隧道的钻孔爆破施工设计

1.编制依据及范围1.1编制依据（1）改建铁路皖赣线芜湖至宣城段扩能改造工程施工图；（2）根据现场勘察及咨询资料的整理、分析；（3）本工程设计、施工及管理的依据和有关法律法规：①《中华人民共和国环境保护法》(1989.12)；②《公路隧道施工技术规范》(GB10204-2002)；③《爆破安全规程》(GB6722-2003)；④《土石方爆破施工及验收规范》（GBJ201-89）；⑤《工程爆破理论与技术》(中国工程爆破协会，于亚伦主编)。（4）根据国家和行业颁布的与本工程有关的各种现行有效版本的技术规程规范及质量和验收标准。（5）参考工程技术公司所具备的技术管理水平、施工能力、机械设备及类似工程施工经验。1.2编制范围本方案包括段起点隧道全长447米内隧道的爆破施工设计，进出口里程分别为：DK39+893、DK40+3402.工程概况2.1工程概况本合同段起点隧道全长447米，进出口里程分别为：DK39+893、DK40+340；遂线分界里程：DK39+893、DK40+340，隧道内轮廓设计断面宽×高为13.62m×11.13m（详见改建铁路皖赣线芜湖至宣城段扩能改造工程施工图）。隧道平曲线：全遂处于直线段。隧道纵坡设置：隧道内设单面下坡，坡度为10.65‰，坡长4550米。隧道为双线设计速度目标值250公里/小时，线间距4.60米，采用有砟轨道，轨道结构高度766㎜。线路DK40+252.5～567.5段设置圆曲线型竖曲线，竖曲线半径为20000米。2.2工程地质情况DK39+893～DK39+905段表层为Q4el+dl粉质粘土，棕红色，层厚0-4m；下伏基层为P2l砂岩，炭质页岩夹煤层，灰白色至灰绿色，产状135∠51°。该段围岩级别Ⅴ级。DK39+905～DK40+108段表层为Q4el+dl粉质粘土，棕红色，硬塑，局部含少量砾石；下伏基岩为P1g灰岩，灰白色，W3，P1g砂岩，灰白色，W3厚约4.5m；P1g硅质页岩与隧石互层，灰黑色，W3，厚约10m。地表水主要以季节性降水为主，地下水主要为基层裂隙水，岩溶水，弱发育。据物探高阻率电法揭示：DK40+115处为一逆断层，断层影响范围DK40+085～DK40+140，断层产状310∠65°，上盘地层为Q4el+dl粉质粘土，棕红色，硬塑，局部含少量砾石，P1g灰岩，灰白色，W3，具溶蚀现象，溶洞弱发育，下盘倾状基岩为D3W石英细砂岩粉砂岩，青灰色，W2，岩质较硬，产状90∠27°。其中DK39+905～DK39+945、DK39+945～DK39+970段围岩级别为Ⅴ级，DK39+970～DK40+108段围岩级别为Ⅳ级。DK40+108～DK40+340段表层为Q4el+dl粉质粘土，棕红色，硬塑，含砾石，层厚0～5.0m，下伏基岩为：D3W石英细砂岩夹粉砂岩，灰白色至青灰色，裂隙较发育，基岩破碎，W3～W2，粉砂结构，中厚层构造，岩质较硬，岩层产状90∠27°。地表水主要以季节性降水为主，地下水弱发育，多为基岩裂隙水，物理弹性速为3.95～4.3km/s。其中DK40+108～DK40+134、DK40+285～DK40+328、DK40+328～DK40+340段围岩等级为Ⅴ级，DK40+134～DK40+155、DK40+240～DK40+285段围岩等级为Ⅳ，DK40+155～DK40+240段围岩等级为Ⅲ。3.隧道施工方法与实施隧道开挖采用钻爆法（其工艺流程见附图），以新奥法理论指导施工（见钻爆法施工工艺流程框图），光面爆破，爆破器材采用乳化炸药，周边眼采用Φ25光爆小药卷，其余均采用Φ32药卷。装岩运输采用ZL-50装载机配合5t自卸式汽车运输，直接运至业主指定的弃碴场。光面爆破参数：A、不耦合系数。合理的不耦合系数应使炮孔压力低于岩壁动抗压强度，而高于动抗拉强度，通常，不耦合系数采用1.5~2.5,选用1.7；B、光面炮眼间距E。一般取炮眼直径的8~15倍。