隧道钻爆设计方案分析.docx

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隧道钻爆设计方案分析

巴达高速BD34标

江陵（青凤）互通立交连接线

隧

道

钻

爆

设

计

方

案

巴达高速BD34标项目经理部

2013年3月1日

隧道开挖钻爆设计方案

第一节、编制依据、目的、原则

1、编制依据

（1）招投标文件及相关施工要求；

（2）隧道施工设计图及相关参考通用图；

（3）《公路隧道钻爆法施工工序及作业指南》；

（4）《爆破安全规程实施手册》；

（5）爆破安全规程（GB6722-2003）；

2、编制目的及适用范围

钻爆作业是隧道施工控制工期、保证开挖轮廓的关键。

为了充分发挥围岩的自承能力，减轻对围岩的振动破坏，隧道采用微振控制爆破技术，同时开挖面周边采用光面爆破，并根据围岩情况及时修正爆破参数，减少超欠挖，以达到最佳爆破效果，形成整齐圆顺的开挖轮廓线。

本钻爆设计适用于巴达高速BD34标段内隧道开挖Ⅳ、Ⅴ级围岩内所采用的台阶法加环形开挖预留核心土开挖法钻爆施工。

3、编制原则

（1）炮孔布置要适合人工钻孔；

（2）提高炸药能量利用率，以减少炸药用量；

（3）减少对围岩的破坏，周边采用光面爆破，控制好开挖轮廓；

（4）控制好起爆顺序，提高爆破效果；

（5）除非围岩破碎，节理发育等不良地质外，开挖断面周边一律进行光面爆破；

第二节、施工程序

针对本标段内隧道地质情况和设计要求，隧道开挖钻爆开挖主要施工流程图如下：

第三节、施工方法与钻爆设计

一、施工相关材料及参数

（1）爆破器材选用

爆破器材选用采用塑料导爆管、导爆索、毫秒雷管起爆系统，毫秒雷管采用15段位毫秒雷管，引爆采用电雷管。

炸药采用乳化炸药，选用φ25、φ32两种规格，其中周边眼使用φ25药卷，掏槽眼、掘进眼使用φ32药卷。

（2）炮眼布置

隧道洞口段明挖钻孔采用潜孔钻机钻孔，洞身内采用YT28气腿钻钻孔，采用φ42钻头，成孔直径为φ50。

根据设计要求及现场地质情况，洞门段明挖采用梯段爆破，洞身Ⅳ、Ⅴ级围岩台阶法及预留核心土开挖采用斜眼掏槽，下台阶和仰拱开挖按露天台阶爆破原则进行设计。

（3）设计方法

本钻爆设计主要针对不同开挖方法与相应围岩进行爆破参数确定。

Ⅳ按台阶法进行设计、Ⅴ级按预留核心土开挖法进行钻爆设计和布孔装药爆破。

二、钻爆设计

为减轻爆破时对围岩的扰动，周边眼采用多钻眼少装药等措施，并采用导爆管串装药结构，孔口堵塞长度不小于40cm。

钻爆作业时,根据现场实际地质条件及时修正爆破参数,以期达到最佳爆破效果。

1、洞口段明挖

隧道洞口段明挖与路堑开挖一起进行，隧道进、出口开挖长度、宽度、高度根据设计要求确定，开挖边坡坡比为满足设计要求，对隧道洞口段采用梯段爆破，实施小型松动控制爆破，边坡采用预裂爆破，预裂孔一次成形，爆破孔采用分层梯段爆破，分层高度为最大为6.0m。

