西家塔隧道光面爆破施工方案.docx

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西家塔隧道光面爆破施工方案

 

吉河高速LJ8合同段西家塔隧道爆破施工方案

一、编制依据

1、设计依据

⑴勘察单位提供的隧道地质勘察资料。

⑵《公路隧道施工技术规范》。

⑶中华人民共和国《爆破安全规程》(GB6722-2003)。

⑷施工设计图纸及现场调查资料。

⑸现行公路工程《验收标准》、《施工规范》、《试验规程》及相关法律等。

⑹我单位的技术水平、机械设备能力和同类工程的经验。

2、工程要求和目的

依据爆破安全规程,爆破个别飞散物的安全距离不小于100m,首选爆破位置满足一般要求。

根据爆破工艺、爆破安全要求及类似爆破工程的经验,确定本次爆破的规模。

采取合理的施工方法和强有力的技术措施,满足业主所提出的施工工期要求。

施工中产生的爆破震动不能影响整个工程的正常运转,爆破要保证周围人、畜及建筑物的安全。

3、爆破设计原则

⑴合理确定爆破的各项参数,保证爆破安全。

⑵经济上合理,在保证爆破效果的前提下,尽可能做到投资少,开挖工程量少,工程进度快,爆破成本低。

⑶根据隧道修建和开挖整体要求及地形地质条件,确定合理的爆破范围和爆破方案,不给后期工程留下隐患。

⑷必须保证爆破后的围岩稳定;必须保证周围环境的安全。

⑸在保证爆破效果的前提下,尽量方便施工。

二、工程概况

1、工程概况

吉县至河津高速公路西家塔隧道位于乡宁县昌宁乡门家沟村与西交口乡沟西村之间,设计为左右分离式,隧道左右线均属于长隧道,呈北南走向,两洞中轴线最大间距约35m,最小间距约20m,其右线全长2120m,左线全长2137m。

我合同段承建的为隧道的出口端,右线为1275m,左线为1290m;出口端洞口里程桩号为K25+775(ZK25+790),洞体最大埋深161.93m,位于ZK24+890处。

出口端洞口位于乌金沟北岸斜坡上,有简易土路可达洞口处,隧道两端洞口处交通相对较为便利。

本合同段位于黄土低山区,山体总体呈东西走向,山势中部高,东西低,隧道两侧山坡冲沟发育,且沟谷陡峻,呈V字型,进口段斜坡地带覆盖黄土,在沟底和局部山坡有基岩出露,微地貌表现为黄土坎、陡坎等;出口端斜坡靠近洞口处有较大面积的基岩出露,微地貌表现为基岩山脊、冲沟、中陡坡及陡坎等。

右洞地表最低海拔高程1133.03m,最高海拔高程1286m,相对高差152.97m;左洞地表最低海拔高程1123.86m,最高海拔高程1292.52m,相对高差168.62m。

线路内植被不发育,以草丛及灌木为主,覆盖率小于30%。

名称

起止桩号

长度(m)

衬砌类型

洞门

型式

通风

方式

明洞

V3

V2

IV3

西家塔隧道

ZK24+500~ZK25+790

1290

14

196

760

320

削竹式

机械

通风

K24+500~K25+775

1275

15

140

800

320

削竹式

机械

通风

隧道工程一览表表1

2、气象水文

本合同段水系属黄河流域的汾河水系,范围内无地表水分布,隧道两端洞口所处冲沟内只有雨季时有暂时性水流汇集,一般时节干涸无水。

降水较少,地表水均由大气降水供给,而大部分地表水汇入各级冲沟中形成暂时性水流,少量地表水沿节理裂隙下渗补给给地下水,地下水类型均属松散岩类裂隙水,根据地质调查及钻孔揭示,隧道洞体埋深范围内未见地下水,隧址周围坡麓地带及冲沟内亦未发现有泉水出露,洞体埋深范围内地层富水性弱,但由于岩体节理裂隙发育,雨季期间大气降水沿岩体裂隙下渗,在洞体内可能形成暂时性裂隙水,造成洞体内滴渗水现象。

