隧道开挖光面爆破设计方案.docx
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隧道开挖光面爆破设计方案
新建铁路沪昆客专贵州段CKJZTJ-8标段
D2K784+137～DK818+413段
隧道开挖光面爆破设计方案
编制：
审核：
批准：
中铁五局集团有限公司
沪昆客专贵州段工程指挥部
二0一一年六月十九日
4.1主要掌握的技术要点3
4.2周边眼常用参数的选择4
4.3周边眼装药结构4
4.4合理安排爆破程序，选用合适的掏槽形式5
5.6装药6
5.7联结起爆网路6
5.8隧道光面爆破具体施工方法6
7.3对围岩的破坏程度18
沪昆客专隧道工程
隧道开挖光面爆破设计方案
1．适用范围及工程概况
适用于沪昆客专贵州段CKGZTJ-8标中铁五局管段隧道开挖光面爆破施工。
沪昆客专贵州段CKGZTJ-8标段D2K784+137～DK818+413段工程，全长36.479km，共计隧道工程20座。
各隧道围岩长度及施工方法见表1。
表1隧道工程统计
序号
隧道名称
长度（m）
围岩长度（m）
主要施工方法
Ⅴ
Ⅳ
Ⅲ
Ⅱ
1
蜜蜂寨隧道
2508
97
755
1210
400
明挖法、台阶法、全断面法、大拱脚台阶法
2
龙家寨隧道
1420
152
320
745
160
明挖法、全断面法、台阶法、台阶法加临时横撑法
3
罗仙关一号隧道
269
92
91
60
0
明挖法、台阶法、台阶法加临时横撑法、台阶法加临时仰拱法
4
罗仙关二号隧道
790
28
265
450
0
明挖法、台阶法、台阶法加临时横撑法
5
西瓦窑隧道
238
21
65
115
0
明挖法、台阶法、台阶法加临时横撑法
6
青龙山一号隧道
277
36
60
90
0
明挖法、台阶法、台阶法加临时横撑法
7
青龙山二号隧道
233
39
55
55
40
明挖法、台阶法、台阶法加临时横撑法
8
关塘一号隧道
未到图
9
关塘二号隧道
700
34
180
310
150
明挖法、全断面法、台阶法、台阶法加临时横撑法
10
关塘三号隧道
789
121
90
240
50
明挖法、台阶法、台阶法加临时横撑法、台阶法加临时仰拱法
11
金银山隧道
476
20
53
290
60
明挖法、全断面法、台阶法、台阶法加临时横撑法
12
大路边隧道
612
40
175
235
100
明挖法、全断面法、台阶法、台阶法加临时横撑法
13
华严隧道
420
133
200
55
0
明挖法、台阶法、台阶法加临时仰拱法
14
马寨隧道
372
19
60
180
80
明挖法、全断面法、台阶法、台阶法加临时横撑法
15
大五官隧道
753
109
255
350
0
明挖法、台阶法、台阶法加临时横撑法
16
河上堡隧道
682
67
185
370
0
明挖法、台阶法、台阶法加临时横撑法
17
养马寨隧道
350
17
65
90
95
明挖法、台阶法、台阶法加临时横撑法
18
马判桥隧道
528
28
139
340
0
明挖法、台阶法、台阶法加临时横撑法
19
山岚桥隧道
564
40
100
395
0
明挖法、台阶法、台阶法加临时横撑法
20
汤官屯隧道
186
25
55
85
0
明挖法、台阶法、台阶法加临时横撑法
2．地质概况
本段隧道工程沿线地质复杂，不良地质发育，尤其是岩溶地质发育，关塘二号隧道可溶岩分布广泛，岩溶形态多样，地表溶蚀洼地，溶洞普遍分布，溶岩水赋存于隧道穿越段的三叠系下统大冶组（T1d3）第三段白云岩组成的碳酸盐岩类含水岩组中。
华严隧道发育有华严洞断层。
地层岩性：
