隧道钻爆设计方案.doc

钻爆设计方案
一、基本原则
在保证围岩稳定或减少对围岩扰动的前提条件下，选择恰当的开挖方法和掘进方式，并尽量提高掘进速度。在选择这些方法、方式时，一方面考虑隧洞围岩地质条件及其变化，使围岩能保持稳定；另一面考虑岩体的坚硬程度，使既能保证掘进速度，又能减少对围岩的扰动。在施工中坚持先探后挖、先护后挖的施工原则，将超前地质预报纳入施工循环，不探明前方地质，坚决不能开挖；不进行超前支护，坚决不能开挖。同时本着稳定掌子面、及时闭合和加固地层的原则，相互补充，视先选择。在硬岩地段，为更好地减少爆破对周边围岩的扰动，减少超挖，采用光面爆破技术控制爆破。在软岩地段，开挖后及时进行初期喷锚支护（Ⅳ、Ⅴ级围岩不利于围岩稳定段，设置型钢钢架支撑），并监测围岩变形。
二、开挖方案的确定
隧洞钻爆开挖总体上要求拱部采用光面爆破，边墙部采用预裂爆破或光面爆破；以最大限度地减少对周边岩体的扰动，控制超欠挖，提高初期支护的承载能力。由于本隧洞洞径较小，全部采用全断面法开挖。
三、隧洞光面爆破施工
隧洞钻爆的关键技术问题除提高周边轮廓的爆破成形质量外，重要的是减小爆破引起的地震效应，维护围岩自身的稳定。由于本隧洞洞径较小，本标段隧洞施工时在Ⅱ～Ⅲ级及Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下均采用全断面钻爆掘进方式。
1、钻爆设计
钻爆设计使用光面爆破或预裂爆破技术，尽量减少爆破对围岩的扰动。
钻爆设计在综合研究地质条件、开挖断面、开挖方法、掘进循环进尺、钻眼机具、爆破器材等的基础上进行。主要内容有：炮孔布置、装药结构；钻爆参数表；起爆方法和顺序，主要技术经济指标及必要的说明。
爆破设计确定后，严格按钻爆设计进行钻孔、装药、接线及引爆。
1.1周边眼布置
采用光面爆破。由于岩面的自重有助于周边眼最后起爆时岩面沿周边眼开裂，不仅保证了爆破效果，而且对减轻周边眼振动强度较为有利。
1.2周边眼的装药结构
光爆眼装药采用不耦合装药结构，不耦合系数一般在1.4～2.0范围内。炮孔直径D取42mm，而药卷选用φ25×200mm的小直径药卷，间隔捆绑在竹片上，药卷有20～40cm的空气柱间隔，这样做法，密度低，在炮孔内与岩壁间有很大空隙，能减轻爆炸猛度，使炮眼内壁受力均匀，使隧洞轮廓分明，成型美观。见下图1所示。同时，可通过试验酌情减小周边眼孔距，并采用间隔装药，以提高光爆效果。
图1 周边眼装药结构图
炮泥
传爆管
雷管
竹片
小药卷
导爆索

