隧道水压爆破钻爆设计方案.docx
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隧道水压爆破钻爆设计方案
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隧道水压爆破钻爆
设计方案
工程名称：
编制单位：
编制人：
审核人：
批准人：
编制日期：
年月日
施工组织设计（方案）报审表
方案名称：
项目部报审意见：
项目经理：
年月日
工程部审核情况：
审核人：
年月日
工程部领导审批意见：
审批人：
年月日
JL—A002
施工组织设计（方案）报（复）审表
工程名称：
编号：
致（监理单位）：
现报上施工组织设计（方案）（全套、部分），已经我单位上级技术负责人审查批准，请予审查和批准。
附：
施工组织设计（方案）
承包单位项目部（公章）：
项目负责人：
项目技术负责人：
年月日
专业监理工程师审查意见：
1、同意2、不同意3、按以下主要内容修改补充
专业监理工程师：
年月日
总监理工程师审查意见：
1、同意2、不同意3、按以下主要内容修改补充后
并于月日前报来。
项目监理机构：
（公章）
总监理工程师：
年月日
注：
本表由施工单位填写，一式三份，连同施工组织设计一并送项目监理机构审查。
建设、监理、施工单位各留一份。
1编制说明
1.1编制依据
（1）《中华人民共和国环境保护法》；
（2）《爆破安全规程》（GB6722-2003）；
（3）《土石方爆破施工及验收规范》（GBJ201-89）；
（4）依据本公司所具备的技术管理水平、施工能力、机械设备及类似工程施工经验；
（5）横通道设计图纸。
1.2编制原则
（1）遵循设计文件的要求，严格按设计、规范组织施工；
（2）指导思想是：
科学组织、合理投入、优质安全、快速高效、不留后患；
（3）安全第一，预防为主；
（4）文明施工，保护环境。
2工程概况
三二区间施工竖井位于三桥南路回转箱涵区域绿化带上，横通道位于三桥南路下方，与正线左右线相连，兼做区间联络通道使用。
竖井中心里程为YDK29+248，施工场地布置于区间左线北侧，占地面积约1000㎡。
竖井内净空尺寸为6x8m，井深25.5m，横通道为直墙拱形断面，开挖宽度为5.9m，开挖高度为9.2m，开挖断面为51.6㎡，联络通道长度为21.5m。
横通道位于区间正线直线段上，与右线线路90°鲽交，横通道采用三台阶法施工。
平面示意图如2-01所示。
图2-01施工竖井及联络通道结构平面图
3施工方法及作业流程
3.1施工方法
根据本区段段地质情况，以及所处的地理位置和周边环境，结合具体情况考虑，联络通道分三个台阶采用爆破法施工。
而水压爆破与常规爆破相比，除装药结构存在区别外，其余步骤几乎一致，其优势主要表现如下：
提高循环进尺；提高光面爆破效果；提高炸药利用率；减少洞碴大块率；振动速度降低，减少对周边围岩扰动；粉尘含量降低，保护作业人员身心健康。
故此，我项目采取水压爆破方式进行开挖作业。
在隧道施工过程中，须根据掘进过程中地质条件、施工环境、施工进度等各种因素来制定具体的施工方案，针对同一条隧道不是固定不变的。
当掘进过程中遇到地质构造或其它特殊的地质结构时，根据具体情况将及时制定相应的施工方法，编制详细合理的施工方案。
3.2作业流程
施工准备（校核中腰线、标定眼位）→钻孔→清孔→装药联线→警戒爆破→通风排尘→清理危岩活石→清碴（下一个循环）。
针对以上各个工序，在施工中应采取相应的管理和技术措施，精心组织施工，确保整个隧道工程的施工质量、安全和工期达到预期目标。
4爆破设计与施工
4.1设计原则
隧道爆破的效果和质量在很大程度上决定于钻眼爆破参数的选择。