测区基岩大部裸露，地质构造简单，地层单斜，岩性以灰岩、白云岩类可溶岩为主。
地表岩溶形态多样，岩溶洼地、落水洞、溶沟、沟槽等普遍发育。
地质构造：
测区地质构造简单，地层倾斜，地表覆盖层薄，基层多裸露，节理裂缝发育。
水文地质特征：
地表水：
测区山高坡陡，地表径流条件较好，大气降雨多沿坡面排入沟中流走，地表水贫乏，主要是季节性水流为主。
地下水：
测区地下水主要为岩溶水。
受大气降水补给，由于坡面径流条件较好，大气降雨大部分沿坡面排走，部分经溶蚀裂缝、溶沟溶槽等垂向下渗，地表调查未见有地下水出露，测区地下水不发育。
不良地质：
沿线不良地质主要为岩溶和危岩落石
特殊岩土：
特殊岩土为膨胀土、红黏土等。
根据《中国地震动峰值加速度区划图》（1/400万）和《中国地震动反应谱特征周期区划图》（1/400万），测区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s。
3．作用原理
光面爆破的破岩机理是一个十分复杂的问题，目前仍在探索之中。
尽管在理论上还不甚成熟，但在定性分析方面已有共识。
一般认为，炸药起爆时，对岩体产生两种效应；二是爆炸气体膨胀做功所起的作用。
光面爆破是周边眼同时起爆，各炮眼的冲击波向其四周作径向传播，相邻炮眼的冲击相遇，则产生应力波的叠加，并产生切向拉力，拉力的最大值发生在相邻炮眼中心连线的中点，当岩体的极限抗拉强度小于此拉力时，岩体便被拉裂，在炮眼中心连线上形成裂缝，随后，爆炸气的膨胀合裂缝进一步扩展，形成平整的爆裂面。
4．技术要点
4.1要使光面爆破取得良好效果，一般需掌握以下技术要点。
4.1.1根据围岩特点，合理选定周边眼的间距和最小抵抗线，尽最大努力提高钻眼质量。
4.1.2严格控制周边眼的装药量，尽可能将药量沿眼长均匀分布。
4.1.3周边眼宜使用小直径药卷和低猛度、低爆速的炸药。
为满足装结构要求，可借助导爆索（传爆线）来实现空气间隔装药。
4.1.4采用毫秒微差有序起爆。
要安排好开挖程序，使光面爆破具有良好的临空面。
4.2周边眼常用参数的选择
4.2.1周边眼间距E，它是直接控制开挖轮廓面平整度的主要因素。
一般情况下E=（12～15）d,其中炮眼直径d=35～45mm。
对于节理较发育、层理明显以及开挖轮廓要求较高的地下工程，周边眼间距可适当减小，也可在两炮眼之间增加一个不装药的导向空眼。
4.2.2岩石隧道光面爆破一次开挖进尺不宜大于3.5m，爆破参数应通过试验确定。
当无试验条件时，有关参数可参照表2选用。
表2光面爆破参数表
岩石类别
周边眼间距E（cm）
周边眼抵抗线W（cm）
相对距离E/W
装药集中度q（kg/m）
极硬岩
50～60
55～75
0.80～0.85
0.25～0.40
硬岩
40～55
50～60
0.80～0.85
0.15～0.25
软质岩
30～45
45～60
0.75～0.80
0.04～0.15
4.2.3最小抵抗线W（光面层厚度），W直接影响光面爆破效果和爆碴块度。
其取值在（13~22）d范围内，且W≥E。
4.2.4周边眼密集系数K，一般情况，以K=E/W=0.7~1.0为宜。
4.2.5装药集中度q，采用2号岩石炸药进行光面爆破时，全断面一次爆破，则q=0.2~0.3kg/m。
选取光面爆破参娄可用类比法或查表（见表1），必要时要在与所做工程地质条件相类似的岩层中试验，以求得更准确的爆破参数。
4.3周边眼装药结构
严格控制周边眼装药品量，采用合理的装药结构，尽量使炸药沿孔深均匀分布，是实现光面爆破的重要条件。
常用的装药结构有以下几种：
