隧道钻爆设计方案初稿.docx
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隧道钻爆设计方案初稿
隧道开挖钻爆设计方案
1．编制依据、目的、原则
1.1编制依据
（1）招投标文件及相关施工要求；
（2）隧道施工设计图及相关参考通用图；
（3）《铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南》；
（4）《爆破安全规程实施手册》；
（5）铁路隧道工程施工作业要点示范卡片；
（6）铁路工程基本作业施工安全技术规程（TB10301-2009J944-2009）；
（7）爆破安全规程（GB6722-2003）；
（8）铁路隧道超前地质预报技术指南（铁建设【2010】105号）；
1.2编制目的及适用范围
钻爆作业是隧道施工控制工期、保证开挖轮廓的关键。
为了充分发挥围岩的自承能力，减轻对围岩的振动破坏，隧道采用微振控制爆破技术，同时开挖面周边采用光面爆破，并根据围岩情况及时修正爆破参数，减少超欠挖，以达到最佳爆破效果，形成整齐圆顺的开挖轮廓线。
本钻爆设计适用于沪昆客专CKGZTJ-1示段内隧道开挖Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩内所采用的全断面法、台阶法加临时仰拱、台阶法加临朝横撑、交叉中隔壁法（CRD）钻爆施工。
1.3编制原则
（1）炮孔布置要适合人工钻孔；
（2）提高炸药能量利用率，以减少炸药用量；
（3）减少对围岩的破坏，周边采用光面爆破，控制好开挖轮廓；
（4）控制好起爆顺序，提高爆破效果；
（5）除非围岩破碎，节理发育等不良地质外，开挖断面周边一律进行光面爆破；
2．施工程序
针对本标段内隧道地质情况和设计要求，隧道开挖钻爆开挖主要施工流程图如下：
3．施工方法与钻爆设计
3.1施工相关材料及参数
（1）爆破器材选用
爆破器材选用采用塑料导爆管、导爆索、毫秒雷管起爆系统，毫秒雷管采用15段位毫秒雷管，引爆采用雷管。
炸药采用乳化炸药，选用φ25、φ32两种规格，其中周边眼使用φ25药卷，掏槽眼、掘进眼使用φ32药卷。
（2）炮眼布置
隧道洞口段明挖钻孔采用潜孔钻机钻孔，洞身内采用YT28气腿钻钻孔，采用φ42钻头，成孔直径为φ50。
根据设计要求及现场地质情况，洞门段明挖采用梯段爆破，洞身Ⅲ级围岩采用全断面或台阶法开挖，Ⅳ、Ⅴ级围岩台阶法及CDR法开挖采用斜眼掏槽，下台阶和仰拱开挖按露天台阶爆破原则进行设计。
（3）设计方法
本钻爆设计主要针对不同开挖方法与相应围岩进行爆破参数确定。
Ⅲ级围岩按全断面法进行设计、Ⅳ按台阶法进行设计、Ⅴ级按CDR法进行钻爆设计和布孔装药爆破。
3.2钻爆设计
为减轻爆破时对围岩的扰动，周边眼采用多钻眼少装药等措施，并采用导爆管串装药结构，孔口堵塞长度不小于40cm。
钻爆作业时,根据现场实际地质条件及时修正爆破参数,以期达到最佳爆破效果。
3.2.1洞口段明挖
隧道洞口段明挖与路堑开挖一起进行，隧道进、出口开挖长度、宽度、高度根据设计要求确定，开挖边坡坡比为满足设计要求，对隧道洞口段采用梯段爆破，实施小型松动控制爆破，边坡采用预裂爆破，预裂孔一次成形，爆破孔采用分层梯段爆破，分层高度为最大为6.0m，预裂孔采用潜孔钻机钻孔，爆破孔采用液压钻钻孔。
1）设计原则
（1）开挖爆破孔深度小于等于6m为浅孔，开挖爆破孔深度大于6m为深孔。
（2）为保证安全，飞石要尽可能控制在30m以内。
（3）为减少对周边结构物的爆破震动效应，采用边坡预裂微差起爆技术，严格控制单响药量。
（4）选择合理的孔网参数及施工处理技术，以取得良好的爆破效果。
2）设计原则
（1）主爆孔参数设计
a、台阶高度H、孔距a、排距b的取值：
由于隧道明洞段地质岩层为粉质黏土、全风化、强风化及弱风化粉砂岩等破碎围岩，爆破压力波可能窜孔，削弱爆破效果，采取小药量、密集孔方式。
主爆破孔采用φ78mm液压钻钻孔。
炮孔间距：
