南龙铁路隧道工程光面爆破施工专项方案.docx

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南龙铁路隧道工程光面爆破施工专项方案

南平至龙岩铁路扩能改造工程第Ⅶ标段

南龙铁路隧道爆破施工（光面爆破）专项施工方案

编制

复合

审核

批准

中铁四局南龙铁路NLZQ-7标项目经理部

2014年3月

南龙铁路隧道工程光面爆破施工专项方案

1．工程概况

1.1项目概况

中铁四局南龙铁路项目经理部二分部承担南平至龙岩铁路扩能改造工程7标DK198+562.15～DK204+873.05段，共计6310.9m的施工任务，本段位于福建省龙岩市新罗区苏坂乡，其中包含金鸡岭隧道出口2209.15m、田坪岭隧道3903.3m、汶水溪大桥136.39m、下村中桥54.28m、路基7.78m。

金鸡岭隧道最大埋深293.1m，田坪岭隧道最大埋深198.03m，两座桥梁均为现浇简支箱梁。

施工段落内分布有双永高速公路、203省道和地方村路，交通较为便利。

隧道分部施工范围：

金鸡岭隧道出口2209.15m、田坪岭隧道3903.3m

1.2隧道工程围岩分布

金鸡岭隧道主要围岩分布表

序号

衬砌类型

数量（m）

备注

1

斜切段

33

2

Ⅱ级a

640

3

Ⅱ级分相

300

4

Ⅱ级下锚

10

5

Ⅲ级b

2365

6

Ⅲ级c

155

7

Ⅲ级下锚

30

8

Ⅳ级a

300

9

Ⅳ级b

295

10

Ⅴ级b

190

11

Ⅴ级c

100.31

12

合计

4418.31

田坪岭隧道主要围岩分布表

序号

衬砌类型

数量（m）

备注

1

斜切段

24

2

Ⅲ级b

2105

4

Ⅲ级c

995

5

Ⅲ级下锚

30

6

Ⅳ级b

330

7

Ⅳ级c

260

9

Ⅴ级c

414.3

10

合计

3903.3

1.3隧道出口开挖施工方法

隧道明挖段开挖时严禁采用爆破施工，严格按图纸设计要求采用机械（如挖机、破碎锤）开挖，隧道工程V级（含V级）以上围岩采用人工配合机械开挖法，III级围岩、IV级围岩采用控制弱爆破施工，严格遵循光面爆破技术要求，控制超欠挖。

2．III级、IV级围岩开挖

III级围岩、IV级围岩采用台阶法施工，爆破时采用光面爆破。

2.1爆破方案选择

1．设计依据

（1）中华人民共和国爆破安全规程（GB6722-2011）；

（2）公安部《爆破作业人员安全技术考核标准》；

（3）以往类似的隧道爆破开挖工程的成功经验和资料。

2．爆破方案选择

（1）根据围岩特点合理选择周边孔间距及周边孔的最小抵抗线，辅助孔交错均匀布置，周边孔与辅助孔孔底在同一垂直面上，掏槽孔加深20cm。

（2）严格控制装药量，周边孔采用间隔装药，其它炮孔采用连续装药，药量沿炮孔全长均匀分布，导爆索起爆。

（3）采用毫秒微差分段起爆。

3．爆破器材选用

炸药选用2号岩石乳化炸药，其规格为φ25、φ32两种，周边眼采用φ25的小直径药卷间隔装药方式，其余采用φ32药卷连续装药、密集堵塞方法，炮眼堵塞采用炮泥堵塞,导爆管毫秒雷管起爆，电雷管引爆。

