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1、楔形掏槽在隧道开挖中的应用楔形掏槽在隧道开挖中的应用1 1 前言前言隧道爆破不同于露天爆破，它只有一个自由面即开挖面，爆破效果的好坏，取决于临空面的性质（大小、数量） ，就改善隧道整体爆破效果出发，必须通过掏槽方式人为地创造新的自由面（临空面） ，通常利用钻孔方式的不同，形成多种多样的临空面，最早最原始的方法是即发掏槽，即用多个相距甚密的垂直炮孔进行齐发爆破，这种掏槽方式炮孔利用率较低，可达孔深的 6070%，并且爆破产生的振动很大，随后又发展为斜眼掏槽，如单斜面掏槽、锥形掏槽、扇形掏槽、楔形掏槽等。掏槽方式与钻孔机械先进程度相关，随着液压凿岩台车的使用和电脑台车的进一步发展，隧道爆破掏槽由斜
2、眼掏槽方式发展为直眼掏槽。如裂缝掏槽、五梅花中空掏槽、桶形掏槽、螺旋形掏槽等，实践中采用何种掏槽方式必须考虑到所使用的钻孔机械，当采用手持风钻钻孔时，大多采用斜眼掏槽方式，当岩石较软时，对爆破振动有严格要求时，必须采用有利于降低爆破振动的直眼掏槽方式。如螺旋形掏槽或桶形掏槽等，当采用大型钻孔台车时，必须使用直眼掏槽方式才能获得较大的爆破进尺。如大瑶山隧道进尺达 45m，我局施工的米花岭隧道类围岩 3.84.0m，宁台温高速公路黄土岭隧道类辉长岩采用半电脑台车钻孔，其循环进尺 4.0m 等，这些炮孔利用率均达 95%及以上，而且获得较好的光爆效果。这些开挖设备利用在长大隧道,岩石特别坚硬的施工环
3、境下发挥出巨大经济效益。由于加强成本管理，目前建筑市场招投标还存在很多问题，以致相互压价，低标中标以及人为原因提前工期等因素影响，迫使施工单位采用较适用的施工手段和施工方法，因此目前隧道爆破开挖似乎又回到 6070 年代的开挖水平上，我这里指的是爆破开挖技术，除非采用液压凿岩台车施工的隧道外，一般隧道爆破大多采用斜眼这种较为远古的施工方法，正由于斜眼掏槽具有较多的优点（下面将要提到这些） ，及受与施工管理相关等因素的制约，在目前仍然是一种隧道爆破的主要掏槽方式。楔形掏槽是由两排以上的相邻对称的倾斜炮孔组成，爆破后形成楔形的槽，槽可以分成水平楔形和垂直楔形掏槽两种形式。其适用于开挖断面大于 4m
4、2及以上的断面，并根据开挖面节理裂隙发育程度以及走向分别采用水平楔形掏槽和垂直楔形掏槽（当存在水平层理时应用水平楔形掏槽） ，这类掏槽方式能提供较大区域的槽腔体积，有利于后续炮孔的爆破，提高循环进尺和炮孔利用率，减少炮孔数量。缺点是爆破块度较大、堆碴分散、个别飞石达 60m 左右，其爆破振动较大，这对于整体性较好、极限抗压强度较高的围岩而言，复式楔形掏槽起爆顺序示意图 87d48877d3d2d1图中数字为起爆顺序,非 雷管段别,N=8孔(单重)8642642L 1：nL2 1：nw35 6w24w1121、w364553321011L3 1：n、掏槽深度HL4556423311877掏槽高度
5、aaa爆破振动导致的破坏程度不甚明显，采用无轨运输方式不失为一种快速掘进的施工方法。这种方法，一次可以获得(4050%)B(B 为隧道开挖宽度)的进尺，有利于快速施工。楔形掏槽是斜眼掏槽中较易掌握的并具有普遍性掏槽方式，其适用性较强，目前凡手持风钻进行爆破开挖的爆破作业，大多采用斜掏槽，尤其是楔形掏槽得到进一步运用和推广，其发展水平及掏槽形式又有新的样式，而这些爆破方法，单从加快施工进度、降低工程成本而言。到不失为一种较好的施工方法，然而这些方法对地质情况不加区分，一味地加以大力提倡和推广运用，会适得其反，如大角度大抵抗线、加大掏槽高度、加大掏槽深度、加大单孔装药量、加大掏槽炮孔同段装药量等现
