隧道爆破钻爆设计方案.docx
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隧道爆破钻爆设计方案
隧道爆破钻爆设计方案
一、设计总则
1、设计依据
(1)省德江至务川高速公路施工总承包招标(融资+合作模式)《招标文件》(省公路局,2015年12月)
(2)省德江至习水高速公路德江至务川段第DWTJ-2标段《两阶段施工图设计》(省交通规划勘察设计研究院股份,2015年12月)
(3)国家及省有关的法规、政策;
(4)我单位长期从事公路工程爆破所积累的丰富施工经验。
(5)《爆破设计与施工》
2、设计原则
(1)爆破设计方案能够满足道路工程爆破设计要求;
(2)爆破设计方案能够保证地区环境不受到破坏和干扰;
(3)爆破设计方案能够保证该项工程在爆破过程中达到预期安全效果;
(4)爆破设计方案能够满足施工工期的进度要求。
二、工程概况
一、工程简介
省德江至务川高速公路是《省高速公路网规划》的“一横”德江至习水的首段,项目起点与“二纵”沿河至德江高速公路相接,终点与“一横”务川至正安高速公路相接。
本项目的建设,可以打通断头路,使之成为南部。
东北部和我省北部地区通往长株潭城市群、长三角经济区最近捷的运输大通道。
同时对促进黔北经济协作区和武陵山集中连片特困地区扶贫开发创造良好的条件。
本项目起于德江县城西北的钱家,与在建的沿河至德江高速公路相接,经楠杆,丰乐,龙灯,止于务川县城西南的喻家湾,接在建的务川至正安高速公路,路线全长40.694263Km。
本标段为第2合同段,合同总造价为:
72128.9678万元;按双向四车道高速公路标准建设,设计速度80km/h,整体式路基宽24.5m,分离式路基宽12.25m。
工程位置示意图如下:
2、地形地质特征
(1)地形地貌
本项目地处中国地势三大阶梯中第二阶梯的云贵高原东北部,高原东北山地地区,海拔高程在434米~1465.5米,相对高差50~400米,以沙溪-石朝山脉为界,中间高,两端低,山体走向大致为东北-西南向,前段山体较大、浑厚,后段山体受构造、侵蚀影响成排排列。
其中长江流域乌江水系直流横贯全线,在水流动力侵蚀下,广泛出露的碳酸盐形成峡谷、悬崖等中低山溶蚀、侵蚀地貌。
(2)工程地质条件
沿线地质构造大致为东北-西南向,路线横穿楠杆背斜,楠杆背斜轴部宽缓,东南翼平缓,岩层倾角为10°~20°,西北翼较陡,岩层倾角为40°~60°,轴部为中厚层灰岩、白云岩、白云质灰岩。
3、气候特征
路线所处区为典型的亚热带湿润季风气候区,处于中亚热带与北亚热带两个农业气候的过渡地带。
气候适中,夏无酷暑,冬无严寒,雨量充沛,充足,热量丰沛。
全年平均气温在13℃~17摄氏度之间,极端低气温零下6.8℃,极端高气温39.5℃。
年降水量1229.6毫米,夏半年为936.3毫米,冬半年为393.3毫米,年平均日照1095.9小时,无霜期达295天。
4、爆区周边环境
本标段经过德江县钱家乡、龙泉乡、沙溪乡境,以钱家乡境经过最长。
该施爆地段多为荒山,对于岩土爆破来说,周围环境较好。
但是鉴于目前的状况,下一步要进行路基的开挖,必须采取一定的技术手段,让附近居民住户感觉不到爆破振动,来确保施工能顺利进行,按时,保质保量完成。
三、施工方案概述
1.工程特点
本工程大部分为沿山体的岩石进行掘进爆破,局部地段隧道顶部覆盖的岩石厚度较薄和岩石风化较严重。
在工程施工中主要存在隧道开挖起点、端点附近公共设施和民用建(构)筑物的安全问题,初期主要受爆破飞石和爆破震动的影响,进入隧道10~15m后则主要受爆破震动的影响。
