隧道爆破设计施工方案.docx

1、隧道爆破设计施工方案朝凌客专TJ-1标隧道爆破设计施工方案1、编制依据和原则1.1编制依据1、爆破安全规程（GB-2011）；2、工程爆破理论与技术于亚伦主编；3、爆破工程施工与安全顾毅成主编；4、本单位具备的施工设备条件、施工人员状况、经济技术实力及我单位从事石方爆破施工积累的施工经验和应变能力；5、其他与本工程有关的施工、设计及验收规范。6、铁路隧道施工安全技术规程（TB10304-2009）7、高速铁路隧道工程施工技术规程（Q/CR 9604-2015）8、高速铁路隧道工程施工质量验收标准（TB 10753-2010）9、铁路隧道超前地质预报技术规程（Q/CR 9217-2015）1.2

2、编制原则严格遵守国家有关的法律法规和相关的生产、安全规程及施工范围要求，对于特殊的生产作业明确需要采取的安全措施；选用高效、先进、可靠的施工设备完成本工程。2 工程概述2.1 工程概况朝凌客专TJ-1标段里程范围起点DK418+161.28巴图营站朝阳端站线分界点DK34+000，标段长度为33.327正线公里。本标段共新建4座隧道，燕都隧道1132延米，西营子隧道3000延米，马架子隧道3472延米，巴图营隧道6200延米。均为双线隧道。京沈客专辽宁段TJ-3标TJ-3标段隧道表序号中心里程名称长度（m）备注1DIK5+434燕都隧道11322DIK15+058西营子隧道30003DIK19

3、+079马架子隧道34724DK28+920巴图营隧道6200合计138041.2.2.1.2.2自然地理特征2.1.1.地形地貌沿线地貌线路起点朝阳至长宝营子为山间盆地，这里地形平缓，多为耕地；长宝营子至标段尾为辽西北低山及剥蚀丘陵区，地形起伏，地表多被人工林地覆盖，剥蚀丘陵缓坡及河谷阶地处多为耕地。2.1.2.工程地质2.1.2.1.地层岩性沿线出露地层以中生界侏罗系及新生界第四系出露最为广泛，局部出露二叠系、奥陶系、寒武系、震旦系及太古界。沿线仅在朝阳盆地边缘的石家窝铺附近可见印支旋回侵入辉绿岩。2.1.2.2.地质构造工程走行于相对稳定的级构造单元中朝准地台的北部。中朝准地台为我国最古

4、老的地台区，初始陆核在30亿年以前即已出现，结晶基底于前17亿年固结形成。根据地质历史发展的主要构造特点，中朝准地台可划分为4 个级构造单元，朝凌联络线走行于其中的燕山台褶带及华北断坳两个二级构造单元内。2.1.2.3.不良地质采空区及压矿拟建朝凌联络线沿线煤矿及其它矿产较为丰富，铁路的建设存在占压煤炭或其它矿产资源、绕避煤矿或其它矿采空区的问题。本阶段采用收集资料、现场走访调查，采用物探、钻探等综合勘探方法，基本查清了沿线煤矿及其它矿产的分布情况。线路方案绕避了他拉皋煤矿采空区。他拉皋煤矿情况分析评价如下：他拉皋煤矿位于朝阳市龙城区他拉皋镇薛家台子村东南，根据收集资料该煤矿于上世纪90年代末

5、开始开采，为他拉皋一带较大的煤矿。由于采空区塌陷，矿区东南侧山体距京沈线约700m处出现大面积坍陷开裂现象，山体地表裂缝宽度可达23m。调查显示目前该矿未见越界开采现象。采空区域距离拟建线位大于1km，线位已绕避，根据物探探查结果，经过钻孔验证查明线位附近无采空区影响。崩塌、落石线路所经低山丘陵区局部存在崩塌、落石等不良地质现象。厚层岩体被构造节理切割成块径大小不一的岩块，失稳后沿节理崩落而产生崩塌、落石。危岩及崩落的岩块多滚落于沟谷底部，少量残留在斜坡表面，对铁路形成危害。由于地质构造运动比较强烈、频繁、复杂，岩体破碎，节理发育，受风化剥蚀等作用，容易造成陡壁岩石崩塌,山体的阳坡常易形成危石

