青岛地铁光面爆破设计参数优化研究

青岛地铁光面爆破设计参数优化研究　梁成学　（中铁十四局集团第五工程有限公司，山东兖州　２７２１２０）　摘要：以青岛地铁为工程背景，通过改变掏槽方式　及周边眼装药结构形式，对比分析原有方案和现　区问断面为马蹄形断面，高６．３　ｍ，宽６．２　ｍ，其中上　台阶高３．２　ｍ。开挖方法有台阶法、全断面施工法。　存方案．结果表明当采用新的爆破方案时，周边眼　半眼痕率明显提高，光爆效果明显改善；掌子面上　方爆破振速降低３６％。同时满足爆破振速和光　爆效果成为创新点。　关键词：地铁；光面爆破；方案设计；效果　中图分类号：Ｕ４５５．４　文献标识码：Ｂ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｍｏｏｔｈ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｍ￣ｉ●…ｎｇｄａｏ　ｓｕｂｗａｙ　一　ＬＩＡＮＧ　Ｃｈｅｎｇ——ｘｕｅ　（Ｔｈｅ　Ｆｉｆｔｈ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　１４ｔｈ　Ｂｕｒｅａｕ　Ｇｒｏｕｐ　Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｙａｎｚｈｏｕ　２７２１２０　Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｏｋ　Ｑｉｎｇｄａｏ　ｓｕｂｗａｙ　ａｓ　ｔｈｅ　ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｂｙ　ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｕｔ　ｗａｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｈａｒｇｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ　ｅｙｅｓ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｈｅ　ｐｒｅｖｉｏｕｓ　ｓｃｈｅｍｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｃｈｅｍｅ，ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｗｈｅｎ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｓｃｈｅｍｅ，ｔｈｅ　ｈａｌｆ　ｏｎ　ｅｙｅ　ｒａｔｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ；ｔｈｅ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ａｂｏｖｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ｆａｃｅ　ｈａｄ　ｂｅｅｎ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｂｙ　３６％．　Ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ　ｂｅｃａｍｅ　ｔｈｅ　ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ｐｏｉｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｅｔｒｏ；ｓｍｏｏｔｈ　ｂｌａｓｔｉｎｇ；ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｄｅｓｉｇｎ；　ｅｆｆｅｃｔ　１　工程概况　试验区间隧道设计里程为ＹＫ２３＋１３２．８９６一　ＹＫ２４＋１２７．０００，全长１　００２．８９８　ｍ，全线采用暗挖法　施工。沿线埋深平均在２０　ｍ左右，场区内基岩以粗　粒花岗岩为主，煌斑岩、花岗斑岩呈脉状穿插其间。　收稿日期：２０１２—０３—０４　作者简介：梁成学（１９７６一），男，山东济宁人，工程师。　３８一　本文以台阶法为例，寻求合理进尺情况下，保证周边　成型和振速要求的爆破方案。　２光面爆破原理　光面爆破是先爆除主体开挖部位的岩体，然后再　起爆布置在设计轮廓线上的周边孑Ｌ药包，将光爆层炸　除，形成一个平整的开挖面。通过正确选择爆破参数　和合理的施工方法，最后达到爆后壁面平整规则、轮　廓线符合设计要求的一种控制爆破技术，目的是使爆　破后留下的围岩形状规整，具有光滑表面…。光面爆　破对围岩的扰动范围小，可有效地减少应力集中所引　起的塌方现象，有利于围岩稳定，是目前隧道施工中　保证周边轮廓、控制超欠挖的主要爆破方法。尤其在　不良地质段，光面爆破技术可以改善作业环境，便于　喷锚作业，降低喷射混凝土回弹率，从而大大节约工　程成本　。关于光面爆破的成缝机理，国内外学者做　了大量研究，如光面、预裂爆破成缝原理　，光面爆破　和预裂爆破破裂机理的研究等　。归纳起来，有三种　较有代表性：（１）应力波波峰干涉；（２）爆炸气体高压　静力作用；（３）应力波和爆炸气体的综合作用　Ｊ。　３　爆破参数的选取及方案设计　３．１爆破参数的选取　３．１．１周边眼间距和最小抵抗线　周边眼间距可按公式（１）计算。。　