高地应力隧道中水压爆破的研究和使用 吴小鹏.docVIP

精品论文 参考文献 高地应力隧道中水压爆破的研究和使用 吴小鹏 郑州市轨道交通有限公司 河南省 454000 摘要：高地应力隧道开挖施工中易发生岩爆，极大地威胁着现场施工人员和设备的安全，通过对隧道施工中采用的水压爆破技术进行研究和改进，从实践中总结出在高地应力隧道中预防和治理岩爆的方法，减少了隧道开挖中的安全隐患并提高了开挖效果。 关键词：高地应力隧道；岩爆；水压爆破 随着国家高速铁路客运专线的发展，铁路隧道呈现出 “长、大、深、群”的特点，而它们所处的地质条件等易于形成高地应力现象，并经常引发岩爆、大变形等严重的相关施工地质灾害问题，所以高地应力与岩爆以及大变形对地下工程围岩稳定性的影响问题，已引起广泛重视。 岩爆是在高地应力隧道开挖过程或完毕后，围岩因开挖卸荷发生脆性破坏而导致储存于岩体中的弹性应变能突然释放，产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质灾害，它对作业人员和设备安全产生威胁，对工程安全和进度造成影响。岩爆的复杂性增加了其防治工作的困难，根据以往防治岩爆的经验，深埋长大隧道开挖中常用的防治岩爆的措施，主要有光面爆破，喷洒或注高压水，做好围岩量测，加强初期支护，增设临时防护设施等，而采用光面水压爆破，可以提高光面爆破效果，湿润岩面，对岩爆进行有效防范。 本文以京福铁路客运专线古田隧道为背景，对在隧道开挖中采用的水压爆破技术进行研究改进，并采取其他措施，对高地应力隧道中岩爆的预防和治理有一定的借签和指导作用 1 高地应力隧道中水压爆破的使用原理及特点 目前大部分隧道掘进爆破采用炮眼无回填堵塞，如图1所示。因炮眼无回填堵塞而被空气充满，一旦炸药爆炸，压缩空气大大损失了击波的能量，这就相应地削弱了在围岩中传播的应力波能量，降低了应力波的强度，从而造成炸药能量利用率不高，且在控制炸药用量方面很难把握，极易造成大面积超欠挖。 隧道水压爆破如图2所示，其原理是利用在水中传播的爆破应力波对水的不可压缩性，使爆炸能量经过水传递到炮眼围岩中几乎无损失，在高地应力隧道使用的特点主要有：一是由于采用了炮泥加水袋堵塞，避免了炸药能量的外泄，炸药能量充分利用在爆破岩石上，使得爆破效率提高，减少了炸药的消耗，提高了隧道开挖的经济效益；二是炸药在爆炸时产生的冲击波，在水中的衰减速度要远远小于在空气中衰减的速度。所以在炮孔底部加入一定量的水袋，使炸药产生的冲击波通过水袋直接作用在岩石上，大大的减少了炸药能量的消耗，提高了炮眼利用率和围岩的光面效果；三是炮眼中的水袋，在炸药爆炸的作用下，会产生“水楔”效应，有利于围岩的进一步破碎，减少爆破产生的大块率。堵塞水袋在爆炸的作用下会产生雾化作用，可以吸收粉尘，降低爆破后的粉尘浓度，减少了爆后对环境的污染，并增加岩面湿润。 2 工程实例 2.1 工程及地质概况 京福铁路客运专线古田隧道为双线隧道，隧道全长10632米，最大埋深约611m，采用钻爆法施工，具有埋深大、洞线长、洞径大的特点，全断面开挖。隧道在DK734+000~DK734+955段围岩岩体应力量级为高地应力区；在DK734+955~DK735+150段围岩岩体应力量级为极高地应力区。 2.2水压爆破方案 根据本隧道围岩情况，为了能有效地减小对围岩扰动，避免出现超欠挖现象，减少岩爆的发生造成安全隐患，在施工至高地应力区时对爆破方案进行调整，由普通掘进常规爆破改为水压光面爆破。 2.2.1 爆破器材的选择 根据施工中常用的爆破器材、现场设备的选用，以及水压爆破的特殊要求，爆破器材选用直径为32的防水乳化炸药，并采用电雷管和导爆管雷管作为起爆器材。炮孔内依设计装填水袋和炮泥。 水袋加工：水袋的原材料即水和塑料袋。水袋长200mm，直径为35mm，袋厚约为0.8mm，采用KPS-60塑袋灌装封口机进行自动灌装封口，水袋具有规格统一、质地均匀、自动灌水封口等特点，提高了环境保护和作业人员的身体健康，减少粉尘和炸药等异味；制作速度快，减少了劳动人员，提高了工作效率；制作水袋方便，操作简单。 炮泥加工：炮泥采用PNJ-A型炮泥机制作而成，炮泥主要采用黏土、砂和饮用水三种材料，三种成分的重量比例为黏土：砂：水=0.75：0.09：0.16，按照配合比例人工拌匀，生产出的炮泥按照20cm～30cm的长度切割。黏土和砂掺杂小碎石块时，应过筛处理，不得将石块投入料斗中，以防止小碎块卡叶片或成形器中的转动螺旋发生故障；加工炮泥的前一天，应把已筛好的泥（土）﹑砂和水按重量配比人工拌和