由于本工程沿多个山体进行爆破开挖,线路长,地质条件多变。
在实际施工中,隧道的开挖断面虽基本一致,但随地质条件的变化采取的开挖方式将根据具体的岩性情况随时进行调整。
隧道在进入山体10~20m以后,其爆破的飞石影响可以有效的进行控制,隧道硐爆破一般药量都很小。
如果因周边环境影响需控制单响药量时可通过:
减小爆破面积,将整个断面分成若干个小的爆破块段进行分区爆破;缩小循环进尺,以减小单次爆破药量;改变爆破网络,增加爆破段位等措施。
2.施工准备
(1)技术准备
组织施工技术及管理人员认真熟悉并理解设计图纸、技术规和技术要求,编写好各种施工管理程序和工作程序。
技术人员根据已有的技术资料,对本工程的开挖起始点进行确切定位,标定位置和施工控制标高。
(2)机具及人员准备
根据施工方案及现场的需求,配备足够数量性能优良的施工机具,在施工条件和人员许可的情况下,以实现多处平行作业,并配备足够的备用机具。
(3)物资准备
在进场施工前,备足施工机具所用的各类油料及机械设备维修保养常用配件,确保工程施工的顺利进行。
爆破物品向公安部门办理购买、运输手续后,由指定供应点(当地民爆公司)定购配送。
3.施工总体安排
3.1.工作面布置原则
每个掘进工作面在施工时各工序之间,在施工条件许可的情况下,本着加快施工进度,减少施工干扰,确保施工安全和按计划进度施工的原则进行工作面的布置。
⑴划分若干个作业面,能满足工程总进度的要求;
⑵各隧道在掘进期间,应随时根据地质条件采取合理的施工方法,对于全断面、上下台阶法及导坑法掘进要充分利用工作面空间进行作业点的合理布置;
⑶每个掘进工作面根据不同的施工方法各工序之间或同一工序在满足施工安全的前提下可划分成多个作业点进行平行作业;
⑷确保各工作面的施工安全。
3.2.爆破施工方法概述
根据本标段沿线地形、地质情况,以及所处的地理位置和周边环境,结合具体情况考虑,隧洞地质条件较差,隧道Ⅳ级和Ⅴ级围岩采用三台阶分部开挖,Ⅲ围岩采用全断面或上下台阶法开挖,隧道中导洞Ⅴ级围岩采用上下台阶预留核心土法开挖,Ⅳ级围岩采用上下台阶法开挖,主洞Ⅴ级围岩采用侧壁导坑法施工,隧道中导洞Ⅴ级围岩采用上下台阶预留核心土法开挖,Ⅳ级围岩采用上下台阶法开挖,主洞Ⅴ级围岩采用侧壁导坑法施工,隧道开挖采用松动爆破和光面弱爆破技术,分多个断面立体交叉施工;同时边开挖边支护,确保安全无事故。
对于地质条件较差的地段或区域以机械施工为主,局部用风镐破除,难度较大的,小围采用控制松动爆破法施工,采用管棚法辅助进洞。
根据围岩类别及开挖部位不同,采用不同的炸药单耗,对于软岩采取松动爆破技术,炸药单耗控制在0.35~1.8kg/m3之间,爆破施工中根据实施爆破效果进行调整。
特别是在隧道施工过程中,须根据掘进过程中岩石的类型、走向、地质结构、地下水、施工进度等各种因素来制定具体的施工方案,针对同一条隧道不是固定不变的。
当掘进过程中遇到地质构造或其它特殊的地质结构时,根据具体情况将及时制定相应的施工方法,编制详细合理的施工方案。
4.3.施工工艺流程
隧道段:
施工准备(校核中腰线、标定眼位)→钻孔→装药联线→警戒爆破→通风排尘→清理危岩活石→临时支护→清碴(下一个循环)。
本工程在爆破施工过程中,钻眼爆破是施工的重点工序,它直接影响施工质量和安全;施工中影响安全的重要因素是爆破和支护。
针对以上各个工序,在施工中应采取相应的管理和技术措施,精心组织施工,确保整个隧道工程的施工质量、安全和工期达到预期目标。
四、爆破设计与施工
1.简述
本工程在爆破施工过程中,其关键过程主要是与爆破作业有关的技术方案设计和相应的各作业工序。