6、或孤石。岩溶沿线震旦系、寒武系及奥陶系地质中含白云岩、灰岩及白云质灰岩，局部发育有岩溶溶洞并可能局部含水，对隧道工程有一定的不良影响，设计施工需采取必要的措施。隧道地段需要对基底进行探测，查明岩溶发育位置，并采取相应的处理措施。DIK14+060DIK16+340发现岩溶段落，长度2280m，地层岩性为灰岩，岩溶弱发育，涉及工点为西营子隧道。2.1.2.4.其他工程地质问题季节性冻害（1）本项目位于寒冷地区，设计采用了防冻胀措施。（2）火山岩的不均匀风化沿线分布有安山岩及多期侵入花岗岩，岩性复杂，软硬不均，风化不均，完整岩层中夹有软弱夹层，遇水易软化形成松散砂土体，工程性质差。2.1.3.水文

7、地质线路所经地区为辽河流域，地表水系主要为大凌河水系和沿海水系。河流主要有大凌河。大凌河是辽宁省西部最大河流，呈西东向，其特点为水力坡度大，河岸曲折，旱季枯水期流量较小甚至断流，雨季丰水期水位暴涨多激流。大凌河流域北与老哈河、教来河相邻，以努鲁尔虎山为界；南与小凌河、六股河相邻，以松岭为界；东邻绕阳河，以医巫闾山为界；西邻滦河支流表龙河。大凌河流域的支流多集中于左岩岸，较大支流有老虎山河、凉水河子河、牤牛河及西河。沿线地下水主要有第四系孔隙潜水和基岩裂隙水。2.1.4.气象条件 线路走行于燕山辽东山东半岛暖温带亚湿润季风性大陆气候区与松辽中温带亚湿润季风气候区、松辽上游中温带亚干旱季风气候区的

8、过度地带。主要特点是四季分明：春季干旱，气温回升快，昼夜温差大，干旱多风沙；夏季炎热多雨，酷暑炎热，降水集中，形成雨热同季；秋季天高气爽，冷暖适宜，光照充足；冬季寒冷干燥漫长，日照时间长。2.1.5.地震根据国家标准中国地震动参数区划图GB18306-2015附录A，沿线地震动峰值加速度段落划分见表：沿线地震动峰值加速度里 程地震动峰值加速度地震基本烈度备 注DIK4+868DIK6+0000.1gDIK13+558DIK16+5580.1gDIK17+343DIK20+8150.1gDK25+820DK30+0200.05 g3 爆破方案3.1明洞开挖爆破方案明洞即为隧道的进出口明挖段。根据

9、明洞开挖特点、地面高程以及开挖高度，采用机械配合浅眼爆破施工。浅眼爆破：直径小于75mm，深度小于5m的钻孔爆破。台阶高度一般不超过5m。距离居民区爆破可适当减少装药量，分多次小型爆破，必要时采用机械开挖。3.2 隧道开挖爆破方案 本标段隧道围岩为级围岩，其中以级围岩为主。根据工程特点，。洞口段应尽量采用挖机配合人工（丁字镐、风镐）开挖，个别孤石和少量硬质岩段采取风钻打眼、微药量解体，风镐修凿轮廓，当确需爆破时采用减震控制爆破技术，严格控制装药量及进尺。隧道正洞开挖方法为：明洞段采用明挖法；级、级围岩采用全断面法;级围岩采用台阶法；级围岩采用三台阶法。辅助坑道开挖方法为: 级、级围岩采用全断面