本合同段属暖温带大陆性季风气候区,具有四季分明,冬长夏短,春季干燥、多风;夏季炎热、雨量集中;秋季凉爽湿润,秋雨多于春雨;冬季寒冷干燥,雨雪偏少的特点。

区内气温一月份温度最低,七月份最高,年平均气温10~15℃,区内年平均降水量为481.6mm,最大冻土深度61cm。

3、工程地质

⑴右线

隧道在K24+500~K25+775段,位于采空区之上,洞体埋深为0~147.78m,洞体围岩由二叠系上统上石盒子组、下统下石盒子组泥岩、砂岩和石炭系上统山西组页岩组成,采空区位于隧道底之下48~171m。

围岩岩体破碎,稳定性差,开挖时易产生坍塌,成洞困难。

⑵左线

隧道在ZK24+500~ZK25+790段,位于采空区之上,洞体埋深为0~152.2m,洞体围岩由二叠系上统上石盒子组、下统下石盒子组泥岩、砂岩和石炭系上统山西组页岩组成,采空区位于隧道底之下48~171m。

围岩岩体破碎,稳定性差,开挖时易产生坍塌,成洞困难。

三、工期安排及主要设备情况

1、工期安排

隧道按围岩级别确定施工进度,Ⅴ3级围岩施工进度为72米/月,Ⅴ2级围岩施工进度为90米/月,IV3级围岩施工进度为108米/月。

工期计划安排表2

序号

隧道名称

开始时间

结束时间

工期(月)

1

西家塔隧道

2012年9月1日

2013年12月31日

16

2、劳动力安排

根据隧道施工各工序按下表所列拟配备施工人员。

开挖支护工班劳力组织及分工表表3

序号

名称

人数

职责

1

工班长

2×2

负责施工组织指挥工作

2

安全员

2×2

负责安全工作,发现和排除事故苗头

3

电工

1×2

负责电路

4

钻孔爆破

18×2

负责钻孔、制做起爆药卷、装药、联线、起爆

5

装碴、出碴运输

12×2

负责装碴、出碴运输

6

支护

8×2

负责支护、注浆堵水加固地层等

7

修理工

2×2

一般维修工作

8

合计

92

3、主要设备情况

⑴施工机械

施工机械表表4

设备、材料名称

规格型号

数量

进场情况

衬砌台车

10.5m

2

进场

轴流式通风机

75*2kw

4

进场

全风动潜孔钻机

ф100HQF110

24

进场

砼喷射机(湿喷)

7m3

6

进场

内燃空压机

22m3

6

进场

注浆泵

UB-3双液6m3/h

2

进场

多功能台架

自制

4

进场

仰拱平台

自制

2

进场

侧卸式装载机

ZL50

2

进场

⑵配电设备

供配电系统设备配置表表5

序号

设备名称

规格型号

单位

数量

备注

1

变压器

800KVA

1

隧道出口

2

变压器

400KVA

1

隧道出口

3

进线柜

GGD

1

4

出线柜

GGD

1

5

电容补偿柜

GGD

1

6

发电机并列运行柜

GGD

1

7

发电机

180KW

2

8

开关

BKD20-400Z/380Z

1

洞内主开关

9

检漏继电器

JIB

6

⑶检测设备

检测设备配备表表6

序号

设备、材料名称

规格型号

单位

数量

备注

1

一氧化碳检测仪

GASMANⅡ

2

 

2

二氧化碳检测仪

GASMANⅡ

2

3

手电

 

10

 

