隧道光面爆破设计方案.docx
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隧道光面爆破设计方案
隧道光面爆破设计
1、质量标准
开挖掘进是隧道施工的最重要工序之一。
爆破质量直接影响隧道施工的安全、掘进速度以及经济效益,爆破效果不好。
对围岩的破坏范围过大,将会造成坍方影响施工安全;石碴块度过大,将会影项装运速度;超挖过大,增加回填量直接影响经济改益;欠挖补炮,增加工序直接影响掘进速度;眼底不平(不在同一平面内),影响下一进尺的开挖:
炮眼利用率不高,增加钻眼的时间和工费。
因此,为了避免盲目施工并获得良好的爆破效果,根据设计文件和图纸,《铁路隧道施工规范》(TB10204-2002)及《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》(TB10108-2002)的有关规定,编制适用官岭尾隧道Ⅳ级围岩台阶法开挖及Ⅱ、Ⅲ级围岩全断面开挖施工的光面爆破设计,其质量标准如下:
1.1眼痕率不小于80%;
1.2岩面不应有明显的爆震裂缝,爆破后围岩的拢动深度小
于0.8m;
1.3隧道周边不应欠挖;
1.4平均线性超挖值小于15cm;
1.5爆破后围岩稳定,基本无剥落现象;
1.6最大线性超挖量小于25cm;
1.7两炮衔接台阶的最大尺寸小于l5cm;
1.8炮眼利用率达到90%以上,即每次循环进尺要达到2.0m以上。
2、设计原则
2.1确保人员及构筑物的安全;
2.2符合爆破质量标准;
2.3爆破后的岩面光滑平整,肉眼几乎看不到爆破裂隙,原有构造裂隙也不困爆破影响而有明显扩展,可保持围岩的整体性和稳定性,有利于施工的安全;
2.4一次成型:
周边轮廓精确地符合设计要求,节省因超挖、欠挖而增加的工程量和费用,提高掘进速度和质量;
2.5与喷射混凝土和锚杆支护相配合,形成一套多快好省的隧道工程施工新工艺。
2.6可行性原则:
爆破设计必须符合施工条件,切实可行,达到安全上可靠,技术上可行,效益上可观。
3、爆破总体方案
根据设计和施工组织要求,其中Ⅳ级围岩的开挖施工采用台阶法光面爆破施工,Ⅱ级、Ⅲ级围岩采用全断面光面爆破施工。
开挖掘有进、出口两个工作面同时进行,打眼深度为2.2~3.2m,进循环进尺为2.0~3.0m;使用普通气腿式风动凿岩机钻眼,炮
眼孔径为42mm;爆破材料有,周边眼、有水地段及底版眼采用乳化炸药,其他采用2号岩石硝铵炸药;起爆炸药的雷管采用非电毫秒延期雷管(导爆管长分别为5m、7m)和8号纸雷管;为了周边眼间隔装药的需要,采用导爆索联接;整个爆破网络使用导火线引燃8号纸雷管,再由纸雷管引爆导爆管来实现。
4、爆破参数选择
4.1对于Ⅲ级围岩
光面爆破的计算,有很多种方法,现采用岩石爆炸力学计算方法的有关公式,对各参数进行计算,该方法的基本思想是:
炸药在眼中爆炸时,使作用在眼壁的压力小于其岩石的抗压强度。
4.1.1光面爆破不偶合系数、装药直径
1/r
Ddk/di(1a)p/ca
式中D一不偶合系数;dk—炮眼直径,mm;di—炸药直径,mm;a—爆生气体分子余容系数,a=0.395;P—爆生气体初始压力,对于二号岩石硝铵炸药
P=6997Pa;
—岩石的三轴抗压强度,对于Ⅱ类围岩,取
c=900kg/cm3;
r—绝热指数,1/r=0.8299;
所以,对于周边眼:
D
0.8299
0.6056997/9000.395=1.93
则:
d炸药=d炮眼/D=42/1.93=22
式中:
d炸药—炸药直径;d炮眼—炮眼直径。
在实际率作过程中,对周边眼的药卷,我们采取自制加工或直接采用直径为25mm的乳化炸药。
这个数值与理论计算值相近,则实际周边眼不偶合系数D=42/25=1.68,符合规范D=1.5-2.0的要求。
4.1.2确定周边眼间距(E)和最小抵抗线(W)
E=54.2976kp×di
式中E—周边眼间距;
kP—岩石抗破坏屈服系数,见下表;
di一药卷直径。
表一岩石抗破坏屈服系数KP
