隧道光面爆破设计案例

隧道光面爆破设计隧道光面爆破设计某隧道为岩溶隧道，隧道断面为135m2，断面高11.7m，宽为13.8m，地质条件复杂，围岩主要以灰岩、白云岩为主，弱～微风化灰岩段为Ⅱ、Ⅲ级围岩，极限抗压强度60≤fr≤80。爆破设计的顺序1分析岩性和隧道断面→2确定开挖方法→3确定开挖进尺→4爆破器材选择→5掏槽眼设计→6周边眼设计→7二圈眼设计→8掘进眼设计→9底板眼设计→10各类孔药量分配→11总药量和总眼数核对→12爆破网络设计→13参数现场优化。1、岩性分析和开挖方式选择岩性分析：围岩主要以灰岩、白云岩为主，弱～微风化灰岩段为Ⅱ、Ⅲ级围岩，极限抗压强度60≤fr≤80，Ⅱ、Ⅲ级围岩段属于硬岩，爆破难度属难爆。开挖方式选择：根据地质条件与断面情况，开挖方法主要采用台阶法开挖。各部参数为：上台阶高为7.0m，轮廓线弧长22.6m；下台阶高3m；仰拱最大高度1.7m。2、确定最大炮孔深度炮眼深度确定因素炮孔深度受开挖断面大小的约束，炮孔过深，受岩石的夹制作用大，残眼率高，炮孔利用率低。一般情况下，炮孔深度L取隧道高度（或宽度）的0.5～0.7倍（取值按高度或宽度的小值计算）。炮眼深度确定上台阶最大钻孔深度L=0.5×7.0=3.5m掏槽眼钻孔深度3.5m周边眼、二圈眼和掘进眼3.2m下台阶和仰拱也按3.2m眼深控制3、爆破器材的选择影响爆破效果的主要因素炸药的安全性主要受炸药的耐热性和敏感度影响，但是敏感度过低，会使起爆能过大，容易发生拒爆现象，相反敏感度过高，则使用不安全；在装药结构一定的情况下，爆破震动的大小主要受炸药的猛度和爆速影响，猛度和爆速越大，其炮轰波速度越大，震动越大；爆力和爆速对岩体的破碎程度也有较大影响，爆力主要体现炸药爆破时对周边介质做功的大小，爆力越大，其爆破能越大；爆破有害气体主要与炸药的成分有关，炸药特阻抗与岩体特阻抗的匹配系数对炸药的爆破功利用效率有较大影响，匹配系数越高，爆破功利用效率越高。爆破器材的选择为了取得良好的光面爆破效果，一般选用安全效能高、敏感度适中、爆破有害气体少、低猛度、低爆速、高爆力、与岩体的匹配系数高的炸药。在无水地段采用2号岩石硝铵炸药地下水丰富地段采用2号岩石乳化炸药导爆网络由塑料导爆管与非电毫秒雷管组成4、掏槽眼设计隧道开挖掏槽结构主要有楔形掏槽和直眼掏槽两种形式。楔形掏槽有垂直楔形掏槽、水平楔形掏槽、爬眼等形式。如果爆破进尺要求较大时，在断面尺寸允许的情况下，采用多重楔形掏槽。该隧道断面宽度13.8m，岩石极限抗压强度60≤fr≤80MPa，岩石可爆性属难爆，根据现有情况，选用多重垂直楔形掏槽方式。表1楔形掏槽参数表围岩级别坚固系数（f）掏槽眼对数掏槽眼间距(m)炮眼夹角（°）炮眼底间距（cm）Ⅱ、Ⅲ6～82～30.4～0.845～75＞20注：1.掏槽的对数与断面的宽度和岩石坚固程度相关，断面大，岩石坚固程度高，对数取大值，相反取小值在本断面中掏槽眼取2对，共16个眼炮眼夹角按由内向外依次增大。垂直楔形掏槽（1）周边眼间距和孔数周边眼间距经验公式为E=10d～18d（d为孔径），围岩情况好，取大值，相反，取小值，根据现场隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩的情况，周边眼间距取40～50cm。取周边眼间距=45cm则上台阶周边眼个数：N=L/E=22.6/0.45=50个。5、周边眼设计（2）周边眼最小抵抗线周边眼间距确定后，在Ⅱ、Ⅲ级围岩下，按炮眼密集度公式m=E/W=0.7～1.0，可得最小抵抗线W=50～75cm。断面跨度大，光爆眼所受到的夹制作用小，取较大值，相反，取小值，岩石强度高取小值，相反取大值。周边眼最小抵抗线W=60cm（3）周边眼不耦合系数光面爆破周边孔采用不耦合装药。一般不耦合系数经验值为D=1.5～2.0。现场钻孔孔径为d=42mm，现场实际采用25mm得D=1.68符合D=1.5～2.0的条件。（4）周边孔装药结构装药采用不耦合间隔装药结构（也可采用小药卷连续装药结构），因间隔距离超过殉爆距离等因素，一般用导爆索串联各药卷以加强传爆的稳定性，药卷采用φ25小药卷，孔底用半卷φ32药卷加强。（5）周边孔单孔药量计算单孔装药量，以kg/m表示。式中：q—装药集中度，kg/m；k—单位体积耗药量，kg/m3，试验得1.6kg/m3；e—炸药换算系数，e=320/B；B—炸药的爆力，ml,对岩石硝铵炸药B=320;w—最小抵抗线，m；计算得：q=0.33×1×1.6×0.6×0.6=0.191kg/m单孔药量：QK=q×L=0.191×3.2=0.611kg233.0wkeq233.0wkeq围岩情况取值范围见表2岩石类别炮孔直径(cm)药卷直径(cm)间距E(cm)不耦合系数D抵抗线W(cm)密集度m（E/W）装药集中度（q）(kg/m)硬岩60≤fr≤8040~502540～501.6~2.050～750.7～1.00.15～0.25注：1.fr为单轴极限抗压强度；2.