2022年隧道爆破设计 .pdf

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1 2 号岩石硝 铵 炸药（标准型）35 165 150 0.95 3050 12 320 7 43 6 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2 2 号岩石（ 小 直径）22 270 105 0.84 2200 320 3 43 6 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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 11 页 - - - - - - - - - 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/qkg m；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、掏槽眼0.5 0.55 0.60 0.650.80 辅助眼0.4 0.45 0.50 0.550.70 周边眼0.4 0.45 0.55 0.600.75 开挖断面22(2)2(2)57.12SBHBBm名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 11 页 - - - - - - - - - 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/qkg m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46 1.5 1.8 2.3 2.9 79 1.3 1.6 2.0 2.5 1012 1.2 1.5 1.8 2.25 1315 1.2 1.4 1.7 2.1 1620 1.1 1.3 1.6 2.0 4043 1.1 1.4 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。0.8 57.122.67122QqVqSlkg3、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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 11 页 - - - - - - - - - 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/cm b/cm 炮眼数量 /个类及以上70801:0.271:0.18 7080 30 4 类75801:0.271:0.18 6070 30 46 70751:0.371:0.27 5060 25 6 55701:0.471:0.37 3050 20 6 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 =0.51.58 0.165=4.8 卷 （实际取5 卷）单孔装药量 =50.15=0.75 kg 6 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 =100.15=1.5 kg2）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，硬岩或全断名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 11 页 - - - - - - - - - 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5570 6080 0.71.0 0.300.35 中硬岩4565 6080 0.71.0 0.200.30 软岩3550 4060 0.50.8 0.070.12 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)()20.4563.52BNBBH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=2.90.40.2=0.24kg 单孔装药卷数 =0.240.105=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 /m 围岩级别隧道类别910 57 712 1217 特殊设计普通双线隧道13 35 57 710 特殊设计79 35 57 710 1015 普通单线隧道13 35 57 710 高速双线隧道35 58 810 1015 现场量测测定高速单线隧道25 580 812 3）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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 11 页 - - - - - - - - - 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 /ml 300345 350395 400 11.5 0.880.96 1.01.10 1.151.20 1.62 0.82 0.90 0.920.96 1.01.10 34 0.720.80 0.820.90 0.921.0 56 0.660.70 0.720.80 0.820.90 78 0.600.65 0.660.70 0.720.80 911 0.520.58 0.600.64 0.660.70 1214 0.450.50 0.520.50 0.600.64 1518 0.420.44 0.450.50 0.520.60 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 =0.42.9 0.165=7 卷单孔装药量 =70.15=1.05 kg 4）装药结构和填塞装药结构式指被动药卷和主动药卷在炮眼中的位置形式。它包括药卷之间的间距、主动药卷的位置和方向、眼口的堵塞方式，其可分为正向装药和方向装药，也可分为连续装药和间隔装药。 具体结构如图三所示。正向装药是将主动药卷放在眼口第二个位置上，雷管聚能穴朝向眼底；反向装药是将主动药卷放在眼底第二个药卷位置，雷管聚能穴朝向眼口。图三装药结构在本设计中，由于反向装药结构能提高炮眼利用率，减少瞎炮率， 减小石渣块度， 增大抛掷能力和降低炸药消耗量，所以采用反向装药。其中掏槽眼和辅助眼采用连续装药，周边眼采用间隔装药，且药卷之间用炮泥隔开。在炮孔用粘土或粘土加砂混合制作的炮泥填塞，填塞长度约为炮孔长度的1/3，当孔长小于1.2m 时，填塞长度应为炮孔的1/2。1、 爆破图表及起爆根据爆破器材情况，采用毫秒导爆管雷管孔内控制延期起爆法，即采用微差爆破法，起名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 11 页 - - - - - - - - - 爆顺序为： 掏槽眼辅助眼周边眼底眼，且在同一个开挖面上，同圈炮眼同时起爆，不同圈（层）的炮眼则“由内向外逐层起爆”。各个炮眼所使用的毫秒导爆管段别和起爆先后顺序等相关参数如表九所示，延迟时间如表八所示。采用导爆管复试练级方式，炮孔布置及爆破网络如图四、图五所示。表八迟发非电雷管的段别及延期时间毫秒迟发雷管（第二系列）半秒迟发雷管秒迟发雷管段别延期时间 /ms 段别延期时间 /ms 段别延期时间 /s 段别延期时间 /s 1 13 11 460401 0.13 1 1.0 2 2510 12 550452 0.50.152 2.00.53 501013 650503 1.00.153 4.00.64 15107514 760554 1.50.204 6.00.85 1101515 880605 2.00.205 8.00.96 1502016 1020706 2.50.206 10.01.07 202520017 1200907 3.00.207 21148 2502518 14001008 3.50.208 19.02.09 3103019 17001309 3.84.59 25.02.510 3803520 200015010 4.65.310 32.03.0表九爆破参数表炮孔名称炮孔编号孔深 /m 孔数单孔装药量/kg 总装药量/kg 雷管段别起爆顺序掏槽眼14 1.5 4 0.75 12 1 5103.1 6 1.5 3 辅助眼11122.9 90 1.05 94.5 5 13167 17339 346411 6510013 周边眼101122 1411622.9 44 0.24 10.56 15 12314018 0.24 4.32 17 合计162 121.38 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 11 页 - - - - - - - - - 图五 复试导爆管爆破网络图四炮眼布置图（单位：dm）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 11 页 - - - - - - - - - 图五爆破网络图（导爆管复试连接）5、钻眼爆破安全注意事项（1）装药前应检查顶板情况，撤出设备与机具，并切断照明以外的一切设备电源；（2）放炮母线要妥善的挂在巷道的侧帮上，并与金属物体、电缆、电线离开一定距离；（3）在规定的安全地点装配引要；（4）检查工作面20m 范围内瓦斯含量，并按煤矿安全规程有关规定处理；（5）装药时要细心地将药卷装到眼底，防止擦破药卷、装错雷管段号、拉断脚线。有水的炮眼应防止药卷受潮拒爆。（6）装药、连线后应由放炮员与班、组长进行技术检查，并做好放炮前的安全布置；（7）放炮后要等工作面通风散烟后，放炮员率先进入工作面，并经检查认为安全后方能进行工作；（8）发现瞎炮应及时处理，如瞎炮是由连线不良或错连所造成，则可重新连线补爆；如不能补爆，则应在距原炮眼0.3m 外钻一个平行的炮眼，重新装药放炮，严禁手拉式或掏挖瞎炮；（9）应在装药前严格检查爆破器材。装、联过程中应严格操作和检查，尽量消除产生瞎炮的可能。四、爆破与施工1、钻眼工作用于隧道工程中使用的钻眼设备，按动力分有风动凿岩机和液压凿岩机，按支撑方式分主要有手持式、气腿式和台车式；钻眼速度受以下几个因素的影响：冲击频率、冲击功、钻头的凿刃形式、 钻眼直径、 钻眼深度及岩体抗钻性等。