爆破设计方案汇总.docx
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爆破设计方案汇总
新建向莆铁路工程
隧道爆破设计方案
编制:
审核:
审批:
中铁二十三局向莆铁路FJ-10标指挥部
二00八年八月
一、工程概况..................................................2
二、洞口环境..................................................2
1、施工区工程地质.............................................2
2、施工区涉及到的环境保护区...................................2
3、洞口位置...................................................3
三、隧道爆破设计..............................................3
1、隧道正洞爆破设计...........................................3
2、斜井爆破设计...............................................11
3、隧道监控量测...............................................15
4、洞内风、水、电及通讯施工辅助措施...........................18
5、爆破安全评估...............................................20
6、施工安全措施...............................................22
一、工程概况
新建向塘至莆田铁路XPFJ-10标位于闽中地区,起点位于永泰县岭路乡后坑垄村,终点位于莆田市涵江区庄边镇泮洋村,里程范围:
DK489+460~DK514+184、YDK489+460~YDK514+184;FDK489+460~FDK490+787.2;DK488+700~DK521+825(永临结合),全长26.051km。
本标段主要工程:
桥梁四座,穴利1#大桥,桥长440.90m;大坪头大桥,桥长244.35m;走林左线大桥,桥长133.86m;走林右线大桥,桥长135.145m。
均为单线桥梁。
隧道五座,城峰1#隧道,单线隧道,全长794m;城峰2#隧道,双线隧道,全长764.6m;城峰3#隧道,单线隧道,全长897m;青云山隧道:
左线全长22715m;右线全长21837m,设计有4座辅助斜井,分别是梅鼎宫斜井(1273.5m)、乌田斜井(2106.3m)、风际斜井(1865.2m)、乾顶斜井(762.9m),斜井总计长6007.94m。
其中风际竖井216.45m。
路基全长1532m,涵洞4座。
二、洞口环境
1、施工区工程地质
本区以侏罗系上统-白垩系下统的凝灰岩、凝灰熔岩、熔结凝灰岩为主。
剥蚀中、低山区构造发育,受构造影响,岩体节理、裂隙较发育;火山岩和部分花岗岩存在不均匀风化现象。
山坡的基岩裂隙水和孔隙水不发育,构造破碎带和节理裂隙密集带地下水较为发育。
地基工程地质条件较好,桥梁工程可采用明挖基础或桩基;隧道围岩级别一般为Ⅱ~Ⅲ,隧道进出口、浅埋、偏压地段以及构造破碎带、节理裂隙密集带为Ⅳ、Ⅴ级围岩,隧道洞身工程地质条件一般较好。
2、施工区涉及到的环境保护区
青云山隧道穿越的环境保护区:
青云山国家级风景名胜区、藤山和老鹰尖省级自然保护区等。
3、洞口位置