除掏槽方式及其参数外，主要的钻眼爆破参数还有：
单位炸药消耗量、炮眼深度、炮眼直径、装药直径、炮眼数目等。
合理地选择这些爆破参数时，不仅要考虑掘进的条件（岩石地质和断面条件等），而且还要考虑到这些参数的相互关系及对爆破效果和质量的影响（如炮眼利用率、岩石破碎块度等）。
联络通道爆破设计时按全断面开挖进行布孔和装药，具体施工时分为3个台阶实施。
4.2爆破参数设计
4.2.1炮孔数量（2号乳化炸药，φ32mm药卷直径）
N=qs/（ηγ）
式中：
N——炮孔数量；
q——炸药单耗（kg/m³），取值1.0kg/m³；
S——开挖断面面积，为通道标准断面，取值51.6㎡；
η——装药量系数（计算装药系数），即装药长度与炮眼全长的比值，取0.45；
γ——每米药卷的炸药质量，取值0.78kg/m。
N=1×51.6/（0.45×0.78）=147个，实际施工时调整为157个。
4.2.2炮孔布置
（1）布孔技术要求
1）工作面上各类炮眼布置是“抓两头、带中间”。
即首先选择适当的掏槽方式和掏槽位置，其次是布置好周边眼，最后根据断面大小布置辅助眼和底眼。
2）掏槽眼的位置会影响岩石的抛掷距离和破碎块度，通常布置在断面的中央，并考虑到辅助眼的布置较为均匀。
3）周边眼即最外轮廓线附近的边眼，一般布置在断面轮廓线上。
但实际施工中，要看岩石的性质，如若岩石较硬可靠近或在轮廓线上布置，且向外有一定的偏角，使爆破后的周边超过设计轮廓线100mm左右；如岩石较松软可远离轮廓线100~200mm左右，使爆破后的周边不出现欠挖或超挖过多。
4）布置好周边眼和掏槽眼后，再布置辅助眼。
辅助眼是以槽腔为自由面而层层布置的，均匀地分布在被爆岩体上，并根据断面大小和形状调整好最小抵抗线和邻近系数。
（2）周边炮眼
采用经验公式和工程类比法确定：
间距：
E=（8～12）d（d为炮眼直径），抵抗线：
W=（1.0～1.5）E，装药集中度q=0.1~0.15kg/m。
（3）掏槽眼
爆破施工的关键是减小爆破振动速度，保证开挖面与周围建筑物之间岩柱的稳定。
在对隧道爆破的质点振动速度观测中发现，一般掏槽爆破在整个断面爆破中往往产生最大的地震动强度；掏槽爆破只有一个临空面，需用最大的装药密度来破碎和抛掷这部分岩石，为随后爆破的炮眼提供第二临空面。
如果对掏槽区多加注意，能在最初就提供第二临空面，便可显著地降低掏槽爆破的地震动强度。
因此，从掏槽效果及减小地震动强度等方面的综合考虑，采用双层复式楔形掏槽。
掏槽孔比辅助孔、周边孔深20cm，本设计掏槽采用三排掏槽孔楔形掏槽，排内孔距为60cm，打掏槽孔时中间掏槽孔水平内插打入，内插角分别65°、73°、82°。
上面掏槽孔斜向下向内施作，掏槽孔爆破后进行两次扩槽，减少掏槽孔单段起爆药量，达到减震效果。
（4）掘进炮眼
为降低爆破地震动强度，循环进尺根据开挖部位不同来确定，掘进炮眼深度L根据循环进尺来确定。
抵抗线W通常均小于炮眼深度，否则各个炮眼将成为各自独立的漏斗爆破，达不到理想的爆破效果。
当炮眼直径在35～42mm的范围内时，抵抗线W与炮眼深度有如下关系式：
W=（15～25）d，或W=（0.3～0.6）L
在坚硬难爆的岩体中，或炮眼较深时，应取较小的系数，反之则取较大的系数。
（5）炮孔布置图
炮孔布置如图4-01、4-02所示。
图4-01全断面开挖布孔示意图
图4-02掏槽眼示意图
4.2.3装药
（1）单眼装药量的计算
隧道爆破，炮眼所在的部位不同，所起的作用是不同的。
掏槽眼要求抛掷；掘进眼只要求松动，而在掏槽部位的两侧及其上、下部位各部分的炮眼要求又不一样，侧部要求松动，上部要求弱松动，下部要求加强松动，周边眼则要求预裂爆破，底板眼则要求用抛掷爆破的药量，否则可能底板爆破失败，所以各部位炮眼的装药量是不同的。