10、法; 级围岩采用台阶法; 级围岩采用短台阶法。软弱围岩围岩隧道IV、V级地段采用台阶法施工时，应当符合以下规定：上台阶每循环开挖支护进尺V级围岩不应大于1榀钢架间距，IV级围岩不得大于2榀钢架间距。边墙每循环开挖支护进尺不得大于2榀。仰拱开挖前必须完成钢架锁脚锚杆，每循环开挖进尺不得大于3m。隧道开挖后初期支护应及时施作封闭成环，IV、V级围岩封闭位置距离掌子面不得大于35m。4 爆破设计4.1明洞爆破设计4.1.1钻孔机具根据明洞口的开挖高度以及现有机械设备，明洞口钻孔机具为YT28型凿岩机，钻头直径为3840mm。4.1.2浅眼爆破参数设计（1）钻孔直径：d=40mm。（2）台阶高度：H5

11、 m。（3）钻孔倾角：090。（4）炮眼深度L L=（1.11.15）H （坚硬岩石） L=1.0H （中等坚硬岩石） L=（0.850.95）H （松软岩石）（5）最小抵抗线: 式1 W=d(7.85/qm)1/2=1.25 m 式中：d钻孔直径，dm；0.4 dm 装药密度，g/mL；1 深孔装药系数。=0.70.8 取0.7 q单位炸药消耗量，kg/m3； m炮孔密集系数（即孔距与排距之比），一般m=1.21.5。 式2 W=（0.50.9）H在坚硬难爆的岩体中，或台阶高度H较高时，计算时应取较小的系数。（6）孔间距：a=(1.02.0) W a=(0.51.0)L（7）排距: b=(0

12、.81.2) W（8）单位炸药消耗量q q=（0.20.6） kg/m3单位炸药消耗量要根据试爆后调整，试爆时取小值。（9）单孔药量: 式1 Q=eqW3 式2 Q=eqv=eqHWa e换算系数，若采用乳化炸药e=1.08（10）超钻视实际情况而定，h=（0.10.15）H（11）堵塞长度 L堵=L-L药 但同时应满足L堵W这样做的目的是保证爆破不在炮口方向产生飞石。（12）浅孔爆破主要参数表4.1 浅孔爆破主要参数孔径dmm台阶高Hm孔深Lm抵抗线Wm孔间距am排间距bm堵塞L堵m装药量Qkg单耗qkg/m34011.10.81.20.80.8 0.52 0.5401.51.6511.41

13、1 0.91 0.44022.21.21.81.21.21.40 0.3402.52.751.321.31.3 1.76 0.254033.31.321.31.32.11 0.25403.53.851.321.31.3 2.46 0.254044.41.52.21.51.53.14 0.22404.54.951.52.21.51.53.53 0.224055.51.52.21.51.53.92 0.224.2隧道爆破设计4.2.1钻孔机具隧道钻孔设备采用YT28型气腿式凿岩机。钻头直径为3840mm。4.2.2爆破参数设计4.2.2.1炮孔布置（一）掏槽眼（1）布置掏槽眼原则：掏槽眼位置一般应

14、布置在开挖断面的中部或中下部；炮眼方向，在岩层层理明显时，应尽量垂直于岩层的层理面；小型断面的掏槽眼数一般为46个，大型断面要根据开挖方式的不同确定掏槽眼的部位和数量。（2）掏槽方式级围岩采用斜眼掏槽，级围岩采用垂直、斜眼或混合式掏槽，掏槽眼比其它眼深20cm。垂直眼掏槽掏槽眼方向均垂直于隧道开挖工作面，而且互相保持平行。垂直眼掏槽适用范围较广，炮眼布置或眼数可根据岩石性质的变化进行调整，钻眼深度不受断面尺寸的限制，与各类倾斜眼掏槽比较易于取得较深的循环进尺。钻眼工作互相干扰少，有利于多台凿岩机平行作业。但垂直眼掏槽需要布置一至数个不装药的空眼（图4.1），作为装药浅眼爆破时的自由面，使掏槽眼

