隧道光面爆破施工工法.docx
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隧道光面爆破施工工法
隧道光面爆破施工工法
光面爆破施工工法
中铁十九局集团第三工程葛育松梁岩张国辉张洪敏
一、前言
在工程爆破技术中，隧道爆破占有重要位置，这不只是由于隧道爆破价钱昂贵，而更重要的是爆破成功与否，直接影响着隧道平安、支护类型及投资。
从一些事故调查中可知，隧道塌方落石所形成的人身伤亡事故，都直接或直接与隧道爆破技术有关。
迄今为止，隧道爆破在国际还没有一套较为系统的设计实际和方法，隧道光面爆破技术也未失掉鼎力推行和运用，因此进一步提高和开展隧道爆破技术意义严重。
我单位不时把隧道光面爆破技术作为一项研讨课题，组织专人攻关，经过广阔技术干部几个月的不懈努力，现已掌握了石灰岩地域隧道Ⅲ级、Ⅳ级围岩光面爆破施工技术，并取得各级监理、业主、设计单位等专家的认可。
我单位承建的新建武广铁路客运专线XXTJV标坪土隧道Ⅲ级、Ⅳ级开挖均采用光面爆破法，对维护围岩、增加超挖、浪费投资具有很大意义。
坪土隧道位于广东省韶关市境内，隧道出口里程DK1904+649，出口里程DK1908+556，隧道全长1907m，隧道洞身最大埋深约115m。
该隧道主要以灰岩夹泥质灰岩为主，节理发育岩体较破碎，隧道围岩主要有Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级。
受断层的影响，岩溶发育，易形成大规模涌泥、涌水和突水。
二、工法特点
采用光面爆破对周围岩石扰动小，可以有效控制〝超、欠挖〞，施工质量可以失掉很好的控制，满足设计及验收规范的要求。
施工工艺完善、简便。
采用本工法施工进度动摇。
三、适用的范围条件
本工法适用于石灰岩地域隧道开挖施工。
主要围岩级别为Ⅲ级、Ⅳ级。
岩质主要为：
下伏石炭系下统灰岩、角砾状灰岩局部夹有炭质页岩、灰岩夹泥质灰岩、下伏石炭系下统石蹬子组灰岩、弱风化；石炭系下统岩关阶灰岩、下伏石炭系下统灰岩、泥质条带灰岩、钙质页岩、粉砂岩和石英砂岩。
四、施工工艺流程
〔一〕施工工艺原理
施工中主要采用的开挖施工方法为爆破法开挖，爆破施工进程中严厉控制装药量，增加炮轰波对围岩的扰动，到达保护围岩的目的。
采用YT28型风动凿岩机钻眼，非电毫秒雷管微差起爆。
周边眼采用φ25mm小直径药卷距离装药方式，其他炮眼采用延续装药，富水地段采用乳化防水炸药，掏槽眼采用复式楔形掏槽。
爆破资料采用1～17段非电毫秒雷管和塑料导爆管起爆，周边眼采用低爆速、低密度、高爆力、传爆性好的小直径2号岩石硝铵炸药〔φ25mm直径〕，富水地段采用乳化炸药，厂制炮泥梗塞，导爆管复式网路联接，各部一次起爆。
光面爆破受多种要素影响,包括围岩强度、全体性、节理、层理等地质要素，现场围岩地质结构千变万化，爆破参数停止现场设计静态调整。
同一类围岩经试爆取得的技术参数，做为初步依据，每一循环爆破作业都要由有阅历的爆破工程师依据上一循环爆破效果，以及本循环围岩特征停止适当调整，选择一组最正确技术参数。
上一循环是下一循环的预设计和试爆破。
〔二〕施工工艺流程图
〔三〕施工顺序
测量放样→标出孔位→钻正顶孔→钻孔→装药连线→起爆。
钻爆采用YT28型风动凿岩机，凿岩台车钻孔作业：
固定人员司钻，固定部位孔眼，严厉控制外插角和周边眼间距。
在拱部周边眼钻孔终了后，应用装药平台停止装药联线作业。
〔四〕钻孔技术要求和质量规范
