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隧道光面爆破论文

《爆破工程》

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书

报

告

专业：

11工程管理<一>班

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学号：

**********

花岩子隧道上导坑光面爆破施工技术

摘要

介绍花岩子隧道光面爆破施工方法及工艺，对隧道超欠挖控制起到积极作用，达到保证安全、质量下，降低施工成本，加快工程进度。

随着光面爆破技术的不断应用和推广，隧道工程中的光面爆破施工管理已日趋成熟。

本文就如何进行施工管理，对花岩子隧道工程中的光面爆破施工管理途径进行分析，以全面落实爆破设计，确保施工的进度和安全，促进成本的降低，提高光面爆破的效果。

关键词：

公路隧道；光面爆破；设计；施工

一，工程概述

花岩子隧道进口段位于九环线映秀至日隆（四姑娘山）旅游公路改建工程D合同段。

该隧道为单洞对向交通，全长570m；建筑限界为净高9米，净宽5米；隧道路面横坡为双向坡2%。

隧道内空断面为净宽10m，拱高6.8m的三心圆曲边墙结构。

隧址区位于巴郎山南麗，山势挺拔，地形陡峻，为巴郎山最险要地段之一。

区内地面高程变化在3450-3680m之间。

场地出露及钻孔揭露的地层为新生界第四系全新统人工填筑层（Q4me）、崩坡积层（Q4c+dl）、坡残积层（Q4dl+el）和三叠系西康群侏倭组（T3zh）。

隧址区位于马家院子背斜和凉水井向斜之间，断裂活动不发育。

区内地表水系部发育，主要为季节性沟水，地下水内型主要为松散堆积层孔隙潜水、基岩裂隙水。

隧道进出口及洞身段由三叠系西康群侏倭组（T3zh）变质砂岩夹板岩构成，其围岩类别为Ⅴ、Ⅵ级，其中Ⅴ级围岩占53%。

隧道按“新奥法”施工原理进行洞身结构设计，即以系统锚杆、喷砼、钢筋网、格栅钢架、型钢钢架等组成初期支护与二次模筑砼相结合的复合衬砌形式。

结合我隧道围岩破散，保证隧道施工安全的前提下，拟采用台阶法对隧道进出口及洞身段进行开挖。

二、光面爆破的特点及意义

隧道光面爆破是一种能按设计轮廓线爆破岩体，使隧道开挖面平整，并使围岩不受明显破坏的控制爆破技术。

其实质就是在隧道掘进设计断面的轮廓线上布置加密周边孔，减小药包直径，减少装药量，采用低密度和低爆速的炸药，以控制炸药爆炸能量及其作用，降低爆炸冲击波的峰值压力，削弱在岩石中引起的应力波强度，避免在炮孔周围产生压碎区，而使爆破作用集中到需要爆落的一侧岩体上，减弱对原岩体的破坏作用。

这种加密的周边孔称为光爆孔。

当相邻的光爆孔爆破时，在其连心线上将形成贯通裂隙，岩体被劈裂，形成平整的断裂面。

隧道光面爆破的爆破原理使此种爆破对隧道施工意义巨大：

（1）隧道的开挖质量（超、欠挖控制质量）的好坏，直接影响着一个隧道施工的成本控制。

采用光面爆破使开挖面平整，岩体破碎少，超欠挖控制质量好。

爆破后开挖面基本接近设计轮廓线，直接减少了将来支护的工程数量。

据有关资料统计，光面爆破与普通爆破相比，超挖量由原来的15%～20%降低到4%～7%。

（2）光面爆破后，开挖面平整，危石少，撬顶工作简单，减轻了表面应力集中现象，避免局部冒落，增进了围岩稳定，加快了隧道掘进速度。

（3）光面爆破对围岩破坏轻微，危石少，据有关资料表明，采用光面爆破时，围岩松弛带的范围只是常规爆破方法的1/3-1/2，直接提高了围岩稳定性，保证了施工安全及隧道开挖质量。

三、爆破方案设计

根据公路隧道“新奥法”施工的需要和工程地质条件，考虑工程成本控制及整体工期，本隧道决定采用光面爆破施工。

目前，隧道光面爆破施工有2种方法：

一是预留光爆层法；二是全断面一次性开挖法。

根据施工现场的实际条件及围岩情况，本隧道拟定采用预留光爆层法。

综合考虑施工整体进度及利于控制超欠挖因素，拟确定开挖每循环进尺2.0m。

1、爆破参数的计算

光面爆破参数选择主要与地质条件有关，其次是炸药的品种与性能；隧道开挖断面的形状与尺寸，装药结构与起爆方法。

花岩子隧道主要为Ⅴ级围岩，上导开挖断面的面积为53.94m2，采用2号岩石铵梯炸药，周边眼采用空气间隔装药，其他炮眼采用连续柱状装药，采用火雷管和非电毫秒导爆雷管起爆。