F值
4-6
8
10
12
KP
0.56
0.53
0.51
0.48
计算E=54.2976×KP×di
=54.2976×0.56×25
=76cm
考虑到权爆区岩石节理十分发育,并参照规范周边眼间距取值范围35cm-50cm,对周边眼间距取45Cm,最小抵抗线W=E/0.56=60.5cm,取61cm。
4.1.3炮眼装药系数
周边眼的装药集中度采用规范取值范围0.07~0.12kg.m-1,
取0.10kg/m,其它炮眼的填充系数选用见下表:
表二
炮眼名称
掏槽眼
扩槽眼
掘进眼
内圈眼
二台眼
底板眼
备注
全断面装药系数
(参考值)
95%
88%
80%
70%
80%
84%
底角眼取84%
确定值
96%
90%
80%
68%
80%
83%
4.1.4循环进尺
综合考虑各项因素,取L=3.0m。
4.1.5孔径及孔深
凿岩采用一字纤头,直径为Φ=40mm,则炮眼孔径为Φ=42mm。
孔深除掏槽、底角眼为3.2m外,其它采用3.0m。
孔深:
为克服岩石的夹制作用,对掏槽眼和底角眼取20cm
的超深(即3.20m),其余各眼孔深取3.00m。
4.1.6炮眼数量
N眼=0.0012qS/ad2
式中N—炮眼数目(个);q—单位炸药消耗量,取1.5kg.m-3;S—开挖断面面积(m2),S=119.89m;A—炮眼装填系数一般为0.65~0.75,取0.70;d一药卷直径,硝铵炸药(除周边眼外)为32mm;
N=0.0012×1.5×119.89/(0.70×0.032×0.032)=301(个)以此理论计算值作为参考,并结合类似的工程经验,进行炮眼布置,在本次炮眼布置中取252,其中空眼6个,具体布置情况有待在施工过程中对待具体岩性及结构更改。
4.1.7装药结构
装药结构周边眼采用间隔装药并使用导爆索作为传爆线,直径为25mm乳化炸药(防水)加竹片绑扎的串状装药结构。
其它炮眼采用连续装药,药卷为32mm,全部采用反向起爆装药结构。
4.1.8堵塞长度
在一般情况下,周边眼的堵塞长度不少于20cm,其它炮眼堵塞长度不少于30cm,堵塞材料可选用黄泥。
4.1.9各孔装药量及总装药量
总装药量Q,及各孔装药量,详见下表
项目
名称
炮眼
毫秒雷管
装药
总计
编号
个数
深度
段数
个数
Φ25药卷
Φ32药卷
填充系数
个
m
段
个
节-长度-重量
节-长度-重量
空眼
6
3.2
掏槽眼
1
9
3.2
1
18
17-3.06-2.55
96%
20.25
扩槽眼
3
4
3.0
3
4
15-2.7-2.25
90%
9
掘进眼
5
8
3.0
5
8
13-2.4-1.95
80%
15.6
掘进眼
6
10
3.0
6
10
13-2.4-1.95
80%
19.5
掘进眼
7
13
3.0
7
13
13-2.4-1.95
80%
25.35
掘进眼
8
5
3.0
8
5
13-2.4-1.95
80%
9.75
掘进眼
9
34
3.0
9
34
13-2.4-1.95
80%
66.3
掘进眼
11
43
3.0
11
43
13-2.4-1.95
80%
83.85
内圈眼
13
36
3.0
13
36
13-2.4-1.95
80%
70.2
周边眼
15
57
3.0
15
57
7-1.75-0.875
1-20-0.150.34kg/m
58.45
底板眼
15
25
3.0
15
25
15-2.7-2.25
90%
56.25
底角眼
15
2
3.2
15
4
15-2.7-2.25
90%
4.5
合计
252
439
注:
1、炮眼布置图比例为1:
100
2、炮眼布置尺寸以cm计
3、掏槽正中心位置距底板415cm
4.2对于Ⅳ级围岩
4.2.1光面爆破不偶合系数、装药直径
公式:
Ddk/di
式中D一不偶合系数;dk—炮眼直径,mm;di—炸药直径,mm;
a—爆生气体分子余容系数,a=0.395;
P—爆生气体初始压力,对于二号岩石硝铵炸药
P=6997Pa;
