楔形掏槽是在工作面上由兩排對稱的傾斜炮眼組成，爆破後形成如楔狀的掏槽。可分水平楔形和垂直楔形兩種，習慣上常用後者，而當有水平結構面時，則用前者。在掘進中等斷面以上（>4平方米）時常使用，若用機械化鑽車鑽孔，則很少使用此種型式。其適用於開挖斷面大於4m及以上的斷面，並根據開挖面節理裂隙發育程度以及走向分別採用水平楔形掏槽和垂直楔形掏槽（當存在水平層理時套用水平楔形掏槽），這類掏槽方式能提供較大區域的槽腔體積，有利於後續炮孔的爆破，提高循環進尺和炮孔利用率，減少炮孔數量。缺點是爆破塊度較大、堆碴分散、個別飛石達60m左右，其爆破振動較大，這對於整體性較好、極限抗壓強度較高的圍岩而言，爆破振動導致的破壞程度不甚明顯，採用無軌運輸方式不失為一種快速掘進的施工方法。
基本介紹
- 中文名：楔形掏槽
- 外文名：wedge cutting
- 優點：具有較大區域的槽腔體積
- 缺點：爆破塊度較大、堆碴分散
- 領域：能源
- 學科：坑探工程
簡介,概念,楔形掏槽孔網參數及取值,掏槽孔深度,合理掏槽形式,掏槽高度及夾角,楔形掏槽表現形式,不利掏槽形式,大角度、大抵抗線,起爆順序,鑽孔精度的控制,孔位及炮孔長度控制,鑽孔角度控制,展望,
簡介
隧道爆破不同於露天爆破，它只有一個自由面即開挖面，爆破效果的好壞，取決於臨空面的性質（大小、數量），就改善隧道整體爆破效果出發，必須通過掏槽方式人為地創造新的自由面（臨空面），通常利用鑽孔方式的不同，形成多種多樣的臨空面，最早最原始的方法是即發掏槽，即用多個相距甚密的垂直炮孔進行齊發爆破，這種掏槽方式炮孔利用率較低，可達孔深的60～70%，並且爆破產生的振動很大，隨後又發展為斜眼掏槽，如單斜面掏槽、錐形掏槽、扇形掏槽、楔形掏槽等。掏槽方式與鑽孔機械先進程度相關，隨著液壓鑿岩台車的使用和電腦台車的進一步發展，隧道爆破掏槽由斜眼掏槽方式發展為直眼掏槽。如裂縫掏槽、五梅花中空掏槽、桶形掏槽、螺旋形掏槽等，實踐中採用何種掏槽方式必須考慮到所使用的鑽孔機械，當採用手持風鑽鑽孔時，大多採用斜眼掏槽方式，當岩石較軟時，對爆破振動有嚴格要求時，必須採用有利於降低爆破振動的直眼掏槽方式。如螺旋形掏槽或桶形 掏槽等，當採用大型鑽孔台車時，必須使用直眼掏槽方式才能獲得較大的爆破進尺。如大瑤山隧道進尺達4～5m，我局施工的米花嶺隧道Ⅳ類圍岩3.8～4.0m，寧台溫高速公路黃土嶺隧道Ⅴ類輝長岩採用半電腦台車鑽孔，其循環進尺4.0m等，這些炮孔利用率均達95%及以上，而且獲得較好的光爆效果。這些開挖設備利用在長大隧道,岩石特別堅硬的施工環境下發揮出巨大經濟效益。由於加強成本管理，目前建築市場招投標還存在很多問題，以致相互壓價，低標中標以及人為原因提前工期等因素影響，迫使施工單位採用較適用的施工手段和施工方法，因此目前隧道爆破開挖似乎又回到60～70年代的開挖水平上，我這裡指的是爆破開挖技術，除非採用液壓鑿岩台車施工的隧道外，一般隧道爆破大多採用斜眼這種較為遠古的施工方法，正由於斜眼掏槽具有較多的優點（下面將要提到這些），及受與施工管理相關等因素的制約，在目前仍然是一種隧道爆破的主要掏槽方式。
概念
楔形掏槽楔形掏槽和錐形掏槽一樣，都是儘量在炮眼底集中裝藥，使炸藥爆炸時形成更大的威力把岩石爆破成拋擲漏斗，集中裝藥在眼底呈一條直線。槽眼對稱布置，分水平楔形掏槽和垂直楔形掏槽兩種，均為同時起爆。水平楔形掏槽只在水平層理髮育的岩層中使用，而多數情況都使用垂直楔形掏槽。垂直楔形掏槽兩對水平方向槽眼眼口間距為1．0～1．4m，眼底間距為0．2～0．3m，但對非常難爆的岩石，應使眼底的距離不超過0．2m。裝藥滿度係數一般為0．7。槽眼排距(每對槽眼垂直距離)、眼數及槽眼角度根據岩石軟硬決定，排距一般為0．3～0．5m，眼數一般為4～6個，槽眼角度一般為60°～70°。垂直楔形掏槽因受巷道寬度限制，炮眼深度較淺。
