电子数码雷管与掏槽眼分段装...在小净距超大跨径隧道的应用_王亚雄.pdf

2023 年第 1 期(总第 347 期)黑龙江交通科技HEILONGJIANG JIAOTONG KEJINo1，2023(Sum No347)电子数码雷管与掏槽眼分段装药延时爆破技术在小净距超大跨径隧道的应用王亚雄(保利长大工程有限公司，广东 广州510000)摘要:近年来，在我国高速发展的经济背景下，高速公路网线逐渐完善，但早期建设的高速公路由于交通量越来越大，因此越来越多的新建高速将双向八车道作为设计标准，“大跨径化”是隧道建设未来必然的趋势。大跨径小净距隧道在钻爆施工过程中，后行洞的爆破对先行洞的初支影响较大，如控制不好会造成严重的安全隐患。隧道后行洞开挖过程中，将电子数码雷管和掏槽眼分段装药延时爆破技术相结合，用于指导大跨径小净距隧道爆破参数设计。现场试验性爆破参数结果表明:电子数码雷管与掏槽眼分段装药延时爆破技术在与常规爆破技术同样爆破效率的前提下，降低了对先行洞初支约30%的振动影响。关键词:超大跨径;隧道工程;小净距;微差爆破;电子数码雷管中图分类号:U433文献标识码:A文章编号:1008 3383(2023)01 0106 03Application of Electronic Digital Detonator and Cut Hole SubsectionCharge Delay Blasting Technology in Small Clear Distance Super Large Span TunnelWANG Ya-xiong(Poly Changda Engineering Co，Ltd，Guangzhou，Guangdong 510000，China)Abstract:In recent years，under the economic background of Chinas rapid development，the expressway network has been gradually im-proved However，due to the increasing traffic volume of expressways built in the early stage，more and more new expressways take two way eight lanes as the design standard，long span is an inevitable trend of tunnel construction in the future During the drillingand blasting construction of long span and small clear distance tunnel，the blasting of the back tunnel has a great impact on the initialsupport of the first tunnel If it is not well controlled，it will cause serious potential safety hazards In the process of tunnel back tunnelexcavation，the combination of electronic digital detonator and cut hole subsection charging delay blasting technology is used to guidethe blasting parameter design of long span and small clear distance tunnel The results of field experimental blasting parameters showthat the electronic digital detonator and cut hole staged charging delay blasting technology reduce the vibration influence on the initialsupport of the advance tunnel by about 30%on the premise of the same blasting efficiency as the conventional blasting technologyKeywords:large span;tunnel engineering;small clearance;millisecond blasting;electronic digital detonator收稿日期:2022 01 17作者简介:王亚雄(1990)，男，湖南长沙人，本科，工程师，研究方向:隧道施工技术1仙人洞隧道工程概况仙人洞地处贵州省黔南州长顺县，属于都匀至安顺高速公路主线隧道，设计形式为双向八车道分离式隧道。隧道左洞长度为 720 m，右洞长度为615 m，本次试验段选取仙人洞隧道进口浅埋小净距段落，先行隧道为左洞，后行洞掌子面为 K136+400，该处隧道净距为 31 m，隧道开挖最大跨径为22 28 m，断面面积为 246 m2。围岩等级为 SX a，掌子面岩性为中风化灰岩。先行洞对应桩号为 Z2K136+400，初支已封闭成环，仰拱浇筑完毕，暂未施工二次衬砌。2小净距隧道相邻洞初支震动监测2 1爆破监测仪器选择仙人洞隧道进口后行洞初支的震动监测传感器采用三相速度传感器，数据采集使用遥感爆破测振仪，型号为 TC 4850N。该传感器的的震动速度测量范围在 0 05 mm/s 到 200 mm/s 之间，可以满足本次隧道初支振动测速的要求。遥感爆破测振仪可通过无线通信获取传感器测得的初支振动速度和加速度并将数据记录。