亭口水库洞身段专项爆破设计方案资料.docx

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亭口水库洞身段专项爆破设计方案资料

洞身段专项爆破设计方案

编制:

审核:

审批:

工程项目部

二O一O年六月四日

洞身开挖专项爆破设计

一.工程概况

1.1工程概况

泄洪排沙洞布置于右岸，靠近大坝坝肩位置，主要功能为水库运行期泄洪、排沙，施工期兼顾导流度汛。

洞轴线在平面上与坝轴线成90°夹角。

泄洪排沙洞总长340m，泄洪洞进口采用压力孔口，进口放水塔为矩形塔体，进口底板高程856.0m，塔内设7.0×7.8m平板检修闸门和7.0×7.0m弧形工作闸门各一道，下接明流洞身，洞身断面为园拱直墙型，尺寸7.5×10.5m（宽×高），纵坡坡比1/100，洞身衬砌厚度0.6m～1.0m，出口采用挑流方式消能，泄入下游河床。

进口渐变段桩号0+000.00～0+020.00m，长度20m，纵坡坡比1/100，由7.0m×8.5m矩形断面渐变至7.5m×10.565m园拱直墙型断面；顶拱及侧墙喷C20混凝土，厚度0.15m；底板衬砌采用C40高强防冲耐磨混凝土，侧墙及顶拱衬砌采用C25W6F150混凝土，厚度1.0m；环向采用紫铜止水带与橡胶止水带两道止水。

洞身段桩号0+020.00～0+260.00m，长度240m，园拱直墙型断面，断面尺寸7.5m×10.565m，桩号0+020.00～0+240.00m段纵坡坡比1/100，0+240.00～0+260.00m段纵坡坡比5/100。

顶拱和侧墙拱脚3m范围内布设φ25砂浆锚杆，长度4.5m，深入基岩4.2m，间排距1.5m，错开布置；出口Ⅳ类围岩段及洞身岩石破碎段在锚杆上挂φ6@150×150钢筋网，局部适时增加刚拱架支护；洞身段顶拱及侧墙喷C20混凝土，厚度0.15m；底板衬砌采用C40高强防冲耐磨混凝土，侧墙及顶拱衬砌采用C25W6F150混凝土，其中桩号0+020.00～0+220.00m段洞身衬砌厚度0.6m，桩号0+220.00～0+240.00m段洞身衬砌厚度0.8m，桩号0+240.00～0+260.00m段洞身衬砌厚度1.0m；环向采用橡胶止水带止水。

1.2工程地质

泄洪排沙洞洞身0+000.00～0+206.6m，上覆土层厚度20.0～53.5m，上覆基岩厚度18.0～23.0m，洞室围岩为洛河组（K12）微风化砾岩及砂岩，岩层近水平，裂隙不发育，岩体完整，洞室围岩为局部稳定性差的Ⅲ类。

泄洪排沙洞洞身0+206.6～0+249.8m，上覆土层厚度0～34.0m，上覆基岩厚度8.4～14.7m，洞室围岩为洛河组（K12）弱～微风化砾岩及砂岩，岩层近水平，裂隙较发育，岩体完整性差，洞室围岩为不稳定的Ⅳ类。

1.3主要工程量

洞身段工程量见表1-1。

表1-1泄洪排沙洞洞身段主要工程量

序号

项目名称

单位

工程量

备注

1

石方洞挖

m3

28848

2

C25砼

m3

4439

3

洞内喷C20砼（0.15m厚）

m2

7677

4

C40高强防冲耐磨砼

m3

1935

5

钢筋制安

t

510

6

φ25砂浆锚杆（L=4.5m）

根

1800

7

φ6钢筋网

t

25

8

回填灌浆

m2

3039

9

固结灌浆（孔深5.0m）

m

4230

10

沥青刨花板

m2

333

11

排水孔（孔深3.0m）

m

2232

12

橡胶止水带

m

1035

二.施工布置

2.1供风系统

进口供风站布设在泄洪排沙洞进口左侧附近，安装1台13m3/min电动空压机和2台12m3/min柴油空压机，总供风量为37m3/min，主要供应进口方向洞内开挖、支护施工用风，采用Ф110mm钢管作为主供风钢管，采用Ф50mm黑胶管引至各用风工作面。

