隧道各级围岩钻爆施工光面爆破设计.docx
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隧道各级围岩钻爆施工光面爆破设计
米花岭隧道各级围岩钻爆施工光面爆破设计
1、概况
隆百高速公路位于广西西部山区,已接近高原的边缘,属于亚热带气候,年平均气温200C,年平均降雨量1000~1200mm,降雨量在空间上分布很不均匀,每年5~9月多为雨季,雨季雨量约为全年雨量的70~80%,多年雨水蒸发量为1200~1700mm。
隆百高速公路米花岭隧道全长超过2Km,是控制工期的重点工程之一。
米花岭隧道为山岭隧道,隧道进口位于田林县旧州镇安牙牧场,出口位于田林县板桃二组,设计速度80Km/h,为双向四车道,小净距+分离式隧道,单洞设计为10.25×5m,隧道左线起止里程ZK55+431.7~ZK57+502长2070.3m,起止高程分别为740.029及730.027,右线起止里程YK55+430~YK57+483,长2053m,起止高程分别为739.873及730.023隧道进出口均在曲线上,左线隆林端位于760m的曲线上,百色端位于540m的曲线上,右线隆林端位于1100m的曲线上,百色端位于500m的曲线上,进出口均设置了超高,左线进口纵坡3%长148.3m,出口段纵坡-0.75%,坡长1992m,变坡点为ZK55+580,右线进口纵坡3%长150m,出口段纵坡-0.75%,坡长1903m,变坡点为ZK55+580,隧道最大埋深为190m,隧道左右线长度均大于1000m,为长隧道,隧道进口段30m为小净距隧道(设计线距离16.11~19.84m为小间距,按V级围岩),其余均按分离式隧道设计。
进口端暗洞洞口立面ZK55+488.153、YK55+485线间距为25.66m,均大于25m。
分离式隧道区域内冲沟发育,其中三条冲沟常年性流水,其余均为季节性宽浅河沟,仅在雨季时有暂时流水。
地下水类可分第四系松散岩类空隙潜水和基岩网状裂隙水,岩性为三迭系中板纳组,以砂岩、粉质砂岩为主,局部类粉砂泥岩、页岩。
2、设计依据
2.1《重庆交通科研设计院两阶段施工图设计》(2007年12月)
2.2《公路隧道施工技术规范》(JTJ042-94)
2.3《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2001)
2.4《国家爆破安全规程》(GB6722-2003)
3、设计原则
3.1隧道爆破必须严格遵守《国家爆破安全规程》所规定的安全条款,把爆破所产生的有害气体降低到最低限度。
3.2爆破效果好,块度均匀,有利于装运,大块率控制3%以内。
3.3实施光面爆破限制最大段装药量,减少振动,确保岩体稳定,爆破轮廓线圆顺平滑,I-II级围岩炮孔保存在90%,Ⅲ-Ⅳ级保存80%,Ⅴ级保存60%。
4、爆破设计
4.1各级围岩最大段装药量的设计
4.1.1依据国家爆破安全规程(GB6722-2003)爆破安全距离公式
R=
…………
(1)
式中R—爆破中心距被保护物安全距离,单位按米计;
Q—微差爆破最大段装药量,单位按公斤计;
V—爆破质点振动速度,单位按cm/s;
K—与地质、地形有关系数;
α—爆破衰减系数;
则:
R=
此公式导出V=
………
(2)验算质点允许振动速度cm/s
Q=
…………(3)求最大段装药量(Kg)
4.1.2按照硬岩和软岩对振动速度的限制利用公式
(2)和(3)就可以估算出各类围岩的最大段装药量。
(1)Ⅴ级围岩最大段装药量设计并考虑小净距的影响
设R=20m允许振动速度为2cm/sK=220α=1.8
则Qmax=
=
=3.2Kg
(2)Ⅳ级围岩最大装药量设计
设R=20m允许振动速度为4cm/sK=200α=1.7
则Qmax=
=
=8Kg
(3)Ⅲ级围岩最大段装药量设计考虑最大线间距影响
设R=24m允许振动速度为6cm/sK=180α=1.6
则Qmax=
Kg
(4)Ⅱ级围岩最大段装药量
设R=24m允许振动速度为8cm/sK=180α=1.6
