软弱围岩隧道爆破施工技术方案(完成).doc

软弱围岩隧道爆破施工技术方案
本文主要介绍了在软弱围岩地段隧道爆破施工技术，分析了光面爆破设计及安全施工对策，并对钻爆法的设计施工组织为同类工程提供参考。
一、软弱围岩隧道爆破开挖方案确定
隧道严格按新奥法原理组织施工，施工原则为“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测”的原则。
在开挖过程中应根据围岩类别（或级别）选用合理的爆破参数和掏槽形式、爆破材料、起爆方式、装药结构及堵塞材料，尽量减小爆破对围岩和邻近洞室的扰动和破坏，严格控制超欠挖和爆破震动速度，充分保护围岩的自承能力。前一洞室爆破对相邻洞室爆破震动速度的影响应控制在5cm/s之内。
二、钻爆设计
2.1 钻爆设计方案
总的设计思想是拱部采用光面爆破,边墙采用预裂爆破,核心采用控制爆破，掏槽采用抛掷爆破的综合控制爆破技术。根据开挖方法分别采用半断面及全断面两种爆破方式，采用非电毫秒雷管爆破网路。对Ⅴ级和Ⅳ级围岩采用半断面台阶方式爆破，为减轻爆破对围岩的扰动，开挖断面采用多段位非电雷管进行网路设计。
2.2 掏槽眼爆破设计
光面爆破作为一项较为先进的控制爆破技术，在其掏槽眼、辅助眼和周边眼中，掏槽眼的主要作用是爆破出新的自由面，为其他炮眼创造有利的爆破条件；辅助眼的作用是进一步扩大和延伸掏槽的范围；周边眼的作用是控制隧道断面规格形状。因此，掏槽成败是光面爆破的关键，它不仅影响周边眼的爆破，而且关系到进尺长短。掏槽形式基本上有直眼掏槽和斜眼掏槽两大类。
2.2.1 直眼掏槽
直眼掏槽的特点是掏槽眼都垂直于工作面，其中几个炮眼为空眼，为装药炮眼碎胀提供所需空间。直眼掏槽要求钻孔密度大，精度高，一般还需要大临空孔，作业时间长。
2.2.2 斜眼掏槽
斜眼掏槽的特点是掏槽眼与自由面斜交，其优点是所需掏槽眼数量较少，易将被破碎的岩石抛出。在隧道光面爆破中运用较多的是楔形掏槽和锥形掏槽，楔形掏槽的炮眼分为两组，线型对称分布，眼底也同样对称分布于该对称轴，炮眼间距为0.25ｍ～0.6ｍ，倾斜度为60°～70°，掏槽眼数为２个～10个，掏槽眼深为1.8ｍ～2.6ｍ，适用于中硬岩石、断面积40m2以上的隧道，合理进尺为1.5ｍ～2.2ｍ；锥形掏槽的炮眼则以相同的角度向眼底集中，此种掏槽方法一般适用于较硬或急倾斜岩层、隧道断面4m2以上导坑开挖。
2.2.3 组合斜眼掏槽设计
对Ⅳ级围岩软弱粉砂岩，采用组合式斜眼掏槽，效果显著，设计图如“图4-1”：根据现场围岩级别采用直眼掏槽、斜眼掏槽混合使用。眼深小于2m时采用斜眼掏槽。长用炮泥进行堵塞
2.3 内圈眼爆破层厚度确定
在风化、破碎较严重的地质条件下，宜采用光面爆破或轮廓线钻眼法，或者预留光面层光面爆破开挖修边。

图4-1 钻爆设计图
2.4 底板眼钻爆要求
2.4.1 减少爆破产生的地震强度
将底板眼分成几段分开起爆，这样能减少底板眼同段起爆，共同作用的炸药量，改变了底板眼抵抗线的方向，实际上缩小了底板眼的抵抗线，从而可以减小底板眼爆破产生的地震强度。
2.4.2 起爆顺序
起爆顺序：
掏槽眼→掘进眼→内圈眼→底板眼→周边眼。
2.4.3 选择雷管注意事项
选择雷管段号时注意三点：

⑴、合理的段间隔时间。
⑵、同一段炮眼的装药量应小于最大单段的允许装药量；
⑶、前一段的爆破要尽量为后段爆破创造良好的临空面。
2.5 爆破参数的选择
通过对爆破试验确定爆破参数，光面爆破参数表总结如表4－1：
表4－1 光面爆破参数表
岩石种类
饱和单轴抗压强度Rb（MPa）
装药不耦合系数D
周边眼间距(cm)
周边眼最小抵抗线W（cm）
相对距离E/W
周边眼装药集中度（kg/m）
中硬岩
＞30～60
1.5～2.0
45～65
60～80
0.8 ～1.0
0.2～0.25
软岩
≤30
2.0～2.5
35～50
60～80
0.5 ～0.8
0.07～0.12
对爆破参数选择的注意事项：
⑴、软岩隧道采用光面爆破的相对距离（E/W）宜采用表中的最小值。
⑵、装药集中度（q）按照2号岩石硝铵炸药考虑，当采用其它炸药时应进行换填，换算指标主要是猛度和爆力（平均值）。按下式计算：