城锋隧道各洞口和青云山隧道进口均位于永泰县岭路乡穴利村;
梅鼎宫斜井口位于永泰县岭路乡谭后村;
乌田斜井口位于莆田市涵江区庄边镇凤际村;
风际斜井口位于莆田市涵江区庄边镇凤际村;
乾顶斜井口位于莆田市涵江区新县镇乾顶村;
青云山隧道出口位于莆田市涵江区新县镇广宫村;
各洞口均在风景自然保护区之外,地形图附后。
三、隧道爆破设计
设计依据:
《爆破安全规程》(GB6722-2003)、《铁路隧道施工规范》(铁建设【2002】24号)、铁二院向莆铁路初步设计资料等。
Ⅱ、Ⅲ级围岩采用多功能作业台架钻孔;Ⅳ、Ⅴ级围岩短台阶的下部采用多功能作业台架钻孔,上部采用风钻钻孔。
1、隧道正洞爆破设计
(1)、洞口(洞内)Ⅳ级、Ⅴ级围岩爆破设计
A、爆破器材选型
Ⅳ级、Ⅴ级围岩爆破采用2号岩石硝铵炸药,有水地段采用乳化防水炸药,药卷直径采用φ32,周边眼采用高效能控制爆破劈裂耦合连续装药,其余眼采用集中装药,炮眼堵塞采用水压爆破技术堵塞,非电毫秒雷管起爆,火雷管引爆。
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。
B、非电微差起爆网络设计
爆破震动与同段齐爆的炸药用量有极其密切的关系,采用非电微差起爆技术,不但可以有效控制单段雷管的起爆药量,又能有效地控制每段雷管的起爆时间,使爆破震动波形不形成叠加,既能保证岩石破碎达到理想的效果,又能消除爆破震动的有害效应。
在掏槽眼、掘进眼、底板眼或周边眼中,起爆药量较大的段别的雷管,间隔时差设计为200ms,即跳段设置。
这样可以使爆破震动速度降低30%,达到更好的爆破效果。
C、装药结构设计
为更好地达到光爆效果,周边眼采用间隔装药结构,或用小直径药卷。
其余炮眼采用直径Φ32mm标准药卷连续装药。
见图1。
图1装药结构设计图
D、Ⅳ级、Ⅴ级围岩台阶法爆破炮眼布置见图2。
Ⅳ级、Ⅴ级围岩台阶法开挖主要技术指标见表1。
图2Ⅳ级、Ⅴ级围岩台阶法爆破炮眼布置图
Ⅳ级、Ⅴ级围岩台阶法爆破主要技术指标表表1
序号
项目
单位
数量
上台阶
下台阶
1
开挖断面积
m2
44.3
40.4
2
炮孔深度
m
2.0~2.2
3.0~3.5
3
每循环爆破石方
m3
88.6
121.2
4
炮眼总数
个
97
121
5
炸药用量
Kg
112.5
127.3
6
比钻眼数
个/m2
2.2
2.1
7
比装药量
Kg/m3
1.27
1.05
(2)、隧道洞内Ⅱ、Ⅲ级围岩爆破设计
A、炸药选型
炸药选用2号岩石硝铵炸药,其规格为φ25×200、φ32×200两种。
有水地段选用乳化炸药。
药卷直径采用φ32,周边眼采用高效能控制爆破劈裂管耦合连续装药,其余眼采用集中装药,炮眼堵塞采用水压爆破技术堵塞,非电毫秒雷管起爆,火雷管引爆。
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。
B、掏槽形式
由于采用全断面爆破开挖,根据地质条件和断面尺寸,采用楔形掏槽法,及充分利用楔形掏槽的易抛掷来减轻震动,保持围岩稳定。
C、Ⅱ、Ⅲ级围岩全断面爆破设计
Ⅱ级围岩全断面爆破炮眼布置见图3。
Ⅲ级围岩全断面爆破炮眼布置见图4。
Ⅱ、Ⅲ级围岩全断面开挖主要技术指标见表2。
Ⅱ、Ⅲ级围岩全断面爆破主要技术指标表表2
序号
项目
单位
数量
Ⅱ级围岩
Ⅲ级围岩
1
开挖断面积
m2
75.35
82.38
2
炮孔深度
m
3.5~3.8
3.0~3.3
3
每循环爆破石方
m3
263.7
247.1
4
炮眼总数
个
226
230
5
炸药用量
Kg
387.6
338
6
比钻眼数
个/m2
3.0
2.8
7
比装药量
Kg/m3
1.46
1.37