通过分析爆破震动记录仪的数据，并绘制出时间 振速曲线，可以了解到爆破参数调整前后的震动变化规律1。2 2监测点布置本次试验段震动监测点布置在先行洞隧道内，监测布置分为两种方式:第一种，对应桩号为Z2K136+350 Z2K136+450，一共布置 11 组监测点，每组监测点纵向间距为 5 m，以分析爆破震动波601DOI:10.16402/ki.issn1008-3383.2023.01.039第 1 期王亚雄:电子数码雷管与掏槽眼分段装药延时爆破技术在小净距超大跨径隧道的应用总第 347 期对已施工隧道纵向方向影响程度的差异;第二种，为测出邻洞爆破振动波影响最大的环向测点，在距离后行动爆破掌子面垂直距离最小的全断面均匀布设一环 7 组传感器。3掌子面掏槽技术参数调整与电子数码雷管的应用光面爆破阶段，掏槽眼是最先起爆的，在掏槽阶段由于掌子面围岩完整，没有临空面，围岩对起爆点夹制力最强，同时掏槽眼装药集中、爆破能量大，两者因素相叠加，导致掏槽眼相对于其他爆破眼产生的震动最为剧烈，因此隧道减震爆破的关键着手点是在掏槽爆破阶段对掏槽眼的深度、角度以及装药形式、数量进行减震设计。楔形分段毫秒掏槽减震爆破技术是近五年来开始逐渐应用到隧道施工中，楔形掏槽方式与孔内微差爆破均分别有应用实例，楔形掏槽因为施工简单、相对直眼掏槽炸药用量小、掏槽成功率高的优点，已经在隧道钻爆施工中有大面积的应用2。而以往的实践证明，单孔内部的分段爆破相对一次爆破可有效降低孔底炮眼残留的现象。楔形分段毫秒掏槽减震爆破结合了这两种爆破技术，该技术通过计算优化传统楔形掏槽炮眼，并按计算结果确定数量的炸药分段、分距离填装并通过电子数码雷管延时起爆，可以大幅缩小单段爆破能量和最小抵抗线，让岩体抗震抗夹持作用合理分配到不同的时间和空间。在外层装药爆破后可在楔形掏槽体中间部位产生裂隙，将楔形体分割成外腔与内腔，一部分外层爆破产生的能量消除在外腔岩体内，进而减少传递至整体围岩的的能量，以此达到分解单次最大爆破药量，降低掏槽阶段引发的最高岩体振动速度。为了实现精确、高成功率的毫秒延迟爆破，必须引进高精确度的电子数码雷管，可以保证分段毫秒延时的成功率，有效降低错爆漏爆的现象。3 1楔形分段掏槽爆破设计后行洞试验掌子面的里程桩号为 K136+400，开挖方式为三台阶开挖法，试验均选择上台阶掌子面，围岩裂隙不发育，岩体位硬质灰岩，普氏系数 f为 8，属于较坚固岩体，室内试验测定灰岩密度约为2 450 kg/m3，弹性模量 4 2 GPa。根据围岩情况以及掌子面尺寸，掏槽眼参数设计为:孔深 2 7 m，分左右竖向排列，间距 0 5 m，首段掏槽深度与二段掏槽深度比值 K1 取 1 78。楔形分段掏槽爆破的关键点在于外层炸药爆破后应在楔形槽体中间部位爆破出贯通的裂隙，已达到完全将楔形槽体分割为内腔及外腔的目的。在首段炸药爆破时，楔形槽体的破坏应在分割面产生强烈的拉伸破坏，而二段炸药爆破时应能确保内腔岩体发生破损后，将爆炸能往掌子面外部引导，一次将首段爆破的残渣和二段爆破的腔体石渣抛出楔形槽，为后续爆破提供临空面。爆破装药参数和雷管分段数据见表 1。表 1上台阶爆破主要参数爆孔编号名称孔深/m数量/个单孔装药/kg段装药量/kg起爆顺序雷管段号1掏槽眼2781411 211 和 32辅助眼2781411 2253掘进眼256084 8374掘进眼25130810 4495掘进眼25160812 85116掘进眼25190815 26137掘进眼25220817 67158底板眼25210816 88179周边眼25550527 591910合计1681275在分段爆破装药结构中，外层装药先爆破，内层装药后爆破，其时间差 t 应依据岩体物理参数、装药结构参数综合确定，以保证达到减震效果的同时满足后续起爆点的掏槽需求。tmax(t1，t2)t1=L1(sinVD)+L1(VDsincos2)+kpS/Vpt2=k1ln(1)式中:t1为外首段炸药的起爆时间;t2为外槽腔质心距爆源()引发振动波的正相位发生时间;Vr为裂隙的扩展速度，Vr=0 380Cp;是破碎角;S 为破碎的岩石脱离基岩距离，可取1 2 cm;Vp为碎岩石运动的速度，可取 5 8 m/s;kp为与掌子面现场条件相关的系数，根据掌子面围岩情况可取 0 01 0 03。根据上式计算得到t1=2 41/(sin75 3 200)+2 41/(481 sin75 cos15)+4 0 02/4=0 025 3 s=25 3 ms(2)t2=0 02 ln(14)=53 ms(3)结合现场实际数据可得出，掏槽孔倾角 可取75，楔形掏槽爆破时间段延迟时间tmax t1，t2=53 ms。3 2电子数码雷管的应用电子数码雷管的数控模块具有抗静电、抗杂散电流的功能，能有效避免起爆过程中复杂环境对单个雷管起爆控制的影响，电子数码雷管的起爆模块中还包含网路检测功能，能在安装好起爆网络后起爆前进行网路自检并找出网路错误点，辅助爆破人员纠正错误，因此电子数码雷管支持更加复杂的爆破网路设计4。普通毫秒延时雷管延时误差范围较大，1 段雷管延时正负误差为 13 ms，3 段雷管正负误差为10 ms，而内外层装药延迟时间仅有 53 ms，误差过大，一旦掏槽眼发生延时错误，会导致同时起爆或者内层装药哑炮，因此产生连锁效应导致本次光面爆破失败，综上，采用延时精度高达 1 ms 的电子数码雷管是保证分段掏槽的成功率的必要条件。电子数码雷管内部集成 ECM 和爆能控制器，ECM 具备可编程特性，可在施工现场对 ECM 中的身份信息、起爆密码进行验证，并设置起爆延迟时间。ECM 的控制和编程可通过起爆控制器进行操作。ECM 完成信息认真后将起爆控制信息传递给爆能控制器，爆能控制器能通过存储和释放电能完成点火操作。因此电子数码雷管具备起爆信息验证、可自检性和高精度起爆控制的特点。4爆破结果及震动影响数据分析本次爆破分两次，首次次为普通一次装药掏槽，第二次炮眼不变，在楔形炮孔内进行分段装