隧道工程爆破设计方案

隧道工程爆破设计方案

一、工程概况

表1 隧道工程统计

二、地质概况

本段隧道工程沿线地质复杂，不良地质发育，尤其是岩溶地质发育，哪嗙隧道洞身处于岩溶水平循环带内，可溶岩与非可溶岩接触带突泥、突水，地表失水，按Ｉ级风险隧道管理；同时煤层瓦斯及采空区、顺层、危岩落石众多，高山、竹林山、甲界坡、苗天隧道属高瓦斯或具有瓦斯突出隧道。

地层岩性：沿线地层出露较为完全，自前震旦系至第四系地层皆有分布。岩性以灰岩、白云岩类可溶岩为主，相间分布板岩、泥岩、砂岩、页岩及煤系地层，局部地段有玄武岩分布。

地质构造：区域范围内地质构造复杂，构造线密集，断层发育，以近SN和NE向断层为主。

水文地质特征：沿线通过长江水系上游地带，线路通过的主要河流有洛北河、南明河等。

不良地质：沿线不良地质主要有岩溶、煤层瓦斯和采空区、滑坡、危岩落石、岩堆、泥石流、顺层、软质岩风化剥落等。

特殊岩土：特殊岩土有人工弃土（碴）、软土及松软土、膨胀土、红黏土等。

根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001,1/400万)，测

区地震动峰值加速度0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s。

三、光面爆破理论

隧道光面爆破采取微震动控制爆破技术。为控制超挖，周边采用光面爆破方法。隧道光面爆破要求周边眼爆破既能将岩石爆落下来，又能形成规整的轮廓，尽可能保留半孔痕迹，减小爆破对围岩的扰动，减少超挖量。装药集中度(q)、最小抵抗线(W)直接影响周边岩石的爆落效果；“规整轮廓”主要与炮眼间距(E)、炮眼密集系数(m=E/W)和最小抵抗线有关(W)；半孔率主要与不耦合系数(D=d炮眼/d炸药)有关。因此，影响隧道光面爆破效果的主要参数应是：炮眼间距(E)、炮眼密集系数(m)、装药集中度(q)、最小抵抗线(W)、不耦合系数(D)。而它们之间又是相互联系的，只有这些参数整体上处在某一正确的范围内，才能达到理想的光爆效果。

影响光面爆破效果的因素有很多，主要有围岩地质条件、炸药特性、断面形状和大小、钻孔质量等。其中围岩地质条件和钻孔质量是最主要的影响因素。

实践表明，通常的光面爆破参数取值范围如下：炮眼间距E=(8～15)d、炮眼密集系数m=0.7～1.0、最小抵抗线W=(10～20)d或者W=E/m、不耦合系数D=1.5～2.0、装药集中度q=(0.04～0.4)kg/m。

具体计算设计方法有：工程类比法、半经验半公式法、理论计算法。

四、钻爆设计

各级围岩开挖施工方法见表2。

表2 隧道开挖施工方法一览表

隧道施工采用钻爆法开挖时，应采用光面爆破或预裂爆破。拱部宜采用光面爆破，墙部宜采用预裂爆破，底板应预留光爆层进行光面爆破。爆破前应根据地质条件、断面尺寸、开挖方法、循环进尺、钻眼机具和爆破材料等进行钻爆设计，施工中应根据爆破效果及时调整爆破参数，以达到最佳爆破效果。

钻爆设计的内容包括炮眼（掏槽眼、辅助眼、周边眼）的布置、深度、斜率和数目；爆破器材、装药量和装药结构；起爆方法和爆破顺序；钻眼机具和钻眼要求等。

设计采用起爆网络为孔内微差起爆网络：把不同区域炮眼中伸出的非电毫秒雷管导爆管脚线（10～20根）用1段雷管连接起来后，把外部网络雷管的脚线用引爆雷管连接起来。注意：孔外连接雷管必须全是1段雷管，否则，可能造成部分炮眼拒爆。各段毫秒雷管脚线集束于掌子面中央悬挂，用电雷管起爆，瓦斯段采用磁电管起爆。孔内微差低段雷管跳段使用，使各相邻段间隔时间大于40ms。周边眼采用大段别雷管引爆，最后起爆，保证光爆效果。

