隧道光面爆破设计方案

隧道光面爆破设计方案一、工程概述本合同段有四座隧道,双幅全长4077m.隧道设计为左右幅别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一低山地貌区,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IV、V级围岩,中长隧道为田、IV、V级围岩,其中田、IV级围岩采用全断面和台阶法爆破开挖(V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,增强围岩的自承水平,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,而且保证了施工的平安；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%条低到4%7%,不但减少出硝量,而且还很大程度的减少了支护的工作量,从而降低的本钱,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田、IV级围岩决定采用光面爆破施工.三、光面爆破方案确实定目前,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(田级围岩)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.隧道主要为田、IV、V级围岩,田级围岩全断面爆破断面面积为83.1m2,IV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,V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.严格限制周边眼的装药量,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、最小反抗线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,同时考虑到田级围岩每循环掘进一般不超过3.0m,IV级围岩一般不超过1.5m.故田级围岩钻孔深度取3.0m.钻孔采用YT-28风钻,钻头直径为440mm炮眼孔径为442mm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,适宜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,理论与实践证实,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,缓冲作用最正确,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420小药卷〕即周边眼的不耦合系数D=42/20=2.1,符合D=2.0〜2.5的要求.〔3〕周边眼间距〔E〕、最小反抗线〔V〕和相对距系数〔2最小反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,岩石比拟容易崩落,最小反抗线可以大些,断面小,光爆眼所受到的夹制作用大,最小反抗线可以小些,最小反抗线与岩石的性质和地质构造也有关,坚硬岩石最小反抗线可小些,松软破碎的岩石最小反抗线可大些.我标段四座隧道岩质主要为软岩,故确定最小反抗线〔V〕为0.40〜0.60.相对距系数是周边眼间距〔E〕与最小反抗线〔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为最小反抗线,cm；K值总是小于1,当d=38〜46mmE=30〜50cm,V=40〜60cm时,K=0.5〜0.8.考虑到权爆区岩石节理较发育,并参照标准周边眼间距取值范围30cm-50cm,对周边眼间距取45cm,最小反抗线值取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一装药集中度,kg/m；Q一单位体积耗药量,g/m3；E一周边眼间距,m；V最小反抗线,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=0.07~0.15kg/m.根据q=0.15kg/m计算.〔5〕炮眼数量N=qS/4丫式中：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=1.2~2.4kg/m3;S——开挖段面积,H；Y]——装药系数,即装药长度与炮眼长度的比值,暂取丫每米药卷的炸药质量,kg/m,2号岩石乳化炸药丫=0.91即：N=(1.47X83.1)/(0.7X0.91)=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).(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；V——1个开挖循环进尺爆落岩石总体积,m3；即：Q=1.47X3.0X83.1=366.47kg各炮眼装药量分配如下：由于计算炮眼数量时,采用Y]=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,那么6X0.9+8X0.9+53X0.165+14X0.9+111X0.9=(6+8+53+14+111)刀计算得：Y]=0.7假设计算刀手0.7,那么需重新调整Y]值代入N=qS/r]丫,并适当调整所设掏槽眼、底眼、辅助眼装填系数,使试选Y]值与计算Y]相符.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=0.91X3.106X0,9=2.544kg,折合为12.719卷,采用13卷每个辅助掏槽眼装药量=0.91X3.313X0.9=2.713kg,折合为13.57卷,采用13.5卷；每个辅助眼装药量=0.91X3.0X0.9=2.439kg,折合为12.195卷,采用12卷；每个周边眼装药量=0.91X3.0X0.165=0.447kg,折合为2.236卷,采用2卷；每个底眼装药量=0.91X3.2X0.9=2.621kg,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.施工中采用如下列图装药结构：①1/2普通标准药卷〔432〕起爆；②普通标准药卷沿长度方向对半切〔相当于420小药卷〕不耦合间隔装药./填塞物导爆索021cl药卷导爆/////：\竹片支架|[图2周边眼叫靖祠示意图尸院[亘词工好帮手〔8〕光面爆破的分区起爆顺序为：掏槽眼一一辅助眼一一底板眼一一周边眼.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〕