⑶、采用光面爆破时，爆破振动速度应控制在：中硬岩15cm/s，软岩5cm/s。要求爆破的振动速度是根据离开挖工作面1～2倍洞跨处实测得的，它可以用速度传感器将所得的信号通过测震仪放大，在光线示波器记录得到。光面爆破以后，开挖岩面上不应该有明显的爆震裂缝。
2.6 软弱围岩光面爆破器材的选择
⑴、掏槽眼、掘进眼选用乳化炸药。
⑵、周边眼选用低爆速、低密度、高爆力、小直径、传爆性好的光爆炸药。
⑶、起爆雷管选用分段微差非电毫秒雷管。分段微差爆破中，各相邻段间的爆破间隔时间的选择十分重要，间隔越长，振动信号越不易叠加，但爆破效果差，不利于进度和质量控制；反之，信号叠加范围越大，但不利于降低振动速度，借鉴以往经验，采用相邻两段间爆破间隔时间大于50ms的非电毫秒雷管，以大大减少震动波的叠加而不产生较大的地震动。
采用国产的非电塑料导爆系统是一种安全可靠、操作方便的新型起爆系统。我国大瑶山隧道长14.3Km，在施工过程中采用非电导爆系统使用，未发生过因爆炸而发生的安全伤亡事故。

图4－2 起爆管构造图

表4－2 国产光面爆破炸药统计表
炸药名称
药卷直径（mm）
炸药密度（g/cm3）
炸药爆速（m/s）
EL－102乳化油
20
1.05～1.30
3500
2号
22
1
2100～3000
3号
22
1
1600～1800

2.7 周边眼参数选用及钻眼要求
2.7.1 周边眼参数的选用
周边眼参数经验计算公式：
间距：
E=(8～12)d
式中 d——为炮眼直径（cm）；
抵抗线：
W＝（1.0～1.5）E,cm
装药集中度：q＝0.04～0.19Kg/m.在具体的施工设计过程中，要考虑以下几点：
⑴、当断面较小或围岩软弱或在曲线、折线处开挖成形要求较高时，周边炮眼间距E应取较小值。
⑵、抵抗线W应小于周边眼间距。软岩在取较小的周边眼间距时，抵抗线应适当增大；
⑶、对于软岩或破碎性围岩，周边眼的相对距应取较小值。

2.7.2 周边炮眼的布置及钻眼要求
（1）、周边炮眼沿设计开挖轮廓线布置，沿隧道设计轮廓线的炮眼间距误差不大于5cm；
（2）、周边眼外斜率不应小于5cm/m；
（3）、周边眼与内圈眼距离误差（最小抵抗线）不大于10cm；
（4）、除内圈眼的孔深比周边眼深5～10cm外，其它各类炮眼深度相差不大于10cm。
2.8 炮孔设计及施工
2.8.1 炮孔布置
先布置掏槽眼、周边眼，再布置底板眼、内圈眼、二台眼，最后布置掘进眼，掘进眼均匀布置，内圈眼间距为周边眼间距的1.5倍，抵抗线为间距的0.7倍。根据经验，不至于使底板越爆越高，底板眼设计下插角度；二台眼、底板眼也要比掘进眼适当加密，确保考虑到先爆破眼的部分石碴堆在上面，减少爆破负荷。
2.8.2 炮眼深度确定
软弱围岩隧道通常以循环进尺作为眼深，掏槽眼加10～20％。在软弱围岩中，根据经验，一般宜在1.0～1.5m范围内考虑，新林隧道根据进度及爆破效果，选择炮眼深度为1.5m。
2.8.3 炮眼数目确定
在小直径（35cm～42cm）炮眼，开挖断面积在5～50m2的条件下，单位面积钻眼数为1.5～4.5个/m2。在计算时注意：软岩隧道的炮眼平均装药系数n大约在0.2～0.4的范围内；单位炸药消耗量在大断面爆破与小导坑爆破不同，可参照下表；若采用光面爆破，炮眼数目应增加20％左右。
2.8.4 光面爆破单孔装药量的计算

——单孔装药量，g；——光面爆破炮眼装填系数；——炮眼深度；
——炸药的密度，g/cm3; ——炸药直径，cm。
爆破总装药量的计算： (Kg)
——开挖断面积，m2；——炮眼深度，m。

2.8.5 钻孔
光面爆破的钻孔质量，是隧道获得平整、规则开挖轮廓的基本条件。特别是对于周边光面爆孔，更应认真钻凿，要求司钻人员钻孔必须做到开孔准确，其开口误差不得大于3cm，方向偏差不得大于5°，并随时掌握钻孔的方向、角度和深度，以及周边孔与孔眼之间是否互相平行，并且所钻孔眼底部应落在同一平面上，为了保留下一循环的钻孔净空位置，周边孔在钻孔时要有一定的外插角度，角度的大小是根据钻孔深度而确定。
2.8.6 装药结构及堵塞方式
装药前，须先清孔并对炮孔的参数进行检查验收。符合设计后，按设计仔细进行装药和堵塞，避免错装雷管段位和损坏光爆孔的装药结构。周边孔眼采用不偶合装药，周边眼药串预先在加工房按设计全部加工成型备用。光面爆破装药结构图如图4－3：