：　Ｅ≤　ｄ：Ｋｄ………………………………Ｐ　‘　（１）　由公式（１）可知，光面爆破炮眼间距Ｅ与岩石的抗　压强度和抗拉强度的比值Ｋ及炮眼直径成正比。一般　情况下：Ｋｉ＝１０～１６，从而得出Ｅ＝１０～１６ｄ。现场采　用的炮眼直径ｄ＝４２　ｒｆｌｌｎ。现场实践证明，周边眼间距　Ｅ控制在４００　ｍｍ时效果能够满足要求。当岩性相对较　好时，两边眼间距可适当增加到５００　ｍｎ３，在裂隙、节理　发育或层里明显的岩石中，眼距应严格控制。　周边眼间距Ｅ和最小抵抗线　的比值称为密集　系数　。试验表明一般情况下，Ｋ＝０．８～１．０，经过现　山东交通科技　场分析Ｋ取０．８。按公式（２）计算：　Ｋ＝　………………………（２）　２０１２年第２期　代人数值得出：　＝　＝５００　ｍｍ。　３．１．２周边眼的装药量和孔深　周边眼装药量随着岩性的不同选择不同，为避免　围岩产生裂缝，必须严格控制周边眼的装药量。一般　不宜超过以下数值：软岩（厂＝２～３）１００～１５０　ｇ／ｍ；中　硬岩（，＝４～６）１５０～２００　ｇ／ｍ；硬岩（ｆ＝８～１０）２００～　２５０　ｇ／ｍ。青岛地铁沿线需要特殊控制的地段较多，　图２现掏槽眼布置图（单位：ｍｍ）　３．１．４装药结构　原方案周边眼采用径向不耦合装药，炸药直径为　３２　ｍｍ，炮孔直径为４２　ｍｍ，不耦合系数为１．３１。采用　集中装药孔底方向起爆时，现场发现孔底会超挖，孔　例如框架结构、砖混结构等，故循环进尺应该根据现　场的实际情况而定。本文以循环进尺１．５　ｍ为例，确　定周边眼装药量为３００　ｇ。　３．１．３掏槽眼设计　掏槽眼对爆破循环进尺影响较大，同时掏槽效果　口会欠挖的现象。当周边眼采用分段装药，用导爆索　连接时，半眼痕率显著提高，周边成型效果有明显改　善。炮孔全部采用泡泥堵塞，堵塞长度不小于２０　ｅｍ。　的好坏也会影响到周边成型。由于岩石的夹制作用　较大，原有掏槽方式引起的爆破振动较大，见图１。采　用新型复式楔形掏槽，见图２。其原理是：第一层掏槽　承担一小部分岩体爆破，形成ｌ临空面减少岩石的夹制　作用，再第二层掏槽爆破，逐渐扩大掏腔。经过此改　两种装药结构见图３。　变，掏槽效果得到了提高，同时掌子面上方爆破振速　也得到了相应的降低。　　１原采用周边眼装药结构　０．５卷●　ｌ　０　０．５卷　●　０　描泥　尊爆索　现采用周边眼装药结构　图３周边眼装药结构　３．２爆破方案设计　新方案和原方案相比，炮眼布置整体没有变化，只是　改变了掏槽方式和周边眼装药结构，除掏槽眼药量发生　图１原掏槽眼布置图（单位：ｍｍ）　变化外，其他炮眼药量保持不变，炸药单耗由１．３　ｋｇ／ｍ　降　低到１．２６　ｋｇ／ｍ　。具体爆破参数见表１和表２。　表１原方案爆破参数列　（下转第４７页）　一３９—　山东交通科技　２０１２年第２期　方法［Ｊ］．广东建材，２００８．　［５］　赵维炳．排水固结加固软基技术指南［Ｍ］．北京：人民　［３］　吴永全．沉降和位移观测在软土路基施工中的应用　交通出版社，２００５．　［Ｊ］．北方交通，２００７．　［６］　徐泽中．公路软土地基路堤设计与施工关键技术　［４］　欧湘萍、金智涛、白志平．公路软土路基沉降观测问题　［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００７．　分析［Ｊ］．甘肃科技纵横，２００７．　（上接第３３页）　［６］　黄厚庆．高液限土在路堤工程中的应用研究［Ｊ］．中南　［８］　杨有海．粉煤灰与ＮＣＳ、水泥拌合料的强度特性试验　公路工程，２００１，２６（４）：１—３．　研究［Ｊ］．岩土工程学报，２００１，２３（２）：２２７—２３０．　［７］　陈新民．ＮＣＳ改良膨胀土的试验研究［Ｊ］．水文地质工　［９］　洪毓康．土质学与土力学［Ｍ］．北京：人民交通出版　程地质，１９９７，（６）：４１—４４．　社，１９９８．　（上接第３９页）　４爆破效果　实际施工过程中根据岩性的变化可做适当调整，以满　城市地铁光面爆破施工既要求光爆效果，同时　足实际要求。　也要满足振速要求。本文对前后两种方案进行对比　分析，得出采用新方案时，掌子面上方爆破振速为　参考文献：　２．０８　ｅｒａ／ｓ，较原方案３．２５　ｅｍ／ｓ有明显降低。同　［１］　王文龙．钻眼爆破［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，１９８４．　时，新方案的光爆效果较原方案也有一定提高，新方　［２］　潘明亮，段宝福．大断面隧道光面爆破技术的改进与　案爆破后周边成型规整，半眼痕率较高，超欠挖现象　应用［Ｊ］．有色金属（矿山部分）．２０１１，６３（２）：６９—７１．　得到了改善。　［３］　钱叶甫．光面预裂爆破成缝原理［Ｊ］．重庆大学学报，　１９９４，１７（１）：１２６—１３０．　５　结语　［４］　凌伟明　光面爆破和预裂爆破破裂．机理的研究［Ｊ］．　（１）通过改变掏槽方式，掌子面上方爆破振速由　１９９０，１９（４）：７９—８５．　３．２５　ｅｍ／ｓ降低至２．０８　ｅｍ／ｓ，降低３６％；（２）通过周　［５］　李彬峰，潘国斌．光面爆破和预裂爆破参数研究［Ｊ］．　边眼装药结构的调整，超欠挖现象得到了改善，半眼　爆破，１９９８，１５（２）：１４—１６．　痕率明显提高，光爆效果较好；（３）两种爆破方案整体　［６］　周建军，隧道光面爆破技术研究［Ｊ］．科学之友，２０１１　单耗分别为１．３　ｋｇ／ｍ　和１．２６　ｋ　ｍ。，变化不大，现场　（４）：６２—６３．　．．－——４７．－－——