全断面爆破设计优化.docx
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全断面爆破设计优化
新天心山隧道进口全断面开挖钻爆设计优化方案
一、工程概况
新天心山隧道位于福建省龙岩市新罗区大池镇及小池镇境内，进口位于大池镇大东坑村，出口位于小池镇南山村，起点里程DK253+840，终点里程DK258+348，全长4508m。
隧道洞身最大埋深367.52m，洞身最浅埋深为65.72m。
隧道进出口均有乡间便道，交通较为方便。
通过地层岩性为全风化～弱风化粉砂岩夹页岩、片麻状花岗岩，Ⅱ级围岩占37%，Ⅲ级围岩占49%，Ⅳ级围岩占5%，Ⅴ级围岩占9%。
目前掌子面围岩均为Ⅱ级，围岩为弱风化花岗岩，围岩整体性好，地下水弱发育，围岩硬度高，抗扰动能力强，本次优化基于以上围岩特性。
二、施工方法与机具
1、施工方法
为减少对围岩的扰动，降低爆破振动强度，周边眼采用光面爆破。
掏槽眼及底板眼按抛掷爆破设计，其他炮眼采用深孔微振动控制爆破。
采用微差爆破技术，严格控制最大装药量钻爆法施工。
Ⅱ级围岩采用全断面法开挖，设移动台架，人工风钻打眼。
2、施工机具
采用YT28型天水产手持风钻，钻头直径42mm，钻爆台车分四层。
采用全断面开挖法施工，高压风、水管路用软管通过左侧边墙预先打设好的锚杆挂牵到掌子面。
3、进尺选择
周边眼采用4m长钻杆钻孔，考虑钻杆与钻机搭接20cm，考虑掌子面整齐度20cm，成孔平均长度一般在3.6m，即设计进尺为3.6m。
掏槽眼采用大面积深孔楔形掏槽，掏槽眼钻眼采用5m钻杆，成孔深度最大达4.6m。
三、钻爆设计
1、掏槽方式
根据实际情况及前期Ⅱ级围岩开挖积累经验，掏槽仍采用大面积深孔楔形掏槽。
根据围岩硬度、整体性、抗扰动能力，爆破后岩石块状情况，以及前期积累的爆破开挖经验，特别是掏槽部分爆出岩石块状较大，因此在掏槽眼中间加设4个解炮眼，另外适当加密两侧拱脚部分炮眼，具体见炮眼布置图。
2、爆破器材的选定
根据本地区及现场施工情况，炸药选择2号岩石乳化炸药，炸药性能指标：
药卷密度：
0.95g/cm3～1.30g/cm3
殉爆距离：
≥3cm
爆速：
≥3.2×103m/s
猛度：
≥12mm
药卷规格：
外径Φ32mm±1mm，药卷质量：
200g±10g
炸药每箱6包，每包20根，每箱重24Kg。
雷管采用非电毫秒导爆雷管，连接击发管击发针引爆。
为提高光面爆破效果，周边眼采用导爆索实现间隔装药。
非电毫秒导爆雷管共采用13个段位。
3、光面爆破参数
周边眼参数
1）钻眼直径d=42mm，周边眼间距E=（8~16）d=34~67cm，为取得良好的爆坡效果，以及前期经验，取E=55cm，待施钻工人熟习并且技术稳定后，可根据情况调整到E=60cm。
2）光爆层厚度W：
直接影响光爆效果，其值取决于周边眼密集系数E/W，一般取0.8~1.0为最佳，前期取W=60cm，新班组进场后，根据现场实际情况，目前掌子面围岩为Ⅱ级，围岩为弱风化花岗岩，围岩整体性好，地下水弱发育，考虑围岩硬度大，围岩抗扰动能力强，以及综合考核开挖爆破施工进度、质量、火工品成本情况等，钻眼时按尽量少钻眼，多装药的原则进行优化设计，将光爆层厚度调整到W=30cm，相应的加大内圈眼的间距。
3）周边眼线装药密度前期按q=0.18~0.25kg/m，目前已调整到q=0.18~0.28kg/m。
4）不耦合系数：
r=D/d=42/32=1.31（因采购Φ25药卷炸药困难）
5）装药结构采用不耦合间隔装药、导爆索起爆。
内圈眼参数
1）内圈眼间距：
取1～2.4E，55～130cm。
眼距小，装药少，对围岩扰动小，眼距大，相应的要增加装药量，对围岩的扰动也就越大。
新天心出隧道进口掌子面为Ⅱ级围岩，岩性为弱风化花岗岩，硬度硬，抗扰动能力强，目前施工内圈眼间距调整到55cm～130cm不等，在边墙及拱脚处因临空面小适当减少布眼间距。
2）内圈眼装药采用眼底连续反向装药结构，非电毫秒雷管起爆。
辅助眼参数
装药结构采用眼底连续反向装药结构。
掏槽眼参数
掏槽采用大面积深孔楔形掏槽，装药结构采用眼底连续反向装药结构。
在具体实施中，可先在现场试验，根据试验、围岩性质、量测资料所反馈的信息及时总结分析，反复调整参数，使爆破效果达到最佳状态为止。
4、炮眼布置
