隧道光面爆破设计方案.docx
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隧道光面爆破设计方案
隧道光面爆破设计
1、质量标准
开挖掘进是隧道施工的最重要工序之一。
爆破质量直接影响隧道施工的安全、掘进速度以及经济效益，爆破效果不好。
对围岩的破坏范围过大，将会造成坍方影响施工安全；石碴块度过大，将会影项装运速度；超挖过大，增加回填量直接影响经济改益；欠挖补炮，增加工序直接影响掘进速度；眼底不平（不在同一平面内），影响下一进尺的开挖：
炮眼利用率不高，增加钻眼的时间和工费。
因此，为了避免盲目施工并获得良好的爆破效果，根据设计文件和图纸，《铁路隧道施工规范》（TB10204-2002）及《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》（TB10108-2002）的有关规定，编制适用官岭尾隧道Ⅳ级围岩台阶法开挖及Ⅱ、Ⅲ级围岩全断面开挖施工的光面爆破设计，其质量标准如下：
1.1眼痕率不小于80%;
1.2岩面不应有明显的爆震裂缝，爆破后围岩的拢动深度小于0.8m；
1.3隧道周边不应欠挖；
1.4平均线性超挖值小于15cm;
1.5爆破后围岩稳定，基本无剥落现象；
1.6最大线性超挖量小于25cm;
1.7两炮衔接台阶的最大尺寸小于l5cm;
1.8炮眼利用率达到90%以上，即每次循环进尺要达到2.0m以上。
2、设计原则
2.1确保人员及构筑物的安全；
2.2符合爆破质量标准；
2.3爆破后的岩面光滑平整，肉眼几乎看不到爆破裂隙，原有构造裂隙也不困爆破影响而有明显扩展，可保持围岩的整体性和稳定性，有利于施工的安全；
2.4一次成型：
周边轮廓精确地符合设计要求，节省因超挖、欠挖而增加的工程量和费用，提高掘进速度和质量；
2.5与喷射混凝土和锚杆支护相配合，形成一套多快好省的隧道工程施工新工艺。
2.6可行性原则：
爆破设计必须符合施工条件，切实可行，达到安全上可靠，技术上可行，效益上可观。
3、爆破总体方案
根据设计和施工组织要求，其中Ⅳ级围岩的开挖施工采用台阶法光面爆破施工，Ⅱ级、Ⅲ级围岩采用全断面光面爆破施工。
开挖掘有进、出口两个工作面同时进行，打眼深度为2.2～3.2m，进循环进尺为2.0～3.0m；使用普通气腿式风动凿岩机钻眼，炮眼孔径为42mm；爆破材料有，周边眼、有水地段及底版眼采用乳化炸药，其他采用2号岩石硝铵炸药；起爆炸药的雷管采用非电毫秒延期雷管（导爆管长分别为5m、7m）和8号纸雷管；为了周边眼间隔装药的需要，采用导爆索联接；整个爆破网络使用导火线引燃8号纸雷管，再由纸雷管引爆导爆管来实现。
4、爆破参数选择
4.1对于Ⅲ级围岩
光面爆破的计算，有很多种方法，现采用岩石爆炸力学计算方法的有关公式，对各参数进行计算，该方法的基本思想是：
炸药在眼中爆炸时，使作用在眼壁的压力小于其岩石的抗压强度。
4.1.1光面爆破不偶合系数、装药直径
由
式中D一不偶合系数；
dk—炮眼直径，mm;
di—炸药直径，mm;
a—爆生气体分子余容系数，a=0.395；
P—爆生气体初始压力，对于二号岩石硝铵炸药P=6997Pa；
—岩石的三轴抗压强度，对于Ⅱ类围岩，取
=900kg/cm3；
r—绝热指数，1/r=0.8299；
所以，对于周边眼：
＝1.93
则：
d炸药=d炮眼/D=42/1.93=22
式中：
d炸药—炸药直径；
d炮眼—炮眼直径。
在实际率作过程中，对周边眼的药卷，我们采取自制加工或直接采用直径为25mm的乳化炸药。
这个数值与理论计算值相近，则实际周边眼不偶合系数D=42/25=1.68，符合规范D=1.5-2.0的要求。
4.1.2确定周边眼间距（E）和最小抵抗线（W）
E=54.2976kp×di
式中E—周边眼间距；
kP—岩石抗破坏屈服系数，见下表；
di一药卷直径。
表一岩石抗破坏屈服系数KP
F值
4-6
8
10
12
KP
0.56
0.53
0.51
0.48
计算E=54.2976×KP×di
=54.2976×0.56×25
=76cm