2.1掏槽眼
从隧道爆破开挖振动速度的观测中发现：掏槽爆破的振动比其它部位的爆破的振动要大的多。因此在围岩中爆破开挖从减轻掏槽眼爆破的振动强度、维护围岩自身稳定为出发点，掏槽眼采用四空眼直眼掏槽形式。
3.1爆破器材
3.1.1炸药的选择：有水地段采用乳化炸药，其余均用2#岩石销铵炸药，适用于光面爆破，具有低爆速、低密度、高爆力、小直径、传爆性能良等优点。
起爆器材：采用非电塑料导爆管毫秒雷管起爆。试验证明毫秒雷管和毫秒等差递增雷管结合使用，能获得更节约炸药、减小振动的效果。
3.1.2雷管的选择
考虑到爆破原因，一般采用非电毫秒雷管。为了满足减轻振动的要求，必须要严格控制最大一段的装药量，因而雷管要有足够的段数。
3.1.3段间隔差
为避免振动强度的叠加作用，雷管应跳段使用，段间隔时差应小于100ms。
3.1.4循环进尺
主要根据地质条件及施工进度安排来考虑。一般控制在1.8m左右。
3.2起爆顺序
施工顺序：掏槽眼→扩槽眼→内圈眼→周边眼。光面爆破时，从掏槽眼开始，一层一层从断面中心向外进行，最后是周边眼爆破。布置雷管段号时应注意：①选择合理的段间隔时间；②同段号一次起爆药量应小于最大一段允许装药量；③前一段的起爆要尽量为后一段爆破创造良好的临空面。
3.3爆破参数的选定
根据经验初步拟定爆破参数，再通过现场试验修正确定爆破参数。
3.3.1炮眼深度L 以循环进尺为炮眼深度，掏槽眼加深10%～20%。
3.3.2 炮眼数目N 可根据下式计算：
N＝ks／﹙nr﹚
式中：k—单位炸药消耗量，㎏/m3；
s—开挖面积，m2；
r—炸药的线装药密度，㎏/m；
n—炮眼装药系数（取0.2～0.4）；
3.3.3炮眼布置
首先布置掏槽眼、扩槽眼、内圈眼、周边眼。
周边眼参考经验计算式：
间距：E＝（12～18）d（d为炮眼直径）；
抵抗线：W＝（1.0～1.5）E；
装药量集中度：q＝0.04～.19㎏/m；
3.3.4一次起爆总药量计算
Q＝ksL
式中：L—炮眼深度，m。
3.3.5单眼装药量计算
① 周边眼可参考光面爆破进行计算。
② 其它各部炮眼装药量：q＝kawlλ
式中：a—炮眼间距；
w—炮眼爆破方向的抵抗线；
λ—炮眼所在部位系数（见表1）。
表1 炮眼部位系数λ
炮眼部位
掏槽炮眼
扩槽炮眼
内圈炮眼
λ值
2～3
1.5～2
0.8～1.0预
0.5～0.8光

4.1各级围岩具体钻爆设计
4.1.1Ⅱ级围岩标准断面隧洞爆破设计
Ⅱ级围岩标准断面隧洞采用全断面法施工，循环进尺均为2.0m，爆破参数见表2。
表2 Ⅱ级围岩爆破参数表
围岩级别
周边眼间距
E（cm）
周边眼至内圈眼间距
W（cm）
周边眼装药集中度
a（kg/m）
相对距离
（E/W）
每循环进尺
L（m）
Ⅱ
45～55
50～70
0.10～0.35
0.8～1.0
2.0
4.1.2Ⅲ级围岩标准断面隧洞爆破设计
Ⅲ级围岩标准断面隧洞采用全断面法施工，循环进尺均为2.0m，爆破参数见表3。
表3 Ⅲ级围岩爆破参数表
围岩级别
周边眼间距
E（cm）
周边眼至内圈眼间距
W（cm）
周边眼装药集中度
a（kg/m）
相对距离（E/W）
每循环进尺
L（m）
Ⅲ
45～55
50～70
0.10～0.35
0.8～1.0
2.0
4.1.3Ⅳ级围岩标准断面隧洞爆破设计
Ⅳ级围岩标准断面隧洞采用全断面法施工，循环进尺均为1.5m，爆破参数见表4。

表4 Ⅳ级围岩爆破参数表
围岩级别
周边眼间距
E（cm）
周边眼至内圈眼间距
W（cm）
周边眼装药集中度
a（kg/m）
相对距离（E/W）
每循环进尺
L（m）
Ⅳ
40～50
45～65
0.10～0.30
0.8～1.0
1.5
4.1.4Ⅴ级围岩标准断面隧洞爆破设计
Ⅴ级围岩标准断面隧洞采用全断面法施工，循环进尺均为1.5m，爆破参数见表5。
表5 Ⅴ级围岩爆破参数表
围岩级别
周边眼间距
E（cm）
周边眼至内圈眼间距
W（cm）
周边眼装药集中度
a（kg/m）
相对距离
（E/W）
每循环进尺
L（m）
Ⅴ
40～50
45～65
0.10～0.30
0.8～1.0
1.5
5光面爆破施工工艺流程
在隧洞爆破作业的掘进中，对爆破技术诸要素如钻眼大小、孔深、间距、药量、钻眼分布与起爆顺序等慎重研究、严格控制。
钻爆作业按照钻爆设计进行。当开挖条件出现变化时，爆破技术随围岩条件的变化而作相应改变。
软岩开挖作业时，严格遵守“短进尺、弱爆破”的原则，遵守有关“爆破与震动”的作业要求。
隧洞光面爆破施工工艺流程见图3