起爆顺序：掏槽眼、扩孔眼、内圈眼、底板眼、周边眼，扩孔眼一层一层地往外进行起爆，最后周边眼爆破达到光爆效果。

1、Ⅱ级围岩全断面法开挖钻爆设计

隧道Ⅱ级围岩全断面法采用光面爆破开挖，严格控制装药量及按照光面爆破设计施工，减少炮轰波对围岩的扰动，达到爱护围岩的目的。光面爆破设计工艺流程见图1。

周边眼采用φ25mm小直径药卷不隅合装药方式，其余炮眼采用连续装药，富水地段采用乳化防水炸药，掏槽眼采用复式楔形掏槽。爆破材料采用1～15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，炮泥堵塞，导爆管复式网路联接，各部一次起爆。光面爆破受多种因素影响,包括围岩强度、整体性、节理、层理等地质因素，爆破参数进行现场设计动态调整。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根据上一循环爆破效果，以及本循环围岩特征进行适当调整，选择一组最佳技术参数。上一循环是下一循环的预设计和试爆破。

施工顺序：测量放样→标出孔位→钻正顶孔→钻孔→装药连线→起爆。

钻爆作业整个钻孔过程，可分为准备、定位、开口、拔杆、移位五步。

⑴准备

开工前准备工作做到“四查”，即：查风枪的运转；查风水管路连接部位是否牢固；查钻头钻杆等配件是否备全；查易耗材料、器材是否有充分的备用量。

⑵定位

在掌子面画出各炮孔位置及中线和高程十字线，确定钻孔范围，并明确钻孔先后次序。

⑶开口

风枪开口时缓慢推进，并特别注意钻杆方向与隧道中线的夹角是否符合设计外插角。

⑷拔杆

在整体性好的石质可中速较慢拔出；如遇破碎岩石卡钎时，应慢慢来回推进，使之拔出；如拔杆困难，再靠近该钻位重新钻眼，使之拔出。

⑸移位钻孔

钻好一个炮孔进行下一炮孔钻进时，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，爆出的断面要整齐，便于下一循环作业。

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。炮孔孔口采用炮泥堵塞。

围岩光面爆破通过不段的进尺，不断来调整、优化，根据以往施工经验，周边眼间距宜控制在60～65cm、底板眼间距宜控制在65～70cm之间、抵抗线控制在75cm左右；上台阶内圈眼间距为70～90cm，每环间距控制在75～100cm之间根据，中、下台阶内圈眼间距可根据出碴能力灵活控制，一般为110～130cm之间，每层之间为70～110cm。

Ⅱ级围岩钻爆设计及周边眼装药结构示意图如图2、图3。

图2 Ⅱ级围岩钻爆设计图

图3 周边眼装药结构示意图

Ⅱ级围岩全断面爆破开挖设计参数及综合爆破参数分别如表3、表4。

表4 综合爆破参数表

2、Ⅲ、Ⅳ级围岩台阶法开挖钻爆设计

Ⅲ、Ⅳ级围岩采用台阶法开挖，爆破器材选用乳胶炸药、塑料导爆管非电起爆系统，毫秒微差有序起爆。上台阶周边眼采用Φ25mm

小直径药卷，光面爆破，其它炮眼采用Φ32mm药卷；下台阶周边眼采用Φ25mm（长200mm，200g／卷）药卷，预裂爆破，其它炮眼采用Φ32mm药卷。Ⅲ、Ⅳ级围岩台阶法施工典型断面爆破设计、装药结构如图4、图5。

