南道高速三泉隧道爆破设计.docx
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南道高速三泉隧道爆破设计
南道高速三泉隧道爆破设计
院（系）矿业与环境工程学院
专业班级地下工程与隧道施工技术121班
学生姓名学号
指导教师陆春昌、张恩正
目录
第一章工程概况3
1.1技术标准3
1.2地理位置、地形地貌4
1.3气象、水文4
1.4隧道规模5
1.5地下水水质类型及腐蚀性5
1.6场地稳定性评价及围岩分级、分布6
第二章隧道施工及掘进施工工艺7
2.1爆破设计说明7
2.1.1爆破参数的确定7
1.钻眼直径（D）的选择7
2.不耦合系数K7
3.周边眼间距a8
4.装药结构8
2.1.2、光面爆破的炮眼深度L8
2.1.3.根据工期采用如下公式：
9
2.1.4根据岩石的坚硬程度决定炮眼深度可按下式计算：
9
2.1.5雷管的选择9
2.1.6装药量Q′9
1.光面爆破每个炮眼的装药量可按下式确定：
9
2、装药密度ql10
2.1.7光面爆破炮眼数目N的计算10
2.1.8掏槽眼、铺助眼和底眼数目N210
2.1.9工作面炮眼总数N11
2.2钻眼要求11
2.3导爆管爆破网路连接11
2.4安全施工措施11
第三章灾害防治技术12
3.1岩溶危害12
3.2地温评价12
3.3隧道涌水量预测13
3.4隧道建设对地表生态的影响13
3.5防排水设计14
3.5.1洞口截排水14
3.5.2洞身防排水15
3.5.3堵水15
3.6溶洞的处理16
3.6.1.1发育规模较小溶洞的处治16
3.6.1.2发育规模较大溶洞的处治16
3.6.2溶洞水的处理16
3.6.3.1探水及防突水突泥措施17
3.6.3.2注浆堵水17
3.7监控量测19
第四章辅助作业20
4.1隧道施工场地、便道布置和弃渣方案20
4.1.1天然筑路材料及施工用水电、施工便道20
4.2隧道施工场地21
4.3弃渣方案21
4.4环境保护设计21
4.5隧道运营管理注意事项22
隧道弃渣场设计图：
22
隧道场地布置图：
24
第一章工程概况
1.1技术标准
（1）公路等级：
双向四车道高速公路
（2）隧道设计速度：
80km/h
（3）隧道建筑限界：
1）隧道主洞建筑限界见下表1
表1主洞建筑限界
设计速度
项目
净宽（m）
净高（m）
行车道（m）
侧向宽度（m）
80km/h
主洞
10.25
5.00
3.75x2
0.5/0.75
2）隧道车、人行横通道建筑限界见表2。
表2紧急停车带及横通道建筑限界
名称
净宽（m）
净高（m）
加宽带（m）
紧急停车带
13.00
5.0
3.5（含侧向宽度0.75m）
车行横通道
6.5
5.0
/
人行横通道
2.0
2.5
/
3）隧道路面横埤：
单向坡2％。
（直线段）
4）隧道内最大纵坡：
±3％人最小纵坡：
±037％
5）设计荷载：
公路一I级
6）隧道防水等级：
二级；二次衬砌混凝土抗渗等级不小于P6。
1.2地理位置、地形地貌
隧址区位于重庆市南川区三泉镇境内，进洞口位于三泉镇石门沟沟口处，沟底有乡村公路与省道S104相通，距离约200m，交通便利；出洞口位于三泉镇半河乡天生桥北约50m，有简易公路与省道S104相通，交通较为便利。
洞身段无公路与外相通，交通不便。
区内地形地貌主要属中山、低中山地貌，以构造作用为主，具有强烈的剥蚀、溶蚀切割作用和部分冰川刨蚀作用，按构造形式分类为褶皱山，受肖家沟水库横向切割影响，调查区地形大致分为南北两部分，南北部分别以中心处"轿子顶"和"赵家庙"为最高点，标高分别为1171.6mm和1504.3mm，两部分山体受构造和地层影响，山脊、沟谷走向与构造形迹一致，为北东向，南北沟谷底部海拔标高分别为567〜626m，580〜690m，相对高差924〜545m。
