隧道钻爆施工方案

隧道钻爆施工方案

隧道钻爆开挖采用硬质岩采用光面爆破技术，软质岩采用弱爆破开挖。光面爆破是新奥法的第一要素，实施光面爆破可减弱对围岩的扰动，减小松动范围，使开挖轮廓圆顺；是保证本标段隧道工程质量、安全和进度的一个关键技术。

1 钻爆设计

（1）钻爆设计理论

在岩石爆破机理研究中,一般认为造成岩石破坏的原因是冲击波和爆生气体膨胀压力共同作用的结果。但是关于爆炸冲击波和爆生气体准静态压力哪个起主要作用,目前仍存在着两种不同的观点。一种观点认为冲击波的作用只表现在对形成初始径向裂纹起先导作用,而大量破碎岩石则是依靠爆生气体膨胀压力作用。另一种观点则认为爆破过程中哪种载荷起主要作用取决于岩石的波阻抗,即高波阻抗岩石应力波起主要作用,低波阻抗岩石爆生气体起主要作用；对于均质岩体以应力波作用为主；而对于整体性不好,节理裂隙发育的岩体,以爆生气体为主。

炸药在炮孔中起爆后,岩石将发生如下破碎过程:(1)强大的冲击波压应力使炮孔周围岩石受压破碎,在瞬间形成压缩破碎和初始裂隙；(2)环向拉应力及应力波反射拉应力使岩石中的裂隙扩展,引起岩石进一步破裂,包括初始裂隙的扩展和二次裂隙的形成；(3)爆生气体膨胀作用使岩石中的裂隙贯穿形成破碎块度,碎胀体积增加,岩石成块或成片运动,形成爆堆及爆破漏斗。

岩石爆破过程在炮孔周围的空间上可分为下列三个区域:

①.爆破近区,即强烈冲击区(流体力学区) 。

由于靠近炮孔周围的爆炸脉冲压力大大超过岩石的抗压强度,又因应力衰减速度很快,压力脉冲的能量消耗使得此区的岩石遭受粉碎性破坏。爆破近区的范围不大于2-3倍的炮孔直径。

②.爆破中区(非线性过渡区) 。

爆破中区是岩石破碎的主要区域。冲击波压力在该区靠近炮孔周围的部分超过岩石的强度,该处仍可发生岩--石的进一步破坏,但比爆破近区的破坏程度要

轻微。随着单位体积的能量密度降低,岩石破碎程度随应力波峰值的衰减而减弱。瞬态应力场的应力波作用可分解为径向压应力和切向拉应力；切向拉应力虽然只有径向压应力的一半,但由于岩石的抗拉强度平均只有其抗压强度的1/16,所以仍可产生拉伸破坏,形成径向裂纹。切向拉应力随着距炮孔距离的增加而迅速衰减,因此这样产生的径向裂纹仅限于炮孔直径的2～6倍范围。当应力波传播到自由面时, 径向压应力波反射成为拉应力波,在自由面附近产生片状剥落破坏。这种破坏根据应力波的强弱可重复多次,其破坏范围可与径向裂纹发展范围相连接。

由于整个爆破中区在破坏过程中处于爆生气体准静态压力场，岩石大量裂纹尖端是应力集中最明显之处，且尖端的塑性是有限的，易于造成断裂破坏，爆生气体准静态膨胀作用使得该区的裂纹扩展在爆破全过程中占有重要作用。

③.爆破远区（线弹性区）。

在远离炮孔的位置应力已经衰减的很小，不足于形成裂隙，应力波呈线弹性波在介质中传播的很远，外部效应表现为地震波形式。地震波的能量仅占爆炸总能量的2%—6%。

爆破漏斗理论认为，炸药在岩石内部爆炸时，作用于岩石上能量的多少和速度的快慢，取决于岩石性质、炸药性质、药包重量、炸药埋放深度和起爆方式等因素。在岩石性质一定条件下，爆破能量的多少取决于炸药重量的多少，能量释放速度则与炸药爆速密切相关。假设有一定重量的药包在地表下某一深度的岩石中爆炸，所释放的大部分能量被岩石吸收。当岩石所获得能量达到饱和状态时，岩石内部破坏表面开始位移，隆起以至发生抛掷运动，如果能量没达到饱和状态，岩石只呈弹性变形，不发生破坏。

