公路隧道洞身爆破作业安全设计

公路隧道洞身爆破作业安全设计齐建锋前言依据《中华人民共和国安全生产法》、《建设工程安全生产管理条件》和《公路工程施工安全技术规程（JTJ076-95）》、《公路隧道施工技术规程（JTJ042-94）》，对某隧道洞身掘进，爆破作业安全进行施工组织设计。施工作业严格按照施组设计要求操作，将安全隐患消灭在萌芽状态，确保施工无安全事故发生。1、工程概况：为双向两车道，建筑限界标准为11.45m，净高5.0m。隧址穿越地质特征为：洞口上方及仰坡为强风化含角砾凝灰岩，强~中等风化，主要呈碎石状压碎状镶嵌结构；洞口下放为中等风化含角砾凝灰岩，裂缝发育~较发育呈大块状砌体结构；洞身穿越微风化含角砾凝灰岩，埋深20-112米，岩石坚硬，裂缝较发育，岩体完整性较好，呈大块状砌体结构—块碎状镶嵌结构。2、隧道钻破设计2.1钻破设计因素2.1.1地质条件，隧道穿越主要为微风化含角砾凝灰岩，饱和单轴抗压极限强度Rb＞60Mpa，属硬质岩2.1.2开挖断面：78m22.1.3开挖方法：全断面光滑爆破2.1.4掘进循环进尺:3米2.1.5钻眼机具:YT28风动凿岩机18台2.1.6爆破材料：毫秒导爆管微差爆破，选2号岩石乳化炸药，周边眼采用塑料导爆索空气间隔爆破.2.2炮眼布置按照全断面光面爆破设计和理论要求，依据围岩类别、节理发育情况，布置炮眼。2.2.1周边眼和辅助眼的确定周边眼间距E的确定，依据炮眼直径φ38及围岩类别和断面大小，取E/V=0.8计算最小抵抗线V值，V=0.625，为了取得良好的爆破效果，确保开挖面平滑，取V值为0.6m。一般辅助眼抵抗线V约为炮眼间距的60~80%,则辅助眼间距取80cm。见图1。为了满足机械钻眼需要和减少超久挖，周边眼设计位置考虑0.03~0.04的处插斜率，本设计控制在5cm左右。图1周边眼间距与最小抵抗线2.2.2掏槽眼根据多年的施工经验，硬岩隧道爆破施工中，为了改善爆破效果，加快掘进速度，减少炮眼布置数量，在传统的楔形掏槽技术基础上，采用大面积深孔楔形掏槽技术，可提高炮眼利用率，达到优良标准的光爆效果。采用三级楔形掏槽技术，炮眼布置及具体参数见图2和表1。2.2.3.光面爆破装药结构型式根据现场条件和施工习惯，周边眼采用塑料导爆管空气间隔装药，如图3所示。2.3爆破参数验算2.3.1炮眼直径确定根据选用的炸药规格直径32和凿岩机设备的性能，确定炮眼直径为38cm。2.3.2炮眼深度计算按v类围岩的掘进进度和出碴能力，计划每循环进尺2.8米，计算钻眼深度为L=l/η=2.8/0.9=3.1(m)式中：L------炮眼深度，m；l------每掘进循环的计划进尺,m；故，掏槽眼及底眼深度为3.2m；2.3.3炮眼数量计算及复核N=(qs)/(αr)=（1.4×78）/(0.7×0.78)=200(个)式中：N------炮眼数量；η-----炮眼利用系数，取0.9；装药参数表1炮眼名称眼深（m)炮眼数（个）非电段数每孔装药量（kg)药量（kg)装药系数α装药集中度q(kg/m)周边眼3.148151.046.40.40.31辅助眼3.126131.537.70.60.47崩落眼13.118111.730.50.70.55崩落眼23.1591.78.50.70.55掏槽眼12.831612.031.80.90.70掏槽眼23.771832.647.60.90.70掏槽眼33.421052.424.00.90.70扩槽眼3