路基隧道爆破设计

1工程概况1.1工程简述改建铁路襄渝线安康至重庆段（成都局管段）增建二线工程ZH-2标中铁五局一公司管段起讫里程为：DK592+977～DK600+975，全长7.998km，新建双线。管段内工程有隧道4.5座，共3876米1.2自然条件1.2.1地形地貌本工程施工段为低山丘陵区，相对高差一般不足百米，谷地宽而浅，以岗岭、丘陵为主，多为单面山或馒头状山丘，沟谷发育，阶地分布较广，谷坡较平缓，自然坡度20～30°1.2.2本管段线路所经地区属亚热带温暖湿润气候区，气候具有“冬暖、春旱、夏热、秋雨”的特点，雨量充沛，春早夏长，秋雨连绵，冬暖多雾。本标段所处地段水质对砼无侵蚀性。2路基钻爆设计2.1.施工方法次坚石、坚石须采用爆破法松动，挖掘机装车，自卸汽车运输。爆破后产生的大块石采用挖掘机配液压破碎锤改小。根据路堑挖深不同分别采用深孔爆破和浅孔爆破，挖深小于5米时用浅孔爆破，挖深大于5米时用深孔爆破。2.2浅孔爆破设计2.浅孔爆破采用小型凿岩机钻孔，炮孔直径38～50㎜，孔深2～4米，根据开挖深度分一个或两个台阶进行爆破，边坡采用预裂爆破。炮孔方向：中间主炮孔取垂直孔，边坡预裂孔与边坡坡率相同。2.以炮孔深度H=3m、次坚石为例设计，底板抵抗线Wp=1.1m、超钻深度h=(0.1～0.33)Wp=0.2m、炮孔间距a=（1.0～1.5）Wp=1.4m、炮孔排距b=（0.9～1.0）a=1.2m、单位用药量（软石为0.4、次坚石为0.45、坚石为0.5）取q=0.45kg/m3，则前排炮孔单孔用药量Q=qWpaH=0.45×1.1×1.4×3=2.08kg，取为Q=2kg后排炮孔单孔用药量Q=（1.15～1.3）qWpbH=1.2×0.45×1.1×1.2×3=2.14kg，取为Q=2.2kg预裂孔的爆破参数初步设计钻孔间距取a=0.4m、孔深H=3.2×1.12（按1:0.5边坡率计）=3.6m、线装药密度q‘=155～215g/m取q’=180g/m，则预裂孔的单孔装药量Q=180×3.6=648g，取Q=600g，即为袋装2#岩石炸药3条（每袋2kg/10条）。预裂孔的堵塞长度取为1米（0.8～1.3m）。预裂孔内采用分散不藕合装药，具体方法是将以上3条炸药分别绑扎于长2.4米、有一定强度的竹签两端和中间上，每条炸药各插入一个毫秒雷管。装药时仔细地牵住雷管线，将绑有炸药的竹签缓慢放入孔底，在竹签顶端塞入20㎝水泥纸，再在水泥纸上面填入1米粘土堵塞并夯实。以上爆破参数通过爆破效果检验后进行调整。浅孔爆破使用毫秒雷管起爆，每排用同段雷管同时起爆，各排按从前到后的顺序起爆。2.3深孔爆破设计2.本段深孔爆破采用微差挤压梯段爆破。大型潜孔钻机钻孔，钻头直径为90㎜，成孔直径为100㎜，孔深5～10米，路堑挖深大于10米时分层开挖，边坡采用预裂爆破或光面爆破。路堑挖深较大边坡设置变坡时，在变坡点高度处分层。除预裂孔和光面孔按坡面坡率钻孔外，其余中间主爆孔均为垂直孔。2.