光面爆破施工工艺工法.doc

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光面爆破施工工艺工法

1前言

1.1工艺工法概况

光面爆破是1950年发源于瑞典，1952年在加拿大首次应用，现已被规定为隧道掘进工程中的标准方法。

隧道施工采用光面爆破能使围岩周边形成平滑圆顺的表面，可以有效控制周边超欠挖，减少围岩扰动，减少支护工程量。

同普通爆破相比，光面爆破能取得巨大经济效益、安全效益和其它综合效益。

光面爆破的优点是明显的，但光爆效果随着地质条件的不同差异很大，参数选择也必须根据地质的不同而采用不同的参数。

要取得理想的爆破效果，必须了解光爆的作用原理，通过实践形成成熟的施工工艺。

我们通过多年隧道施工经验，结合地质条件、钻孔设备、设计要求，多次调整施工参数和工艺，不断摸索、完善，经总结形成本工法。

1.2工艺原理

光面爆破是控制开挖轮廓的一种爆破技术，它沿开挖轮廓周边布孔，利用主炮孔爆破后形成的良好临空面，在光爆层中起爆，借以减少光爆孔爆破的夹制作用，降低炸药单耗，减少一次起爆药量，使其获得平滑的开挖廓面，减轻围岩的破坏，减小超欠挖和避免产生冒顶和坍塌。

2工艺工法特点

2.1与普通爆破相比，光爆周边眼钻眼、装药技术要求较高；

2.2根据不同的围岩类别，可进行施工参数调整，适用范围广；

2.3隧道轮廓表面光滑、平顺，对围岩扰动少，增加施工安全，减少成本，增加经济效益；

2.4工艺简单，易于掌握。

3适用范围

本工法适用软岩、硬岩等地质条件下的铁路、公路、水工等隧道或隧洞。

4主要引用标准

《铁路隧道施工规范》TB10204；《铁路隧道工程施工质量验收标准》TB10417；《铁路工程施工安全技术规程》TB10304；铁路工程施工技术手册《隧道》；《隧道爆破现代技术》。

5施工方法

光面爆破是一种根据不同断面、不同岩性，采用合理的钻爆设计，包括所采用的掏槽技术、光爆参数、炸药选择、装药结构等，正确的爆破参数和合理的施工方法，达到爆后壁面平整规则、轮廓线符合设计要求的一种控制爆破施工方法。

6施工工艺及操作要点

6.1施工工艺流程图

放炮通风

检查分析爆破效果

装药联线

药包加工

起爆

联结起爆网路

调整爆破参数

测量实际孔距孔深及偏差

爆破设计

整理工作面

测量放线

布设孔位

钻孔施工

计算药量与装药结构

图1隧道光面爆破工艺流程

6.2操作要点

6.2.1爆破设计

首先应该查阅工程图纸及资料，如隧道地质纵断面图，隧道施工设计文件，施工机具及爆破材料。

而后根据现场条件，施工要求综合考虑，进行爆破设计。

光面爆破循环进尺控制：

一般来说，Ⅴ级围岩循环进尺控制在0.8～1.0m；Ⅳ级围岩循环进尺控制在1.5～2.0m；Ⅱ、Ⅲ级围岩炮眼深度以不超过4.0m为宜，手持风钻不宜超过3.5m。

隧道炮眼一般分：

掏槽眼、掘进眼、周边眼。

1掏槽眼设计

掏槽眼方式一般分为直眼掏槽和斜眼掏槽两种。

掏槽方式的选定需按开挖断面的几何尺寸、地质条件、设备情况、钻眼爆破水平和对开挖的技术要求等方面进行考虑。

（1）斜眼掏槽适用于人工风钻打眼、开挖断面较大的隧道；打眼深度受断面宽度或高度限制；循环进尺变更时，炮眼角度更改复杂；水平楔形掏槽打眼困难。

目前隧道施工基本均采用手持凿岩机打孔，斜眼掏槽。

（2）直眼掏槽适用于凿岩台车作业、开挖断面较小、坚硬整体岩层；打眼深度不受断面限制；钻眼精度要求高；循环进尺变更时，只需增减炮眼深度，容易掌握；不用大直径空眼时，掏槽眼数目较多；打大直径空眼需用重型凿岩机；炮眼间距近容易发生殉爆和拒爆；要求雷管段数多，最好用毫秒雷管并按正确起爆顺序起爆。