孔间距随岩石强度或轮廓曲率半径变大，而增大；3.在本断面中，周边眼45cm，周边眼抵抗线60cm。装药集中度0.19kg/m。（6）周边眼爆破死角处理上台阶周边眼与底板眼连接部夹角小，爆破时，夹制作用大，在角隅处减少药量，将周边眼间距适当加密，并最后起爆。6、二圈眼设计二圈眼爆破质量的好坏直接影响光面爆破的效果，二圈眼间距按不小于周边眼的抵抗线考虑。在本断面中，二圈眼的间距取a=60～80cm，抵抗线取80cm，上台阶孔数可按下式计算。aRWRLN式中：R-开挖轮廓线半径，m；W-周边眼抵抗线，m；L-开挖轮廓线周长，m；a-二圈眼眼间距，m;7、掘进眼掘进眼布置主要是确定炮眼间距和最小抵抗线，炮眼间距和最小抵抗线大小的选取由岩石的坚硬程度和炮眼深度确定。抵抗线W与炮眼深度L的关系式为：W=（0.2～0.5）L在硬岩中，炮眼越深，取较小的系数，反之取较大的系数结合本隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩的掘进眼环向间距通常控制在a=0.6～1.0m，掘进眼层间距为b=0.8～1.2m，且环向间距和层间距一般按由内向外逐渐减小的原则布设。8、底板眼底板眼主要对岩石进行二次粉碎和起到翻渣的作用，布置原则一般为孔间距a=0.8～1.2m，距离二台眼距离b=0.8～1.0m。当底板眼位置位于隧道仰拱底部开挖轮廓线时，孔间距一般为0.5～0.8m。9、各类孔炸药分配(1)周边眼采用不耦合间隔装药结构，其余孔采用连续装药结构。(2)各类孔装药量分配顺序为：掏槽孔→周边孔→二圈孔→掘进孔→底板孔。(3)孔内炸药长度结合围岩情况、炮口封堵长度和孔所在位置，综合考虑各孔药量。上台阶布置原则如下：掏槽孔一般按照0.8～0.9倍孔深连续装药；周边孔按装药集中度计算单孔药量；二圈眼按照0.6～0.7倍孔深连续装药；掘进眼按照0.7～0.8倍孔深连续装药；底板孔一般按照0.7～0.8倍孔深连续装药。同样，由于下台阶和仰拱具有良好的临空面，装药量配置适当减小。上台阶各孔布置及药量布置表3上台阶Ⅱ、Ⅲ级围岩钻爆参数表下台阶各孔布置及药量布置下台阶Ⅱ、Ⅲ级围岩钻爆参数表10、总药量与总孔数核算(1)上台阶总药量钻孔深度为3.2m爆破总装药量：Q=KSL=0.9×（77.82×3.2）=224.12kg式中：K-单位炸药消耗量，结合本合同段岩石强度、断面宽度和爆破进尺综合考虑，上台阶：取K=0.9kg/m3，（查定额坚固系数f=6～8时，松动爆破K=0.5kg/m3，加强松动K=0.7kg/m3，抛掷爆破K=1.2kg/m3）。S-断面面积（m2）,上台阶面积S上=77.82m2；L-炮眼深度（m）,3.2m。（2）上台阶总孔数除周边孔外，炮眼数目按式计算。N=式中：N-炮眼数目，个K-光面爆破单位炸药消耗量，kg/m3L-炮眼深度，3.2mn-炮眼装药系数，查表取0.8，r-炸药的线装药密度，1kg/mS=开挖断面积，m2-周边眼总装药量，kgrnLQLSK****周周Q周Q周Q上台阶轮廓线长22.6m，周边眼按间距45cm布孔，装药集中度取0.19kg/m,孔深3.2m。得：N孔=22.6/0.45=50个，周边眼总药量=50×0.19×3.2=30.4kg上台阶总药量Q=KSL=224.12kg代入参数得：N=76个则上台阶总炮孔N=76+50=126个。计算得知，其上台阶布孔数和总装药量合理。同理，计算仰拱和下台阶，其参数合理。11、起爆网路隧道爆破开挖使用塑料导爆管非电起爆网络，起爆过程中严格控制孔内各段位的毫秒雷管段差，起到微差起爆的目的。在网络连接过程中，孔内的非电毫秒雷管跳段使用，段差按由内向外跳级增加，考虑减震效应，多重掏槽的掏槽眼段差一般取50～75ms，周边眼和二圈眼段差一般在100ms左右，周边眼一般采用大段的非电毫秒雷管引爆，且周边眼通常结合使用导爆索以加强传爆的稳定性；用于网络中间连接的非电毫秒雷管一律采用小号段、同段位的雷管。网络连接一般采用复式连接法，即每个主干线上的塑料导爆管雷管采用双管并联与孔内的塑料导爆管连接。网路击发使用击发枪击发，激发传递过程为：击发枪→主干线上的导爆管→主干线的毫秒雷管→各个支线上的导爆管→各个支线上的雷管→引爆炸药，从而完成整个网络起爆。起爆顺序为：掏槽眼→掘进眼→二圈眼→周边眼→底板眼。