炮孔密集系数（取值0.7）
前排底盘抵抗线（取20～40倍D），取2.0m
（7～）～2.8；取2.0
炮孔排距：
根据经验公式，取
b、超钻深度取值：
为使爆破后的堑底不留岩坎，钻孔超钻深度取值h=（0.05～0.15）W。
c、钻孔深度：
L=H+h，本设计内取6.3m。
d、单位体积耗药量q取值：
本段岩石为风化、全风化砂岩，属于软岩，岩石单轴饱和抗压强度Rc为15≥Rc＞5。
依据经验，一般取值q=0.3～0.5Kg/m3。
现取q=0.4Kg/m3。
e、装药量计算：
（采用体积公式计算）
Q前排=qawH=9.6kg
Q以后各排=qabH=8.6kg
式中:
q——单位炸药消耗量，kg/m3（根据经验值取0.4kg/m3）
a——孔距，米
b——排距，米
W——前排底盘抵抗线，米（取20～40倍D）
H——台阶高度，米（计算取值不含超钻深度）
f、装药长度L1：
L1=Q/q1
q1—每m药包的重量，查表q1=2.0kg/m（采用50mm乳化炸药）；
则L1=8.6/2.0=4.3m。
堵塞长度L2：
L2=H-L1=2.0m。
根据计算，本爆破设计开挖主爆孔相关参数确定为：
台阶高度H选6m，超钻孔深度h为0.3m，钻孔深度L为6.3m，前排底盘抵抗线Ｗ距离为2.0m，孔距a取2.0，孔排距b取1.8m，单孔装药8.6kg，堵塞长度2.0m，装药长度4.3m，装药结构为连续集中装药。
（2）边坡预裂孔参数设计
边坡预裂爆破孔采用YT28气腿钻钻孔，钻也采用φ42mm钻头，成孔后孔径D为φ50mm。
开挖边坡坡比为1:
0.75～1：
1.25控制；
a、炮孔间距a据经验公式：
a=（7～12）D；
a=50×（7～12）=350～600mm;选用a=50cm。
b、不偶合系数D/d；D/d=2～5
D-钻孔直径，500mm（成孔）；
d-药卷直径，选用药卷直径250mm；
D/d=500/250=2.0
c、线装药密度Qx；根据经验公式：
Qx=0.188aσ0.5
a-为孔间距，取50cm；
σ-岩石极限抗压强度，本段内隧道选用300kgf/cm2。
Qx=0.188×50×300×0.5×100=1438.2g/m；底部加强装药2～3倍；
其中：
岩石极限抗压强度σ-1kgf/cm2=1kg*9.8/0.0001m2
=98000Pa=98Kpa本隧道主要为软岩，极限抗压强度取300Kpa=3.06kgf/cm2。
d、单孔装药量Qxα=150×6×αkg=0.927kg，底部加强装药，则单孔装药量取1.05kg。
e、装药长度L1：
L1=Q/q1q1—每m药包的重量，查表q1=0.75kg/m
则L1=1.05/0.75=1.4m，
堵塞长度L2：
L2=H-L1=4.6m。
（3）底板保护层爆破
底板保护层采用YT28手风钻钻垂直孔，一次爆除，孔径，爆破参数如下：
a、钻孔高度H：
采用典型断面H=1.5m；
b、最小抵抗线：
系数，一般用，选用
钻孔直径，
，取；
c、炮孔深度：
根据经验公式，因考虑底部加柔性垫层，取；
d、炮孔间距：
根据经验公式，取
；
e、炮孔排距：
根据经验公式，取
；
f、每孔装药量：
（单位耗药量，取）
；
j、装药长度L1：
L1=Q/q1q1—每m药包的重量，查表q1=0.75kg/m
则L1=0.56/0.75=0.75m
堵塞长度L2：
L2=H-L1=0.75m。
（4）起爆网络
预裂爆破孔采用10孔一段，单响药量控制在50kg以内。
为便于网络联结及减少爆破后冲作用对坡面的影响，以及控制抛石、飞石，排数控制在10排，最大一段起爆药量不大于300kg，逐渐递减至邻近设计边坡缓冲孔爆破时，不大于100kg。
采用梅花形布孔排间微差起爆方式，采用非电毫秒延期，导爆索传爆，火雷管引爆方式联接。
对于段数过多，可能出现“串段”或“重段”现象，采用孔外延期接力传爆，保证最大段装药量控制在300kg范围内。