6、象，凡此种种均与隧道施工规范所要求的大相抵触，比如规范要求采用尽量不扰动围岩的施工方法、合理选择进尺等，而实际上我们所采用的爆破方法均与此要求相违背，文中将对如何正确使用楔形掏槽进行爆破作业提供几点修正意见。2 2 斜眼掏槽孔网参数及取值斜眼掏槽孔网参数及取值2.1 斜眼掏槽孔网参数斜眼掏槽由炮孔夹角、掏槽孔对数、掏槽高度、孔口间距、炮孔倾斜度（1：、n） 、炮孔长度 L、扩槽孔和掏槽孔最小抵抗线、掏槽深度 H、孔底间等主要要素组成，如右图示。斜眼掏槽根据地质情况及开挖面宽度，可采用多重楔形掏槽，如单层掏槽、双重掏槽、多重楔形掏槽，有时根据实际情况，亦可采用非对称多重楔形掏槽等方式，楔形掏槽有
7、如下形式：掏槽深度H3m多重楔形掏槽扩槽孔最小 抵抗线W3m掏槽深度H=(23)m掏槽深度H3.5推荐掏槽深度0.50.80.81.01.522.533.542.2.2 合理掏槽形式根据岩石的可爆性及允许一次掏槽深度应采用的合理楔形掏槽方式如下表示:由掏槽深度、岩石可爆性决定的掏槽方式表 3 单位：m 循环进尺 可爆性3.54.03.03.52.53.02.02.51.52.01.5好221.5111较 好221.51.511一般2.5221.51.51差3.02.522212.2.3 掏槽高度及夹角掏槽高度由岩石性质决定，可由下表选择:掏槽参数与岩石极限抗压强度关系表 4类别极限抗压强度(M
8、pa)夹角(o) 相邻眼口距离 a(m) 掏槽高度(m) 单层炮孔数(个)次坚岩206030400.50.80.50.84608040500.40.50.41.0468010050540.350.40.70.86普坚岩 10012054600.350.30.60.7612016060640.20.30.40.66特坚岩 16020064700.20.40.6682.2.4 扩槽孔抵抗线扩槽孔抵抗线过大，不利于提高炮孔利用率，建议按下表进行考虑：扩槽孔底抵抗线取值表 5岩石软硬 取 值坚硬岩石中硬岩石软 岩备 注允 许 值 (m)0.81.01.01.21.21.4已计入钻孔偏差建 议 值 (m
9、)0.60.80.01.01.01.2考虑到部份技术余量3 3 楔形掏槽装药参数楔形掏槽装药参数3.1 计算经验公式掏槽孔装药不宜过大，过大一是增大爆破扰动范围，二是产生远距离飞石，损坏洞内设施，通常装药量应既能满足槽腔抛碴彻底又不致于产生过大振动，同层楔形掏槽孔同层楔形掏槽孔建议按下述经验公式进行计算，并结合表表 6 6 进行取值:式中:a指相邻孔孔口间距，单位：m；N指同层掏槽深度 Wi时的掏槽炮孔数，单位：（个）K指标准爆破漏斗炸药单耗（kg/m3） ；Wi指同层掏槽孔的掏槽深度，单位：mf（n）指爆破作用指数函数，其值为： f（n）=0.4+0.6 n3指楔形掏槽炮孔之间夹角；L指楔形
10、掏槽炮孔深度，单位：(m)Q单孔装药量，单位：（kg） ； q线单孔平均线装药量，单位：（kg/m）3.2 计算参数及线装药量参考取值 22tgnfKWNaQi单孔LQq/单线(kg)(kg/m)各参数及线装药量参照下表取值：楔形掏槽炮孔装药量计算参数表 6围 岩nK(kg/m3)深 度(m)夹 角(o)间 距a(m)炮孔数(个)平均线装药量q线(kg/m)软 岩11.2511.212580.60.840.150.20中硬岩1.251.31.21.61.52.058600.50.6460.250.45坚硬岩1.31.51.62.01.21.560700.40.560.500.65注：岩石可爆性
11、好时，n、 取小值，a、wi取大值；可爆性差时，n、 取大值，a、wi取小值。4 4 楔形掏槽表现形式楔形掏槽表现形式4.1 不利掏槽形式用斜眼掏槽，这对降低开挖成本是一种好的掏槽方法，因为掏槽区槽腔体积较大，有利于后续炮孔的爆破。同时钻孔精度对进尺的影响远小于直眼爆破，正由于这一点斜眼掏槽得到进一步发展。目前斜眼掏槽在实践中又出现了许多新的表现形式。一是加大掏槽高度，二是同一工作面设两次掏槽如下图示：4.2 大角度、大抵抗线大角度、大抵抗线既不利于维护围岩的稳定，又不利于改善爆破块度，因为单位体积的炸药消耗量对特定的爆破介质而言为一常数，采用大角度、大抵抗线，必然出现炮孔数减少，在总用药量不