4

瓦斯检测仪

2

⑷消防设备

消防设备配备表表7

序号

设备名称

规格型号

单位

数量

备注

1

防毒面具

CO

40

2

干粉灭火器

4kg

20

四、爆破材料需求总量

1、施工总体爆破方案

隧道开挖严格遵循“新奥法”原理,拟采用光面爆破技术,利用电雷管导爆非电毫秒雷管,通过非电毫秒雷管微差爆破技术从而分层次引爆炸药,最终形成隧道开挖轮廓。

2、存储方式

我合同工程计划在西家塔隧道左侧600米处自建存储量3吨的火工品库1座,以满足施工要求。

3、炸药库使用期限

2012年9月~2013年12月31日。

4、火工品需求情况

因本隧道基本无水,隧道石方开挖拟采用炸药类型为2#岩石硝铵炸药,拟采用雷管类型为非电毫秒雷管。

火工品需求用量表表8

序号

材料名称

规格

单位

数量

1

2#岩石硝铵炸药

T

198.5

2

电雷管

1541

3

起爆器

2

4

非电毫秒雷管

1段

24496

5

3段

29803

6

5段

27477

7

7段

31159

8

9段

45720

9

11段

74900

10

13段

16086

五、火工品库房设计

1、火工品库房位置选址

针对我管段内的工程特点及工程数量,并进行现场调查,结合实际,我合同段拟修建1处火工品库房。

库房位于线路隧道左侧600m处,占地2亩。

2、工期安排

根据总工期及节点工期的要求,库房开工日期计划为2012年9月1日、完工日期为2012年9月20日。

3、布置要求

⑴本项目火工品库房按照3t的储量设计。

火工品房均采用24墙、屋顶采用钢筋混凝土顶,底部设木板防潮层和通风口;炸药库房与雷管库房的间距不小于20m。

⑵中间设2m厚防护墙(外侧50cm浆砌,中间填砂)。

⑶库房中间安置避雷针,备砂堆、灭火器、报警器、消防池。

⑷外侧设2m高围墙,围墙采用24墙,炸药库库房离围墙不小于5m,并在四周挖排水沟,排水沟宽0.4m、深0.4m,采用单砖砌筑。

⑸围墙开口设5m宽铁门,涂银灰色漆,炸药库门为防盗门,库房窗为0.3m×0.5m加钢筋防护网,值班房窗为1.5×1.2m大窗。

⑹库房受场地限制,为满安全距离需求,建造时应尽量错开,值班室、休息房均布置在库房外。

⑺避雷针、报警器等设施待房建后安装。

⑻值班室墙高2.6m,围墙采用24墙。

⑼炸药库房、围墙基础全部采用C30混凝土。

4、安全保证措施

⑴施工区域应设置警示标志,并用围栏维护起来,严禁非工作人员出入。

⑵施工现场临时用电严格按照《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ6-88规定执行;配电系统分级配电,配电箱及开关箱外观完整、牢固、防雨防尘、外涂安全色并统一编号。

其安装形式符合有关规定,箱内电器可靠、完好、造型、定值符

 

图1火工品库平面布置图

合规定,并标明用途;电器设备及其金属外壳或构架均按规定设置可靠的接零及接地保护;用电设备的安装、保管和维修由专人负责,非专职电器值班人员,不得操作电器设备,检修、搬迁电器设备(包括电缆和设备)时,切断电源,并悬挂“有人工作,不准送电”的警告牌。

⑶施工机具操作严格按操作规程实施,现场设安全员一人,监控现场施工安全。

⑷严格按火工品建设标准进行建设,施工严格按要求及技术交底施工。

⑸施工期间,必须派专职的安全防护员进行现场防护,发现异常必须立即停止施工。

⑹基础混凝土必须按照配合比施工,严把原材料进场关,以确保基础质量。

⑺安装预制板属高空作业,必须按照高空作业的管理办法执行,在作业之前,必须做好必要的防护措施,配好安全带,以确保施工人员的安全。

六、爆破施工工艺及技术

1、软弱围岩开挖方法

本隧道Ⅴ3级软弱围岩地段遵循“管超前、严注浆、短开挖、弱爆破、控下沉、早成环、勤测量、紧衬砌”等施工原则,以监控量测为主要手段,在洞口浅埋段Ⅴ3级围岩地段采用单侧壁导坑法开挖施工,采用挖掘机配合人工开挖,如必须爆破时,采用人工手风钻打眼,利用非电毫秒雷管进行光面爆破,每茬炮控制在0.5~1.0米范围内。

2、Ⅴ2、Ⅳ级围岩开挖方法

本隧道Ⅴ2、Ⅳ级围岩采用上下台阶法开挖,人工手风钻打眼,利用非电毫秒雷管进行光面爆破,炮眼数量及布眼位置详见爆破设计图。

3、钻爆程序及标准

⑴在钻眼前由测工用全站仪、钢尺相配合,绘制挖断面轮廓线(用红油漆标画出轮廓线),然后按钻爆设计画出周边眼位置。

经检查误差在允许范围内方可开钻。

⑵钻眼按照不同孔位,将司钻工定点定位。

钻工应熟悉钻爆设计图,能熟悉操作风钻,特别是周边眼,一定要有丰富经验的老钻工司钻,由专人指挥,确保周边眼准确的外插角,使两茬炮交界处端面连接顺直,同时根据眼口位置岩石的凹凸程度调整炮眼深度,保证炮眼底在同一平面上。

