隧道控制超欠挖技术研究(11).

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1、破碎岩体隧道控制超欠挖试验研究与应用一前言在隧道工程中不可避免地会遇到断层破碎带强烈风化带等软弱破碎岩体在该岩体中采用钻爆法掘进尽管要求采用小断面短进尺和弱爆破然而实际情况是超挖量仍然很大且开挖面保留的半边炮孔痕也很少软弱破碎岩体隧道超挖大成形差不仅造成大量超额消耗使工程成本增大而且更重要的是由此大大削弱了本来就弱的围岩强度对确保围岩稳定非常不利因此无论是从经济角度还是从安全角度看在软弱破碎岩体隧道中研究并推行控制超欠挖都是十分必要的非常重要的二软弱破碎岩体隧道超欠挖状况在软弱破碎岩体中隧道开挖方法通常有半断面微台阶或环形开挖等方法其爆破开挖进尺通常为12米单位体积岩石耖药量通常也

2、仅有零点几公斤或更小即使这样隧道超挖量一般都达到2530cm以上有的更大有的甚至直接引发围岩坍塌图1是几座隧道类围岩段的超挖统计平均结果由此看出在较弱破碎岩体隧道中断面超挖量很大且沿整个轮廓的分布以拱部较大两侧相对较小轮廓基本圆顺但几乎无炮痕而欠挖则很少通常仅为超挖的百分之一以内这说明破碎岩体中隧道超欠挖问题主要是超挖问题并且主要与爆破和地层条件关系最为密切图1破碎岩体超欠挖统计图三破碎岩体隧道超欠挖原因分析在破碎地层中钻孔和测量放样精度虽然对超欠挖有影响但由于钻孔浅且多采用构件型钢支撑初期支护要求测量放样精度较高因而产生超欠挖的原因主要来自于地层与爆破在裂隙发育地层中爆破裂隙面将

3、对爆破应力波产生反射拉伸震动作用而使裂隙强度进一步降低可产生脱离式破坏从而形成超挖此外爆轰气体沿与炮孔切割连通的裂隙扩散形成气楔作用也可使一定范围的周边岩体发生破坏而使超欠挖增大实验研究表明爆破应力波和爆轰气体对破碎围岩的影响较之完整围岩要大图2的实测结果表明裂隙密度越大即地层越破碎受爆破扰动破坏所引起的超挖高度就越大近似呈正比关系即使是采用光面爆破进时周边岩体的破坏深度也仍然很大仅比普通爆破减少约20%见图3图2Nph关系图图3fh关系图从现场的爆破震动测试结果看与完整围岩相比在软弱破碎围岩中爆破震动频率低震时长对围岩稳定性不利也即破碎围岩较之完整围岩更容易受到爆破扰动而产生松动

4、坍落等破坏在现场观察到的爆破后开挖面持续不断地松驰掉块或坍塌通常就是这一原因造成按爆破安全规范推荐公式爆破震动速度有如下计算公式α3QV=K11R式中K与地层条件有关的系数Q1同段位起爆的炸药量R某点至爆心距离根据在衡广复线破碎岩体隧道中的实测在节理发育的类围岩中有1.403QV=42.9×12R如取Q1=2KgR=0.5m则V=156mm/s大于引起该地层松散脱落的极限震速80120mm/sGa1ati1975这就是说在一般情况下在破碎地层中爆破引起周边一定范围内的围岩松动是不可避免的根据测试在破碎围岩中爆破对围岩的振动破坏深度都在1.5m以内在采

5、用光爆破且装药量也得到较好控制的情3况下扰动深度可减少到40cm以内据统计观测在类块石土胶结地层q=0.30.45kg/m周边孔装药密度g=0.0730.09kg/m时爆破震动松落高度平均为21.15cm在类片麻岩断层带q=0.79kg/m周边孔装药集中度为g=0.0930.14kg/m时爆破震动松落高度平均约18cm在类花岗岩破碎带q=0.901.10kg/m周边孔装药集中度为g=0.090.14kg/m时爆破震动松落高度平均约为15.4cm由上述的分析和观测可见在软弱破碎岩体隧道中爆破对围岩的震动松落效应是不可避免的因此在该地层隧道控制超欠挖中充分考虑这一特点而适当布置周边孔的

6、位置就显得非常重要四破碎岩体隧道的控制超欠挖技术方法及实例一破碎围岩隧道的控制超欠挖技术方法根据以上分析结论并结合过去的试验研究成果在破碎围岩中隧道控制超欠挖方法可以归纳为如下1确定合理的周边炮孔位置这是最重要的一环可以考虑爆破松动效应分布特征以及设计预留变量和实际变形量的差值以及为保证正常施工所需要的外超值等来综合确定t=h1+u-Ku1-hd3式中t周边炮孔内移量实际布孔位置至设计开挖轮廓的距离h爆破引起的震动松落平均高度值uu1设计预留变形量初期支护变形量k实际变形的计算系数hd为保证正常施工需要的外超高度2确定适应地层特性的爆破设计必须选取短进尺的光面爆破或其它控制爆破方法

7、在此基础上最重要的是要控制单位岩石耗药量q和一次起爆同段位的药量Q1单位耗药最可按式4选取0.04Q-2q=e4式中Q为岩体质量指标或采取工程类比法或现场试验法选定同段位一次起爆的药量则可以根据围岩内某点不产生松动脱落的最大震速限制值Vmax来估算即-a3Q1[Vmax/K]5按照上述选定的q和Q1进行爆破预设计然后通过现场若干循环的施工试验调整即可得到合适的爆破设计及主要参数供施工应用3强化施工组织管理保证作业精度参照已有的经验结合现场的具体实际采取适当的组织形式与