主要包括:
爆破设计和与之相关的爆破安全、施工作业以及爆破后的临时支护。
在本方案的设计中主要是关于与爆破相关的技术参数和施工设计。
在爆破初期,先针对相应的岩性和结构进行爆破试验,使得待爆破的岩石得到松动,且岩壁不受或少受破坏;试验时,对爆破效果进行分析,在此基础上调整设计参数,完善设计方案,及时进行总结。
2.爆破技术参数设计概述
隧道爆破的效果和质量在很大程度上决定于钻眼爆破参数的选择。
除掏槽方式及其参数外,主要的钻眼爆破参数还有:
单位炸药消耗量、炮眼深度、炮眼直径、装药直径、炮眼数目等。
合理地选择这些爆破参数时,不仅要考虑掘进的条件(岩石地质和断面条件等),而且还要考虑到这些参数的相互关系及对爆破效果和质量的影响(如炮眼利用率、岩石破碎块度等)。
2.1.单位炸药消耗量
单位炸药消耗量不仅影响岩石破碎块度、岩块飞散距离和爆堆形状,而且影响炮眼利用率、断面轮廓质量及围岩的稳定性等。
合理确定单位炸药消耗量决定于多种因素,其中主要包括:
炸药性质(密度、爆力、猛度、可塑性)、岩石性质、断面、装药直径和炮眼直径、炮眼深度等。
因此,要精确计算单位炸药消耗量q是很困难的。
本工程设计中所选取的单位炸药消耗量参见后面第6.3章节的爆破说明书部分,以供施工初期参考。
随着以后不同的隧道岩性的爆破试验和经验总结,其所得出的q值还需在实践中作些调整。
2.2.炮眼直径
炮眼直径大小直接影响钻眼效率、全断面炮眼数目、炸药的单耗、爆破岩石的块度与岩壁的平整度。
在隧道掘进施工中主要考虑断面大小、炸药性能和钻眼速度来确定炮眼直径;在明挖段的爆破开挖还要考虑周边建筑物的安全问题。
在本工程的爆破钻眼施工中,将根据不同的爆破地点采取钻眼直径。
隧道段:
采取φ42mm的钻孔钻凿隧道断面的各爆破炮孔和临时支护锚杆孔。
2.3.炮眼深度
从钻眼爆破综合工作的角度说,炮眼深度在各爆破参数中居重要地位。
因为,它不仅影响每一个掘进循环中各工序的工作量、完成的时间和掘进速度,而且影响爆破效果和材料消耗。
在本工程中,将针对不同围岩类型、开挖方法、爆破环境来调整炮眼深度,其炮眼深度围在1.2m~3.5m之间选取。
在具体的爆破施工中,将根据岩性和前几次的爆破效果,在后面设计的爆破说明书提供的参数基础上可适当加深或减小炮眼深度(同时须调整孔距、装药量等其它的爆破参数),以提高循环进度。
2.4.炮眼数目
炮眼数目的多少,直接影响凿岩工作量和爆破效果。
孔数过少,大块增多,井壁轮廓不平整甚至出现爆不开的情形;孔数过多,将使凿岩工作量增加。
炮眼数目的选定主要同爆破断面、岩石性质及炸药性能等因素有关。
确定炮眼数目的基本原则是在保证爆破效果的前提下,尽可能地减少炮孔数目。
2.5.炮眼利用率
炮眼利用率是合理选择钻眼爆破参数的一个重要准则。
通常用爆破全断面的炮眼利用率来进行定义和计算,即:
全断面炮眼利用率=每循环的工作面进度/炮眼深度
试验表明,单位炸药消耗量、装药直径、炮眼数目、装药系数和炮眼深度等参数对炮眼利用率的大小产生影响。
隧道掘进的较优炮眼利用率为0.85~0.95。
在本方案设计中,对于隧道爆破施工考虑到隧道断面较大,炮眼利用率在0.8~0.9之间,计算时取0.85。
2.6.炮眼布置
2.6.1.炮眼布置要求
对于隧道爆破,除合理选择掏槽方式和爆破参数外,为保证安全,提高爆破效率和质量,还需合理布置工作面上的炮眼。
其合理的炮眼布置应能保证:
⑴有较高的炮眼利用率。
⑵先爆炸的炮眼不会破坏后爆炸的炮眼,或影响其装药爆轰的稳定性。
⑶爆破块度均匀,大块率少。
⑷爆破后断面和轮廓符合设计要求,壁面平整并能保持隧道围岩本身的强度和稳定性。