⑶清孔及成孔检查

钻眼完成后,应严格成孔检查。

按炮眼布置图进行检查并做好记录,有不符合要求的炮眼应重钻,经检查合格后才能装药爆破;装药前,用高压风、水将炮眼内泥浆冲洗干净。

⑷装药

装药须分量分组,按钻爆设计图确定的装药量自上而下进行,雷管、炸药“对号入座”,要定人、定位、定段防止雷管断别的错乱造成瞎炮,所有炮眼均以炮泥堵塞,堵塞长度按设计要求进行。

⑸连接起爆网络

起爆网络为复式网络,以保证起爆的可靠性和准确性。

连接时要注意,导爆索的连接方向和两节点的牢固性,导爆管不能打结和拉细,各炮眼雷管连接次数应相同;引爆雷管用黑胶布包扎在离一把导爆管自由端10cm以上处,连接好后要由专人负责。

⑹非点炮人员撤离到安全区才能引爆。

爆破后,如有瞎炮,要由原装药人进行专门处理,并及时检查光爆效果,分析原因,调整爆破设计。

4、相关技术要求

⑴相关作业人员必须严格贯彻执行钻爆设计的主题思想。

因围岩变化或其他客观需要调整钻爆参数,必须经过主管技术人员认可。

⑵光面爆破标准

①断面轮廓与设计轮廓基本一致。

②周边眼痕迹保存率硬岩不小于80%,中硬岩不小于70%,软岩不小于50%。

③杜绝欠挖,严格控制超挖量,使其控制在规范允许范围内。

④基本消灭两茬炮之间的错台。

⑤炮眼利用率不小于90%。

⑶周边眼位置必须布设在断面轮廓线上,间距复核要求,允许误差±5cm。

⑷钻眼力求“准、平、齐”确保钻眼深度一致,深度允许误差5cm。

⑸爆破工装药应按钻爆设计进行,不得人为随意增减药量,准确控制起爆顺序及周边眼装药量,周边眼必须采用φ25卷,对于围岩坚硬地段可适当增加一卷作为底药,所有炮孔均应用炮泥塞,以保证爆破效果。

爆破工装药前应检查钻眼质量,对不合格孔眼有权要求开挖工重钻,直至符合要求为止。

⑹测工必须精确控制断面中线、标高,准确绘断面轮廓线。

七、隧道钻爆设计参数

1、炮眼的种类和作用

⑴掏槽眼如下图2中的1号炮眼。

其作用是先在开挖面上炸出一个槽腔,为后续炮眼的爆破创造新的临空面。

b

 

1-掏槽眼;2-辅助眼;3-帮眼;

4-顶眼;5-底眼

图2炮眼种类

⑵辅助眼如图2中的2号炮眼。

其作用是扩大掏槽眼炸出的槽腔,为周边眼爆破创造临空面。

⑶周边眼如图2中的3号、4号、5号炮眼,其作用是炸出较平整隧道断面轮廓。

爆破的关键是掏槽眼和周边眼的爆破。

2、掏槽形式和参数

⑴斜眼掏槽

垂直楔形掏槽,见图2。

垂直楔形掏槽爆破参数表9

围岩级别

α

斜度比

a(cm)

b(cm)

炮眼数量(个)

III级以下

70~80º

1:

0.27~1:

0.18

70~80

30

4

Ⅳ级

75~80º

1:

0.27~1:

0.18

60~70

30

4~6

Ⅴ级

70~75º

 

1:

0.37~1:

0.27

 

50~60

25

6

Ⅵ级

55~70º

1:

0.47~1:

0.37

30~50

20

6

锥形掏槽图3所示为四角锥形掏槽其有关参数见表10。

 

图3四角锥形掏槽

锥形掏槽爆破参数表10

围岩级别

α

a(cm)

炮眼数量(个)

III级以下

70º

100

3

Ⅳ级

68

90

4

Ⅴ级

65

 