除周边眼之外的炮眼装药量均可按以下公式计算：
q=k×a×w×L×ё（kg）
式中q——单眼装药量（kg）；
k——炸药单耗（kg/m³），取值1.0kg/m³；
a——炮眼间距（m）；
w——炮眼爆破方向的抵抗线（m）；
L——炮眼深度（m）；
ё——炮眼部位系数（参照下表4.01）。
表4.01隧道炮眼部位系数
炮眼部位
掏槽眼炮
扩槽炮眼
内圈炮眼
底板炮眼
ё值
1.5～2
1.0～1.2
0.5～0.8
1.5～2.0
各炮孔装药量如表4.02所示。
表4.02装药参数表
部位
孔别
段别
孔径
（mm）
孔深
（m）
单孔装药量
（kg）
孔数
（个）
总药量
（kg）
装药
结构
炸药类型
上台阶
掏槽眼
1
40
1.544
1.0422
6
6.2532
连续
乳化炸药
扩槽眼
3
40
1.461
0.52596
10
5.2596
连续
乳化炸药
扩槽眼
5
40
1.414
0.53025
4
2.121
连续
乳化炸药
辅助眼
7
40
1.2
0.24
11
2.64
连续
乳化炸药
周边眼
9
40
1.2
0.12
27
3.24
间隔
乳化炸药
底板眼
7
40
1.2
0.576
5
2.88
连续
乳化炸药
中台阶
扩槽眼
3
40
1.2
0.672
6
4.032
连续
乳化炸药
扩槽眼
5
40
1.2
0.672
5
3.36
连续
乳化炸药
扩槽眼
7
40
1.2
0.672
6
4.032
辅助眼
7
40
1.2
0.2112
8
1.6896
连续
乳化炸药
底板眼
7
40
1.2
0.3648
5
1.824
连续
乳化炸药
周边眼
9
40
1.2
0.12
14
1.68
间隔
乳化炸药
下台阶
扩槽眼
3
40
1.2
0.672
6
4.032
连续
乳化炸药
扩槽眼
5
40
1.2
0.672
5
3.36
连续
乳化炸药
扩槽眼
7
40
1.2
0.672
6
4.032
连续
乳化炸药
辅助眼
7
40
1.2
0.2112
8
1.6896
连续
乳化炸药
底板眼
7
40
1.2
0.684
9
6.156
连续
乳化炸药
周边眼
9
40
1.2
0.12
16
1.92
间隔
乳化炸药
合计
157
60.201
（2）装药结构
装药采用药卷和水袋的混合装药结构。
药卷采用2号乳化炸药，药卷直径32mm，按爆破设计装药量和装药结构进行，孔内使用非电导爆管雷管制作起爆药包。
装药前必须仔细检查有无堵孔、卡孔现象，及时调整地质薄弱面和抵抗线发生变化的炮孔装药量。
装药过程中经常检查装药部位的深度，防止炸药过装引起飞石或装不到位产生上下段隔爆。
一旦发生过装，用木制的工具将多余的炸药掏出孔外或用高压水冲洗。
水袋由水袋自动封装机加工而成，在炮孔底安装第一道，炮泥封孔前安装一道，共计2道工序即形成水袋将药卷包裹的结构。
安装如下图所示。
详细见图4-03所示。
图4-03装药结构图
（3）填塞
堵塞作用使炸药在受约束条件下作充分爆炸应力提高能量利用率，因此堵塞长度不小于20cm，堵塞材料采用炮泥（砂:
粘土:
水=3:
1:
1），每节炮泥塞入后立即振捣，质量要求密实，不能有空隙和间断。
4.2.4起爆
光面爆破的分区起爆顺序为：
掏槽眼——辅助眼——底板眼——周边眼。
采用导爆管起爆系统起爆。
网路设计简单，一般不采用孔内延期方法起爆。
只要求联结牢固，簇联时一来导爆管数不超过25根。
起爆网络如图4-04所示。
图4-04起爆网络示意图
5钻爆施工
