2.6m。更进一步地，辅助眼102包括以隧道中线100为中心由内至外依次设置的4个第一辅助眼1021、6个第二辅助眼1022、10个第三辅助眼1023、20个第四辅助眼1024和22个第五辅助眼1025。

进一步地，掏槽眼、辅助眼、周边眼和底板眼倾斜设置，且掏槽眼的倾斜角为55°～75°，辅助眼的倾斜角为75°～90°，周边眼的倾斜角为80°～90°底板眼的倾斜角为87°～90°。更进一步地，掏槽眼的倾斜角为70°，辅助眼的倾斜角为90°，周边眼的倾斜角为85°，底板眼的倾斜角为87°。

进一步地，隧道开挖循环进尺为2.4m，钻孔直径为48～52mm，优选为50mm，抵抗线为60～70cm，优选为65cm。

本发明的第二方面提供了一种喀斯特地貌隧道聚能水压光面爆破方法，包括以下步骤：

S1根据上述喀斯特地貌隧道聚能水压光面爆破结构在待爆破的隧道断面布置掏槽眼101、辅助眼102、周边眼103和底板眼104；

S2在设置好的掏槽眼101、辅助眼102、周边眼103和底板眼104内填装炸药；

S3采用8段延时起爆，起爆顺序为掏槽眼→辅助眼→周边眼→底板眼。

进一步地，掏槽眼101、辅助眼102、周边眼103和底板眼104的装药方式具体为：炮眼内由下至上依次填装有第一水袋201、聚能管装置202、第二水袋203和炮泥204，聚能管装置内填装有炸药。在爆破过程时，伴随聚能槽产生的高温高压射流及光爆炮眼中的水袋产生的水楔效应，促使岩石初始裂缝延伸扩展加大，其作用比应力波更为显著，最有效的利用应力波和膨胀气体的作用破碎岩石，其中的水雾作用也利于围岩破碎及降尘，改善施工环境。

更进一步地，第一水袋201的长度为0.18～0.22m，优选为0.2m；聚能管装置202占炮眼深度的65％～75％，优选为70％；第二水袋203的长度为0.2～0.4m；炮泥204的长度为0.4～0.6m，优选为0.5m。

进一步地，装药参数为：炸药使用二号岩石乳化炸药，均采用药卷填装，单节重0.3kg。掏槽眼采用集中装药，单孔装药量为2.1kg/2.4m，辅助眼采用集中装药，单孔装药量为1.2kg/2.4m，底板眼装药结构采用空气柱间隔不耦合装药，间隔长度取10～15cm，单孔装药量为0.9kg/2.4m，周边眼装药结构采用空气柱间隔不耦合装药，间隔长度取10～15cm，单孔装药量为1.2kg/2.4m

进一步地，起爆时，每环炮眼均采用毫秒延时导爆雷管跳段起爆。即掏槽眼为1、3、5段延时，辅助眼为7、9、11段延时，周边眼13段延时，底板眼15段延时。

本发明实施例和对比例中的隧道位于重庆市武隆区江口镇，设计为350km正线双线隧道，全长6830m，隧道最大埋深约433m，以Ⅳ级围岩和Ⅲ级围岩为主，其中Ⅲ级围岩5300m，所占比例78％，采用全断面爆破工艺；Ⅳ级围岩671m，所占比例10％，采用上下台阶分步爆破。隧道洞身穿越奥陶系下桃红花园组(O1h)灰岩、白云质灰岩、分乡组(O1f)页岩、灰岩互层。Ⅳ级围岩主要为微风化节理、裂隙较发育，岩体破碎，完整性稳定性较差。本发明涉及的仅为Ⅳ级围岩上台阶爆破的结构与方法。上台阶开挖直径15.4m，开挖半径7.7m，根据超前支护的有效长度和围岩稳定情况围岩循环开挖进尺2.4m，钻孔直径50mm。

实施例1

本实施例提供了一种喀斯特地貌隧道聚能水压光面爆破结构，包括掏槽眼101、辅助眼102、周边眼103和底板眼104；其中，

掏槽眼101沿隧道中线100两侧对称设置，掏槽眼101远离隧道中线100的一侧设置有辅助眼102，辅助眼102远离隧道中线100的一侧设置有周边眼103；底板眼104设置于隧道断面底部。具体设置参数见表1。