80

5

Ⅵ级

60

70

6

⑵直眼掏槽

直眼掏槽由若干个垂直于开挖面的炮眼所组成,掏槽深度不受围岩软硬和开挖断面大小的限制,可以实现多台钻机同时作业、深眼爆破和钻眼机械化,从而为提高掘进速度提供了有利条件。

①直眼掏槽形式

柱状掏槽,见图4。

 

图4柱状掏槽

螺旋形掏槽,见图5。

 

图5螺旋形掏槽

②影响直眼掏槽效果的因素

1)眼距;2)空眼;3)装药;4)辅助抛掷;5)钻眼质量。

⑶混合掏槽

①复式掏槽,如图6所示。

 

图6三级复式楔形掏槽

②升级掏槽如图7所示。

 

图7升级掏槽

③分段掏槽图8,图9。

 

图8直眼二次掏槽图9混合掏槽

3、隧道爆破的参数设计

⑴炮眼直径

炮眼直径对凿岩生产率、炮眼数目、单位耗药量和洞壁的平整程度均有影响。

一般隧道的炮眼直径在32~50mm之间,药卷与眼壁之间的间隙一般为炮眼直径的10%~15%。

⑵炮眼数量

炮眼数量主要与开挖断面、炮眼直径、岩石性质和炸药性能有关,炮眼的多少直接影响凿岩工作量。

 

式中N——炮眼数量,不包括未装药的空眼数;

q——单位炸药消耗量,一般取q=0.7~2.9kg/m3;

S——开挖断面积,m2;

α——装药系数,即装药长度与炮眼全长的比值;

γ——每米药卷的炸药质量,kg/m。

⑶炮眼深度

炮眼深度是指炮眼底至开挖面的垂直距离。

炮眼深度一般根据下列因素确定:

①围岩的稳定性,避免过大的超欠挖。

②凿岩机的允许钻眼长度、操作技术条件和钻眼技术水平。

③掘进循环安排,保证充分利用作业时间。

一般最大炮眼深度取断面宽度(或高度)的0.5~0.7倍,即L=(0.5~0.7)B。

当围岩条件好时,采用较小值。

另一种方法是利用每一掘进循环的进尺数及实际的炮眼利用率来确定,即

 

第三种方法是按每一掘进循环中所占时间确定,即

 

⑷装药量的计算及分配

炮眼装药量的多少是影响爆破效果的重要因素。

计算总用药量Q的公式为

Q=qV

4、炮眼的布置

⑴炮眼一般按下述原则布置:

①先布置掏槽眼,其次是周边眼,最后是辅助眼。

②周边眼应严格按照设计位置布置。

③辅助眼的布置主要是解决炮眼间距和最小抵抗线的问题

④当炮眼的深度超过2.5m时,靠近周边眼的辅助眼应与周边眼有相同的倾角。

⑤当岩层层理明显时,炮眼方向应尽量垂直于层理面。

⑵可以有以下几种布置方式:

①直线形布眼如图10(a)、(b)所示

②多边形布眼如图10(c)所示。

③弧形布眼如图10(d)所示

④圆形布孔。

 

(a)(b)

 

(c)(d)

图10隧道炮眼布置方式

5、周边眼的控制爆破

⑴隧道光面爆破的特点与标准

光面爆破是通过正确确定爆破参数和施工方法,在设计断面内的岩体爆破崩落后才爆周边孔,使爆破后的围岩断面轮廓整齐,最大限度地减轻爆破对围岩的扰动和破坏,尽可能地保持原岩的完整性和稳定性的爆破技术。

其主要标准为:

开挖轮廓成形规则,岩面平整;围岩壁上保存有50%以上的半面炮眼痕迹,无明显的爆破裂缝;超欠挖符合规定要求,围岩壁上无危石等。

⑵隧道光面爆破的主要参数

①周边炮眼间距E。

如图11所示,即

 

