隧道光面爆破施工技术

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1、凤凰关隧道光面爆破施工技术1 工程概述凤凰关隧道出口段位于湖北省武汉至英山高速公路一期土建第9合同段。该隧道双幅全长575m，隧道采用左线、右线分离的双洞单向行车双车道。隧道设计为净跨10.79m，净高7.0m的三心圆曲墙半圆拱，拱部半径为5.5m，边墙半径为8.5m，为特长隧道。隧址区属乌江侵蚀河谷发育的低山峡谷地貌，地形总体呈不规则M形态，最大埋深667.16m，主要出飞仙关组及长兴组地层，岩性主要为灰岩，部分洞身段为泥质灰岩，出口段处于陡岩上，出口段主要由灰岩组成，弱风化，围岩级别高。出口段隧道穿越以灰岩为主，其围岩级别主要为、级，其中级占61%。采用全断面法开挖，锚、喷、网初期支护，全

2、断面复合式衬砌。2 光面爆破的特点根据公路隧道“新奥法”施工的需要和工程地质条件，结合施工现场实际情况，决定采用光面爆破施工。光面爆破施工，可以减少对围岩的扰动，增强围岩的自承能力，特别是在不良地质条件下效果更为显著，不仅可以减少危石和支护的工程量，而且保证了施工的安全；由于光面爆破使开挖面平整，岩石无破碎，减少了裂隙，这样可以大大减少超欠挖量。据有关资料统计，光面爆破与普通爆破相比，超挖量由原来的15%20%降低到4%7%，不但减少出碴量，而且还很大程度的减少了支护的工作量，从而降低了成本，加快了施工进度。3 光面爆破方案的确定目前，大断面隧道光面爆破施工有2种方法：一是预留光爆层法；二是全

3、断面一次性开挖法，根据施工现场的实际条件及本合同段围岩情况，该隧道采用全断面一次性开挖法（图1）。4 爆破方案设计4.1 爆破参数的选择光面爆破参数选择主要与地质条件有关，其次是炸药的品种与性能，隧道开挖断面的形状与尺寸，装药结构与起爆方法。凤凰关隧道出口段主要为III级围岩，全断面法开挖断面的面积为81.86m2，采用2号岩石硝铵炸药，周边眼采用空气间隔装药，其他炮眼采用连续柱状装药，采用火雷管和塑料导爆管孔内微差非电毫秒雷起爆。严格控制周边眼的装药量，采用合理的装药结构，尽可能使药沿炮眼长均匀的分布，这是实现光面爆破的重要条件。在光面爆破中，周边眼间距E、最小抵抗线V、相对距系数K、装药密

4、度q是相互制约的。 最小抵抗线（V）周边眼最小抵抗线与开挖的隧道断面大小有关。在断面跨度大，光爆眼所受到的夹制作用小，岩石比较容易崩落，最小抵抗线可以大些；断面小，光爆眼所受到的夹制作用大，最小抵抗线可以小些。最小抵抗线与岩石的性质和地质构造也有关，坚硬岩石最小抵抗线可小些，松软破碎的岩石最小抵抗线可大些。凤凰关隧道确定最小抵抗线（V）为5080cm。 相对距系数（K）相对距系数是周边眼间距（E）与最小抵抗线（V）的比值，是影响爆破效果的重要因素。 K= E/V 式中 E为周边炮眼间距，cm；V为最小抵抗线，cm；K值总是小于1当E=4050cm，V=5080cm时，K=0.51.0。 装药量

5、计算光面爆破装药量的计算，主要是确定周边光爆孔炮眼装药集中度，即以kg/m表示，一般采用实验方法求得或从同类工程中选取。q=QaB式中 q装药集中度，kg/m；Q单位体积耗药量，kg/m3；a周边眼间距，m；B最小抵抗线，m；通过现场试验和施工经验数据，用计算法进行校核，确定q=0.150.25kg/m。图1 全断面开挖炮眼布置示意图 装药结构和起爆方式光面爆破采用不耦合装药，一般不耦合系数为1.52.0，炮眼装药按装药集中度计算出的药量均匀装入炮眼内。为克服底部炮眼的阻力，在炮眼底部放半个标准药卷，使光爆层易于脱离岩体。施工中采用如下（图2）装药结构：1/2普通标准药卷（32）起爆；小直径药

6、卷（25）空气间隔装药。图2 周边眼装药结构示意图 光面爆破的起爆顺序起爆顺序为：掏槽眼辅助眼底板眼二周边眼周边眼。采用多段微差起爆（由内向外），其中主爆区的周边眼比辅助眼眼跳2段起爆，并用同一段雷管。主爆区使用非电毫秒雷管。光爆眼用导爆索一次同时起爆。装药量（表1）及光面爆破参数（表2） 全断面开挖爆破装药量表 表1顺序炮眼名称炮眼/药卷直径（mm）炮眼个数（个）炮眼深度（m）炮眼间距（cm）单眼装药（kg/孔）累计装药量（kg）1掏槽眼42/3261.5802400.754.52辅助掏槽眼42/3282.551202801.2810.243辅助眼42/3272.0800.74.94辅助眼4

7、2/32132.0800.79.15辅助眼42/32162.0800.711.26辅助眼42/32202.0800.714.07辅助眼42/32232.0800.716.18底板眼42/32142.0680.79.89二周边眼42/32322.0700.722.410周边眼42/25532.0450.421.2合计192123.44全断面开挖断面面积：81.86平方米，掘进长度按2.0m考虑。炸药单耗量：k=0.75kg/立方米。复式楔形掏槽：槽口尺寸80cm240cm和120cm280cm。周边眼直径：42mm，使用小直径药卷25mm，装药不耦合系数=1.7。周边眼间距E=45cm，最小抵抗