1、钻孔要做到〝准、顺、平、齐〞。
准：
按周边孔参数要求，孔位要选准；
顺：
侧墙孔孔口要顺开挖轮廓线布置，使孔底均位于开挖允许的超欠范围内；
平：
各炮眼相互平行〔孔口和孔底距相等〕；
齐：
孔底要落在同一平面上，爆出的断面要划一，便于下一循环作业。
2、保证钻孔质量措施：
光爆钻孔时，由爆破设计技术员一致指挥协调举动，仔细实行定人、定位、定机、定质、定量的〝五定〞岗位责任制；分区按顺序钻孔，防止相互关扰、碰撞、拥堵；固定钻孔班，以便熟练技术，掌握规律，提高钻孔的速度和准确性。
按各断面炮孔爆破设计装药量装药联线，塑料导爆管起爆网络联接采用复式联接网路。
炮孔孔口采用炮泥梗塞，炮泥由炮泥机加工成型。
〔五〕钻爆设计
1、炮眼布置原那么
〔1〕掏槽眼：
正洞Ⅲ级围岩采用中空直眼掏槽，为保证掏槽钻眼精度，掏槽位置选择在隧道中线偏下的位置；正洞Ⅳ级围岩采用斜眼掏槽。
〔2〕周边眼：
依据光面或预裂爆破选定的周边眼间距，严厉控制外插角以增加超欠挖。
〔3〕内圈眼：
内圈眼所在位置在周边眼抵抗线的边缘，内圈眼的孔距稍大于周边眼抵抗线〔w〕。
〔4〕辅佐眼：
掘进炮眼，其炮孔间距，视岩石稳固水平、装运手腕、岩石破碎水平的要求等要素而定，普通取0.65～1.2m，岩石稳固取小值，反之取大值。
〔5〕底板眼：
底板眼沿开挖轮廓底线布置，并适当添加药量起翻碴作用，使爆落的岩碴翻松，便于装载设备装碴。
2、装药结构与梗塞
〔1〕依据不同炮眼直径和不巧合系数选择不同的药卷。
各级围岩炮眼直径和药卷直径的选择详细见后附钻爆设计图和装药参数表。
周边眼采用距离装药。
岩石很软时，可采用导爆索起爆。
〔2〕装药后用黄泥或聚氯乙烯、聚乙烯等薄膜加工的民主水袋装满水后充任炮泥放在炮孔中对炮孔停止梗塞，炮眼梗塞长度不少于30cm。
〔3〕周边眼起爆方法
采用导爆索起爆。
〔4〕起爆顺序
掏槽眼→辅佐眼→内圈眼→周边眼→底板眼。
〔Ⅲ级围岩光面爆破炮眼布置图见图1；装药结构见图2〕
图3Ⅳ级围岩正台阶开挖光面爆破炮眼布置图
光面爆破成功与否，不只取决于孔网参数的设计和装药量及结构，更重要的是布孔的正确与否和钻孔偏向的大小。
如今无论哪种类型的钻机在钻周边光爆孔时，都有2°～4°的偏角、仰角或俯角，这样实践上无法构成完整的平面，易招致超挖。
这种超挖随着一次爆破进尺加深而增大，如偏角为4°时，每进尺1m那么超挖7cm，每进尺2.5m那么超挖17.5cm。
正确做法是采用所谓的〝欠挖法〞布孔，即测量布孔时，按欠挖5cm左右布孔，这样可以最大限制地增加超挖量。
光爆孔的炸药最好采用小药卷，并按一定间距捆扎在导爆索和竹片上做成炸药串装入炮孔，通常在竹片底部捆扎1/2～1条直径32mm～35mm的药卷作为起爆药和底部装药。
在装药进程中，为了保证内圈孔爆炸时不破坏光爆孔内的药串，药串上的竹片不能显露孔口外，且内圈孔的梗塞长度不得小于炮孔间距的80％。
临近光爆孔的内圈孔装药也很重要，内圈孔所受夹制较大，在爆破中假设装药量过大，这些孔爆破时所发生的裂痕，能够扩展到最终构成的断面以外，因此对内圈孔停止细心平衡装药十分重要。
表1Ⅲ级围岩台阶光面爆破炮眼药量分配表
序号
上下
台阶
炮眼
分类
炮眼数
〔个〕
雷管
段数
〔段〕
炮眼
长度
〔m〕
炮眼装药量
每孔
药卷数
（卷/孔）
单孔
装药量
（Kg/孔）
算计
药量
（Kg）
1
上
台
阶
掏槽眼
3
1
2.5
10
1.5
4.5
2
2
3
3
13
1.95
3.9
3
3
5
3.5
15