出口供风站布设在变压器附近▽960m平台上，安装2台20m3/min电动空压机，总供风量为40m3/min，主要供应出口洞内开挖、支护施工用风，采用Ф110mm钢管作为主供风钢管，采用Ф50mm黑胶管引至各用风工作面。

2.2供水系统

在排沙洞进出口之间▽960高程平台建一座高位蓄水池，容量为150m3，采用砖结构，内壁用防水砂浆抹面。

用140米扬程离心泵将水从河里抽到蓄水池。

主要供泄洪排沙洞出口开挖喷锚支护用水，放水塔施工、泄洪排沙洞洞室开挖、砼衬砌、喷锚支护、回填灌浆、固结灌浆等。

2.3供电系统

由630KVA主变压器低压侧接电，枝形出路分别架设线路供至泄洪洞进、出口喷电柜。

洞内架设220V铝芯胶皮线（三相四线）260m，掌子面照明采用36v安全电压线路，灯具采用防爆灯具，每30米设200W照明路灯。

2.4施工排水

泄洪洞出口工作面采用挖明渠自流的方式将水排至洞外，进口工作面采取设集水井用水泵抽排的方式将水抽至洞外。

2.5泄洪洞洞内供风及排烟除尘

在洞口安装SDDY-17A型通风机排烟，风筒沿着洞壁右侧上方起拱线附近位置布设。

2.6洞内风、水、电布设，见泄洪洞内管线布置示意图2-1。

三.总体施工方案

泄洪排沙洞施工总长度0.26公里，其中Ⅲ类围岩220m，Ⅳ类围岩40m。

根据施工现场的实际情况，本工程隧洞进口处和放水塔紧接，受放水塔施工影响，隧洞施工主要从出口工作面进行。

在放水塔施工前，隧洞开挖先从进、出口两个工作面同时开始施工，在进口工作面全断面掘进至桩号0+050时，进口工作面施工终止，给放水塔施工留出工作场地。

隧道工程安排一个施工队，同时由隧道的两端按新奥法原理组织施工。

根据围岩特点和开挖断面尺寸及现场施工条件，对开挖的方案进行了认真详细的分析比较后，隧洞开挖采用长台阶法施工，上、下半洞分层、光面爆破法施工，台阶长度≥20m，分层高度为上半洞8.2米，下半洞3.7米。