则Qmax=
Kg
(附注:
洞口附近建筑的保护按爆破安全规程GB6722-2003计算。
)
4.1.3.Ⅴ级围岩台阶开挖留核心土,开挖软弱围岩尽量采用人工开挖或小型机械开挖(如风镐等),在掌子面相对稳定的情况下严格执行“短进尺、弱爆破、快封闭、强支护、勤量测”的方针进行施工。
确保施工安全。
A、Ⅴ级围岩环形开挖及施工工序确认,开挖工序示意图1如下:
(一)Ⅴ级围岩环形开挖及开挖顺序的确认
①在大管棚或其它支护掩护下进行环形开挖,必要时喷砼封闭掌子面。
(Ⅱ)施作上部初期支护(喷C20砼、挂网、架立钢拱、纵向连接打锚杆包括锁脚锚杆),喷到设计厚度。
③开挖核心土,前留0.5~1.0m平台(起支撑掌子面的作用),后部1:
0.5坡,随进度削去平台。
④拉槽,上方视下部岩质决定,必要时喷5cm砼保边坡。
⑤开挖马口,施作左右锚杆,立1~3榀边墙钢架,防止悬空不均匀下沉。
(Ⅵ)边墙初期支护(喷C20砼、挂网、接长边墙拱架、纵向连接钢筋)喷到设计厚度。
(Ⅶ)浇筑仰拱C25钢筋砼,为不影响出渣运输,倒边进行半边施工。
(Ⅷ)拱顶及边墙铺设防水板。
(Ⅸ)拱墙C25防水砼衬砌(加强段为钢筋砼)。
⑩量测布置。
(二)Ⅴ级围岩环形开挖爆破设计
(1)爆破器材的选择
炸药要求和岩石的声阻抗相匹配,即炸药的爆速乘以密度接近岩体的声阻抗乘以岩体的密度,从设计地质说明上查本隧道岩体最高级别为Ⅲ级,而且层理和解理较发育,无大比重的矿石,象花岗石及重铁矿石,要求炸药爆速大于3000m/s,密度必须按1.0g/cm3或大于1.0g/cm3。
2#岩石炸药爆速在3800~4200m/s(保存期内),比重0.95~1.0g/cm3。
乳化炸药爆速在4300~4600m/s,比重1.0~1.3,采购时一定看说明书,隧道爆破有水时使用乳化炸药,无水时使用2#岩石炸药。
雷管使用工业8#雷管,隧道爆破使用非电导爆管1~15段,脚线长3m,导爆索Φ6mm,爆速6600m/s,每米装药12克(光爆使用)。
(2)掏槽眼的布置,一般环形开挖,掏槽眼布置在拱脚偏核心土一方,两边对称布置,以减轻爆破震动对拱部的影响。
(3)周边眼光爆参数的设计,眼距:
E=40cm,抵抗线W=50cm,密集系数E/W=40/60=0.67(可)
(4)炮孔布置见图2
Ⅴ级围岩洞口加强段环形开挖图2
Ⅴ级围岩光面爆破装药参数表1(上半面开挖)
序号
炮眼名称
炮孔深(m)
炮孔个数(个)
雷管段号(N)
装药量(Kg)
药卷数量
单孔装药长度(cm)
单孔
段装药
φ32
φ35
1
掏槽眼(右)
1
1
1
0.48
0.48
3
60
2
掏槽眼(左)
1
1
2
0.48
0.48
3
60
3
掏槽眼(右)
0.8
3
3
0.32
0.96
6
40
4
掏槽眼(左)
0.8
3
4
0.32
0.96
6
40
5
扩槽眼(右)
0.8
3
5
0.32
0.96
6
40
6
扩槽眼(左)
0.8
3
6
0.32
0.96
6
40
7
三圈边眼(右)
0.8
5
7
0.24
1.2
7.5
20
8
三圈边眼(左)
0.8
5
8
0.24
1.2
7.5
20
9
核心顶眼(中)
0.8
4
9
0.08
0.32
2
10
10
三圈拱眼(中)
0.8
7
10
0.16
1.12
7
20
11
二圈眼(右)
0.8
13
11
0.16
2.06
13
20
12
三圈眼(左)
0.8
13
12
0.16
2.06
13
20
13
周边眼(右)
0.8
24
13
导爆索28.8m
14
周边眼(左)
0.8
25
14
导爆索30m
合计
110
3.28
12.80
80
(5)怎样计算药卷重。
特别现用防水乳化炸药,它在隧道爆破中立下了“汗马功劳”,它的特点与特性是:
防水、抗“管道效应”、抗压性好,用此炸药不偶合条件也宽,可作各种药卷。
现就各种药卷的计算举例,乳胶炸药的比重为1.0~1.1g/cm3。
φ22-小直径用于光面爆或弱爆破装药结构,它20cm长重多少呢?