楔形掏槽是由兩排以上的相鄰對稱的傾斜炮孔組成，爆破後形成楔形的槽，槽可以分成水平楔形和垂直楔形掏槽兩種形式。其適用於開挖斷面大於4m及以上的斷面，並根據開挖面節理裂隙發育程度以及走向分別採用水平楔形掏槽和垂直楔形掏槽（當存在水平層理時套用水平楔形掏槽），這類掏槽方式能提供較大區域的槽腔體積，有利於後續炮孔的爆破，提高循環進尺和炮孔利用率，減少炮孔數量。缺點是爆破塊度較大、堆碴分散、個別飛石達60m左右，其爆破振動較大，這對於整體性較好、極限抗壓強度較高的圍岩而言，爆破振動導致的破壞程度不甚明顯，採用無軌運輸方式不失為一種快速掘進的施工方法。這種方法，一次可以獲得(40～50%)B(B為隧道開挖寬度)的進尺，有利於快速施工。
楔形掏槽是斜眼掏槽中較易掌握的並具有普遍性掏槽方式，其適用性較強，目前凡手持風鑽進行爆破開挖的爆破作業，大多採用斜掏槽，尤其是楔形掏槽得到進一步運用和推廣，其發展水平及掏槽形式又有新的樣式，而這些爆破方法，單從加快施工進度、降低工程成本而言。到不失為一種較好的施工方法，然而這些方法對地質情況不加區分，一味地加以大力提倡和推廣運用，會適得其反，如大角度大抵抗線、加大掏槽高度、加大掏槽深度、加大單孔裝藥量、加大掏槽炮孔同段裝藥量等現象，凡此種種均與隧道施工規範所要求的大相牴觸，比如規範要求採用儘量不擾動圍岩的施工方法、合理選擇進尺等，而實際上我們所採用的爆破方法均與此要求相違背，文中將對如何正確使用楔形掏槽進行爆破作業提供幾點修正意見。
楔形掏槽孔網參數及取值
掏槽孔深度
楔形掏槽深度與鑿岩設備構造、開挖斷面和地質情況密切相關，施工時應將地質因素作為決定進尺的先決條件，建議按下表1、2進行選擇：
開挖斷面大小決定的掏槽深度表1 單位：m
斷面寬度(m) | 4～5 | 5～6 | 6～8 | 8～12 | 備 注 |
最大掏槽深度 | 2～2.5 | 2.5～3 | 3～4 | 4～6 | 由開挖斷面決定的最大掏槽深度 |
推薦掏槽深度 | 1.5～2 | 2～2.5 | 2～3 | 3～4 | 由地質、合理循環時間決定的深度 |
地質情況決定的掏槽深度表2 單位：m
圍岩類別 | Ⅰ | Ⅱ | Ⅲ | Ⅳ | Ⅴ及以上 | 備 注 |
最大掏槽深度 | 0.5～1.0 | 0.8～1.2 | 1.5～2.5 | 2.5～4 | >3.5 | |
推薦掏槽深度 | 0.5～0.8 | 0.8～1.0 | 1.5～2 | 2.5～3 | 3.5～4 |
合理掏槽形式
根據岩石的可爆性及允許一次掏槽深度應採用的合理楔形掏槽方式如下表示:
由掏槽深度、岩石可爆性決定的掏槽方式表3 單位：m
循環進尺 可爆性 | 3.5～4.0 | 3.0～3.5 | 2.5～3.0 | 2.0～2.5 | 1.5～2.0 | <1.5 |
好 | 2 | 2 | 1.5 | 1 | 1 | 1 |
較 好 | 2 | 2 | 1.5 | 1.5 | 1 | 1 |
一般 | 2.5 | 2 | 2 | 1.5 | 1.5 | 1 |
差 | 3.0 | 2.5 | 2 | 2 | 2 | 1 |
掏槽高度及夾角
掏槽高度由岩石性質決定，可由下表選擇:
掏槽參數與岩石極限抗壓強度關係表4
類別 | 極限抗壓強度(Mpa) | 夾角() | 相鄰眼口距離a(m) | 掏槽高度(m) | 單層炮孔數(個) |
次堅岩 | 20～60 | 30～40 | 0.5～0.8 | 0.5～0.8 | 4 |
60～80 | 40～50 | 0.4～0.5 | 0.4～1.0 | 4～6 | |
普堅岩 | 80～100 | 50～54 | 0.35～0.4 | 0.7～0.8 | 6 |
100～120 | 54～60 | 0.35～0.3 | 0.6～0.7 | 6 | |
特堅岩 | 120～160 | 60～64 | 0.2～0.3 | 0.4～0.6 | 6 |
160～200 | 64～70 | 0.2 | 0.4～0.6 | 6～8 |