Ⅲ、Ⅳ级围岩台阶法施工典型爆破设计示意图

图4 Ⅲ、Ⅳ级围岩台阶法施工典型爆破设计示意图

图5 Ⅲ、Ⅳ级围周边眼装药结构示意图

爆破药量分配见表5所示，主要经济技术指标见表6和表7所示。

表5 Ⅲ、IV级围岩正台阶开挖光面、预裂爆破装药参数表

表6 Ⅲ、Ⅳ级围岩上台阶光面爆破主要经济技术指标

表7 Ⅲ、Ⅳ级围岩下台阶预裂爆破主要经济技术指标

掏槽是隧道爆破的关健环节，掏槽效果的好坏直接关系到炮孔利用率和对围岩的扰动。根据本段隧道地质情况，采用复式楔形掏槽。

炮眼深度：掏槽眼眼深2.6m，其它炮眼深2.5m。起爆方式为孔内微差起爆。

周边眼采用Φ25mm 小直径药卷间隔装药，其它炮眼采用Φ32mm 药卷连续装药。

3、Ⅴ级围岩段钻爆设计

Ⅴ级围岩采用交叉中隔壁法（CRD 法）开挖时，按12小时一循环考虑，每循环进尺1.8米，日进尺3.6米。围岩钻爆设计详见图6《CRD 法开挖围岩钻爆设计图》。具体装药参数详见表8《CRD 法开挖围岩左上部开挖装药量表》、表9《CRD 法开挖围岩左下部开挖装药量表》、表10《CRD 法开挖围岩右上部开挖装药量表》、表11《CRD 法开挖围岩右下部开挖装药量表》。实际施工中不断优化爆破参数，以取得最佳的爆破效果。

表8 CRD 法开

挖围岩左上部

装药量表

图6 CRD 法开挖围岩钻爆设计图

表9 CRD法开挖围岩左下部装药量表

表10 CRD法开挖围岩右上部装药量表

表11 CRD法开挖围岩右下部装药量表

4、定位钻眼

人工钻眼开始前，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，其误差不超过5cm。

钻孔时，钻杆与隧道轴线保持平行。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高，开眼误差要控制在3cm和5cm以内。

人工钻眼，利用自制凿岩台架、YT-28风动凿岩机施工，钻工首先熟悉炮眼布置图，熟练地操纵凿岩机械，特别是钻周边眼，有专人指挥，以确保周边眼有准确的外插角。同时，根据眼口位置及掌子面岩石的凹凸程度调整炮眼深度，以保证炮眼底在同一平面上。

钻眼作业应符合下列要求：

⑴炮眼的深度和斜率应符合钻爆设计。掏槽眼眼口间距误差不大于3cm、眼底间距误差不得大于5cm；辅助眼眼口排距、行距误差均不得大于5cm；周边眼眼口位置误差不得大于3cm，眼底不得超出开挖断面轮廓线3～5cm/m（深眼取大值，浅眼取小值）。

⑵当采用凿岩机钻眼时，掏槽眼眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm；眼底不得超出开挖断面轮廓线15cm。

⑶当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度，使周边眼和辅助眼眼底在同一垂直面上。

⑷钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查并做好记录，对不符合要求的炮眼应重钻，经检查合格后方可装药。

⑸采用凿岩机凿孔，当凿孔高度超过 2.0m，都应配备与开挖断面相适应的作业台架进行凿孔；钻孔作业应定人定岗，尤其是左右侧周边眼司钻工不宜变动。

5、装药起爆

装药前，用由木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。

装药方式除周边眼采用间隔装药外其余采用正向连续装药。

装药前，首先认真检查毫秒雷管的外观质量与批次，外观质量不合格的雷管严禁使用，同排炮所使用的雷管必须是统一批次的。

装药分片分组并按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，雷管“对号入座”。炮眼以炮泥堵塞，堵塞长度不小于40cm。所有炮眼的剩余部分采用水炮泥和黏土炮泥封堵，必须填满，以减少爆破中的明火出现。

安全注意事项：起爆器必须有专人看管，严禁乱丢乱放；起爆器的看管人员携带起爆器在掌子面人员未全部撤离之前，不准离开掌子面；母线的敷设距离高压线的距离不小于5米；在连接起爆网络之前，雷管的脚线与母线必须短路；爆破现场应有专人统一指挥；起爆地点必须在洞外右侧10米处，不准起爆人员面向洞口。