1）设计原则

（1）开挖爆破孔深度小于等于6m为浅孔，开挖爆破孔深度大于6m为深孔。

（2）为保证安全，飞石要尽可能控制在20m以内。

（3）为减少对周边结构物的爆破震动效应，采用边坡预裂微差起爆技术，严格控制单响药量。

（4）选择合理的孔网参数及施工处理技术，以取得良好的爆破效果。

2）设计原则

（1）主爆孔参数设计

a、台阶高度H、孔距a、排距b的取值：

由于隧道明洞段地质岩层为粉质黏土、全风化、强风化及弱风化粉砂岩等破碎围岩，爆破压力波可能窜孔，削弱爆破效果，采取小药量、密集孔方式。

主爆破孔采用φ78mm液压钻钻孔。

炮孔间距：

炮孔密集系数（取值0.7）

前排底盘抵抗线（取20～40倍D），取2.0m

（7～）～2.8；取2.0

炮孔排距：

根据经验公式，取

b、超钻深度取值：

为使爆破后的堑底不留岩坎，钻孔超钻深度取值h=（0.05～0.15）W。

c、钻孔深度：

L=H+h，本设计内取6.3m。

d、单位体积耗药量q取值：

本段岩石为风化、全风化砂岩，属于软岩，岩石单轴饱和抗压强度Rc为15≥Rc＞5。

依据经验，一般取值q=0.3～0.5Kg/m3。

现取q=0.4Kg/m3。

e、装药量计算：

（采用体积公式计算）

Q前排=qawH=9.6kg

Q以后各排=qabH=8.6kg

式中:

q——单位炸药消耗量，kg/m3（根据经验值取0.4kg/m3）

a——孔距，米

b——排距，米

W——前排底盘抵抗线，米（取20～40倍D）

H——台阶高度，米（计算取值不含超钻深度）

f、装药长度L1：

L1=Q/q1

q1—每m药包的重量，查表q1=2.0kg/m（采用50mm乳化炸药）；

则L1=8.6/2.0=4.3m。

堵塞长度L2：

L2=H-L1=2.0m。

根据计算，本爆破设计开挖主爆孔相关参数确定为：

台阶高度H选6m，超钻孔深度h为0.3m，钻孔深度L为6.3m，前排底盘抵抗线Ｗ距离为2.0m，孔距a取2.0，孔排距b取1.8m，单孔装药8.6kg，堵塞长度2.0m，装药长度4.3m，装药结构为连续集中装药。

（2）边坡预裂孔参数设计

边坡预裂爆破孔采用YT28气腿钻钻孔，钻也采用φ42mm钻头，成孔后孔径D为φ50mm。

开挖边坡坡比为1:

0.75～1：

1.25控制；

a、炮孔间距a据经验公式：

a=（7～12）D；

a=50×（7～12）=350～600mm;选用a=50cm。

b、不偶合系数D/d；D/d=2～5

D-钻孔直径，500mm（成孔）；

d-药卷直径，选用药卷直径250mm；

D/d=500/250=2.0

c、线装药密度Qx；根据经验公式：

Qx=0.188aσ0.5

a-为孔间距，取50cm；

σ-岩石极限抗压强度，本段内隧道选用300kgf/cm2。

Qx=0.188×50×300×0.5×100=1438.2g/m；底部加强装药2～3倍；

其中：

岩石极限抗压强度σ-1kgf/cm2=1kg*9.8/0.0001m2

d、单孔装药量Qxα=150×6×αkg=0.927kg，底部加强装药，则单孔装药量取1.05kg。

e、装药长度L1：

L1=Q/q1q1—每m药包的重量，查表q1=0.75kg/m

则L1=1.05/0.75=1.4m，

堵塞长度L2：

L2=H-L1=4.6m。

（3）底板保护层爆破

底板保护层采用YT28手风钻钻垂直孔，一次爆除，孔径，爆破参数如下：

a、钻孔高度H：

采用典型断面H=1.5m；

b、最小抵抗线：

系数，一般用，选用

钻孔直径，

，取；

c、炮孔深度：

根据经验公式，因考虑底部加柔性垫层，取；

d、炮孔间距：

根据经验公式，取

；

e、炮孔排距：

根据经验公式，取

；

f、每孔装药量：

（单位耗药量，取）

；

j、装药长度L1：

L1=Q/q1q1—每m药包的重量，查表q1=0.75kg/m

则L1=0.56/0.75=0.75m

堵塞长度L2：

L2=H-L1=0.75m。

（4）起爆网络

预裂爆破孔采用10孔一段，单响药量控制在50kg以内。

为便于网络联结及减少爆破后冲作用对坡面的影响，以及控制抛石、飞石，排数控制在10排，最大一段起爆药量不大于200kg，逐渐递减至邻近设计边坡缓冲孔爆破时，不大于100kg。

