隧道爆破技術:昆侖山隧道高原凍土爆破分析討論

時間:2009-10-22

來源:中國傳動網(wǎng)

導語:昆侖山隧道位于昆侖山北麓,海拔4600~4700m,隧道起訖里程DK976+250~DK977+936,全長1686 m,洞身縱坡14‰、13.4‰單面坡;圍巖為三疊系板巖夾片巖,多小型層間錯動,節(jié)理、裂隙發(fā)育。

摘 要 通過昆侖山高原凍土隧道爆破技術的探討,了解到冰很大程度影響圍巖的特性,相對同級圍巖用藥量減少,周邊眼間距減少。 關鍵詞 凍土 爆破 1 昆侖山隧道簡介 昆侖山隧道位于昆侖山北麓,海拔4600~4700m,隧道起訖里程DK976+250~DK977+936,全長1686 m,洞身縱坡14‰、13.4‰單面坡;圍巖為三疊系板巖夾片巖,多小型層間錯動,節(jié)理、裂隙發(fā)育,巖層中分布薄層裂隙冰;山坡為坡積角礫土、碎石土、洪積碎石土;隧道最大埋深110 m,年平均氣溫-3.6~-5.2℃。 2 探討的目的 昆侖山隧道為多年凍土隧道,以前對非凍土隧道研究比較多,多年凍土隧道在國內乃至國外幾乎沒有,社會是向前發(fā)展的,因此收集有關凍土隧道施工的資料,并進行探討和研究是有必要的;高原環(huán)境很脆弱,一旦破壞,很難恢復,對保護凍土環(huán)境也具有特別重要的意義。 3 初步分析 昆侖山隧道為多年凍土隧道,凍土就是由冰和巖石共同形成的。它的特性既不是巖石,也不是冰;雖然有人研究過冰和巖石的特性有點相似,但兩者畢竟是有差別的,通常冰在融點附近有一固定的溫度,即便是小小的壓縮,其晶格就會遭到破壞,冰即變成水,其相性發(fā)生變化,這就大大改變了它的特性,而巖石就不會有這種情況,這就是巖石跟凍土不一樣的地方。 4 數(shù)據(jù)收集、爆破設計 我們對昆侖山隧道進口IV級圍巖爆破進行了細致的觀察,收集了有關的一些數(shù)據(jù),昆侖山隧道進口端IV級圍巖多為板巖夾片巖,以板巖為主,局部夾片巖,淺灰色,灰黑色,變晶結構;板巖為板狀構造,片巖為片狀構造;巖體多柔皺、破碎,節(jié)理、裂隙發(fā)育,有明顯的薄冰夾層,有的甚至達10cm以上,局部片巖為粘土狀,節(jié)理、裂隙發(fā)育的原因是冰變成水,體積增大凍脹作用的結果,尤其淺埋地段受季節(jié)變化的影響,冰水的轉換,圍巖破碎程度更為明顯。 根據(jù)昆侖山隧道開挖斷面(IV級圍巖為78㎡)、圍巖性質、圍巖結構、節(jié)理發(fā)育程度和炸藥性能等因素,經多次調整(每次進尺3.0m),確定如下爆破參數(shù): 4.1 炮眼數(shù)量及布置 4.1.1 炮眼數(shù)量 N=(q×s)/(η×r) 其中q————單位立方米的炸藥消耗量,取0.43kg/m3 s————開挖斷面面積,取78㎡ η————炮眼利用率,取0.90 r ————每米炮眼長度的裝藥量,取 0.35kg/m N=(0.43×78)/(0.90×0.35)=107(個) 4.1.2 掏槽眼的確定 掏槽眼采用垂直楔形掏槽,施工中取炮眼與工作面夾角70°,兩排炮眼間距為0.70m,炮眼數(shù)量6個為宜,見圖一:
4.1.3 周邊眼的確定 根據(jù)爆破參數(shù)的確定原則,炮眼壁上產生的沖擊壓力不應大于處于體積壓力狀態(tài)下巖石的抗壓強度,而應大于巖石極限抗拉強度。 即:[δ]pEL<[δ]cdL 則:E<[δ]c/[δ]p×d=K×d式中:[δ]p————巖體極限抗拉強度(kg/cm2)[δ]c ————巖體極限抗壓強度(kg/cm2) d———— 炮眼直徑(㎝) E————周邊眼間距(㎝) K————孔距系數(shù) 根據(jù)試驗拱部K取10,則E=35㎝,邊墻K=12,則E=45㎝。④全斷面炮眼布置圖,見圖二:
4.2 炸藥的選用及裝藥量、裝藥結構炸藥 選用常見的2#巖石乳化炸藥,各炮眼裝藥見炮眼裝藥數(shù)量表:
從爆破效果看,輪廓線比較平整光滑,拱部炮眼殘痕達75%~80%,邊墻為65%以上,最大超挖0.2~0.3m,主要發(fā)生在起拱線附近,原因是鋼格柵緊跟,鉆眼角度偏大所致。 5 討論 同以往資料相比較,同級圍巖,同斷面隧道開挖,凍土隧道用藥量要小,周邊眼間距也要求小一些。原因是當炸藥爆炸時,產生巨大的爆炸沖擊壓力波向四周擴散,由于巨大壓力波的作用,達到冰融點所固有的溫度,冰即變成水,冰的密度小于水的密度,體積縮小,產生空隙,導致圍巖形變加大,因而圍巖更容易被爆炸沖擊壓力波破碎。因此凍土隧道開挖時注意用藥量較同類型非凍土隧道要少,周邊眼間距也要稍小一點。
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