全断面开挖采用大面积深孔楔形掏槽，采用非电毫秒雷管、导爆索连接击发管击发针起爆，炮眼布置如《全断面开挖爆破炮眼布置图》所示，图中数字为非电雷管段数，图中炮眼标注尺寸以cm计。
1）为确保开挖进尺，掏槽眼深度比周边眼大20cm，内圈眼深度比周边眼大20cm。
钻眼角度、深度见《大面积深孔楔形掏槽眼布置图》。
大面积深孔楔形掏槽眼布置图
2）当岩石较硬及整体性较好时，因左右两侧掏槽眼间6m范围内均无炮眼，因此爆破后易出现块状较大的石碴，造成出碴困难，耽误整个循环进度，为保证掏槽质量和掏槽岩石块块度大小合适，可在掏槽眼间增加4个解炮眼，解炮眼雷管段位取3段，详见《隧道中线解炮眼布置图》。
隧道中线解炮眼布置图
3）为保证光面爆破效果，边墙及拱脚处周边眼、内圈眼应适当均匀加密，并增加装药量；左右侧同一排、同一高度的掏槽眼钻设完成后应在同一水平面上，同一垂直线上的掏槽眼钻设完成后，从上向下看应在同一铅垂面上，为确保钻眼角度方向，可在钻完的炮眼中插入一根钻杆，钻设其他孔时，参照此钻标进行施钻。
4）炮眼布置详见《全断面开挖爆破炮眼布置图》所示，图中数字为非电雷管段数，图中炮眼标注尺寸以cm计。
一架左右两侧周边眼从上到下装药量分别为5节、5节、6节、7节、10节，非电雷管段数从上到下为：
前4个炮眼为11段，最下面的1个炮眼为13段。
底板眼共计9个，中间3个，左右侧各3个，装药量为中间3个炮眼装10节，其他炮眼装9节；非电雷管段数为：
中间3个为3段，左侧3个从两侧往中心分别为9段、7段、7段，右侧与之对称。
隧道中线上4个解炮眼非电雷管段数为3段，装药量为6节。
5、全断面装药参数及经济技术指标
全断面装药参数表：
炮眼部位
炮眼名称
眼深
炮眼
个数
非电段数
每孔药量Kg
药量
非电
个数
拱顶
周边眼
3.6m
25
13
0.6
15
12
内圈眼
3.82m
10
11
1.2
12
10
辅助眼
3.75m
7
9
1.6
11.2
7
压顶眼
3.75m
3
7
1.8
5.4
3
三架
周边眼
3.6m
8
11
0.6
4.8
4
内圈眼
3.82m
6
9
1.2
7.2
6
掏槽眼
3.75/4/
4.34/4.78
4/4/
4/6
7/5/
3/1
1.8/2/
2.2/2.6
7.2/8/
8.8/15.6
18
二架
周边眼
3.6m
8
11
0.6
4.8
4
内圈眼
3.82m
6
9
1.4
8.4
6
掏槽眼
3.75/4/
4.34/4.78
4/4/
6/6
7/5/
3/1
1.8/2/
2.4/2.8
7.2/8/
14.4/16.8
20
一架
周边眼
3.6m
4/2/2/2
11/11/
11/13
0.8/1/
1.2/2
3.2/2/
2.4/4
10
内圈眼
3.82m
6
9
1.8
10.8
6
掏槽眼
3.75/4/
4.34/4.78
6/6/
6/8
7/5/
3/1
2/2.2/
2.6/3
12/13.2/
15.6/24
26
隧底
底板眼
4.8
2/4/3
9/7/3
1.8/1.8/2
3.6/7.2/6
9
隧道中线
解炮眼
3.6/3.9/3.73
1/2/1
3/3/3
1.2/1.2/1.2
1.2/2.4/1.2
4
导爆索
51×（3.6+0.4）=204m
合计
166
263.6
145
全断面主要经济技术指标：
项目
炮眼总数N（个）
开挖断面积S（m2）
炸药总量Q（Kg）
钻眼总长度L（m）
比装药量K（Kg/m3）
比钻眼量（m/m2）
全断面
166
106.91
（平均）
263.6
659.93
0.685
6.17
6、装药结构
周边眼采用空气间隔装药结构。
采用Φ32乳化炸药；起爆采用导爆索连接非电毫秒雷管，连接击发管击发针引爆。
空气间隔装药结构。
如下图：
其余炮眼均采用眼底连续反向装药结构。
采用击发管击发针起爆，其爆破网络连接常用方式有串联、并联、串并联或并串联等连接方式，连接方式如下图：
7、钻眼
1）钻爆作业必须按照爆破设计进行钻眼、装药、接线和引爆。
2）钻眼前应绘出开挖断面中线、水平和断面轮廓，并根据爆破设计标出炮眼位置，经检查符合设计要求后方可钻眼。
3）为了保证良好的爆破效果，现场施工过程中，应要求技术人员在掌子面准确定出掏槽位置和尺寸，每列掏槽眼应尽量布置在同一直线上，形成平面药包作用，增强破碎和抛掷效果。