6、盲炮的处理

当遇到盲炮后，及时查明盲炮的原因。

发现盲炮或怀疑有盲炮，应立即报告并及时处理。若不能及时处

理，应在附近设明显标志，并采取相应的安全措施。

难处理的盲炮，应请示爆破工作领导人，派有经验的爆破员处理。

处理盲炮时，无关人员不准在场，应在危险区边界外设警戒，危险区内禁止进行其他作业。

禁止拉出或掏出起爆药包。

盲炮处理后，应仔细检查爆堆，将残余的爆破器材收集起来，未判明爆堆有无残留的爆破器材前，应采取预防措施。

经检查确认炮孔的起爆线路完好时，可重新起爆。

处理浅眼盲炮时，可用木制、竹制或其它不发生火星的材料制成的工具，轻轻将炮眼内大部分填塞物掏出，用聚能药包诱爆。

处理深孔盲炮时，可取出部分填塞物，向孔内灌水，使之失效，然后进行下一步处理。

盲炮处理应在当班处理，不移交下一班组。

7、超欠挖控制

爆破后的围岩面保证圆顺平整无欠挖,隧道允许超挖值见表12。

注：1、本表适用于炮眼深度不大于3.0m的隧道。炮眼深度大于3.0m时，可根据实际情况另行规定。

2、（不包括隧底）

爆破设计开挖断面周长超挖横断面积平均线形超挖值

。

3、最大超挖值是指最大超挖处至设计开挖轮廓切线的垂直距离。

4、表列数值不包括测量贯通误差、施工误差。如采用预留支撑沉落量时，不应再计超挖值。

5、测量方法采用隧道断面仪或全站仪配反光片进行。

6、超过本表所列数值的部分按局部坍塌或塌落处理。

隧道超欠挖的测定采用直接尺量的方法，用二次衬砌轮廓钢架做基准，当防水板铺设专用台车移动时，用直尺量取需测定点至轮廓刚架的最小距离，并考虑喷射混凝土的厚度，以确定超欠挖值。

采用风钻打眼，炮眼深度在3m 以内时，两茬炮衔接处的台阶不得大于15cm ；采用台车打眼，接茬处的台阶高度应按机型而定，但不得大于25cm 。

隧道开挖不得欠挖，当围岩完整、石质坚硬时，允许岩石个别突出部分侵入衬砌（每1m 2不大于0.1m 2、高度不大于5cm ）。拱脚和墙脚以上1m 范围内严禁欠挖。

隧道周边炮眼痕迹保存率是衡量开挖面平整度的一个指标，炮眼痕迹保存率应满足表13的规定：

表13 各种围岩周边炮眼痕迹保存率

注：炮眼痕迹保存率＝（残留有痕迹的炮眼数/周边眼总数）×100％

五、施工组织安排

1、人员组织

项目部设：即工程部、安质部、物资部，计划合同部、财务部及综合部。对作业架子队具体工作进行计划、协调，落实工程各方面工作开展。

为使隧道钻爆工程能顺利完成，现场成立以架子队队长为组长的施工领导小组，组内成员分工如表14。

表14 隧道钻爆人员分工

2、设备材料

隧道爆破中使用的钻孔机具有风压或液压凿岩机及凿岩台车。爆破材料有炸药、起爆装爆材料等。

隧道爆破中常使用的炸药是2#岩石硝铵炸药，在有瓦斯的隧道中则使用煤矿硝铵炸药，它们属于铵梯炸药。起爆传爆材料有导爆索、电雷管、塑料导管与非电毫秒雷管等。

六、质量保证措施

确定隧道施工方案时，要综合考虑隧道的地质条件、钻孔设备、爆破器材、支护方法和技术水平等因素来决定。隧道开挖施工方案和爆破方法之间有着十分密切的关系。要保证隧道光面爆破施工的质量，应遵循以下原则：

⑴钻孔孔位依据测量定出的开挖轮廓线确定。周边孔在断面轮廓线上开孔，沿轮廓线等间隔布置炮眼，需要调整孔位时偏差不大于2cm，周边眼应向外侧偏斜3～5°钻孔，周边眼外插角偏差不大于