考虑到权爆区岩石节理十分发育，并参照规范周边眼间距取值范围35cm-50cm,对周边眼间距取45Cm,最小抵抗线W=E/0.56=60.5cm，取61cm。
4.1.3炮眼装药系数
周边眼的装药集中度采用规范取值范围0.07～0.12kg.m-1，取0.10kg/m,其它炮眼的填充系数选用见下表：
表二
炮眼名称
掏槽眼
扩槽眼
掘进眼
内圈眼
二台眼
底板眼
备注
全断面装药系数（参考值）
95%
88%
80%
70%
80%
84%
底角眼取84%
确定值
96%
90%
80%
68%
80%
83%
4.1.4循环进尺
综合考虑各项因素，取L=3.0m。
4.1.5孔径及孔深
凿岩采用一字纤头，直径为Φ=40mm，则炮眼孔径为
Φ=42mm。
孔深除掏槽、底角眼为3.2m外，其它采用3.0m。
孔深：
为克服岩石的夹制作用，对掏槽眼和底角眼取20cm的超深（即3.20m），其余各眼孔深取3.00m。
4.1.6炮眼数量
N眼=0.0012qS/ad2
式中N—炮眼数目（个）；
q—单位炸药消耗量，取1.5kg.m-3；
S—开挖断面面积（m2），S=119.89m；
A—炮眼装填系数一般为0.65～0.75，取0.70；
d一药卷直径，硝铵炸药（除周边眼外）为32mm;
N＝0.0012×1.5×119.89/（0.70×0.032×0.032）=301（个）
以此理论计算值作为参考，并结合类似的工程经验，进行炮眼布置，在本次炮眼布置中取252，其中空眼6个，具体布置情况有待在施工过程中对待具体岩性及结构更改。
4.1.7装药结构
装药结构周边眼采用间隔装药并使用导爆索作为传爆线，直径为25mm乳化炸药（防水）加竹片绑扎的串状装药结构。
其它炮眼采用连续装药，药卷为32mm,全部采用反向起爆装药结构。
4.1.8堵塞长度
在一般情况下，周边眼的堵塞长度不少于20cm,其它炮眼堵塞长度不少于30cm，堵塞材料可选用黄泥。
4.1.9各孔装药量及总装药量
总装药量Q，及各孔装药量，详见下表
项目
名称
炮眼
毫秒雷管
装药
总计
编号
个数
深度
段数
个数
Φ25药卷
Φ32药卷
填充
系数
个
m
段
个
节-长度-重量
节-长度-重量
空眼
6
3.2
掏槽眼
1
9
3.2
1
18
17-3.06-2.55
96%
20.25
扩槽眼
3
4
3.0
3
4
15-2.7-2.25
90%
9
掘进眼
5
8
3.0
5
8
13-2.4-1.95
80%
15.6
掘进眼
6
10
3.0
6
10
13-2.4-1.95
80%
19.5
掘进眼
7
13
3.0
7
13
13-2.4-1.95
80%
25.35
掘进眼
8
5
3.0
8
5
13-2.4-1.95
80%
9.75
掘进眼
9
34
3.0
9
34
13-2.4-1.95
80%
66.3
掘进眼
11
43
3.0
11
43
13-2.4-1.95
80%
83.85
内圈眼
13
36
3.0
13
36
13-2.4-1.95
80％
70.2
周边眼
15
57
3.0
15
57
7-1.75-0.875
1-20-0.15
0.34kg/m
58.45
底板眼
15
25
3.0
15
25
15-2.7-2.25
90%
56.25
底角眼
15
2
3.2
15
4
15-2.7-2.25
90%
4.5
合计
252
439
注：
1、炮眼布置图比例为1：
100
2、炮眼布置尺寸以cm计
3、掏槽正中心位置距底板415cm
4.2对于Ⅳ级围岩
4.2.1光面爆破不偶合系数、装药直径
公式：
式中D一不偶合系数；
dk—炮眼直径，mm;
di—炸药直径，mm;
a—爆生气体分子余容系数，a=0.395；
P—爆生气体初始压力，对于二号岩石硝铵炸药P=6997Pa；
—岩石的三轴抗压强度，对于Ⅳ类围岩，
=650kg/cm3；
r—绝热指数，1/r=0.8299；
所以，对于周边眼：
＝2.18
则：
d炸药=d炮眼/D=42/2.18=19
式中：
d炸药—炸药直径；
d炮眼—炮眼直径。
在实际率作过程中，对周边眼的药卷，我们采取自制加工或直接采用直径为25mm的乳化炸药。
这个数值与理论计算值相近，则实际周边眼不偶合系数