4.3.1连续装药；将计算出的药量按装药集中度连续均匀地装入炮眼，其起爆药爆包置于眼底。
4.3.2间隔装药：
为使爆炸力沿眼均匀分布，需将炸药沿炮眼全度布设，当其所需炸药药卷连续长度短于炮眼长度较多时，应采用间隔装药。
4.3.3不偶合装药：
采用卷装炸药时，多为不偶合装药结构，这时要注意，不偶合系数要在1.4~2.0范围内。
4.4合理安排爆破程序，选用合适的掏槽形式
采用全断面开挖隧道时，开始只有一个临空面，显然，这不利于取得好的爆破效果，需要创造新的临空面。
为此，首先必须要选择合适的掏槽形式，以取得理想的掏槽效果；第二，要合理安排爆破顺序，使爆破按掏槽、掘进、内圈、周边眼顺序进行，以便为掘进、内圈、周边眼逐次开辟临空面。
实现顺序起爆的手段是采用微差爆破技术分段起爆。
5．光面爆破施工工艺
5.1放样布眼
钻眼前，测量人员要用红铅油准确绘出开挖断面的中线和轮廓线，标出炮眼位置，其误差不得超过5㎝。
在直线段，可用3~5台激光准直仪控制开挖方向和开挖轮廓线。
5.2炮眼布置应符合下列要求
5.2.1光爆层周边眼应沿隧道开挖断面轮廓线布置,内圈眼布置应满足周边眼抵抗线要求。
5.2.2其余辅助炮眼应交错均匀布置在光爆层内圈眼与掏槽眼之间，间距应满足爆破岩石块度的需要。
5.2.3周边炮眼与辅助炮眼的眼底应在同一垂直面上，掏槽炮眼应加深10～20cm。
5.3定位开眼
采用钻孔台车钻眼时，台车与隧道轴线要保持平行。
台车就位后按炮眼布置图正确钻孔。
对于掏槽眼和周边眼的钻眼精度要求比其它眼要高，开眼误差要控制在3㎝和5㎝以内。
5.4钻眼
钻工要熟悉炮眼布置图，要能熟练地操纵凿岩机械，特别是钻周边眼，一定要由有较丰富经验的老钻工司钻，台车下面有专人指挥，以确保周边眼有准确的外插角（眼深3米时，外插角<3°；眼深5米时，外插角<2°），尽可能使两茬炮交界处台阶小于15㎝。
同时，应根据眼口位置岩石的凹凸程度调整炮眼深度，以保证炮眼底在同一平面上。
5.5清孔
装药前，必须用由钢筋弯制的炮钩和小直径高压风管输入高压风将炮眼石屑括出和吹净。
5.6装药
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”。
所有炮眼均以炮泥堵塞，堵塞长度不小于20㎝。
5.7联结起爆网路
起爆网路为复式网路,以保证起爆的可靠性和准确性。
联结时要注意：
导爆管不能打结和拉细,各炮眼雷管连接次数应相同；引爆雷管应用黑胶布包扎在离一簇导爆管自由端10㎝以上处。
网路联好后,要有专人负责检查。
5.8隧道光面爆破具体施工方法
5.8.1Ⅱ级围岩全断面法开挖钻爆设计
隧道Ⅱ级围岩全断面法采用光面爆破开挖，严格控制装药量及按照光面爆破设计施工，减少炮轰波对围岩的扰动，达到爱护围岩的目的。
光面爆破设计工艺流程见图1。
周边眼采用φ25mm小直径药卷不隅合装药方式，其余炮眼采用连续装药，富水地段采用乳化防水炸药，掏槽眼采用复式楔形掏槽。
爆破材料采用1～15段非电毫秒雷管和塑料导爆管起爆，周边眼采用低爆速、低密度、高爆力、传爆性好的小直径2号岩石硝铵炸药（φ25mm直径），富水地段采用乳化炸药，炮泥堵塞，导爆管复式网路联接，各部一次起爆。
光面爆破受多种因素影响,包括围岩强度、整体性、节理、层理等地质因素，爆破参数进行现场设计动态调整。
同一类围岩经试爆取得的技术参数，做为初步依据，每一循环爆破作业都要根据上一循环爆破效果，以及本循环围岩特征进行适当调整，选择一组最佳技术参数。
上一循环是下一循环的预设计和试爆破。
图1光面爆破设计流程图
施工顺序：
测量放样→标出孔位→钻正顶孔→钻孔→装药连线→起爆。
钻爆作业整个钻孔过程，可分为准备、定位、开口、拔杆、移位五步。