直眼掏槽是借助于不装药空孔作为临空面，掏槽各装药孔向空孔按一定起爆顺序爆破而逐渐形成槽腔，其后掘进孔再向槽腔按一定顺序爆破。

直眼掏槽一般可分：

一字型、四眼三角形、六眼三角形、单空眼菱形、双空眼菱形、四空眼十字形、九眼中空对称形、大直径空眼形。

表1直眼掏槽形式和参数

参数

形式

掏槽眼间距（mm）

装药量

起爆顺序

a

b

c

①一字型

150

300

400

0.8L

1#～3#一段

4#～5#二段

6#～9#三段

②四眼三角形

E=2.5d

1#～3#一段

③六眼三角形

E=2.0d

1#～3#一段

④单空眼菱形

100～150

170～200

0.7～0.8L

1#～2#一段

3#～4#二段

⑤双空眼菱形

100～150

170～150

0.7～0.8L

1#2#一段

3#4#二段

⑥四眼孔眼十字形

160～200

250～300

0.7～0.8L

1#一段

2#～5#二段

⑦九眼中空对称形

200

350～400

1#～4#一段

5#～8#二段

⑧中空眼为φ100～200mm，或用二个φ50～60mm联成“8”字形的重叠眼孔，掏槽眼与孔眼间距一般为100～400mm

注：

d---炮眼直径；L---炮眼深度；药卷直径d=φ25mm

图2直眼掏槽各种形式

斜眼掏槽又分垂直楔形掏槽、水平楔形掏槽、爬眼等形式，工程常用水平楔形掏槽。

水平楔形掏槽通常是利用多对斜向炮孔同时对称爆破而形成楔形临空面，之后各孔向该临空面爆破。

如果爆破进尺要求较大时，在断面尺寸允许的情况下，可以采用多重楔形掏槽。

楔形掏槽参数与炮眼夹角、间距及掏槽的对数相关，可参考下表2。

表2楔形掏槽参数表

围岩级别

掏槽眼对数

掏槽眼间距（m）

炮眼夹角（°）

炮眼底间距（cm）

线装药量（kg/m）

Ⅳ、Ⅴ

2～3

0.5～0.7

＞50

30

0.25～0.35

Ⅱ、Ⅲ

３～5

0.3～0.5

≥60

20

0.35～0.55

2掘进孔设计

Ⅱ、Ⅲ级围岩的掘进眼间距通常控制在a=0.6～1.0m，岩石爆破移动方向间距不大于0.8m；垂直于岩石爆破移动方向相邻两孔连线的间距不大于1.2m，通常在0.8～1.2m取值。

Ⅳ、Ⅴ级围岩的掘进眼间距通常控制在a=0.8～1.2m，岩石爆破移动方向间距不大于1.0m；垂直于岩石爆破移动方向相邻两孔连线的间距不大于1.2m，通常在1.0～1.2m取值。