2.25
6.75
4
辅佐眼
6
7
3.2
12
1.8
10.8
5
12
9
3.2
12
1.8
21.6
6
16
11
3.2
12
1.8
28.8
7
20
13
3.2
12
1.8
36
8
内圈眼
25
15
3.2
12
1.8
45
9
周边眼
35
17
3.2
8
1.08
37.8
10
底板眼
22
21
3.3
14
2.1
46.2
11
算计
144
241.35
12
下
半
断
面
掘进眼
16
2
3.2
13
1.95
31.2
13
16
4
3.2
13
1.95
31.2
14
15
6
3.2
13
1.95
29.25
15
14
8
3.2
13
1.95
27.3
16
7
10
3.2
13
1.95
13.65
17
周边眼
12
12
3.2
8
1.08
12.96
19
底眼
24
14
3.3
14
2.1
50.4
20
算计
104
195.96
21
总计
248
437.31
表2Ⅲ级围岩正台阶光面爆破主要经济技术目的
序号
项目
单位
数量
1
开挖断面积
m2
151.71
2
估量每循环进尺
m
3.00
3
每循环爆破石方
m3
455.13
4
炮眼总数
个
248.00
5
钻孔总数
m
713.40
6
雷管用量
发
284
7
炸药用量
Kg
437.31
8
比钻眼数
个/m2
1.63
9
比钻眼量
m/m3
1.57
10
比装药量
Kg/m3
0.96
11
单位体积岩体耗雷管量
发/m3
0.62
12
估量炮眼应用率
%
94
表3Ⅳ级围岩全段面光面爆破炮眼药量分配表
序号
台阶分类
炮眼分类
炮眼数〔个〕
雷管段数〔段〕
炮眼深度〔米〕
炮眼装药量
每孔药卷数〔卷/孔〕
单孔装药量〔Kg/孔〕
算计药量（Kg）
1
下台阶
掏槽眼
6
1
2.5
11
1.65
9.9
2
掘进眼
2
3
2.2
11
1.65
3
3
9
5
2.2
9
1.35
12.15
4
15
7
2.2
9
1.35
20.25
5
内圈眼
23
9
2.2
9
1.35
31.05
6
周边眼
35
11
2.2
6
0.9
31.5
7
底板眼
16
13
2.3
11
1.65
26.4
8
小计
108
134.25
二台阶
掘进眼
12
3
2.2
8
1.2
14.4
14
5
2.2
8
1.2
16.8
周边眼
12
11
2.2
4
0.6
7.2
底板眼
16
7
2.3
9
1.35
21.6
小计
54
60
三台阶
掘进眼
14
5
2.2
8
1.2
16.8
14
7
2.2
8
1.2
16.8
周边眼
10
11
2.2
4
0.6
6
底板眼
14
9
2.3
9
1.35
18.9
小计
52
58.5
四台阶
掘进眼
13
9
2.2
8
1.2
15.6
9
11
2.2
8
1.2
10.8
周边眼
8
15
2.2
4
0.6
4.8
底板眼
15
13
2.3
9
1.35
20.25
小计
45
51.45
算计
259
304.2
表4Ⅳ级围岩正台阶光面爆破主要经济技术目的
序号
项目
单位
数量
1
开挖断面积
m2
149.6
2
估量每循环进尺
m
2
3
每循环爆破石方
m3
299.2
4
炮眼总数
个
259
5
钻孔总数
m
573.1
6
雷管用量
发
302
7
炸药用量
Kg
304.2
8
比钻眼数
个/m2
1.73
9
比钻眼量
m/m3