区内山峰巍峨险峻，坡陡谷深，地形起伏大，河流切割强烈，沟谷多成”V”字型深谷，沟谷两侧地形陡峭，斜坡坡度一般在55°以上，并多呈陡崖状。
区内碳酸盐岩地层岩溶发育，局部岩溶强烈发育，形成溶蚀洼地、落水洞、溶洞及地下暗河等岩溶地貌特征。
隨道进洞口位石门沟左侧山坡坡脚处，自然边坡斜坡坡向约339°，坡脚下缓上陡，间有缓坡平台，坡角下部15〜25°，上部38〜41°。
坡面植被较发肓，以灌木、杂萆为主，杂有灌木，缓坡平台处多已垦为耕地。
隧道出洞口位于天星沟右岸斜坡中下部，自然边坡总体坡向约148°，坡角约57°，坡脚处为陡坎，坡面植被发育，主要为灌木和杂草。
由于天星沟有转折，两洞之间地形微凹，左线出口处坡向约165°，坡角约58°；右线出口处坡向约147°，坡角约52°。
1.3气象、水文
据流域内南川市气象站实测资料统计〔1958年〜1999年）：
多年平均降雨量1159.8mm；多年平均气温16.5
，极端最高气温39.8
〔1972年8月26日）；极端最低气温-5.3
〔1975年12月2日），年平均相对湿度81%。
人多年平均风速0.9m/s，多年平均最大风速12.0m/s，多年最大风速17.7m/5；多年平均雾日34.2天，多年平均无霜期356天；多年平均日照1269.9h；历年降雪最早初日为11月22日，最晚终日为4月4曰。
调查区属长江水系乌江流域，区内雨量充沛，地表水较丰富，南侧有龙岩江，北侧有鱼泉河，中部偏北西有肖家沟水库，区内形成了各自以其为最低侵蚀基准面的地表水单元。
肖家沟水库：
坝高680.5m，库水面积约0.42平方公里，最高蓄水位677.3m最低蓄水位635.00m，一般蓄水位670.0m，高处隧道设计标高。
通过本次调査，水库水向三泉隧道渗流的可能性小，因为与隧道之间隔着湄潭组的页岩。
三泉随道属于龙岩江地表水单元，隧道进出口外及附近主要的地表水为龙岩江及其支沟石门沟和空溪河。
龙岩江：
为乌江一级支流鸭江支流，发源于金佛山北西麓风吹岭大河沟一带，向西北经半河、三泉、东胜、北固，沿途汇聚众多溪沟，最后汇入鸭江。
调査区内龙岩江河床平均宽20〜30米，长年流水，调查时流量约11.4m3/s（2012.5.29大雨），平均水深03〜1m，河床比降为1〜6%。
，最高水位变动高度约3m。
隧道位于龙岩江右侧，进口距龙岩江干流约473m，出口约162m，洞身段与其大致平行。
石门沟：
位于隧道进口外，为龙岩江支流。
沟谷宽50〜100m，季节性流水，流量小，旱季断流。
隧道附近经人工改造为地下暗渠，勘察时水面高程586.95m流量约20/s。
据访问，最高洪水位约2m，相应高程为588.45m。
空溪河：
位于隨道出口右侧约30m，为龙岩江支流。
沟谷宽8〜20m，长年有细小溪流，勘察时流量约8.5L/s。
据访问，最高洪水位约1.8m相应高程为517.30—618.00m。
冲沟溪流：
麦阴槽沟等沖沟为龙岩江和天星沟支毛沟，一般无水，雨季有细小溪流。
1.4隧道规模
三泉隨道总长3450.5m（折算为左右洞平均值：
），为特长隧道，分布情况见表4。
表4隧道一览表
序号
隧道名称
起讫桩号
隧道长度（m）
备注
1
三泉隧道
左洞ZK5+050〜ZK8+495
3445
右洞K5+020〜K8+476
3456
1.5地下水水质类型及腐蚀性
水质分析试验报告结果表明，隧址区内地下水化学类型为
、
、
、
型水。
根据《公路工程地质勘察规范》JTJC20-2011附录K环境水对砼腐蚀评价标准判定：
地表水及地下水对砼结晶类、分解类、结晶分解复合类腐蚀性为微腐蚀性。
表5水质分析结果表
水样编号
项目
