隧道施工钻爆设计.docx

1、隧道施工钻爆设计隧道钻爆施工设计一、工程概况1、工程简述2、工程地质我管段地处燕山山脉中山区及中低山区，高差较大，地形起伏很大。山势陡峻，沟谷纵横，分水岭近南北向伸展，海拔高度730m-1616m之间，相对高差800m以上，植被覆盖较浅，基岩裸露清晰。沿线山前缓坡分布有新黄土，冲沟发育。隧道区地层岩性为太古界片麻岩，元古界花岗闪长岩，元古界钾长花岗岩，伟晶岩脉，花岗岩脉，第四系全新统冲洪积层新黄土、细砂、粗砂、细圆砾土、粗角砾土、粗圆砾土、软石土。洞口段大多为碎石土，片麻岩，强-弱风化，岩体破碎，呈散体结构。洞身大多为片麻岩，安山岩，呈散体、块状、巨块状等结构。二、光面爆破设计1、质量标准开挖

2、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，将会影响装运速度；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；底板不平（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，编制隧道光面爆破设计，其质量标准如下：（1）眼痕率不小于80%;（2）岩面不应有明

3、显的爆震裂缝，爆破后围岩的扰动深度小于0.8 m；（3）隧道周边不应欠挖；（4）平均线性超挖值小于10cm；（5）爆破后围岩稳定，基本无剥落现象；（6）最大线性超挖量小于25cm；（7）炮眼利用率达到90%以上，即每次循环进尺要达到2. 0 m以上。2、设计原则（1）确保人员及构筑物的安全；（2）符合爆破质量标准；（3）爆破后的岩面光滑平整，肉眼几乎看不到爆破裂隙，原有构造裂隙也不因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；（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；（5）与喷射混凝土和锚杆支护相配合，形成一套

4、多快好省的隧道工程施工新工艺。（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。三、光面爆破施工工艺1、爆破工艺简介隧道开挖根据工程地质条件、开挖断面、开挖方法、掘进循环进尺、钻眼机具和爆炸材料等进行钻爆设计。钻爆设计根据爆破效果调整爆破参数。凿孔为人工钻眼，利用自制的多功能操作平台和凿岩机施工,钻爆设计中的炮眼有掏槽眼、辅助眼（内圈眼）、周边眼，掏槽眼采用直眼掏槽。炮眼布置符合下列规定：周边眼沿隧道开挖轮廓线布置，保证开挖断面符合设计要求。底板和仰拱底面采用预留光爆层爆破。辅助炮眼交错均匀布置在周边眼与掏槽眼之间，力求爆破出的石块块度适合装碴的需要

5、。周边爆眼与辅助炮眼的眼底线在同一垂直面上，掏槽炮眼加深1020cm。周边眼装药结构选用小直径间隔装药结构。钻爆作业必须按照钻爆设计进行钻眼、装药、网络接线和起爆。钻眼作业应符合下列规定：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35cm/m。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;辅助眼眼口排距、行距误差均不得大于10cm；周边眼眼口位置误差不得大于5cm，眼底不得超出开挖断面轮廓线15cm。当开挖凹凸较大时,应按实际情况

6、调整炮眼深度,使周边眼和辅助眼眼底在同一垂直面上。所有装药的炮眼采用炮泥堵塞，堵塞前应事先将炮泥制成比炮孔直径稍小一点的炮泥条备用，堵塞长度大于30cm，不得采用炸药的包装材料等代替炮泥堵塞。钻孔完毕，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。外插角的误差，一般小于3m时外插角的斜率宜为0.05;大于3m时外插角的斜率宜为0.050.03；外插角的方向应与该点轮廓线的法线方向相一致。爆破作业时，所有人员应撤至不受有害气体、振动及飞石伤害的安全地点。安全地点至爆破工作面的距离，在独头坑道内不应小于200m。爆破严格按爆破设计方案实施，每道工序，应严格按照规程