采用梅花形布孔排间微差起爆方式，采用非电毫秒延期，导爆索传爆，电雷管引爆方式联接。

对于段数过多，可能出现“串段”或“重段”现象，采用孔外延期接力传爆，保证最大段装药量控制在200kg范围内。

爆破时严格按照先起爆预裂孔，再起爆主爆孔，最后起爆缓冲孔的起爆顺序，严格控制药量，爆破后的地表缝宽不大于1cm，预裂面不平整度不大于15cm，孔壁表层不产生严重的爆破裂隙。

（5）装药结构设计

主爆孔采用乳化炸药连续耦合装药结构，预裂孔采用间隔不耦合装药结构，不耦合系数2.0。

主爆孔装药布置结构示意图

预裂孔装药布置结构示意图

（6）爆破安全技术

爆破产生的飞石及空气冲击波对周围环境会产生危害。

故采取有效措施控制爆破的震动效应是施工重点解决的问题。

根据实际情况，采用控制单响药量和边坡预裂技术来减少爆破震动效应（根据经验边坡预裂爆破可将震动效应减少40%）。

最大单响药量控制计算：

Q安全≤R3（Vb/k）（3/a）

式中Q安全——安全单响控制药量kg　　

R——爆源中心至保护物的距离，现场距离大于50米，按50米计算

Vb——保护物的临界震动速度，本段附近居民房屋为一般砖房，Vb取值2cm/s

a——场地系数，取值为2.0

k——场地系数取值200

2、洞身段钻爆设计

根据设计要求和地质情况，本标段内隧道主要有Ⅳ、Ⅴ级围岩，根本地质情况设计Ⅳ、V围岩采用台阶法或环形预留核心土开挖法开挖，。

针对不同开挖方法和不同围岩情况，本钻爆设计主要针对台阶法进行钻爆设计和布孔装药爆破。

Ⅴ级围岩施工采用预留核心土超短台阶法开挖施工，先支护后开挖，机械配合人工开挖，个别地方石方开挖用小炮松动，机械出渣。

“早预报、管超前、严注浆、弱爆破、短进尺、强支护、勤量测、快封闭、紧衬砌”的原则，认真做到稳扎稳打，步步为营。

施工顺序见《Ⅴ级围岩施工顺序图》

1）、施工方法

上部弧形导坑及边墙导坑以人工风镐或隧道挖掘机开挖为主，辅以弱爆破，开挖后及时采取支护措施。

上弧导坑出渣由隧道挖装机扒至下半断面后，装入自卸车运走，上断面扒渣用人工配合，核心土开挖采用控制爆破，核心开挖后立即施作仰拱，衬砌采用全断面液压衬砌台车，砼输送车配砼输送泵灌注。

Ⅳ级围岩采用短台阶法开挖，光面爆破施工，机辅以人工清捡。

先开挖上部，掏槽采用大空眼直眼掏槽进行爆破作业，初期支护紧跟，然后开挖下部和施作下部初期支护，最后形成封闭环。

台阶长度可根据施工及围岩的实际情况采取10～15m，每循环进尺控制在1.0～2m。

隧道仰拱工作面距离下台阶开挖面距离≤20m，二次衬砌紧跟仰拱施工。

2）、开挖技术要求

开挖施工按短进尺、弱爆破、强支护的原则进行，抓好钻眼爆破和装渣运输两大环节。

根据现场试验结果确定实际施工参数用于指导施工，当围岩变化较大或炮痕保存率、炮眼利用率、装药量、残眼深度、抛渣距离、块度等方面不能满足要求，按规定再次进行试验和调整参数，并加强运输协调与组织。

a.直线段用激光导向仪、曲线段用全站仪准确画出周边轮廓线及布眼误差不超过5cm，炮眼位置的精度直接影响隧道开挖效果，特别是周边眼的放样精度，更直接影响超欠挖值，施工时严格按照隧道设计轮廓和钻爆设计图测定并在开挖工作面上画出炮眼位置。