（麦阴槽汇于龙岩河附近）
（出口）
评价标准
评价结论
PH值
7.59
7.87
>6.5
根据《公路工程地质勘察规范》JTJC20-2011附录判定，隧址区地下水对砼物微腐蚀。
（mg/l）
41.82
16.73
+
（
类环境）
（mg/l）
100.49
104.43
（mg/l）
441.39
324.55
>1.0
（mg/l）
11.79
4.91
5
<500
+
+
<2000（
类环境）
I
（mg/l）
64.7
80.28
（mg/l）
0.6
0.9
（mg/l）
1.00
1.00
侵蚀性CO2（mg/l）
0
0
<15
施工过程中应采集地下水，进行水质分析，以明确地下水是否存在腐蚀性。
1.6场地稳定性评价及围岩分级、分布
根据区域地质资料和勘察资料综合分析：
隧道区场地范围内未发现影响场地稳定的活动断裂构造，无影响隧道稳定的滑坡、泥石流、崩塌等大的不良地质现象，洞身岩土体整体稳定，地层分布连续，区域地质稳定性较好，适宜隧道建设。
隧道洞身段围岩以V、IV、III级为主，具体围岩分级与分布见表6。
表6三泉隧道围岩级别划分表
起起止桩号
长度（m）
石岩性
围岩分级指标
围岩级别
KV
RC
K1
K2
K3
BQ
ZK5+050-ZK5+180
130
灰岩
0.63
33.4
0.5
0.3
0
268
IV
ZK5+020-ZK5+150
130
ZK5+180-ZK5+275
95
灰岩夹页岩
0.53
18.5
0.5
0.3
0
198
V
ZK5+150-ZK5+240
90
ZK5+275-ZK5+363
88
灰岩夹页岩
0.70
18.5
0.1
0.3
0
281
IV
ZK5+240-ZK5+371
131
ZK5+363-ZK+549
186
白云岩
0.73
40.6
0.1
0.3
0
354
III
ZK5+371-ZK5+537
166
第二章隧道施工及掘进施工工艺
由于该工程区内地形地貌主要属中山、低中山地貌，以构造作用为主，据地质调绘及钻孔揭露，隧址区地层主要为第四系残坡积层、寒武系上统后坝组、奥陶系下统桐梓组和红花园组，总体以灰岩为主，所以采用光面爆破技术进行掘进。
即沿开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药，在主爆区之后气爆，以形成平整轮廊面的爆破作业。
施工流程为：
测量布眼——钻眼——清孔——装药——堵塞——连接起爆网路——检测起爆网路——起爆——通风清渣——监测——进行下一循环操作。
由于有瓦斯起爆方法：
电力起爆法，每一循环掘进深度L=2m。
由于调查区属长江水系乌江流域，区内雨量充沛，地表水较丰富，所以该工程使用2#防水炸药（d=35mm的电雷管）。
在施工过程中，所有工作人员要严格遵守《爆破安全规程》，及当地公安机关爆破作业的有关规定，确保爆破作业的安全实施。
如有突发情况，应及时向有关安全主管部门报告，待事故处理完成确定安全后，相关人员方可进行作业。
2.1爆破设计说明
2.1.1爆破参数的确定
光面爆破参数包括炮眼间距、不耦合系数、装药结构、炮眼密集系数、最小抵抗线和装药密集系数。
1.钻眼直径（D）的选择
炮眼直径应是在相同条件下，掘进速度快、爆破质量好的孔径，同时需考虑经济因素，在施工中由实验而得，目前38mm及40mm孔径钻孔的效率较高，该工程采用40mm的炮眼。
2.不耦合系数K
K=
=
=1.14
D——炮眼直径；d——药管直径（35mm）；
3.周边眼间距a
一般周边眼间距为炮眼直径的12〜20倍，则由以下经验公式确定周边炮眼的间距：
a=（10〜20）D
由于炮眼的直径确定为40mm，则改工程炮眼间距取500mm。
4.装药结构