7、办事，不蛮干、不违章，药包制作要指定范围，严禁有外人在场，火工品有专人保管，按当日配送制，火工品设专人登记，做到帐物相符，起爆后，爆破员应及时清理场地，各施工人员应认真负责，服从命令，不得疏忽任何一个死角，确保万无一失，遇到紧急情况及疑难问题，应及时请示报告，保证安全、质量、各人员应紧密配合，确保该工程顺利完工。在实际操作中要不断地根据爆破效果进行调整。装药采用长药卷送药器装药，周边眼按爆破设计方案采用间隔装药法，使用导爆索连接各周边孔的药卷，小竹片固定药卷位置。其它炮眼按设计的装药量，进行偶合连续装药结构。装药注意事项：根据需要长度，直接使用工厂已装配好带导爆管的非电毫秒雷管，保护好雷管段数

8、标记。加工起爆药卷时，保护好雷管段数标签或标记。将不同段数的起爆药卷分开装箱，以便装药时按照起爆顺序“对号入座”。在炮眼装药时，避免导爆管损坏。装药时，分段从上到下进行，以免落石砸断或打破导爆管引起瞎炮。采用簇联或用连接块连接各孔的导爆管，对导爆管部位适当予以防护，放到安全地点，以防落石或其它坠物打击。网路连结：在所有非必须的机具、设备撤离爆破面之后，才开始连结网路。连结尽可能靠近眼孔，尽量缩短孔外网路，连结整齐，便于直观检查网路。连结系统应尽量短，不要拉细、打结，避免导爆管、连结块受损坏等。为了保证安全、可靠的起爆，起爆雷管的导火索最短长度不小于1.5m，起爆雷管应包扎在离导爆管自由端不小于

9、10cm处。整个网路的起爆，使用普通引线8号火雷管。网路连结好后，认真检查连结是否正确，是否每个眼孔的起爆药卷都包括进去了，是否每个簇联或连结块内都有引爆雷管。当使用孔外延期控制时，检查各连结点雷管的段数是否符合设计。起爆后，发现瞎炮时，先查明原因，因孔外导爆管损坏引起的瞎炮，可以切去损坏部分，重新连接导爆管，再行起爆。此时，接头尽量靠近孔眼位置。因孔内导爆管损坏或是导爆管本身问题引起的瞎炮处理应按照国家标准爆破安全规程中有关规定进行。装药堵塞技术要求：炸药量的分配根据炮眼填装系数进行，采用直眼掏槽可适当增加1020，保证掏槽效果，分配完后，按安装整卷或半卷药的档次调整。炮泥成分为泥土、砂和水

10、；合理的重量百分比为土：砂：水7080：810：1320，最小密度达到1.9cm3并具有较好的柔软性，炮眼堵塞长度不小于30cm。爆破结束后，排烟完毕，检查爆破效果，如爆破进尺、轮廓线超欠挖、炮痕保存率、爆方石块大小、抛距等情况，并综合考虑，逐步修正爆破设计，以达到满意的钻爆效果。在隧道钻爆施工中，爆破作业人员必须遵循爆破安全规则规范化作业，根据洞内地质变化情况来调整爆破参数和爆破方案，得到批准后实施，建立安全检查和监督机制。严格执行国家及承德市地方有关爆破施工的安全规定，确保安全施工。2、隧道爆破设计参数隧道爆破设计的各项参数如下:2.1炮眼直径 炮眼直径对凿岩生产率，炮眼数目，单位耗药量和

11、洞壁的平整程度均有影响。加大炮眼直径以及相应装药量可使炸药能量相对集中，爆炸效果得以改善。但炮眼直径过大将导致凿岩速度显著下降，并影响岩石破碎质量，洞壁平整程度和围岩稳定性。因此，必须根据岩性和工具，炸药性能等综合分析，合理选用孔径。2.2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。炮眼数量应能装入设计的炸药量，通常可根据各炮眼平均分配炸药量的原则来计算。其公式为:N=qS/r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， kg/m3; S开挖断面积，(m2); 装药系数，即装药长度与炮眼全长的比值。 r每米药卷的炸药质量，kg

12、/m，2号岩石硝铵炸药的每米质量见下表。2号岩石硝铵炸药每米质量值药卷直径(mm)323538404445（kg.m）0.780.961.101.251.521.592.3炮眼深度和长度 炮眼深度是指炮眼底部至作业面的距离。 炮眼长度是指炮眼本身的长度。通常爆破后，掌子面上不能按炮眼全部深度将岩石炸落，炮眼的一部分未被炸下，而残留在作业面上，称为“残孔”，炮眼长度被炸下部分与炮眼全部长度的比值叫炮眼利用率。m=（L-n）/LL炮眼全部长度（米）n残留长度（米）m-炮眼利用率每循环爆破作业中要求炮眼利用率不低于85%，掘进中实际的炮眼长度不等于炮眼深度，而应为炮眼深度和炮眼利用率的乘积。L=m.