图11光面爆破参数示意

一般取Ki=10~18,即E=(10~18)d;当炮眼直径为32~40mm时,E=320~700mm。

②光面层厚度及炮眼密集系数。

所谓光面层就是周边眼与最外层辅助眼之间的一圈岩石层。

其厚度就是周边眼的最小抵抗线W(图11)。

周边眼的间距E与光面层厚度W有着密切关系

③装药量。

周边眼的装药量通常以线装药密度表示。

在光面层单独爆落时,周边眼的线装药密度一般为0.15~0.25kg/m,全断面一次起爆时,为减少残眼,装药密度需适当增加,一般可达0.30~0.35kg/m。

⑶隧道光面爆破的技术措施

①使用低爆速、低猛度、低密度、传爆性能好、爆炸威力大的炸药。

②采用不偶合装药结构。

③严格掌握与周边眼相邻的内圈炮眼的爆破效果。

④严格控制装药集中度,必要时可采取间隔装药结构。

光面爆破一般参考数值表11

装药集中度(kg/m)

岩石类别

炮眼间距E(cm)

抵抗线W(cm)

密集系数K=E/W

0.30~0.35

硬岩

55~70

60~80

0.7~1.0

0.20~0.30

中硬岩

45~65

60~80

0.7~1.0

0.07~0.12

软岩

35~50

40~60

0.5~0.8

6、钻爆施工

⑴钻眼

⑵装药

隧道爆破中常采用的装药结构有连续装药、间隔装药及不偶合装药等,如图12。

 

图12装药结构

⑶堵塞及起爆

⑷起爆顺序及时差

①除预裂爆破的周边眼是最先起爆外,在一个开挖断面上,起爆顺序是由内向外逐层起爆。

这个起爆顺序可以用迟发雷管的不同延期时间(段别)来实现。

②试验和研究表明,各层(卷)炮之间的起爆时差越小,则爆破效果越好。

常采用的时差为40~200ms,称为微差爆破。

③内圈炮眼先起爆,外圈炮眼后起爆,这个顺序不能颠倒,否则爆破效果大受影响,甚至完全失败。

④同圈眼必须同时起爆,尤其是掏槽眼和周边眼,以保证同圈眼的共同作用效果。

⑤延期时间可以由孔内控制或孔外控制。

7、隧道爆破质量检验标准

质量检验标准表12

岩性

软弱

中硬

围岩扰动深度(m)

1

0.8

0.5

平均线性超挖(cm)

15

15

10

最大线性超挖(cm)

25

25

20

两炮衔接台阶最大尺寸(cm)

15

15

15

局部欠挖(cm)

5

5

5

炮眼残痕率

≥50%

≥70%

≥80%

炮眼利用率

100%

95%

90%

岩壁

爆后围岩稳定,无剥落现象

石渣块度

大块一般不宜超过300cm,大型装渣机允许50~60cm,最大为100cn,渣堆集中,最大抛距20m,双线隧道深眼爆破时为30m

8、非电毫秒雷管各段位时差

非电毫秒雷管各段位时差分类表13

段位

时差(ms)

段位

时差(ms)

段位

时差(ms)

1段

0-15

7段

210

13段

650

2段

25

8段

250

14段

760

3段

50

9段

310

15段

880

4段

75

10段

380

16段

1010

5段

110

11段

460

17段

1150

6段

150

12段

550

18段

1300

八、西家塔隧道钻爆设计

隧道采用新奥法开挖施工,根据地质情况,Ⅳ级、Ⅴ2级围岩采用上下台阶法施工,Ⅴ3级围岩采用单侧壁导坑法配合台阶法施工。

1、Ⅴ3级围岩钻爆设计

由于Ⅴ3级围较差,施工时采取采用单侧壁导坑法配合台阶法开挖作业,局部松动爆破配合风镐施工,上台阶超前3~5m(视围岩情况确定),既保证足够的作业空间,又有利于上台阶出渣。

若必须采用爆破开挖时,在征得监理工程师批准后采取微振控制爆破技术,严格控制爆破规模,把对周边围岩的扰动减小到最低限度。

Ⅴ3级围岩地段不进行具体的钻爆设计。

2、Ⅴ2级围岩钻爆设计

Ⅴ2级围岩采用台阶法施工钻爆设计。

围岩开挖采用短进尺,每天2个循环,每循环进尺1.5m,每月理论进尺90m。

掏槽眼、掘进眼、辅助眼、底板眼为φ32mm,周边眼φ25mm。

⑴上半断面(上台阶)钻爆设计

①上半断面炮眼数量:

N1=qs/αγ=(0.9×60)/(0.8×0.78)=87个

其中:

q—单位耗药量;根据施工经验q值一般取0.7~0.9之间,

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