图3Ⅱ级围岩全断面爆破炮眼布置图
图4Ⅲ级围岩全断面爆破炮眼布置图
(3)光面爆破设计
1)爆破设计的原则
尽量提高炸药能量利用率,以减少炸药用量。
采用光面爆破,要求炮眼痕迹残留率硬岩≥90%;中硬岩≥80%;软岩≥60%。
减少对围岩的破坏,控制好开挖轮廓。
合理设计起爆顺序,提高光爆效果。
在保证安全的前提下,尽可能提高掘进速度、缩短工期。
掏槽及底板眼按抛掷爆破设计,采用楔形掏槽法,及充分利用楔形掏槽的易抛掷来减轻震动,保持围岩稳定。
其它炮眼采用浅孔微振动控制爆破,在保证爆破效果的前提下,尽量减少炮眼的炸药用量。
采用微差爆破,减少对围岩的扰动及降低振动强度,采取光面爆破。
2)爆破参数的选定
在进行钻爆参数设计前,先用工程模拟法初选爆破参数,再在洞外做单段爆破漏斗试验及三眼爆破成缝试验,通过现场的试验确定有关爆破参数。
结合隧道工程地质情况及类似工程施工经验进行爆破设计。
光面爆破参数见表5.16。
光面爆破参数表表5.16
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
3)爆破器材的选定
炸药选用2号岩石硝铵炸药,其规格为φ25×200、φ32×200两种。
有水地段选用乳化油炸药。
采用φ32直径药卷,周边眼采用高效能控制爆破劈裂管耦合连续装药,其余眼采用集中装药,炮眼堵塞采用水压爆破技术堵塞,非电毫秒雷管起爆,火雷管引爆。
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。
4)钻爆作业施工工艺
钻爆作业工艺框图。
光面钻爆作业施工工艺框图
5)钻爆施工
①开挖准备
风、水、电就绪,施工人员、机具准备就位。
②测量放线
洞内导线控制网测量采用全站仪进行。
施工测量采用光电测距仪配水准仪进行。
测量作业由专业人员实施,每排炮后进行设计规格线测放,并根据爆破设计参数点布孔位。
断面测量滞后开挖面10~15m,按5m间距进行,每个月进行一次洞轴线及坡度的全面检查、复测,确保测量控制工序质量。
同时,随洞室开挖、支护进度,每隔20m在两侧洞壁及洞顶设一桩号标志。
③钻孔作业
全断面法施工时,使用凿岩台车钻孔。
台阶法施工时上台阶采用风钻人工钻孔,下台阶采用凿岩台车钻孔。
严格按照测量定出的中线、腰线、开挖轮廓线和测量布孔进行钻孔作业。
同时根据工作面的凹凸情况,控制钻孔孔深,以保证钻孔的孔底均落在钻爆图所规定的平面上。
各钻手分区、分部位定人定位施钻,实行严格的钻手作业质量经济责任制。
每排炮由值班工程师按“平、直、齐”的要求进行检查。
周边孔及掏槽孔的偏差不得大于5cm,其它炮孔孔位偏差不得大于10cm。
④装药爆破
装药爆破由合格的、有经验的炮工严格按爆破设计参数进行,采用非电雷管起爆。
炮工在装药平台上按钻爆设计参数装药。
掘进孔采用φ35mm药卷连续装药,周边光面爆破采用φ25mm药卷、竹片绑扎间隔装药;孔口用砂袋堵塞严实,装药完成后,由技术员和专业炮工分区分片检查,联结爆破网络,撤退工作面设备、材料至安全位置,非电毫秒雷管引爆,周边光面齐爆。
装药爆破由合格的、有经验的炮工严格按爆破设计参数进行,采用非电雷管起爆。
⑤通风散烟及除尘
施工过程中一直启动通风设备通风,爆破散烟结束后,开挖面爆破碴堆洒水除尘。
⑥安全处理
爆破后,清除掌子面及边顶拱上残留的危石及碎块,保证进入人员及设备的安全,岩面破碎洞段在进行安全处理后,可先喷一层5cm厚砼,出碴后再次进行安全检查及处理。
在整个施工过程中,设专职安全员每天进行安全检查,发现问题及时处理。
⑦围岩支护
每排炮开挖结束后,对稳定差的岩体及时进行随机锚杆支护,系统锚杆、挂钢筋网及喷钢纤维砼支护滞后开挖作业面不大于10m。