顺序顺序炮目睹林毫秒雷管段位炮眼药卷直径〔mm〕炮眼个数〔个〕炮眼深度坨炮眼间距〔cm〕单眼装药孔〕累计装药量〔kg〕1掏槽眼142/326310680X2402.615.^1辅助掏槽眼342,32£3.313120X2802.721.61辅助眼34273273.0SO2.416.84辅助眼54方321310&Q2.43L25辅助眼742/32163一0SO2.43S.46辅助眼g42/32201.0SO2.4487辅助眼114132233.0802.455.2S底板眼174132143.2施2.636.4g辅助眼［犯4232323.0702.476.810周边眼合计154110诲1923,00245———一〜沙0.4」JJE1Jits―>—>21.2T*rfTlk,361.2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80cmx240cm和120cmx280cm.周边眼直径：442mm,使用〔|〕32mm药卷切半〔相当于小直径药卷420mm〕,装药不耦合系数人=2.1o周边眼间距E=45cm,最小反抗线V=40~60cm,E/V=0.5~0.8,单孔装药量q=0.4kg.五、台阶法〔IV级围岩〕光面爆破设计方案〔结合前文内容〕.光面爆破不偶合系数、装药直径公式：式中D一不偶合系数；dk一炮眼直径,mm;di—炸药直径,mm;a一爆生气体分子余容系数；P一爆生气体初始压力；一岩石的三轴抗压强度；r-绝热指数,；在实际操作过程中,对于周边眼的药卷,我们采取将标准432mm的2号岩石乳化炸药沿轴线对半切〔相当于420mm.这个数值与理论计算值相近,那么实际周边眼不偶合系数D=dk/di=42/20=2.1,符合标准中软岩装药不耦合系数D=2.0-2.5的要求.式中：dk炸药一炸药直径；di炮眼一炮眼直径..确定周边眼间距〔E〕、最小反抗线〔W和相对距系数〔K〕最小反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,岩石比拟容易崩落,最小反抗线可以大些,断面小,光爆眼所受到的夹制作用大,最小反抗线可以小些,最小反抗线与岩石的性质和地质构造也有关,坚硬岩石最小反抗线可小些,松软破碎的岩石最小反抗线可大些.我标段四座隧道岩质主要为软岩,故确定最小反抗线〔V〕为0.40,0.60.相对距系数是周边眼间距〔E〕与最小反抗线〔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为最小反抗线,cm；K值总是小于1,当d=38〜46mmE=30〜50cm,V=40〜60cm时,K=0.5〜0.8.考虑到权爆区岩石节理较发育,并参照标准周边眼间距取值范围30cm-50cm,对周边眼间距取45cm,最小反抗线值取60cm,K=E/V=0.75.3、炮眼装药系数周边眼的装药集中度采用标准取值范围0.07〜0.15kg.m-1,取0.14kg/m,其它炮眼的填充系数选用见下表：炮眼名称掏槽眼辅助眼底板眼装药系数75%70%够通施子希于4、循环进尺综合考虑各项因素,取L=1.5m5、孔径和孔深凿岩采用一字纤头,直径为①=40mm那么炮眼孔径为①=42mm孔深除掏槽、底角眼为1.7m外,其它采用1.5m.孔深：为克服岩石的夹制作用,对掏槽眼和底板眼取1.7m〔20cm的超深〕,其余各眼孔深取1.5m.6、炮眼数量〔采用2号岩石乳化炸药时〕N眼=0.0012qS/ad2式中N一炮眼数目〔个〕；q一单位炸药消耗量,取1.2kg.m-3；S一开挖断面面积〔m2〕,S=98.84m；A一炮眼装填系数,取0.62;d一药卷直径,乳化炸药〔除周边眼外〕为32mm;

N=0.0012X1.2X98.84/(0.620.032X0.032)=224(个)7、装药7、装药结构和起爆方式光面爆破采用不耦合装药,一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一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.施工中采用如下列图装药结构：①1/2普通标准药卷〔432〕起爆；②普通标准药卷沿长度方向对半切〔相当于420小药卷〕不耦合间隔装药.图2周边躲药结构示意图8、光面爆破的分区起爆顺序为：掏槽眼一一辅助眼一一底板眼一一周边眼.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.9、各孔装药量及总装药量总装药量Q及各孔装药量,详见下表：台阶法施工开挖上部爆破参数表名£\炮眼亮秒雷管总计,个数深度段数偿中20药卷①32药卷填充系数个m段个节卡度通量节-K度建量掏槽眼9L7196-L32-1.2侬10.8辅助眼81.5335-L1-L070%S辅助眼4L55G5T.1-L0[70%.4辅助眼151.57155-L1-L070t15辅助眼181.59185-L1-1.070%18辅助眼211.b,11'工5-1.1-1.070%21底板眼SO1.715206-1.32-1.275%24周边眼42l.E13422-0.44-0.2店1.钻匕阻2.A小计13713?109.2台阶法施工开掩下部通破嬖数名Q炮眼毫秒雷管装药总计储深度段数个歌中2.药卷中32药卷填充系数个ID段节重量节g-重量底板眼151,51156-l.32-1.2IS底底眼15L5L1S6T,32T.2底板眼81.55r3C--1.';.-i.r75*9.6底桥眼13L57：136-1.32-1.275*15,6周边眼35L5g362-0.44-0.2i£1椒而,7号小计87S76E+443IF?.一丁法施瑞届布置图二々隧道施工好帮手五、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20nB空压机,人工钻孔,钻孔直径为42mm一字形合金钢钻头.采用①32mm<220mm妙岩石乳化炸药.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,准确定出隧道中央线和拱顶面高程；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,以到达最正确爆破效果.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%勺斜率外插,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①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.②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.③辅助眼根据上稀下密,中部均匀分布的原那么布置.4、孔口堵塞长度L0L0=(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