隧道爆破设计方案(全断面法).pdf

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XXXXXX高 速 公 路 一 期 土 建工 程 XX 合同 段 隧 道 爆 破 设 计 方 案 XXXXXXXX 合同段项目经理部 2 01 0 年1 2 月 隧道爆破设计方案(全断面法 ) 隧道爆破设计方案 一、工程概述 本合同段有四座隧道。隧道设计为左右幅分离式双洞单向行车双车道，净跨11.2m， 净高 7.0m 的三心圆拱曲墙断面。隧道区域处于构造剥蚀丘陵低山地貌区，主要出第四 系全新统残坡积碎石土、中元古武当山群片岩和上元古界震旦系上统灯组片岩。本段内短 隧道为、级围岩，中长隧道为、级围岩，其中级围岩采用全断面法爆破开 挖（级围岩主要采取人工配合机械开挖，不需要爆破）、锚、喷、格栅、网、初期支护， 全断面复合式衬砌。爆破方法采用光面爆破。 二、光面爆破的特点 光面爆破施工，可以减少对围岩的扰动，增强围岩的自承能力，特别是在不良地质条 件下效果更为显著，不仅可以减少危石和支护的工程量，而且保证了施工的安全；由于光 面爆破使开挖面平整，岩石无破碎，减少了裂隙，这样可以大大减少超欠挖量。据有关资 料统计，光面爆破与普通爆破相比，超挖量由原来的15% 20% 降低到 4% 7% ，不但减少 出碴量，而且还很大程度的减少了支护的工作量，从而降低的成本，加快了施工进度。根 据公路隧道“新奥法”施工的需要和工程地质条件，结合施工现场实际情况，我标段的四 座隧道中的、级围岩决定采用光面爆破施工。 三、光面爆破方案的确定 目前，大断面隧道光面爆破施工有2 种方法：一是预留光爆层法；二是全断面一次性 开挖法。根据施工现场的实际条件及围岩情况，本段隧道采用全断面一次性开挖法。 四、全断面（级围岩）爆破方案设计 1、爆破参数的选择 光面爆破参数选择主要与地质条件有关，其次是炸药的品种与性能；隧道开挖断面的 形状与尺寸，装药结构与起爆方法。隧道主要为、级围岩，级围岩全断面爆破 断面面积为 83.1m2，级围岩上导坑爆破断面面积为58.45m2，采用 2 号岩石乳化炸药， 级围岩主要采取人工配合机械开挖，不需要爆破。周边眼采用不耦合间隔装药，其他炮 眼采用连续柱状装药，采用导爆索和毫秒延期导爆雷管起爆。 严格控制周边眼的装药量，采用合理的装药结构，尽可能的使药沿药眼长均匀的分 布，这是实现光面爆破的重要条件。 在光面爆破中，炮眼间距E、最小抵抗线 V、炮眼密集系数 K、装药密度 q 是相互制约 的。 （1）炮眼深度 隧道爆破设计方案(全断面法 ) 炮眼深度受开挖面大小的影响，炮眼过深，周边岩石的夹制作用较大，故炮眼深度不 宜过大，一般最大炮眼深度取断面宽度（或高度）的0.5 0.7 倍，同时考虑到级围岩 每循环掘进一般不超过3.0m,级围岩一般不超过1.5m。故级围岩钻孔深度取3.0m。 钻孔采用 YT-28 风钻，钻头直径为40mm ，炮眼孔径为42mm ，为克服及减少岩石 的夹制作用 ，除掏槽眼和底眼深度L=3.2 米外，其余周边眼、辅助眼等炮孔深度L=3.0 米。 （2）、光面爆破不耦合系数（D ）及装药直径（ d） 炮眼直径 dk 与药卷直径 di 之比称为不偶合系数，合适的周边眼不偶合系数应使爆炸 后作用于炮眼壁的压力小于围岩抗压强度，理论与实践证明，当岩石种类为软岩（我标段 四座隧道岩层）时，不偶合系数在2.0 2.5 范围时，缓冲作用最佳，光爆效果最好 D=dk/di 式中 D 不耦合系数； dk炮眼直径（ cm ）； di 装药直径（ cm ）； 在实际使用过程中，我们采用直径为32mm 的 2 号岩石乳化炸药，周边眼采用2 号岩 石乳化炸药沿长度方向对半切 （相当于 20 小药卷）即周边眼的不耦合系数D=42/20=2.1， 符合 D=2.02.5 的要求。 （3）周边眼间距（ E）、最小抵抗线（ V）和相对距系数（ K） 最小抵抗线与开挖的隧道断面大小有关。在断面跨度大，光爆眼所受到的夹制作用 小，岩石比较容易崩落，最小抵抗线可以大些，断面小，光爆眼所受到的夹制作用大，最 小抵抗线可以小些，最小抵抗线与岩石的性质和地质构造也有关，坚硬岩石最小抵抗线可 小些，松软破碎的岩石最小抵抗线可大些。我标段四座隧道岩质主要为软岩，故确定最小 抵抗线（ V）为 0.40 0.60 。 相对距系数是周边眼间距（E）与最小抵抗线（ V）的比值，是影响爆破效果的重要因 素。 