b.打眼精度的高低也是控制超欠挖重要因素，打眼精度包括开眼位置，炮眼垂直度、孔平面和周边眼外插角等，施工时钻眼做到准确、平顺、整齐。

钻眼、清孔：

安排技术熟练的操作人员操作，严格设计要求和具体情况、确定的设备进行施工。

装药前，用炮钩和高压风将孔内石屑刮出清净。

c.装药质量直接影响爆破效果和超欠挖量，按照炮眼布置设计图确定的装药量自上而下分片分组进行，雷管对号安设，要定人、定位、定段别，不得乱装药。

所有炮眼要求炮泥堵塞。

d.装药、联网完成后要认真检查，确认无误后方可起爆。

e.联接起爆网络：

按照设计联网操作，起爆网络为复式网络，充分保证起爆的可靠性和准确性。

导爆管不能打结，各炮眼雷管联接次数相同，导爆索的联接方向准确、连接点必须牢固，引爆雷管用黑胶布包扎在离-簇导爆管自由端10cm处，连好后，专职兼炮员检查验收。

f.做好安全工作，非点炮人员撤离到安全区后方可引爆。

有瞎炮，要专门处理。

及时检查光爆效果，分析原因，调整爆破设计。

3）、开挖方法

对于不同围岩采用不同的开挖方法，同时根据围岩情况确定循环进尺：

V级围岩循环进尺为0.6m～1m，Ⅳ级围岩循环进尺1m～2m。

钻爆时炮眼利用率85%，掏槽形式采用三中空直眼和V形掏槽。

炸药选用2号乳化炸药，药卷直径为Ф25和Ф32药卷，周边眼采用不偶合间隔装药，采用光面爆破。

引爆方式采用非电毫秒雷管。

爆破参数以循环进尺1.0m进行设计，爆破设计如下：

A、最小抵抗线W：

W=（7～20）d，式中d—炮孔直径=50mm，取W=0.4m

B、炮眼数量：

标准直径的炮眼：

（炮眼直径50mm，药包直径25mm）

N=qs/ar

式中：

N—炮眼数目（个）

q—单位炸药消耗量（kg/m3）,本隧取0.9kg/m3

s—开挖断面面积（m2）,本隧为100m2

a—爆破振动衰减指数

r—炸药的线装药密度（kg/m）

根据设计图纸计算开挖断面尺寸S=100m2

查经验数据已知：

a=0.60　r=0.75kg/m　q=0.9kg/m3

N=0.9×100/（0.6×0.55）≈273（个）

拱部采用光面爆破，周边眼间距取40㎝，掏槽眼采用12个。

C、掏槽眼深度：

取b=50cm　a=25cmα=70°（b为炮孔排距，a为炮孔间距，α为炮孔倾角）

L=1.0/sin70°≈1.12m

D、每一循环装药量：

Q=qv=qSLη=0.9×100×1×0.95=85.5kg

q-爆破1m3岩石炸药的消耗量

L-计划循环进尺

S-开挖面积

η-炮眼利用率，一般为0.8～0.95,η=取0.95

采用Φ25药卷，单根长200mm净重150g。

E、炮眼的装填系数：

掏槽眼80%，辅助眼70%，顶眼60%，求出各炮眼装药量。

钻孔作业采用YT28气腿式手风钻，自制作业平台辅助作业,钻孔作业中要求“准、齐、平、直”，参考预加固支护位置或画定开挖轮廓线及眼位，准确按要求位置施工，眼底落于同一平面上，边眼外斜保持0.04～0.05，两炮衔接台阶小于10cm，装药必须堵塞，周边眼采用间隔装药。

根据以上计算及经验公式，隧道光面爆破相关参数可参见下表：

光面爆破参数表

岩石种类

周边眼间距E（cm）

周边眼最小抵抗线

W（cm）

相对距E/W

周边眼装药参数（kg/m）

极硬岩

50～60

55～75

0.8～0.95

0.25～0.3

硬岩

40～50

50～60

0.8～0.95

0.15～0.25

软岩

35～45

45～60

0.75～0.8

0.07～0.12

三中空直眼掏槽眼布置详图

4）、炮眼数量计算

影响隧道开挖速度快与慢，原因是多方面的，但在一定的开挖面积上，炮眼的多少，直接影响凿岩工作的快慢，也会降低爆破效果。

钻孔台车打眼钻爆采用φ32药卷，有利于提高爆破效果。

式中：

N——炮眼数量（个）

K——单位炸药消耗量（Kg/m3）

L——炮眼深度

s——开挖断面积（m2）

n——炮眼装药系数，

r——爆药线装药密度（Kg/m），

每一循环设计的总装药量

Q=KLS

式中：

Q——一个循环总装药量，Kg

L——循环设计进尺，m

S——导坑断面积，m2

超深

一般取0.1～0.2m，若岩石松软，取小值；若岩石完整坚硬，取大值。

堵塞长度h

堵塞长度h≥40cm。

5）、装药结构及堵塞方式

（1）装药结构

周边眼：

导爆索装药结构，如下图所示:

