隧道工程爆破设计方案

隧道工程爆破设计方案

一、工程概况

表1 隧道工程统计

二、地质概况

本段隧道工程沿线地质复杂，不良地质发育，尤其是岩溶地质发育，哪嗙隧道洞身处于岩溶水平循环带内，可溶岩与非可溶岩接触带突泥、突水，地表失水，按Ｉ级风险隧道管理；同时煤层瓦斯及采空区、顺层、危岩落石众多，高山、竹林山、甲界坡、苗天隧道属高瓦斯或具有瓦斯突出隧道。

地层岩性：沿线地层出露较为完全，自前震旦系至第四系地层皆有分布。岩性以灰岩、白云岩类可溶岩为主，相间分布板岩、泥岩、砂岩、页岩及煤系地层，局部地段有玄武岩分布。

地质构造：区域范围内地质构造复杂，构造线密集，断层发育，以近SN和NE向断层为主。

水文地质特征：沿线通过长江水系上游地带，线路通过的主要河流有洛北河、南明河等。

不良地质：沿线不良地质主要有岩溶、煤层瓦斯和采空区、滑坡、危岩落石、岩堆、泥石流、顺层、软质岩风化剥落等。

特殊岩土：特殊岩土有人工弃土（碴）、软土及松软土、膨胀土、红黏土等。

根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001,1/400万)，测

区地震动峰值加速度0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s。

三、光面爆破理论

隧道光面爆破采取微震动控制爆破技术。为控制超挖，周边采用光面爆破方法。隧道光面爆破要求周边眼爆破既能将岩石爆落下来，又能形成规整的轮廓，尽可能保留半孔痕迹，减小爆破对围岩的扰动，减少超挖量。装药集中度(q)、最小抵抗线(W)直接影响周边岩石的爆落效果；“规整轮廓”主要与炮眼间距(E)、炮眼密集系数(m=E/W)和最小抵抗线有关(W)；半孔率主要与不耦合系数(D=d炮眼/d炸药)有关。因此，影响隧道光面爆破效果的主要参数应是：炮眼间距(E)、炮眼密集系数(m)、装药集中度(q)、最小抵抗线(W)、不耦合系数(D)。而它们之间又是相互联系的，只有这些参数整体上处在某一正确的范围内，才能达到理想的光爆效果。

影响光面爆破效果的因素有很多，主要有围岩地质条件、炸药特性、断面形状和大小、钻孔质量等。其中围岩地质条件和钻孔质量是最主要的影响因素。

实践表明，通常的光面爆破参数取值范围如下：炮眼间距E=(8～15)d、炮眼密集系数m=0.7～1.0、最小抵抗线W=(10～20)d或者W=E/m、不耦合系数D=1.5～2.0、装药集中度q=(0.04～0.4)kg/m。

具体计算设计方法有：工程类比法、半经验半公式法、理论计算法。

四、钻爆设计

各级围岩开挖施工方法见表2。

表2 隧道开挖施工方法一览表

隧道施工采用钻爆法开挖时，应采用光面爆破或预裂爆破。拱部宜采用光面爆破，墙部宜采用预裂爆破，底板应预留光爆层进行光面爆破。爆破前应根据地质条件、断面尺寸、开挖方法、循环进尺、钻眼机具和爆破材料等进行钻爆设计，施工中应根据爆破效果及时调整爆破参数，以达到最佳爆破效果。

钻爆设计的内容包括炮眼（掏槽眼、辅助眼、周边眼）的布置、深度、斜率和数目；爆破器材、装药量和装药结构；起爆方法和爆破顺序；钻眼机具和钻眼要求等。

设计采用起爆网络为孔内微差起爆网络：把不同区域炮眼中伸出的非电毫秒雷管导爆管脚线（10～20根）用1段雷管连接起来后，把外部网络雷管的脚线用引爆雷管连接起来。注意：孔外连接雷管必须全是1段雷管，否则，可能造成部分炮眼拒爆。各段毫秒雷管脚线集束于掌子面中央悬挂，用电雷管起爆，瓦斯段采用磁电管起爆。孔内微差低段雷管跳段使用，使各相邻段间隔时间大于40ms。周边眼采用大段别雷管引爆，最后起爆，保证光爆效果。

起爆顺序：掏槽眼、扩孔眼、内圈眼、底板眼、周边眼，扩孔眼一层一层地往外进行起爆，最后周边眼爆破达到光爆效果。

1、Ⅱ级围岩全断面法开挖钻爆设计

隧道Ⅱ级围岩全断面法采用光面爆破开挖，严格控制装药量及按照光面爆破设计施工，减少炮轰波对围岩的扰动，达到爱护围岩的目的。光面爆破设计工艺流程见图1。

周边眼采用φ25mm小直径药卷不隅合装药方式，其余炮眼采用连续装药，富水地段采用乳化防水炸药，掏槽眼采用复式楔形掏槽。爆破材料采用1～15段非电毫秒雷管和塑料导爆管起爆，周边眼采用低爆速、低密度、高爆力、传爆性好的小直径2号岩石硝铵炸药（φ25mm直径），富水地段采用乳化炸药，炮泥堵塞，导爆管复式网路联接，各部一次起爆。光面爆破受多种因素影响,包括围岩强度、整体性、节理、层理等地质因素，爆破参数进行现场设计动态调整。同一类围岩经试爆取得的技术参数，做为初步依据，每一循环爆破作业都要根据上一循环爆破效果，以及本循环围岩特征进行适当调整，选择一组最佳技术参数。上一循环是下一循环的预设计和试爆破。

施工顺序：测量放样→标出孔位→钻正顶孔→钻孔→装药连线→起爆。

钻爆作业整个钻孔过程，可分为准备、定位、开口、拔杆、移位五步。

⑴准备

开工前准备工作做到“四查”，即：查风枪的运转；查风水管路连接部位是否牢固；查钻头钻杆等配件是否备全；查易耗材料、器材是否有充分的备用量。

⑵定位

在掌子面画出各炮孔位置及中线和高程十字线，确定钻孔范围，并明确钻孔先后次序。

⑶开口

风枪开口时缓慢推进，并特别注意钻杆方向与隧道中线的夹角是否符合设计外插角。

⑷拔杆

在整体性好的石质可中速较慢拔出；如遇破碎岩石卡钎时，应慢慢来回推进，使之拔出；如拔杆困难，再靠近该钻位重新钻眼，使之拔出。

⑸移位钻孔

钻好一个炮孔进行下一炮孔钻进时，要做到“准、顺、平、齐”。

准：按周边孔参数要求，孔位要选准；

顺：侧墙孔孔口要顺开挖轮廓线布置，使孔底均位于开挖允许的超欠范围内；

平：各炮眼相互平行（孔口和孔底距相等）；

齐：孔底要落在同一平面上，爆出的断面要整齐，便于下一循环作业。

按各断面炮孔爆破设计装药量装药联线，塑料导爆管起爆网络联接采用复式联接网路。炮孔孔口采用炮泥堵塞。

围岩光面爆破通过不段的进尺，不断来调整、优化，根据以往施工经验，周边眼间距宜控制在60～65cm、底板眼间距宜控制在65～70cm之间、抵抗线控制在75cm左右；上台阶内圈眼间距为70～90cm，每环间距控制在75～100cm之间根据，中、下台阶内圈眼间距可根据出碴能力灵活控制，一般为110～130cm之间，每层之间为70～110cm。

Ⅱ级围岩钻爆设计及周边眼装药结构示意图如图2、图3。

图2 Ⅱ级围岩钻爆设计图