常用钻头的钻孔直径有38mm， 40mm，42mm，45mm，48mm 等，凿刃的种类有片状连续刃及柱齿刃，片状连续刃又有一字形和十字形等几种布置形式；柱齿刃有球齿、锥形齿、楔形齿等形式。为了是钻眼速度加快和钻眼准确，测量人员应在钻眼前给出准确的炮眼位置和掘进方向。在此工程设计中选用实腹式凿岩台车，选用 2 台，共设 8 台凿岩机。 其立定工作范围可以达到 1015m 宽，712m 高，且轮胎走行使得移位方便灵活，非常适合本设计尺寸大小的隧道。但是占用坑道空间较大，需要与出渣运输车辆交会避让，占用循环时间。由于炮眼直径为 42mm，且节理裂隙发育，所以采用直径为42mm 的十字形片状连续钻头。2、装岩工作隧道施工中， 装岩石最繁重、 最费工时的工序， 一般情况下它占掘进循环的35%50%，因此做好装岩工作，对提高效率、加速掘进速度、改善劳动条件及降低成本关系密切。1）装岩量的计算钻爆开挖一个单循环产生的石渣量应为爆破后的虚渣体积，其计算公式为SLRZ式中 Z单循环爆破后石渣量（m3） ；R岩体松胀系数， 及岩体松方体积与其实方体积的比值。其按围岩级别确定，见表十；超挖系数，根据爆破对超挖的控制情况而定，一般取1.151.25；L设计循环掘进进尺（m） ；S开挖断面面积（） 。岩体级别土石名称石质石质石质石质硬黏土砂夹卵石黏性土沙砾松胀系数 R 1.7 1.8 1.6 1.6 1.35 1.30 1.25 1.15 2）装渣方式、运输方式出渣运输方式的选择，应根据洞内作业条件，包括作业空间的大小、一次开挖石渣的体名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 11 页 - - - - - - - - - 积、石渣块度、土体的松散或泥质黏性、洞内临时道路等条件，充分考虑装、运、卸3 项作业机械的配套问题，出渣运输能力与运量需求的适应问题，出渣运输与开挖、支护等工序的协调统一问题， 洞内空气污染及作业安全问题等因素的影响，应尽量做到缩短出渣运输在整个作业循环中所占用的比例。装渣方式有机械装渣和人力装渣2 种，装渣机械有挖斗式、蟹爪式、立抓式、铲斗式4种。铲斗式装渣机为间歇性装渣机，有翻斗后卸、前卸和侧卸式3 种卸渣方式。翻斗后卸式装载机，造价简单，适应性好，以往使用较多。但是生产能力小，装岩工作方式不合理，间歇装岩，效率低，易扬起粉尘，要求有熟练的操作技术，装岩宽度较小，适用于单轨隧道。侧卸式装载机铲取能力大，生产效率高，对大块岩石、坚硬岩石适应性强，履带行走，移动灵活， 装卸宽度打， 清低干净， 操作简单、 舍力；但是构造复杂、 造价高、 维修要求高、间歇装岩。运输方式有有轨运输和无轨运输2 种。近年来无轨运输在隧道掘进中得到了广泛的应用，运输车辆多为柴油式动力、轮胎走行的自卸卡车。具有运输速度快、管理工作简单、配套设备少等特点。但内燃机排放大量废气，对洞内空气污染较严重，需要强大的通风设备。本工程中选用侧卸式装载机和自卸式卡车，其石渣用作建筑填料，用于填筑路基及洞外工作场地。3、支护工作围岩具有“三位一体”特性，即围岩既是产生围岩压力的原因，又是承受压力的结构，而且是构成这个结构的天然材料。围岩是加固的对象，支护只是加固的手段。支护工作的设计基本程序为：（1）根据隧道使用年限及重要性，确定安全系数；（2）在满足直线建筑限界要求、功能要求和构造要求，保证隧道净空大小够用的条件下，依据围岩稳定能力的强弱、岩体结构类型、围岩压力的作用和分布状态，应用工程类比的方法，初步拟定支护结构的横断面几何形态和尺寸等各项支护参数；（3）应用理论计算方法检算支护结构内力及围岩内用力，并调整横断面几何形状和尺寸，使支护受力状态及围岩应力分布均趋于合理。 （4）在施工过程中对“围岩支护”结构体系的力学动态进行必要而有效的现场监控量测， 以验证各项参数的合理性，发现和控制施工过程中出现的不良状况，并依据实际状况的变化对相应的支护参数乃至于施工方案予以及时调整和修改。隧道支护结构的设计方法有工程类比法、理论计算法、 现场监控法， 现代隧道工程则是将三种方法合并使用来完成支护结构体系设计。本工程中隧道支护采用1520cm 厚的钢筋网喷射混泥土，设置2.03.0m 长的锚杆，采用仰拱，必要时采用钢拱架。5、通风与防尘工作五、掘进队的组织与管理1、掘进工作队的管理2、循环图表的编制遇到的问题：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 11 页 - - - - - - - - - 1）全断面开挖适合围岩稳定、坚硬、完整的不许临时支护的围岩2）在炮眼布置中，掏槽眼、辅助眼、周边眼各应布置多少个炮眼3）掏槽眼中，空眼与药眼间距不超过破碎圈距离，条形药卷的破碎圈怎么计算药包破碎圈半径计算公式为30.062Q4）周边眼布置中，应使前后两排炮眼的衔接台阶高度（即锯齿形的齿高）最小。此高度一般要求为 10cm，最大不应超过15cm。5）周边眼而言，装药集中度（装药密度）和装药系数相矛盾时，怎么算单孔装药量名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 11 页 - - - - - - - - -