隧道爆破设计3

图一隧道断面图（单位：）隧道施工设计—新奥法一、工程概况某隧道全长1km，断面尺寸如图一所示。硐身大部分穿过砂岩和砂质泥岩，轻微风化，节理发育，无明显层理，岩石的坚固系数45f，属Ⅴ围岩。要求月成硐150m，全断面一次开挖，每日2个循环，每月按28d计。二、施工方案选择为了保证隧道开挖质量，又能加快施工工期，采用“新奥法”施工方法，即采用“钻眼爆破”方式开挖，为了使爆破后的围岩断面轮廓整齐，最大限度的减轻爆破对围岩的扰动和破坏，尽可能的保持原岩的完整性和稳定性，拟采用全断面光面爆破施工方案。又由于岩石的坚固系数45f，属Ⅴ围岩，据隧道围岩稳定性基本分级表，围岩易坍塌，处理不当会出现大坍塌，侧壁经常出现小坍塌，浅埋时易出现地表下沉或坍塌至地表。采用锚杆喷射混泥土作为初期支护的支护手段，使用1520cm厚钢筋网喷射混泥土，设置2.03.0m长的锚杆，采用仰拱。三、爆破方案设计1、爆破器材的选择1）炸药的选择隧道工程爆破用的炸药应是使用安全、性能稳定、威力适当、产生有毒有害气体少的炸药。目前在隧道施工爆破中使用最广的是硝胺类炸药。根据工程情况，选用2号岩石硝铵炸药，周边眼使用小直径炸药，其他眼使用标准型炸药。其药卷规格、炸药性能如表一所示：表一隧道所用药卷规格、炸药性能序号炸药名称炸药规格炸药性能适用范围直径/mm长度/mm质量/g密度/(g/cm³)爆速/（m/s）猛度/mm威力/ml殉爆/cm有害气体/(L/kg)保存期/月12号岩石硝铵炸药（标准型）351651500.953050123207436适用于一般岩石隧道，孔径40mm以下的炮眼爆破；大孔径的光爆22号岩石（小直径）222701050.8422003203436适用于一般岩石隧道的周边光爆2)起爆材料起爆材料可以用导爆管和非电雷管，因为塑料导爆管具有抗电、抗火、抗冲击性能好；起爆传爆性能稳定，甚至扭结、180°对折、局部断药、管端对接仍能正常传爆；安装简单；使用方便；价格便宜；运输和使用过程中抗破坏能力强；且可以作为非危险品运输等优点。导爆管的发爆可以用8号火雷管、导爆索、击发枪、专用激发器发爆，本工程中使用8号火雷管发爆。2、爆破参数的确定1）炮眼深度L本工程要求月成硐150m，全断面一次开挖，每日2个循环，每月按28d计，每掘进循环的计划进尺数1502822.679lm，根据炮眼深度计算式有：2.6792.910.92lLm式中L——炮眼深度，m；l——每掘进循环的计划进尺数，m；——炮眼利用率，不低于0.85，本设计取0.92。实际取炮眼深度为2.9m，每循环进尺'2.90.922.67lm，一般深掏槽眼较其他炮眼深度加深0.150.25m。2）炮眼直径D隧道工程爆破中，常用不耦合系数/)D（来控制药卷直径和调整炮眼直径，它反映炮眼孔壁与药卷之间的空隙程度。药卷直径的大小应与炮眼直径D相匹配，以免发生沟槽效应而导致被动药卷拒爆，一般炮眼应将控制在1.11.4，周边炮眼应将控制在1.52.5，采用间隔装药时，还要保证药卷之间的间隔距离不大于其殉爆距离，避免发生被动药卷拒爆。炮孔过小，不利于装填药卷；炮孔过大，会降低爆破效果和钻眼速度。根据施工单位常用的钻孔设备和已选用的药卷直径，确定炮孔直径为42mm。3）炮眼数N根据公式：qSN式中N——炮眼数目，不包括未装药的空眼数；q——单位耗药量，一般取31.22.4/qkgm；S——开挖面积（为设计开挖面积，施工开挖面积应在其基础上适当加大，即预留变形量）；——装药系数，即装药长度与炮眼全长的比值，其取值参考表二；——每米药卷的炸药质量，kg/m，2号岩石硝铵炸药（标准型）每米质量据表一可算出为0.91kg/m。表二装药系数值炮眼名称围岩类别Ⅳ、ⅤⅢⅡⅠ掏槽眼0.50.550.600.650.80辅助眼0.40.450.500.550.70周边眼0.40.450.550.600.75开挖断面22[(2)2]{[(2)]}57.12SBHBBm装药系数根据表二，并综合考虑各类炮眼的装药系数选取，=0.42。