由于该地段穿越煤层，有瓦斯，所以采用正向装药。
即先将被动药包依次装入炮眼底，然后装入起爆药包，所有的起爆药包和雷管的聚能穴一致朝向炮眼底，最后用炮泥填满。
5.其它参数见表7：
表7光面爆破参数
岩石级别
周边眼间距a（cm）
周边眼最小抵抗线w（cm）
炮眼密集系数a/w
周边眼装药密集度q（kg/m）
级以下
50〜70
60〜80
0.7〜1.0
0.3〜0.35
〜
45〜65
50〜70
0.7〜1.0
0.2〜0.30
35〜50
45〜60
0.5〜0.8
0.07〜0.12
由于该工程穿越的岩石级别为
~
级，则改工程的爆破参数值见表8：
岩石级别
不耦合系数K
周边眼间距a（cm）
周边眼最小抵抗线w（cm）
炮眼密集系数a/w
周边眼装药密集度b（kg/m）
〜
1.14
50
60
0.8
0.25
表8
2.1.2、光面爆破的炮眼深度L
炮眼深度直接决定着每个循环的进度，也就是决定着掘进中钻眼和装岩等主要工序的工作量和完成该工序所需要的时间。
所以炮眼深度决定每班循环次数和能否实现正规循环作业的直接因素。
影响炮眼深度的主要因素有：
（1）巷道断面尺寸和掏槽方法；
（2）岩石的物理力学性质；（3）钻眼设备；（4）劳动组织和循环作业方式。
衡量炮眼深度是否合理的主要依据：
（1）炮眼利用率要高；
（2）钻眼和掘进速度要快；（3）巷道掘进成本要低。
炮眼深度应与具体施工条件相适应：
本隧道取2m。
2.1.3.根据工期采用如下公式：
L=
L总——隧道总长m;t——规定完成巷道掘进任务的时间，月；
nm——每月工作日数；nt——每日工作班数；α——炮眼利用率,一般取0.8〜0.9；
2.1.4根据岩石的坚硬程度决定炮眼深度可按下式计算：
L=fH
H——岩石的厚度；f——普式岩石坚固性系数，坚石为1.0〜1.15，次坚石为0.85〜0.95，软石为0.7〜0.9；
综合考虑得：
每一循环炮眼深度L=2m。
2.1.5雷管的选择
由于，所以该工程使用2#防水电雷管（成分为铵梯炸药，2#防水铵梯炸药的规格为:
长度为160mm,直径35mm,每卷重150g。
）
2.1.6装药量Q′
1.光面爆破每个炮眼的装药量可按下式确定：
Q′=qawL=0.66kg
q——每立方米岩石需炸药量（kg/m3）,见表9;a——周边眼间距m;
w——最小抵抗线;L——炮眼深度;
表9爆破每立方米岩石需炸药量
开挖面积
（m2）
炸药种类
岩石级别
〜
〜
〜
〜
4〜6
硝铵炸药
1.5
1.8
2.3
2.9
7〜9
硝铵炸药
1.3
1.6
2.0
2.5
10~12
硝铵炸药
1.2
1.5
1.8
2.25
13〜15
硝铵炸药
1.2
1.4
1.7
2.1
16〜20
硝铵炸药
1.1
1.3
1.6
2.0
40〜43
硝铵炸药
1.1
1.4
2、装药密度ql
ql=
=qaw=0.33kg/m
2.1.7光面爆破炮眼数目N的计算
由于光面爆破的周边眼距小，周边眼装药少，因此，根据这一特点先求出周边眼数目，然后按平均装药量原则计算出其它炮眼数目。
（1）周边炮眼数目按该式计算：
N1=
+1=43.19个。
（取整数43个。
）
BL——隧道掘进周长（隧道开挖轮廊图）；B——隧道宽度（隧道开挖轮廊图）;
a——周边眼平均间距m;
2.1.8掏槽眼、铺助眼和底眼数目N2
N2的值按以爆破所需要的总装药量减去周边眼装药量，使剩余的药量平均分配在N2内来计算。
N2=
=43.44个。
（取整数43个。
）
Q——按额定确定的一茬炮所需的总装药量kg；qL—周边眼每米装药量kg/m；
q——每立方米岩石需炸药量（kg/m3）；Q0——除周边眼以外，每个炮眼内的平均装药量kg；
Q=qsLα=56.46kg