施工中根据地质变化不断调整爆破参数，以取得良好的光爆效果。

表1爆破器材表

爆破器材名称

规格

用途

雷管

电雷管

起爆

1~15段非电毫秒导爆管雷管

掘进、传爆

炸药

2#岩石乳化炸药，直径32mm，长度200mm，重量150g

起爆、光爆

台阶法炮眼布置图

2.2爆破参数的选择与装药量计算

2.2.1炮孔深度为1米

1．钻孔参数的选择

光面爆破参数表

岩石种类

周边眼间距E（cm）

周边眼最小抵抗线W（cm）

相对距离E/W

装药集中度q（kg/m）

极硬岩

50～60

55～75

0.8～0.85

0.25～0.3

硬岩

40～50

50～60

0.8～0.85

0.15～0.25

软质岩

35～45

45～60

0.75～0.8

0.07～0.12

钻孔工作采用风钻进行。

1）炮孔直径（D）

根据设备情况，炮孔直径取：

D=40mm。

2）炮孔深度（L）

根据被保护对象的实际情况，宜采取短进尺弱爆破，因此炮孔深度取：

L=1.0m。

2．爆破参数的选择

1）最小抵抗线（W）

松动爆破，抵抗线不宜过大，因此，最小抵抗线取：

W=0.8m。

2）爆破作用指数（n）

根据爆破作用原理，并参见图1，爆破作用指数用式

（1）表示：

（1）

式中，r为爆破漏斗底圆半径，m；W为最小抵抗线，m。

图1爆破漏斗示意图

松动爆破的爆破作用指数为0

3）标准单位炸药消耗量（q0）根据地质资料，工程区内地层岩性为板岩夹碳质板岩、灰岩，因此设计时取q0=1.5kg/m3，实际施工时视具体情况进行适当调整。

4）周边孔单孔装药量（Q）

装药量的多少取决于要求爆破的岩石的体积、爆破漏斗的形状和岩石的性质等因素，一般采用体积公式进行计算，即：

（2）

式中，q0为标准爆破单位炸药消耗量，kg/m3；V为爆破的岩石体积，m3。

根据图2，爆破的岩石体积V=πr2W/3。

将n=r/W=0.625、W=0.8代入式

（2），计算得：

Q=0.314kg，为了便于装药，取单孔装药量为0.3kg。

3．上台阶单孔装药量及装药量分配

（1）周边孔

根据光爆孔的线装药量，单孔药量取q1=300g=0.3kg（2卷）

总药量Q1=300×40=12000g=12.0kg

（2）辅助孔

根据经验，辅助孔的单孔药量取周边孔单孔药量的1.2～1.5倍。

单孔药量q2=300×1.5=450g=0.45kg（3卷）

总药量Q2=400×41=16400g=16.4kg

（3）掏槽孔

由于掏槽孔的夹制系数最大，为了取得良好的掏槽效果，需加大掏槽孔的装药量。

单孔药量q3=600g=0.6kg（6卷）

总药量Q2=600×18=10800g=10.8kg

（4）底孔

根据经验，底孔的单孔药量取周边孔单孔药量的1.2～1.5倍。

单孔药量q4=300×1.5=450g=0.45kg（3卷）

总药量Q4=450×11=4950g=4.95kg

采用毫秒微差起爆，这种方法具有降低爆破地震效应、改善破碎质量、降低炸药单耗、减小后冲、爆堆集中等明显优点，起爆时差为50ms。

炮孔布置图见台阶法开挖起爆图，炮孔装药量及起爆顺序见下表。

表2钻孔1米上台阶炮孔装药量及起爆顺序

炮孔

编号

炮孔名称

炮孔个数

单孔深度（cm）

装药量（g）

雷管

段别

起炮

顺序

单孔

合计

1

掏槽孔

6

120

600

3600

1

1

3

掏槽孔

6

120

600

3600

3

2

5

掏槽孔

6

120

600

3600

5

3

7

辅助孔

5

100

450

2250

7

4

9

辅助孔

19

100

450

8550

9

5

11

辅助孔

17

100

450

7650

11

6

13

周边孔

40

100

300

12000

13

7

15

底孔

11

100

450

4950

15

8

合计

110

46200

下台阶各孔装药量与上台阶相同。

表3钻孔1米下台阶炮孔装药量及起爆顺序

炮孔

编号

炮孔名称

炮孔个数

单孔深度（cm）

装药量（g）

雷管

段别

起炮

顺序

单孔

合计

1

辅助孔

13

100

450

5850

1

1

2

辅助孔

13

100

450

5850

3

2

3

辅助孔

13