综合各学派的观点可以得到如下认识，即两种作用形式对爆破的不同阶段和不同的岩石所起的作用不同。爆炸冲击波（应力波）的作用在于使岩石中产生裂纹，将原始损伤裂纹进一步扩展；爆生气体的作用是楔入这些裂纹，使其贯通成为块度，并将这些块度抛掷出去。所以爆炸冲击波的不仅关系着岩石中损伤裂纹的发展，还为爆破后续过程创造了条件。此外，爆炸冲击波的作用不仅对于爆破中区的岩石破碎质量，而且对于爆破远区的围岩稳定和震动安全均具有举足轻重的作用。

对于隧道的爆破,应在岩石隧道开挖前,根据工程地质条件、开挖断面、开挖方法、掘进循环进尺、钻眼机具和爆破器材等做好爆破设计,合理的确定炮眼布置、数目、深度和角度、装药量和装药结构、起爆方法、起爆顺序,安排好循环作业等,以正确指导钻爆施工,达到预期的效果。

（2）钻眼机具选择

隧道爆破钻眼采用YT-28风动凿岩机，其特点是结构简单，维修方便，使用安全等。

（3）爆破器材的选择

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。

（4）主要爆破参数选择

施工前首先要根据地质调查结果，选择有代表性的位置，采用利文斯顿爆破漏斗理论，进行现场爆破试验，提出爆破参数。在施工时应根据实际围岩情况进行试验，根据爆破试验效果来优化初步确定的周边眼的爆破参数，使爆破达到最佳效果。

①周边眼

周边眼光爆参数的选择：包括周边眼间距E，炮眼密集系数m，最小抵抗线W，不耦合系数D，周边眼装药集中度q。根据设计提供地质资料，结合我单位以往施工经验，本线隧道初步设计周边眼光爆参数可按表2取。根据光面爆破选定的周边眼间距应严格控制外插角，以减少超挖。

周边眼装药结构：周边眼爆破采用间隔、不耦合装药结构。

周边眼光爆参数表

②掏槽眼

为保证掏槽钻眼精度，掏槽位置选择在爆破断面中偏下。

③辅助眼

a内圈眼：内圈眼所在位置在周边眼抵抗线的边缘，内圈眼孔距稍大于周边眼的抵抗线W。

b扩大眼：扩大炮眼其炮眼间距视岩石坚硬程度、装运手段对岩石破碎程度的要求等因素而定。一般取0.7～1.2m，岩石坚硬取小值，反之，取大值。

c底板眼：底板眼视开挖轮廓线布置，并适当增加药量，起翻碴作用，使爆落的岩碴翻松，便于装载设备装碴。

（5）装药量计算：先根据周边眼的装药集中度和掏槽眼的装药长度进行周边眼和掏槽眼的药量计算，其他炮眼按式（4-1）计算，按式（4-2）复核，科学进行药量分配。

单眼装药量计算公式q=k·A·w·L·λ式（4-1）

总装药量计算公式Q=k·L·S 式（4-2）

式中K——单位炸药消耗量，0.72～1.27kg/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； S——开挖断面积，m2；

—炮眼部位系数，按下面二表取值。

（4）装药结构与堵塞

根据不同炮眼直径和不偶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应根据围岩的不同来具体确定。周边眼采用间隔不偶合装药。岩石很软时，可采用导爆索起爆，为克服炮眼底部岩石夹制力，50mm直径炮眼在炮孔底装1卷φ32mm药卷做加强药包。

在爆破时，所有装药的炮眼应采用炮泥堵塞，炮泥宜采用炮泥机制作的黏土

炮泥，堵塞前应事先将炮泥制成比炮孔直径稍小一点的炮泥条备用，堵塞长度应通过计算确定，对于浅孔应将余孔全部堵塞。不得采用炸药的包装材料等代替炮泥堵塞，炮眼堵塞长度不少于30cm。