严格控制周边眼的装药量，采用合理的装药结构，尽可能的使药沿药眼长均匀的分布，这是实现光面爆破的重要条件。

在光面爆破中，炮眼间距E、最小抵抗线W、炮眼密集系数K、装药密度q是相互制约的。

（1）、周边眼间距（a）与光爆层厚度（B）

光爆层是指周边炮孔与最外层主爆孔之间的一层岩石圈。

光爆层厚度就是周边眼最小抵抗线，它与开挖的隧道断面大小有关。

在断面跨度大，光爆眼所受到的夹制作用小，岩石比较容易崩落，此时光爆层厚度可以大些。

断面小，光爆眼所受到的夹制作用大，光爆层厚度可以小些，光爆层厚度与岩石的性质和地质构造也有关，坚硬岩石光爆层可小些，松软破碎的岩石光爆层可大些。

根据花岩子隧道设计内空断面为净宽10m，拱高6.8m的三心圆曲边墙结构，确定光爆层厚度（B）为0.60m；周边眼间距为0.5m。

（2）、周边眼密集系数

周边眼密集系数是周边眼间距（a）与光爆层厚度（B）的比值。

密集系数过大，爆破后会在周边眼间留下岩埂，爆破不彻底，造成欠挖；反之，会使爆破设计轮廓线外岩体破碎、松动，危石多，出现超挖。

由此见，周边眼密集系数的选择正确与否，直接关系着隧道开挖质量的好坏。

确定本隧道周边眼密集系数为0.68。

A=（12~16）d

K=a/B

式中，a为周边炮眼间距，cm；

d为炮眼直径，mm。

K值总是小于1当d=38～46mm，a=30～60cm，

B=75～80cm时，K=0.6～0.8。

（3）装药量计算：

光面爆破装药量的计算，主要是确定周边眼光爆层炮眼装药集中度，即以kg/m表示，一般采用实验方法求得或从同类工程中选取。

q=QaB

式中q—装药集中度，kg/m；

Q—单位体积耗药量，g/m3；

A—周边眼间距，m；

B—光爆层厚度，m；

通过现场试验和施工经验数据，用计算法进行校核，确定q=0.12kg/m。

（4）不耦合系数K’

不耦合系数是指炮孔直径与药包直径之比。

光面爆破采用药包直径小于炮孔直径的方法，因而不耦合系数K’>1。

随着不耦合系数的增大，爆炸冲击作用减弱，而爆炸气体准静态压力的作用时间得到延长，作用在炮孔壁岩石上的应力值下降。

不耦合系数的取值一般介于1.5~3.0之间，此时可使炮孔壁岩石上受到的冲击压力（或产生的应力）不大于岩石的极限抗压强度，避免压碎圈的形成，从而留下半炮孔痕迹；同时，在炮孔连心线上产生的切向拉应力大于岩石的抗拉强度，产生定向裂隙。

（5）装药结构和起爆方式

光面爆破采用不耦合装药，一般不耦合系数为1.5～2.0，炮眼装药按装药集中度计算出的药量均匀装入炮眼内。

为克服底部炮眼的阻力，在炮眼底部放半个标准药卷，使光爆层易于脱离岩体。

施工中采用如下图装药结构：

①1/2普通标准药卷（ф35）起爆；②小直径药卷（ф25）空气间隔装药。

2、光面爆破参数确定

结合以上理论计算，最终爆破参数确定如下：

花岩子隧道光面爆破设计参数

掘进长度：

2.0m

结合设计资料，确定岩石性质为3-4

名称

周边眼间距

光爆层厚度

密集系数

装药集中度

不耦合系数

cm

cm

Kg/m

参考值

40-50

50-80

0.5-0.8

0.1-0.15

1.5-2.0

花岩子隧道取值

50

60

0.68

0.12

1.6

3、起爆顺序

光面爆破的分区起爆顺序为：

掏槽眼（1、2）——辅助眼（3、4）——周边眼（5、6）——底板眼（7）。

采用多段微差起爆（由内向外），其中主爆区的周边眼比辅助眼眼跳2段起爆，并用同一段雷管。

主爆区使用非电毫秒雷管。

光爆层的光爆眼用用导爆索一次同时起爆。

四、施工方法及工艺

（一）、钻爆机具材料

钻孔采用15台YT—28型凿岩机和3台20m³电动空压机，人工钻孔，钻孔直径为42mm，一字形合金钢钻头。

采用Φ35mm×200mm2号岩石铵梯炸药。

引爆雷管为8号工业纸壳火雷管，炮眼内的起爆传爆，四通管连接，双雷管引爆，掏槽眼采用跳段雷管以利用扩大掏槽效果。

（二）、光面爆破施工工艺

1、放样布眼

钻眼前，测量人员用经纬仪和水准仪，准确定出隧道中心线和拱顶面高程；用红油漆画出开挖轮廓线，并标出炮眼位置，其误差不得超过5cm；每次测量放线的同时，要对上次爆破断面进行检查，及时调整爆破参数，以达到最佳爆破效果。

