全断面法隧道爆破设计方案

隧道爆破设计方案

一、工程概述

本合同段有四座隧道。隧道设计为左右幅分离式双洞单向行车双车道，净跨11.2m，净高7.0m的三心圆拱曲墙断面。隧道区域处于构造剥蚀丘陵—低山地貌区，主要出第四系全新统残坡积碎石土、中元古武当山群片岩和上元古界震旦系上统灯组片岩。本段内短隧道为Ⅳ、Ⅴ级围岩，中长隧道为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩，其中Ⅲ级围岩采用全断面法爆破开挖（Ⅴ级围岩主要采取人工配合机械开挖，不需要爆破）、锚、喷、格栅、网、初期支护，全断面复合式衬砌。爆破方法采用光面爆破。 二、光面爆破的特点

光面爆破施工，可以减少对围岩的扰动，增强围岩的自承能力，特别是在不良地质条件下效果更为显著，不仅可以减少危石和支护的工程量，而且保证了施工的安全；由于光面爆破使开挖面平整，岩石无破碎，减少了裂隙，这样可以大大减少超欠挖量。据有关资料统计，光面爆破与普通爆破相比，超挖量由原来的15%～20%降低到4%～7%，不但减少出碴量，而且还很大程度的减少了支护的工作量，从而降低的成本，加快了施工进度。根据公路隧道“新奥法”施工的需要和工程地质条件，结合施工现场实际情况，我标段的四座隧道中的Ⅲ、Ⅳ级围岩决定采用光面爆破施工。 三、光面爆破方案的确定

目前，大断面隧道光面爆破施工有2种方法：一是预留光爆层法；二是全断面一次性开挖法。根据施工现场的实际条件及围岩情况，本段隧道采用全断面一次性开挖法。 四、全断面（Ⅲ级围岩）爆破方案设计

1、爆破参数的选择

光面爆破参数选择主要与地质条件有关，其次是炸药的品种与性能；隧道开挖断面的形状与尺寸，装药结构与起爆方法。隧道主要为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩，Ⅲ级围岩全断面爆破断面面积为83.1m2，Ⅳ级围岩上导坑爆破断面面积为58.45m2，采用2号岩石乳化炸药，Ⅴ级围岩主要采取人工配合机械开挖，不需要爆破。周边眼采用不耦合间隔装药，其他炮眼采用连续柱状装药，采用导爆索和毫秒延期导爆雷管起爆。

严格控制周边眼的装药量，采用合理的装药结构，尽可能的使药沿药眼长均匀的分布，这是实现光面爆破的重要条件。

在光面爆破中，炮眼间距E、最小抵抗线V、炮眼密集系数K、装药密度q是相互制约的。

（1）炮眼深度

隧道爆破设计方案 (全断面法)

炮眼深度受开挖面大小的影响，炮眼过深，周边岩石的夹制作用较大，故炮眼深度不宜过大，一般最大炮眼深度取断面宽度（或高度）的0.5～0.7倍，同时考虑到Ⅲ级围岩每循环掘进一般不超过3.0m,Ⅳ级围岩一般不超过1.5m。故Ⅲ级围岩钻孔深度取3.0m。 钻孔采用YT-28风钻，钻头直径为φ40mm，炮眼孔径为φ42mm，为克服及减少岩石的夹制作用，除掏槽眼和底眼深度L=3.2米外，其余周边眼、辅助眼等炮孔深度L=3.0米。

（2）、光面爆破不耦合系数（D）及装药直径（d）

炮眼直径dk与药卷直径di之比称为不偶合系数，合适的周边眼不偶合系数应使爆炸后作用于炮眼壁的压力小于围岩抗压强度，理论与实践证明，当岩石种类为软岩（我标段四座隧道岩层）时，不偶合系数在2.0～2.5范围时，缓冲作用最佳，光爆效果最好

D=dk/di

式中D——不耦合系数；

dk——炮眼直径（cm）；

di——装药直径（cm）；

在实际使用过程中，我们采用直径为32mm的2号岩石乳化炸药，周边眼采用2号岩石乳化炸药沿长度方向对半切（相当于φ20小药卷）即周边眼的不耦合系数D=42/20=2.1，符合D=2.0～2.5的要求。

（3）周边眼间距（E）、最小抵抗线（V）和相对距系数（K）

最小抵抗线与开挖的隧道断面大小有关。在断面跨度大，光爆眼所受到的夹制作用小，岩石比较容易崩落，最小抵抗线可以大些，断面小，光爆眼所受到的夹制作用大，最小抵抗线可以小些，最小抵抗线与岩石的性质和地质构造也有关，坚硬岩石最小抵抗线可小些，松软破碎的岩石最小抵抗线可大些。我标段四座隧道岩质主要为软岩，故确定最小抵抗线（V）为0.40～0.60。

