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隧道爆破方案

1.编制说明

1.1编制依据

1、《国家爆破安全规程》(GB6722-2003);

2、“民用爆炸物品安全管理条例”(2006年4月26日);

3、《重庆市民用爆炸物品安全管理办法》(2007年9月3日);

4、垫江县南阳大道新建工程园区主干道路建设工程《施工图设计》;

5、《爆破安全规程实施手册》;

6、《民用爆破器材工程设计安全规范》;

7、现场踏勘调查所获得的有关资料;

8、我公司拥有的科技工法成果和现有的管理水平、劳力设备、技术能力,以及长期从事公路、市政建设所积累的施工经验。

1.2编制原则

1、在充分研究设计图纸及认真踏勘工地现场的基础上,采用先进合理、安全可靠、经济可行的施工方法;

2、南阳隧道中导坑、正洞钻爆作业必须严格按钻爆设计进行;

3、施工过程中,根据实际爆破效果及时对爆破设计参数进行调整,不断优化爆破设计,达到最好的爆破效果;

4、钻爆设计内容应包括:

炮眼的布置、数目、深度和角度、装药量和装药结构、起爆方法和爆破顺序等。

设计图应包括炮眼布置图、钻爆参数表、主要技术经济指标及必要的说明;

1.3编制范围

本方案适用于垫江县南阳大道新建工程区园区主干道路建设工程项目中南阳隧道的爆破开挖施工(包括中导坑、正洞)。

2工程概况

2.1总体概况

本项目是垫江县南阳大道新建工程园区的主干道路,本项目总长0.94552km(K1+454.480〜K2+4O0),路幅宽度36m,为新建工程段。

项目建设标准为城市主干道,设计行车速度为50km/h。

项目起点与南阳转盘相接,接点桩号为K1+454.480。

沿赵家工业园区规划道路布线。

拟建南阳隧道位于开县赵家镇,设计为双连拱公路隧道,隧道宽14.75m,高8.43m,有效净高5m两洞间距4m路面设计高程200.91m〜207.19。

隧道起止里程为K1+77LK2+225,

全长455m,轴线走向233°〜265°。

隧道进出洞口有简易乡村路到达,交通较为方便。

爆破作业点详见施工总平面图(附图一)

2.2地震动参数

自有记载以来,流域100km范围内,Ms>3的有感地震共9次,其中除距开县县城150km的湖北恩施黄金洞1931年地震Ms=5.0夕卜,其余均为Ms<4.0,表明流域及周边地区历史及现今地震活动微弱,强度小,频度低,处于地壳稳定的弱震环境。

根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-200)地震基本烈度小于切度,相应地

震加速度值小于0.05g,反应谱特征周期为0.35s。

2.3南阳隧道地质情况

隧道主要为岩质隧道,隧道穿越高程在200.91〜215.62m,岩性主要泥岩为主,局部夹少量中厚层状的砂岩。

根据岩石试验成果,泥岩单轴饱和抗压强度5.17〜14.59MPa,

为软岩,砂岩单轴饱和抗压强度18.77〜32.21MPa为较软岩〜较坚硬岩;

南阳道隧址区未发现区域断裂及褶皱构造,也无新构造运动迹象,地质构造简单,区域稳定性较好。

隧道区构造简单,岩性较简单,未发现滑坡、崩塌岩堆、泥石流等不良地质现象,隧道围岩为砂岩、泥岩,场地整体基本稳定,适宜隧道修建。

隧道进口设计桩号K1+771,位于赵家工业园施工开挖区,地表覆盖层全部已挖除,出露基岩为侏罗系中统上沙溪庙组(J2s)灰白色砂岩、紫红色泥岩,岩层产状153°/

14°。

隧道出口设计桩号K2+205,为一自然平台,地势平坦,地表为第四系残坡积层粉质粘土,厚度约3.7〜10.4m,下伏基岩为侏罗系中统上沙溪庙组(J2s)紫红色泥岩,岩层产状153°/14°,强风化厚度1.2〜5.8m。