3周边孔设计

一般情况下，周边孔间距E=0.35～0.65，通常中硬眼及以上岩石取45～60cm，软岩35～45cm。

炮眼密集数m=W/E=0.5～1.0，通常按m=0.8取值确定光爆层的厚度，软岩m=0.5～0.7，完整岩石m=0.8。

周边孔的外斜角度不大于3°，且外斜值不大于20cm，计算最小抵抗线要计入该影响值。

表3光面爆破参数表

岩石类别

周边眼间距（cm）

周边眼抵抗线（cm）

相对距离（E/W）

装药集中度（q）（kg/m）

硬岩

55～65

60～60

0.8～1.0

0.20～0.30

中硬岩

45～60

60～75

0.8～1.0

0.10～0.15

软岩

35～45

45～55

0.8～1.0

0.07～0.12

注：

炮眼直径40～50mm。

4装药设计

⑴装药几何参数

1）光面爆破采用不耦合装药，一般不耦合系数为1.5～2.0。

2）药卷几何直径：

常择选φ25、φ32、φ35、φ40四种规格。

3）炮眼直径一般为：

40～50mm

⑵光面爆破单孔装药量：

QK=××β×L×

式中：

Qk---单孔装药量，g

—炸药的密度，g/cm3

β—光面爆破炮眼装填系数，L—炮眼深度，cm

⑶炸药单耗

Ⅱ、Ⅲ级围岩全断面开挖：

0.8～1.0kg/m3；Ⅳ、Ⅴ级围岩上半断面：

0.6～0.8kg/m3,下半断面或下部开挖0.4～0.5kg/m3。

可爆性好、软岩地段偏小值方向取值，浅埋隧道、难爆、坚硬岩石地段偏大值方向取值。

⑷炮眼数目的确定及总装药量

1）光面爆破炮眼数目：

以总装药量与单个炮眼装药量之比来确定：

N=

式中：

N=炮眼数目，个K=光面爆破单位炸药消耗量，kg/m3

L=炮眼深度，mn=炮眼装药系数

r=炸药的线装药密度，kg/mS=开挖断面积，m2

2）总装药量：

Q=K×L×S式中代号同上

⑸炸药量的分配

炸药量的分配可根据炮眼装药系数进行，当采用直眼掏槽时，掏槽眼可适当增加10%～20%，以保证掏槽效果。

分配完后，按装整卷药或半卷药的档次进行调整，以便于装药施工。

⑹装药结构的设计

周边眼一般采用间隔装药或小药卷连续装药，其余各孔采用等直径药卷进行连续装药。

周边眼装药结构形式见下图：

图3周边眼装药结构图

5起爆网路

隧道爆破开挖经常使用导爆管雷管起爆网络，通常周边眼结合使用导爆索网络。

导爆管雷管网路根据掏槽类型，断面大小，振动要求，常使用多段位的非电雷管。

隧道爆破使用的ms1～25段即可。

网路击发可使用击发枪击发导爆管雷管、导爆索击发导爆管、电雷管击发导爆管，在瓦斯隧道的爆破施工中必须使用电雷管击发网路，严禁使用其他击发方式。

起爆顺序为：

掏槽眼—扩槽眼—掘进眼—内圈眼—周边眼。

6.2.2施工准备

1测量放样

用全站仪放出断面轮廊线，然后标出光面爆破孔位。

2钻孔台架就位

可用钻孔台车，也可使用简易钻孔台架。

钻孔台车速度较快，机械化高。

人工用枪在简易钻孔台架上钻孔经济适用。

两者爆破效果相差不大。

简易钻孔台架主要采用钢管、型钢与紧固件构成，作业平台宽度与高度可根据隧道的开挖尺寸调整，以适应曲墙直墙及不同围岩类别的断面，作业台架上设有供钢管和供水管，并设有分风器与分水器，加工简单，适用。

3光爆药包加工

光爆药包可在场外安全地带加工。

方法为在竹片上每隔一定距离安放光爆药卷，导爆索连接，孔底采用加强药卷。

6.2.3爆破施工技术

1布孔要求

⑴掏槽眼布孔误差不大于±3cm。

⑵其余各孔不大于±5cm。

若遇挂眼困难，炮孔位置可适当调整，但必须保证调整后，相邻各孔间距均匀布置，注意掏槽眼需整体移动，孔间调整范围不得大于其误差值。

2布孔

⑴人工事先应用红油漆将炮眼位置布置在掌子面上，布孔满足精度要求。

⑵按照钻爆设计炮孔位置，输入测点坐标，利用全站仪或其他方式完成自动布孔。

⑶可以采用激光指向仪，控制周边轮廓或中线。

3钻孔要求

钻孔必须做到“准、平、直、齐”四要素满足以下精度要求。

⑴挂眼误差：

掏槽孔，扩槽孔不大于±3cm，其余各孔不大于±5cm。

⑵钻孔不平行误差：

掏槽孔不大于±3cm/m，其余各孔不大于±5cm/m。

⑶各炮孔底部参差误差均不大于炮孔深度的10%。

4装药要求

⑴按设计的装药量装药，当掌子面凹凸不平，其各孔装药量可随炮孔深度变化作相应的调整。

当实际炮孔所处位置有软层或者裂缝通过，应取消该孔装药并适当减少相邻内圈孔的用药量。

⑵炸药装填必须按安全规程操作，不得硬捅，硬捣。

5炮孔堵塞要求

⑴预制炮泥，每条长10～15cm。

⑵各孔堵塞长度周边不小于30cm，其余各孔不小于20cm。

⑶堵塞过程要妥善保护网路。

6网路连接要求

⑴中间连接，击发用雷管一律反向设置且单发击发，每个击发雷管连接导爆管数不多于24根。

⑵塑料导爆管连接过程中不得打死结，弯折，更不能被岩石和其他东西刺破。

⑶网路连接自有下垂不得拉紧。

⑷及所有中间连接雷管宜用击发雷管或者连接元件，严禁使用高段位雷管。

⑸孔内雷管不得错段，具体操作时由班组长分发导爆管雷管并监督完成。

7劳动力组织

表4一个工作面劳力组织表（以断面≤50m2为例）

序号

名称

人数

职责

1

工班长

1

指挥、协调

2

测量班

3

测量断面、布