相对距系数是周边眼间距（E）与最小抵抗线（V）的比值，是影响爆破效果的重要因素。

K= E/V

式中, E为周边炮眼间距，cm；V为最小抵抗线，cm； K值总是小于1,当d=38～46mm，E=30～50cm， V=40～60cm时，K=0.5～0.8。

隧道爆破设计方案 (全断面法)

考虑到权爆区岩石节理较发育，并参照规范周边眼间距取值范围30cm-50cm, 对周边眼间距取45cm,最小抵抗线值取60cm，K=E/V=0.75。

（4）装药量计算：

光面爆破装药量的计算，主要是确定周边眼光爆层炮眼装药集中度，即以kg/m表示，一般采用实验方法求得或从同类工程中选取。

q=QEV

式中q—装药集中度，kg/m； Q—单位体积耗药量，g/m3； E—周边眼间距，m； V—最小抵抗线，m；

通过现场试验和施工经验数据，用计算法进行校核，确定q=0.07～0.15kg/m。按照q=0.15kg/m计算。

（5）炮眼数量

N=qS/ηγ

式中：N——炮眼数量，不包括未装药的空眼；

q——单位炸药消耗量，一般取q=1.2~2.4kg/m3；

S——开挖段面积，㎡；

η——装药系数，即装药长度与炮眼长度的比值，暂取0.7；

γ——每米药卷的炸药质量，kg/m，2号岩石乳化炸药γ=0.91。

即：N=（1.47×83.1）/（0.7×0.91）=192个

其中掏槽眼6个（向内倾斜15°），辅助掏槽眼8个（向内倾斜15°），辅助眼111个，周边眼53个，底眼14个，非装药眼四个（增加临空面，增强爆破效果）。

隧道爆破设计方案 (全断面法)

单位：厘米545460032×402124038082203×40668080808020806215×68808010976541405×80604567910（6）每一循环装药量计算及分配

Q=qV

式中：q——单位炸药消耗量，取q=1.47kg/m3；

V——1个开挖循环进尺爆落岩石总体积，m3；

即：Q=1.47×3.0×83.1=366.47kg

各炮眼装药量分配如下：

因为计算炮眼数量时，采用η=0.7，由周边眼装药集中度q=0.15kg/m，得出周边眼装药系数为0.165，设其它各炮眼装药系数取值：掏槽眼0.9，底眼0.9，辅助眼0.9，则

6×0.9+8×0.9+53×0.165+14×0.9+111×0.9=（6+8+53+14+111）η

计算得：η=0.7

若计算η≠0. 7，则需重新调整η值代入N=qS/ηγ，并适当调整所设掏槽眼、底眼、辅助眼装填系数，使试选η值与计算η相符。

所以按上列装填系数进行分配是可以的。

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隧道爆破设计方案 (全断面法)

每个掏槽眼装药量=0.91×3.106×0.9=2.544kg，折合为12.719卷，采用13卷

每个辅助掏槽眼装药量=0.91×3.313×0.9=2.713kg，折合为13.57卷，采用13.5卷； 每个辅助眼装药量=0.91×3.0×0.9=2.439kg，折合为12.195卷，采用12卷； 每个周边眼装药量=0.91×3.0×0.165=0.447kg，折合为2.236卷，采用2卷； 每个底眼装药量=0.91×3.2×0.9=2.621 kg，折合为13.1卷，采用13卷； （7）装药结构和起爆方式

光面爆破采用不耦合装药，软岩一般不耦合系数为2.0～2.5，炮眼装药按装药集中度计算出的药量均匀装入炮眼内。为克服底部炮眼的阻力，在炮眼底部放半个标准药卷，使光爆层易于脱离岩体。施工中采用如下图装药结构：①1/2普通标准药卷（φ32）起爆；②普通标准药卷沿长度方向对半切（相当于φ20小药卷）不耦合间隔装药。

图2 周边眼装药结构示意图

（8）光面爆破的分区起爆顺序为：掏槽眼——辅助眼——底板眼——周边眼。采用多段微差起爆（由内向外），其中主爆区的周边眼比辅助眼眼跳2段起爆，并用同一段雷管。主爆区使用非电毫秒雷管，周边眼用导爆索一次同时起爆。

2、装药量分布及光面爆破参数表（见下表）

顺序 1 2 3 4 5 6 炮眼名称 掏槽眼 辅助掏槽眼 辅助眼 辅助眼 辅助眼 辅助眼 毫秒雷炮眼/药卷 管段位 直径（mm） 1 3 3 5 7 9 42/32 42/32 42/32 42/32 42/32 42/32 炮眼个数 （个） 6 8 7 13 16 20 炮眼深炮眼间距 单眼装药 累计装药度（m） （cm） （kg/孔） 量（kg） 3.106 3.313 3.0 3.0 3.0 3.0 80×240 120×280 80 80 80 80 2.6 2.7 2.4 2.4 2.4 2.4

15.6 21.6 16.8 31.2 38.4 48

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