2.6.2.炮眼布置的方法和原则
⑴工作面上各类炮眼布置是“抓两头、带中间”。
即首先选择适当的掏槽方式和掏槽位置,其次是布置好周边眼,最后根据断面大小布置辅助眼和底眼。
⑵掏槽眼的位置会影响岩石的抛掷距离和破碎块度,通常布置在断面的中央,并考虑到辅助眼的布置较为均匀。
⑶周边眼即最外轮廓线附近的边眼,一般布置在断面轮廓线上。
但实际施工中,要看岩石的性质,如若岩石较硬可靠近或在轮廓线上布置,且向外有一定的偏角,使爆破后的周边超过设计轮廓线100mm左右;如岩石较松软可远离轮廓线100~200mm左右,使爆破后的周边不出现欠挖或超挖过多。
⑷为保证井壁周边不受或少受破坏,爆破时按光面爆破要求,各炮眼要保持相同的间距进行钻孔,眼底落在同一平面上。
⑸布置好周边眼和掏槽眼后,再布置辅助眼。
辅助眼是以槽腔为自由面而层层布置的,均匀地分布在被爆岩体上,并根据断面大小和形状调整好最小抵抗线和邻近系数。
3.隧道开挖爆破设计
本工程的隧道开挖由于受地质条件多变等因素的影响,施工中将随时对施工方法进行合理的调整。
本设计中将分别就Ⅲ级围岩和Ⅳ级、Ⅴ级围岩分别采取全断面(或台阶法)和双侧壁导坑法进行爆破参数的设计。
3.1.隧道开挖方法
3.1.1.Ⅲ级围岩全断面或上下台阶开挖法
上下台阶爆破时,可分两种情况:
一是上下两部分断面全断面一次起爆;另一种是上下两部分断面分次单独钻眼分次单独起爆,不允许一次钻眼分次起爆。
以上部分断面超前下断面5~10m的间距为宜。
如图4-6所示。
图4-6全断面或上下台阶开挖示意图图4-7双侧壁导坑法开挖顺序示意图
图4-8Ⅲ级围岩炮眼布置示意图
图4-9上半部开挖掏槽眼平剖面图
对于采取全断面或上下台阶进行爆破作业,当条件许可或隧道进入山体且离周边建(构)筑较远(超过50m)时,其上半部分可以采取同一圈辅助眼装填同段雷管,此时最大单响药量仅为37.5kg,其爆破安全允许振动速度小于2.5cm/s,满足安全要求,即可按上图4-8和图4-9中所标定的雷管段位和网络进行联网。
但在本方案设计中,其爆破说明书是按如下网络图4-10和图4-11进行设计的。
炮孔使用非电导爆管雷管制作起爆药包,所有起爆雷管在孔外并联绑扎在激发雷管上进行起爆。
断面中的上半部分和下半部分爆破网络如下图4-10和图4-11所示。
图4-10上半部分爆破网络示意图
图4-11下半部分爆破网络示意图
3.1.2.Ⅳ/Ⅴ级围岩炮眼布置及爆破网络示意图
⑴双侧导坑法开挖顺序见双侧壁导坑法开挖顺序示意图4-7所示。
⑵双侧壁导坑法全断面炮眼布置及爆破网络示意图见爆破网络示意图4-12所示。
图4-12Ⅳ/Ⅴ级围岩炮眼布置及爆破网络示意图
⑶Ⅳ/Ⅴ级围岩各部区域爆破断面炮眼布置及爆破网络示意放大详图
①双侧壁导坑法开挖1部/3部炮孔布置及爆破网络示意图4-13:
图4-131部/3部炮孔布置及爆破网络示意图
②双侧壁导坑法开挖2部/4部/6部炮孔布置及爆破网络示意图4-14:
图4-142部/4部/6部炮孔布置及爆破网络示意图
③双侧壁导坑法开挖5部炮孔布置及爆破网络示意图4-15:
图4-155部炮孔布置及爆破网络示意图
④双侧壁导坑法开挖7部/8部炮孔布置及爆破网络示意图4-16:
图4-167部/8部部炮孔布置及爆破网络示意图
⑤Ⅴ级围岩台阶分布法炮孔布置及爆破网络示意图4-17;
⑥Ⅳ级围岩台阶分布法炮孔布置及爆破网络示意图4-17
3.2.隧道控制爆破
隧道爆破开挖时,无论是哪类围岩,都必须对其采取控制爆破技术,主要是通过对岩性类型的判断,合理的选取爆破参数。