D=42/25=1.68，符合规范D=1.5-2.0的要求。
4.2.2确定周边眼间距（E）和最小抵抗线（W）
E=54.2976kp×di
式中E—周边眼间距；
kP—岩石抗破坏屈服系数，见下表；
di一药卷直径。
表一岩石抗破坏屈服系数KP
F值
4-6
8
10
12
KP
0.56
0.53
0.51
0.48
计算E=54.2976×KP×di
=54.2976×0.56×25
=76cm
考虑到权爆区岩石节理十分发育，并参照规范周边眼间距取值范围35cm-50cm,对周边眼间距取35cm,最小抵抗线W=E/0.56=62.5cm，取63cm。
4.2.3炮眼装药系数
周边眼的装药集中度采用规范取值范围0.07～0.12kg.m-1，取0.10kg/m,其它炮眼的填充系数选用见下表：
表二
炮眼
名称
掏槽眼
扩槽眼
掘进眼
内圈眼
二台眼
底板眼
底角眼
装药
系数
75%
64%
64%
55%
64%
61%
75%
4.2.4循环进尺
综合考虑各项因素，取L=2m
4.2.5孔径及孔深
凿岩采用一字纤头，直径为Φ=40mm，则炮眼孔径为
Φ=42mm。
孔深除掏槽、底角眼为2.4m外，其它采用2.0m。
孔深：
为克服岩石的夹制作用，对掏槽眼和底角眼取20cm的超深（即2.40m），其余各眼孔深取2.00m。
4.2.6炮眼数量
N眼=0.0012qS/ad2
式中N—炮眼数目（个）；
q—单位炸药消耗量，
S—开挖断面面积（m2）
a—炮眼装填系数一般为0.65～0.75，
d一药卷直径，
4.2.7装药结构
装药结构周边眼采用间隔装药并使用导爆索作为传爆线，直径为25mm乳化炸药（防水）加竹片绑扎的串状装药结构。
其它炮眼采用连续装药，药卷为32mm,全部采用反向起爆装药结构。
4.2.8堵塞长度
在一般情况下，周边眼的堵塞长度不少于20cm,其它炮眼堵塞长度不少于30cm，堵塞材料可选用黄泥。
4.2.9各孔装药量及总装药量
总装药量Q，及各孔装药量，详见下表
表三台阶法施工开挖上部爆破参数表
项目
名称
炮眼
毫秒雷管
装药
总计
个数
深度
段数
个数
Φ25药卷
Φ32药卷
填充系数
个
m
段
个
节-长度-重量
节-长度-重量
掏槽眼
8
2.4
1
8
9-1.8-1.35
75
8.4
扩槽眼
10
2.2
3
10
7-1.4-1.05
64
10.5
掘进眼
15
2.2
5
15
7-1.4-1.05
64
15.75
掘进眼
17
2.2
7
17
7-1.4-1.05
64
17.58
掘进眼
8
2.2
9
8
7-1.4-1.05
64
8.4
内圈眼
17
2.2
11
17
6-1.2-0.9
55
15.3
底板眼
13
2.2
13
13
7-1.4-1.05
64
13.65
周边眼
57
2.2
15
57
3-0.3-0.23
0.10kg.m-3
13.11
小计
145
145
102.96
表四台阶法施工开挖下部爆破参数
项目
名称
炮眼
毫秒雷管
装药
总计
个数
深度
段数
个数
Φ25药卷
Φ32药卷
填充
系数
个
m
段
个
节-长度-重量
节-长度-重量
扩槽眼
8
2.2
1
8
7-1.4-1.05
64%
8.4
掘进眼
9
2.2
3
9
7-1.4-1.05
64%
9.45
掘进眼
8
2.2
5
8
7-1.4-1.05
64%
8.4
掘进眼
13
2.2
7
13
7-1.4-1.05
64%
13.65
掘进眼
17
2.2
9
17
7-1.4-1.05
64%
17.85
掘进眼
10
2.2
11
10
7-1.4-1.05
64%
10.5
内圈眼
10
2.2
13
10
6-1.2-0.9
55%
9.0
底板眼
13
2.2
15
13
7-1.4-1.05
64%
13.65
周边眼
21
2.2
17
21
3-0.3-0.23
0.10kg/m
5.06
底角眼
2
2.4
17
22
9-1.8-1.35
75%
2.7
小计
112
112
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