隧道洞身段地面高程215.0〜285.3m,隧道最大埋深约70m,隧道穿越高程在

200.91〜215.62m,岩性主要以侏罗系中统沙溪庙组(J2S)的紫红色泥岩为主,局部夹少量中厚层状的砂岩,岩石中等风化。

2.4南阳隧道爆破与周边主要建(构)筑物位置关系

南阳隧道位于开县赵家工业园区拟新建主干道路上,根据现场测量,出口附近均为当地民房,且均为三峡移民拆迁范围,当地政府部门对其均完成了征迁测量,故隧道出口处建筑物距离不进行考虑。

隧道进口位置位于园区附近,距离园区最近小区建筑物600m,距离正运营的万开高速路(简支梁桥)距离为450m

南阳隧道与周边主要建(构)筑物位置关系表

建(构)筑物

与南阳隧道位置关系(进口)

周边建筑基础形式

周边建筑基础底标高

与南阳隧道进口距离

备注

工业园区小区

北侧

独立基础

约200

600m

接近水平,不考虑斜距

万开高速(简支梁桥)

北侧

桩基础简支梁

约200

450m

接近水平,不考虑斜距

注:

以隧道进口位置为准进行的测量(以最近距离点进行计算)

3、总体施工方法

根据垫江县南阳大道新建工程区主干道路建设工程施工图设计,南阳隧道围岩性质、

设计施工方法及工期要求,南阳隧道中导洞、正洞开挖施工时,洞口部位、以及洞身岩层较破碎松散时,采用CAT320D破碎机头破碎后,直接开挖的方式进行施工。

隧道洞身施工时,根据岩层实际情况,采用控制爆破结合破碎机开挖的方式进行施工。

根据本工程实际特点,南阳隧道为双向六车道连拱隧道,且整体岩层较破碎、埋深较浅;中导洞开挖采用上下台阶开挖的方式进行施工,正洞采用单侧壁导坑开挖的方式进行施工。

4、钻爆方案

根据南阳隧道地勘资料及现场实际施工条件,确定合理的开挖方法。

在保证开挖方法不变,控制爆破的基础上,采用理论计算法、工程类比法与现场试爆相结合,确定各部位炮眼钻爆参数、封口炮泥之比,分配各个炮眼装药量及装药结构,通过合理布孔、控制装药量和起爆爆炸力、起爆顺序等,得到设计要求的开挖轮廓面,从而减少超欠挖,减轻对围岩的破坏作用,达到爆后开挖面圆顺、平整,缩短清理周边时间。

4.1南阳隧道洞身(中导坑、正洞)爆破方案

根据减振控制爆破的特点及爆破部位的不同,选用不同的爆破器材:

炸药:

2号岩石乳化炸药(规格:

©32mm©25mm)导爆索(红线)。

雷管:

孔外采用电雷管起爆导爆管,孔内均采用导爆管起爆炸药。

起爆器材及导爆索:

电雷管采用专用安全放爆器起爆,周边炮眼装药并采用导爆索

传爆。

毫秒雷管与电雷管采用串并联方式进行连接。

1、减震爆破技术措施

利用萨氏公式:

Q=R(V/K)3/a,对周边主要构建筑物规范允许安全振速,以设计质点允许振速为计算依据,反算单段最大装药量,必要时适当增加雷管段数,减少单段最大装药量。

2、爆破参数设计

(1)掏槽眼方式

中导坑、正洞的掏槽眼均按照楔形掏槽形式布置,中导坑每循环按照2m进尺进行设

计,掏槽眼孔口距离按照2m进行设计;正洞采用单侧壁导坑法进行开挖,侧壁导坑开挖时掏槽眼孔口距离按照1.3m进行设计,拱部掏槽眼孔口距离按照2m进行设计。

掏槽眼底部距离控制在40cm左右。

掏槽眼超深按照20cm考虑。

(2)爆破不偶合系数、药卷直径

中导坑及正洞均采用YT-28型气腿式凿岩机钻眼,钻头采用①42mm成孔直径约为48mnrr50mm本处所有炮孔成孔直径dk按50mn考虑,开挖周边眼药卷选择2号岩石乳化炸药标准小药卷,直径di为25mm不耦合系数K=dk/di=2.0,符合规范中软岩装药不耦合系数D=1.4〜2.0的要求。

