隧道光面爆破钻爆设计方案_secret

隧道光面爆破钻爆设计方案

一工程概况

xx隧道地处xx山脉中段，属中低山丘陵地貌。区内地形起伏大，绝对高程为230~978m，相对高程200~600m。由于构造格局及岩性的控制，山脉走向与构造走向近于一致，多呈北东走向，形成沟谷及山脊走向亦多呈北东走向，沟谷呈“V”字型，两侧山坡坡度为25°~45°，局部形成陡坡。植被发育，森林覆盖率达60%以上，为双牌县主要林区之一，区内居民点零星分布。隧道进出口端均有乡村便道与双牌~江村公路（碎石路面）相通，交通条件差。隧道进口里程为D3K77+565，出口里程为D3K83+946，中心里程为

全和进度要求，因此我院受铁三局委托，承担xx隧道D3K81+600~D3K83+946段的光面爆破咨询任务。

二工程地质条件

（一）地层岩性、地质构造及地震

（1）地层岩性

隧道上覆第四系全新统冲洪积（Q4al+pl）、坡崩积（Q4dl+col）、坡残积（Q4dl+ell）粉质粘土、卵石土、碎块石土等；出露基岩为泥盆系中统跳马涧组（D2t）石英砂岩、粉砂岩夹页岩，下统（D1）石英砂岩、粉砂岩，奥陶系上统中组（O32）、下组（O31）浅变质石英砂岩、板岩。现将段内岩性分述如下：

1）粉质黏土（Q4al+pl）：灰褐、褐黄、棕黄、棕红、紫红色，软~硬塑状。含石英砂岩、粉砂岩、板岩质漂石、卵石、砾石。厚约0~7m，属Ⅱ级普通土。主要分布于沟谷、沟槽内。

2）卵石土（Q4al+pl）：紫红、灰黄、褐灰等色，松散~中密，潮湿~饱和状。卵石含量约60~70%，φ20~200mm，余为圆砾、漂石、碎石、块石及黏性土充填。局部为漂石土，石质成分为石英砂岩质，磨圆度较好，分选性差。厚约2~11m，属Ⅲ级硬土。主要分布于沟谷、沟槽内。

3）块石土（Q4dl+col）：棕红、紫红色，潮湿~稍湿，松散~中密，石质以石英砂岩、粉砂岩为主，块径为φ200~1500mm，厚4~20m，属Ⅳ级软石。主要分布于隧道出口左侧80m 附近坡面。

4）粉质黏土（Q4dl+ell）：灰褐、褐黄、棕黄、棕红、紫红色，硬塑状。含石英砂岩、粉砂岩、板岩、灰岩质块石、碎石、角砾。厚约0~2m，属Ⅱ级普通土。广泛分布于测区坡面。

4-1）断层角砾（Fbr）：岩性与断层两盘的地层有关，由于构造作用，岩体完整性差，基本上多呈碎石状、角砾状，松散~中密状，潮湿状，属Ⅲ级硬土。

粉砂质结构，钙质、铁质胶结；页岩紫红、灰白色，薄层状，质相对较软，出露者多为强风化（W3），厚0.30m左右。强风化（W3）岩体破碎，质较软，厚0~4m左右，属Ⅳ级软石；弱风化（W2）属Ⅴ级次坚石，与下伏D1地层呈平行不整合接触。据深孔钻探揭示：节理裂隙发育，裂隙偶见泥质充填及水蚀痕迹，具水平层理及小型交错层理。

6）石英砂岩、粉砂岩、细砂岩、含砾砂岩（D1）：紫红、紫灰、浅灰色夹灰黄色，石英砂岩细粒~粗粒结构，厚~巨厚层状，质坚硬；粉砂岩薄~中厚层状，钙质胶结。弱风化（W2）属Ⅴ级次坚石。底部为黄褐、灰褐色花岗碎屑岩、含砾岩。与下伏O32、O31地层呈角度不整合接触。据深孔钻探揭示：中厚层状，具水平层理，加薄层泥岩。

7）浅变质石英砂岩、板岩（O32）：浅变质石英砂岩灰、深灰、灰绿色，薄层~中层状，中厚~巨厚状，变质结构，节理发育。砂质板岩、炭质板岩，质软，易风化，全风化（W4）原岩结构清晰，易击碎呈土夹碎石角砾状，属Ⅲ级硬土；强风化（W3）锤易击碎呈碎石、角砾状，锤击声沉闷，属Ⅳ级软石；弱风化（W2），锤击声脆，属Ⅳ级软石。石英砂岩弱风化（W2），岩石坚硬，锤击声脆，属Ⅴ级次坚石。与下伏O31呈整合接触。据深孔钻探揭示：炭质板岩，薄层状，节（劈）理面平整光滑、质软、污手。

8）浅变质石英砂岩、板岩（O31）：浅变质石英砂岩紫红、灰绿、深灰色、灰黑色，中厚~厚层状，变质结构，质坚硬；板岩深灰、灰黑、灰绿色，薄~中厚层状，板状构造，劈理发育，致密，质较软。据钻探揭示强风化（W3）厚0~3m，属Ⅳ级软石；弱风化（W2）属Ⅴ级次坚石。据深孔钻探揭示：层面偶夹有薄层炭质薄膜、污手。