导爆索装药结构示意图

掏槽眼、掘进眼、辅助眼：

连续装药结构，如下图所示:

连续装药结构示意图

（2）堵塞方式

所有装药炮眼用炮泥堵塞，周边眼堵塞长度不小于30cm。

6）、起爆网络设计

网络连接方式：

（1）孔内非电毫秒导爆管分组簇联；

（2）孔外1段2发非电毫秒导爆管联接；

（3）起爆网络连网示意图如下：

起爆网络示意图

7）、炮孔总体布置图

三、隧道光面爆破

光面爆破是隧道“新奥法”施工的关键技术，爆破效果直接关系到工程质量的好坏、施工进度的快慢和施工费用的高低。

在隧道开挖中，必须组织工程技术人员现场观察工程地质条件、围岩性质，讨论、初定各项爆破参数。

为获得最佳的光面爆破效果，通过合理的炮眼布置，调整炮眼孔距、角度、装药方式，进行不同开挖进尺的试验性爆破，不断调整、优化爆破参数；对周边眼的爆破进行现场试验，根据现场围岩不同确定周边眼最佳抵抗线。

通过多次的试验爆破和参数的调整，最后确定科学合理的光面爆破设计方案。

1）、工艺控制要点

（1）严格控制开挖轮廓线的划线精度

每次全断面爆破前，要精确测定出开挖轮廓线，并根据轮廓线画出各类炮眼位置。

炮眼的布置根据各类围岩不同而相对应的炮眼间距不同，视现场围岩整体性和软硬程度而定。

（2）严格控制钻眼和清孔的质量

根据隧道的开挖断面尺寸，开眼的位置要求不偏离设计炮眼位，周边眼不得偏离5cm，向外角度不大于1～3°，钻眼过程技术人员必须现场指导，对不符合要求的坚决不能使用，必须重新钻眼，以确保钻眼的位置和角度符合爆破设计的要求。

炮眼钻好后，用高压气体进行清孔，将炮眼中的钻碴与小石碴清除干净，以确保装药顺利进行。

（3）严格控制装药质量

合理选用引爆器材，装药时分片分组，由专人负责，严格按设计装药量装药和装雷管，自上而下，依次进行，注意雷管对号入座，周边眼用导爆索引爆，导爆索从拱部向两边依次并联在一起，在两底边各与一个毫秒雷管绑在一起。

引爆起爆网络采用复式网络，保证起爆准确性与可靠性，联结导爆管时，注意不能打结和拉细现象，联结好后，技术人员负责检查，经检验合格后，尽快撤离人员和机械，最后引爆。

2）、施工操作要求

（1）优化光面爆破设计是保证隧道质量的基本前提。

通过对隧道现场光面爆破的试验，不断调整爆破设计，使光面爆破设计更符合实际情况，施工过程中要严格操作规程。

（2）周边眼采用导爆索引爆，实现周边眼空气间隔装药，提高围岩自身的自稳能力。

（3）加强钻眼的现场管理。

工程技术人员负责指导监督，保证钻眼的深度、方向、角度、间距按光面爆破设计的要求实施，特别对周边眼应严格控制，保证断面不欠挖，尽可能减少超挖。

清碴时，准确控制好标高，使下一循环放样、钻孔准确无误。

（4）对隧道光面爆破进行动态管理。

预测掌子面前方的地质变化，根据不同地段围岩的性质，随时调整光面爆破的各项设计参数，争取最佳的爆破效果。

（5）光面爆破能节约工程成本，加快施工进度，保证施工安全，确保隧道防水质量，提高经济效益。

光面爆破断面严格按设计开挖断面要求控制，能有效控制开挖断面的欠挖和超挖，减少隧道初期支护和二次衬砌混凝土的用量，节约工程成本；圆滑、平顺的开挖断面，易于铺设防水板，在二次衬砌施工时，能有效保证防水板的平整度，确保隧道工程的防水质量。