爆破时严格按照先起爆预裂孔，再起爆主爆孔，最后起爆缓冲孔的起爆顺序，严格控制药量，爆破后的地表缝宽不大于1cm，预裂面不平整度不大于15cm，孔壁表层不产生严重的爆破裂隙。
（5）装药结构设计
主爆孔采用乳化炸药连续耦合装药结构，预裂孔采用间隔不耦合装药结构，不耦合系数2.0。
主爆孔装药布置结构示意图
预裂孔装药布置结构示意图
（6）爆破安全技术
爆破产生的飞石及空气冲击波对周围环境会产生危害。
故采取有效措施控制爆破的震动效应是施工重点解决的问题。
根据实际情况，采用控制单响药量和边坡预裂技术来减少爆破震动效应（根据经验边坡预裂爆破可将震动效应减少40%）。
最大单响药量控制计算：
Q安全≤R3（Vb/k）（3/a）
式中Q安全——安全单响控制药量kg
R——爆源中心至保护物的距离，现场距离大于50米，按50米计算
Vb——保护物的临界震动速度，本段附近居民房屋为一般砖房，Vb取值2cm/s
a——场地系数，取值为2.0
k——场地系数取值200
3.2.2洞身段钻爆设计
根据设计要求和地质情况，本标段内隧道主要有Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩，根本地质情况设计Ⅲ级围岩按主要采用全断面法、台阶法进行施工，Ⅳ围岩采用台阶法、扩大拱脚台阶法开挖，Ⅴ级围岩采用台阶法加临时仰拱、台阶法加临时横撑、交叉中隔壁（CDR）法开挖。
针对不同开挖方法和不同围岩情况，本钻爆设计主要针对全断面和台阶法进行钻爆设计和布孔装药爆破。
台阶法施工断面示意图
台阶法加临时横撑施工断面示意图
台阶法加临时仰拱施工断面示意图
交叉（CDR）法施工断面示意图
对于不同围岩采用不同的开挖方法，同时根据围岩情况确定循环进尺为1.0米，V级围岩循环进尺为0.6m，Ⅳ级围岩循环进尺1.6m，Ⅲ给围岩循环进尺2.0m。
钻爆时炮眼利用率90%，掏槽形式采用三中空直眼和V形掏槽。
炸药选用1号乳化炸药，药卷直径为Ф25和Ф32药卷，周边眼采用不偶合间隔装药，采用光面爆破。
引爆方式采用非电毫秒雷管。
爆破参数以循环进尺1.0m进行设计，爆破设计如下：
A、最小抵抗线W：
W=（7～20）d，式中d—炮孔直径=50mm，取W=0.4m
B、炮眼数量：
标准直径的炮眼：
（炮眼直径50mm，药包直径25mm）
N=qs/ar
式中：
N—炮眼数目（个）
q—单位炸药消耗量（kg/m3）,本隧取0.9kg/m3
s—开挖断面面积（m2）,本隧为150m2
a—爆破振动衰减指数
r—炸药的线装药密度（kg/m）
根据设计图纸计算开挖断面尺寸S=150m2
查经验数据已知：
a=0.60 r=0.75kg/m q=0.9kg/m3
N=0.9×150/（0.6×0.55）≈409（个）
拱部采用光面爆破，周边眼间距取40㎝，掏槽眼采用12个。
C、掏槽眼深度：
取b=50cm a=25cmα=70°（b为炮孔排距，a为炮孔间距，α为炮孔倾角）
L=1.0/sin70°≈1.12m
D、每一循环装药量：
Q=qv=qSLη=0.9×150×1×0.95=128.25kg
q-爆破1m3岩石炸药的消耗量
L-计划循环进尺
S-开挖面积
η-炮眼利用率，一般为0.8～0.95,η=取0.95
采用Φ25药卷，单根长200mm净重150g。
E、炮眼的装填系数：
掏槽眼80%，辅助眼70%，顶眼60%，求出各炮眼装药量。
钻孔作业采用YT28气腿式手风钻，自制作业平台辅助作业,钻孔作业中要求“准、齐、平、直”，参考预加固支护位置或画定开挖轮廓线及眼位，准确按要求位置施工，眼底落于同一平面上，边眼外斜保持0.04～0.05，两炮衔接台阶小于10cm，装药必须堵塞，周边眼采用间隔装药，使用传爆线，竹片和电工胶布加工，确保良好效果。
根据以上计算及经验公式，隧道爆破相关参数可参见下表：
光面爆破参数表
岩石种类
周边眼间距
E（cm）
周边眼最小抵抗线
W（cm）
相对距
E/W
周边眼装药参数
（kg/m）
极硬岩
50～60
55～75
0.8～0.95
0.25～0.3
硬岩
40～50