解:
应1.1×1.1×3.14×100×1.05=399克,
也就是长100cm重399克,那么长20cm应该是
399÷5=80克,
所以φ22药卷长20cm重为80克;
同理计算φ32直径药卷长20cm重160克
φ35直径药卷长20cm重240克
(6)爆破面积的计算S=1/2×6.2×6.2×3.14-[1/2×(4+8)×4]
=60.35-24=36.35
爆破体积A=36.35×0.8=29.08m3(循环进一榀架间距0.8m)
单位耗药量:
12.8÷29.08=0.44Kg/m3
(7)周边眼装药结构与爆破网路如图3
由于浅眼每个炮眼都装一发雷管不经济,所以周边眼采用导爆索网路,中间为采用非电导爆管一把抓连接,利用雷管的段号时差进行分层起爆达到光面爆破的目的。
但导爆索裸露部分易产生较大响声,有条件尽量覆盖。
爆破网路示意图3(分四节起爆)
(8)注意事项
①装药时严格按图表装药,对号入座,雷管安排顺序原则是由内向外、由上至下、雷管段号逐步增大的原则,环形开挖,周边眼最后起爆。
②导爆索连接夹角小于900,越小越好,搭接长度大于10cm,用胶布捆好。
③导爆索起爆雷管底部聚能穴顺着导爆传爆方向,捆绑牢靠。
④内圈雷管导爆脚线不得接触导爆索,安全距离不小于10cm。
(9)安全经济评估
台阶分部环形开挖,是在前一环强支护下进行的,台阶即可稳定掌子面,又可作施工脚手架,又可作临时支撑,较中隔墙法经济。
特别需要爆破的围岩周边眼使用导爆索网路更经济。
缺点:
工序多、工作面多次扰动,使拱部不均匀下沉,施工面狭小,劳动强度大,工人技术条件要求高。
B、Ⅳ级围岩台阶开挖及施工工序确认
Ⅳ级围岩台阶开挖示意图4
(一)Ⅳ级围岩台阶开挖及施工工序确认
①在上道工序(喷锚、初期支护、清底)完成后,用全站仪或炮孔放样软件,按爆破设计图准确点绘出周边眼的炮孔位置,同时检查上一循环超欠挖情况,记录在案。
凿岩台就位钻眼装药放炮通风洒水找顶
(Ⅱ)利用碴堆快速进行喷拱部C20混凝土喷射,厚度为5~7㎝。
立即组织出碴。
完成后把台架推到工作面,打系统锚杆、挂钢筋网。
钢筋网最好做成长1.6m、宽0.9m的网片直接与锚杆尾部相连,网片搭接长度为一个网格。
喷射C20混凝土到设计厚度15㎝。
必须做到喷面平整、无棱角;不得有锚杆头、垫板露出,避免割破防水板。
喷面平整度控制在D/L=1/7,D为两凸面之间的深度,L为凸面之间的距离。
③下台阶开挖应根据现有设备而决定,可以上台开挖超一定距离(1~2)倍洞的跨度停下,返回开挖下台阶。
施作边墙,初期支护(Ⅳ);再施工灌筑仰拱混凝土,这样时间拉的长影响工期和仰拱质量。
建议在不影响前面上半段面开挖支护的情况下,进行大半边下台的开挖。
开挖后马上进行边墙初期支护。
因是喷锚初支不会掉拱,行车出碴运料走小半边;当施工一定长度时,行车改道为已开的大半边,开挖小半边。
(Ⅳ)左右边墙初期支护。
(Ⅴ)倒边施工C25混凝土仰拱;待初凝后就可以进行填充C15混凝土。
(Ⅵ)防水板施工:
使用无纺布300克/㎡,EVA防水板厚度1.2㎜。
(Ⅶ)二次衬砌C25模筑防水混凝土掺高效抗裂防水剂。
抗渗等级不低于S8。
(二)Ⅳ及均质Ⅴ级围岩台阶钻爆施工设计
(1)爆破器材的选择
炸药仍按上节标准使用,有水使用乳胶(也称乳化油)炸药,无水使用2#岩石炸药,只是药卷直径的不同,满足合理的不偶合要求。