s——掘进断面面积（见运煤隧道开挖轮廊线图）；α——炮眼利用率0.75〜0.95；
Q0=
Q1=0.54
——每个药卷的长度160mm；k——装药系数0.5（见表10）；
Q1——每个药卷的质量150g
表10装药系数值k
围岩类别
炮眼名称
、
掏槽眼
0.5
0.55
0.60
0.65〜0.80
辅助眼
0.4
0.45
0.50
0.55〜0.70
周边眼
0.4
0.45
0.55
0.60〜0.75
2.1.9工作面炮眼总数N
N=N1+N2=86个
2.2钻眼要求
要达到钻眼的“平、直、齐、准”：
1.所有周边眼应彼此平行。
2.各炮眼均应垂直于工作面。
3.如果工作面不齐，应按实际情况调整炮眼深度及装药量，力求所有炮眼底落在同一个横断面上。
4.开眼位置要准确，偏差值不大于30mm。
2.3导爆管爆破网路连接
采用串联网路。
被传爆导爆管的头通过联通与传爆导爆管的尾成串相接，就构成了串联爆破网路。
串联爆破网路的网路布置清楚，导爆管消耗量少，但接头多，只要有一个接头断开，整个网路就会在此中断传爆。
因此，在起爆前要检测线路的联通性。
2.4安全施工措施
1.严格实行瓦斯检查制度，坚持“一炮三检”制。
2.由于起爆系统会受到雷电干扰，所以提前了解起爆当日的天气情况，严禁在有雷电的时候，进行爆破施工。
3.从开始装药，即设置安全警戒，防止非作业人员进入现场。
4.对该山体上存在的危石，在施爆前必须对其进行加固处理，确定安全后方可进行爆破施工。
5.为了防止出现意外事故，爆破作业现场准备抢险材料，并在起爆前组织足够的抢险人员待命。
第三章灾害防治技术
3.1岩溶危害
隧道区内暗河及岩溶大泉主要分布于龙岩江两侧碳酸盐岩地层中，由于多数暗河系统流程较短，流域汇水面积较小，暗河水流量具有平时流量较小，暴雨后流量陡增的特点，其中对三泉隧道可能产生影响的暗河系统有三泉镇暗河系统、长滩暗河系统及隧道出口段岩溶大泉。
三处暗河常年流水，水量大，对隨道的影响大。
隧址区岩溶管道发育，地下水丰富，隧道施工可能遭遇突水突泥概率大。
因此，下述路段的施工，应避幵雨季，尽量在枯水季节施工。
（1）K5+020〜K5+800为三泉镇暗河系统影响范围内，可能发育大型岩溶管道。
〔2〕K6+400〜K+600位于"麦阴槽"槽谷底，物探显示溶隙十分发育，岩体十分破碎，易发生坍塌，施工中水量较大，地下水静储存量释放完后水量和外水压力均减小，但雨季时可能遭遇暴涨涌水夹带泥沙；
（3）K6+800〜K7+000长滩暗河管道与隧道轴线可能交叉段，暗河管道位于隧道顶部约601m处，丰水期最高水位水压力小于0.60KPa；
〔4〕K10+000〜K270段地下水位逐渐降低，外水压力从0.57KPa逐渐降低至零，该段物探显示溶隙十分发育，施工中水量较大，地下水静储存量释放完后水量和外水压力均减小，但雨季时可能遛遇暴涨涌水夹带泥沙。
地应力评价根据区域地质资料及构造形迹特征以及根据钴探未发现岩饼现象，推断隧道多为低应力，地应力对隧道无影响。
偏压评价隧道两侧未见普遍发育的软弱结构面。
因此隧道偏压作用不明显，可不采取特殊防治措施。
3.2地温评价
在隧道区及邻近无岩浆侵入体及形成的岩浆岩类，按地热增温率计算，地温在现有基础上仅升高约2〜3
，施工中加强对洞内的通风，使空气产生对流，隧道施工中不会造成热害。
有毒气体排放隧道施工无有毒有害气体长期排放，本II道穿越地层也未含有毒有害气体，因此对环境影响较小。
3.3隧道涌水量预测
本次隧道涌水预测大气降水渗入量法、地下径流模数法和泉流量汇总法预测估算，取大气降水入渗法计算结果，雨季最大涌水量46449m3山隧道分段预测涌水量见纵断面图。
3.4隧道建设对地表生态的影响
