隧道爆破设计方案台阶法

隧道爆破设计方案

（台阶法）

一、工程概述

本合同段有四座隧道。隧道区域处于构造剥蚀丘陵—低山地貌区，主要出第四系全新统残坡积碎石土、中元古武当山群片岩和上元古界震旦系上统灯组片岩。本段内短隧道为Ⅳ、Ⅴ级围岩，中长隧道为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩，其中Ⅳ级围岩采用台阶法爆破开挖（Ⅴ级围岩主要采取人工配合机械开挖，不需要爆破）、锚、喷、格栅、网、初期支护，全断面复合式衬砌。爆破方法采用光面爆破。 二、光面爆破的特点

光面爆破施工，可以减少对围岩的扰动，增强围岩的自承能力，特别是在不良地质条件下效果更为显着，不仅可以减少危石和支护的工程量，而且保证了施工的安全；由于光面爆破使开挖面平整，岩石无破碎，减少了裂隙，这样可以大大减少超欠挖量。据有关资料统计，光面爆破与普通爆破相比，超挖量由原来的15%～20%降低到4%～7%，不但减少出碴量，而且还很大程度的减少了支护的工作量，从而降低的成本，加快了施工进度。根据公路隧道“新奥法”施工的需要和工程地质条件，结合施工现场实际情况，我标段的四座隧道中的Ⅲ、Ⅳ级围岩决定采用光面爆破施工。 三、光面爆破方案的确定

目前，大断面隧道光面爆破施工有2种方法：一是预留光爆层法；二是全断面一次性开挖法。根据施工现场的实际条件及围岩情况，本段隧道采用全断面一次性开挖法。

四、台阶法（Ⅳ级围岩）光面爆破设计方案（结合前文内容）

1.光面爆破不偶合系数、装药直径

公式：

/k i D d d ==

式中 D一不偶合系数；

dk—炮眼直径，mm;

di—炸药直径，mm;

a—爆生气体分子余容系数；

P—爆生气体初始压力；

—岩石的三轴抗压强度；

c

r—绝热指数，；

在实际操作过程中，对于周边眼的药卷，我们采取将标准φ32mm的2号岩石乳化炸药沿轴线对半切（相当于φ20mm）。这个数值与理论计算值相近，则实际周边眼不偶合系数 D=dk/di =42/20=，符合规范中软岩装药不耦合系数D=的要求。

式中： dk炸药—炸药直径；

di炮眼—炮眼直径。

2．确定周边眼间距（E）、最小抵抗线（W）和相对距系数（K）

最小抵抗线与开挖的隧道断面大小有关。在断面跨度大，光爆眼所受到的夹制作用小，岩石比较容易崩落，最小抵抗线可以大些，断面小，光爆眼所受到的夹制作用大，最小抵抗线可以小些，最小抵抗线与岩石的性质和地质构造也有关，坚硬岩石最小抵抗线可小些，松软破碎的岩石最小抵抗线可大些。我标段四座隧道岩质主要为软岩，故确定最小抵抗线（V）为～。

相对距系数是周边眼间距（E）与最小抵抗线（V）的比值，是影响爆破效果的重要因素。

K= E/V

式中, E为周边炮眼间距，cm；V为最小抵抗线，cm；

K值总是小于1,当d=38～46mm，E=30～50cm，

V=40～60cm时，K=～。

考虑到权爆区岩石节理较发育，并参照规范周边眼间距取值范围30cm-50cm, 对周边眼间距取45cm,最小抵抗线值取60cm，K=E/V=。

3、炮眼装药系数

周边眼的装药集中度采用规范取值范围～0.15kg.m-1，取0.14kg/m,其它炮眼的填充系数选用见下表：

4、循环进尺

综合考虑各项因素，取L=1.5m

5、孔径和孔深

凿岩采用一字纤头，直径为Φ=40mm，则炮眼孔径为Φ=42mm。孔深除掏槽、底角眼为1.7m外，其它采用1.5m。

孔深：为克服岩石的夹制作用，对掏槽眼和底板眼取1.7m（20cm的超深），其余各眼孔深取1.5m。

6、炮眼数量（采用2号岩石乳化炸药时）

N眼=ad2

式中N—炮眼数目（个）；

q—单位炸药消耗量，取1.2kg.m-3；

S—开挖断面面积(m2），S=98.84m；

A—炮眼装填系数，取；

d一药卷直径，乳化炸药（除周边眼外）为32mm;

N＝××××

=224（个）

7、装药结构和起爆方式

光面爆破采用不耦合装药，软岩一般不耦合系数为～，炮眼装药按装药集中度计算出的药量均匀装入炮眼内。为克服底部炮眼的阻力，在炮眼底部放半个标准药卷，使光爆层易于脱离岩体。施工中采用如下图装药结构：①1/2普通标准药卷（φ32）起爆；②普通标准药卷沿长度方向对半切（相当于φ20小药卷）不耦合间隔装药。