（7）周边眼起爆方法

采用导爆索或塑料导爆管加非电毫秒雷管起爆。

（8）起爆顺序

掏槽眼→辅助眼→扩槽眼→内圈眼→周边眼→底板眼。间隔时间采用25～100毫秒，周边眼宜一次起爆。

2炮眼布置

（1）Ⅴ级围岩单侧壁导坑法

Ⅴ级围岩单侧壁导坑法炮眼布置图

Ⅴ级围岩单侧壁导坑法开挖爆破参数表

开挖部位

炮孔名

称

炮孔

数

(个)

孔

深

(m)

单孔装

药量

(kg)

装药量小

计(kg)

装药

方式

堵塞长

度(cm)

备注中空眼 1 1.5

左侧上导坑

掏槽孔 4 1.5 0.98 3.92 反向40 辅助孔23 1.3 0.83 19.09 反向40 周边孔26 1.3 0.42 10.92 反向40 小计54 33.93

左侧下导坑内圈孔9 1.3 0.94 8.46反向40 扩槽孔48 1.3 0.83 39.84反向40 周边孔26 1.3 0.42 10.92反向40

小计

83 59.22

右侧上导坑

内圈孔12 1.3 0.94 11.28反向40 扩槽孔35 1.3 0.83 29.05反向40 周边孔25 1.3 0.42 10.5反向40 小计72 50.83

右侧下导坑

内圈孔 6 1.3 0.94 5.64反向40 扩槽孔54 1.3 0.83 44.82反向40 周边孔15 1.3 0.42 3反向40 小计75 576

合计284 200.74

（1）Ⅴ级围岩三台阶法

Ⅴ级围岩三台阶法开挖爆破参数表

开挖部位炮孔名称

雷管

段别

炮孔

数

(个)

孔深

(m)

单孔装

药量

(kg)

装药量

小计

(kg)

装药

方式

堵塞长

度(cm)

备注

上台阶掏槽孔 1 8 1.66 0.9 7.2 反向40 掏槽孔 3 6 1.62 0.9 5.4 反向40 掏槽孔 5 8 1.62 0.9 7.2 反向40 掘进孔 5 4 1.5 0.825 3.3 反向40 掘进孔7 11 1.5 0.825 9.075 反向40 内圈孔9 18 1.5 0.75 13.5 反向40 周边孔11 37 1.5 0.3 11.1 药串40 底板孔13 16 1.5 0.825 13.2 反向40 小计108 69.975

中台阶辅助孔 1 14 1.5 0.825 11.55 反向40

辅助孔

3 1

4 1.

5 0.825 11.55 反向40

辅助孔 5 14 1.5 0.825 11.55 反向40 周边孔7 16 1.5 0.3 4.8 药串40 底板孔9 14 1.5 0.825 11.55 反向40 小计72 51

下台阶

辅助孔 1 14 1.5 0.825 11.55 反向40 辅助孔 3 10 1.5 0.825 8.25 反向40 周边孔 5 8 1.5 0.3 2.4 药串40 底板孔7 14 1.5 0.825 11.55 反向40 小计46 33.75

合计226 154.725

（2）III、Ⅳ级围岩上下台阶法

III、Ⅳ级围岩上下台阶法炮眼布置图

III、Ⅳ级围岩上下台阶法开挖爆破参数表

3钻爆作业

采用人工手持YT-28式风动凿岩机钻孔，人工装药起爆。钻爆作业按照爆破设计进行钻眼、装药、接线和引爆。如围岩出现变化需要变更爆破设计时，由主管工程师确定。炮孔的装药、堵塞和引爆线路的连接，均由考核合格的爆炮工负责。

3.1测量

测量是控制开挖轮廓精确度的关键。采用隧道断面激光测量仪进行断面和炮孔划线。每循环都由测量技术人员在掌子面标出开挖轮廓和炮孔位置。

3.2定位开眼

钻孔按炮眼布置图正确钻孔。对于掏槽眼和周边眼的钻眼精度要求比其它眼要高，开眼误差要控制在3～5cm以内。

3.3钻孔

钻工要熟悉炮眼布置图，要能熟练地操纵凿岩机械，特别是钻周边眼，一定要丰富经验。钻孔时严格按照炮孔布置图正确对孔以确保爆破质量。周边孔外插角1°～2°，炮孔相互平行，周边孔在断面轮廓线上开孔，周边孔对孔误差环向不大于5cm。掏槽孔对孔误差不大于3cm，其它炮孔开眼误差不大于10cm。在钻眼过程中，应根据岩孔位置及掌子面岩石的凹凸程度调整炮眼程度，以保证炮眼底在同一平面上。