6)光爆质量标准
平均线性超挖:
10cm以内,
炮眼痕迹保存率:
硬岩≥90%中硬岩≥80%软岩≥60%
炮眼利用率:
≥90%
2、斜井爆破设计
(1)、斜井洞口Ⅳ级、Ⅴ级围岩爆破设计
A、爆破器材选型
根据隧道围岩类别,选用威力适中、匹配性好、防水性能好、易于切割分装成小卷的2#岩石乳化炸药,引爆器材则选用国产Ⅱ系列15段非电毫秒微差雷管。
B、非电微差起爆网络设计
爆破震动与同段齐爆的炸药用量有极其密切的关系,采用非电微差起爆技术,不但可以有效控制单段雷管的起爆药量,又能有效地控制每段雷管的起爆时间,使爆破震动波形不形成叠加,既能保证岩石破碎达到理想的效果,又能消除爆破震动的有害效应。
在掏槽眼、掘进眼、底板眼或周边眼中,起爆药量较大的段别的雷管,间隔时差设计为200ms,即跳段设置。
这样可以使爆破震动速度降低30%,达到更好的爆破效果。
C、掏槽形式设计
上台阶采用三角形三中孔眼直眼掏槽。
见图5《掏槽眼布置示意图》
图5掏槽眼布置示意图(单位:
mm)
D、装药结构设计
为更好地达到光爆效果,周边眼采用间隔装药结构,或用小直径药卷。
其余炮眼采用直径Φ32mm标准药卷连续装药。
见图1装药结构设计图
E、爆破参数及炮眼布置
见图6和表3。
图6Ⅳ、Ⅴ级围岩爆破炮眼布置示意图
Ⅳ、Ⅴ级围岩上下断面开挖爆破参数表表3
部
位
雷管
段别
炮孔
名称
孔深
(m)
炮眼数
(个)
每孔装药量
(Kg)
合计
上
台
阶
1
掏槽眼
1.5
6
0.98
5.88
3
掏槽眼
3.0
8
0.98
7.86
5
辅助眼
2.7
12
0.83
9.92
7
辅助眼
2.7
15
0.83
12.40
9
辅助眼
2.7
21
0.83
17.36
11
周边眼
2.7
29
0.64
18.55
13
底板眼
2.7
21
0.98
20.64
下
台
阶
1
掘进眼
3.2
17
0.98
16.71
3
掘进眼
3.2
17
0.98
16.71
5
掘进眼
3.2
14
0.98
13.76
7
掘进眼
3.2
13
0.98
12.78
9
掘进眼
3.2
12
0.98
11.79
11
掘进眼
3.2
4
0.98
3.93
13
周边眼
3.2
10
0.75
7.49
15
底板眼
3.4
21
1.10
23.10
合计
220
199
说明:
上台阶开挖面积为39.28平方米,底部距拱顶的高度为4.5米。
爆破每立方米所消耗二号岩石铵梯炸药量为1.1Kg/m3,下台阶爆破每立方米岩石所消耗二号岩石铵梯炸药量为0.65Kg/m3,如用其它炸药,可以进行换算。
(2)、斜井洞内Ⅱ、Ⅲ级围岩段的爆破设计
爆破器材选型和非电微差起爆网络设计同1
A、掏槽形式设计
斜井Ⅴ级采用四方形4中孔眼直眼掏槽。
如图7:
B、爆破参数及炮眼布置:
开挖爆破参数见表4,开挖爆破图见图8。
开挖爆破参数表表4
序号
炮眼
分类
炮眼个数
起爆顺序
炮眼
深度
炮眼装药量
每孔
药卷数
每孔
装药量
合计
药量
个
m
卷/孔
Kg/孔
Kg
1
掏槽眼
4
3.5
2
9
1、3、5、6
3.5
14
2.619
23.57
3
掘进眼
126
7、8、9、
10、11
3.2
10
2.08
262.08
4
周边眼
40
12
3.2
12
1.12
44.8
5
底板眼
20
12
3.2
12
2.08
41.6
7
合计
199
372.05
图8爆破设计图
3、隧道监控量测
(1)监控量测的目的
采用新奥法设计与施工的隧道,从始至终进行监控量测工作,监控量测是施工过程中必不可少的施工程序。
监控量测的目的为:
A、保施工结构安全及结构的长期稳定性。