在节理裂隙比较发育的岩石中，应取小值；在整体性好的岩石中，可取大值，选用45cm；C、最小抵抗线W。光面层厚度或周边眼到邻近辅助眼间的距离，是光面眼起爆时的最小抵抗线，一般它应大于或等于光面炮眼间距，选用60cm。炮眼布置图及爆破参数表（附后）光面爆破宜采用细药卷，起爆时注意以下事项：(1)周边孔应该同时起爆才能保证光面爆破效果；(2)起爆顺序为先掏槽孔，再辅助孔，辅助孔起爆后再起爆周边孔、底孔；(3)周边孔的底孔应该装一个粗药卷，以克服岩体挟制作用；(4)为了减少超挖和降低工程造价，开挖过程中，加强断面量测，并及时处理个别欠挖部位，修整开挖断面，获得良好的经济效果。图2.1爆法开挖施工工艺流程框图图2.2隧道新奥法施工工艺流程框图4.隧道开挖参数设计4.1施工方法及顺序施工中严格按照设计要求，遵循新奥法施工原理，软弱地质洞身开挖应坚持：短进尺、弱爆破、强支护、早衬砌的原则，加强施工临时监控量测，确保施工安全。施工中如遇实际围岩类别与设计资料不符及时与监理、设计部门联系调整施工方案，确保开挖安全，顺利进行。隧道中停车段，配电室等待隧道开挖成型后，再进行扩挖。4.2炮孔装药数量（1）掏槽孔Q1=η•L•r式中：η——炮孔装药系数，取η=0.9L——孔深，LIII=3.2m、LIV＝2.2m、LV＝1.2mr——每米长度炸药量，r=0.78kg/m经计算:QIII=2.25kg取2.3kgQIV=1.54kg取1.5kgQV=0.84kg取0.8kg（2）辅助孔QIII=η•L•r=0.8*3.2*0.78=2.0kg取QIII=2.0kgQIV=η•L•r=0.8*2.2*0.78=1.37kg取QIV=1.4kgQV=η•L•r=0.7*1.2*0.78=0.66kg取QV=0.7kg（3）光爆孔通常为辅助孔的1/3～1/4:QIII=0.7kgQIV=0.5kgQV=0.2kg图4.1装备结构图4.3隧道开挖炮孔布置图（1)Ⅲ级围岩上下台阶法开挖①上台阶光面爆破，采用斜眼掏槽，周边眼采用空气柱状法装药。循环进尺按3m考虑，光面爆破参数表、炮眼布置如下。2433431501431231391705050188186138462°0'65°0'75°49'1808484图4.2上台阶掏槽眼眼布置图结构形式示意图说明间隔不耦合装药1、此图为光爆眼装药结构图；2、孔外雷管延时；3、导爆索起爆。耦合连续反向起爆装药结构此图为掏槽眼、辅助眼、底眼装药结构毫秒微差导爆管雷管导爆索炮泥φ25mm小药卷导爆管炮泥φ32mm药卷φ32mm药卷图4.2上台阶炮眼布置图起爆顺序炮孔名称炮孔数量炮孔深度(m)雷管段别装药参数备注药量(kg)1掏槽孔43.219.21.每循环进尺3.0m,爆破效率87%,每循环方量249.75m3。2.炸药单0.6kg/m3；3.光爆炮眼痕迹率90%。2掏槽孔63.2313.83辅助孔53.15103辅助孔93.17184辅助孔123.18245辅助孔153.19306周边孔443.110/1130.87底孔203.11214合计126149.8表4.1III级围上台阶岩爆破参数表②下台阶光面爆破左右侧跳槽开挖，进尺按照3米设计，周边眼和辅助眼装药结构同上台阶。图4.2下台阶炮眼布置图（左右分开）（2)Ⅳ级围岩采用三台阶法开挖起爆顺序炮孔名称炮孔数量炮孔深度(m)雷管段别装药参数备注药量(kg)1辅助孔393.01-5781.每循环进尺3.0m,爆破效率87%,每循环方量84.1m3。2.炸药单耗1.1kg/m3；3.光爆炮眼痕迹率90%。2周边孔83.055.63底孔113.27/97.7合计4891.3表4.2Ⅳ级围上台阶岩爆破参数表①上台阶光面爆破，采用楔形掏槽，周边眼采用不耦合装药，装药结构见周边眼采用装药结构图和辅助眼装药结构图。上台阶断面面积：58.4m²。9111355284768115150505020014188135454590图4.3上台阶炮眼布置图②中台阶光面爆破中台阶断面面积：54.4m²，炮眼数量78个。