瓦斯隧道掘进爆破新技术.doc

xx隧道掘进爆破新技术
1.引言
目前, 铁路、公里隧道建设越来越多, 在隧道掘进过程中, 常常遇到高xx地段。根据《爆破安全规程》有关规定, 在xx隧道爆破时起爆总延期时间不得超过130ms, 严禁使用秒和半秒延期雷管, 限制了xx隧道爆破的电雷管使用段数, 影响爆破开挖方法。隧道掘进通常采用掏槽爆破法, 掏槽部分一般需要5段电雷管延期起爆, 再加上辅助孔, 光爆孔等则需要的起爆延期时间更长, 因此无法进行含xx隧道的全断面掘进。针对这一问题, 我们隧道掘进爆破过程中, 在130ms时间内实现隧道的全断面爆破掘进, 解决了xx隧道爆破中起爆时间与全断面掘进的矛盾。
2.短毫秒间隔爆破作用机理
短毫秒间隔爆破技术的实质是：在掌子面的某个区域同时起爆多个彼此平行且垂直于掘进掌子面的炮眼, 利用柱状药包在页岩中的爆炸应力波相互叠加作用, 使该区域内的岩石破碎、抛出, 形成槽腔, 而其周围的炮眼以短毫秒间隔爆破, 在爆生气体的挤压作用下, 岩石被破碎、抛出。通过数值模拟计算得到了多个柱状药包同时爆破应力场的演变过程, 如图1所示。研究表明, 随着爆轰波传播, 岩石内应力波波阵面发展为蘑菇行, 在中央炮孔区形成应力水平相对较高的应力叠加区；应力波在掌子面反射后, 在药柱上部与掌子面间形成了较强的反射拉伸区, 中心也在中央炮孔轴线方向上, 结合相应的孔腔变形特征可以判断炮孔上部的岩石破坏与抛掷, 主要是反射拉应力和炮孔药柱上部孔腔扩张共同作用的结果；下部岩石反射拉应力波强度较弱, 但压应力水平很高且持续时间较长, 衰减较慢, 结合下部炮孔腔体的扩张时间及运动的特点可以判断炮孔下部岩石的破坏, 是在下部腔体二次扩张的过程中变形、破坏的, 主要是由下部孔腔内爆轰气体挤压作用的结果。

图1 多个柱状药包同时爆破应力场的演变历程

3.工程试验
（1）工程概况
华蓥山隧道属于大型公路隧道, 开挖断面90.85m2, 顶部开挖半径6.01m, 开挖高度9.5m、宽度12.3m。隧道通过地段的地质结构复杂, 并且有煤层、xx。试验段岩层为盐溶性角砾岩, 属III～IV类围岩。（新谷立2号隧道属于双线铁路隧道, 开挖断面最大为147.62m2, 最小为94.82m2, 顶部开挖半径4.69m～7.23m, 开挖高度9.5m～11.5m, 宽度10.9m～14.6m。隧道通过地段的地质结构复杂, 并且有煤层、xx。试验段岩层为硅质岩、隧石灰岩、页岩夹煤层, 属V类围岩。）
（2）试验方案设计
由于隧道断面尺寸较大, 如果全断面的炮孔同时爆破, 势必造成单响药量过大, 冲击波、振动、飞石等爆破危害加大, 为此进行短毫秒间隔爆破试验。在掌子面选择合适的区域, 由该区域的炮孔同时爆破形成槽腔, 为周围炮孔的爆破提供临空面, 实现隧道的全断面掘进。试验钻爆参数确定如下:
①钻孔直径φ42mm, 深度L＝2.8m
②比例深度K′。它是指炮孔同时爆破区域内的孔深L与区域宽度B之比, 即K′＝L/B。区域的尺寸4.5m×3.9m, 其中B为3.9m, 故K′＝0.72。
③孔网参数。区域内炮孔的孔间距α＝18, φ＝750mm, 排距b＝15, φ＝630mm, 正六边形布置37个炮孔。其余炮孔则按常规掏槽爆破设计方法设计, 周边孔为光面爆破孔。全部炮孔均垂直于掌子面, 钻孔方向、深度一致。钻孔爆破参数归纳在表1中, 具体炮孔布置如图2所示。

图2 炮孔布置示意图
④装药参数。装药采用柱状乳化炸药, 规格φ32mm×200mm, 延米装药量q′＝1000g/m, 对于光爆孔采用导爆索药串, , 延米装药量q″＝300g/m。底板眼适当加大药量。
⑤堵塞长度。光爆孔堵塞长度L″＝12, φ＝500mm, 其余炮孔堵塞长度L′＝19, φ＝800mm, 堵塞长度不小于500mm, 并用炮棍捣实。
⑥起爆模式。采用1～5段雷管, 起爆顺序以图2中括号内的数字表示。
（3）爆破效果
①爆破后掌子面基本平整, 周边和底板平整, 无明显的超欠挖。
②同时爆破区域残眼为0～5cm；顶部炮孔残眼为20cm；两侧周边残孔眼在25cm以下；底板眼残眼不超过30cm。整个断面的炮孔利用率达到93.6％。
③爆破堆积体比较散, 爆堆抛散距离达30m, 堆高约为断面高度的1/3, 爆破破碎块度小而均匀。

表1华蓥山隧道全断面掘进钻爆参数

4.结束语
（1）试验过程中采用5段电雷管延期起爆整个断面的炮孔, 爆破延迟时间为（105±15）ms, 不仅减少了全断面掘进爆破的雷管使用段数, 而且实现了130ms内隧道的全断面掘进爆破。所以, 用短毫秒间隔爆破技术可以解决xx隧道中起爆延期时间与全断面、大进尺爆破掘进的矛盾, 符合《爆破安全规程》中有关xx隧道爆破延期时间的规定。
（2）试验中同时爆破区域的比例深度K′＝0.2, 孔深L=2.8m, 孔网参数为φ（14～18）, 其余炮孔按常规掘进爆破设计。试验结果证明, 爆破参数选择是合理的, 炮孔利用率达到93.6％。
（3）短毫秒间隔爆破法仅仅是xx隧道爆破技术的新尝试, 还有许多问题有待探讨, 如断面中心炮孔同时爆破区域的宽度与钻孔直径、深度之间的关系, 毫秒间隔与岩石性质的关系等。