以梯段高度H=6米、次坚石为例初步设计如下：取底板抵抗线Wp=3.2米，超钻深度h=μWp=（0.15～0.25）×3m，取h=0.6米，则孔深为6.6米，炮孔间距a=0.7Wp～1.3Wp=3米，炮孔排距b=0.8Wp～1.0Wp=2.5米，取单位耗药量q=o.43㎏/m3，则每孔装药量Q=qWpaH=0.43×3.2×3×6=24.7㎏，取为Q=24㎏采用袋装乳胶炸药，每箱24㎏/12条，每条2㎏，长度为40㎝，直径80㎜，装孔后长度会压缩，故炮孔堵塞长度Ld在2米以上。临近边坡的主爆孔孔底距边坡的保护层厚度为1.5米。2.4预裂孔爆破岩石完整性较差，f值较小时边坡采用预裂爆破。钻孔间距取a=1.0m、孔深H=6.6×1.12（按1:0.5边坡率计）=7.4m、线装药密度q‘=280～390g/m取q’=340g/m；深孔爆破预裂孔采用孔底加强装药，加强段长度取为1米，加强段装药密度q“=2.5q‘=2.5×340=850g/m，则预裂孔的单孔装药量Q=340×6.4+850×1=3366g，取Q=3400g预裂孔的堵塞长度取1米（0.8～1.3m）。预裂孔内采用分散不藕合装药，具体方法是将以上炸药分散绑扎于长6.4米、有一定强度的竹杆上，其中底部1米装药量为其余段的2.5倍，分散装入3个毫秒雷管，竹杆长度不够时采用搭接绑扎加长。装药时仔细地牵住雷管线，将绑有炸药的竹杆缓慢放入孔底，在竹杆顶端塞入20㎝水泥纸，再在水泥纸上面填入1米粘土堵塞并夯实。2.岩石较完整，f值较高时边坡采用光面爆破，光面爆破在主爆破后进行，光爆层预留厚度b为1.5～2.0m，钻孔直径d=100㎜，孔距系数n取为10（8～12），则孔距a=nd=10×0.1=1m。孔深仍以台阶高度6米为例计算H=6×1.12=6.7m。单位炸药消耗量q=0.14～0.26㎏/m3，取q=0.2㎏/m3。则每光爆孔装药量Q=abHq=1×2×6.7×0.2=2.68㎏。光爆孔内装药结构与预裂爆破相同，孔底采用加强药包，其余采用分散装药，堵塞长度为1米。2.炸药、雷管装填炸药、雷管装填预裂孔、主爆孔钻孔布孔钻机、空压机就位钻爆平台开凿初步爆破方案设计起爆网络联结起爆爆破效果分析、参数调整石方挖运下一爆破循环浅孔爆破工艺流程图炸药、雷管装填钻孔潜孔钻机、空压机就位布孔潜孔钻机行驶道路开通初步爆破方案设计起爆网络联结起爆爆破效果分析、参数调整石方挖运下一爆破循环深孔爆破工艺流程图光爆孔起爆光爆孔起爆光爆孔炸药、雷管装填光爆孔钻孔主爆区装药起爆主爆区钻孔爆破方案设计爆破效果分析、参数调整石方清运下一爆破循环光面爆破工艺流程图2．5控制爆破施工2.5.1施工方法控制爆破：控爆点施工采用浅孔、台阶、多段非电微差弱振动松动控制爆破方法施工。2.5.2施工顺序及步骤控制爆破施工分成如下两个阶段：施工准备阶段:防护排架的搭设、机具及临时设施的场地布置与就位、既有线路设施的防护、漏斗爆破试验、爆破工作面的平整、试验爆破。正式台阶拉槽爆破作业：爆破工作面的平整→布眼、爆破设计→钻眼→吹洗炮眼→装药堵塞→爆破网络联结→安全警戒→安全防护→起爆→安全检查及清除危石→拆除线路防护和安全警戒→出碴、修整防护排架、隔墙拆除、爆破场地清理、边坡修整→爆破结束。2.5.3施工措施防护排架搭设及固定落实：靠壁式楠竹、钢轨防护排架的搭设，必须做到底部锚固牢实，中部锚杆挂实、拉牢，顶部拉紧，楠竹之间和钢轨之间竹夹板必须密实牢靠，轨道和线路设施防护覆盖要结实、迅速。