图4－3 光面爆破装药结构图
2.9 爆破效果监测及爆破设计优化
2.9.1 爆破效果检查
经过统计，爆破效果满足表4－3要求：
表4－3软弱围岩光面爆破效果统计表
序号
项目
中硬岩(Ⅳ级)
软岩（Ⅴ级）
1
平均超挖量(cm)
15
10
2
最大超挖量(cm)
25
15
3
炮眼痕迹保存率(%)
≥60

4
局部欠挖量(cm)
5
5
5
炮眼利用率(%)
90
95

2.9.2 爆破设计优化
每次爆破后检查爆破效果，分析原因及时修正爆破参数，提高爆破效果，改善技术经济指标。
⑴、根据岩层节理裂隙发育、岩性软硬情况，修正眼距、用药量，特别是周边眼。
⑵、根据爆破后石碴的块度修正参数。石碴块度小，说明辅助眼布置偏密；块度大说明炮眼偏疏，用药量过大。
⑶、根据爆破振速监测，调整单段起爆炸药量及雷管段数。
⑷、根据开挖面凹凸情况修正钻眼深度，爆破眼眼底基本上落在同一断面上。
2.10 钻爆作业
钻爆作业必须按照钻爆设计图进行。当开挖条件出现变化时，爆破技术随围岩条件变化而作相应改变。
钻眼前绘出开挖断面中线、水平和断面轮廓，并根据爆破设计图，用红油漆将炮孔布置在齐头面上；钻孔满足精度要做到“准、平、直、齐”四要素，并满足以下要求：
掏槽孔开孔定位误差不大于±3cm；其余各孔不大于±5cm。
钻孔方向（不平行）误差：掏槽孔不大于±3cm/m，其余各孔不大于±5cm/m。
各炮孔底部应尽量在同一平面内，参差误差不大于炮孔深度的5%。
装药前将炮眼内泥浆、石粉吹洗干净，按设计药量装药，当开挖面凹凸不平时，其各孔装药量随炮孔深浅变化作相应的调整。
装药过程中，注意雷管的塑料导爆管脚线不得打死结、弯折，不被岩石和其它东西刺破。
各炮孔用炮泥堵塞，周边孔堵塞长度不小于30cm，其余各孔不小于20cm。

图4－4 引爆装置图
表4-4 隧道Ⅴ级围岩钻爆参数表

序号
炮眼名称
眼深（m）
眼数（个）
装药结构
装药量（kg）
起爆段别
每孔药量
小计
上半断面
1
掏槽眼
1.8
10
φ32－3.5×250mm连续
0.70
7.00
1－6、2－4
2
掘进眼
1.6
15
φ32－2.5×250mm连续
0.50
7.50
3－6、5－9
3
周边眼
1.6
20
φ25－2.5×200mm间隔
0.30
6.00
7－20
4
底板眼
1.7
8
φ32－2.5×250mm连续
0.50
4.00
9－8
合计

53

24.50

下半断面
1
掘进眼
1.6
26
φ32－2.5×250mm连续
0.50
13.00
1－8、3－8、5－7、7－3
2
周边眼
1.6
11
φ25－2.5×200mm间隔
0.30
3.30
9－11
3
底板眼
1.7
8
φ32－2.5×250mm连续
0.50
4.00
11－8
合计

45

20.30

共计

98

44.80

开挖面积(m2)
47.1
炮眼密度(个/m2)
2.08
单位装药(kg/m3)
0.63
炮眼利用率(%)
94
循环进尺(m)
1.5

三、爆破效果
在新林隧道软弱围岩(Ⅳ、Ⅴ级)爆破施工中，对钻爆设计进行优化，从直眼掏槽到斜眼掏槽方式及组合斜眼掏槽方式进行优化，爆破效果显著，线性平均超挖13.2cm,炮眼利用率均达到90％～９5％，边墙光面爆破炮眼保存率62％，采用预裂爆破可达80％（Ⅳ级围岩），几乎每茬炮进尺均达1.5ｍ（孔深1.7ｍ）。这一效果极具经济价值。
四、结语
（１）软弱围岩隧道爆破施工中，宜采用台阶法施工，对爆钻设计，先现场试验，再不断的总结，不断的完善。
（２）对于水平平行状岩采用预裂爆破效果较好，在倾斜状层状围岩中实施光面爆破效果较好。
（３）对于软弱围岩隧道钻爆法施工是一个长期发展的施工方法，可以采用工程类比法和现场试验法相结合选择爆破参数，要不断的总结。

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