3.4装药

钻完孔后，用高压风吹孔，经检查合格后装药。装药分片分组负责，自上而下严格按爆破设计规定的装药量、雷管段号“对号入座”。爆破网路连接、检查及起爆，按照爆破设计要求和GB6722-86《爆破安全规程》执行。

3.5堵塞

所有装药的炮眼均堵塞炮泥，堵塞长度不小于40cm。

3.6瞎炮处理

发现瞎炮，应首先查明原因，如果是孔外的导爆管损坏引起的瞎炮，则切去损坏部分重新连接导爆管即可，但此时的接头应尽量靠近炮眼，如因孔内导爆管损坏或其本身存在问题造成瞎炮，则应参照《爆破安全规程》有关条款处理。盲炮处理主要有以下几点措施：

（1）经检查确认炮孔的起爆线路完好时，可重新起爆。

（2）打平行眼装药爆破，平行眼距盲炮孔口不得小于30cm，为确定平行眼的方向，允许从盲炮口取出长度小于20cm的填塞物。

（3）用木制、竹制或其他不发生火星的材料制成的工具，轻轻的将炮眼内大部分填塞物掏出，用聚能药包诱爆。

（4）在安全距离外用远距离操作的风水管吹出盲炮填塞物及炸药，但必须采取措施回收雷管。

（5）盲炮在当班处理，当班不能处理或未处理完毕，应将炮眼情况（盲炮数目、炮眼方向、装药数量和起爆药包位置、处理方法和处理意见）在现场交接清楚，由下一班继续处理。

4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。

4.1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。

4.2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。

光面爆破工艺流程图

4.3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Ⅲ、Ⅳ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，为此，从进洞前，制定严格的奖罚制度，用经济杠杆来调动施工人员的积极性。

5出碴运输

隧道出渣运输方式采用无轨运输方式，采用挖掘机配合侧卸式装载机装渣，13m3以上自卸汽车运输出碴至弃碴场。在仰拱施工地段，采用仰拱栈桥保证隧道出碴车通行。

5.1装渣作业

（1）装载机作业时，其回转范围内不得有人通过。

（2）装渣过程中，应注意观察开挖面围岩的稳定情况，发现松动岩石或有塌方征兆时必须先处理再装渣。

（3）装渣时发现渣堆中有残留的雷管、炸药应立即处理。

（4）向自卸车中装渣时避免偏载、超载。

（5）正在装载的运输车应制动，司机不得将身体的任何部位伸出驾驶室外，

严禁其他人上、下车和维修车辆。

（6）运输车应在装渣机械发出信号后，方可进入和驶出装车地点。

（7）等待装车时，车与车之间应保持一定的安全距离。

5.2运输作业

（1）施工单位应根据施工安排编制运输计划，制定运输管理规定，加强运输调度，确保运输安全。

（2）施工机械安全装置必须齐全有效，使用前及作业过程中应加强检查，按规定要求进行维修保养，保持机械状况良好与运输安全。

（3）机械操作人员必须持证上岗，严格执行安全操作规程，严禁违章操作。

（4）施工作业地段的行车速度不得大于15km/h，成洞地段不得大于25km/h。

（5）隧道洞口、横通道交叉口、狭窄的施工场地应设置慢行标志，必要时设专人指挥交通。

（6）车辆接近洞口或台车下时，驾驶员必须减速瞭望并鸣笛警示。

（7）在隧道内倒车或转向必须开灯鸣笛或有专人指挥。

（8）施工机械应采用带净化装置的柴油机械。

（9）运输车不准超载、超宽和超高运输，行驶中应随时观察洞内有无设备、临时支撑等侵入限界的情况。

（10）道路上的废渣和杂物应安排杂工随时清除。

5.3卸渣作业

（1）自卸车卸渣时必须将车辆停稳制动，不得边卸渣边行驶。

（2）不得在坑洼、松软、倾斜的地面卸渣。

（3）卸渣后应及时使车厢复位，严禁举升车厢行驶。

施工工艺无轨运输

施工要点出碴采用侧卸式轮式装载机装碴，自卸车运输至指定弃碴场。