1.91
10
比装药量
Kg/m3
1.02
11
单位体积岩体耗雷管量
发/m3
1.01
12
估量炮眼应用率
%
92
〔六〕施工质量控制要点
1、做好超前地质预告任务，准确判定围岩的岩性，合理设计爆破参数，为提高光面爆破效果提供前提条件。
2、钻爆作业严厉按爆破设计图停止钻眼、装药、接线和引爆。
如开挖条件出现变化需求变卦设计时，由主管技术人员确定。
3、钻眼前按设计爆破图用红油漆标出炮眼位置及开挖轮廓线，经反省契合设计要求后才可钻眼。
4、钻眼契合以下要求：
依照炮眼布置图正确钻孔；掏槽眼眼口间距误差和眼底间距误差不大于5cm；辅佐眼深度、角度按设计施工，眼口排距、行距误差均不得大于10cm；周边眼位置在设计断面轮廓线上，允许沿轮廓线调整，其误差不大于5cm，眼底不超出开挖面轮廓线10cm；内圈炮眼至周边眼的排距误差不大于5cm，炮眼深度超越2.5m时，内圈眼与周边眼以相反的斜率钻眼；当开挖面凸凹面较大时，按实践状况，调整炮眼深度，力图一切炮眼〔除掏槽眼和底眼外〕眼底在同一垂直面上；钻眼终了，按炮眼布置图停止反省，并做好记载，有不契合要求的炮眼重钻，经反省合格后，装药起爆。
5、装药分片分组，按爆破技术参数及炮孔布置规则的单孔装药量、雷管段区分〝对号入座〞。
周边眼采用不耦合装药方式，装药前将炮眼内泥浆、石粉吹洗洁净。
一切装药的炮眼均梗塞炮泥，周边眼的梗塞长度大于20cm，细心连线并反省有无漏连现象。
五、机具设备、资料〔见下表〕
序号
机具称号
型号
数量
1
风动凿岩机
YT28型
50台
2
电动空压机
20m3/min
4台
3
多功用组合式凿岩台车
自制
2台
4
侧卸式装载机
ZL-50C
1台
5
开掘机
PC300
1台
6
变压器
S9-500kVA
1台
资料
序号
爆破器材称号
规格
备注
1
2号岩石硝铵炸药
Ф25×200mm
无水地段
2
2号岩石硝铵炸药
Ф32×200mm
无水地段
3
4号抗水岩石硝铵炸药铵
Ф25×200mm
有水地段
4
RJ-2乳胶炸药
Ф32×200mm
有水地段，风枪钻眼
5
毫秒雷管
1—17段
6
导爆索
Ф5.7～6.2mm
周边眼用
7
火雷管
6#、8#工业雷管
8
塑料导爆管
Ф3.0mm
六、休息组织〔见下表〕
序号
分工
作业内容
人数
1
技术员
担任片面技术任务
1名
2
测量员
担任测量放线
2名
3
钻爆组
担任钻孔、装药、起爆
30名
4
出碴组
担任装碴、运碴
20名
5
排险组
担任排险、平安
6名
七、施工留意效果：
平安、质量、环保
〔一〕平安本卷须知
1、掘进是隧道平安控制的最重要环节，针对不同地质状况，采取合理的开挖方案，严厉控制循环进尺，选择最正确的爆破参数，确保施工平安。
2、浅埋段、破碎带地段隧道开挖要采用机械开挖结合浅孔控制爆破方法。
爆破后增强监测，依据监测和地质状况及时调整爆破参数，保证爆破平安。
不良地质隧道先治水，短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌，稳步行进。
3、装备足够的抽水设备，确保排水顺畅。
4、钻孔台车钻眼时，必需采用湿式凿岩，严禁在残眼中继续钻眼。
5、隧道爆破作业按«爆破平安规程»操作施工，洞内爆破时，必需一致指挥，一切人员应撤至不受有害气体、振动及飞石损伤的地点，平安距离大于200米。
6、爆破后必需经过通风排烟，且至少相距15分钟以上，才准平安反省人员进入任务面。