掏槽眼与掘进眼的不偶合装药系数D/d=1.1~1.5或D-5㎜=d,D为钻孔直径,d为药卷直径,均以豪米计。
根据长期施工经验得出,雷管使用非电塑料导爆管,雷管脚线长5m,段号1~20段系列。
8号工业雷管,塑料导爆管的爆速为1950±50m/s最理想,当地如果购买不到,塑料导爆管的爆速最低为1600m/s,请检测。
火雷管为工业8#雷管的爆力,导火线(引线)燃速115~125秒/米。
导爆索φ6爆速为6600m/s,每米装药12克。
(2)掏槽眼的布置
隧道爆破的特点是只有一个自由面,掏槽就是在断面的适当位置布置较多的钻孔。
过量装药、合理时差、优先起爆。
在断面掏出一个深洞,为后续爆破开创第二自由面,提高爆破效果。
因此掏槽是否成功,将直接影响光爆效果。
根据设计图和装载运输要求,开挖断面确定为上半圆断面。
面层较宽阔,掏槽布置在中间,又具有底部不须光爆,适应斜眼掏槽特点。
具体布置图见图4,为提高爆破效果,炮眼比周边眼加深0.2m。
(3)周边眼光爆参数的设计
手持风钻钻孔φ38~42㎜,钻孔深为1.5~2.5m。
周边眼间距E=45㎝,抵抗W=65㎝,密集系数E/W=0.69(可以)
本次设计钻孔深为1.6m,爆孔利用率100%,
周边眼线性装药量:
q=0.20,1.6×0.2=0.32kq/m。
周边眼装药结构见图5,周边眼线性装药量由成缝实验进行调整。
周边眼装药结构图5
(4)爆孔布置示意图
Ⅳ级围岩上台开挖炮孔布置图6
(5)Ⅳ围岩光爆装药表
(6)钻孔
司钻工要熟悉炮孔布置图,按照测量技术人员的放线布孔,司钻工按图中各种钻孔的角度、深度钻孔,特别是周边眼之间要相互平行,开口误差不得大于5cm,炮孔底落在开挖轮廓线15cm以内,同时根据眼口位置及掌子面的凹凸程度调整炮眼深度(逐步),以保证炮眼底在同一个平面上,并严禁在残孔上钻孔。
如遇坍孔必须在坍孔5cm上下左右范围内重新钻孔,并将所有钻孔检查一遍,进行清孔确保装药顺利。
附注:
要重视钻孔资料的收集,如根据φ38~42㎜风钻的钻速可进行地质预报,钻头每分钟钻进20~25cm时为软岩,每分钟钻进10~20cm时为中硬岩,每分钟钻进10cm以下时为硬岩,当钻孔出现卡钻时就是遇到了破碎岩层;再如通过观察钻孔回水的颜色也可判断前方围岩的岩性,回水为黄色则为断层或构造层,回水为黑色则为辉绿岩脉,回水较清则表明岩体比较硬。
Ⅳ级围岩光面爆装药参数表2(上半断面)
序号
炮眼名称
炮孔角度(0)
炮眼深(m)
炮眼个数(个)
雷管段号(Ñ)
装药数量(kg)
药卷数量(卷)
单孔装药长(㎝)
备注
单孔
段装药
φ22
φ32
φ35
1
掏槽眼(右)
45
1.60
3
1
0.64
1.92
12
80
2
掏槽眼(左)
45
1.60
3
3
0.64
1.92
12
80
3
掏槽眼(右)
60
2.00
4
5
0.96
3.84
24
120
4
掏槽眼(左)
60
2.00
4
7
0.96
3.84
24
120
5
掏槽眼
85
1.70
6
9
0.80
4.80
30
100
6
辅助眼
90
1.60
5
10
0.80
4.00
25
100
7
下底板眼
90
1.60
7
11
0.80
5.60
35
100
8
四圈眼
90
1.60
14
12
0.72
10.08
63
90
9
三圈眼(右)
90
1.60
9
13
0.64
5.76
36
80
10