（1）测量定位
为了保证隧道断面符合要求，应严格按设计隧道断面测量，标出每一个孔位的平面位置，便于人工钻孔。
钻眼前，测量人员用红油漆准确绘出开挖面的中线和轮廓线，标出炮眼位置，其误差不得超过5cm，在直线段，可用激光准直仪控制开挖方向和开挖轮廓线。
（2）钻眼
钻工要熟悉炮眼布置图，能熟练地操作φ40风钻，特别是钻周边眼，一定要确保周边眼有准确的外插角，尽可能使两茬炮交界处台阶小于15cm，同时眼口位置及掌子面岩石的凹凸程度调整炮眼深度，以保证除掏槽眼外的炮眼底在同一个平面上。
掏槽眼采用楔形斜眼掏槽形式钻孔。
（3）清孔
用由钢筋弯制的炮钩和小于炮眼直径的高压风管输入高压风将炮眼石屑刮出和吹净。
（4）装药及堵塞
装药应按爆破设计装药量和装药结构进行，孔内使用非电导爆管雷管制作起爆药包。
装药前必须仔细检查有无堵孔、卡孔现象，及时调整地质薄弱面和抵抗线发生变化的炮孔装药量。
装药过程中经常检查装药部位的深度，防止炸药过装引起飞石或装不到位产生上下段隔爆。
一旦发生过装，用木制的工具将多余的炸药掏出孔外或用高压水冲洗。
要注意堵塞质量及保护好雷管脚线，堵塞的动作要轻，防止损坏导爆管造成拒爆。
确保堵塞长度和堵塞质量。
所有炮眼均以炮泥堵塞，堵塞长度不小于20cm。
（5）联接起爆网络
起爆采用导爆管并串联方式，为保证起爆的可靠性和准确性，联接时要注意：
导爆管不能打结和拉细；各炮眼雷管联接次数应相同；引爆雷管应用黑胶布包扎在离一簇导爆管自由端10cm以上处。
起爆顺序为：
掏槽眼→辅助眼自内向外→底板眼→周边眼，整体分为1、3、5、7、9、11段爆破，网络联好后，要专人负责检查。
（6）警戒爆破
隧道内因为三班作业，各施工点由施工班组的班组长为现场爆破负责人。
爆破负责人爆破前应对各警戒点亲自布设。
爆破现场负责人在警戒工序结束，经确认警戒区内人员、设备均已撤离警戒区，警戒人员到岗做好安全警戒后，发出第二次警报并以倒计时数秒的方式发出“起爆”命令，爆破员操纵起爆器起爆。
（7）通风排尘
起爆后及时进内洞内通风，排除洞内粉尘、CO、NO等有毒气体。
通风时间不得少于15min，方可进洞观察洞内情况。
（8）爆后检查及危岩处理
待爆破工作面烟尘和有毒有害气体的浓度降至安全范围内以后，参与验炮的人员再进行验炮工作。
在隧道内验炮前应先确认顶板及岩帮是否有危岩活石，人员应站在安全地点检查或先行处理顶帮危岩，处理危岩应使用长柄工具或长钎找掉，等消除安全隐患后，作业人员方可进入工作面施工。
当验炮人员确认爆区所有炮孔全部起爆，无爆破安全隐患后报告爆破现场指挥人员，发出第三次警报及解除警报信号，如发现盲炮应及时处理。
6爆破安全检算及风险控制措施
6.1爆破震动控制
本工程地处重庆市主城区，开挖必须遵循“弱爆破、短进尺、勤量测”的施工原则，减少对围岩的扰动，减少对周围建筑物的振动影响。
每次爆破时，都必须在重要建筑物和距起爆点最近建筑物进行振动监测，随时掌握爆破对建筑物的影响程度，以便及时调整爆破参数。
根据公式Qm=K′R³（Vkp/K）³/α，以爆源中心到振速控制点的最短距离15m，20m，30m震速控制2.0cm/s（视建筑物结构形式而定），分别计算爆破最大段允许装药量：
Qm——最大一段允许装药量kg；Vkp——震动安全速度，取2.0cm/s；
R——爆源中心到振速控制点的距离m；K——与爆破技术、地震波传播途经介质的性质有关的系数，取160；α——爆破振动衰减系数，取1.8；K′——修正系数，取1.2。
Qm1=K′R³（Vkp/K）³/α＝1.2×153×（2.0/160）3/1.8＝2.73kg
Qm2=K′R³（Vkp/K）³/α＝1.2×203×（2.0/160）3/1.8＝6.46kg