1°，各炮孔孔底落在规定的平面上，凹凸不平整度小于10cm；与周边孔相邻一排辅助炮孔的孔口距离不小于40cm，打眼方向水平、平行于掘进方向。

⑵钻孔前必须严格按照钻爆设计标示出孔位和编号；如果孔位与上次的残孔重合，必须适当移位，绝对不准在残孔内钻孔。

⑶必须保证钻孔质量。钻进中要防止漏钻和多钻，控制好孔位、孔深和角度，是保证光面爆破效果的基础。

⑷炮孔钻完后要及时清孔并用木楔封堵，防止落入石块等杂物。炮孔经检查合格后，方可装药爆破。

⑸为减少装药时间，事先由爆破工将药卷间隔串联在导爆索上，并用胶带绑扎在一根有一定强度的竹片上，装药时爆破工将绑有药卷的竹片放入每个周边孔内，应使竹片紧靠围岩外侧，而药卷则紧靠开挖岩石的内侧，这样既有利于保护岩壁，又可以增强对开挖岩石的爆炸力。炮孔内放入药卷后，应将导爆索引出孔外，然后炮泥封堵炮孔。

⑹为使周边孔装药达到一定的不偶合系数，周边眼采用直径φ25mm的小药卷进行装药。

⑺为保证周边眼光面爆破效果，周边孔最后一段起爆。同时起爆的炮孔用导爆索串联在一起或用同段位的导爆管雷管簇联在一起，最后通过电雷管进行激发。

⑻连线必须认真细致，仔细清点数量并复核，对联结块上的上下级导爆管必须捆扎牢固，严防产生漏爆拒爆现象。

⑼爆破后的残留炮孔痕迹在开挖轮廓线上是否均匀分布；半孔残痕率在完整岩石处保持在95%以上，较完整和完整性稍差的岩石处保

持在80%以上，较破碎和破碎岩石处半孔率不小于50%。

⑽每次爆破以后，要先进行通风，通风15分钟后检查人员方可进入隧道做相应的检查工作；要及时察看围岩周边光面爆破效果，核对与爆破设计是否相符，如有变化要及时调整爆破参数，使其达到最佳效果。

七、安全保证措施

1、钻孔

⑴机械钻孔时,宜采用湿式凿岩机。

⑵风钻钻眼时，应先检查机身、螺栓、卡套、弹簧和支架是否正常完好；管子接头是否牢固，有无漏风；钻杆有无不直、带伤以及钻孔堵塞现象；湿式凿岩机的供水是否正常。不合要求者应予修理或更换。

⑶带支架的风钻钻眼时，必须将支架安置稳妥。风钻卡钻时应用板钳松动拔出，不可敲打，未关风前不得拆除钻杆。

⑷在工作面内不得拆卸、修理风、电钻。

⑸严禁在残眼中继续钻眼。

2、爆破

⑴装药与钻孔不宜平行作业。

⑵爆破器材加工房应设在洞口50m以外的安全地点。严禁在加工房以外的地点改制和加工爆破器材。长隧道施工必须在洞内加工爆破器材时，其加工硐室的设置应符合国家现行的《爆破安全规程》（GB6722-86）的有关规定。

⑶爆破作业和爆破器材加工人员严禁穿着化纤衣物。

⑷进行爆破时，所有人员应撤离现场，其安全距离为：

①独头巷道不少于200m；

②相邻的上下坑道内不少于100m；

③相邻的平行坑道，横通道及横洞间不少于50m；

④全断面开挖进行深孔爆破（孔深3—5m）时，不少于500m。

⑸洞内每天放炮次数应有明确的规定，装药离放炮时间不得过久。

⑹装药前应检查爆破工作面附近的支护是否牢固；炮眼内的泥浆，石粉应吹洗干净；刚打好的炮眼热度过高，不得立即装药。如果遇有照明不足，发现流砂、泥流未经妥善处理，或可能有大量溶洞涌水时，严禁装药爆破。

⑺采用电雷管爆破时，必须按国家现行的《爆破安全规程》（GB6722-86）的有关规定进行，并应加强洞内电源的管理，防止漏电引爆。装药时可用投光灯、矿灯照明。起爆主导线宜悬空架设，距各种导电体的间距必须大于1m。

⑻爆破后必须经过15min通风排烟后，检查人员方可进入工作面，检查有无“盲炮”及可疑现象；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。在妥善处理并确认无误后，其他工作人员才可进入工作面。

⑼当发现“盲炮”时，必须由原爆破人员按规定处理。

⑽装炮时应使用木质炮棍装药，严禁火种。无关人员与机具等均应撤至安全地点。