⑴准备开工前准备工作做到“四查”，即：
查风枪的运转；查风水管路连接部位是否牢固；查钻头钻杆等配件是否备全；查易耗材料、器材是否有充分的备用量。
⑵定位在掌子面画出各炮孔位置及中线和高程十字线，确定钻孔范围，并明确钻孔先后次序。
⑶开口风枪开口时缓慢推进，并特别注意钻杆方向与隧道中线的夹角是否符合设计外插角。
⑷拔杆在整体性好的石质可中速较慢拔出,如遇破碎岩石卡钎时,应慢慢来回推进,使之拔出；如拔杆困难,再靠近该钻位重新钻眼,使之拔出。
⑸移位钻孔钻好一个炮孔进行下一炮孔钻进时，要做到以下几点:
准：
按周边孔参数要求，孔位要选准；
顺：
侧墙孔孔口要顺开挖轮廓线布置，使孔底均位于开挖允许的超欠范围内；
平：
各炮眼相互平行（孔口和孔底距相等）；
齐：
孔底要落在同一平面上，爆出的断面要整齐，便于下一循环作业。
按各断面炮孔爆破设计装药量装药联线，塑料导爆管起爆网络联接采用复式联接网路。
炮孔孔口采用炮泥堵塞。
围岩光面爆破通过不段的进尺，不断来调整、优化，根据以往施工经验，周边眼间距宜控制在60～65cm、底板眼间距宜控制在65～70cm之间、抵抗线控制在75cm左右；上台阶内圈眼间距为70～90cm，每环间距控制在75～100cm之间根据，中、下台阶内圈眼间距可根据出碴能力灵活控制，一般为110～130cm之间，每层之间为70～110cm。
Ⅱ级围岩钻爆设计及周边眼装药结构示意图如图2、图3。
图2Ⅱ级围岩钻爆设计图
图2Ⅱ级围岩钻爆设计图
图3周边眼装药结构示意图
Ⅱ级围岩全断面爆破开挖设计参数及综合爆破参数分别如表3、表4。
表3Ⅱ级围岩全断面爆破开挖设计参数表
钻孔
名称
段号
孔深（m）
眼数
炸药类型
单孔条数（条）
单孔药量（kg）
单短药量（kg）
装药长度
（m）
装药
结构
掏槽眼
1
0.83
4
0.2
3
0.6
2.4
0.6
集中
掏槽眼
3
2.3
4
0.2
7
1.4
5.6
1.0
集中
掏槽眼
5
4
4
0.2
12
2.4
9.6
2.4
集中
扩孔眼
7
3.5
20
0.2
9
1.8
36
1.8
集中
扩孔眼
9
3.5
10
0.2
9
1.8
18
1.8
集中
扩孔眼
10
3.5
15
0.2
9
1.8
27
1.8
集中
扩孔眼
11
3.5
31
0.2
9
1.8
55.8
1.8
集中
内圈眼
13
3.5
35
0.2
9
1.8
63
1.8
集中
周边眼
15
3.5
44
0.15
5
0.75
33
1.9
间隔
底板眼
15
3.5
19
0.2
10
2
38
20
集中
表4综合爆破参数表
岩石级别
周边眼间距
E（cm）
周边眼抵抗线
W（cm）
相对距离
E/W
周边眼装药集中度
（kg/m）
Ⅱ
60
75
0.8
0.21
5.8.2Ⅲ、Ⅳ级围岩台阶法开挖钻爆设计
Ⅲ、Ⅳ级围岩采用台阶法开挖，爆破器材选用乳胶炸药、塑料导爆管非电起爆系统，毫秒微差有序起爆。
上台阶周边眼采用Φ25mm小直径药卷，光面爆破，其它炮眼采用Φ32mm药卷；下台阶周边眼采用Φ25mm（长200mm，
190g／卷）药卷，预裂爆破，其它炮眼采用Φ32mm药卷。
Ⅲ、Ⅳ级围岩台阶法施工典型断面爆破设计、装药结构如图4、图5。
图4Ⅲ、Ⅳ级围岩台阶法施工典型爆破设计示意图
图5Ⅲ、Ⅳ级围周边眼装药结构示意图
爆破药量分配见表5所示，主要经济技术指标见表6和表7所示。
表5Ⅲ、IV级围岩正台阶开挖光面、预裂爆破装药参数表
序号
炮眼
分类
炮眼数
（个）
雷管段数（段）
炮眼长度（m）
炮眼装药量
每孔药卷数（卷/孔）
单孔装药量（Kg）