13、H（米）L爆破进尺 （米）H炮孔深度 （米）炮眼深度对钻眼速度的影响一般来说，钻眼速度随钻眼深度的增加而降低，因为眼深使炮眼初始直径加大，增加了钻爆岩石需要的破碎功能而使钻孔速度减小。眼深需要长钎，工作时产生纵向弯曲而有弹性变形，损失有效功；钎面上与眼圈岩壁的摩擦面积增大，钎长则惯性大，需要用更多的能量来克服它；眼深时排除深眼内岩屑较困难，使钎转动阻力增加。眼深对掘进循环时间的影响：由于眼深增加，钻孔作业时间加长，辅助作业时间缩短。根据经验资料统计，炮眼深度在下列范围时，能使掘进平均1米所用循环时间最短。A、机械装渣，轻型钻机钻眼，适当眼深为2.0米-3.0米；B、机械装渣，重型钻机钻眼，适当

14、眼深为2.25米-3.5米。眼深对炮眼利用率和炸药消耗量的影响在有层理、节理发育的岩层中，无论断面大小，眼深在1.5米左右时，炮孔利用率较高。加大或减小深度，炮眼利用率都将降低10%-20%，当眼深为1.5-2.5米时，装药量q与深度变化关系不大，但眼深在3-3.5米时将增加10%-15%。作业面大小对炮眼深度的影响开挖断面小，岩石夹制作用大，炮眼不能很深。在作业面钻有角度的炮眼时，断面的高度和宽度，对钻眼操作有限制，也限制了钻眼的深度。炮眼深度的确定采用斜眼掏槽时，炮眼深度不宜过大，一般最大炮眼深度取断面宽度（或高度）B的0.5-0.7倍，即L=（0.5-0.7）B利用每一掘进循环的进尺数及

15、实际的炮眼利用率来确定，即L=Tm式中 L炮眼深度（米） T每掘进循环的计划进尺数 （米） m炮眼利用率，一般要求不低于0.85按每一掘进循环中所占时间确定，即L=mvt/N式中 m钻机数量 v钻眼速度 （m/h） t每一掘进循环中钻眼所占时间 （h） N炮眼数目炮眼深度应该根据上述的三种情况综合考虑选定。对于掏槽眼还应加深1020cm,以保证其他炮眼能充分发挥效能。底眼也应加深510cm,且应多装药以达到翻渣的作用。不管工作表面凹凸程度如何，应该使所有炮眼的眼底均位于深部的同一断面上。此外，所确定的炮眼深度还应与装渣运输能力相适应，使每个作业班能完成整数个循环，而且使掘进每米隧道消耗的时间最

16、少，炮眼利用率最高。采用的炮眼深度为浅眼1.21.8m,中深眼2.53.5m,深眼3.55.15m。炮眼方向和角度炮眼轴线的方向称为炮眼方向，而其轴线与作业面的夹角称为炮眼角度。炮眼方向、角度的选择，就是为了在岩石的薄弱部位突破，利用暴露的岩石自由面和构造特点，最大限度的发挥炸药的爆炸威力，以提高爆破效果。因此，在掘进时，炮眼必须有一定的方向和角度，而方向和角度的大小，则根据各种炮孔所起到的作用，岩石的坚硬程度和结构特点等具体情况而定。2.4炮眼布置 在破碎岩石的过程中存在着破碎岩石应力和岩石抵抗破坏的力。破碎岩石的力通过合理的确定各项钻爆参数，充分发挥它们的效能使其得到提高，抵抗破碎的力决定