表1聚能水压光爆上台阶炮眼参数

本实施例还提供了一种喀斯特地貌隧道聚能水压光面爆破方法，包括以下步骤：

(1)根据上述喀斯特地貌隧道聚能水压光面爆破结构在待爆破的隧道断面布置掏槽眼101、辅助眼102、周边眼103和底板眼104；

(2)在设置好的掏槽眼101、辅助眼102、周边眼103和底板眼104内填装炸药；其中，装药参数为：炸药使用二号岩石乳化炸药，均采用药卷填装，单节重0.3kg/2.4m。掏槽眼采用集中装药，单孔装药量为2.1kg/2.4m，辅助眼采用集中装药，单孔装药量为1.2kg/2.4m，底板眼装药结构采用空气柱间隔不耦合装药，间隔长度取10～15cm，单孔装药量为0.9kg/2.4m，周边眼装药结构采用空气柱间隔不耦合装药，间隔长度取10～15cm，单孔装药量为1.2kg/2.4m，根据现场实际情况上台阶每循环的实际总装药量为114kg。根据现场实际围岩情况，单孔装药量可酌情装填。每个水袋的规格为φ35mm，长200mm，炮泥采用炮泥机加工而成，按其最佳配合比土：水：砂＝0.75:0.15:0.1。炮泥堵塞长度约为0.5m，水袋长度约为0.2m。

(3)采用8段延时起爆，起爆顺序依次为掏槽眼、辅助眼、周边眼、底板眼，每环炮眼均采用毫秒延时导爆雷管跳段起爆，即掏槽眼为1、3、5段延时，辅助眼为7、9、11段延时，周边眼13段延时，底板眼15段延时。聚能光爆起爆网络示意图如图3：

对比例1

请参阅图5，本对比例提供了一种喀斯特地貌隧道常规光面爆破结构，包括掏槽眼301、辅助眼302、周边眼303和底板眼304；其中，

掏槽眼301沿隧道中线300两侧对称设置，掏槽眼301远离隧道中线300的一侧设置有辅助眼302，辅助眼302远离隧道中线300的一侧设置有周边眼303；底板眼304设置于隧道断面底部。具体设置参数见表2。

表2常规光面爆上台阶炮眼参数

本对比例还提供了一种喀斯特地貌隧道常规光面爆破方法，包括以下步骤：

(1)根据上述喀斯特地貌隧道常规光面爆破结构在待爆破的隧道断面布置掏槽眼301、辅助眼302、周边眼303和底板眼304；

(2)在设置好的掏槽眼301、辅助眼302、周边眼303和底板眼304内填装炸药；其中，装药参数为：炸药使用二号岩石乳化炸药，均采用药卷填装，单节重0.3kg。掏槽眼采用集中装药，单孔装药量为2.1kg/2.4m，辅助眼采用集中装药，单孔装药量为1.2kg/2.4m，底板眼装药结构采用空气柱间隔不耦合装药，间隔长度取10～15cm，单孔装药量为0.9kg/2.4m，周边眼装药结构采用空气柱间隔不耦合装药，间隔长度取10～15cm，单孔装药量为1.2kg/2.4m，根据现场实际情况上台阶每循环的实际总装药量为168kg。根据现场实际围岩情况，单孔装药量可酌情装填。

(3)采用8段延时起爆，起爆顺序依次为掏槽眼、辅助眼、周边眼、底板眼，每环炮眼均采用毫秒延时导爆雷管跳段起爆，即掏槽眼为1、3、5段延时，辅助眼为7、9、11段延时，周边眼13段延时，底板眼15段延时。采用反向起爆，起爆药包放置在孔底，雷管聚能穴朝向孔口，示意图如图6：

将实施例1和对比例2的爆破结果和方法进行对比，结果见表3～7和图7～8。

表3常规光爆与聚能水压光爆炮眼利用情况对比

由表3可以看出，通过实施例1与对比例1相比较，技术效果显著提升。炮眼深度平均一孔缩减0.2m，极大的缩减了钻孔时间，炮眼利用率比常规光面爆破提升了7％，同时在耗药量上也有很大的改观，不仅光爆效果得到了很好的控制，也极大了降低了成本。

由图7可以看出，对比例1的平均超挖折线均高于实施例1超挖线，对比例1平均超挖线在10.6cm，实施例1平均超挖线在3.96cm，对比例1比实施例1平均超挖6.64cm。

由图8可以看出，对比例1初支喷射方量每循环比实施例1要多得多，平均每循环2.4m节约方量7.2m

表4火工费用对比表

表5钻孔费用对比表

表6钻爆费用对比标

由表4～6可以看出，实施例1每延米钻爆费用比对比例1节省成本693元，即节省23.12％。以此类推本隧道长6830m，预估可节省471万元。

表7每延米喷射混凝土方量统计

(注：以上实验数据包括喷射回弹量)

由表7可以看出，实施例1聚能水压光面爆破喷射混凝土方量比对比例1常规钻爆每延米平均节约3方，即节省7.15％。按360元/方计算，每延米平均可节省1080元。以此类推，本隧道长6830m，预估可节省737万元。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。