隧道钻爆设计方案分析

巴达高速BD34标（隧道工程）钻爆设计方案1浙江大地交通工程有限公司巴达高速BD34标江陵（青凤）互通立交连接线隧道钻爆设计方案巴达高速BD34标项目经理部2013年3月1日隧道开挖钻爆设计方案巴达高速BD34标（隧道工程）钻爆设计方案2浙江大地交通工程有限公司第一节、编制依据、目的、原则1、编制依据（1）招投标文件及相关施工要求；（2）隧道施工设计图及相关参考通用图；（3）《公路隧道钻爆法施工工序及作业指南》；（4）《爆破安全规程实施手册》；（5）爆破安全规程（GB6722-2003）；2、编制目的及适用范围钻爆作业是隧道施工控制工期、保证开挖轮廓的关键。为了充分发挥围岩的自承能力，减轻对围岩的振动破坏，隧道采用微振控制爆破技术，同时开挖面周边采用光面爆破，并根据围岩情况及时修正爆破参数，减少超欠挖，以达到最佳爆破效果，形成整齐圆顺的开挖轮廓线。本钻爆设计适用于巴达高速BD34标段内隧道开挖Ⅳ、Ⅴ级围岩内所采用的台阶法加环形开挖预留核心土开挖法钻爆施工。3、编制原则（1）炮孔布置要适合人工钻孔；（2）提高炸药能量利用率，以减少炸药用量；（3）减少对围岩的破坏，周边采用光面爆破，控制好开挖轮廓；（4）控制好起爆顺序，提高爆破效果；（5）除非围岩破碎，节理发育等不良地质外，开挖断面周边一律进行光面爆破；第二节、施工程序针对本标段内隧道地质情况和设计要求，隧道开挖钻爆开挖主要施工流程图如下：爆破设计掏槽类型选定爆破参数确定合理起爆顺序装药结构孔网参数确定时差孔外网路装药参数炮孔起爆方式下半断面上半断面或全断面巴达高速BD34标（隧道工程）钻爆设计方案3浙江大地交通工程有限公司第三节、施工方法与钻爆设计一、施工相关材料及参数（1）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，引爆采用电雷管。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。（2）炮眼布置隧道洞口段明挖钻孔采用潜孔钻机钻孔，洞身内采用YT28气腿钻钻孔，采用φ42钻头，成孔直径为φ50。根据设计要求及现场地质情况，洞门段明挖采用梯段爆破，洞身Ⅳ、Ⅴ级围岩台阶法及预留核心土开挖采用斜眼掏槽，下台阶和仰拱开挖按露天台阶爆破原则进行设计。（3）设计方法本钻爆设计主要针对不同开挖方法与相应围岩进行爆破参数确定。Ⅳ按台阶法进行设计、Ⅴ级按预留核心土开挖法进行钻爆设计和布孔装药爆破。二、钻爆设计为减轻爆破时对围岩的扰动，周边眼采用多钻眼少装药等措施，并采用导爆管串装药结构，孔口堵塞长度不小于40cm。钻爆作业时,根据现场实际地质条件及时修正爆破参数,以期达到最佳爆破效果。1、洞口段明挖隧道洞口段明挖与路堑开挖一起进行，隧道进、出口开挖长度、宽度、高度根据设计要求确定，开挖边坡坡比为满足设计要求，对隧道洞口段采用梯段爆破，实施小型松动控制爆破，边坡采用预裂爆破，预裂孔一次成形，爆破孔采用分层梯段爆破，分层高度为最大为6.0m。1）设计原则（1）开挖爆破孔深度小于等于6m为浅孔，开挖爆破孔深度大于6m为深孔。（2）为保证安全，飞石要尽可能控制在20m以内。（3）为减少对周边结构物的爆破震动效应，采用边坡预裂微差起爆技术，严格控制单响药量。（4）选择合理的孔网参数及施工处理技术，以取得良好的爆破效果。2）设计原则（1）主爆孔参数设计巴达高速BD34标（隧道工程）钻爆设计方案4浙江大地交通工程有限公司a、台阶高度H、孔距a、排距b的取值：由于隧道明洞段地质岩层为粉质黏土、全风化、强风化及弱风化粉砂岩等破碎围岩，爆破压力波可能窜孔，削弱爆破效果，采取小药量、密集孔方式。主爆破孔采用φ78mm液压钻钻孔。炮孔间距：炮孔密集系数（取值0.7）前排底盘抵抗线(取20～40倍D)，取2.0m（7～）～2.8；取2.0炮孔排距：根据经验公式，取b、超钻深度取值：为使爆破后的堑底不留岩坎，钻孔超钻深度取值h=（0.05～0.15）W。