B、验证支护机构的效果,确认或调整支护参数和施工方法。
C、确定二次衬砌施作时间。
D、监控工程对周围环境的影响。
E、积累量测数据,为信息化设计与施工提供依据。
(2)监控量测的计划
监控量测计划根据隧道的规模、地形地质条件、支护类型和参数、开挖方式等制定。
根据隧道所处的地形地质情况确定监控量测的内容,并根据实测资料对有关标准进行修正。
监控量测作业流程见图9。
图9监控量测作业工艺流程图
监控量测计划的内容包括:
监控量测项目及方法、量测仪器的选择、测点布置、量测频率、数据处理及量测作业人员的组织等。
(3)监控项目及量测点的布置
监控量测可分为必测项目和选测项目,必测项目在采用新奥法隧道施工中必须进行,选测项目根据围岩性质、隧道埋深、开挖方式等条件确定。
见表5。
监测项目及仪器表表5
项目名称
量测内容
常用测量仪器
必测项目
1
洞内外观察
现场观察、数码相机、罗盘仪
2
拱顶下沉
水准仪、挂尺或全站仪各种类型收敛计
3
水平净空收敛
收敛仪、全站仪
4
浅埋段的地表下沉
水准仪、铟钢尺或全站仪
选测项目
1
围岩压力
各种类型压力盒
2
钢架内力
应力计、钢筋计
3
喷射混凝土内力
混凝土应变计
4
锚杆轴力
钢筋计
5
二次衬砌内力
混凝土应变计、钢筋计
6
初期支护与二次衬砌间接触压力
压力盒
7
围岩内部位移
多点位移计
8
隧底隆起
水准仪、铟钢尺或全站仪
9
爆破震动。
震动传感器、记录仪
10
孔隙水压力
水压计
11
水量
三角堰、流量计
12
纵向位移
多点位移计、全站仪
A、洞内外观察
洞内外观察分开挖工作面观察、已施工区段观察以及地表观察,开挖工作面观察在开挖后进行一次,内容包括节理裂隙发育情况、工作面稳定状态、围岩变形等,当地质情况基本无变化始,每天进行一次,观察后灰质开挖工作面略图并做好地质素描,数码成像,填写工作面状态记录表及围岩级别判定卡。
对已经施工区段观察每天至少一次,观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架、二次衬砌的状况,以及施工质量是否符合规定要求。
洞外观察重点在洞口段和洞身浅埋段,包括洞口地表情况、地表沉陷、边仰坡的稳定、地表水渗透的观察。
在观察过程中如发现地质条件恶化,初期支护发生异常现象,立即通知施工负责人采取应急措施,并派专人进行不间断的观察。
B、围岩及支护状态观察
开挖面地质描述,包括围岩岩性、岩质、断层破碎带、节理裂隙发育程度和方向、有无松散坍塌、剥落掉块现象、有无渗漏水等;初期支护状态包括喷层是否产生裂隙、剥离和剪切破坏、格栅支撑是否压屈进行观察分析。
以上情况详细描述、记录,并予以评估,可为支护参数选择的参考及量测等级选择的依据。
C、拱顶下沉及水平相对净空变化量测
①拱顶下沉及水平相对净空变化量测在同一断面进行,并采用相同的频率。
如位移出现异常情况,加大量测频率。
②测点布置根据单双线布置有所不同,详见图10所示。
③净空量测断面的间距根据围岩类别、断面尺寸、埋深及工程重要性等确定。
宜为10~50m,在Ⅱ级的隧道中可适当加大测点间距。
④净空变形量测在每次开挖后尽早进行,初读数在开挖后12h内读取,最迟不得大于24h,且在下一循环开挖前,必须完成初读数。
⑤测点牢固可靠,易于识别并妥为保护。
拱顶量测后视测点必须埋设在稳定岩面上,并和洞内水准点建立联系。
⑥量测应选择精度适当、性能可靠、使用及携带方便的仪器。
变形量测可选用电阻式或电感式仪器,仪器使用前必须经过严格标定。
⑦水平相对净空变化量测线的布置应根据施工方法、地质条件、量测断面所在位置、隧道埋置深度等条件确定。
在地质条件良好、采用全断面开挖方式时,可设一条水平测线。