合计药量（Kg）
上台阶（光面爆破）
1
周边眼
33
15
2.5
4.0
0.32
10.56
2
内圈眼
24
13
2.5
3.0
0.57
13.68
3
辅助眼1
25
11
2.5
3.0
0.57
14.25
4
辅助眼2
14
9
2.5
4.0
0.76
10.64
5
掏槽眼
14
1、3、4、5、6、7
2.6
6.0
1.14
15.96
6
2
2.6
/
/
/
7
底板眼
15
15
2.5
4.0
0.76
11.4
8
合计
127
76.49
下台阶（预裂爆破）
9
周边眼
14
3
2.5
6
0.48
6.72
10
掘进眼
10
5
2.5
3.0
0.57
5.7
11
掘进眼
11
7
2.5
3.0
0.57
6.27
12
二抬眼
12
9
2.5
3.0
0.57
6.84
13
底板眼
18
11
2.5
3.5
0.665
11.97
14
合计
65
37.5
表6Ⅲ、Ⅳ级围岩上台阶光面爆破主要经济技术指标
序号
项目
单位
数量
1
开挖断面积
m2
56.1
2
预计每循环进尺
m
2.5
3
每循环爆破石方
m3
140.25
4
炮眼总数
个
127
5
钻孔总长度
m
319．1
6
雷管用量
发
125
7
炸药用量
Kg
76.49
8
比钻眼数
个/m2
2.26
9
比钻眼量
m/m3
2.27
10
比装药量
Kg/m3
0.545
11
单位体积岩体耗雷管量
发/m3
0.891
12
预计炮眼利用率
%
100
表7Ⅲ、Ⅳ级围岩下台阶预裂爆破主要经济技术指标
序号
项目
单位
数量
1
开挖断面积
m2
30.4
2
预计每循环进尺
m
2.5
3
每循环爆破石方
m3
76.0
4
炮眼总数
个
65.0
5
钻孔总长度
m
162.5
6
雷管用量
发
65.0
7
炸药用量
Kg
37.5
8
比钻眼数
个/m2
2.14
9
比钻眼量
m/m3
2.14
10
比装药量
Kg/m3
0.49
11
单位体积岩体耗雷管量
发/m3
0.86
12
预计炮眼利用率
%
100
掏槽是隧道爆破的关健环节，掏槽效果的好坏直接关系到炮孔利用率和对围岩的扰动。
根据本段隧道工程地质情况，采用双中空直眼掏槽。
炮眼深度：
掏槽眼眼深2.6m，其它炮眼深2.5m。
起爆方式为孔内微差起爆。
周边眼采用Φ25mm小直径药卷间隔装药，其它炮眼采用Φ32mm药卷连续装药。
5.8.3Ⅴ级围岩段钻爆设计
Ⅴ级围岩采用交叉中隔壁法（CRD法）开挖时，按12小时一循环考虑，每循环进尺1.8米，日进尺3.6米。
围岩钻爆设计详见图6《CRD法开挖围岩钻爆设计图》。
具体装药参数详见表8《CRD法开挖围岩左上部开挖装药量表》、表9《CRD法开挖围岩左下部开挖装药量表》、表10《CRD法开挖围岩右上部开挖装药量表》、表11《CRD法开挖围岩右下部开挖装药量表》。
实际施工中不断优化爆破参数，以取得最佳的爆破效果。
图6CRD法开挖围岩钻爆设计图
表8CRD法开挖围岩左上部装药量表
部位
序号
眼别
孔数
段数
每孔装药量
（Kg）
合计
（Kg）
左上部
1
掏槽眼
8
1
0.74
5.92
2
辅助眼
13
2
0.62
8.06
3
10
3
0.62
6.2
4
周边眼
33
4
0.5
16.5
5
底板眼
7
5
0.74
5.18
计划进尺1.8米，总装药量为41.86Kg，每立方米岩石耗药量为1.1Kg/m3,掏槽眼钻孔深度2.0米，其余孔钻孔深度为1.9米。
表9CRD法开挖围岩左下部装药量表
部位
序号
眼别
孔数
段数
每孔装药量
（Kg）
合计