100

450

5850

5

3

4

辅助孔

13

100

450

5850

7

4

5

辅助孔

13

100

450

5850

9

5

6

周边孔

14

100

300

4200

11

6

7

底孔

13

100

450

5850

13

7

合计

92

39300

4．起爆顺序

掏槽孔→辅助孔→周边孔→底孔。

5．装药结构

采用2号岩石铵梯炸药进行爆破，每节炸药重150g，长20cm。

实际装药时，周边孔采用间隔装药，掏槽孔、辅助孔和底孔采用连续装药，见图2、图3、图4，孔口部位采用纸团和黄泥堵塞。

图2钻孔1米周边孔装药结构图

图3钻孔1米辅助孔和底孔装药结构图

图4钻孔1米掏槽孔装药结构图

6最大单响药量（Qmax）

本工程出口采用为控制爆破，炸药单耗低，空气冲击波对周围环境的影响不大，同样地，松动爆破理论上不产生飞石，因此，忽略不计空气冲击波和飞石对周围环境的影响。

爆破振动会对周围设施产生危害，应预计其危害程度，以便采取必要的防护措施。

爆破地震的安全距离采用M.A.萨道夫斯基公式计算：

（3）

式中，Rs为爆破地震的安全距离，m；Qmax为最大单响药量，kg；Vs为建筑物允许的震动速度，cm/s；K为与爆破地形、地质条件有关的系数；为地震波衰减指数。

K和的取值见表4。

建筑物允许的振动速度见爆破安全规程GB6722-2003。

表4爆区不同岩性的K、值

岩性

K

坚硬岩石

50～150

1.3～1.5

中硬岩石

150～250

1.5～1.8

软岩石

250～350

1.8～2.0

本工程爆区内的岩石为工程区内地层岩性为板岩夹碳质板岩、灰岩，为坚硬岩石，根据表4，取K=150，=1.5。

液化气站，取Vs=1cm/s。

根据表2得出最大单响药量Qmax=12kg，代入式（3）得出爆区距离液化气站的最近距离为Rs=64.6m。

即隧道采用机械开挖至D2K28+397.5时可采用炮孔深度为1米的控制爆破。

2.2.2炮孔深度为2米

1．钻孔参数的选择

钻孔工作采用风钻进行。

1）炮孔直径（D）

根据设备情况，炮孔直径取：

D=40mm。

2）炮孔深度（L）

根据被保护对象的实际情况，宜采取短进尺弱爆破，因此炮孔深度取：

L=2.0m。

2．爆破参数的选择

1）最小抵抗线（W）

松动爆破，抵抗线不宜过大，因此，最小抵抗线取：

W=0.8m。

2）爆破作用指数（n）

根据爆破作用原理，并参见图1，爆破作用指数用式

（1）表示：

（1）

式中，r为爆破漏斗底圆半径，m；W为最小抵抗线，m。

图1爆破漏斗示意图

松动爆破的爆破作用指数为0

3）标准单位炸药消耗量（q0）根据地质资料，工程区内地层岩性为板岩夹碳质板岩、灰岩，因此设计时取q0=1.5kg/m3，实际施工时视具体情况进行适当调整。

4）周边孔单孔装药量（Q）

装药量的多少取决于要求爆破的岩石的体积、爆破漏斗的形状和岩石的性质等因素，一般采用体积公式进行计算，即：

（2）

式中，q0为标准爆破单位炸药消耗量，kg/m3；V为爆破的岩石体积，m3。

根据图2，爆破的岩石体积V=πr2W/3。

将n=r/W=0.625、W=0.8代入式

（2），计算得：

Q=0.314kg，为了便于装药，取单孔装药量为0.3kg。

3．上台阶单孔装药量及装药量分配

（1）周边孔

根据光爆孔的线装药量，单孔药量取q1=300×2=600g=0.6kg（4卷）

总药量Q1=600×40=24000g=24.0kg

（2）辅助孔

根据经验，辅助孔的单孔药量取周边孔单孔药量的1.2～1.5倍。

单孔药量q2=600×1.5=900g=0.9kg（6卷）

总药量Q2=900×41=36900g=36.9kg

（3）掏槽孔

由于掏槽孔的夹制系数最大，为了取得良好的掏槽效果，需加大掏槽孔的装药量。

单孔药量q3=1050g=1.05kg（7卷）

总药量Q2=1050×18=18900g=18.9kg

（4）底孔

根据经验，底孔的单孔药量取周边孔单孔药量的1.2～1.5倍。

单孔药量q4=600×1.5=900g=0.9kg（6卷）

总药量Q4=900×11=9900g=9.9kg

采用毫秒微差起爆，这种方法具有降低爆破地震效应、改善破碎质量、降低炸药单耗、减小后冲、爆堆集中等明显优点，起爆时差为50ms。

炮孔布置图见台阶法开挖起爆图，炮孔装药量及起爆顺序见下表。