(3)确定周边眼间距(巳、最小抵抗线(W和相对距系数(K)最小抵抗线与开挖的断面大小、围岩性质有关。

断面大所受到的夹制作用小,岩石比较容易崩落,最小抵抗线可以大些,断面小所受到的夹制作用大,最小抵抗线可以小些,最小抵抗线与岩石的性质和地质构造有关,坚硬岩石最小抵抗线可小些,松软破碎的岩石最小抵抗线可大些。

南阳隧道中导坑开挖按照上下台阶开挖、正洞开挖按照单侧壁导坑开挖,且岩层均为泥页岩、夹杂少量强风化砂岩,故确定最小抵抗线(W为0.3〜

0.8m。

相对距系数是周边眼间距(E与最小抵抗线(W的比值,是影响爆破效果的重要因素。

K=E/W

式中,—周边炮眼间距,单位cm

V—最小抵抗线,单位cm;

K值总是小于1,当dk=38〜50mmE=3(〜50cmW=3(〜80cm时,K=0.5〜0.8。

考虑到隧道围岩均为强风化页岩、夹杂少量强风化砂岩,节理较发育、岩体破碎,并参照规范周边眼间距取值范围30cm-50cm,对周边眼间距取40cm,最小抵抗线值取

75cm,K=E/V=0.53。

(4)周边眼装药系数

2.81.4

1)L=2m.[S]c/(VcXp0).

L—周边眼每米装药长度,单位m

m—不耦合系数,m=2.0

P0—炸药密度,采用2#岩石乳化炸药,P0=0.95g/cm3

[S]c—岩石抗压强度,南阳隧道爆破段主要为强风化-中风化页岩、以及夹杂部分

砂岩,考虑实际情况,此处取值按照页岩最高值进行取值。

故参照地勘资料取[S]c=

14.59MPa=145.9Kg/cm3(详见地勘资料)

V。

一标准状态下,每克炸药生成气体的体积,查表取8000cm3/g

2

2)q=(ndk/4)p°?

L

2

=nX5/4X0.95X0.00749=0.1396Kg/m

q—装药集中度

dk—炮眼直径dk=5.0cm

2号岩石乳化炸药光面爆破参数表

\参数岩石种类

饱和单轴抗压极限强度

Rb(MPa)

装药不耦合系数D

周边眼间

距E(cm)

周边眼最小抵抗线

V(cm)

相对距

E/V

周边眼装药集中度q

(kg/m)

硬岩

>60

1.25〜1.50

55〜70

70〜85

0.8〜1.0

0.29〜0.34

中硬岩

30〜60

1.50〜2.00

45〜60

60〜75

0.8〜1.0

0.19〜0.29

软岩

<30

2.00〜2.50

30〜50

40〜60

0.5〜0.8

0.07〜0.14

周边眼装药系数结合2号岩石乳化炸药光面爆破参数表进行比较,同时结合隧道爆破开挖段,页岩中夹杂部分砂岩,同时既有软岩又有中硬岩,计算值处于软岩装药系数上限,考虑到实际情况,本处周边眼装药系数取q=0.20Kg/m。

其它炮眼的装药系数按规范及经验,选用见下表。

炮眼装药系数表

炮眼名称

掏槽眼

辅助掏槽眼

辅助眼

装药系数

40%

35%

35%

(5)循环进尺

由于本工程的南阳隧道为双向六车道连拱隧道,隧道断面大,埋深浅,围岩大部分

为页岩,岩层破碎,开挖方式为单侧壁导坑开挖方式,综合考虑各项因素,中导坑进尺取L=2.0m,正洞单侧壁每循环进尺按照L=1.0m计算。

(6)孔径和孔深

孔径:

凿岩采用一字钎头,直径为①=42mm则炮眼孔径考虑为①=50mm

孔深:

为克服岩石的夹制作用及降低爆破震动强度,同时也能保证第一排掏槽眼能较好的掏槽,此处掏槽眼按楔形掏槽眼设计,掏槽眼向中心方向倾斜。

中导坑取掏槽眼深度为2.2m(径向深度),正洞单侧壁开挖时,取掏槽眼深度为1.2m(径向深度,且均

按照超深20cm设计);中导坑辅助掏槽眼、辅助眼及周边眼孔深取2.0m,正洞单侧壁开挖时,辅助掏槽眼、辅助眼、周边眼孔深取1.0m。

(7)南阳隧道炮眼布置图

按照炮孔计算数量以及相应技术参数设计南阳隧道中导坑、正洞炮眼布置图

(另详见附图二)