单位炸药消耗量根据表三选取，因为使用台阶法开挖，所以31.1/qkgm根据表一，推算出=0.91，带入上式则有1.157.12164.40.420.91qSN个实际取164个炮眼。表三隧道爆破单位耗药量q（kg/m³）掘进断面积/m²围岩类别ⅣⅤⅢⅣⅡⅢⅠ461.51.82.32.9791.31.62.02.510121.21.51.82.2513151.21.41.72.116201.11.31.62.040431.11.4注：围岩分类根据附录1分类；表中所用炸药为2号岩石铵梯炸药。4）总装药量根据装药量计算式QqV，计算一个循环的总装药量，可以根据围岩不同的情况据表三确定q的取值。'0.857.122.67122QqVqSlkg3、工作面炮眼布置隧道爆破通常采用掏槽爆破，并采用周边光面爆破技术，将开挖断面上的炮眼分区布置，并分区分层按顺序起爆，逐步扩大完成一次爆破开挖。分为掏槽眼、辅助眼、周边眼。其布置顺序是：先选择确定掏槽方式并布置掏槽眼；然后布置周边眼（确定周边眼间距E、最小抵抗线W、开眼位置d、外插角）；最后在掏槽眼与周边眼之间逐层布置辅助眼。辅助眼最外一圈炮眼称为“内圈眼”。1）掏槽眼的选择方式与布置掏槽眼一般应布置在开挖面中央偏下部位。为使爆出平整的开挖面，除掏槽眼和低眼外，所有炮眼眼底应落在同一平面上。通常掏槽眼与底部炮眼深度相同，比其他炮眼深1520cm。直孔掏槽面积（包括辅助掏槽孔）占断面总面积5%10%，槽口尺寸常在1.01.2㎡之间。楔形掏槽面积占断面总面积10%20%,槽口尺寸常在416㎡之间。由于本隧道断面积达到57m²，炮孔实际深度为2.9m，为断面较大，炮眼较深的开挖形式，由于为全断面一次开挖，拟采用垂直楔形掏槽中的二级复楔形方式，内楔孔深应较小，装药也较少并先行起爆。由于目前还没有较好的斜孔掏槽炮孔间距理论公式，根据施工需要以及经验参数表四，拟共布置10个掏槽眼，其中外楔孔6个，眼深在每循环炮眼深度2.9m的基础上加深0.2m，所以深度取3.1m，外楔孔与工作面相交角度为74°，每对眼的眼口距离B为2.1m，眼底的距离b为0.3m；内楔孔4个，深度取1.5m，其与工作面相交角度为72°，每对眼的眼口距离B为1.16m，眼底距离b为0.2m。具体参数如图二所示。图二掏槽眼布置（单位：）表四垂直楔形掏槽爆破参数围岩类别斜度比B/cmb/cm炮眼数量/个Ⅳ类及以上70°80°1:0.271:0.187080304Ⅲ类75°80°1:0.271:0.1860703046Ⅱ70°75°1:0.371:0.275060256Ⅰ55°70°1:0.471:0.373050206注：为掏槽眼与工作面的夹角；B为掏槽眼眼口的间距；b为掏槽眼眼底的间距。楔形掏槽的特点是：掏槽眼数目少且炸药消耗量低，掏槽体积大，易将岩石抛出。但是，掏槽眼深度受到隧道断面尺寸的限制，不便于多台凿岩机同时作业，岩石抛出较远且岩堆分散，影响装岩效率，不易提高循环进尺。掏槽眼单孔装药量计算：由表二掏槽眼装药系数=0.5，辅助眼装药系数=0.4，周边眼装药系数=0.4。单个炮孔的装药量、装药卷数与装药系数、炮眼深度和单个药卷的长度及质量有关，具体计算如下：4个浅掏槽眼：单孔装药卷数=0.5×1.58÷0.165=4.8卷（实际取5卷）单孔装药量=5×0.15=0.75kg6个深掏槽眼：单孔装药卷数=0.5×3.25÷0.165=9.85卷（实际取10卷）单孔装药量=10×0.15=1.5kg2）周边的布置和光面爆破技术周边眼布置原则和标准为：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0.030.05的外差率。并应保证岩面平整，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；超欠挖尺寸符合规定要求，围岩面上无危石。