Ⅳ类软弱围岩段施工始终坚持“管超前、弱爆破、短进尺、早封闭、勤量测、紧衬砌”的原则。

采用YT28手风钻钻孔，全隧采用导管微差毫秒雷管光面爆破技术，周边孔光面爆破。

支护紧随开挖循环进行，喷锚采用锚杆台架、机械手配合湿喷机作业。

洞内用1.0m3反铲集中渣料，3m3侧翻装载机装渣，20吨自卸汽车运碴弃至指定的弃碴场。

隧道通风采用大功率风机并联，大直径软管，长距离压入式通风。

3.1隧洞爆破设计方案

根据招标文件提供的地质资料，洞身的围岩主要是Ⅲ、Ⅳ类围岩，Ⅲ类围岩开挖段长220m，Ⅳ类围岩开挖段长40m。

因此，爆破设计分为Ⅲ类围岩洞挖、Ⅳ类围岩洞挖两种情况分别设计。

3.1.1掏槽眼布置

采用楔形掏槽方式。

3.1.2辅助掏槽爆破孔的布置

辅助掏槽爆破孔的作用是进一步扩大槽口体积和爆破量，并逐步接近开挖断面形状，为周边眼创造有利的爆破条件。

辅助掏槽爆破孔的布置原则：

取E/W=0.6~0.8，并采用孔底连续装药。

3.1.3崩落爆破孔与底爆破孔的布置

崩落爆破孔与底爆破孔沿辅助孔周边及平洞底部布置。

崩落爆破孔由内向外逐层布置，逐层起爆。

3.1.4光面爆破周边眼布置

周边光爆孔沿隧洞周边布置钻孔，钻孔倾角沿洞壁向外侧倾斜2~3。

（便于下一循环钻孔布置与实施）。

周边孔钻孔要求间距均匀符合规定值，外倾角相等，炮孔相互平行，深度一致。

3.2Ⅲ类围岩洞室开挖

根据隧道围岩、设计断面和机械配备情况，综合分析施工中每道工序的先后顺序及所需时间，计划Ⅲ类围岩长台阶法施工，每循环进尺2.5m，每天2个循环，日开挖进尺5.0m。