4）第一段掏槽眼起松动爆破作用，以减小岩石夹制作用，为掏槽成功创造条件。
5）掏槽眼要控制好方向和装药量，开口的倾斜度可以通过用卷尺测量钻臂尾部到托架中心的水平距离确定钻杆的开口角度。
6）严格堵塞炮泥。
炮泥与孔壁之间的粘结力和摩擦阻力的存在使炮孔内爆炸产生的高压气体作用时间相对延长，使得早先由应力波作用生成的裂缝在受到高压气体的楔裂作用后加速发展，高压气体向裂缝中楔入，不仅提高了破岩效果，而且增加了岩石的抛掷作用，另外还增加了炸药化学反应的完全程度，从而得到更充分的爆炸能，减少有毒有害气体生成量，并降低炸药单耗。
炮泥宜用炮泥机制作，炮泥配合比一般为1：
3的黏土和沙子，加含有2%～3%食盐的水制成。
7）钻眼应符合下列要求：
a掏槽眼：
深度、角度按设计施工，眼口排距、行距误差均不得大于5cm。
b辅助眼：
深度、角度按设计施工，眼口排距、行距误差均不得大于10cm。
c周边眼：
开眼位置在设计断面轮廓线上，允许轮廓线调整，其误差不得大于5cm；炮眼方向可以2°斜率外插，眼底不超出开挖断面轮廓线10cm，最大不超过15cm。
d内圈眼至周边眼的排距误差不大于5cm，炮眼深度超过2.5m时。
e钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查并作好记录，如发现有不符合要求的炮眼应重钻，经检查合格后才可装药起爆。
f装药前应将炮眼内泥浆、石粉吹洗干净。
所有装药的炮眼均应堵塞炮泥，周边眼的堵塞长度不宜小于20cm。
8）钻眼人员必须坚持“平、直、齐、准”的原则，特别是周边眼要控制好方向和装药量，必须定人、定位、定钻。
9）掏槽眼要控制好钻眼角度及装药量，眼底加强装药，第一级掏槽眼的深度大于其他眼深约20cm。
10）掏槽眼和底眼可采用双雷管引爆，以防瞎爆。
8、爆破效果评价
1）超欠挖。
爆破后的围岩应圆顺平整，无欠挖。
开挖后平均线性超挖应达到局赣龙指【2012】14号文件要求的：
隧道开挖应杜绝欠挖，允许超挖值控制标准为：
Ⅰ、Ⅴ、Ⅵ级围岩拱墙平均线性超挖不大于10cm，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩拱墙平均线性超挖不大于12cm，隧底及仰拱平均线性超挖不大于15cm。
2）半眼痕迹保存率：
爆破后半眼率在整体性好的坚硬岩石中必须大于80%，在中硬岩石中应大于60%。
3）对围岩的破坏程度：
爆破后，围岩面上无粉碎岩石和明显的裂缝，也不应该有浮石。
4）根据新天心山隧道进口围岩情况，炮眼利用率应大于80%，达到90%。
四、施工安全措施
爆破材料的运输、储存、加工、现场装药、联线、起爆及瞎炮处理，必须遵守《爆破安全规程》（GB6722-2003）的有关规定。
1）施工人员作业时，必须正确佩带安全帽。
2）开挖前，人员到掌子面先观察围岩情况，支护变形情况，确保工作面处于安全状态后，做钻爆施工的准备工作。
3）严禁在残眼上继续钻眼。
4）在工作面内不得拆卸、修理风钻。
5）钻眼装药不得平行作业。
6）作业面要有足够的照明，并且通风效果良好。
7）爆破器材的运输必须用专门的防爆车。
8）雷管及炸药运输过程中，不得堆码在一起。
9）严禁使用乳化甘油类在低温下易爆的炸药，在近处有闪电各雷电的时候，或可能突然发生雷电时，严禁用电雷管起爆。
10）现场使用爆破器材时，不宜露天暴露放置，以避免紫外线直接照射。
11）每次爆破必须设置安全警戒。
12）炸药、雷管的储藏各使用应采取防雷电措施。
13）装药是严禁使用金属炮杆，严禁火种，无法人员应撤离到安全地点。
14）进行爆破时所有人员必须撤至不受有害气体、振动及飞石伤害的警戒区外，并设置安全警戒：
一般距爆破工作面距离不少于200m。
爆破期间除引爆电路外，所有动力及照明电路均应断开或改移到距爆破点不小于50m的地点。
15）爆破后必须立即进行安全检查，查出有未起爆的瞎炮，如发现瞎炮，必须由原爆破人员按规定进行处理，确认无误后才能出碴。
16）爆破后必须经过通风排烟15min后，并经过以下各项检查和妥善处理后，其他工作人员才准进入工作面。
a、有无瞎炮及可疑现象；b、有无残余炸药或雷管；c、顶板两邦有无松动石块；d、支护有无损坏与变形。
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