经过反省和处置确认平安后，其它施工人员才准进入任务面。
7、瞎炮处置必需设立警戒区，瞎炮必需由原爆破手按规则处置。
视状况确定详细处置方法：
将引线或电线重新接好，再行起爆，严禁打残眼；在距瞎炮0.6m处打一平行炮眼诱爆，但必需留意岩层节理状况，在打眼地点不得有连通瞎炮的裂痕；平安妥善地取出梗塞物，重装药起爆。
8、爆破器材加工，在远离洞口100m外的加工房中停止。
9、隧道掘进中，围岩量测是施工管理的主要环节。
依据不同地质采取相应的平安技术措施。
10、隧道开挖后及时停止施工支护，围岩量测数据有变或喷砼外表开裂、地表出现裂痕时，要视为风险正告信号，必需立刻通知施工人员撤离现场，待加固处置后再行施工。
〔二〕质量本卷须知
1、装药作业
〔1〕清孔:
装药前用高压风清孔，吹洁净孔内积水及碴粒。
〔2〕装药:
装药前核对雷管段数，使之与设计相符，同时按钻爆设计的装药结构及药卷规格药量装药。
装药时，药装到孔底，起爆药包用炮棍缓慢送入，防止拉雷管或破损导爆管。
〔3〕装药反省:
装药时，将雷管段数标于孔外导爆管上，由反省人员对雷管段数停止复核，确保准确无误，同时核对药卷规格及装药长度，使每孔装药契合设计要求，反省后做好记载。
〔4〕梗塞:
一切炮眼装药后，用炮泥停止梗塞，其长度为30cm。
炮泥用机械加工，用炮棍顶进，梗塞做到封孔严密。
2、爆破作业
〔1〕连结网络:
连结时尽能够接近眼孔，孔外网路尽量短，使连结划一，便于直观反省网路。
连结系统尽量短，但不拉细、打结，防止导爆管、连结块受损坏等。
每个簇联或连结块内都有引爆雷管。
〔2〕爆破及瞎炮处置:
网络连结反省合格后，撤离受爆破影响范围内一切设备和非爆破作业人员，设好防护哨、收回起爆信号后即扑灭导火索，爆破人员快速撤离停止爆破。
〔3〕钻爆效果检验
每次掘进爆破通风排烟后，值班技术和质检员即进入对钻爆效果停止反省记载。
反省记载光爆效果，炮孔应用率，平均掘进长度，碴体破碎水平，抛掷距离，围岩的损坏水平等，作为不时优化钻爆设计的依据。
〔4〕控制超欠挖措施
依据不同地段状况，选择合理的钻爆参数：
采用一炮一剖析制度，每次钻爆循环后，依据爆破震动速度，炮痕保管率、装药量、残眼深度及数量、抛碴距离、堆碴高度、岩碴块度等多方面的测量和数据对比剖析，选择合理的钻爆参数，不时优化钻爆设计。
〔三〕环保本卷须知
隧道施工均采用钻爆法开挖、爆破震动、冲击波以及设备噪声对现场施工人员都会有损害，同时会使任务效率降低，影响平安消费。
1、增强任务面的通风，降低有害气体浓度。
采用大功率的通风设备，压入式通风，将新颖空气由软风管送至任务面。
2、掌子面放炮后由专人喷洒水雾停止除尘以增加空气中的悬浮颗粒。
3、在掌子面50m范围内派专人每两小时向洞壁洒水，一方面除尘，一方面降低岩面温度，在洞内空压站处设降温循环水池，并及时用高压水补充。
降高空压机发生的热量。
4、采用毫秒雷管微差爆破技术，完成光面爆破，依据不同的地质结构及围岩级别采用不同的爆破参数，使爆破震动减到最低。
在爆破时施工人员撤离到平安中央，防止爆破冲击，到达维护目的。
5、在满足施工需求的状况下，尽量选择噪声低、震动小的施工机械，对通风机、空压机、凿岩机的操作人员配戴防声耳塞和耳罩停止团体防护，防止噪声损害施工人员的听觉，以免降低任务效率，影响平安消费。
工程实例照片
拱部光面爆破
边墙光面爆破
边墙光面爆破
拱部光面爆破
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