15、数量有所增加，而且对钻眼质量要求较高，各钻眼应保持平行，眼底落在同一平面上。在隧道掘进中，爆破时采用眼底起爆并使用毫秒雷管引爆，能够获得良好的爆破效果。复式楔形掏槽在大断面隧道掘进中，为了加大掏槽深度，可以采用双层、三层或四层楔形掏槽眼，称为复式（或多层）楔形掏槽。每对掏槽眼呈完全对称形（如图4.2所示）或近似对称形（如图4.3所示）。每对掏槽眼由浅变深，与工作面的夹角则由小变大。掏槽眼与工作面的夹角称为爆破角。爆破角和掏槽眼深度的互相关系，应使以每个孔底所作的垂线，恰好落在巷道两壁与工作面相交的自由面上。深掏槽眼孔底的垂直线也必须落在平巷或隧道内，与已爆出来的工作面相交。如图4.2 所示，在

16、每一掏槽眼孔底所作的垂直线h必须与巷道断面LR相交（前一个掏槽的眼底在该面上）。就是说，h0与L0R0相交，h1与L1R1相交，h2与L2R2相交。为保证复式楔形掏槽取得良好的爆破效果，应尽量减小钻眼的偏差并采用毫秒延期雷管爆破。如果各楔形炮眼作为一个整体逐个起爆，那么每个楔形掏槽眼的延期时间以50ms为合理。如果按图4.2所示的对称方式爆破，那么爆下的岩石不是从掏槽中直接崩出，而是抛向垂直于炮眼的方向，该处爆轰气体正在起着作用。若各段间隔时间过短，则后爆炮眼没有足够空间膨胀。实践表明，对一般楔形掏槽，内部各对楔形掏槽眼之间延期时间应为100ms左右。4.2 三层楔形掏槽眼示意图（图中h0、h

17、1、h2均为炮孔底至自由面的垂直线）4.3四层楔形掏槽眼示意图（图中012表示起爆顺序）（二）周边眼和辅助眼周边眼通常布置在距开挖断面边缘0.2m 左右处，周边眼的眼底要朝隧道轮廓线方向倾斜，当隧道穿过的岩体坚硬时，眼底可达到或稍稍超出轮廓线位置；岩体中等坚固时，眼底距轮廓线约0.1m，在松软岩体中，炮眼不必倾斜，眼底距轮廓线的距离与眼口处相同。周边眼之间的距离约为0.61m，拱形隧道的转角处，炮眼要密一些，眼间距取小值。周边孔采用光面爆破时，光爆孔（周边孔）的布置要形成平整光滑的轮廓面，光爆孔间距a光一般都选取的较小，考虑到围岩为IV、V级围岩，取a光 =0.4m，光爆孔的最小抵抗线w光=0

18、.6m。考虑到围岩为级围岩时光面爆破选用周边眼间距为0.6m 左右，最小抵抗线为0.80.9，此时炮孔密集系数为m0.8。辅助眼要根据设计的炮眼数目，均匀地布置在掏槽眼与周边眼之间的范围内，钻眼方向则垂直于隧道开挖面。4.2.2.2炮眼数量、深度（一）工作面炮眼数目N N=3.3（fS2）1/3式中： N 炮眼数目，个； f岩石坚固性系数； S隧道掘进断面，m2；在实际施工中，布置工作面炮眼数时，还应考虑炸药性能、药卷直径和炮眼深度的影响。（二）炮眼深度炮眼深度由掘进循环时间，施工技术水平及设备能力来决定。掏槽眼比周边眼或辅助眼要深10%20%，这样能提高爆破效果并保持新工作面平整。4.2.2

19、.3炮孔的装药量设计（一）炮眼的装药量每个炮眼的装药量可按下式计算，即： Q单=L 式中：Q单炮眼的装药量，kg； L眼深，m； 炮眼装药系数，见表4.1； 每米长度炸药量，kg/m。表4.2 装药系数炮眼名称岩石f系数1020108563412掏槽眼0.80.70.650.60.550.5辅助眼0.70.60.550.50.450.4周边眼0.750.650.60.550.450.4（二）单位炸药消耗量q隧道开挖每立方米岩石的炸药消耗量q与岩石性质和隧道面积有关，大约在0.8 2.4kg/m3范围内。本设计取0.9 kg/m3。（三）每循环炸药量Q Q=qV=qSL 式中：Q每一循环炸药量，

