隧道光面爆破设计方案

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0.8 m；

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

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. 0 m

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

2

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 由

Ddk/di(1a)p/c1/ra 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；

c—岩石的三轴抗压强度，对于Ⅱ类围岩，取

c=900kg/cm3；

3

r—绝热指数，1/r=0. 8299； 所以，对于周边眼：

D0.6056997/9000.82990.395＝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 KP 4-6 0.56 8 0.53 10 0.51 12 0.48 计算E=54.2976×KP×di

=54.2976×0.56×25

=76cm

4

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61 cm。

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 二台底板眼 眼 备注 全断面装药系数（参考值） 95% 88% 80% 70% 80% 84% 底角眼取96% 90% 80% 68% 80% 83% 84%

确定值 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

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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。

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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 编个数 号 个 深度 m 毫秒雷管 段个数 数 段 个 装药 Φ25药卷 节-长度-重量 Φ32药卷 节-长度-重量 填充 系数 总计 空眼 掏槽眼 扩槽眼 掘进眼 掘进眼 掘进眼 掘进眼 掘进眼 1 3 5 6 7 8 9 6 9 4 8 10 13 5 34 43 36 57 25 2 252 3.2 3.2 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 1 3 5 6 7 8 9 18 4 8 10 13 5 34 17-3.06-2.55 15-2.7-2.25 13-2.4-1.95 13-2.4-1.95 13-2.4-1.95 13-2.4-1.95 13-2.4-1.95 13-2.4-1.95 13-2.4-1.95 1-20-0.15 15-2.7-2.25 15-2.7-2.25 96% 90% 80% 80% 80% 80% 80% 80% 80％ 20.25 9 15.6 19.5 25.35 9.75 66.3 83.85 70.2 掘进眼 11 内圈眼 13 周边眼 15 底板眼 15 底角眼 15 合计 3.0 11 43 3.0 13 36 3.0 15 57 7-1.75-0.875 3.0 15 25 3.2 15 4 0.34kg/m 58.45 90% 90% 56.25 4.5 439 注：1、炮眼布置图比例为1：100 2、炮眼布置尺寸以cm计

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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：Ddk/di(1a)p/c1/ra

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；

c—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；

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所以，对于周边眼：

D0.6056997/c0.82990.395＝2.18

则： d炸药=d炮眼/D= 42/2.18=19 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。

4.2.2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 KP 4-6 0.56 8 0.53 10 0.51 12 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

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W=E/0.56=62.5cm，取63 cm。

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 装药 系数 掏槽眼 扩槽眼 掘进眼 内圈眼 二台眼 底板眼 底角眼 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。

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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(m）

a—炮眼装填系数一般为0.65～0.75， d一药卷直径，

2

2

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 表三 台阶法施工开挖上部爆破参数表

项目

炮眼 毫秒雷管 11

装药 总计 名称 个数 个 深度 m 2.4 段数 段 1 3 5 7 9 个数 Φ25药卷 Φ32药卷 填充系数 个 节-长度-重量 节-长度-重量 8 10 15 17 8 17 13 57 145 3-0.3-0.23

9-1.8-1.35 7-1.4-1.05 7-1.4-1.05 7-1.4-1.05 7-1.4-1.05 6-1.2-0.9 7-1.4-1.05 75 64 64 64 64 55 64 8.4 10.5 15.75 17.58 8.4 15.3 13.65 13.11 102.96 掏槽眼 8 扩槽眼 10 2.2 掘进眼 15 2.2 掘进眼 17 2.2 掘进眼 8 2.2 内圈眼 17 2.2 11 底板眼 13 2.2 13 周边眼 57 2.2 15 小计 145 0.10kg.m-3 表四 台阶法施工开挖下部爆破参数

项目 名称 个数 个 扩槽眼 掘进眼

炮眼 毫秒雷管 装药 总计 深段个Φ25药卷 Φ32药卷 填充 度 数 数 m 段 个 节-长度-重量 节-长度-重量 系数 2.2 1 2.2 3 8 9 12

8 9 7-1.4-1.05 7-1.4-1.05 64% 64% 8.4 9.45 掘进眼 8 2.2 5 2.2 7 2.2 9 8 13 17 3-0.3-0.23 7-1.4-1.05 7-1.4-1.05 7-1.4-1.05 7-1.4-1.05 6-1.2-0.9 7-1.4-1.05 64% 64% 64% 64% 55% 64% 8.4 13.65 17.85 10.5 9.0 13.65 5.06 2.7 98.66 掘进眼 13 掘进眼 17 掘进眼 10 内圈眼 10 底板眼 13 周边眼 21 底角眼 小计 2 112 2.2 11 10 2.2 13 10 2.2 15 13 2.2 17 21 2.4 17 22 112 0.10kg/m 75% 9-1.8-1.35

5、隧道爆破施工工艺

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5.1 工艺流程框图

施工准测量放钻孔 清孔 装药 连接起爆起爆

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。

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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

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断面开挖不小于500m。

2、空气冲击波安全距离

R=K Q1/3

式中： 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： Q1=R3（V/K）3/a 式中：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= l 0cm/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：

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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）

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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》（TB 10204-2002）及《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》（TB 10108-2002）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

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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）

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序号 1 2 3 名称 规格 型号 产地 现状 数量(台) 日本 良好 厦门 良好 广西 良好 福建 良好 扬州 良好 湖南 良好 上海 良好 上海 良好 长沙 良好 长沙 良好 杭州 良好 浙江 良好 湖北 良好 浙江 良好 自制 良好 1 2 2 1 2 1 2 1 1 1 1 10 1 2 1 1 进场 时间 2003 .9 2003.9 2003.9 2003.9 2003.9 2003.9 2003.10 2003.10 2003.10 2003.10 2003.10 2003.10 2003.10 2003.10 2003.10 2003.10 挖掘机 装载机 自卸汽车 PC200-6 ZL50C-Ⅱ 45DF-2 STC-15 JS500 HBT60 BX3-300 UN100 GW-40 GQ-40 GJTΦ4-14 YQ18 TMY4 W-2.8/5 4m 4 柴油发电机组 5 混凝土搅拌机 6 混凝土输送泵 7 8 9 10 11 12 13 14 15 交流电焊机 对焊机 钢筋弯曲机 钢筋切断机 钢筋调直机 凿岩机 浅孔泵 柴油空压机 钻孔台车 16 抽流式通风机 DK型75KW 南昌 良好

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