当采用台阶开挖方式是,可在拱腰和边墙部位各设一条水平测线。
⑧拱顶下沉量测应与水平相对净空量测在同一量测断面内进行,可采用水准仪等测量下沉量。
⑨当地质条件复杂,下沉量大或偏压明显时,除量测拱顶下沉外,尚应量测拱腰下沉及基底隆起量。
4、洞内风、水、电及通讯施工辅助措施
洞内布置管线主要有:
动力线、照明线、高压水管、通风管、高压风管。
洞内风、水、电管线布置在掘进方向的右侧墙壁,施工排水管路考虑施工方便布置在掘进方向的内侧墙壁,施工通风管路悬吊于拱顶。
洞内管线布置详见图3.28。
洞内管线布置示意图
(1)高压供水
施工用水采用高位水池供水结合普通泵增压的方式。
隧道出口设100m3高位水池,水池满足洞内最大标高部位施工水压要求。
洞内供水主管路用φ100mm钢管引至开挖面,并与开挖面距离保持在30m左右,再用变接头连接φ50mm高压软管接分水器,供开挖工作面用水,到工作面的水压不低于4kg/cm2。
洞口设总水阀,每隔150m设开关阀,便于分段维修水管。
根据施工需要供水主管每隔50~100m并预留三通阀,供后续工作面接管用水。
(2)施工用电
工地用电设有值班室、配电房、变压器房。
其结构采用砖墙石棉瓦屋顶。
在隧道洞口配置一台630KVA变压器。
供洞口生洞内施工、洞口生产、生活设施及前期洞内动力照明用电。
为了保证不间断供电,在各洞口配备一台350KV柴油发电机组,当主供线路停电时自备发电机自动投入供洞内外全部施工生活用电。
洞内照明:
洞内照明供电均采用三相五线制,以各段变电站为中心向两端布置,最远端距离800m,负荷均布。
用BLV-25mm2绝缘电线沿右侧边墙蝶式瓷瓶明配,间距15m,下侧距轨面4m。
照明光源采用高效节能高压钠灯,每延长米按10瓦计,每隔15m一盏,安装在横担上沿。
距掌子面100m范围内,考虑作业人员集中,采用24伏安全电压供电。
(3)高压供风
高压供风采用电动空压机组成压风站集中供风,三条隧道共配置一压风站,空压站配备4台电动空压机组,为洞身施工供高压风。
隧道施工供风设备采用VHL-20/8电动空压机。
高压风管直径采用φ150mm无缝钢管,进洞后采用托架法安装在边墙上,沿全隧道通长布置,高度以不影响仰拱及铺底施工为宜。
管道前段距开挖面30m距离主风管头接分风器,用高压软管接至各风动工具。
(4)施工通讯
为保证通讯畅通,项目经理部和施工队均安装程控电话。
施工队调度、安全防护员、全部配对讲机。
经现场调查,本隧道所在地区有线、无线电话均可使用,可直接用于通信联络。
项目部领导、各部门负责人、施工队领导均配置手机,以保证对内对外的通讯联络。
隧道内通讯采用交换机自组内部通讯网和无线通讯系统。
无线通讯系统采用“矿用本质安全漏泄通讯系统”。
5、爆破安全评估
除城峰隧道出口和风际斜井在200~300米范围内有散户居民外,其余各洞口附近均无居民。
(1)、个别飞散物对人员的安全允许距离
进洞口爆破属露天岩土抛掷爆破,由于钻孔爆破属浅眼爆破,个别飞散物对人员的安全允许距离不小于200米。
因此在爆破时需要严格按照爆破程序。
(2)爆破振动安全允许距离
一般砖房安全允许振速取2.5cm/s,隧道内安全允许振速取15cm/s,由
(式中:
——爆破振动安全允许距离,单位为米(m);
Q——炸药量,齐发爆破为总药量,延时爆破为最大一段药量,单位为千克(kg);
V——保护对象所在地质点振动安全允许速度,单位为厘米每秒(cm/s);
、a——与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数。
)
可知
A、在隧道
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