表5钻孔2米上台阶炮孔装药量及起爆顺序

炮孔

编号

炮孔名称

炮孔个数

单孔深度（cm）

装药量（g）

雷管

段别

起炮

顺序

单孔

合计

1

掏槽孔

6

220

1050

6300

1

1

3

掏槽孔

6

200

1050

6300

3

2

5

掏槽孔

6

200

1050

6300

5

3

7

辅助孔

5

200

900

4500

7

4

9

辅助孔

19

200

900

17100

9

5

11

辅助孔

17

200

900

15300

11

6

13

周边孔

40

200

600

24000

13

7

15

底孔

11

200

900

9900

15

8

合计

110

89700

表6钻孔2米下台阶炮孔装药量及起爆顺序

炮孔

编号

炮孔名称

炮孔个数

单孔深度（cm）

装药量（g）

雷管

段别

起炮

顺序

单孔

合计

1

辅助孔

13

100

900

11700

1

1

2

辅助孔

13

100

900

11700

3

2

3

辅助孔

13

100

900

11700

5

3

4

辅助孔

13

100

900

11700

7

4

5

辅助孔

13

100

900

11700

9

5

6

周边孔

14

100

600

8400

11

6

7

底孔

13

100

900

11700

13

7

合计

92

78600

4．起爆顺序

掏槽孔→辅助孔→周边孔→底孔。

5．装药结构

采用2号岩石铵梯炸药进行爆破，每节炸药重150g，长20cm。

实际装药时，周边孔采用间隔装药，掏槽孔、辅助孔和底孔采用连续装药，见图5-图7，孔口部位采用纸团和黄泥堵塞。

图5钻孔2米周边孔装药结构图

图5钻孔2米辅助孔和底孔装药结构图

图5钻孔2米掏槽孔装药结构图

本工程爆区内的岩石为工程区内地层岩性为板岩夹碳质板岩、灰岩，为坚硬岩石，根据表4，取K=150，=1.5。

液化气站，取Vs=1cm/s。

根据表5得出最大单响药量Qmax=24kg，代入式（3）得出爆区距离液化气站的最近距离为Rs=81.4m。

即隧道开挖至D2K28+375.5时可采用炮孔深度为2米的控制爆破，开挖至DK28+354以后，掌子面距离液化气站距离大于100米，按正常台阶法爆破施工。

6.

爆破施工流程

3安全可靠性评估

1．设计方法

设计方法的合理性体现在以下几个方面：

（1）针对爆区的地质、地形条件和环境情况，选择浅眼松动控制爆破作为洞身爆破开挖方案。

（2）采用毫秒微差起爆，避免了爆破地震效应对液化气站的危害。

2．设计参数

设计参数的合理性体现在以下几个方面：

（1）根据爆区的环境特点，将最小抵抗线设计为0.8m，把爆破作用的范围限制在内部破坏与外部破坏的临界点，只产生松动效应，而基本不产生飞石。

（2）根据本工程所在地区的岩性和地质构造情况、以前本地爆破的实际用药量，综合确定单位炸药消耗量q0。

（3）根据爆破技术要求和周围环境的特点，确定的爆破作用指数n=0.625，属于松动爆破，符合国家的有关规定，与国内外松动爆破的成功的经验数据一致。

3．工程安全性评估

（1）本工程采用条形装药，与同等药量的集中装药相比，条形装药引起的地震波强度低30%。

（2）爆区节理裂隙较发育，爆破地震波在节理裂隙发育的岩体的传播速度低，能量衰减快。

（3）本工程爆破开挖设计方案的最大单响药量均小于按照萨道夫斯基经验公式计算得出的最大单响药量。

（4）本工程爆破开挖施工与对液化气站的爆破振动监测同时进行。

因此，本工程的爆破不会对液化气站造成任何影响。

4安全技术与防护措施

1．工程现场100m范围内进行实地调查，记录可能影响的构筑物或其它结构状态，记录资料应包括文字和图片资料，现场可作观测标志。

在每个液化气罐及基座上设置观测标识（裂缝砂浆贴片），每次爆破前后对标识进行观测并进行记录。

2．在洞口处用湿草帘子、布袋子覆盖，距洞口5m处搭设脚手架，并在脚手架上挂毛竹篱笆和钢丝网，对爆破飞石进行阻挡。

3．对液化气站进行爆破振动监测，严格控制最大单响药量。

（1）采用LC-2200袖珍式测振仪对液化气罐进行震动测量。

（2）在爆破前2小时，在液化气罐上安装测振仪，对观测点进行编号，测量并记录震源中心与传感器的位置与高程。