Qm3=K′R³（Vkp/K）³/α＝1.2×303×（2.0/160）3/1.8＝21.8kg
由以上计算可知爆破最大段允许装药量受爆源中心到振速控制点的最短距离影响很大，在施工中应根据爆源中心到振速控制点的最短距离，通过缩短循环进尺、增加分段段别、采用多次爆破等方式及时调整最大段允许装药量，同时根据对振速控制点的振动监测结果及实际爆破效果，及时调整爆破参数，指导施工。
爆破振动控制措施
（1）采用低威力、低爆速炸药；增加雷管段别；
（2）采用毫秒延期爆破，增强降震效果；
（3）减小爆破规模，限制单响药量及一次起爆药量；
（4）针对不同的爆破规模和爆破断面，编制相应的起爆网络。
6.2爆破飞散物的飞散距离校核及控制措施
爆破飞石是指爆破时个别或少量脱离爆堆、飞得较远的石块或碎块。
在爆破施工中，爆破飞石往往是造成人员伤亡、设备和建（构）筑物损坏的主要原因。
因此，在爆破施工中控制飞石是防止发生事故的一项重要措施。
（1）爆破飞散物的飞散距离的规定
爆破产生个别飞石的最大距离由下式确定：
Rmax=Kfqd
式中：
Rmax——爆破产生个别飞石的最大距离，m；
K——与爆破方式、填塞状况、地质地形有关的系数，取1.0~1.5；
ｑ——炸药单耗，1.1kg/m³；
d——药孔直径，取32mm。
按《爆破安全规程》规定：
浅孔爆破个别飞石对人员的安全允许距离不少于200m，对于设备不少于100m，下向乘1.5系数。
隧道开挖初期也应对隧道口附近100m范围内的建（构）筑物采取防护措施。
（2）控制爆破产生飞散物的预防措施
1）炮孔设计合理、炮孔位置测量和验收严格，是控制飞散物事故的基础。
清理工作面上松动的石块；装药前应认真校核各药包的最小抵抗线，如有变化，必须修正装药量，不准超装药量；
2）施工时慎重对待软弱带、地质构造、节理裂隙较发育的区域，采取调整孔网参数、间隔堵塞和调整药量等技术措施；
3）堵塞长度必须大于最小抵抗线，堵塞必须密实；确保堵塞质量，堵塞物中避免夹杂碎石；
4）采用低爆速炸药，不耦合装药和毫秒起爆等，可以起到控制飞散物的作用。
选择合理的延期时间；
6.3爆破冲击波及预防措施
由于本工程采用钻孔内部装药爆破，炸药的能量主要消耗在破碎岩石和转化为地震波的危害，其爆破的冲击波主要在对地下岩体爆破做功。
预防措施
（1）避免裸露爆破，一次爆破炮孔间延时不要太长，以免因延期时间过长使后响的炮孔抵抗线变小或变成裸露爆破；
（2）控制一次起爆药量，将爆破总药量均匀分布到各个爆破部位，使爆炸能量最大限度得到有效利用，将耗于爆炸冲击波的无效能量减至最小限度；
（3）严格控制最小抵抗线、方向和数值，确保堵塞长度和质量；
（4）采用毫秒微差起爆方式，在设计中要考虑避免形成波束；
（5）考虑地质异常，需采取措施。
例如断层、张开裂隙处要间隔堵塞，大裂隙处要避免过量装药；
（6）爆破时，除爆破操作人员外，其他人员应在爆破警戒线外等候。
7资源配置
7.1劳动力配备
7.1.1配备原则
（1）为满足工程的施工进度，对每个施工作业面内的作业人数进行劳动力的配备。
（2）根据各作业面内的地质条件所采取不同的施工方法和使用不同种类和数量的机具设备和人员配置来确定。
（3）各施工队在人员安排上，要做到：
重要工种（如钻眼工、爆破工等）要专职，辅助工种要一人多岗，关键岗位要定人定岗。
（4）主要工种（如爆破员、保管员、安全员、测量员、机修工、风筒工）在满足生产的前提下，可以在相邻或相近的两个施工队共同配置，交叉使用。
（5）施工场地配置一名队长和一名副队长，负责该施工场地作业期间的安全检查和质量监督，协调安排生产；各施工队的每个班组应分别配备一名班长和一名副班长。