南阳隧道爆破开挖参数表

'目项名称\

炮眼

毫秒雷管

装药

总计

(kg)

深度

段数

①25药卷

①32药卷

装药系数

m

段1

节-长度-重量

节-长度-重量

中导坑

掏槽眼

8

2+0.2

1

4-0.8-0.8

40%

6.4

辅助眼

59

2.0

1、3、5、7

3.5-0.7-0.7

35%

41.3

周边眼

65

2.0

5、9

2.5-0.5-0.37

5

0.20kg/m

24.4

侧壁导坑

掏槽眼

8

1+0.2

1

2-0.4-0.4

40%

3.2

辅助眼

26

1.0

3、5

1.75-0.35-0.35

35%

9.1

周边眼

51

1.0

7

1.5-0.3-0.22

5

0.20kg/m

11.5

正洞拱部

掏槽眼

8

1+0.2

1

2-0.4-0.4

35%

3.2

辅助眼

55

1.0

3、5、7、9、

11

1.75-0.35-0.35

35%

19.3

周边眼

47

1.0

13

1.5-0.3-0.22

5

0.20kg/m

10.6

正洞下部

辅助眼

91

1.0

1、3、5、7、

9、11、13、

15

1.75-0.35-0.35

35%

31.9

周边眼

23

1.0

17

1.5-0.3-0.22

5

0.20kg/m

5.2

小计

441

166.1

注:

以上正洞为单洞数量。

周边眼为操作方便,调整为1.5节药量。

(8)炮眼数量(采用2号岩石乳化炸药)

N眼=0.0012qS/adi式中N—炮眼数目(个);

q—单位炸药消耗量,取0.6kg/m3(大部分都为页岩);

S—开挖断面面积(m2),S中导坑=52.72mf、S侧壁导坑=27.73卅

22

S正洞拱部=59.92m、S正洞下部

a—炮眼装填系数;取0.40

132个,侧壁导坑为85个,正洞拱部

di一药卷直径,乳化炸药(除周边眼外)为32mm

通过计算:

N中导坑=93(个)

N

侧壁导坑=48(个)

N

正洞拱部=106(个)

N

正洞下部=112(个)

根据炮眼布置图统计计算,中导坑炮眼数量为

为110个,正洞下部为114个,均大于计算数量,能满足要求

(9)装药结构及堵塞方式

炮孔装药与堵塞必须符合的条件

1

清孔

装药前清除炮孔内煤粉或岩渣;

2

堵塞

长度

孔深v0.6m时,不应装药;

(特殊情况下,必须采取安全措施,并满封炮泥);

孔深0.6〜1.0m时,封泥长度》0.5倍孔深;孔深〉1.0m时,封泥长度》0.5m;

孔深〉2.5m时,封泥长度》1.0m;光面周边孔,封泥长度》0.3m;

3

抵抗线

自由面》2个时,最小抵抗线在煤层中》0.5m;最小抵抗线在岩层中》0.3m;

浅眼破碎大块岩石时,最小抵抗线和圭寸泥长度》0.3m;

4

水封

水炮泥堵塞后必须用黏土炮泥堵塞,长度》0.3m;

5

堵塞

材料

瓦斯工区爆破必须用炮泥堵孔,炮泥材料为应用黏土或不燃性材料;

装药结构:

爆破炮眼中的炸药采用正向或反向起爆。

掏槽眼的首段采用正向起爆,

 

其它炮眼采用反向起爆,这样可得到较好的岩碴块度。

周边眼采用不耦合装药,软岩

般不耦合系数为1.4〜2.0,炮眼

装药按装药集中度计算出的

药量均匀装入炮眼内。

周边眼装

r

药结构采用©25药卷不耦

合间隔装药。

其它炮眼米用©32

t*H-y-,

标准药卷,©32标准药卷长

20cm,每节重200g。

堵塞方式:

堵塞作用使炸药

LIIF!