上、下台阶基本为平行作业，上台阶的碴转到下台阶，由下台阶出碴。

上台阶开挖采用YT-28凿岩机钻眼，导爆管非电毫秒起爆系统，毫秒微差有序起爆。

下半断面也采用YT-28凿岩机钻眼光面爆破。

上台阶由挖掘机扒碴，下台阶用装载机装碴，20t自卸车运碴。

施工中合理调整工序，实行“钻爆、装碴、运输”机械化一条龙作业。

隧道开挖后及时施作初期支护。

3.2.1Ⅲ类围岩开挖爆破设计

Ⅲ类围岩开挖采用长台阶法，钻爆设计如下：

本设计钻爆采用2号岩石乳化炸药（药卷直径Ф32，重0.20Kg，炮眼直径Ф42）、塑料导爆管非电起爆系统，毫秒微差有序起爆。

隧道断面全面积100.27m2，其中上半洞开挖高度8.2m，断面面积现将其开挖钻爆设计设计分述如下：

3.2.1.1Ⅲ类围岩上半洞开挖钻爆设计：

1）单位岩体炸药消耗量

14/66.90+0.8=1.01

式中：

q——单位岩体炸药消耗量（kg/m3）；

S——断面面积（m2）（上半洞开挖高度8.2m，S=66.90m2）；

α——修正系数，取0.6-0.8，本设计取0.8。

2）确定炮眼数目

N=

=133个

式中N——炮眼数目；

K——单位炸药消耗量，现取1.0；

S——开挖断面面积（上半洞开挖高度8.2m，S=66.90m2）；

n——炮眼装填系数，现取0.65；

r——炸药的线装药密度，根据药卷直径取0.78。

3）确定抵抗线

W=17×d=71.4cm取75cm；

4）确定炮眼间距

爆破孔a=1.1×W=82.5cm，主爆孔取80cm；

周边孔a=m×W=0.7×0.75=0.525m，周边眼间距取50cm；辅助眼主爆孔排距分别取75cm、90cm；

5）由围岩类别及垂直楔形掏槽查隧道施工手册得掏槽眼与开挖面的夹角α=70°，同一平面上两炮眼底部间距b=20cm，掏槽眼数目6个。

6）确定每一循环炮眼深度

根据具体施工情况，每一循环进尺定为2.5m。

掏槽眼长度L掏深=（L＋b）÷sinα=（2.5＋0.2）÷sin70o=2.9m，

式中L——爆破孔深度（m）；

b——掏槽眼底边超深（m），取0.2m；

α——掏槽眼与开挖面夹角（°）现取70°。

掏槽眼间距B=2C+b=2×（2.7÷tan70°）+0.2=2.16m

b=0.2m

2.92.72.9

70°70°

B=2.16m

掏槽眼示意图

7）每一循环装药量Q的计算及炮眼装药量的分配

根据炸药供应及围岩情况，使用2#岩石乳化炸药，其药卷直径为32mm，长度200mm，每卷0.2Kg。

q取1.0Kg/m3

V=66.9×2.5=167.25m3

Q=1.01×167.25=167.25Kg折合837卷

各炮眼装药量分配如下：

每个掏槽眼装药量：

q掏=0.8×L掏深=0.8×2.9÷0.2=11.6卷，取12卷，

每个周边眼装药量：

q周=E×W×L周×0.6×q=0.5×0.75×2.7×0.6×1.0=0.61kg，

取3卷；

每个底板装药量：

q底=1.2×（Q÷N）=1.52kg，为7.6卷，取9卷；

每个爆破孔装药量q爆=（Q总-Q掏-Q周-Q底）÷（N总-N掏-N周-N底）=1.4kg，取7卷；

3.2.1.2Ⅲ类围岩下半洞开挖钻爆设计：

每一循环装药量Q的计算及炮眼装药量的分配：

S—开挖断面面积（下半洞开挖高度3.7m，S=33.3m2）；根据炸药供应及围岩情况，使用2#岩石乳化炸药，其药卷直径为32mm，长度200mm，每卷0.2Kg。

根据经验初步q取0.9Kg/m3