8、线V=5080cm，E/V=0.60.9，单孔装药量q=0.4kg。 光面爆破参数 表2名称炮眼间距（cm）最小抵抗线（cm）相对距系数装药集中度（kg/m）不耦合系数一般参考值405050800.51.00.150.251.52.0凤凰关隧道取值45600.750.201.75 施工方法及工艺5.1 钻爆机具材料钻孔采用13台YT28型凿岩机和4台20m空压机，人工钻孔，钻孔直径为42mm，一字形合金钢钻头。周边眼采用 25mm小直径药卷，其余炮眼采用 32mm200mm2号岩石硝铵炸药。引爆雷管为8号工业纸壳火雷管，爆破网络采用塑料导爆管连接孔内微差非电毫秒雷管起爆，掏槽眼采用跳段雷管以利

9、用扩大掏槽效果。5.2 光面爆破施工工艺 放样布眼钻眼前，测量人员用全站仪和水准仪，准确定出隧道中心线和拱顶面高程；用红油漆画出开挖轮廓线，并标出炮眼位置，其误差不得超过5cm；每次测量放线的同时，要对上次爆破断面进行检查，及时调整爆破参数，以达到最佳爆破效果。 钻眼要求掏槽眼：深度、角度按设计施工，眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm。辅助眼：深度、角度按设计施工，眼口排距、行距误差均不大于5cm。周边眼：开眼位置在设计断面轮廓线上的间距误差不得大于5cm；周边眼外斜率不得大于5cm/m，眼底不得超出开挖断面轮廓线10cm，最大不得超过15cm。内圈眼至周边眼的排距，误差不得大于5cm；

10、炮眼深度超过2.5m时，内圈眼与周边眼宜采用相同的斜率。钻眼装药率调整，当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度并相应调整装药量，力求所有炮眼（除掏槽眼外）眼底在同一垂直面上。钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查并做好记录，有不符合要求的炮眼应重钻，经检查合格后，方可装药爆破 炮眼布置要求（1）先布置掏槽眼，其方向在岩层层理明显时应尽量垂直于层理，掏槽眼应比其他眼加深20cm。（2）周边眼严格按设计开挖轮廓线布置，在硬岩层中，周边眼的眼口在断面设计轮廓线上，眼底超出轮廓线小于10cm；在软岩中，周边眼的眼口在断面设计轮廓线内小于8cm，眼底落在轮廓线上。（3）辅助眼均匀分布的原则布置。 孔口堵塞

11、长度已装药的炮眼应及时用炮泥堵塞、密封，周边眼的堵塞长度不宜小于20cm，其余炮眼的堵塞长度不宜小于35cm，且堵塞密实，严禁用纸箱等易燃物进行堵塞。 清孔装药装药前用小直径高压风管将炮眼内石屑吹净，装药需分片，分组按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，雷管要“对号入座”不得混装。所有炮孔均用炮泥堵塞，堵塞长度周边眼不小于20cm，其它眼不小于35cm。周边眼采用小直径药卷配导爆索，以增加不耦合系数和爆破时的缓冲作用，炮孔装药均采用反向装药结构。 连接起爆网络起爆网络采用复式网络，以保证起爆的可靠性和准确性。导爆管采用四通管连接，不能打结和拉伸，各类炮眼雷管连接段数相同。引爆雷管应用绝缘胶布包

12、扎在离一根导爆管自由端15cm处，聚能穴背向传爆方向，网络连好后要有专人负责检查后再起爆。 光面爆破施工技术措施（1）对所有爆破作业人员进行岗前培训，使他们充分了解光面爆破的重要性及一些有效可行的施工方法，以提高操作熟悉程度。（2）选用低爆速、低猛度、低密度、传爆性能好、爆炸威力大的2号岩石硝铵炸药。（3）用不耦合装药结构，光面爆破不耦合系数为1.52.0，但药卷直径不应小于该炸药的临界直径，以保证稳定传爆。（4）严格掌握与周边眼相邻的内圈眼的爆破效果，为周边眼爆破创造临空面。炮眼深度大于2.5m时，内圈眼应与周边眼有相同的外插角，周边眼应尽量同时起爆。（5）控制周边眼装药集中度，必要时采取间

13、隔装药结构，为克服眼底岩石的夹制作用，可在眼底加强装药。（6）当岩石层理明显时，炮眼方向应尽量垂直于层理面，如节理发育，炮眼应尽量避开节理，以防卡钻和影响爆破效果。6 光面爆破实施效果与经济效益6.1 光爆效果凤凰关隧道开挖掘进工作已接近尾声，隧道开挖全部实行光面爆破，除开始的试验段外，现已开挖地段光爆效果良好。 爆破后周边炮眼痕迹保存率达80%90%，两茬炮衔接台阶最大尺寸为8cm，超欠挖量仅为5%左右，比非光面爆破的超欠挖量（达20%）要低得多。 岩碴块度较小亦均匀，利于装碴，节省装运时间。 减少支护投入，降低工程造价。 岩面平整，应力集中小，减少安全隐患。6.2 经济效益 节省时间：光面爆破施工钻眼及装药延长20min，清理危石或补炮缩短20min，初期支护缩短20min，装碴及出碴缩短20min，并方便了后续工作的施工。 节省材料：光面爆破比非光面爆破减少超挖量15%，按现行规范标准平均超挖值为10cm，即每延米少开挖约2.0m3。减少同标号喷射混凝土超挖回填量约2m3，同时也节省了火工品和因非光面爆破所造成的围岩破碎所需锚杆、钢筋网等初期支护的工程量。