17、于岩石的物理力学性质和自由面的多少，也关系到破坏岩石力的有效发挥问题。它对爆破效果有决定性的影响。所以，炮眼布置是否合理，是钻爆方案中的决定性因素。1）掏槽眼的布置 掏槽眼是断面中首先起爆的眼，其眼位应选在岩石的薄弱部位，亦要充分利用断面中岩石的结构面。如果岩石是均质的，采用锥形或楔形掏槽时，一般布置在断面中央或偏下部，以断面轴线上一点为圆心，以断面高度或高度的1/4为半径的圆内，因为这个部位岩石对爆破的夹制作用小，钻眼也方便。 掏槽眼的数目主要随岩石的坚硬程度而定，并依据断面大小，适当考虑，原则上是在保证掏槽效果的前提下，力求眼数最少，但一般不少于两对。掏槽眼与作业面的倾角是掏槽眼布置的关键

18、，它依岩石的坚硬程度和采用的掏槽形式而定。一般变化在5575之间，也有采用直眼掏槽的。掏槽眼系数表岩石坚硬性系数f4681010151520楔形掏槽与掘进面所成角度7570706565606055平行两对掏槽眼间距7060504040相对两掏槽眼眼底距30202015151010掏槽眼数目466668锥形掏槽与掘进面所成角度7065656055相邻两掏槽眼眼底距4030302020151510掏槽眼数目1.5 B（1.6-1.9）B(22.5) B（33.7）B说 明B开挖断面宽度或高度的最小值 掏槽眼的眼距（一是指每对掏槽眼的眼口距离（在作业面上的距离），二是指平行两对掏槽眼的间隔距离）可由

19、下式确定：B=2c+b式中 B两掏槽眼眼口的间距 b两掏槽眼眼底距离 c掏槽眼眼底与眼口的直线距离斜孔掏槽装药量计算：Q=qV/n q-掏槽爆破岩石单位体积炸药消耗量（kg/m3）; V-槽腔体积（kg/m3）; n=斜眼掏槽炮眼数。2）辅助眼的布置辅助眼的布置主要是解决炮眼间距和最小抵抗线的问题，这可以由施工经验决定，一般抵抗线W约为炮眼间距的60%-80%，并在整个断面上均匀排列。当采用2号岩石硝铵炸药时，W值一般取0.6-0.8m.3） 周边眼的布置周边眼应严格按照设计位置布置。断面拐角处应布置炮眼。为满足机械钻眼需要和减少超欠挖，周边眼设计位置应考虑0.03-0.05的外插斜率，并应使

20、前后两排炮眼的衔接台阶高度（即锯齿行的齿高）最小。此高度一般要求为5-10cm。2.5装药量的计算和分配炮眼装药量的多少是影响爆破效果的重要因素。药量不足，会出现炸不开，炮眼利用率低和石渣块度过大；装药量过多，则会破坏围岩稳定，崩坏支撑和机械设备，使抛渣过散，对装渣不利，且增加了洞内有害气体，相应地增加了排烟时间和供风量等。合理的药量应根据所使用的炸药的性能和质量，地质条件，开挖断面尺寸，临空面数量，炮眼直径和深度及循环的总用药量要求来确定。采取以下方法计算装药量，即先用体积公式计算一个循环的总用药量，然后按各种类型的炮眼的爆破特性进行分配，再在爆破实践中加以检验和修正，直到取得良好的爆破效果

21、为止。计算药量Q的公式为 Q=qv式中 Q一个爆破循环的总用药量，Kg; q爆破1m3岩石炸药的消耗量，Kg/ m3, V一个循环进尺所爆落的岩石总体积，m3，其值为 V=L.S其中 L计划循环进尺，m； S开挖面积，m2。注：围岩类别根据铁路隧道围岩分类总的炸药量应分配到各个炮孔中去。由于各炮眼的夹制作用及受到岩石夹制情况不同，装药量也不同，通常按装药系数进行分配，值可参考下表取值装药系数值炮眼名称岩石坚固系数f101085-63-41-2掏槽眼0.80.70.650.600.550.5辅助眼（内圈眼）0.70.60.550.500.450.4周边眼0.70.650.600.550.450.