50～60
0.8～0.95
0.15～0.25
软岩
35～45
45～60
0.75～0.8
0.07～0.12
根据经验公式及计算，开挖钻爆炮眼布置图如下：
台阶法钻爆孔眼布置图
三中空直眼掏槽眼布置详图
交叉中隔壁（CRD）法钻爆孔眼布置图
根据围岩情况及经验公式计算，各围岩类别爆破参数如下表：
Ⅲ级围岩台阶法开挖爆破参数表
开挖部位
炮孔名称
雷管段别
炮孔数（个）
孔深（m）
单孔装药量（kg）
装药量小计（kg）
装药方式
堵塞长度（cm）
备注
上台阶
掏槽孔
1
4
3.10
1.8
7.2
反向
80
扩槽炮孔
1
8
3.20
1.95
15.6
反向
70
掘进孔
3
8
3.0
1.35
10.8
反向
60
掘进孔
5
12
3.0
1.35
16.08
反向
60
掘进孔
7
19
3.0
1.35
25.65
反向
60
掘进孔
9
8
3.0
1.35
10.8
反向
60
掘进孔
11
16
3.0
1.35
21.6
反向
60
内圈孔
13
45
3.0
1.20
54.0
反向
60
周边孔
15
46
3.0
0.9
41.4
药串
50
底板孔
14
30
3.0
1.2
36.0
药串
50
小计
196
239.13
下台阶
辅助孔
1
20
3.0
1.2
24.0
反向
40
辅助孔
3
13
3.0
1.35
17.55
反向
40
辅助孔
5
14
3.0
1.35
18.9
反向
40
辅助孔
7
13
3.0
1.35
17.55
反向
40
辅助孔
9
12
3.0
1.35
24.3
反向
40
辅助孔
11
19
3.0
1.35
25.65
反向
40
周边孔
15
62
3.0
0.9
55.8
药串
40
底板孔
15
55
3.0
0.9
49.5
药串
40
小计
208
233.25
合计
404
472.37
单耗=1.04kg/m3
Ⅳ、V级围岩台阶法开挖爆破参数表
开挖部位
炮孔名称
雷管段别
炮孔数（个）
孔深（m）
单孔装药量（kg）
装药量小计（kg）
装药方式
堵塞长度（cm）
备注
上台阶
掏槽孔
1
4
1.7
0.9
3.6
反向
40
扩槽炮孔
1
8
1.7
0.9
7.2
反向
40
掘进孔
3
8
1.6
0.75
6.0
反向
40
掘进孔
5
12
1.6
0.75
9.0
反向
40
掘进孔
7
19
1.6
0.75
14.3
反向
40
掘进孔
9
8
1.6
0.75
6.0
反向
40
掘进孔
11
16
1.6
0.75
12.0
反向
40
内圈孔
13
45
1.6
0.75
33.8
反向
40
周边孔
15
46
1.6
0.6
27.6
药串
40
底板孔
14
30
1.6
0.6
18.0
药串
40
小计
196
137.4
下台阶
辅助孔
1
20
1.6
0.9
18.0
反向
40
辅助孔
3
13
1.6
0.9
11.7
反向
40
辅助孔
5
14
1.6
0.75
10.5
反向
40
辅助孔
7
13
1.6
0.75
9.8
反向
40
辅助孔
9
12
1.6
0.75
9.0
反向
40
辅助孔
11
19
1.6
0.75
14.3
反向
40
周边孔
15
62
1.6
0.6
37.2
药串
40
底板孔
15
55
1.6
0.6
33.0
反向
40
小计
208
143.4
合计
404
317.61
单耗=1.00kg/m3
备注：
上表中爆破参考适用于Ⅳ、V级围岩台阶法加临时仰拱、台阶法加临时横撑钻爆，表中按Ⅳ围岩循环进尺1.6米计算，V级围岩时装药量相应减少。
V级围岩交叉中隔壁法（CDR）开挖爆破参数表
开挖部位
炮孔名称
雷管段别
炮孔数（个）
孔深（m）
单孔装药量（kg）
装药量小计（kg）
装药方式
堵塞长度（cm）
备注
左导坑上台阶
掏槽孔
1
4
0.7
0.45
1.8
反向
40
扩槽炮孔
3
8
0.7
0.45
3.6
反向