三圈眼(左)
90
1.60
10
14
0.64
6.40
40
80
11
内圈眼(右)
90
1.60
12
15
0.64
7.68
48
80
12
内圈眼(左)
90
1.60
12
16
0.64
7.68
48
80
13
周边眼(右)
91
1.60
21
17
0.32
6.72
42
160
现场实验调整
14
周边眼(左)
91
1.60
22
18
0.32
7.04
44
160
现场实验调整
合计
爆方量
92m3
132
77.28
483
单倍耗药量0.84kg
(7)爆破体积与单位耗药量
爆破面积S=1/2πR2=1/2×3.14×6.052=57.47㎡
爆破体积A=57.47×1.6=92m3
单位耗药量q=77.28÷92=0.84kg/m3
注:
上半圆半径R=6.05m,循环进尺1.6m
(8)装药与堵塞
首先检查钻眼是否按设计图要求钻眼,特别是掏槽眼的角度及深度、有无塌孔,检查完后按图对照装药表进行对号入座装药,一定注意雷管的段号不能错,其规律是由内向外,由上至下,雷管段号逐渐增大,如果装错就打乱起爆次序,导致光面爆破的失败。
装药过后,炮眼剩余部分应用炮泥全部堵塞,这样堵塞工作量太大,应在洞外把炮泥做成比炮眼稍小泥卷,炮泥用粘土:
细砂=2:
1及含水15~20%和成面团状,做成泥卷。
掏槽眼和掘进眼堵塞长度不应小于30cm,周边眼堵塞长度不小于20cm,有利于控制爆破噪声。
(9)爆破网路
利用非电管的固有延期,安排起爆次序,隧道爆破不得使用孔外延期,导爆管的延期可忽略不计,用同段雷管作连接雷管(传爆)进行簇连(工人叫一把抓),再把连接雷管脚线抓在一起,绑扎上起爆雷管就可以起爆。
(10)关于起爆及起爆方法
起爆方法很多,主要介绍常用火花起爆、电雷管起爆、击发电笔起爆。
a、火花起爆:
火雷管起爆非电管脚,火雷管引线长度不得小于4m,优点是简单、易实施,缺点是不易掌握起爆时间,导火索点燃后会在隧道内产生稀束浓烟,遇到导火索速燃影响安全。
b、电雷管起爆:
电雷管直接起爆非电雷管,也可作传爆雷管大串联起爆,但改变了非电雷管的原有起爆非电的特性,但可改用自制电阻丝雷管起爆,需要拉起爆专用电线(最好用抗杂散电流雷管)。
c、击发电笔起爆:
击发电笔一端直接插入起爆非电雷管之中,尾端接通过电线或小电缆用来起爆,能准确控制时间又安全。
供货单位沈阳铁路局工程有限公司。
C、Ⅲ级围岩全断面开挖及施工工序
Ⅲ级围岩衬砌断面图6
(一)Ⅲ级围岩全断面开挖施工工序
(1)全断面开挖施工工序简单便于施工管理,断面大有利于机械施工,进度快的特点,适应液压台车钻孔,每日开挖两个循环,日进尺6~8m,Ⅰ~Ⅲ围岩独头月进尺可超过200m。
但需要较高的光面爆破和喷锚技术,严密的施工组织管理,如初期支护、放完炮通风后找顶、洒水消尘,及时进行初喷5cm的混凝土封闭掌子面,打锚杆,锚杆砂浆要饱满,设置时要垂直掌子面,垫板要紧贴岩面,复喷达设计厚度,确保施工安全。
(2)全断面开挖也可利用台架进行人工手持风开挖,因为断面宽大,必须借助台架进行钻眼、喷锚支护作业,台架下部还要满足装渣机械及运输车辆所要求的净空。
(3)全断面开挖必须做好地质超前预报工作,如遇局部破碎段落,及时改为台阶开挖,断面加大,初期支护加设格栅拱架,间距现场设计组定。
(4)全断面开挖具体正常工序:
炮孔布置凿眼放炮—通风洒水消尘—初喷—出渣运输—锚杆喷到设计厚度—二次衬砌。