隧道入洞口处为杨柳村居民聚集区，分布大量农用田地，隧道建设中及建成后将对环境及现有交通产生一系列的影响。
〔1〕隧道进、出口边、仰坡开挖，将改变自然斜坡的稳定性。
随着幵挖的进行，原有边坡将变陡变高，形成新的人工边坡，造成自然边坡的—稳定性下降。
设计对策：
进出口均采用接长明洞的方式进洞，严格控制了边仰坡的幵挖高度，并及时作好了支挡处理措施和地面排水工作，尽量避免由于坡形改变所带来的不利影响。
（2）大量弃遒若处理不当，在暴雨的作用下可能诱发滑坡，或形成泥石流，造成水土流失、洞口及溪沟阻塞问题。
设计对策：
隧道弃潼尽量作为路基填料利用，剩余弃遒应集中堆放，并做好排水与绿化措施，有条件时应进行还耕还林。
（3）隧道进洞口下方为三泉镇居民区，洞口开挖对下方居民生产、生活影响较大。
设计对策：
隧道施工前，应合理规划施工用地，尽量少占用农田，对必须占用的农田，应及时征用，并做好补偿共；施工中严格控制爆破药量，爆破震动速度不大于12m/S，减少爆破对周边建筑、居民影响。
（4）隧道出口下方有溪沟与为龙岩河相连，施工用水、生活用水可能对龙岩河造成污染。
设计对策：
施工中应尽量减少施工及生活废水的排放，并在排入龙岩河之前，对废水进行处理，达到环保标准之后方可排入龙岩河。
（5）隧道建设过程中，将不可避免地疏干隧道区域的地下水，可能造成洞顶居民用水困难。
设计对策：
采取超前预测预报，加强隧道通过岩溶槽谷段（麦阴槽）衬砌和堵水等措施，隧道施工期间加强对地表水和隧道洞身附近地下水的监测工作。
隧址区穿越寒武系灰岩地层，岩溶较发育，岩溶形态以溶孔、溶隙、小溶洞为主，大多充填有泥砂，局部可能有较大的岩溶管道，隧道施工有可能造成地面岩溶塌陷。
设计对策：
加强超前预测预报工作，对可溶岩段采取有效的超前堵水措施后，将减少洞身段造成地面岩溶塌陷的可能性。
通过注浆堵水，可以防止地下水流失，基本可消除地表岩溶塌陷；通过地表监测，可防止洞内突水突泥后出现地表塌陷造成的人员、财产伤亡损失。
3.5防排水设计
根据隨道区的水文地质特征，确定隧道防排水的原则为：
防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理，保证隧道结构物和运营设备的正常使用和行车安全；对地表水、地下水妥善处理，洞内外形成完整通畅的防排水系统。
（1）防水：
为保证洞内行车安全，在初期支护与二次衬砌间敷设柔性防水层，二次衬砌沉降缝安设止水带，施工缝安设止水条，确保拱部、边墙、路面、设备箱洞不渗水。
为防止衬砌背后地下水顺防水层串流，在单幅防水卷材环向两边緣增加条粘层，形成分区防水卷材；为有效解决接缝（施工缝与沉降缝）的渗水问题，在二次衬砌与防水卷材之间增加双面自粘止水带，同时形成分区防水。
（2）排水：
.隧道区地下水较贫乏，对于洞内零星的散水以及不影响生态的小股状涌水以排为主，通过洞内纵向盲沟、横向排水支管、中心水沟将洞内水集中排出洞外。
〔3〕截水：
隧道洞身段无地表水沟及水体，截水措施主要是洞口设置截水沟，防止洞口工程被坡面水冲蚀，保证洞口路段良好的营运条件。
（4）堵水：
对于影响范围广、补给源长且对生态环境有影响的股状涌水地段，采用或幵挖后042小导管后注浆堵水，减轻隧道建设对地表水环境的影响。
预测隧道最大涌水量46449m3山设计考虑隧道位于灰岩地区采用了中心水沟，大于预测最大涌水量，设计排水系统能满足最大涌水量要求。
3.5.1洞口截排水
为了截排地表水，使洞口工程不被坡面水沖蚀，并保证洞口路段良好的营运条件，在洞口仰坡及边坡以外5m的适当位置设置洞外截水沟：
防止洞外雨水进入隧道。
洞口范围雨水经截、排水沟汇入路基涵洞或自然沟渠中。
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