V=33.3×2.5=83.25m3

Q=0.9×83.25=74.93Kg折合375卷

各炮眼装药量分配如下：

每个周边眼装药量

q周=E×W×L周×0.6×q=0.5×0.7×3.0×0.6×0.9=0.57kg，取3卷，

每个底板装药量

q底周边=1.3×q周=0.72kg，为3.6卷，取4卷；

每个爆破孔装药量

q爆=（Q总-Q周-Q底）÷（N总-N周-N底）

=1.22kg，取6卷；

3.2.2钻孔布置

炮孔布置原则为便于提高机械钻孔效率；提高炸药能量利用率、以降低炸药用量；减少对围岩的扰动，控制好开挖轮廓。

Ⅲ类围岩断面上半洞爆破设计及起爆网络图见附图1。

3.2.3起爆网络

Ⅲ类围岩下半洞爆破设计及起爆网络图见附图2，药量分配表见表3-1。

Ⅲ类围岩长台阶光面爆破炮眼药量分配表

表3-1

序号

上台阶

炮眼

分类

炮眼数

雷管

段数

炮孔

深度

炮眼装药量

每孔药卷数

单孔装药量

合计药量

个

段

cm

卷/孔

Kg/孔

Kg

1

上

台

阶

掏槽孔

6

MS1

290

12

2.4

14.4

2

中空孔

2

不装药

300

/

/

/

3

辅助孔

4

MS3

270

9

1.8

7.2

4

内圈孔

24

MS9

270

7

1.4

33.6

5

爆破孔

39

MS5、MS7

270

7

1.4

54.6

6

周边孔

42

MS11

270

3

0.6

25.2

7

底板孔

13

MS13

270

9

1.8

23.4

8

合计

132

158.4

9

下

半

断

面

爆破孔

11

MS1

300

6

1.2

13.2

10

10

MS3

300

7

1.4

14.0

11

11

MS5

300

6

1.2

13.2

12

10

MS7

300

6

1.2

12.0

13

周边孔

7×2=14

MS9

300

3

0.6

8.40

14

底周边孔

19

MS9

300

4

0.8

15.20

15

合计

75

76.0

注：

炸药单耗为0.94kg/m3，每循环爆破方量为250.5m3，施工中根据地质条件随时修正爆破参数，达到最佳爆破效果。

3.2.4开挖循环作业时间

Ⅲ类围岩开挖喷锚作业循环时间表

作业名称

作业时间（min）

循环时间（小时）

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

上

台

阶

测量搭架

60

钻孔

180

装药起爆

120

通风排险

60

出渣

210

喷锚支护

210

下台阶

测量布孔

30

钻孔

210

装药起爆

120

通风排险

30

出渣

180

注：

每循环爆破方量为250.5m3，进尺2.5m。

3.3Ⅳ类围岩洞室开挖

泄洪排沙洞洞身0+206.6～0+249.8m，上覆土层厚度0～34.0m，上覆基岩厚度8.4～14.7m，岩体完整性差，完整性指数Kv=0.44～0.51，岩体纵弹性波速Vp=1970～2300m/s，饱和抗压强度Rc=16.5～19.0MPa，地下水位低于洞底，洞室围岩为不稳定的Ⅳ类，围岩坚固系数f=2～3，单位弹性抗力系数Ko=7.0～10.0MPa/cm，变形模量E0=3.0GPa，泊松比μ=0.25。