实际就只有钻孔爆破—初期支护—出渣运输—二次衬砌等四道工序。
(二)Ⅲ级(包括Ⅰ、Ⅱ级)围岩全断面钻爆施工设计
(1)全断面爆破一次爆破总装药量大,相对爆破震动也较大,对被保护围岩干扰深度也会随之增大,因此必须采取有效的减震措施,确保被保护围岩的稳定,快速封闭,使开挖轮廓线与喷护层形成柔性结构,降低收缩集中应力影响。
减震措施:
可使用多段雷管、控制单段雷管最大装药量等方法,前已计算Ⅲ级围岩段最大装药量为21Kg;雷管间隔时间大于等于50毫秒,以免爆破发生共振(见《隧道毫秒爆破合理的应用研究》铁基字86-13);实施光面爆破技术,还可用光爆眼密集,周边不偶合装药或间隔装药空隙柱等方法,可较普通导爆减震20%以上,另外斜眼掏槽也是减震方法之一,本次设计使用。
(2)爆破器材的选择
炸药的选择已在前叙述过,必须和岩石的声阻抗相匹配,随着岩体的级别的增加、硬度的改变,2#岩石炸药已不能满足爆破的条件,只使用乳胶炸药,导爆索使用爆速6600m/s,ф6mm每米装药12克,非电雷管二系列20段脚线长5m,详见表3
国产非电雷管段号延期时间(二系列)表3
段别
延期时间
段别
延期时间
段别
延期时间
段别
延期时间
1
7.13ms
6
150±20
11
460±40
16
1020±70
2
25±10
7
220±20
12
550±45
17
1200±90
3
50±10
8
250±25
13
650±50
18
1400±100
4
75±10\15
9
310±30
14
760±55
19
1700±130
5
110±15
10
380±30
15
880±60
20
2000±150
(3)使用复式楔形大掏槽(因为药卷距离自由面越近越好)。
(4)周边眼光面爆破参数设计条件手持风钻钻孔ф38~42mm,钻孔深2~3m,周边眼间距E=55cm,抵抗线W=70cm,密集系数E/W=0.69,钻孔深度2.6m,预计循环进尺2.5m,炮眼利用率96%,周边眼线装药密度q=0.185g/m,2.6×0.185=0.418g。
周边眼装药结构示意图图7
周边眼装药由成缝试验进行调整。
(5)炮眼布置(包括掏槽眼)示意图
Ⅲ级围岩全断面开挖炮孔布置
(6)全断面爆破装药参数表4
Ⅲ级围岩全断面开挖光面爆破装药参数表4
序号
炮眼名称
炮孔角度(0)
炮眼深(m)
炮眼个数(个)
雷管段号(Ñ)
装药数量(kg)
单孔装药长度(cm)
药卷数量(卷)
备注
次循雷管用(Ñ)
单孔
段装药
φ22
φ32
φ35
1
掏槽眼(右)
65
3.0
5
1
1.92
9.6
200
40
2
2
掏槽眼(左)
65
3.0
5
3
1.92
9.6
200
40
4
3
掏槽眼(右)
75
2.8
4
5
1.92
7.68
200
32
6
4
掏槽眼(左)
75
2.8
4
7
1.92
7.68
200
32
8
5
扩槽辅助
82
2.7
7
8
1.68
11.76
175
49
9
6
扩槽眼(上下)
90
2.6
5
9
1.68
8.40
175
35
10
7
四圈眼
90
2.6
10
10
1.68
16.80
175
70
11
8
三圈眼(右)
90
2.6
8
11
1.44
11.52
150
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