超欠挖控制

钻爆法开挖是否经济、高效，关键是控制好超欠挖，钻爆施工中将采取如下措施：

1）根据不同地质情况，选择合理的钻爆参数，选配多种爆破器材，完善爆破工艺，提高爆破效果。

对于Ⅱ、Ⅲ级围岩，考虑开挖线内的预留量，爆破后机械凿到设计开挖轮廓线。

实践证明此法对于光面爆破十分有效，可起到事半功倍的效果。

2）提高画线、钻眼精度，尤其是周边眼的精度，是直接影响超欠挖的主要因素，因此要认真测画中线高程，准确画出开挖轮廓线。

3）提高装药质量,杜绝随意性,防止雷管混装。

4）断面轮廓检查及信息反馈：

了解开挖后断面各点的超欠挖情况，分析超欠挖原因，及时更改爆破设计参数，减少误差，配专职测量工检查开挖断面，超挖量（平均线性超挖）应控制在10cm（眼深3m）和13cm（眼深5m）以内。

5）建立严格的施工管理：

在解决好超欠挖技术问题的同时，必须有一套严格的施工管理制度来保证技术的实施。

四、安全保证措施

1、钻眼安全保证措施

1）、钻眼前，检查工作面是否处于安全状态，灯光照明是否良好，支护、顶板及两帮是否牢固，有无松动岩石，如有及时支护或清除；检查、加固钻眼平台，使其不变形、不坍塌。

2）、凿岩机钻眼时，采用湿式或带有捕尘器的凿岩机。

3）、钻眼前，对设备工具做以下检查，不合格的立即修理或更换。

机身、螺栓、卡套、弹簧、支架是否完好；管路是否良好，连接是否牢固；钻杆有无不直，带伤以及钎孔是否有堵塞现象。

4）、严禁在残眼中继续钻眼，严禁在工作面拆卸修理钻具。

5）、使用支架的风钻钻眼时，确保将支架安置稳妥。

站在堆渣上钻眼时，注意石渣的稳定，防止作业中滑塌伤人。

6）、进洞施工人员必须带好安全帽、防护手套、穿工作服；电工和电钻工穿绝缘鞋和戴绝缘手套。

2、爆破施工安全保证措施

1）、洞内爆破爆破做到统一信号，人员撤离到安全距离以外，不受有害气体冲击。

其安全距离为：

上半断面开挖不少于200m；全断面开挖不少于300m。

2）、隧道施工爆破，由取得“安全技术合格证”的爆破工担任，严格防护距离和爆破警戒线。

放炮后15分钟才准人员进入工作面，经找顶清除危石、锚喷和支护后方可继续施工。

3）、每日放炮时间和次数根据施工条件明确规定，装药离放炮时间不应过久、爆破前人员严格检查网络，确保一次起爆。

4）、遇到下列情况严禁装药起爆：

照明不足、工作面岩石破碎尚未支护、发现可能有岩爆和高压水涌出地段。

5）、爆破后必须经过通风排烟，且时间不少于15分钟，并经过以下各项检查和妥善处理后，其他工作人员才准进入工作面：

有无瞎炮及可疑现象，有瞎炮必须由原爆破人员按规定处理，有无残余炸药或雷管，顶板两帮有无松动石块、支护有无损坏与变形。

6）、严禁装炮与打眼同时进行。

7）、两端工作面接近贯通时，加强两端的联系与统一指挥，当两端工作面距离在30m以下，停止一端作业，并将人员机具撤走，在安全距离处设立警告标志。

8）、抓好现场管理，搞好文明施工，保持现场管路线整齐。

灯明、路平、无积水、对易燃、易爆等危险品按规定保存和堆放，并进行标示，严格发放制度，切实做好防洪、防火、防中毒、防淹亡等工作，杜绝重大伤亡，减少一般性事故。

9）、使用电雷管起爆，严格遵守电雷管防静电、杂电干扰及引线长度、绝缘能力、及雷管检测等制度。

光面爆破工艺流程图

Ⅳ级围岩台阶法开挖施工工艺流程图

工艺流程见下图：

施

工每循环进尺0.6~1.0m

3

米

至

一

5次

米衬

砌

每循环进尺0.6~1.0m9m