c、钻孔深度：L=H+h，本设计内取6.3m。d、单位体积耗药量q取值：本段岩石为风化、全风化砂岩，属于软岩，岩石单轴饱和抗压强度Rc为15≥Rc＞5。依据经验，一般取值q=0.3～0.5Kg/m3。现取q=0.4Kg/m3。e、装药量计算：（采用体积公式计算）Q前排=qawH=9.6kgQ以后各排=qabH=8.6kg式中:q——单位炸药消耗量，kg/m3（根据经验值取0.4kg/m3）a——孔距，米b——排距，米W——前排底盘抵抗线，米(取20～40倍D)H——台阶高度，米（计算取值不含超钻深度）f、装药长度L1：L1=Q/q1q1—每m药包的重量，查表q1=2.0kg/m（采用50mm乳化炸药）；则L1=8.6/2.0=4.3m。堵塞长度L2：L2=H-L1=2.0m。根据计算，本爆破设计开挖主爆孔相关参数确定为：台阶高度H选6m，超钻孔深度h为0.3m，钻孔深度L为6.3m，前排底盘抵抗线Ｗ距离为2.0m，孔距a取2.0，孔排距b取1.8m，巴达高速BD34标（隧道工程）钻爆设计方案5浙江大地交通工程有限公司单孔装药8.6kg，堵塞长度2.0m，装药长度4.3m，装药结构为连续集中装药。（2）边坡预裂孔参数设计边坡预裂爆破孔采用YT28气腿钻钻孔，钻也采用φ42mm钻头，成孔后孔径D为φ50mm。开挖边坡坡比为1:0.75～1：1.25控制；a、炮孔间距a据经验公式：a=(7～12)D；a=50×(7～12)=350～600mm;选用a=50cm。b、不偶合系数D/d；D/d=2～5D-钻孔直径，500mm（成孔）；d-药卷直径，选用药卷直径250mm；D/d=500/250=2.0c、线装药密度Qx；根据经验公式：Qx=0.188aσ0.5a-为孔间距，取50cm；σ-岩石极限抗压强度，本段内隧道选用300kgf/cm2。Qx=0.188×50×300×0.5×100=1438.2g/m；底部加强装药2～3倍；其中：岩石极限抗压强度σ-1kgf/cm2=1kg*9.8/0.0001m2d、单孔装药量Qxα=150×6×αkg=0.927kg，底部加强装药，则单孔装药量取1.05kg。e、装药长度L1：L1=Q/q1q1—每m药包的重量，查表q1=0.75kg/m则L1=1.05/0.75=1.4m，堵塞长度L2：L2=H-L1=4.6m。（3）底板保护层爆破底板保护层采用YT28手风钻钻垂直孔，一次爆除，孔径，爆破参数如下：a、钻孔高度H：采用典型断面H=1.5m；b、最小抵抗线：系数，一般用，选用钻孔直径，，取；c、炮孔深度：根据经验公式，因考虑底部加柔性巴达高速BD34标（隧道工程）钻爆设计方案6浙江大地交通工程有限公司垫层，取；d、炮孔间距：根据经验公式，取；e、炮孔排距：根据经验公式，取；f、每孔装药量：（单位耗药量，取）；j、装药长度L1：L1=Q/q1q1—每m药包的重量，查表q1=0.75kg/m则L1=0.56/0.75=0.75m堵塞长度L2：L2=H-L1=0.75m。（4）起爆网络预裂爆破孔采用10孔一段，单响药量控制在50kg以内。为便于网络联结及减少爆破后冲作用对坡面的影响，以及控制抛石、飞石，排数控制在10排，最大一段起爆药量不大于200kg，逐渐递减至邻近设计边坡缓冲孔爆破时，不大于100kg。采用梅花形布孔排间微差起爆方式，采用非电毫秒延期，导爆索传爆，电雷管引爆方式联接。对于段数过多，可能出现“串段”或“重段”现象，采用孔外延期接力传爆，保证最大段装药量控制在200kg范围内。爆破时严格按照先起爆预裂孔，再起爆主爆孔，最后起爆缓冲孔的起爆顺序，严格控制药量，爆破后的地表缝宽不大于1cm，预裂面不平整度不大于15cm，孔壁表层不产生严重的爆破裂隙。