楔形掏槽表現形式
不利掏槽形式
用斜眼掏槽，這對降低開挖成本是一種好的掏槽方法，因為掏槽區槽腔體積較大，有利於後續炮孔的爆破。同時鑽孔精度對進尺的影響遠小於直眼爆破，正由於這一點斜眼掏槽得到進一步發展。目前斜眼掏槽在實踐中又出現了許多新的表現形式。一是加大掏槽高度。
大角度、大抵抗線
大角度、大抵抗線既不利於維護圍岩的穩定，又不利於改善爆破塊度，因為單位體積的炸藥消耗量對特定的爆破介質而言為一常數，採用大角度、大抵抗線，必然出現炮孔數減少，在總用藥量不變的情況下，勢必增大單孔用藥量，當然會導致齊爆裝藥量增大，同時由於不合理的起爆方式,增大了同段裝藥量,會導致擾動破壞範圍的加大，不利於提高圍岩的自穩定能力；掏槽孔採用大角度、挷槽孔和輔助孔形成大抵抗線，減少了炮孔數，這對於無軌運輸來講，即使產生較多大塊,對裝運而言無大的妨礙,也可縮短循環時間。
起爆順序
掏槽孔爆順序是影響循環進尺、爆破振動的又一關鍵因素，在實際施工時，由於圖省事，常一排或一圈一個段進行雷管段別安排，根本沒有從維護圍岩穩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過振速測試：當採用楔形掏槽時，雷管使用ms1、3、5、7、9計5個段別的非電毫秒雷管，在距工作面5m附近測得最大振動速度超過20～25cm/s，同等條件下，多使用雷管數，即用ms1、3、4～15段各段，其振動速陡降為5～12cm/s，其超前支護以外的圍岩由原來的坍落高度1～2m下降為0～0.5m,通過分析與測試表明,控制爆破振動是改善在不良地質條件下施工不產生坍方的有效途徑之一。
多重楔形掏槽炮孔其炮孔間時差應合理選擇,建議按以下原則進行:兩層間時差應大於50～75ms,便用拋碴軟岩不小於75ms,硬岩不小於50ms為宜。擴槽孔與挷槽孔間不小於75ms。
沿掏槽孔高度方向，應強調炮孔間的共同作用和抑制飛石，雷管應連段設定不得跳段使用。
鑽孔精度的控制
孔位及炮孔長度控制
開挖面大多情況下凹凸不平，當採用斜眼掏槽爆破，各孔網參數必須考慮鑽孔精度影響，如開孔位置、傾斜度、炮孔深度等，當理論炮孔位置（由設計圖紙上孔位反應到開挖面上的對應點）位於凹處時，實際開孔位置必須向內移△H1=n h1，炮孔減少△L1=h1(1+n), 當理論炮孔位置位於凸處時，實際開孔位置必須向外移△H2=nh2，炮孔加長△L1=h2(1+n)，為防止鑽孔交叉，通常孔底設計成相距約20cm的孔間距。當不作上述孔位及孔長調整，實際孔底會有較大差別，這也是為什麼在同等條件下，兩個班開挖會產生不同的循環進尺的緣故。
鑽孔角度控制
人們難以理解角度這個量綱，為了較準確地鑽鑿掏槽孔，通常的做法在掏槽中心鑽深約30cm的空孔，插入一標準炮棍,炮棍上應標明刻度，利用長度單位d1～d4、炮孔斜率n進行方向控制。
展望
斜眼掏槽因有較寬的槽腔體積，能保證進尺穩定，其炮孔數目明顯少於直眼掏槽爆破約20～30%，（按本文所要求的原則僅減少約10%），即單線隧道大約75～85孔，雙線隧道120～140孔左右。通常用簡易台架作工作平台，單鑽孔時間一般不會超過3小時，（Ⅳ類圍、炮孔深3m、15～20颱風鑽），同時在鑽爆作業上巧妙安排各工序，一般情況下採用楔形掏槽方式，當雙線採用無軌運輸方式，炮孔深3m的Ⅳ類圍岩，其作業循環時間在6～8小時。又楔形掏槽有其布孔簡單，工人實際操作方便尤其是安排雷管段別時，他們大都按同圈或同排同段進行安排，如此單線鐵路隧道不多於7個段至多9個段，由此採用手持風鑽，工班在研究運用斜眼掏槽方面大下功夫，這些方法對加快施工進度，降低工程成本來講，肯定是一種有效的方法，但就整個工程而言，這裡主要指隧道後期的維護與保養，會隱藏諸多不利因素，文中根據個別現場上所看到的典型實例，對這種掏槽方式進行討論，希望通過本文點滴，能對正確使用和掌握楔形掏槽提供借鑑，這樣既能保證工程整體質量且有利於企業科技進步，又有利於提高職工隊伍的技術素質。