12、变的情况下，势必增大单孔用药量，当然会导致齐爆装药量增大，同时由于不合理的起爆方式,增大了同段装药量,会导致扰动破坏范围的加大，不利于提高围岩的自稳定能力；掏槽孔采用大角度、挷槽孔和辅助孔形成大抵抗线，减少了炮孔数，这对于无轨运输来讲，即使产生较多大块,对装运而言无大的妨碍,也可缩短循环时间，加大掏槽范围分 区 掏 槽4.3 起爆顺序掏槽孔爆顺序是影响循环进尺、爆破振动的又一关键因素，在实际施工时，由于图省事，常一排或一圈一个段进行雷管段别安排，根本没有从维护围岩稳定和改善爆破效果等因素去加以研究，作者曾在一些隧道作过振速测试：当采用楔形掏槽时，雷管使用ms1、3、5、7、9 计 5 个段别的
13、非电毫秒雷管，在距工作面 5m 附近测得最大振动速度超过2025cm/s，同等条件下，多使用雷管数，即用 ms1、3、415 段各段，其振动速陡降为512cm/s，其超前支护以外的围岩由原来的坍落高度 12m 下降为 00.5m,通过分析与测试表明,控制爆破振动是改善在不良地质条件下施工不产生坍方的有效途径之一。多重楔形掏槽炮孔其炮孔间时差应合理选择,建议按以下原则进行:两层间时差应大于5075ms,便用抛碴软岩不小于 75ms,硬岩不小于 50ms 为宜。扩槽孔与挷槽孔间不小于75ms。沿掏槽孔高度方向，应强调炮孔间的共同作用和抑制飞石，雷管应连段设置不得跳段使用，正确的起爆模式应为下图示：
14、5 5 钻孔精度的控制钻孔精度的控制5.1 孔位及炮孔长度控制开挖面大多情况下凹凸不平，当采用斜眼掏槽爆破，各孔网参数必须考虑钻孔精度影响，如开孔位置、倾斜度、炮孔深度等，当理论炮孔位置（由设计图纸上孔位反应到开挖面上的对应点）位于凹处时，实际开孔位置必须向内移H1=n h1，炮孔减少L1=h1(1+n2)1/2, 当理论炮孔位置位于凸处时，实际开孔位置必须向外移H2=nh2，炮孔加长L1=h2(1+n2)1/2，为防止钻孔交叉，通常孔底设计成相距约 20cm 的孔间距。当不作上述孔位及孔长调整，实际孔底会有较大差别，这也是为什么在同等条件下，两个班开挖会产生不同的循环进尺的缘故，如下图示。1
15、1224334211243343333111131133113正确起爆顺序不宜采用的起爆顺序5.2 钻孔角度控制人们难以理解角度这个量纲，为了较准确地钻凿掏槽孔，通常的做法在掏槽中心钻深约 30cm 的空孔，插入一标准炮棍,炮棍上应标明刻度，利用长度单位(1.1 右图)d1d4、炮孔斜率 n 进行方向控制。6 6 结束语结束语斜眼掏槽因有较宽的槽腔体积，能保证进尺稳定，其炮孔数目明显少于直眼掏槽爆破约2030%， （按本文所要求的原则仅减少约 10%） ，即单线隧道大约 7585 孔，双线隧道120140 孔左右。通常用简易台架作工作平台，单钻孔时间一般不会超过 3 小时， （类围、炮孔深 3
16、m、1520 台风钻） ，同时在钻爆作业上巧妙安排各工序，一般情况下采用楔形掏槽方式，当双线采用无轨运输方式，炮孔深 3m 的类围岩，其作业循环时间在 68 小时。又楔形掏槽有其布孔简单，工人实际操作方便尤其是安排雷管段别时，他们大都按同圈或同排同段进行安排，如此单线铁路隧道不多于 7 个段至多 9 个段，由此采用手持风钻，工班在研究运用斜眼掏槽方面大下功夫，这些方法对加快施工进度，降低工程成本来讲，肯定是一种有效的方法，但就整个工程而言，这里主要指隧道后期的维护与保养，会隐藏诸多不利因素，文中根据个别现场上所看到的典型实例，对这种掏槽方式进行讨论，希望通过本文点滴，能对正确使用和掌握楔形掏槽提供借鉴，这样既能保证工程整体质量且有利于企业科技进步，