关键是掏槽眼和周边眼爆破参数的选取。
合适的爆破参数将对隧道周边围岩的破坏起到非同寻常的爆破效果。
通常采取光面爆破控制技术,其相关容参见明挖段。
图4-17
图4-18
3.3隧道爆破说明书
3.3.1Ⅲ级围岩爆破说明书
(1)上下台阶爆破,上半部分爆破说明书如下:
孔位
孔数
(个)
孔深
(m)
炮眼
长度
(m)
炮眼
角度
(°)
孔距
(mm)
抵抗线
(mm)
单孔
药量
(kg)
装药
长度
(m)
堵塞
长度
(m)
段装药量
(kg)
雷管
段别
备注
中心空孔
4
3.5
3.5
90
700
0
一级掏槽
6
2.0
2.3
60
700
1.2
1.4
0.6
7.2
1
孔口/孔底间距2.5/0.2m
二级掏槽
8
3.2
3.5
65
700
2.1
2.7
0.8
16.8
3
孔口/孔底间距3.28/0.3m
加补炮孔
8
3.0
3.0
80
700
大于600
1.2
1.8
1.2
9.6
5
加补炮孔
6
3.0
3.0
85
900
大于600
1.2
1.8
1.2
7.2
6
圈辅助眼
13
3.0
3.0
90
841
850
1.5
2.0
1.0
19.5
7
底部眼
10
3.0
3.0
90
833
600~900
1.5
2.0
1.0
15.0
8
二圈辅助眼
18
3.0
3.0
90
850
850
1.5
2.0
1.0
27.0
9
三圈辅助眼
9/12
3.0
3.0
90
856
850
1.5
2.0
1.0
13.5/18
10/11
四圈辅助眼
13/12
3.0
3.0
90
824
850
1.5
2.0
1.0
19.5/18
12/13
周边眼
26/18
3.0
3.0
87
515
750
0.75
2.4
0.6
19.5/13.5
14/15
合计
155
204.3
说明
炮孔孔径:
44mm;炮眼利用率:
0.8~0.9;循环进度:
2.6m;爆破断面积:
78.1m2;药圈直径:
32mm;循环耗药量:
204.3kg;
平均单位耗药量:
1.0kg/m3;最大单响药量为二圈辅助眼同时起爆药量:
27.0kg。
(2)Ⅲ级围岩分上下台阶爆破,下半部分爆破说明书如下:
孔位
孔数
(个)
孔深
(m)
炮眼
长度
(m)
炮眼
角度
(°)
孔距
(mm)
抵抗线
(mm)
单孔
药量
(kg)
装药
长度
(m)
堵塞
长度
(m)
段装药量
(kg)
雷管
段别
备注
第一层
13
3.0
3.0
90
875
800~1000
1.5
2.0
1.0
19.5
1
抵抗线不小于800mm
第二层
12
3.0
3.0
90
913
850
1.5
2.0
1.0
18.0
3
第三层
11
3.0
3.0
90
943
850
1.65
2.1
0.9
18.2
5
第四层
10
3.0
3.0
90
927
850
1.65
2.1
0.9
16.5
6
辅助眼
8
3.0
3.0
90
800
800~1000
1.2~1.65
2.0
1.0
20.4
7
辅助眼每孔按1.5kg计算
第五层
7
3.0
3.0
90
833
700
1.2
1.8
1.2
7
周边眼
12
3.0
3.0
90
500
750~800
0.75
2.4
0.6
9.0
8
底眼
16
3.0
3.0
86
880
600~1100
1.05~1.65
1.6~2.1
0.9~1.4
21.6
9
每孔按1.35kg计算
合计
89
123.2
说明
上半部分爆破后将使下半部的厚度产生变化,施工时使炮孔布置的层数和间距将根据情况进行适当调整,实际炮孔数将减少。