22、43、爆破设计爆破施工要点：3.1放样布眼台车或人工钻眼前，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。3.2定位开眼钻孔时，钻杆要与隧道轴线保持平行。按炮眼布置图正确钻孔。3.3钻眼人工钻眼：利用自制的多功能操作平台施工。3.4清孔装药前，用钢筋弯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。3.5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30cm。周边孔采用隔孔装药。3.6联结起爆网路起爆网络为复式网路，以保证起爆的可靠性和准确性。为了保证起爆准确可靠，采用塑料导爆管传爆雷管复式网路，即

23、每7处传爆雷管都用2发。传爆雷管采用低段，以保证延期准确度；连线时导爆管不打结、不拉细；联结的每簇雷管个数基本相同且不超过20个。传爆雷管用黑胶布缠好。网络联好由专人检查验收，无误后方可起爆。3.7哑炮的处理当起爆后遇有哑炮时，由专人负责处理，首先对导爆管进行检查，若能再起爆时，则重新引爆。如果不能引爆，则看是否影响下步工作，如果影响时则钻平行孔进行引爆，若不影响下步工作，则交下一班，在下次爆破时进行处理。瞎炮处理通常是首先掏出炮泥，然后用高压风和水冲出炸药，拿出雷管。4、隧道爆破设计本隧道级围岩采用全断面光面爆破开挖，级围岩、级围岩、V级围岩段采用台阶法光面爆破开挖，V级围岩洞口段采用三台阶

24、法光面爆破开挖。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， 达到保护围岩的目的。周边眼采用25mm小直径药卷不隅合装药方式，其余炮眼采用连续装药，掏槽眼采用复式楔形掏槽。周边眼、有水地段采用乳化炸药，其他采用2号岩石硝铵炸药；爆破材料采用117段非电毫秒雷管。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，作为初步依据，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。

25、光面爆破设计工艺流程见下图。4.1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，对于级围岩，=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，采用直径为25mm的硝铵或乳化炸药。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

26、合规范D=1.5-2.0的要求。4.2确定周边眼间距（E）和最小抵抗线（W） E=54.2976kpdi 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。F值4-681012KP0.560.530.510.48岩石抗破坏屈服系数KP计算E=54.2976KPdi =54.29760.5625 =76cm考虑到岩石节理十分发育，并参照规范周边眼间距取值范围,对级围岩周边眼间距取50cm 对级围岩周边眼间距取55cm，级围岩周边眼间距取45cm，级软岩周边眼间距取40cm。在施工中结合实际围岩软硬程度，调整周边眼间距。4.3炮眼装药系数炮眼名称掏槽眼扩槽眼掘进眼内圈眼底板眼底

27、角眼装药系数75%64%64%55%61%75% 周边眼的装药集中度采用规范取值范围0.07，取0.10kg/m,其它炮眼的填充系数选用见下表：4.4循环进尺综合考虑各项因素，级围岩取L=3m，级围岩取L=3m，级围取L=2m，级围岩取L=1m。4.5孔径及孔深 凿岩采用一字纤头，直径为=40mm，则 炮 眼 孔 径 为=42mm。4.6炮眼数量 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，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。4.7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，直径为采用25mm炸药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3

28、2mm,全部采用反向起爆装药结构。4.8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。4.9各孔装药量及总装药量总装药量Q，及各孔装药量，详见下表级围岩全断面法施工开挖上部爆破参数表项目名称炮 眼毫秒装药总计雷管编号个数深度段数25药卷32药卷填充系数个m段节-长度-重量节-长度-重量空眼23.585%掏槽眼123.2114-2.8-2.885%5.6掏槽眼223.2314-2.8-2.878%5.6扩槽眼343.2512-2.6-2.478%9.6扩槽眼443.2712-2.6-2.467%9.6辅助眼5103810-2.5-26

29、7%20掘进眼6133910-2.5-267%26掘进眼71631010-2.5-267%32掘进眼81531110-2.5-267%30掘进眼92031210-2.5-267%40内圈眼10253138-2-1.658%40周边眼11543141-2.4-0.24-2.4-0.643.2底板眼12233.1159-2.5-1.858%41.4合计303二级围岩全断面法开挖炮眼装药布置图级围岩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编号个数深度段数25药卷32药卷填充系数个m段节-长度-重量节-长度-重量空眼23.2掏槽眼143.2112-2.4-1.8775%7.49扩槽眼283.0310-2-1.7464%13.92掘进眼373.0510-2-1.7464%12.18