K= E/V 式中, E 为周边炮眼间距， cm ；V为最小抵抗线， cm ； K值总是小于 1, 当 d=3846mm ，E=3050cm ， V=40 60cm时，K=0.50.8 。 隧道爆破设计方案(全断面法 ) 考虑到权爆区岩石节理较发育，并参照规范周边眼间距取值范围30cm-50cm, 对周边 眼间距取 45cm,最小抵抗线值取60cm ，K=E/V=0.75。 （4）装药量计算： 光面爆破装药量的计算，主要是确定周边眼光爆层炮眼装药集中度，即以kg/m 表示， 一般采用实验方法求得或从同类工程中选取。 q=QEV 式中 q装药集中度， kg/m； Q 单位体积耗药量， g/m3； E周边眼间距， m ； V最小抵抗线，m ； 通过现场试验和施工经验数据，用计算法进行校核，确定q=0.070.15kg/m。按照 q=0.15kg/m 计算。 （5）炮眼数量 N=qS/ 式中： N 炮眼数量，不包括未装药的空眼； q单位炸药消耗量，一般取q=1.22.4kg/m 3； S开挖段面积，； 装药系数，即装药长度与炮眼长度的比值，暂取0.7 ； 每米药卷的炸药质量，kg/m，2 号岩石乳化炸药 =0.91。 即：N=（1.47 ×83.1 ）/ （0.7 ×0.91 ）=192个 其中掏槽眼 6 个（向内倾斜 15°），辅助掏槽眼 8 个（向内倾斜 15°），辅助眼 111 个，周边眼 53 个，底眼 14 个，非装药眼四个（增加临空面，增强爆破效果）。 隧道爆破设计方案(全断面法 ) （6）每一循环装药量计算及分配 Q=qV 式中： q单位炸药消耗量，取q=1.47kg/m3； V1 个开挖循环进尺爆落岩石总体积，m 3； 即：Q=1.47×3.0 ×83.1=366.47kg 各炮眼装药量分配如下： 因为计算炮眼数量时，采用=0.7，由周边眼装药集中度q=0.15kg/m，得出周边眼 装药系数为 0.165，设其它各炮眼装药系数取值：掏槽眼0.9 ，底眼 0.9 ，辅助眼 0.9 ，则 6×0.9+8×0.9+53×0.165+14×0.9+111×0.9=（6+8+53+14+111 ） 计算得： =0.7 若计算 0. 7 ，则需重新调整 值代入 N=qS/，并适当调整所设掏槽眼、底 眼、辅助眼装填系数，使试选 值与计算 相符。 隧道爆破设计方案(全断面法 ) 所以按上列装填系数进行分配是可以的。 每个掏槽眼装药量 =0.91×3.106×0.9=2.544kg ，折合为 12.719 卷，采用 13 卷 每个辅助掏槽眼装药量 =0.91×3.313×0.9=2.713kg，折合为 13.57 卷，采用 13.5 卷； 每个辅助眼装药量 =0.91×3.0 ×0.9=2.439kg ，折合为 12.195 卷，采用 12卷； 每个周边眼装药量 =0.91×3.0 ×0.165=0.447kg ，折合为 2.236 卷，采用 2 卷； 每个底眼装药量 =0.91×3.2 ×0.9=2.621 kg ，折合为 13.1 卷，采用 13卷； （7）装药结构和起爆方式 光面爆破采用不耦合装药，软岩一般不耦合系数为2.0 2.5，炮眼装药按装药集中度 计算出的药量均匀装入炮眼内。为克服底部炮眼的阻力，在炮眼底部放半个标准药卷，使 光爆层易于脱离岩体。施工中采用如下图装药结构：1/2 普通标准药卷（ 32）起爆； 普通标准药卷沿长度方向对半切（相当于20 小药卷）不耦合间隔装药。 图 2 周边眼装药结构示意图 （8）光面爆破的分区起爆顺序为：掏槽眼辅助眼底板眼周边眼。采用 多段微差起爆（由内向外），其中主爆区的周边眼比辅助眼眼跳2 段起爆，并用同一段雷 管。主爆区使用非电毫秒雷管，周边眼用导爆索一次同时起爆。 2、装药量分布及光面爆破参数表（见下表） 顺 序 炮眼名称 炮眼 /药卷 直径（ mm ） 炮眼个数 （个） 累计装药 量（ kg） 1 掏槽眼42/32 6 15.6 2 辅助掏槽眼42/32 8 21.6 3 辅助眼42/32 7 16.8 4 辅助眼42/32 13 31.2 隧道爆破设计方案(全断面法 ) 5 辅助眼42/32 16 38.4 6 辅助眼42/32 20 48 合计70 171.6 全断面开挖断面面积：83.1 平方米，掘进长度按3.0m 考虑。 炸药单耗量：k=1.47kg/ 立方米。 复式楔形掏槽：槽口尺寸80cm×240cm和 120cm ×280cm 。 周边眼直径： 42mm ，使用 32mm 药卷切半 （相当于小直径药卷20mm ） ，装药不耦合系数=2.1 。 