图3 隧洞光面爆破施工工艺流程
光面爆破设计

测量放线

清理钻孔

钻 孔

钻孔质量检查

设置警戒

网络检查

爆破材料准备

装药计算

装药与堵塞

连接起爆网络

起 爆

通 风

光爆效果与质量

准备填筑材料

爆破效果检查

5.1测量布眼
钻炮眼前绘出开挖断面的中线、水平和断面轮廓，并根据爆破设计标出炮眼的位置，经检查符合设计要求后钻眼。
洞内控制测量采用导线、中线双控法控制，高程控制采用水准测量。控制测量采用全站仪作导线控制网，施工测量采用全站仪配合激光定位仪。
用经纬仪、钢卷尺等准确绘出开挖轮廓线及周边眼、辅助眼和掏槽眼的位置，并用红油漆标出炮眼，严格控制开挖边线。距开挖面50m处埋设中线桩，每100m设临时水准点。
每次放线时，对上次爆破效果检查一次，并及时将结果告知技术主管和爆破人员，技术人员对测量数据进行计算分析，修正爆破参数，以达到最佳爆破效果。
炮眼布置图：

5.2钻孔
钻孔由专业钻孔工班承担，严格按照钻爆设计图进行钻孔作业，特别是周边眼和掏槽眼位置、间距和数量，未经主管工程师许可不得随意改动。各钻手分区、分部位定人定位施钻，实行严格的钻手作业质量经济责任制。风枪手做到二定三保，即定人定位，保质保量保安全。炮眼要“准、平、齐”：“准”是指炮眼位置要准，周边眼口全部在设计轮廓线内5cm的连线上，眼底全部在设计较廓线外5cm的连线上终止，其作炮眼定位误差不超过10cm。只有这样才能达到两排炮之间错台不大于10cm；“平”是要求炮眼方向和隧洞中线平行，两侧边墙要顺帮水平打眼，各排炮相同位置的炮眼平行，爆破后各排同位炮眼连成一条线；“齐”，主要是眼底要齐，要在一个垂面上，才能保证良好的爆破效果。
5.3清孔
装药前用钢筋弯制的炮钩、高压风将炮眼内的泥浆、存水、石粉吹洗干净。
5.4装药与堵塞
分片分组按炮眼设计图确定的装药量自上而下装药，雷管“对号入座”。所有炮眼均以炮泥堵塞，堵塞长度不小于20cm。
5.5联结起爆网络
采用复式起爆网络，以保证起爆的可靠性和准确性。联结时注意：导爆管不能打结和拉细；各炮眼雷管连接次数相同；引爆雷管用黑胶布包扎在离一簇导爆管自由端10cm以上处。网路联好后，专人负责检查。
5.6瞎炮的处理
发现瞎炮，首先查明原因。如果是孔外的导爆管损坏引起的瞎炮，则切去损坏部分重新连接导爆管即可；但此时的接头尽量靠近炮眼。如因孔内导爆管损坏或其本身存在问题造成瞎炮，则参照《爆破安全规程》有关条款处理。
6爆破管理制度
6.1实行爆破签证制度
建立爆破签证制度，是为了加强对隧洞爆破的管理，规范施工行为，是保证隧洞施工安全，提高爆破质量和效果的制度保障。
在隧洞钻爆施工中，每一循环钻爆实施前，先由爆破工程师根据隧洞围岩条件提出钻爆设计，规定炮孔布置、炮孔深度、孔径、装药方法和装药量等，以及详细的钻爆要求及施工控制措施，并签署《断面爆破要求卡》交给钻爆工班。
钻爆工班严格根据钻爆设计施钻，完成后报爆破工程师检查，并填报《爆破钻孔检查卡》，详细说明每一个炮孔的方向、深度、孔径等实际情况，并根据炮孔编号登记操作手的姓名。
爆破工程师详细检查钻孔后，亲自负责指导爆破工装药，并填写《药量记录卡》，记录每一炮孔的装药量及装药结构、堵塞方法和联线方法。
装药连线完成后，由爆破工班长将上述经过签署的三张卡一并交由项目总工程师审核签字，只有总工程师签证授权后才允许起爆。