（2）地质构造

隧区处于xx华夏系构造带紫金山区中部，构造线方向为SN向至NNE方向，山脉与河流走向大致平行主要构造线方向。区内褶皱主要为牟江口向斜。主要断裂为平岭-东岭压扭性断裂（F34）。现将区内主要的构造分述如下：

１）褶皱

牟江口向斜：属区域性向斜，与线路交于D3K79+400处，夹角约59°。向斜轴延伸方向为N57°E，于区内呈倒转向斜，轴面倾向南东，倾角40°左右，地层为奥陶系上统中组（O32），下组（O31）浅变质石英砂岩、板岩。NW翼主要岩层产状为：N50°~70°E/27°~80°SE；主要层理产状：N35~55°W/90°、N30°W /57°NE、N15°E/68°NW。SE翼主要岩层产状为：N50°~65°E/45°~78°SE；主要节理产状：N45°W/90°、N45°W／38°NE。据深孔钻探揭示：岩层倾角变化极大，从上至下岩层倾角由35°、30°变为75°、85°、65°，直立、45°、75°、40°、30°等，具有上下部倾角较平缓，中间倾角陡甚至直立，挤压褶皱明显的特点，如孔深108~137m及202~205m段，岩芯为半边砂岩半边炭质板岩，岩层倾角近似直立，有倒转趋势。

２）断裂

约20m，个别地段地层陡立或出现牵引褶皱。上升盘层理产状N25~40°E/26~56°SE；下降盘层理产状N8~45°E/9~57°SE。

（3）地震动参数区划

根据国家地震局《中国地震动峰值加速度区划图》（1/400万GB18306~2001图A1）该段地震动峰值加速度<0.05g。

（二）不良地质现象及特殊岩土

测区内未见特殊岩土分布。

（1）围岩岩爆及变形预测

该隧道在DK80+590~DK82+220段埋深在500~643m，围岩由石英砂岩、炭质板岩构成；有产生隧道变形的可能，施工过程中岩层将产生剥落和发生岩爆，预测会发生中等岩爆。

（2）有害气体测试

该段隧道围岩由浅变质石英砂岩、炭质板岩构成。炭质板岩节理裂隙中有瓦斯及有害气体溢出，预测隧道甲烷相对涌出量0.00067m3/T.d，属低沼气溢出型。当瓦斯浓度达5~16%时有爆炸危险，H2S浓度>0.00066%及SO2浓度0.0007%时对人体有伤害危险。

（3）发射性特征

经自然伽玛测井测定，该孔岩层的自然伽玛放射性强度在105~217API，平均为161API，在隧道施工时，对人体无放射性伤害。

（4）井温

隧道内温度23.3~24.5℃，地温梯度1.25~1.7℃/100m，属正常地温范围。

三光面爆破理论

隧道光面爆破采取微振动控制爆破技术。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。其中岩地质条件和钻孔质量是最主要的影响因素。

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xx隧道爆破施工概况

隧道光面爆破原始条件表

xx隧道爆破施工采用微振动控制爆破技术，周边孔采用光面爆破方法。由于隧道围

岩较差；同时隧道开工时间较短，爆破队伍对围岩性质认识不清，且对光面爆破技术的理解不到位、钻孔质量不高，造成了隧道光面爆破效果差，主要表现为半孔率低、光爆面不整齐、超欠挖严重等现象，最终影响到作为洛湛铁路控制工程的xx隧道的施工安全及掘进速度。

五光面爆破的主要参数

（1）理论计算

隧道爆破炮孔钻孔时由外侧向中间分别为周边孔、辅助孔和掏槽孔。其中周边孔和辅

根据光面爆破的理论数据，取周边孔孔距E=(10~15)d，则炮眼间距E=(10~15)d=45~63cm，周边孔沿开挖边线均匀布置。装药集中度q=0.1~0.15(kg/m)；不耦合系数D=1.5~2.0。钻孔时，周边孔孔口边紧贴设计开挖边线，向外侧偏斜3～5°钻孔。与周边孔紧邻的一排辅助眼决定了周边眼最小抵抗线(W)，一般要求W=1.2E=55~60cm，辅助孔孔距设为0.7~0.8m，排距为0.6~0.8m。具体见《炮孔布置示意图》。

爆破参数的理论计算

A.全断面钻孔数量N

根据泽波尔建议公式: N=a1+a2S

a1、a2——为岩体可爆程度确定的系数，经查a1=20, a2=1

则N=20+1×49=69，取N=65~75个

B.周边孔平均炸药用量q p

根据公式：q p=aWL p(0.5~0.9)q

q p——周边孔平均炸药用量kg

a ——周边孔孔距cm

W——周边孔最小抵抗线cm

L p——周边孔孔深

q——单位岩体耗药量kg/m3

取a=0.5m

W=50cm

L p=3m

q=1.1kg/m3

则q p=0.4~0.6kg。

（2）现场光面爆破试验效果分析

通过对先期爆破效果的观察和钻工钻孔质量、孔网参数的了解以及与钻工交流了解情况，认为主要是钻孔质量不高、孔网参数不当影响了爆破效果，决定从这两方面入手，通过试验手段不断提高光面爆破效果。通过与铁三局技术人员、爆破施工负责人的具体协商，决定光面爆破参数如下：