（Kg）
左下部
1
辅助眼
7
1
0.47
3.29
2
6
2
0.47
2.82
3
6
3
0.47
2.82
4
周边眼
18
4
0.38
6.84
5
底板眼
7
5
0.57
3.99
计划进尺1.8米，总装药量为19.76Kg，每立方米岩石耗药量为0.50Kg/m3,底板眼钻孔深度2.0米，其余孔钻孔深度为1.9米。
表10CRD法开挖围岩右上部装药量表
部位
序号
眼别
孔数
段数
每孔装药量
（Kg）
合计
（Kg）
右上部
1
掏槽眼
8
1
1.43
11.44
2
辅助眼
13
2
1.2
15.6
3
10
3
1.2
12
4
周边眼
33
4
0.95
31.35
5
底板眼
7
5
1.43
10.01
计划进尺1.8米，总装药量为80.4Kg，每立方米岩石耗药量为1.1Kg/m3,掏槽眼钻孔深度2.0米，其余孔钻孔深度为1.9米。
表11CRD法开挖围岩右下部装药量表
部位
序号
眼别
孔数
段数
每孔装药量
（Kg）
合计
（Kg）
右下部
1
辅助眼
9
1
0.88
7.92
2
8
2
0.88
7.04
3
8
3
0.88
7.04
4
周边眼
12
4
0.8
9.6
5
底板眼
7
5
1.2
8.3
计划进尺1.8米，总装药量为40.0Kg，每立方米岩石耗药量为0.52Kg/m3,底板眼钻孔深度2.0米，其余孔钻孔深度为1.9米。
5.8.4定位钻眼
人工钻眼开始前，测量人员用红油漆准确绘出开挖面的中线和轮廓线，标出炮眼位置，其误差不超过5cm。
钻孔时，钻杆与隧道轴线保持平行。
按炮眼布置图正确钻孔。
对于掏槽眼和周边眼的钻眼精度要求比其它眼高，开眼误差要控制在3cm和5cm以内。
人工钻眼，利用自制凿岩台架、YT-28风动凿岩机施工，钻工首先熟悉炮眼布置图，熟练地操纵凿岩机械，特别是钻周边眼，有专人指挥，以确保周边眼有准确的外插角。
同时，根据眼口位置及掌子面岩石的凹凸程度调整炮眼深度，以保证炮眼底在同一平面上。
钻眼作业应符合下列要求：
⑴炮眼的深度和斜率应符合钻爆设计。
掏槽眼眼口间距误差不大于3cm、眼底间距误差不得大于5cm；辅助眼眼口排距、行距误差均不得大于5cm；周边眼眼口位置误差不得大于3cm，眼底不得超出开挖断面轮廓线3～5cm/m（深眼取大值，浅眼取小值）。
⑵当采用凿岩机钻眼时，掏槽眼眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm；眼底不得超出开挖断面轮廓线15cm。
⑶当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度，使周边眼和辅助眼眼底在同一垂直面上。
⑷钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查并做好记录，对不符合要求的炮眼应重钻，经检查合格后方可装药。
⑸采用凿岩机凿孔，当凿孔高度超过2.0m，都应配备与开挖断面相适应的作业台架进行凿孔；钻孔作业应定人定岗，尤其是左右侧周边眼司钻工不宜变动。
5.8.5装药起爆
装药前，用由木制的炮钩和小于炮眼直径的高压风管输入高压风将炮眼石屑刮出和吹净。
装药方式采用正向连续装药。
装药前，首先认真检查电雷管的外观质量与批次，外观质量不合格的电雷管严禁使用，同排炮所使用的电雷管必须是统一批次的。
其次用专用雷管电阻仪（严禁使用非专用电阻仪）检测电雷管的电阻，发现电雷管电阻异常后，及时剔除掉。
装药分片分组
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