每一循环爆破后，爆破工程师亲自到现场检查爆破效果，测量并记录隧洞超欠挖量、炮孔残眼率、残孔深度及围岩松动、裂缝分布等情况，分析影响钻爆质量的主要原因，并根据上一循环的爆破效果优化更新爆破参数，不断提高隧洞爆破质量，做到一炮一次设计，这对保护围岩有极大的好处。
6.2爆破精度控制
对隧洞施工而言，对爆破进尺的控制非常重要，其目的就是控制每一循环的进尺及钻爆质量。
严格控制钻孔精度，重点是控制周边眼的外插角、开口误差以及炮眼在断面上分布的均匀性。
严格控制爆破作业的质量，特别是要控制装药量和装药方法，保证正确的起爆顺序。
做到及时检测和及时反馈，特别是在地质有变化的区段内，做到一炮一次设计。
强化组织管理、严格检查制度，定人定孔，执行标准化作业。
6.3超欠挖控制
爆破后的围岩面应圆顺平整，超挖量控制在10cm以内，不欠挖。
对围岩的破坏程度：爆破后围岩上无粉碎岩石和明显的裂缝，并不得有浮石(岩性不好时无大浮石)，炮眼利用率大于90%。
残留炮孔痕迹，在开挖轮廓面上均匀分布。炮孔痕迹保留率：硬岩不少于80%，中硬岩不少于70%，软岩不少于50%。
相邻两孔之间的岩面平整，孔壁没有明显的爆破裂隙。
相邻两孔之间出现的台阶形误差不大于150mm。
6.4爆破振动控制标准
对于洞内外新浇筑混凝土的震速要求，不超过下表6的规定值。
表6 新浇筑混凝土的震速限值
混凝土龄期(h)
震速限值(mm/s)
12～24
6.25
24～48
12.5
48～120
25
对爆破振动的量测：首先根据被保护结构特点确定控制振动速度，采用爆破振动测试仪进行爆破振动量测。将速度传感器布设在被保护目标的测试部位，测量爆破引起的测点实际振动数据，然后进行数据分析，计算出爆破振动与地形、地质条件有关的系数和衰减指数，并据此检算和控制每次爆破允许最大一段装药量，确保爆破振动不超过规定的范围，保护被保护目标。
监测并记录每次爆破的震动情况及空气增压情况，做好震动记录资料，及时反馈信息。调整爆破作业装药量、炸药品种、装药及爆破方式，使震速不超过允许值，并防止开挖面失稳。
6.4.1减小爆破振动的技术措施
在软弱岩层中开挖隧洞，关键的技术问题是如何维护围岩自身的稳定，减少爆破对围岩的扰动破坏范围。而在硬岩岩层中开挖隧洞，技术问题首先提高周边轮廓的爆破形成质量，其次是减小爆破所产生的地震效应及其噪音。前者是工程所必须的，而后者则是隧洞开挖爆破环境所决定的。
从爆破振动效应的产生和影响因素的理论分析入手，结合以往工程实践对爆破振动效应的实际测试结果和对隧洞爆破减振问题系统地综合研究，施工主要采取如下的隧洞爆破减振技术措施：
6.4.2选用低爆速炸药(2000～2500m/s)，或专用的光爆炸药进行周边光面爆破。实测的振速在同条件下比普通二号岩石硝铵炸药可降低64～78.7％。
6.4.3设法创造良好的掏槽爆破临空面条件，采用多重楔形掏槽以及直眼分层掏槽、螺旋形掏槽。在掏槽后槽腔足够大时，尽可能采用宽孔距小抵抗线的布眼形式，以取得较好的临空面。
6.4.4选用合理的段间隔时差，使段间隔时差大于爆破振动主振相的延续时间，使每段炸药爆破基本上做到独立作用，避免爆破振动波的叠加作用。根据实测爆破振动波形主振相振动延续时间的统计分析，一般建议硬岩隧洞段间隔时差采用50～100ms，软岩隧洞段间隔时差采用100～200ms。
6.4.5严格控制同段雷管的最大装药量。段最大允许装药量可参照下式进行计算：