炮孔孔径:
44mm;炮眼利用率:
0.8~0.9;循环进度:
2.6m;爆破断面积:
59.2m2;药圈直径:
32mm;循环耗药量:
123.2kg;
平均单位耗药量:
0.8kg/m3;最大单响药量为底眼同时起爆药量:
21.6kg。
按光爆理想效果及在上半部分爆破后不对下半部分造成较大破坏的情况下,全断面开挖总面积为113.3m2;爆破炮孔总数为244个,每循环总装药量为327.5kg;全断面炸药平均单耗为0.92kg/m3。
3.3.2Ⅳ/Ⅴ级围岩爆破说明书
(1)Ⅳ、Ⅴ级围岩双侧壁导坑法开挖1部/3部爆破说明书
开挖
部位
孔位
孔数
(个)
孔深
(m)
炮眼
长度
(m)
炮眼
角度
(°)
孔距
(mm)
抵抗线
(mm)
单孔
药量
(kg)
装药
长度
(m)
堵塞
长度
(m)
段装药量
(kg)
雷管
段别
备注
1部/
3部
中心空孔
3
2.0
2.0
90
400
0
掏槽眼
8
1.5
1.7
65
400
0.9
1.1
0.6
7.2
1
孔口/孔底间距1.6/0.2m
圈辅助眼
8
1.3
1.3
85
630~800
500~800
0.45
0.6
0.7
3.6
3
外圈辅助眼
14
1.3
1.3
90
650
570~750
0.4
0.6
0.7
5.6
5
下部眼
5
1.3
1.3
90
662
650
0.3
0.5
0.8
1.5
6
周边眼
21
1.3
1.3
85~87
470~570
550~600
0.1
0.1
0.5
2.1
7
底眼
9
1.3
1.3
85
650~700
600
0.45
0.6
0.7
4.05
8
小计
68
24.05
5部
中心空孔
2
2.0
2.0
90
400
0
掏槽眼
6
1.5
1.7
65
400
0.9
1.1
0.6
5.4
1
孔口/孔底间距1.6/0.2m
圈辅助眼
11
1.3
1.3
80~90
600~650
500~650
0.4
0.6
0.7
4.4
3
二圈辅助眼
10
1.3
1.3
90
700
650~700
0.4
0.6
0.7
4.0
5
三圈辅助眼
9
1.3
1.3
90
667
650~700
0.3
0.5
0.8
2.7
6
外圈辅助眼
11
1.3
1.3
90
631
650
0.2
0.3
1.0
2.2
7
周边眼
15
1.3
1.3
85~87
531
600
0.1
0.1
0.5
1.5
8
小计
64
20.2
(2)Ⅳ、Ⅴ级围岩双侧壁导坑法开挖2部/4部/6部爆破说明书
开挖
部位
孔位
孔数
(个)
孔深
(m)
炮眼
长度
(m)
炮眼
角度
(°)
孔距
(mm)
抵抗线
(mm)
单孔
药量
(kg)
装药
长度
(m)
堵塞
长度
(m)
段装药量
(kg)
雷管
段别
备注
2部/
4部
第1层眼
6
1.3
1.3
90
732
700~900
0.45
0.6
0.7
1.8
1
每层炮孔和周边眼等各
炮孔在爆破网络上不一
定是同响,表中各段装
药量的值是按同段位雷
管同响时来计算的,并
不是孔位中各层装药量
的计算值,具体见爆破
网络图。
表中第1层抵抗线在
700~900mm之间,主
要是看前一次爆破所留
下的岩层厚度。
第2层眼
6
1.3
1.3
90
752
700
0.4
0.6
0.7
2.5
3
第
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- 关 键 词:
- 隧道 爆破 设计方案