—岩石的三轴抗压强度,对于Ⅳ类围岩,
c=650kg/cm3;
r—绝热指数,1/r=0.8299;
所以,对于周边眼:
0.605
6997/
0.8299
0.395=2.18
式中:
d炸药—炸药直径;d炮眼—炮眼直径。
则:
d炸药=d炮眼/D=42/2.18=19
在实际率作过程中,对周边眼的药卷,我们采取自制加工或直接采用直径为25mm的乳化炸药。
这个数值与理论计算值相近,则实际周边眼不偶合系数
D=42/25=1.68,符合规范D=1.5-2.0的要求。
4.2.2确定周边眼间距(E)和最小抵抗线(W)
E=54.2976kp×di
式中E—周边眼间距;
kP—岩石抗破坏屈服系数,见下表;di一药卷直径。
表一岩石抗破坏屈服系数KP
F值
4-6
8
10
12
KP
0.56
0.53
0.51
0.48
计算E=54.2976×KP×di
=54.2976×0.56×25
=76cm
考虑到权爆区岩石节理十分发育,并参照规范周边眼间距取
值范围35cm-50cm,对周边眼间距取35cm,最小抵抗线
W=E/0.56=62.5cm,取63cm。
4.2.3炮眼装药系数
周边眼的装药集中度采用规范取值范围0.07~0.12kg.m-1,
取0.10kg/m,其它炮眼的填充系数选用见下表:
表二
炮眼
名称
掏槽眼
扩槽眼
掘进眼
内圈眼
二台眼
底板眼
底角眼
装药
系数
75%
64%
64%
55%
64%
61%
75%
4.2.4循环进尺
综合考虑各项因素,取L=2m
4.2.5孔径及孔深
凿岩采用一字纤头,直径为Φ=40mm,则炮眼孔径为
Φ=42mm。
孔深除掏槽、底角眼为2.4m外,其它采用2.0m。
孔深:
为克服岩石的夹制作用,对掏槽眼和底角眼取20cm的超深(即2.40m),其余各眼孔深取2.00m。
4.2.6炮眼数量
N眼=0.0012qS/ad
式中N—炮眼数目(个);
q—单位炸药消耗量,
S—开挖断面面积(m2)
a—炮眼装填系数一般为0.65~0.75,
d一药卷直径,
4.2.7装药结构
装药结构周边眼采用间隔装药并使用导爆索作为传爆线,直径为25mm乳化炸药(防水)加竹片绑扎的串状装药结构。
其它炮眼采用连续装药,药卷为32mm,全部采用反向起爆装药结构。
4.2.8堵塞长度
在一般情况下,周边眼的堵塞长度不少于20cm,其它炮眼堵塞长度不少于30cm,堵塞材料可选用黄泥。
4.2.9各孔装药量及总装药量
总装药量Q,及各孔装药量,详见下表
名称
个
数
深
度
段
数
个
数
Φ25药卷
Φ32药卷
填充
系数
个
m
段
个
节-长度-重量
节-长度-重量
掏槽眼
8
2.4
1
8
9-1.8-1.35
75
8.4
扩槽眼
10
2.2
3
10
7-1.4-1.05
64
10.5
掘进眼
15
2.2
5
15
7-1.4-1.05
64
15.75
掘进眼
17
2.2
7
17
7-1.4-1.05
64
17.58
掘进眼
8
2.2
9
8
7-1.4-1.05
64
8.4
内圈眼
17
2.2
11
17
6-1.2-0.9
55
15.3
底板眼
13
2.2
13
13
7-1.4-1.05
64
13.65
周边眼
57
2.2
15
57
3-0.3-0.23
0.10kg.m-3
13.11
小计
145
145
102.96
表四台阶法施工开挖下部爆破参数
目
项名称
炮眼
毫秒雷
管
装药
总计
个
数
深
度
段
数
个
数
Φ25药卷
Φ32药卷
填充
系数
个
m
段
个
节-长度-重量
节-长度-重量
扩槽眼
8
2.2
1
8
7-1.4-1.05
64%
8.4
掘进眼
9
2.2
3
9
7-1.4-1.05
64%
9.45
掘进眼
8
2.2
5
8
7-1.4-1.05
64%
8.4
掘进眼
13
2.2
7
13
7-1.4-1.05
64%
13.65
掘进眼
17
2.2
9
17
7-1.4-1.05
64%
17.85
掘进眼