隧道光面爆破试验参数表

光爆孔外插角

掏槽眼孔深

在试爆前组织钻工培训，讲解光面爆破的理论知识及有关操作技巧，提升他们对光面爆破的认知水平。通过五次试爆，隧道光面爆破效果有了一定程度的提高，半孔率控制在85%以上、超欠挖有所改善。钻工不断掌握钻孔方法、提高钻孔精度，在后续的爆破施工过程中，光爆面的整齐度、超欠挖控制水平将越来越好。

（3）试验结论

现场试验参数是在理论计算与先期爆破参数的基础上得出的数值，光面爆破效果较先期有所改善。通过综合分析，将光面爆破参数确定如下：

光面爆破参数表

8 不耦合系数

在后续爆破施工作业过程中，可参照上表确定光面爆破参数，参见附图。

（4）装药结构及炮孔堵塞

隧道光面爆破光爆孔采用分段装药结构，事先由炮工将药卷间隔串联在导爆索上，并用胶带绑扎在一根有一定强度的竹片上，装药时炮工将绑有药卷的竹片放入每个周边孔内，应使竹片紧靠围岩外侧，而药卷则紧靠开挖岩石的内侧，装药结构见下图。

光爆孔装药结构图

为保证爆破效果及充分利用炸药能量作功，隧道爆破施工时炮孔应用炮泥进行堵塞，堵塞长度为炮孔的未装药部分。对炮孔进行堵塞有利于提高爆破质量、提高炸药利用率、降低单耗等效果。

（5）光面爆破施工细则

确定隧道施工方案时，要综合考虑隧道的地质条件、钻孔设备、爆破器材、支护方法和技术水平等因素来决定。应该特别强调的是，隧道开挖施工方案和爆破方法之间有着十分密切的关系。隧道光面爆破施工应遵循以下原则：

①钻孔孔位依据测量定出的开挖轮廓线确定。周边孔在断面轮廓线上开孔，沿轮廓线等间隔布置炮眼，需要调整孔位时偏差不大于2cm，周边眼应向外侧偏斜3～5°钻孔，周边眼外插角偏差不大于1°，各炮孔孔底落在规定的平面上，凹凸不平整度小于10cm；与周边孔相邻一排辅助炮孔的孔口距离不小于40cm，打眼方向水平、平行于掘进方向。

②钻孔前必须严格按照钻爆设计标示出孔位和编号；如果孔位与上次的残孔重合，必须适当移位，绝对不准在残孔内钻孔。

③必须保证钻孔质量。钻进中要防止漏钻和多钻，控制好孔位、孔深和角度，是保证光面爆破效果的基础。

④炮孔钻完后要及时清孔并用木楔封堵，防止落入石块等杂物。炮孔经检查合格后，方可装药爆破。

⑤为减少装药时间，事先由炮工将药卷间隔串联在导爆索上，并用胶带绑扎在一根有一定强度的竹片上，装药时炮工将绑有药卷的竹片放入每个周边孔内，应使竹片紧靠围岩外侧，而药卷则紧靠开挖岩石的内侧，这样既有利于保护岩壁，又可以增强对开挖岩石的爆炸力。炮孔内放入药卷后，应将导爆索引出孔外，然后炮泥封堵炮孔。

⑥为使周边孔装药达到一定的不偶合系数，周边眼采用直径φ25mm的小药卷进行

联在一起或用同段位的导爆管雷管簇联在一起，最后通过电雷管进行激发。

⑧连线必须认真细致，仔细清点数量并复核，对联结块上的上下级导爆管必须捆扎牢固，严防产生漏爆拒爆现象。

⑨爆破后的残留炮孔痕迹在开挖轮廓线上是否均匀分布；半孔残痕率在完整岩石处保持在95%以上，较完整和完整性稍差的岩石处保持在80%以上，较破碎和破碎岩石处半孔率不小于50%。

⑩每次爆破以后，要先进行通风，通风15分钟后检查人员方可进入隧道做相应的检查工作；要及时察看围岩周边光面爆破效果，核对与爆破设计是否相符，如有变化要及时调整爆破参数，使其达到最佳效果。

六隧道瓦斯地段爆破施工

根据地质勘测资料，该隧道节理裂隙内有瓦斯及有害气体溢出，因此在隧道爆破掘进过程中，须对瓦斯及有害气体浓度进行监测。根据瓦斯及有害气体浓度采用相应的炸药及起爆方法。

该隧道属低沼气溢出型，根据煤炭部标准MT-61-82中规定可采用1级煤矿许用炸药。起爆方法及起爆器材见相应安全标准。

说明：隧道爆破施工掘进过程中对瓦斯的浓度需作跟踪监测，当监测有瓦斯时必须按照铁道部有关瓦斯隧道爆破规定施工。