.21872.016.00.80.62二台眼3.116131.727.10.70.55底眼3.216152.235.90.90.70合计574.521813060.70.53图3周边眼装药结构示意图炸药毫秒导爆管炮泥塑料导爆索和竹片≥20q------单位炸药消耗量《隧规》确定硬岩隧道全断面开挖，眼深3~3.5米的深眼爆破时，单位体积岩石的炸药消耗量取0.9~2.0kg/m3；经过初爆和几次试爆，本工程取1.4kg/m3；s----开挖断面积；α----装药系数，即装药长度与炮眼全长的比值；图2炮眼布置图（单位：)掏槽眼r----每米药卷的质量，kg/m；经计算本工程按常规需要布置200个炮眼，在不降低单位岩石的炸药消耗量的基础上，采用大面积深孔楔形掏槽技术，可减少炮眼布置数量，实际施工布置181个炮眼，能够满足光面爆破要求。2.3.4装药量的计算及分配Q=qw=1.4×2.8×78=306kg式中:Q-----一个爆破循环的总用药量；w----一个循环进尺爆破的岩石总体积；按装药系数确定计算分配装药量，采用α=0.7，各种炮眼的装药系数为：掏槽眼为0.9，辅助眼为0.6，崩落眼为0.7,底眼为0.9，周边眼为0.4。具体装药量见表1。3爆破安全技术设计3.1爆破安全距离爆破安全距离是指起爆装药时人员或其他保护对象与爆炸源之间必须保持的最小距离。确定爆破安全距离的目的是为了限制爆破有害效应对周围环境的影响，确保人员和建(构)筑物及其他保护对象的安全。3.1.1爆破地震安全距离爆破地震波的作用有可能引起地面或地下建筑物、构筑物的破裂、倒塌，或导致路堑边；滑坡、隧道冒顶片帮等灾害的发生。目前国内外多采用爆破地震波垂直振动速度作为衡量爆破地震的破坏强度判别标准。安全振动速度是被保护物受到爆破振动作用而不产生任何破坏(抹灰掉落、开裂等)的质点垂直振动速度峰值。通常，安全振动速度应以被保护物的临界破坏速度除以一定的安全系数来求算。《爆破安全规程》对主要类型的建(构)筑物地面质点的安全振动速度作出了相应规定。交通隧洞为15cm/s。爆破地震安全距离按下式计算：R=(K/υ)1/aQm式中R——爆破地震安全距离，m；Q——炸药量，kg，齐发爆破取总炸药量，延期爆破取药量最大一段的炸药量；υ——安全振动速度，cm/s；m——药量指数，集中药包取1/3；K、a——与爆破点地形、地质等条件有关的系数和衰减指数，K取200，a取1.7；根据爆破参数计算确定的毫秒延期段中最大药量计算，R=20米。3.1.2爆破冲击波安全距离《爆破安全规程》规定：露田裸露爆破时，一次爆破的炸药量不得大于20kg，并应按下式确定空气冲击波对在掩体内避炮作业人员的安全距离：Rk=25(Q)1/3式中Rk——空气冲击波对掩体内人员的安全距离，m；Q-------一次爆破的炸药量，kg。秒延期爆破时Q按各延期段中最大药量计算，毫秒延期爆破时，Q按一次爆破的总炸药量计算。经计算Rk=110米，但空气冲击波沿隧道传播时，比沿地面半无限空间的传播衰减要慢，故要求的安全距离也更大，为了预防空气冲击波的破坏作用，可采取以下措施：a．避免使用裸露药包爆破；b．保证堵塞长度和堵塞质量，避免出现冲炮；c．在隧道中进行大规模爆破时，可用砂袋、木材等堆砌成阻波墙或阻波堤，以削弱空气冲击波的强度；d．隧道爆破作业，施工人员撤出隧道外。3.1.3、爆破飞石安全距离爆破飞石系指爆破时被爆物体中脱离主爆堆而飞散较远的个别碎块。