,心

*■-J*h.T

在受约束条件下作充分爆炸

n顶部起煬药包

H炸药

进而提高能量利用率,因此堵塞长度不小于50cm(根据钻孔深度1叶1.2m,装药系数等

参数,可能造成堵塞长度不够,现场可根据实际情况略作适当调整),堵塞材料采用炮泥

(组分砂、粘土)。

堵塞质量要求密实,不能有空隙和间断。

掏槽眼、辅助掏槽眼、辅助眼装药结构示意图

(10)单段允许药量的控制

地面建筑物基础底部(或地面)至爆源中心距离R为安全控制半径,借助于经验公

式:

Q=R(V/K)3/a,并以设计质点振动波速度限值作为控制标准,进行反算各部分所允许的单段用药量,并进行试爆试验,取得合理的爆破参数。

同时结合下表4.1.2—4、4.1.2—5选取相应规范值进行验算。

式中:

V-被保护物处的质点振动速度,cm/s

K-介质性质、爆破方式等有关系数;

a-与传播途径和地形有关的系数;

Q-同时起爆单段最大装药量;

R-爆破中心到被保护物之间的距离;

表4.1.2—4爆破振动安全允许标准

序号

保护对象类别

安全允许振速/(cm/s)

<10Hz

10Hz〜50Hz

50Hz〜100Hz

1

土窑洞、土坏房、毛石房屋a

0.5〜1.0

0.7〜1.2

1.1〜1.5

2

一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物a

2.0〜2.5

2.3〜2.8

2.7〜3.0

3

钢筋混凝土结构房屋a

3.0〜4.0

3.5〜4.5

4.2〜5.0

4

一般古建筑与古迹b

0.1〜0.3

0.2〜0.4

0.3〜0.5

5

水工隧道c

7〜15

6

交通隧道c

10〜20

7

矿山巷道c

15〜30

8

水电站及发电厂中心控制室设备

0.5

9

新浇大体积混凝土d:

:

龄期:

初凝〜3d

龄期:

3d〜7d

龄期:

7d〜28d

2.0〜3.0

3.0〜7.0

7.0〜12

注1:

表列频率为主振频率,系指最大振幅所对应波的频率。

注2:

频率范围可根据类似工程或现场实测波形选取。

选取频率时亦可参考下列数据:

硐室爆破v20Hz;深

孔爆破10Hz〜60Hz;浅孔爆破40Hz〜100Hz。

a选取建筑物安全允许振速时,应综合考虑建筑物的重要性、建筑质量、新旧程度、自振频率、地基条件等因素。

b省级以上(含省级)重点保护古建筑与古迹的安全允许振速,应经专家论证选取,并报相应文物管理部门批准。

c选取隧道、巷道安全允许振速时,应综合考虑构筑物的重要性、围岩状况、断面大小、深埋大小、爆源方

向、地展振动频率等因素

d非挡水新浇大体积混凝土的安全允许振速,可按本表给出的上限值选取

表4.1.2—5解区不同岩性的K、a值

岩性

K

a

坚硬岩石

50〜150

1.3〜1.5

中硬岩石

150〜250

1.5〜1.8

软岩石

250〜350

1.8〜2.0

根据南阳隧道围岩岩性类别以及参照上表规范,此处取K=250a=1.8;万开高速简

支梁桥取3.5cm/s,赵家工业园区小区为钢筋混凝土结构房屋,V取3.5cm/s。

R参照下

表,计算出允许的最大一次单响起爆药量分别为:

(见下表4.1.2—6)

表4.1.2—6单段允许最大一次单响起爆药量表

建(构)筑物

距离爆破最近位置

允许起爆药量

备注

工业园区小区

600m

81.5Kg

满足要求

万开咼速简支梁桥

450m

34.4Kg

满足要求

通过上表计算可以看出,

(11)起爆顺序

中导洞采用上下台阶开挖,上台阶爆破顺序为:

掏槽眼一-辅助眼一周边眼。

下台阶下开挖中槽,最后施工下台阶拱架时再分别开挖两侧马口位置,爆破顺序为:

辅助眼一地板周边眼一两侧周边眼。

正洞开挖采用单侧壁开挖形式,先开挖侧壁导坑,再开挖拱部,最后开挖正洞下部。

侧壁导坑爆破顺序为:

掏槽眼一-辅助眼一周边眼。

正洞拱部爆破顺序为:

掏槽眼一-辅助眼一周边眼。

正洞下部爆破顺序为:

辅助眼一周边眼。

中导坑及正洞爆破开挖时,周边采用光面爆破参数进行布置,以确保开挖轮廓平整圆顺,减少对周边围岩的扰动,尽量保证周边围岩的整体性。

1、光面爆破参数

为减轻爆破对围岩的扰动,周边眼采用©25直径药卷,

不耦合系数为2.0,孔径考虑50mm(采用42钻头成孔),装①25乳化药卷,针对周边的岩石情况初次选用如下爆破参数,在施工中可按照选定的参数总结每次爆破效果,测量半孔率和轮廓不平整度,不断调整光面爆破参数;考虑爆破作业时不影响周壁岩层的完整性,将控制周边眼的外倾角,尽量将炮孔底部落在开挖边线处,如出现周壁少量未爆破掉岩层,可采用破碎头处理,尽量保证围岩的整体性:

孔深L=1.0m(以正洞为例)

周边眼最小抵抗线设置75cm

周边眼间距取40cm;

装药系数控制在30%0.20Kg/m(实际按照0.225Kg/m控制)。

周边眼每个孔采用导爆索相连,以便达到更好的切边效果。

2、装药结构

周边采用空气间隔柱装药结构,光面爆破孔采用导爆索、竹片把©30药卷绑扎成炸

药串装入孔中,孔口用炮泥堵塞长度不小于50cm实践证明这种装药结构比单用©30药卷光爆效果好。

周边眼导爆索每个孔相连。

其装药结构见《光面爆破孔装药结构示意图》。

3、光面爆破质量标准

光面爆破孔装药结构示意图

爆破后的围岩面应圆顺平整,无欠挖,超挖量控制在设计要求范围内。

围岩为整体性好的坚硬岩石时,半眼痕迹率应大于85%,中硬岩石应大于80%,软岩应大于60%。

围岩面上无粉碎岩石和明显的裂缝,无虚碴石。

4.2网路联接中导坑及正洞爆破开挖时,按上述技术参数及要求进行爆破开挖,每阶段爆破开挖采用毫秒导爆管微差起爆网路;起爆时,将每个爆破区域内的毫秒雷管并联在一起与电雷管串联起爆。

起爆器采用?

MF—150型发爆器起爆。

在电雷管引爆毫秒雷管过程中,如遇毫秒雷管较多,可采用两个电雷管起爆;如遇毫秒雷管角线不够长,可采用多个电雷管分开同时引爆。

4.3爆破网路电阻计算起爆前先采用测电阻仪对整个网路进行电阻测试,通过以克希荷夫定律为基础,建立了闭合并联爆破网路电参数方程及其求解的数学模型进行计算。

分析电爆参数计算结果

4.3.1当汇流圈电阻很小时,爆破网路无论采用闭合反向并联还是闭合正向并联,起爆电流的分配都是比较均匀的。

因此,爆破网路既可采用闭合反向并联,也可采用闭合正向并联。

4.3.2当汇流圈电阻很小时,闭合并联网路上的爆破参数可按簇并联简化计算,由此引起的误差可以忽略不计。

4.3.3爆破网路,由于并联雷管多,爆破网路电阻小,爆破母线上的起爆电流般将达到数百安培;因此选用大截面、低电阻率的放炮母线,对于降低爆破母线上的电压降,提高雷管起爆电流,保证雷管的可靠起爆有显着作用。

通过计算,本项目放炮电缆的截面最好不小于16mm2

4.3.4爆破时采用闭合并联爆破网路,起爆电流大,应该选用大功率的起爆电源。

4.4警戒和起爆南阳隧道进出口均有路基引道爆破警戒,必须设在危险区的边界外、设有醒目、清晰的标志并设专人看管。

爆破的警戒标志,应采用明哨、警示牌、警示灯、岗哨、路障、警报器等视觉及音响信号。

针对,且计划同时施工,在洞口处爆破时及时与路基上施工人员联系,在洞身爆破时应重点加强洞内人员管控.

设置警戒:

起爆前5分钟,所有与爆破无关人员应立即撤到离掌子面距离不小于300m处,300m范围严禁有人。

详见附图三《南阳隧道爆破平面警戒示意图》,并由当班现场爆破领导人向危险区边界派出警戒人员,警戒地点按照南阳隧道爆破警

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