围岩自稳时间很短，可能会发生规模较大的变形破坏，开挖支护遵循“短进尺、弱爆破、快支护、勤观察”的原则。

钢拱架采用20#工字钢，规格200mm×102×9mm，每榀钢拱架分成6节组装，拱架连接处用&=10mm的钢板焊接牢固。

拱架间距80cm，每两榀拱架之间采用18#槽钢焊接牢固，槽钢环向间距1.0m，然后在拱角和顶拱挂ø6@200×200钢筋网，侧墙及顶拱喷15cm厚的C20砼，在下半洞开挖断面成型后，再进行二次拱架接腿施工，将拱脚置于基岩上，并在底部设置&=10mm钢板增强牢固性，然后进行二次挂ø6@200×200钢筋网，并喷15cm厚的C20砼。

3.3.1Ⅳ类围岩开挖爆破设计

Ⅳ类围岩开挖采用台阶法，钻爆设计如下：

本设计钻爆采用2号岩石乳化炸药（药卷直径Ф32，重0.20Kg，炮眼直径Ф42）、塑料导爆管非电起爆系统，毫秒微差有序起爆。

隧道断面全面积117.74m2，其中上半洞开挖高度8.2m，断面面积现将其开挖钻爆设计设计分述如下：

3.3.1.1Ⅳ类围岩上半洞开挖钻爆设计：

1）单位岩体炸药消耗量

式中：

q——单位岩体炸药消耗量（kg/m3）；

S——断面面积（m2）

α——修正系数，取0.6-0.8，本设计取0.8。

2）确定长台阶的炮眼数目

式中N——炮眼数目；

K——单位炸药消耗量，现取1.0；

S——开挖断面面积（上半洞开挖高度8.2m，S=72.54m2）；

n——炮眼装填系数，现取0.60；

r——炸药的线装药密度，根据药卷直径取0.8。

2）确定抵抗线

选取65cm

式中W——最小抵抗线（cm）；

D——炮孔直径（mm）；

K——系数，取1～15，本设计取15。

3）确定炮眼间距

爆破孔

，主爆孔取70cm；

周边孔a=m×W=0.8×0.65=0.52m，周边眼间距取取50cm；辅助眼主爆孔排距分别取70cm、85cm；

4）由围岩类别及垂直楔形掏槽查隧道施工手册得掏槽眼与开挖面的夹角α=70°，同一平面上两炮眼底部间距b=20cm，掏槽眼数目6个。

5）确定每一循环炮眼深度

根据具体施工情况，每一循环进尺定为2m。

掏槽眼长度L掏深=（L＋b）÷sinα=（2＋0.2）÷sin70o=2.34m，

式中L——爆破孔深度（m）；

b——掏槽眼底边超深（m），取0.2m；

α——掏槽眼与开挖面夹角（°）现取70°。

掏槽眼间距B=2C+b=2×（2.34÷tan70°）+0.2=1.8m

掏槽眼示意图

6）每一循环装药量Q的计算及炮眼装药量的分配

根据炸药供应及围岩情况，使用2#岩石乳化炸药，其药卷直径为32mm，长度200mm，每卷0.2Kg。

q取1.0Kg/m3

V=72.54×2=145.08m3

Q=1.0×145.08=145.08Kg折合726卷

各炮眼装药量分配如下：

每个掏槽眼装药量：

q掏=0.8×L掏深=0.8×2.34÷0.2=9.3卷，取9卷，

每个周边眼装药量：

q周=E×W×L周×0.6×q=0.5×0.65×2×0.6×1.0=0.39kg，取2卷；

每个底板装药量：

q底=1.2×（Q÷N）=1.15kg，为5.75卷，取6卷；

每个爆破孔装药量q爆=（Q总-Q掏-Q周-Q底）÷（N总-N掏-N周-N底）=1.37kg，取7卷；

3.3.1.2Ⅳ类围岩下半洞开挖钻爆设计

每一循环装药量Q的计算及炮眼装药量的分配，S—开挖断面面积（下半洞开挖高度4.565m，S=45.19m2）；

根据炸药供应及围岩情况，使用2#岩石乳化炸药，其药卷直径为32mm，长度200mm，每卷0.2Kg。

根据经验初步q取0.9Kg/m3

V=45.19×2=90.38m3

Q=0.9×90.38=81.342Kg折合406卷

各炮眼装药量分配如下：

每个周边眼装药量

q周=E×W×L周×0.6×q=0.5×0.65×2.0×0.6×0.9=0.35kg，取2卷，

每个底板装药量

q底周边=1.3×q周=0.455kg，为2.3卷，取2.5卷；

每个爆破孔装药量

q爆=（Q总-Q周-Q底）÷（N总-N周-N底）

=1.19kg，取6卷；

3.3.2钻孔布置

炮孔布置原则为便于提高机械钻孔效率；提高炸药能量利用率、以降低炸药用量；减少对围岩的扰动，控制好开挖轮廓。

Ⅳ类围岩断面上半洞爆破设计及起爆网络图见附图3。

3.3.3起爆网络

Ⅳ类围岩断面下半洞爆破设计及起爆网络图见附图4，药量分配表见表3-2

Ⅳ类围岩长台阶光面爆破炮眼药量分配表表3-2

序号

上台阶

炮眼

分类

炮眼数

雷管

段数

炮孔

深度

炮眼装药量

每孔药卷数

单孔装药量

合计药量

个

段

cm

卷/孔

Kg/孔

Kg

1

上

台

阶

掏槽孔

6

MS1

234

9

1.8

10.8

2

中空孔

2

不装药

220

/

/

/

3

辅助孔

3

MS3

220

6

1.2

3.6

4

内圈孔

27

MS11

220

6

1.2

32.4

5

爆破孔

55

MS5、MS7、MS9

220

6

1.2

66

6

周边孔

43

MS13

220

2

0.4

17.20

7

底板孔

15

MS15

220

6

1.2

18.0

8

合计

151

148.0

9

下

半

断

面

爆破孔

11

MS1

220

6

1.2

13.2

10

11

MS3

220

6

1.2

13.2

11

11

MS5

220

6

1.2

13.2

12

11

MS7

220

6

1.2

13.2

13

11

MS9

220

6

1.2

13.2

14

周边孔

18

MS11

220

2

0.4

7.2

15

底周边孔

21

MS13

220

2.5

0.5

10.5

16

合计

94

83.7

注：

炸药单耗为0.98kg/m3，每循环爆破方量为235.46m3，施工中根据地质条件随时修正爆破参数，达到最佳爆破效果。

3.3.4开挖循环作业时间

Ⅳ类围岩台阶法开挖喷锚作业循环时间表

作业名称

作业时间（min）

循环时间（小时）

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

上

台

阶

测量搭架

60

钻孔

180

装药起爆

120

通风排险

60

出渣

210

钢拱架喷锚支护

210

下台阶

测量布孔

30

钻孔

210

装药起爆

120

通风排险

30

出渣

180

注：

每循环爆破方量为235.46m3，进尺2.0m。

四、施工安全管理

4.1、安全生产保证措施

（1）认真执行安全生产制度、安全教育制度、安全技术措施制度、安全交底制度、安全检查制度及事