2022年隧道爆破设计 .pdf
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1、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
2、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/
3、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
4、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
5、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
6、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
7、.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
8、 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
9、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
10、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 - - - - - - - - -
11、- - - - - - - - - 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,
12、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
13、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
14、;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
15、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
16、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 81
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