式中：Qmax——段最大允许装药量(kg)；
R ——爆源中心到振速控制点的距离(m)；
Vkp——质点振速安全控制标准(cm/s)。建议中硬岩取10cm/s；硬岩取15cm/s；软岩隧洞取5cm/s以下。
K ——与地震波传播途径通过的介质性质及爆破因素有关的系数；
a ——爆破振动衰减系数，K、a参考《爆破安全规程选取》。
对周边采用分段预裂爆破，以减小掏槽掘进炮眼爆破对周边围岩的振动效应。工程测试资料表明，理想的预裂缝有着显著的减振效果，一般可减小振动强度50％左右。软岩地段、集水坑等特殊部位部分的爆破开挖，沿周边轮廓钻一圈密集的预裂减振孔，能起到一定的减振效果。应用控制爆破的原理，控制单位岩体爆破的炸药用量。在隧洞大断面开挖爆破中，根据炮孔的部位及作用，采用不同的炸药单耗。周边通过计算或试验，采用临界装药量；沟槽采用加强抛掷爆破的装药量；扩槽和底板眼采用标准抛掷爆破的装药量。掘进眼槽腔上部采用松动爆破的装药量，槽腔两侧采用减弱抛掷爆破的装药量，相腔下部采用标准抛掷爆破的装药量；二圈眼采用松动爆破的装药量。做到在保证爆破效果的前提下控制炸药单耗，以达到控制炸药用量减小振动效应之目的。
控制掏槽、边角、底板眼爆破的段装药量，一般取段最大允许装药量(Qmax)的70％。实际爆破振动测试表明：在同条件下，掏槽、边角、底板眼爆破产生的振动效应比其它眼爆破大，有时还大得多。因此要更严格地控制掏槽、边角、底板眼爆破的段装药量。掏槽眼位尽量接近隧洞底部，加大掏槽部位爆源至地表的距离，以减小掏槽爆破产生的振动效应对地表环境的影响。
根据微振动控制爆破技术的基本思路(减振)，结合现场的施工条件，综合采用多种有效的减振技术措施。以尽量减少爆破产生的振动效应，有效地控制围岩的扰动破坏范围，保证良好的爆破成形，确保围岩的稳定为目的。
7特殊部位的开挖
软弱围岩地段的爆破开挖
隧洞穿越地质软弱破碎带等首先选用非爆破开挖方法，比如采用风镐开挖或人工开挖，必须爆破时采用微震控制爆破。
Ⅴ级围岩地段采用全断面法开挖，按钻浅孔、密布眼、少装药、放小炮、小振动、短进尺、多循环的原则来考虑，拱部采用光面爆破，下部边墙采用预裂爆破；掏槽采用双重或多重楔形掏槽形式，使槽腔内的岩体一部分一部分地爆破掏出，这样既容易掏出槽来，又能保证掏槽效果，减小掏槽爆破产生的振动效应；掏槽及底板眼按抛掷爆破进行设计；其它眼根据所在部位及作用采用控制爆破，掏槽、边角、底板眼的段最大允许装药量取Qmax的70％，在保证爆破效果的前提下，尽量减小各部位炮眼的炸药单耗。
爆破器材的选择：软弱围岩的抗拉强度是非常低的，同样它的声阻抗系数比较小，在周边打眼爆破时，为了充分发挥炸药的最大效益和减少对附近围岩的破坏，选择低猛速炸药效果较好。