10
2.2
11
10
7-1.4-1.05
64%
10.5
内圈眼
10
2.2
13
10
6-1.2-0.9
55%
9.0
底板眼
13
2.2
15
13
7-1.4-1.05
64%
13.65
周边眼
21
2.2
17
21
3-0.3-0.23
0.10kg/m
5.06
底角眼
2
2.4
17
22
9-1.8-1.35
75%
2.7
小计
112
112
98.66
5、隧道爆破施工工艺
5.1工艺流程框图
5.2起爆顺序
爆破顺序按掏槽眼扩槽眼掘进眼内圈眼底板眼周边眼进行。
掏槽方式采用直眼掏槽,周边眼采用小药卷低爆速炸药。
5.3施工顺序
5.3.1放样布眼
用红铅油准确绘出开挖面的中心线和轮廓线,标出炮眼位置,其误差不得超过5cm。
5.3.2定位钻孔
必须按设计炮眼正确钻孔,对周边眼和掏槽眼精度要求比其他眼要高,开眼误差控制在3~5cm以内。
周边眼开钻时,钻杆保持水平,并平行于隧道轴线,外插30角,开眼定位在轮廓线
上,偏差不大于5cm,开挖台阶按《规范》规定控制。
掏槽眼钻孔精度要求高,误差在3cm之内,控制炮眼间距深度和角度,严禁炮眼打穿、相交。
掘进眼要均匀分布,为便于排水,钻孔可稍微向上,但倾斜不大于10,孔间距保持相互平行,底板眼向下倾斜,但眼底不得超过轮廓线10cm。
钻孔前应将工作面上的残留炸药清理干净,严禁钻残眼。
5.3.3装药
装药前,炮孔必须用高压风吹净,底眼用炮泥封孔堵塞,药串和起爆药卷按要求加工好,盘好脚线,分段号存放在箱内,确保装药作业有序地进行;装药作业应分片、分组进行,并按规定捣实,堵塞炮泥,堵塞长度不小于20cm。
53.4爆破
起爆网络为复式网络,以保证起爆的可靠性和准确性,连接时要注意,导爆管不能打结和拉细,各炮眼雷管连接次数应相同,引爆雷管应用黑胶布包扎在一簇导爆管自由端10cm以上处,网络连接好后,要有专人负责检查。
三、爆破安全技术
1、个别飞石与有害气体
全断面开挖时,只要岩性均一,最小抵抗线控制准确,单耗选择合适,保证充填长度与充填的质量,一般不会产生飞石。
但地质构造软薄弱的地方,有可能产生个别飞石。
但在地下隧道爆破飞石对地面不会造成影响,且属于浅孔爆破,产生的有害气体量不大,加强通风并在爆破后间隔一段时间(约1小时)再作业,则不会产生危害。
进行爆破时,所有人员撤至不受有害气体、震动及飞石伤害的地点,其安全距离为:
双线上断面开挖不小于400m,双线全
断面开挖不小于500m
2、空气冲击波安全距离
式中:
R=KQ1/3
R—空气冲击波的最小安全距离(m);
K—系数,对于人员为25-60,取中数为43;
Q—最大单响药量,取17.85kg;
R=43×17.851/3
=112.4m
3、允许最大单响药量
3.1按勘测设计文件计算的允许最大单响药量:
式中:
Q1=R3(V/K)3/a
Q1—允许最大单响药量;
R—爆源中心到振速控制点的距离,隧道施工要
控制模筑硅到爆源中心距离,R≥40m;
V一振速安全控制标准(距掌子面5m处振速一般控制在5cm/s)。
隧道V=l0cm/s;
K—与爆破技术、地震波传播途径介质的性质有关的系效,取K=120;
a一衰减系数,a=1.6~1.8,取a=1.65;
Q1=40×(10/120)3/1.65=698kg
3.2按可能出现的地质变化计算的允许最大单响药量:
Q2=R3(V/K)3/a
式中:
Q2一允许最大单响药量;
R一爆源中心到振速控制点的距离,隧道施工主要控制建筑物到爆源中心距离,R},:
>26rn;
V一振速安全控制标准,建筑物为框架结构,取
V=5cm/s。
K—与爆破技术、地震波传播途径介质的性质有关的系数,取K=120;
a—衰减系数,a=1.5~1.8,取a=1.65;
Q2=253×(5/120)3/1.65=48.34kg
本次爆破设计中,实际的最大单响药量小于允许的最大单响药量,因此本设计是合理的。
四、安全保证措施
为了保证本工程的安全生产,特从以下几个方面制定如下安