40
掘进孔
5
4
0.6
0.3
1.2
反向
40
掘进孔
7
8
0.6
0.3
2.4
反向
40
掘进孔
9
10
0.6
0.3
3.0
反向
40
内圈孔
11
36
0.6
0.225
8.1
反向
40
周边孔
13
17
0.6
0.225
3.825
反向
40
周边孔
15
21
0.6
0.225
4.725
反向
40
底板孔
15
16
0.6
0.225
3.6
药串
40
小计
124
32.25
左导坑下台阶
掏槽孔
1
4
0.7
0.45
1.8
反向
40
扩槽炮孔
2
8
0.7
0.45
3.6
反向
40
掘进孔
3
9
0.6
0.3
2.7
反向
40
掘进孔
5
7
0.6
0.3
2.1
反向
40
掘进孔
7
14
0.6
0.3
4.2
反向
40
掘进孔
9
8
0.6
0.3
2.4
反向
40
内圈孔
11
24
0.6
0.225
5.4
反向
40
周边孔
15
26
0.6
0.225
5.85
反向
40
底板孔
15
15
0.6
0.225
3.375
药串
40
小计
115
31.425
右导坑上台阶
掏槽孔
1
4
0.7
0.45
1.8
反向
40
扩槽炮孔
1
8
0.7
0.45
3.6
反向
40
掘进孔
3
8
0.6
0.3
2.4
反向
40
掘进孔
5
6
0.6
0.3
1.8
反向
40
掘进孔
7
10
0.6
0.3
3
反向
40
掘进孔
9
14
0.6
0.3
4.2
反向
40
掘进孔
11
19
0.6
0.3
5.7
反向
40
内圈孔
13
30
0.6
0.225
6.75
反向
40
周边孔
15
31
0.6
0.225
6.975
反向
40
底板孔
15
13
0.6
0.225
2.925
药串
40
小计
143
39.15
右导坑下台阶
掏槽孔
1
4
0.7
0.45
1.8
反向
40
扩槽炮孔
1
8
0.7
0.45
3.6
反向
40
掘进孔
3
8
0.6
0.3
2.4
反向
40
掘进孔
5
10
0.6
0.3
3
反向
40
掘进孔
7
13
0.6
0.3
3.9
反向
40
掘进孔
9
9
0.6
0.3
2.7
反向
40
内圈孔
11
25
0.6
0.225
5.62
反向
40
周边孔
13
14
0.6
0.225
3.15
反向
40
底板孔
13
15
0.6
0.225
3.375
药串
40
小计
106
29.545
合计
488
102.37
单耗=1.14kg/m3
备注：
上表中爆破参考适用于V级围岩交叉中隔壁法（CDR）钻爆，表中按V级围岩按每循环进尺0.6米进行设计。
⑵炮眼数量计算
影响隧道开挖速度快与慢，原因是多方面的，但在一定的开挖面积上，炮眼的多少，直接影响凿岩工作的快慢，也会降低爆破效果。
钻孔台车打眼钻爆采用φ32药卷，有利于提高爆破效果。
式中：
N——炮眼数量（个）
K——单位炸药消耗量（Kg/m3）
L——炮眼深度
s——开挖断面积（m2）
n——炮眼装药系数，
r——爆药线装药密度（Kg/m），
⑶每一循环设计的总装药量
Q=KLS
式中：
Q——一个循环总装药量，Kg
L——循环设计进尺，m
S——导坑断面积，m2
根据以上经验公式计算，隧道爆破相关参数可参见下表：
光面爆破参数表
岩石种类
周边眼间距
E（cm）
周边眼最小抵抗线
W（cm）
相对距
E/W
周边眼装药参数
（kg/m）
极硬岩
50～60
55～75
0.8～0.95
0.25～0.3
硬岩
40～50
50～60
0.8～0.95
0.15～0.25
软岩
35～45
45～60
0.75～0.8
0.07～0.12
（4）超深
一般取0.1～0.2m，若岩石松软，取小值；若岩石完整坚硬，取大值。
（5）堵塞长度h
堵塞长度h≥40cm。
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