图2 周边眼装药结构示意图

8、光面爆破的分区起爆顺序为：掏槽眼——辅助眼——底板眼——周边眼。采用多段微差起爆（由内向外），其中主爆区的周边眼比辅助眼眼跳2段起爆，并用同一段雷管。主爆区使用非电毫秒雷管，周边眼用导爆索一次同时起爆。

9、各孔装药量及总装药量

总装药量Q，及各孔装药量，详见下表：

台阶法施工开挖上部爆破参数表

台阶法施工开挖下部爆破参数

五、施工方法及工艺

一、钻爆机具材料

钻孔采用13台YT—28型凿岩机和3台20m3空压机，人工钻孔，钻孔直径为42mm，一字形合金钢钻头。采用Φ32mm×220mm 2号岩石乳化炸药。双电雷管引爆连接各孔的跳段导爆管，炮眼内的起爆传爆，掏槽眼采用跳段雷管以利用扩大掏槽效果。

二、光面爆破施工工艺

1、放样布眼

钻眼前，测量人员用经纬仪和水准仪，准确定出隧道中心线和拱顶面高程；用红油漆画出开挖轮廓线，并标出炮眼位置，其误差不得超过5cm；每次测量放线的同时，要对上次爆破断面进行检查，及时调整爆破参数，以达到最佳爆破效果。

2、钻眼要求

掏槽眼：深度、角度按设计施工，眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm。

辅助眼：深度、角度按设计施工，眼口排距、行距误差均不大于10cm。

周边眼：开眼位置在设计断面轮廓线上允许沿轮廓线调整其误差不得大于5cm；炮眼方向可以3%～5%的斜率外插，眼底不得超出开挖断面轮廓线10cm，最大不得超过15cm。内圈眼至周边眼的排距；误差不得大于5cm；内圈眼与周边眼应采用相同的斜率。钻眼装药率调整，当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度（相应调整装药量），力求所有炮眼（除掏槽眼外）眼底在同一平面上。钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查并做好记录，有不符合要求的炮眼重钻，经检查合格后，方可装药爆破

3、炮眼布置要求

①先布置掏槽眼，其方向在岩层层理明显时应尽量垂直于层理，掏槽眼应比其他眼加深20cm。

②周边眼严格按设计开挖轮廓线布置，在硬岩层中，周边眼的眼口在断面设计轮廓线上，眼底超出轮廓线小于10cm；在软岩中，周边眼的眼口在断面设计轮廓线内小于8cm，眼底落在轮廓线上。

③辅助眼根据上稀下密，中部均匀分布的原则布置。

4、孔口堵塞长度L0

L0=（～）V

一般堵塞长度浅眼不超过20cm，深眼不超过30cm。堵塞采用用水浸湿的炸药包装箱纸团，能很好的封闭钻眼。

5、清孔装药

装药前用小直径高压风管将炮眼内石屑吹净，装药需分片，分组按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，雷管要“对号入座”不得混装。所有炮孔均用炮泥堵塞，堵塞长度周边眼不小于20cm，其他眼不小于30cm。周边眼采用小药卷配导爆索，以增加不耦合系数和爆破时的缓冲作用，炮孔装药均采用反向装药结构。

6、连接起爆网络

起爆网络采用复式网络，以保证起爆的可靠性和准确性。导爆管采用四通管连接，不能打结和拉伸，各类炮眼雷管连接段数相同。引爆雷管应用绝缘胶布包扎在离一根导爆管自由端15cm处，聚能穴背向传爆方向，网络连好后要有专人负责检查后再起爆。由于毫秒雷管1段、2段、3段、4段…间，延期秒差小于50ms，所以除掏槽眼外一般必须跳段使用，各孔段位布置为：掏槽眼1段，辅助掏槽眼3段，辅助眼由内向外依次为5、7、9、11、13段，周边眼为15段，底板眼为17段。

7、光面爆破施工技术措施

（1）对所有爆破作业人员进行岗前培训，使他们充分了解光面爆破的重要性及一些有效可行的施工方法，以提高操作熟悉程度。

（2）选用低爆速、低猛度、低密度、传爆性能好、爆炸威力大的2号岩石乳化梯炸药。

（3）用不耦合装药结构，光面爆破不耦合系数为～，但药卷直径不应小于该炸药的临界直径，以保证稳定传爆。

（4）严格掌握与周边眼相邻的内圈眼的爆破效果，为周边眼爆破创造临空面。炮眼深度大于2.5m时，内圈眼应与周边眼有相同的外插角，周边眼应尽量同时起爆。

（5）控制装药集中度，必要时采取间隔装药结构，为克服眼底岩石的夹制作用，可在眼底加强装药。

（6）当岩石层理明显时，炮眼方向应尽量垂直于层理面，如节理发育，炮眼应尽量避开节理，以防卡钻和影响爆破效果。