起爆顺序炮孔名称炮孔数量炮孔深度(m)雷管段别装药参数备注药量(kg)1辅助孔132.2119.51.每循环进尺2.0m,爆破效率88%,每循环方量108.8m3。2.炸药单耗1.0kg/m3；3.光爆炮眼痕迹率90%。2辅助孔142.13213辅助孔152.1522.54周边孔202.17285底孔162.4922.4合计78113.4表4.3Ⅳ级围中台阶岩爆破参数表图4.4中台阶炮眼布置图③下台阶光面爆破下台阶断面面积：51.3m2，炮眼数量86个。起爆顺序炮孔名称炮孔数量炮孔深度(m)雷管段别装药参数备注药量(kg)1辅助孔82.21121.每循环进尺2.0m,爆破效率88%,每循环方量102.6m3。2.炸药单耗1.2kg/m3；3.光爆炮眼痕迹率75%。2辅助孔82.23123辅助孔72.2510.54辅助孔102.27155辅助孔102.29156辅助孔122.211187周边孔162.21322.48底孔152.41521合计86125.9表4.4Ⅳ级围下台阶岩爆破参数表135711图4.5下台阶炮眼布置图④隧底爆破开挖时要严格控制超欠挖。隧底断面面积：15m2，炮眼数量21个。起爆顺序炮孔名称炮孔数量炮孔深度(m)雷管段别装药参数备注药量(kg)1辅助孔32.214.51.每循环进尺2.0m,爆破效率85%,每循环方量30m3。2.炸药单耗1.0kg/m3；3.光爆炮眼痕迹率90%。2辅助孔62.2395底孔122.4516.8合计2129.8表4.5Ⅳ级围隧底爆破参数表图4.6隧底炮眼布置图13579111315135（3)V级围岩采用三台阶法开挖①上台阶光面爆破，采用楔形掏槽，周边眼采用不耦合装药，装药结构见周边眼采用装药结构图和辅助眼装药结构图。上台阶每循环进尺1m，断面面积：58.4m²。起爆顺序炮孔名称炮孔数量炮孔深度(m)雷管段别装药参数备注药量(kg)1掏槽孔31.212.41.每循环进尺2.0m,爆破效率89%,每循环方量58.4m3。2.炸药单耗0.6kg/m3；3.光爆炮眼痕迹率90%。2掏槽孔61.234.83掏槽孔61.254.84辅助孔51.173.54辅助孔121.178.45周边孔321.18/106.46底孔141.492.8合计7033.1表4.6V级围上台阶岩爆破参数9111355284768115150505020014188135454590图4.7上台阶炮眼布置图②中、下台阶光面爆破中台阶、下台阶开挖爆破按照IV级围岩的中台阶、下台阶爆破方法进行爆破，每循环开挖进尺不得大于两榀钢架。4.4爆破网络为确保起爆网络的安全传爆、改善爆破质量、减少爆破危害、方便施工操作，结合我公司成熟的施工技术和经验，本工程的爆破起爆网络拟采用复式微差起爆网络，起爆网络采用塑料导爆管和四通连接，起爆器起爆。为控制爆破有害效应，最大单响药量距民房15～40m为1.5kg、40m以上为25kg，一次爆破最大装药量为150kg。为了确保起爆网络设计与现场施工的有效衔接，方便爆破施工，避免雷管的分发错误，采取了标识措施。对每个孔都用竹片进行标识，表明孔号、孔深、雷管段位。5.隧道掘进安全措施5.1凿岩安全措施保障各种凿岩机械技术状况良好、安全、灵活、可靠。操作人员须按操作规程作业。作业前应检查压气胶管接头，机械连接螺帽等是否安全牢固。凿岩前必须进行“四检查”和“四清除”。即检查和清除炮烟和残炮；检查和清除盲炮（由爆破员处理）；检查和清除顶、帮、掌子面；检查和清除支护的不安全因素。凿岩时应做到“四严禁”。即严禁打残眼；严禁打干眼；严禁戴手套扶钎杆；严禁站在凿岩机钎杆下。退出凿岩机或更换钎杆时，应减速慢退，切实注意钎杆脱落伤人。凿岩台架应安装牢固，周边应与洞帮相顶实，前部与掌子面距离应小于50cm。凿岩时若遇流砂层或涌水地段，应停止作业，并迅速报告有关部门，制定切可实际的安全措施。作业完毕，应将一切设备和工具移至安全地点。