全措施
1、安全管理机构
工程总负责人:
徐建平(项目部经理)
施工负责人:
尹浪(常务副经理)
技术负责人:
王翔(总工程师)
安全负责人:
谢俊(工程师)
2、安全管理制度
2.1坚持“安全第一,预防为主”的原则,建立安全组织机构按《国家爆破安全规程》、《民爆条例》、《铁路隧道施工规范》(TB10204-2002)及《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》(TB10108-2002)有关规定,健全各项规章制度、制定安全措施,确保安全。
在安全上单位领导负全责,其他相关人员分工负责。
2.2坚持安全大检查制度,即坚持周、旬、月定期安全检查,并适时抽查,发现不安全因素和隐患,立即责令整改,及时处理。
坚持安全事故分析防范的各种制度,把事故消灭在萌芽状态。
2.3由该工程驻地公安人员负责购买、运输、储存、使用全过程的管理实施严格监督、检查。
2.4爆破“四员“选用政治可靠、责任心强、熟悉瀑炸物品性能和操作规程、经培训,年审考核合格后持有效证件、有实践经验的人员上岗。
2.5爆破作业过程中,设专人指挥,设置警戒岗哨和标志,施爆前发信号,待危险区人员撤离到安全地点后才准许爆破,爆破后必须专人对现场进行检查,确认安全后才能解除警戒信号。
3爆破器材管理
3.1购买
根据施工需求计划,由驻地公女人员负责申肩,经市公安局审批后,委托摄山民爆服务站到为南京市化轻公司负责购买。
购买时,运输由南京市化轻公司负责送货到存储地点。
入库搬运委托民爆服务站专职工人负责。
工程结束,剩余爆破器材退回市市化轻公司
3.2储存
为了减少安全隐患,保证安全。
我们申请建了临时炸药仓库,并由专人负责管理、看守。
为了方便使用和保证安全,我们按福安公安分局指定地点和要求,在该隧道进、出口现场分别选点建立爆破器材作业加工房。
房内购置大铁柜用于暂存当日、当班炸药,购置保险柜用于暂存当日、当班雷管。
并指定持证“四员”专人临时保管。
严禁无关人员进入该场所内。
使用、实施爆破作业前,经现场施工负责人、爆破安全员查核确定当日、当班实际用量,现场加工房加工。
爆破作业结束后,若有剩余施工作业队派专人、专车清退入库保管。
建立出入库登记记录,健全领用,签认台帐。
做到帐物相符,日清月结,并于每月25日将使用情况上报福安公安分局治安大队。
按“火工品领用卡“规定,严格办理当天、当班领取、清退登记手续。
一旦发生火工品丢失、被盗、被抢、爆破等事故、案件;迅速采取措施防止事态扩大,做好现场保护,立即报告有关部门及领导。
对违反运输、储存、使月规定,违章作业,以至发生事放、案件的,按有关规定平肃查处。
五、施工设备(附表)
序
号
名称
规格
型号
产地
现状
数量
(台)
1
挖掘机
PC200-6
日本
良好
1
2003.9
2
装载机
ZL50C-Ⅱ
厦门
良好
2
2003.9
3
自卸汽车
45DF-2
广西
良好
2
2003.9
4
柴油发电机组
STC-15
福建
良好
1
2003.9
5
混凝土搅拌机
JS500
扬州
良好
2
2003.9
6
混凝土输送泵
HBT60
湖南
良好
1
2003.9
7
交流电焊机
BX3-300
上海
良好
2
2003.10
8
对焊机
UN100
上海
良好
1
2003.10
9
钢筋弯曲机
GW-40
长沙
良好
1
2003.10
10
钢筋切断机
GQ-40
长沙
良好
1
2003.10
11
钢筋调直机
GJTΦ4-14
杭州
良好
1
2003.10
12
凿岩机
YQ18
浙江
良好
10
2003.10
13
浅孔泵
TMY4
湖北
良好
1
2003.10
14
柴油空压机
W-2.8/5
浙江
良好
2
2003.10
15
钻孔台车
4m
自制
良好
1
2003.10
16
抽流式通风机
DK型75KW
南昌
良好
1
2003.10
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