导爆索非电雷管段数导爆管爆破网络连接示意图11977777777777533333333331预裂孔缓冲孔主爆孔拉槽孔主爆孔缓冲孔预裂孔1111111111111111111115555555555999999999111111111111111111巴达高速BD34标（隧道工程）钻爆设计方案7浙江大地交通工程有限公司（5）装药结构设计主爆孔采用乳化炸药连续耦合装药结构，预裂孔采用间隔不耦合装药结构，不耦合系数2.0。药卷直径Φ25导爆索3.0～4.0m2m连续装药主爆孔装药布置结构示意图单节装药150g0.2m直径Φ25间隔0.2m装药底药300g1.5～2m导爆索0.4m0.2m预裂孔装药布置结构示意图（6）爆破安全技术爆破产生的飞石及空气冲击波对周围环境会产生危害。故采取有效措施控制爆破的震动效应是施工重点解决的问题。根据实际情况，采用控制单响药量和边坡预裂技术来减少爆破震动效应（根据经验边坡预裂爆破可将震动效应减少40%）。最大单响药量控制计算：Q安全≤R3（Vb/k）（3/a）式中Q安全——安全单响控制药量kgR——爆源中心至保护物的距离，现场距离大于50米，按50米计算Vb——保护物的临界震动速度，本段附近居民房屋为一般砖房，Vb取值2cm/sa——场地系数，取值为2.0k——场地系数取值2002、洞身段钻爆设计根据设计要求和地质情况，本标段内隧道主要有Ⅳ、Ⅴ级围岩，根本地质情况设计Ⅳ、V围岩采用台阶法或环形预留核心土开挖法开挖，。针对不同开挖方法和不同围岩情况，本钻爆设计主要针对台阶法进行钻爆设计和布孔装药爆破。Ⅴ级围岩施工采用预留核心土超短台阶法开挖施工，先支护后开挖，机械配合人工开挖，巴达高速BD34标（隧道工程）钻爆设计方案8浙江大地交通工程有限公司个别地方石方开挖用小炮松动，机械出渣。“早预报、管超前、严注浆、弱爆破、短进尺、强支护、勤量测、快封闭、紧衬砌”的原则，认真做到稳扎稳打，步步为营。施工顺序见《Ⅴ级围岩施工顺序图》V级围岩开挖及支护图开挖及支护顺序1、上台阶1-1开挖及支护开挖2、上台阶核心土1-2开挖3、马口2-1开挖及支护4、下台阶核心土开挖1）、施工方法上部弧形导坑及边墙导坑以人工风镐或隧道挖掘机开挖为主，辅以弱爆破，开挖后及时采取支护措施。上弧导坑出渣由隧道挖装机扒至下半断面后，装入自卸车运走，上断面扒渣用人工配合，核心土开挖采用控制爆破，核心开挖后立即施作仰拱，衬砌采用全断面液压衬砌台车，砼输送车配砼输送泵灌注。Ⅳ级围岩采用短台阶法开挖，光面爆破施工，机辅以人工清捡。先开挖上部，掏槽采用大空眼直眼掏槽进行爆破作业，初期支护紧跟，然后开挖下部和施作下部初期支护，最后形成封闭环。台阶长度可根据施工及围岩的实际情况采取10～15m，每循环进尺控制在1.0～2m。隧道仰拱工作面距离下台阶开挖面距离≤20m，二次衬砌紧跟仰拱施工。巴达高速BD34标（隧道工程）钻爆设计方案9浙江大地交通工程有限公司IV级围岩施工开挖及支护图开挖及支护顺序1、上台阶开挖及支护开挖2、下台阶开挖及支护2）、开挖技术要求开挖施工按短进尺、弱爆破、强支护的原则进行，抓好钻眼爆破和装渣运输两大环节。根据现场试验结果确定实际施工参数用于指导施工，当围岩变化较大或炮痕保存率、炮眼利用率、装药量、残眼深度、抛渣距离、块度等方面不能满足要求，按规定再次进行试验和调整参数，并加强运输协调与组织。a.直线段用激光导向仪、曲线段用全站仪准确画出周边轮廓线及布眼误差不超过5cm，炮眼位置的精度直接影响隧道开挖效果，特别是周边眼的放样精度，更直接影响超欠挖值，施工时严格按照隧道设计轮廓和钻爆设计图测定并在开挖工作面上画出炮眼位置。b.打眼精度的高低也是控制超欠挖重要因素，打眼精度包括开眼位置，炮眼垂直度、孔平面和周边眼外插角等，施工时钻眼做到准确、平顺、整齐。钻眼、清孔：安排技术熟练的操作人员操作，严格设计要求和具体情况、确定的设备进行施工。装药前，用炮钩和高压风将孔内石屑刮出清净。c.装药质量直接影响爆破效果和超欠挖量，按照炮眼布置设计图确定的装药量自上而下分片分组进行，雷管对号安设，要定人、定位、定段别，不得乱装药。所有炮眼要求炮泥堵塞。d.装药、联网完成后要认真检查，确认无误