20、kg； q单位炸药消耗量，kg/m3； S隧道掘进面积，m2 L炮眼深度m； 炮眼利用率，一般取0.80.95。1、掏槽孔装药掏槽孔为直眼掏槽时，中间孔为空孔，一般不装药，为确保掏槽抛碴，可在底部少量装药，最后起爆抛槽渣。2、掘进及底板孔装药掘进眼、内圈眼及底板眼的装药量按下式计算： qKaWL（Kg） 式中 q单眼装药量，kg； K单位炸药消耗量，参考其它类似工程统计数据，这里选取0.471.2kg/m3之间； a炮眼间距，m; W炮眼爆破方向的抵抗线，m； L炮眼深度，m； 炮眼所在部位系数，参考表4.3选取。表4.3炮眼所在部位值 炮眼部位掏槽炮眼扩槽炮眼掘进槽下掘进槽侧掘进槽上内圈炮眼

21、二台炮眼底板炮眼值231.51.01.210.81.00.50.81.21.51.52.03、周边孔装药周边孔采用不耦合间隔装药，为实现间隔装药，使药卷居中在孔内，采取预先加工周边孔药串的办法，按设计将药卷用传爆线串联在竹片上，让药串架空居中于钻孔中心。周边眼孔数经验计算式如下： 间距：E（812）d（d为炮眼直径），cm; 抵抗线：W（0.51.5）E，cm; 线装药密度：q=0.040.19Kg/m。4.2.2.4炮孔填塞隧道爆破采用有堵塞爆破，填塞物采用炮泥，其材料为黄泥加沙比例为3：1，用木质炮棍把炮泥将所有装药孔填塞紧实，堵塞长度不小于30cm。5爆破器材选择5.1明洞开挖爆破器材选

22、择5.1.1炸药品种使用乳化炸药，该炸药具有防水功能，但价格昂贵，主要在中深孔爆破及浅眼爆破炮孔有水时使用。5.1.2起爆器材（1）非电导爆管雷管明洞掘进时使用，安全方便，操作简单，本工程使用数量最大，也是国家推广使用的爆破器材。（2）导爆索主要在光面爆破时使用。（3）非电毫秒导爆管雷管激发爆破网络时使用。一般采用即发MS1-MS15。5.2隧道开挖爆破器材选择掏槽眼、掘进眼选用32mm乳化炸药；周边眼选用小直径32mm乳化炸药。起爆雷管采用相邻两段间爆破间隔时间大于50ms的微差非电毫秒雷管，以减少振动波的叠加而不产生较大的振动。根据施工中常用的爆破器材，本工程隧道选用表5.1中爆破器材。表

23、5.1本工程隧道爆破器材使用情况表爆破器材名称规 格用 途雷管115段非电毫秒雷管掘进和传爆炸药乳化炸药爆速38004000m/s直径32mm掘 进2#岩石小药卷，直径25mm起爆、光爆传爆线6500m/s导爆索传爆、光爆6爆破器材使用6.1单次爆破总炸药量本工程明洞、隧道爆破开挖工程周围环境不复杂，在现场条件具备时应尽量减少爆破次数，同时又要尽可能地降低每次爆破对周围环境的影响。在爆破规模和对环境影响两者之间寻求一个平衡点，根据现场实际情况以及以往工程施工经验，单次总爆破药量明洞及隧道爆破开挖控制在0.5t以内。6.2工程爆破总药量明洞及隧道开挖爆破需要炸要量按下式计算： Q= qV 式中