覆盖防护工作由责任心强的专职安全员担任，每次爆破都要作好爆破前后的安全检查记录。爆破区布眼放线：预裂孔应确保准确设置在边坡线上，严格减小主炮孔排距、间距、深度的误差，排距误差不得大于5cm，不得有漏布孔的现象发生。钻眼要准、平、齐：开孔偏差不得大于2cm，孔底偏差不得大于4cm，深度误差不得大于4cm。爆破器材，在使用前都必须按一定的试验方法进行抽样检验，不符合质量要求或过期失效的一律不准在控爆中使用。药包加工时应仔细检查爆破器材的外观质量，如导爆管有无折裂、砂眼等不良质量现象，及时发现及时更换质量好的爆破器材。爆破网络的联结应由专人负责，严格按爆破规程技术规定联结爆破网络并联结正确可行。2.5技术要求与标准确保基床、边坡和堑顶山体稳定、不受破坏。爆出的坡面平顺，底板平整、无根坎。浅孔、深孔爆破均保证岩石块度适合机械铲挖、装运，作为路基填料符合规范要求，大块率控制在8%以下。预裂爆破和光面爆破保证坡面平顺整齐，坡面局部凹凸差不大于15㎝，边坡上留明显的半个炮孔痕迹，总长度不小于钻孔总长的70%，且炮孔附近围岩无明显裂碎。2.6技术措施通过试爆精选爆破参数，根据每次爆破的特点不断优化，提高爆破效率。准确布孔，浅孔爆破、深孔爆破均采用梅花形布孔，所有孔位准确测定，保证岩石块度的均匀性，保证边坡位置准确。浅孔爆破钻孔采用托架支撑风钻，并用测尺测定钻孔角度，保证钻孔定位和钻孔角度准确。预裂孔和光爆孔均采用测尺控制钻孔角度，确保爆后坡面平顺。炮孔钻好后用水泥纸或稻草堵住孔口，防止因机械和人员活动导致钻碴落入钻好的炮孔内。起爆网络采用宽孔距爆破技术，即按孔距和排距比为2～5的原则选择起爆联线，以减少爆破大块率。采用孔底起爆技术，即选择较长的雷管脚线将起爆雷管安放在距孔底较近的位置，减少爆破残药的可能性。2.7安全措施所有从事爆破工作的相关人员必须经过培训并取得爆破证后方可上岗工作，严禁无证上岗作业。设有专职的安全员，每次起爆前必须设警戒线，由专职安全员负责警戒。起爆后撤销警戒线。深路堑开挖时，精确测量，从上至下分层进行开挖。每天开工前、收工前对坡面、坡顶附近进行检查，如发现有裂缝和坍方的迹象或有危石、危土时，立即处理，凡不能处理且对施工安全有威胁时，应暂时停止施工，并报告处理。在高于3m的坡面上作业，必须拴好安全绳，严禁在同一安全桩上拴几根安全绳和在一根安全绳上拴几个人。开挖作业与装、运作业面相互错开，严禁上下重叠作业。在开挖时切实注意对图纸未出示的地下管线、缆线和其它构造物的保护，一旦发现地下管线和其它构造物。立即停止作业并报告监理工程师和其它相关单位予以处理。3隧道钻爆设计本管段内隧道工程隧道采用新奥法施工，Ⅲ、Ⅳ级围岩采用台阶法施工（全断面法开挖作为Ⅲ级备选），Ⅴ级围岩采用中隔壁法开挖施工，出碴采用无轨运输；通风采用压入式通风方式；二次衬砌采用全断面整体液压台车进行；混凝土采用搅拌站集中拌合，混凝土输送车运输，泵送入模，附着式配合插入式振捣。防水采用防水板全包方式，衬砌背后充填压浆。3.1减震爆破施工3.鉴于下述原因，本合同段在爆破施工过程中采取措施对爆破施工进行减震。一般离洞口较近的地方都有民房，或者隧道埋深较浅，且上面有民房。