2、钻眼要求

掏槽眼：

深度、角度按设计施工，眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm。

辅助眼：

深度、角度按设计施工，眼口排距、行距误差均不大于10cm。

周边眼：

开眼位置在设计断面轮廓线上允许沿轮廓线调整其误差不得大于5cm；炮眼方向可以3%～5%的斜率外插，眼底不得超出开挖断面轮廓线10cm，最大不得超过15cm。

内圈眼至周边眼的排距；误差不得大于5cm；内圈眼与周边眼应采用相同的斜率。

钻眼装药率调整，当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度（相应调整装药量），力求所有炮眼（除掏槽眼外）眼底在同一平面上。

钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查并做好记录，有不符合要求的炮眼重钻，经检查合格后，方可装药爆破

3、炮眼布置要求

1先布置掏槽眼，其方向在岩层层理明显时应尽量垂直于层理，掏槽眼应比其他眼加深20cm。

2周边眼严格按设计开挖轮廓线布置，在硬岩层中，周边眼的眼口在断面设计轮廓线上，眼底超出轮廓线小于10cm；在软岩中，周边眼的眼口在断面设计轮廓线内小于8cm，眼底落在轮廓线上。

3辅助眼根据上稀下密，中部均匀分布的原则布置。

4、孔口堵塞长度L0

L0=（0.2～0.5）W

一般堵塞长度浅眼不超过20cm，深眼不超过30cm。

5、清孔装药

装药前用小直径高压风管将炮眼内石屑吹净，装药需分片，分组按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，雷管要“对号入座”不得混装。

所有炮孔均用炮泥堵塞，堵塞长度周边眼不小于20cm，其他眼不小于35cm。

周边眼采用小药卷配导爆索，以增加不耦合系数和爆破时的缓冲作用，炮孔装药均采用反向装药结构。

6、连接起爆网络

起爆网络采用复式网络，以保证起爆的可靠性和准确性。

导爆管采用四通管连接，不能打结和拉伸，各类炮眼雷管连接段数相同。

引爆雷管应用绝缘胶布包扎在离一根导爆管自由端15cm处，聚能穴背向传爆方向，网络连好后要有专人负责检查后再起爆。

7、光面爆破施工技术措施

（1）对所有爆破作业人员进行岗前培训，使他们充分了解光面爆破的重要性及一些有效可行的施工方法，以提高操作熟悉程度。

（2）选用低爆速、低猛度、低密度、传爆性能好、爆炸威力大的2号岩石铵梯炸药。

（3）用不耦合装药结构，光面爆破不耦合系数为1.5～2.0，但药卷直径不应小于该炸药的临界直径，以保证稳定传爆。

（4）严格掌握与周边眼相邻的内圈眼的爆破效果，为周边眼爆破创造临空面。

炮眼深度大于2.5m时，内圈眼应与周边眼有相同的外插角，周边眼应尽量同时起爆。

（5）控制装药集中度，必要时采取间隔装药结构，为克服眼底岩石的夹制作用，可在眼底加强装药。

（6）当岩石层理明显时，炮眼方向应尽量垂直于层理面，如节理发育，炮眼应尽量避开节理，以防卡钻和影响爆破效果。

五、光面爆破实施效果与经济效益

（一）、光爆效果

花岩子隧道开挖掘进工作已结束，隧道开挖全部实行光面爆破，除开始的爆破试验段外，剩余开挖地段光爆效果良好，超欠挖控制良好。

1、破后炮眼痕迹率达80%～90%，两茬炮衔接台阶最大尺寸为11cm，超欠挖量仅为5%左右，比非光面爆破的超欠挖量（达20%）要低得多。

2、洞碴块度较小且均匀，利于装碴，节省装运时间。

3、大大减少初期支护投入，成本控制良好，降低工程造价。

4、岩面平整，应力集中小，减少安全隐患。

（二）、经济效益

1、时间效益：

光面爆破施工钻眼及装药延长20min。

清理危石或补炮缩短20min，初期支护缩短20min，装碴及出碴缩短20min，并方便了后续的挂土工布、防水板施工。

总体时间缩短越40min，加快了隧道施工速度，开挖循环加快。

2，节约材料

光面爆破比非光面爆破减少超挖量15%，按现行规范标准平均超挖值为150cm，即每延米少开挖约2.0m3。

减少同标号喷射混凝土超挖回填量约2m3，同时也节省了火工品和因非光面爆破所造成的围岩破碎所需钢支撑、锚杆、钢筋网等初期支护的工程量。

结束语

光面爆破技术能够保证花岩子隧道上导坑的稳定性，使隧道开挖面平整，并最大限度地减少坡面的不平整度，降低了对岩体层的破坏程度。

光面爆破技术在处理石质结构的隧道施工时，具有极强的实用性。

但是，在具体的施工中必须考虑到影响施工效果的各种因素，精确地设置钻孔径长、炮孔间距、药量、炸药的特性、岩石层的结构等。

可以说，能否正确地设置各项参数对于安全施工、稳定施工都有很大的影响。

参考文献：

[1]九环线映秀至日隆（四姑娘山）旅游公路改建工程两阶段施工图设计文件第六篇隧道花岩子隧道

[2]张继春.工程控制爆破.西南交通大学出版社

[3]JTGD70-2004公路隧道设计规范

[4]JTJ042—94.公路隧道施工技术规范[