周边眼间距E=45cm ，最小抵抗线V=40 60cm，E/V=0.5 0.8 ，单孔装药量q=0.4kg 。 光面爆破参数表 2 名称炮眼间距E（cm ） 最小抵抗线V （cm） 相对距系数 E/V 装药集中度g （kg/m） 不耦合系数 D 一般参考值3050 40 60 0.5 0.8 0.07 0.15 2.0 2.5 花石沟隧道 取值 45 60 0.75 0.15 2.1 五、施工方法及工艺 一、钻爆机具材料 钻孔采用 13 台 YT 28 型凿岩机和 3 台 20m 3空压机，人工钻孔，钻孔直径为42mm ， 一字形合金钢钻头。采用32mm ×220mm 2号岩石乳化炸药。双电雷管引爆连接各孔的跳 段导爆管，炮眼内的起爆传爆，掏槽眼采用跳段雷管以利用扩大掏槽效果。 二、光面爆破施工工艺 1、放样布眼 钻眼前，测量人员用经纬仪和水准仪，准确定出隧道中心线和拱顶面高程；用红油漆 画出开挖轮廓线，并标出炮眼位置，其误差不得超过5cm ；每次测量放线的同时，要对上 次爆破断面进行检查，及时调整爆破参数，以达到最佳爆破效果。 2、钻眼要求 掏槽眼：深度、角度按设计施工，眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm 。 辅助眼：深度、角度按设计施工，眼口排距、行距误差均不大于10cm 。 周边眼：开眼位置在设计断面轮廓线上允许沿轮廓线调整其误差不得大于5cm ；炮眼 方向可以 3% 5% 的斜率外插，眼底不得超出开挖断面轮廓线10cm ，最大不得超过15cm 。 内圈眼至周边眼的排距；误差不得大于5cm ；内圈眼与周边眼应采用相同的斜率。钻眼装 药率调整，当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度（相应调整装药量），力求 隧道爆破设计方案(全断面法 ) 所有炮眼（除掏槽眼外）眼底在同一平面上。钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查并做好记 录，有不符合要求的炮眼重钻，经检查合格后，方可装药爆破 3、炮眼布置要求 先布置掏槽眼，其方向在岩层层理明显时应尽量垂直于层理，掏槽眼应比其他眼加 深 20cm 。 周边眼严格按设计开挖轮廓线布置，在硬岩层中，周边眼的眼口在断面设计轮廓线 上，眼底超出轮廓线小于10cm ；在软岩中，周边眼的眼口在断面设计轮廓线内小于8cm ， 眼底落在轮廓线上。 辅助眼根据上稀下密，中部均匀分布的原则布置。 4、孔口堵塞长度 L0 L0=（0.2 0.5 ）V 一般堵塞长度浅眼不超过20cm ，深眼不超过30cm 。堵塞采用用水浸湿的炸药包装箱 纸团，能很好的封闭钻眼。 5、清孔装药 装药前用小直径高压风管将炮眼内石屑吹净，装药需分片，分组按炮眼设计图确定的 装药量自上而下进行，雷管要“对号入座”不得混装。所有炮孔均用炮泥堵塞，堵塞长度 周边眼不小于20cm ，其他眼不小于30cm 。周边眼采用小药卷配导爆索，以增加不耦合系 数和爆破时的缓冲作用，炮孔装药均采用反向装药结构。 6、连接起爆网络 起爆网络采用复式网络，以保证起爆的可靠性和准确性。导爆管采用四通管连接，不 能打结和拉伸，各类炮眼雷管连接段数相同。引爆雷管应用绝缘胶布包扎在离一根导爆管 自由端 15cm 处，聚能穴背向传爆方向，网络连好后要有专人负责检查后再起爆。由于毫 秒雷管 1 段、2 段、3 段、4 段间，延期秒差小于50ms ，所以除掏槽眼外一般必须跳段 使用，各孔段位布置为：掏槽眼1 段，辅助掏槽眼 3 段，辅助眼由内向外依次为5、7、9、 11、13段，周边眼为 15段，底板眼为 17 段。 7、光面爆破施工技术措施 （1）对所有爆破作业人员进行岗前培训，使他们充分了解光面爆破的重要性及一些 有效可行的施工方法，以提高操作熟悉程度。 （2）选用低爆速、低猛度、低密度、传爆性能好、爆炸威力大的2 号岩石乳化梯炸 药。 隧道爆破设计方案(全断面法 ) （3）用不耦合装药结构，光面爆破不耦合系数为2.0 2.5 ，但药卷直径不应小于该 炸药的临界直径，以保证稳定传爆。 （4）严格掌握与周边眼相邻的内圈眼的爆破效果，为周边眼爆破创造临空面。炮眼 深度大于 2.5m 时，内圈眼应与周边眼有相同的外插角，周边眼应尽量同时起爆。 （5）控制装药集中度，必要时采取间隔装药结构，为克服眼底岩石的夹制作用，可 在眼底加强装药。 （6）当岩石层理明显时，炮眼方向应尽量垂直于层理面，如节理发育，炮眼应尽量 避开节理，以防卡钻和影响爆破效果。