岩体较坚硬或较完整时，眼口应布置在设计轮廓线上，眼底应落在设计轮廓线以外1015cm；当岩体较软或较破碎时，眼口则应开在开挖轮廓线以内510cm，低眼应落在设计轮廓线上。光面爆破参数的确定原则和方法：周边眼间距E与炮眼直径d关系应满足E=（1018）d，一般取E=320720mm，一般取E=320720mm；周边眼密集系数K（K=E/W）应控制在0.670.8之间，所以光爆层厚度（最小抵抗线）W一般取500800mm之间；装药不耦合系数应保证25，并保证药卷直径不小于炸药的临界直径；线装药密度即单位长度炮眼中的装药量应满足，软岩或采用光爆层单独爆落时，为0.150.25kg/m，硬岩或全断面一次起爆时，为0.300.35kg/m。具体数值如表五所示：表五光面爆破一般参考数值岩石类别炮眼间距E/cm抵抗线W/cm密集系数K=E/W装药集中度/(1kgm)硬岩557060800.71.00.300.35中硬岩456560800.71.00.200.30软岩355040600.50.80.070.12根据实际情况，选取本隧道周边眼间距为450mm，最小抵抗线取550mm，光爆孔密集系数为0.82。由于围岩较软，周边眼向外倾斜，眼底落在施工轮廓线上，眼口应在设计轮廓线以内，即预留变形量，其值据表六可取100mm，周边眼外差率为0.034。按照隧道周边总长度和炮孔间距，计算周边眼个数为[(2)()2]0.4563.52BNBBH周实际取64个。周边眼单孔装药量计算：由表二得周边眼装药系数=0.4，根据表五和实际情况取装药集中度为0.21kgm。单个炮孔的装药量计算如下：单孔装药量=单孔装药长度×装药集中度=2.9×0.4×0.2=0.24kg单孔装药卷数=0.24÷0.105=2.3卷实际取2.5卷，并采用反向装药且为间隔装药，装药长度为1.2m。表六新奥法施工开挖预留变形量公路隧道铁路隧道围岩类别跨度/mⅣⅢⅡⅠ围岩级别隧道类别ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ910577121217特殊设计普通双线隧道—133557710特殊设计7935577101015普通单线隧道——133557710高速双线隧道—35588101015现场量测测定高速单线隧道——255808123）辅助眼及底眼布置掏槽爆破后，由于槽腔的存在，辅助眼爆破就存在两个自由面，类似露天台阶爆破情况，因此辅助眼爆破参数的选取与台阶爆破相同，其最小抵抗线可按表七确定，还可以根据其与孔径的比值选取，坚硬岩石为W=（2530）bd；中等坚硬岩石为W=（3035）bd；松软的岩石为W=（3540）bd。正向装药反向装药1--导爆管；2--炮泥；3、6--主动药卷；4、5--被动药卷表七辅助眼的最小抵抗线W（单位：m）岩石坚固系数f炸药做工能力/ml30034535039540011.50.880.961.01.101.151.201.620.820.900.920.961.01.10340.720.800.820.900.921.0560.660.700.720.800.820.90780.600.650.660.700.720.809110.520.580.600.640.660.7012140.450.500.520.500.600.6415180.420.440.450.500.520.60由于本设计中选用的是2号岩石硝铵炸药，其威力为320ml，岩石坚固系数f=45，所以据表七和孔径的比值综合考虑，可以选择最小抵抗线W为0.72m。辅助眼炮孔间距取为(0.81.3)aW孔距，此设计中，根据实地情况，计算出孔间据为0.8m。总炮眼数为90个。辅助眼单孔装药量计算：由表二辅助眼装药系数=0.4，并由表一可以查出炸药的规格参数。单个辅助眼炮孔的装药量具体计算如下：单孔装药卷数=0.4×2.9÷0.165=7卷单孔装药量=7×0.15=1.05