为避免在爆破施工的过程中，影响周围居民及房屋结构产生破坏性影响，确保施工安全，所以要对爆破施工进行减震。1）为避免在爆破施工的过程中，因为爆破而对周边围岩产生过大的震动，降低围岩本身的自稳能力，以及扩大或新增裂隙，造成裂隙对岩石的透水率增加。尤其是在地质条件比较差、存在超前支护的Ⅳ级及以下围岩段的爆破开挖中，围岩稳定本身很差，为确保施工安全，更要加强爆破震动的控制。2）开挖爆破施工时，避免对已完成支护、二次衬砌部分的结构产生破坏性的震动。3.11）开挖方式：本管段隧道新奥法施工，Ⅲ、Ⅳ级围岩采用台阶法施工（全断面法开挖作为Ⅲ级备选），Ⅴ级围岩采用中隔壁法开挖施工2）采用低威力、低爆速、小直径的炸药并用不偶合装药。根据铁路隧道的工程特点选用φ32乳化炸药和Φ20mm低爆速乳化炸药。上部周边眼采用Φ20mm低爆速小直径药卷，光面爆破，其它炮眼采用Φ32mm药卷；下部周边眼采用Φ20mm药卷，预裂爆破，其它炮眼采用Φ32mm药卷。3）合理的掏槽形式和掏槽区：爆破震动速度通常出现在掏槽区起爆时刻，采用楔形掏槽。硬岩采用多重楔形掏槽，其它围岩采用单排楔形掏槽见图3.图3.4）装药结构形式：掏槽眼的装药：为了保证在较少的段装药最小、掏槽爆破成功及减轻掏槽区爆破震动，采用分层装药结构，即在掏槽孔内装入二发起爆雷管，以确保准爆。装药结构示意见图3图3.周边眼装药：为了保证光爆效果及减轻爆破震动，可以采用间隔不偶合装药结构。周边眼的孔距为40cm～60cm。见图3图3.5）选择合理的起爆雷管间隔时差，使相邻段雷管起爆后所引起的震动不产生叠加，或使相邻两段波之间的相位时差△t=(n+0.5)T(T为震动周期)，使相邻两段的波峰和波谷相叠加，从而使合成震幅最小，而达到减震目的。一般两段间隔时差控制在100ms以上。6）预裂爆破对炮孔起爆的同时性要求很高，它直接关系到预裂的效果，必须要求各预裂孔要同时起爆并且炮孔内全部炸药要同时起爆。爆破时在预裂炮孔内侧打一排孔，酌情少量装药，与预裂孔同时起爆，从而形成破碎区，这就可为内部的大规模开挖建立隔震屏障。预裂隔震屏障详见图3图3.7）炮孔的布置形式：炮孔的布置采取线形断布置，线形起爆破其优点：布置参数准确；临空面好可提高炸药的爆炸能量的利用率，同样的情况下用炸药量小爆破的震动速度小；炮孔排列整齐便于钻孔，可提高钻孔效率，易于采用光面爆破控制开挖轮廓；便于调整孔网参数控制爆破岩石块度，提高装载效率;8）所有的炮眼必须填塞良好，良好的填塞不仅可以减小震动，降低爆破冲击波，而且良好的填塞减少炸药用量。9)孔外延时网络：目前，我国的非电雷管段数少（仅有25段），在大断面的隧道掘进段数不够用，要做到减震效果明显必须采用孔外延时网络。10)最大炸药用量的计算微差减震爆破的设计原则：控制一次起爆的最大炸药用量，并控制每段起爆的炸药量，严格控制起爆时间各段的时间差应在100ms以上消除地震波的叠加。各段的最大用药量根据下面公式计算，K、α值根据以往经验数据，只能作为爆破初步设计的参数，具体准确的参数须根据爆破测试的结果而定。Q—一次起爆的允许装药量KgV—质点振动速度cm/sR—自起爆原点中心到被保护物的距离mK—介质系数岩石取30～70α—爆破震动衰减系数近距离取2