爆破飞石的飞行方向和飞行距离难以准确计算，会给爆区附近的人员、建筑物及设备造成严重威胁，特别是露天大爆破和二次破碎爆破造成的飞石事故更多，因此应加以严格控制和防范。爆破飞石产生的原因主要有以下几个方面：a．爆破产生的多余爆生气体能量作用于个别碎石上，使其获得较大的动能而飞散；b．被爆介质不均匀，如有软弱面、混凝土浇筑结合面、石砌体砂浆结合面或地质构造面时，会在这些软弱部位产生飞石；c．爆破作用指数或炸药的单位耗药量取得过大，最小抵抗线由于设计或施工的误差导致其实际值变小或方向改变等，也会产生飞石。d．堵塞长度小于最小抵抗线，或堵塞质量不好，堵塞物沿堵塞通道飞出，形成飞石，爆破产生个别飞石的距离与爆破参数、堵塞质量、地形、地质构造、气象(风向和风速)等因素有关。爆破时，个别飞散物对人员的安全距离不得小于表200m。3.2.爆破作业安全保证措施⑴洞内爆破作业做到统一指挥信号，信号使用事先取得书面批准的爆炸警告信号。人员撤离到安全距离外，不受有害气体冲击。其安全距离为距爆破工作面不少于200m。所有动力及照明电路断开或改移到距爆破点不小于150m的地点。⑵隧道施工放炮，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。放炮后10分钟才准许人员进入工作面，经找顶清除危石、锚喷支护后方能继续施工。⑶每日放炮时间及次数根据施工条件明确规定，装药离放炮时间不应过久。爆破前爆破人员严格检查爆破网络，确保一次起爆。⑷遇到下列情况严禁装药爆破：照明不足；工作面岩石破碎尚未支护；发现可能有高压水涌出地段。⑸爆破后必须经过通风排烟，且其相距时间不少于15分钟，并经过以下各项检查和妥善处理后，其它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。⑹装炮时严禁火种，严禁明火点炮，严禁装药与打眼同时进行。⑺两端工作面接近贯通时，加强两端的联系与统一指挥。当两端工作面距离余留八倍循环进尺时，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。⑻配备可靠的仪器，组织量测人员和资料分析人员，监测并记录每次爆破的震动情况及空气增压情况，调整爆破作业，使震速不超过允许值，并防止开挖失稳。3.3盲炮的预防和处理3.3.1盲炮的预防a.爆破器材要妥善保管，严格检验，禁止使用技术性能不符合要求的爆破器材。b．不同燃速的导火索应分批使用。c.提高爆破设计质量。设计内容包括炮孔布置、起爆方式、延期时间、网路敷设、起爆电流、网路检测等。d．改善爆破操作技术，保证施工质量。火雷管起爆要保证导火索与雷管紧密连接，雷管与药包不能脱离。e．在有水的工作面爆破时，采取可靠的防水措施，避免爆破器材受潮。选用防水炸药。3.3.2．爆破盲炮处理a.严禁从盲炮中拉出电雷管脚线或导爆管。b.采取措施消除由于爆破条件变化而出现的不安全因素，在所有人员撤至安全区域后，方可按常规起爆要求进行第二次起爆。爆破网路未受破坏且最小抵抗线无变化者，可重新联线起爆；最小抵抗线有变化者，应验算安全距离，并加大警戒范围后联线起爆。c.在距盲炮孔口子不小于10倍炮孔直径处另打平行孔装药起爆。爆破参数由爆破工作领导人确定。作者简介：2001年毕业于石家庄铁道学院，土木工程专业，先后经历秦岭特长隧道、西安-南京线桃花铺1#隧道、西汉高速公路第一期、第二期试验段隧道施工、宁夏沙坡头北干渠下段隧洞扩建改造工程等。