7.1.2劳动力数量表
劳动力资源配置表见表7.01所示。
表7.01劳动力资源配置表
序号
班组
人员数量
备注
1
开挖班
24～27
每班13～15把钻、16～18人、每个作业面按1.5班配置，上下台阶法则上下台阶同时开挖
7.2钻爆材料与施工机具
7.2.1爆破器材消耗计划
当开始实施爆破后，即可对爆破参数做进一步的优化设计，并对爆破器材重新进行估算，以获得较为准确的火工器材消耗量，便于掌握材料定购和及时买进补充。
7.2.2施工机具配置
各施工点施工期间的各种主要机械设备和主要工具参见表7.02所示。
项次
机械设备名称
规格型号
计划数量
备注
1
挖掘机
CAT312
4
2
挖掘机
CAT320
2
3
装载机
ZLC50C
6
4
出碴大车
15t
15
5
空压机
20m3
12
6
农用车
5t
5
7
作业台架
6
8
喷浆车
3*PZ-7
3
9
轴流通风机
55*2Kw
2
10
风钻
YT28
140
11
发电机
250Kw
3
12
搅拌机
JS750
2
13
电焊机
BX1-500
30
14
其它小型机具
7.2.3生产效率
每循环开挖时间计划如表7.03所示。
表7.03每循环开挖时间计划表
工序
作业时间（min）
循环时间（h）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
测量放线
30
钻眼
120
装药、联线
60
通风
30
清危、初喷
60
出碴
180
打锚杆、立拱、复喷
240
8安全保证措施
8.1安全保证体系
建立健全安全生产管理机构，成立以项目经理为组长的安全生产领导小组，全面负责并领导本项目的安全生产工作。
项目实行安全生产三级管理，即：
一级管理由项目经理负责，二级管理由专职安全员负责，三级管理由领工员负责，各作业点设安全监督岗。
按照我公司颁布的《安全生产责任制》的要求，落实各级管理人员和操作人员的安全生产责任制，做到纵向到底，横向到边，各自作好本岗位的安全工作。
本项目在开工前，由项目经理部编制实施性安全技术施工组织设计，对施工危险性大、多发易发事故作业等施工项目，编制专项安全施工组织设计，认真执行安全生产“五同时”原则，采取安全技术措施，确保施工安全。
实行逐级安全技术交底制，由经理部组织有关人员对工程项目或专项进行书面详细安全技术交底，凡参加安全技术交底的人员要履行签字手续，并保存资料。
项目经理部专职工安全员要对安全技术措施的执行情况进行监督检查，并作好记录。
8.1.1安全管理机构
安全管理机构见图8-01所示。
8.2安全教育培训
（1）培训工作由综合部统一组织实施，并进行相关的实施记录。
（2）全体人员必须在上岗前进行三级安全和环保教育培训。
（3）对特种作业人员如：
爆破工、电工等，必须经过国家、地方或行业专业的培训，取得具有授权资格颁发的上岗资格证书后，才能上岗。
（4）安质部负责特种作业人员资格证书的档案和特种作业人员名册，根据资格证书的有效期限，安排培训、和换证工作，保证特种作业人员持有有效的证件上岗。
（5）对关键岗位人员包括安全员、质检员、施工员、材料员等，还应进行职业健康和环境管理体系中的重大危险源和环境因素识别控制方法等培训和风险预测和对策的培训。
（6）安质部按照培训的计划的要求组织实施，并对培训的效果做出评价。
8.3安全生产责任及检查制度
8.3.1安全生产责任制
（1）安全生产管理职责
1）在工程施工过程中，认真贯彻落实安全生产方针、政策、法规和各项规章
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