24、Q隧道开挖炸药总需要量，Kg； q隧道开挖爆破单位体积岩石的炸药消耗量，Kg/m3，本工程q取值为0.9Kg/m； V隧道开挖体积，m3。则 Q= qV = 0.955000=495000Kg=49.5 t本工程总炸药需要量约为49.5t。7爆破网络7.1爆破网络设计7.1.1光面爆破光面爆破施工工艺流程隧道周边采用光面爆破，以确保开挖轮廓平整圆顺，其光面爆破施工工艺流程见图光面爆破施工工艺流程图光面爆破参数为减轻爆破对围岩的扰动，周边眼采用25小直径光爆药卷。光面爆破参数表参数岩石种类饱和单轴抗压极限强度Rb(MPa)装药不偶和系数D周边眼间距E(cm)周边眼最小抵抗线W(cm)相对距E/W

25、周边眼装药集中度q(Kg/m)硬岩601.251.5557070850.81.00.300.35中硬岩30601.52.00456060750.81.00.200.30软岩302.002.50305040600.50.80.070.15装药结构周边光面爆破孔采用导爆索、竹片把25药卷绑扎成炸药串装入孔中，孔口用炮泥堵塞长度不小于20cm。实践证明这种装药结构比单用25药卷光爆效果好。光面爆破质量标准爆破后围岩面基本平整圆顺，围岩的半孔保存率，坚硬岩石85%，中硬岩石60%，软岩50%。围岩错台在10cm以下。而且炮孔周围无明显的爆破裂纹，也无被爆破松动的岩石。7.1.2炮孔布置明洞爆破采用浅眼

26、爆破的爆破方法，可采用水平或垂直炮孔，图7.1所示为垂直台阶要素，炮孔布置如图7.2所示。7.1.3爆破网络本工程明洞口爆破量小，爆区采用毫秒非电导爆雷管。孔内分段、孔外一把抓的方法，孔外每20个孔抓为一把。7.2隧道掘进爆破网络设计隧道掘进对于级围岩采用全断面法爆破施工；对于级围岩采用台阶法爆破施工。隧道爆破采用塑料导爆管非电毫秒起爆网络。为确保网络安全、准爆，多采用孔内外微差的复合式起爆网络。本隧道起爆网络设计采用孔内毫秒起爆网络和孔外接力网络相结合的形式进行设计。1、根据孔内起爆顺序将导爆管雷管的不同段别按照顺序装入各炮孔内，进行爆破。2、当炮孔同一段数量太多，单发雷管无法连接时，可通过

27、孔外传爆雷管的串、并联及搭接，组成孔外接力起爆网络。起爆顺序为：掏槽眼掘进眼内圈眼周边眼底板眼。7.2.1全断面掘进爆破网络设计级围岩全断面掘进爆破网络设计如下图所示：级围岩光面爆破炮眼布置图级围岩光面爆破起爆网络图7.2.1台阶法掘进爆破网络设计级围岩台阶法掘进爆破网络设计如下图所示：8爆破安全校核8.1爆破飞石安全校核明洞洞口爆破开挖个别飞石最小安全距离按下式进行计算。 式中 Rf个别飞石最小距离，m； D炮孔直径，cm。本工程D=4cm，所以Rf=63m。国家爆破安全规程要求，浅眼爆破安全警戒距离不小于300m。爆破警戒距离按300m设置。出口及进洞20m以内部分按照露天岩土爆破中浅孔爆

28、破法中对个别飞散物的最小安全允许距离300m控制。进洞20m以上至100m做好洞口方向300m安全警戒。在开挖隧道洞口处，采取有效措施防止个别飞石对附近人员、建筑物造成损害。8.2爆破地振波安全校核爆破地振波安全校核按下式进行： R =（K/V）1/aQ1/3 式中： R爆破振动安全允许距离，m； Q炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大一段药量，kg； V保护对象所在地质点振动安全允许速度， cm/s； K、a与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，可按照表8.1选取。本工程开挖岩体以中硬岩石为主，取K为200，a为1.65。表8.1爆区不同岩性的K、a值 岩性Ka坚硬岩石501501.31.5中硬岩石1502501.51.8软岩石2503001.82.0根据爆破安全规程及爆破区周围建（构）筑物的实际情况，取民房的允许安全振动速度为2cm/s。爆破点距建（构）筑物不同距离时，按表8.2控制最大单段药量。表8.2 爆破点距建（构